先进材料成型技术及理论
先进复合材料成型技术
先进复合材料成型技术
先进复合材料成型技术是指利用先进的工艺和技术手段将复合材料制备成所需形状和尺寸的过程。
其中，复合材料是由两种或两种以上的材料组成的，以得到更优异性质或性能的材料。
常见的复合材料包括纤维增强复合材料、层状复合材料和粉末冶金复合材料等。
在先进复合材料成型技术中，主要的方法包括：
1. 压缩成型：将复合材料放入模具中，通过外部力作用使其成型。
该方法适用于具有规则形状的产品，如板材、棒材等。
2. 注塑成型：将复合材料加热至熔融状态后，通过注射机将其注入模具中，冷却后成型。
该方法适用于复杂形状的产品，如壳体、零件等。
3. 叠层成型：将预浸料或干预浸料的纤维层堆叠在一起，然后通过热压或自动化的机械压力系统将其热固化成型。
该方法适用于大型、高强度的复合材料制品。
4. 旋压成型：将预浸纤维绕在模具的表面，然后通过加热和压缩使其固化成型。
该方法适用于中小型、复杂形状的产品制造。
5. 真空吸塑成型：将预先加热的塑料片放置在模具上，然后通过真空吸取空气使其紧贴模具表面，冷却后成型。
该方法适用于薄壁、透明或有特殊形状的产品。
这些先进复合材料成型技术在航空航天、汽车、建筑等领域有广泛应用，可大幅提高产品的强度、刚度和耐用性。
先进材料成型技术 PPT
相对于高压铸造，它 平稳，无冲击、飞溅 现象。
在离心力的作用下将液态金属充填到铸型中。
离心铸造工作方式
将金属材料浇铸到陶瓷材料形成的型腔中。
陶 瓷 型 铸 造 工 艺 过 程
基本原理是在液态金 属的凝固过程中进行 强烈的搅动，使其晶 格骨架被打碎，而制 得半固态金属液。
半固态铸造工艺过程
消失模铸造工艺工程
消失模铸造被认为是“21世纪的新型铸造技术”， 得到广泛的应用。
发动机缸体消失模铸造
浇铸液态金属到金属铸模中。
特点：可重复 使用，又称永 久型铸造
金属铸造模
高压铸造是将熔融材料在高压下快速压入铸型中， 凝固得到铸件。
低压铸造是将液态金属在压力作用下由下而上充填 到型腔。
金属坯料在旋转轧轮的作用下产生连续塑性变形。
例如：钢轨的制造
指材料在一定的内部条件和外部条件下，呈现出 异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象。
例如：超塑性等温模锻。
基本原理是引入快速成型制造技术的思想，在计算 机的控制下进行加工。
数控渐进成形的应用
该技术适用范围广，特别在汽车行业得到广泛应用。
半 固 态 铝 合 金 产 品
塑性成形技术利用材料的塑性，借助外力使材料发 生塑性变形。
此技术是在模锻设 备上锻造出形状复 杂、高精度锻件。
指对挤压模具中的金属坯料施加压力作用，使其发 生塑性变形，而得到所需材料的形状。
挤压成形工作过程
消失模精密铸造
金属型铸造 压力铸造 离心铸造
低压铸造
四种常见快速成型技术
四种常见快速成型技术FDM丝状材料选择性熔覆（Fus ed Dep osi tion Mod eling）快速原型工艺是一种不依*激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法，简称FDM。
丝状材料选择性熔覆的原理室，加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动。
热塑性丝状材料（如直径为1.78m m的塑料丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热和溶化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。
一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。
这种工艺方法同样有多种材料选用，如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。
这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，小型系统可用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。
但仍需对整个截面进行扫描涂覆，成型时间长。
适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。
由于甲基丙烯酸ABS（M AB S）材料具有较好的化学稳定性，可采用加码射线消毒，特别适用于医用。
但成型精度相对较低，不适合于制作结构过分复杂的零件。
FD M快速原型技术的优点是：1、操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。
2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。
3、尺寸精度较高，表面质量较好，易于装配。
