《材料加工数值模拟技术》
期末综述报告
题目：扭压复合加载之DEFORM模拟
学院：学号：姓名：指导老师：机械工程及自动化学院SY1107110
许亿
张彦华教授
2012年6月
1 绪论
1.1课题的背景[1]
锻造成形是现代制造业中的重要加工方法之一。锻造成形的制件有着其他加工方法难以达到的良好力学性能。随着科技发展，锻造成形工艺面临着巨大的挑战：各行业对锻件质量和精度的要求越来越高，成本要求越来越低。这就要求设计人员在尽可能短的时间内设计出可行的工艺方案和模具结构。但目前锻造工艺和模具设计，大多仍然采用实验和类比的传统方法，不仅费时而且锻件的质量和精度很难提高。随着有限元理论的成熟和计算技术的飞速发展，运用有限元数值模拟进行锻压成形分析，在尽可能减少或无需物理实验的情况下，得到成形中的金属流动规律、应力场、应变场等信息，并据此设计工艺和模具，已经成为一种行之有效的手段。
锻造成形大多属于三维非稳态塑性成形，一般不能简化为平面或轴对称等简单问题来近似处理。在成形过程中，即存在材料非线性，又有几何非线性，同时还存在边界条件非线性，变形机制十分复杂，并且接触边界和摩擦边界也难以描述。应用刚(粘)塑性有限元法进行三维单元数值模拟，是目前国际公认的解决此类问题的最好方法之一。本文针对镦粗这一锻造中常用的加工方式，采用DEFORM数值模拟软件对其进行模拟，从而显现出数值模拟技术
的巨大优势。
2镦粗工艺的概述
2.1 镦粗的定义
自由锻是锻造常用的加工方法，自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，而镦粗是自由锻的一种常用加工方式，既使毛坯高度减小而横截面增大的成形工序，它可以用于以下几个方面：
1.由横截面积较小的坯料得到横截面较大而高度较小的锻件。
2.冲孔前增大坯料横截面和平整坯料端面。
3.提高下一步拔长时的锻造比。
4.反复进行镦粗与拔长可以破碎合金工具钢中的碳化物。
镦粗一般可分为平砧镦粗、垫环镦粗和局部镦粗三类。本文涉及的主要是平砧镦粗。
2.2 镦粗缺陷及问题
在镦粗过程中，由于工件与工具存在摩擦，阻碍金属流动，使成形所需的压力增加及导致不均匀变形，可能产生裂纹，鼓形等。同时在高温下镦粗时，温度降低快，屈服极限较高，产生不均匀变形更加明显。
如上图所示，开始镦粗后上下表面有摩擦力，阻碍金属向外流动，中间不存在摩擦力，而由于塑性变形总体积不变，所以出现了如图的鼓形。
因此，为提高锻件的质量和变形量，自由锻过程中应该尽量小鼓形，提高镦粗变形的均匀性，这对于难变形材料和锻件的镦粗尤为重要。
2.3 扭压复合加载成形[3]
为了提高镦粗变形的均匀性，现在提出一种新型的加工的方法—扭压复合加载成形。扭压复合加载成形的原理是在工件高度方向上施加压力的同时，使弓箭产生扭转运动，将被动摩擦转化为促进金属流动的主动摩擦的一种新型工艺。
扭压复合加载成形通过主动摩擦力给工件施加扭压的作用，迫使工件产生高度方向上的压缩变形和很界面上的剪切变形，以消除镦粗成形中摩擦的有害作用，促进金属的流动
（如下图所示），扭压成形时多出剪切应变，该剪切力在难变形区促进了晶粒的滑移流动，均匀性自然就提高了。
为了验证该加工方式的科学性和合理性，我们可以用数值模拟技术—deform对其进行
模拟分析，通过对普通镦粗和扭压复合加载镦粗实验的对比，得到更优的加工方式，从而在很大程度上降低实验所带来的繁琐。
3. DEFORM概述及实验模拟分析
3.1 DEFORM概述
Deform是针对复杂金属成型过程的三维金属流动分析的功能强大的过程模拟分析软件。该软件的理论基础是经过修订的拉格朗日定理，属于钢塑性有限元法，其材料模型包括刚性材料模型、塑性材料模型、多孔材料模型和弹性材料模型。Deform-2D的单元类型是四边形，deform-3D的单元类型是经过特殊处理的四面体，更容易实现网格重划分。后者在模拟金属成型过程中三维流动时可以提供极有价值的工艺分析数据及有关成型过程中的材料和温度
流动。典型应用包括锻造、摆碾、轧制、旋压、拉拔和其他成型加工手段。是模拟3D材料
流动的理想工具。不仅稳健性好，而且易于使用。Deform强大的功能模拟引擎能够分析金
属成型过程中多个关联对象耦合多用的大变形和热特性。系统中集成了任何在必要时能够自行触发自动网格重画生成器，生成优化的网格系统。在要求精度较高的区域，可划分细密的网格，从而降低题目的运算规模，并显著提高计算效率。
Deform图形界面既强大又灵活，为用户准备输入数据和观察结果提供了有效工具，还
提供了3D几何操作修正工具，这对于3D过程模拟极为重要。deform系统几十年来一贯秉承力保计算准确可靠地传统。
3.2 实验模拟与分析
3.2.1 实验模拟[2]
Deform模拟过程主要可分为以下几个步骤：
接下来就对以上给出的几个步骤进行详细的分解，从中我们能感受到deform的优越性便捷性。首先我们进行材料的设置：毛坯材料为AL-2-17，高度80mm，直径60mm，单元网格10000。上模为直径120mm，刚性，主动摸，垂直下压，下压速度为2mm/s，运动行程为40mm。对于普通镦粗其角速度为0，扭压复合加载角速度为0.1745rad/s。下模直径为200mm，刚性，不动。上模与工件及工件与下模的接触摩擦系数为0.12.加工温度为常温。
(1)设置模拟控制初始条件：主要是对模拟过程的单位(unite)及名称的设置。在simulation
control里的main进行。
(2) 输入对象模型：先添加模块，在预先利用pro-e或catia等三维成形软件绘制模拟所需要的上模，下模，加工件。通过geometry的import object插入所需要的上下模及工件。并且通过object positioning调整各制件在空间中的位置，使其完美接触。
(2)定义材料：该步骤主要是加工件的材料及性质定义和网格的划分，如属性为塑性，温度
为华氏68，材料为AL-2017。此外需要注意网格的划分，网格划分太大会降低模拟精确度，网格划分太小可提高模拟准确性，但模拟时间增加，降低了效率。所以选择合适的网格划分方式和网格划分大小很重要，我们可以使用generate mesh的功能预先生成网格，观察其是否均匀，达到我们的要求，若均匀，则可以Freview。材料的设置和网格的划分如下图所示。
（材料的定义）
（网格的划分）
(4) 设置驱动条件：因为上模是运动模，而下模是固定的，因此驱动条件主要是设置上模的运动参数。在本次镦粗实验室中，运动参数包括上模运动的方向，上模恒定的运动速度（constant value），此外还有上模的自转角速度及自转中心坐标。这些数据在上模的movement里面设置。界面如下图所示。
(5)设置模拟控制信息：该步骤在sumulation controls的step里进行。主要是对整个镦粗过程中的一些参数的设置，如整个加载过程的步数，每步前进的距离等。
[6]设置对象关系：该步骤即接触定义，定义变形体与模具之间以及模具之间可能产生的接触关系。变形的的温度、变形是待求量，变形体为接触体，刚性接触时只具有常温，起主动传递位移或合力作