可快速构建瓶状或中空零件。
4、原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。
5、材料利用率高。
6、可选用多种材料，如可染色的A BS和医用A BS、PC、PP SF等。
FDM快速原型技术的缺点是：1、做小件或精细件时精度不如SLA，最高精度0.127mm。
2、速度较慢。
SL A敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereo litho gra phy）原理的一种工艺，简称SLA，也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。
在树脂液槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下会快速固化。
注塑成型先进工艺技术
注塑成型先进工艺技术注塑成型是一种常用的塑料加工方法，利用热塑性塑料通过加热、熔化、注射和冷却等环节，将塑料材料注入模具中，形成所需的零件或产品。
近年来，随着科技的不断发展，注塑成型工艺技术也得到了极大的改进与进步，出现了许多先进的工艺技术。
首先，先进的注塑成型工艺技术之一是多射嘴模具技术。
传统的注塑成型工艺中，一般只能通过单一射嘴进行注塑成型，导致生产效率低下。
而多射嘴模具技术通过在模具上安装多个射嘴，可以同时进行多个模腔的注塑，从而大大提高了生产效率。
这不仅节省了时间和人力成本，还减少了产品的生产周期，提高了企业竞争力。
其次，先进的注塑成型工艺技术还包括快速成型技术。
快速成型技术是一种利用三维打印技术制作模具的方法，它可以快速准确地制作出复杂形状的模具，极大地提高了产品的设计和制造周期。
与传统的注塑成型相比，快速成型技术省去了制作模具的时间，使产品的开发速度更快，同时还降低了模具的成本，提高了经济效益。
此外，先进的注塑成型工艺技术还涉及气辅成型技术。
气辅成型技术是通过将高压气体通过模具中的空腔进行辅助冷却，从而提高产品的表面质量，减少产品的缩水和变形。
传统的注塑成型工艺中，产品往往会在冷却过程中发生变形，而气辅成型技术可以通过气体冷却，迅速吹冷模具中的塑料，有效降低产品的变形率，提高产品的质量和稳定性。
最后，先进的注塑成型工艺技术还包括智能化控制技术。
传统的注塑成型工艺中，操作工人要根据经验和观察来进行调整，工艺参数的控制精度有限。
而智能化控制技术可以通过传感器和计算机控制系统对注塑过程进行实时监测和控制，调整注塑参数，实现精准的成型。
智能化控制技术不仅提高了注塑成型的稳定性和一致性，还降低了产品的不良率，提高了企业的竞争力。
总而言之，随着科技的不断发展，注塑成型先进工艺技术不断涌现，为塑料制品的生产提供了更高的效率、更好的质量和更低的成本。
注塑成型工艺技术的改进与创新将进一步推动塑料行业的发展，满足不同客户的需求，促进经济的可持续发展。
快速成型技术
b.设计的易达性
• 可以制造任意复杂形状的三维实体模型，快速成型技术不受零件几何 形状的限制，在计算机管理和控制下能够制造出常规加工技术无法实 现的复杂几何形状零件的建模，能充分体现设计细节，尺寸和形状精 度大为提高，零件不需要经一步加工。
c.快速性
• RP技术是一项快速直接地单件零件的技术。可以直接接受产品设计 （CAD）数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型，大大缩短新 产品开发周期、降低成本、提高开发质量。
分层实体成型——LOM成ห้องสมุดไป่ตู้工艺
• LOM(Laminated Object Manufacturing)工艺或称为叠层实体 制造，其工艺原理是根据零件分层几 何信息切割箔材和纸等，将所获得的 层片粘接成三维实体。其工艺过程是： 首先铺上一层箔材，然后用CO，激 光在计算机控制下切出本层轮廓，非 零件部分全部切碎以便于去除。当本 层完成后，再铺上一层箔材，用滚子 碾压并加热，以固化黏结剂，使新铺 上的一层牢固地粘接在已成形体上， 再切割该层的轮廓，如此反复直到加 工完毕，最后去除切碎部分以得到完 整的零件。该工艺的特点是工作可靠， 模型支撑性好，成本低，效率高。缺 点是前、后处理费时费力，且不能制 造中空结构件。
选择性激光烧结成型——SLS成型工艺
SLS(Selective Laser Sintering)工艺，常 采用的材料有金属、陶瓷、ABS塑料等材 料的粉末作为成形材料。其工艺过程是： 先在工作台上铺上一层粉末，在计算机控 制下用激光束有选择地进行烧结(零件的 空心部分不烧结，仍为粉末材料)，被烧 结部分便固化在一起构成零件的实心部分。 一层完成后再进行下一层，新一层与其上 一层被牢牢地烧结在一起。全部烧结完成 后，去除多余的粉末，便得到烧结成的零 件。该工艺的特点是材料适应面广，不仅 能制造塑料零件，还能制造陶瓷、金属、 蜡等材料的零件。造型精度高，原型强度 高，所以可用样件进行功能试验或装配模 拟。
先进金属复合材料成形技术
先进金属复合材料成形技术
先进金属复合材料成形技术是指利用先进的工艺和设备对金属复合材料进行成形加工的技术。
金属复合材料是由金属基体和增强材料（如纤维增强材料）组成的复合材料。
相比于传统的单一金属材料，金属复合材料具有更高的强度、刚度和耐热性能。
然而，由于其复杂的结构和成分，金属复合材料的成形加工相对困难。
先进金属复合材料成形技术主要包括以下几个方面：
1. 粉末冶金成形技术：通过将金属粉末与增强材料混合，然后经过高温和高压的成形过程，使其熔合并固化成型。
这种成形技术适用于复杂形状和大尺寸的金属复合材料制品。
2. 金属复合材料锻造技术：利用锻机对金属复合材料进行锻造成型。
锻造可以改变材料的内部组织结构和形状，从而提高其力学性能和耐热性能。
3. 金属复合材料挤压技术：通过在金属复合材料中施加高压，使其通过模具的通道流动并成形。
挤压成形技术适用于长条形的金属复合材料制品。
4. 金属复合材料注射成型技术：利用注射机将金属复合材料融化后注入模具中进行成型。
注射成型技术可以制造出高精度和复杂形状的金属复合材料制品。
以上是几种常见的先进金属复合材料成形技术，通过这些技术的应用，可以制造出更高性能、更复杂的金属复合材料制品，满足不同领域对于材料强度和耐热性能的要求。
先进材料超塑成形技术
先进材料超塑成形技术先进材料超塑成形技术是一种利用特殊的工艺方法和控制技术，将金属材料在高温和高应变率条件下通过塑性变形成型的一种先进制造技术。
超塑成形技术能够制备出复杂几何形状的零件，并且具有优异的力学性能和表面质量。
本文将对超塑成形技术的原理、应用、发展现状和未来发展进行探讨。
超塑成形技术的原理主要是利用材料在高温和高应变率条件下的特殊塑性行为。
在高温下，材料的塑性变形能力会显著增强，可以实现超塑性变形。
高应变率条件下，由于材料的快速变形速率，可以避免材料的回弹和微观缺陷的形成，从而得到理想的成形零件。
超塑成形技术通常需要在高温下进行，因此需要使用专门设计的设备和控制系统来保持合适的温度和应变率。
超塑成形技术在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域具有广泛的应用前景。
在航空航天领域，超塑成形技术可以制造出轻量化的结构件，提高整体效能并减少燃料消耗。
在汽车制造领域，超塑成形技术可以制造出复杂形状和轻质的车身零件，提高车辆的安全性能和燃油经济性。
在医疗器械领域，超塑成形技术可以制造出精密的植入器械和医疗设备，提高治疗效果和患者的生活质量。
目前，超塑成形技术已经得到了广泛的研究和应用。
一些国家和地区已经建立了专门的研究中心和实验室，对超塑成形技术进行深入研究，并推动其产业化发展。
在实践中，超塑成形技术已经成功应用于一些特定领域的生产工艺中，取得了较好的成果。
然而，超塑成形技术还存在一些挑战和限制。
首先，高温和高应变率条件下材料容易发生晶粒长大和孔洞形成等缺陷，导致材料的力学性能下降。
其次，超塑成形技术的设备和工艺复杂，生产周期长，需要大量的热能和人工操作。
此外，超塑成形技术还需要对材料的力学性能和塑性变形行为进行深入研究，以满足不同应用领域对材料的要求。
未来，超塑成形技术的发展方向主要包括材料的改进、工艺的优化和设备的突破。
首先，需要开发出具有优异力学性能和高温稳定性的超塑性材料。
其次，需要改进超塑成形工艺，提高生产效率和产品质量。
快速成型技术
快速成型技术1、快速成型简介快速成型（RP）技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。
自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。
RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。
但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。
形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。
2、RP 技术的原理RP 技术是采用离散∕堆积成型的原理, 由CAD 模型直接驱动的通过叠加成型方出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型, 根据工艺要求将其按一定厚度进行分层, 把三维电子模型变成二维平面信息(截面信息), 在微机控制下, 数控系统以平面加工的方式有序地连续加工出每个薄层并使它们自动粘接成型, 图1 为RP 技术的基本原理。
图1 RP 技术的基本原理。
RP 技术体系可分解为几个彼此联系的基本环节: 三维CAD 造型、反求工程、数据转换、原型制造、后处理等。
2.1立体光固化成型(SLA)该方法是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速成型方法。
SLA 技术原理是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫描, 被扫描区域的树脂薄层( 约十分之几毫米) 产生光聚合反应而固化, 形成零件的一个薄层。
工作台下移一个层厚的距离, 以便固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂, 进行下一层的扫描加工, 如此反复, 直到整个原型制造完毕。
由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用, 故在工作时只需功率较低的激光源。
此外,因为没有热扩散, 加上链式反应能够很好地控制, 能保证聚合反应不发生在激光点之外, 因而加工精度高, 表面质量好, 原材料的利用率接近100%, 能制造形状复杂、精细的零件, 效率高。
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华中科技大学博士研究生入学考试
《先进材料成形技术与理论》考试大纲
一、《先进材料成形技术及理论》课程概述
编号：MB11001
学时数：40
学分：2.5
教学方式：讲课30、研讨6、实验参观4
二、教学目的与要求：
材料的种类繁多，其加工方法各异，近年来随同科学技术的发展，新材料、材料加工新技术不断出现。
本课程将概述材料的分类及其加工方法的选择；重点介绍液态金属精密成形、金属材料塑性精确成形及金属连接成形等研究与应用领域的新技术、新理论；阐述材料加工中的共性与一体化技术。
本课程作为材料加工工程专业的学位课，将使研究生对材料加工的新技术与新理论有个全面的了解，引导研究生在大材料学科领域进行思考与分析，为从事材料加工工程技术的研究与发展奠定基础。
三、课程内容：
第一章材料的分类及其加工方法概述
1.1材料的分类及加工方法概述
1.2材料加工方法的选择（不同材料）及不同加工方法的精度比较（同一种材料）
1.3材料加工中的共性（与一体化）技术
1.4材料加工技术的发展趋势
第二章液态金属精密成形理论及应用
2.1 材料液态成形的范畴及概述
2.2 消失模精密铸造原理及应用(原理、关键技术、应用实例、缺陷与防治)
2.3 Corsworth Process新技术(精密砂型铸造：锆英（砂）树脂砂型、电磁浇注、热法旧砂再生)
2.4 半固态铸造成形原理与技术（流变铸造、触变成形、注射成形）
2.5 铝、镁合金的精确成形技术（金属型铸造、压铸、反重力精密铸造、精密熔模铸造等）
2.6 特殊凝固技术（快速凝固、定向凝固、振动凝固）
2.7 金属零件的数字化铸造（铸件三维造型、工艺模拟及优化、样品铸件快速铸造、工业化生产及
其设计）
2.8 高密度粘土砂紧实机理及其成形技术（高压造型、气冲造型、静压造型）
第三章金属材料塑性精密成形工艺及理论
3.1 金属塑性成形种类与概述
3.2金属材料的超塑性及超塑成形（概念、条件、成形工艺）
3.3 复杂零件精密模锻及复杂管件的精密成形（精密模锻、复杂管件成形）
3.4 板料精密成形（精密冲裁、液压胀形、其它板料精密成型）
3.5 板料数字化成形（点（锤）渐进成形、线渐进（快速）成形、无模（面、液压缸作顶模）成形）
3.6 特种锻造（电镦、摆锻、辊锻、其它特种锻造）
3.7 液压成形（原理、设备、工艺）
3.8 新技术对成形模具的要求（数字化、柔性模具）
第四章先进连接技术理论及应用
4.1 材料连接成形概述
4.2 几种新型连接方法的原理及特点
高能密束焊、搅拌磨擦焊、微连接等连接方法基本原理、工艺及应用、复合加工工艺原理及新技术
4.3 典型先进材料的特性、连接工艺与物理冶金
(铝锂合金、高温合金等金属材料；陶瓷材料、复合材料、有序金属间化合物、非晶材料等非金属材料及功能材料的焊接性、连接方法的选择、接头性能与工艺特点)
4.4 严酷条件下的连接技术
(空间连接技术的发展；零重力条件下的焊缝成形与焊接冶金特性；空间结构材料的焊接性。
辐射条件下的焊接。
水下焊接技术)
4.5 材料表面改性新技术
(激光表面改性、气相沉积、真空熔结、电火花强化等；表面改性技术选择。
)
4.6连接接头质量控制与性能评价
(连接接头质量控制；接头性能评价方法；获得优质结构的现代连接和连接工程学的基本内涵及相关学科之间的关系)
4.7 数值模拟与仿真技术在连接成形技术中的应用
（数字化连接技术）
第五章复合化成形加工方法及技术基础
5．1 材料成形加工技术的复合化
5．2连铸连轧
5．3成形与精密加工复合化
5．4复合能量场成形
5．5新材料制备与成形一体化
5．6CAD/CAE/CAM一体化技术
第六章粉末材料及其成形技术
5.1 粉末材料的制备
5.2 粉末冶金原理及应用
5.3 粉末材料喷射成形原理及应用
5.4 粉末材料注射成形原理及应用。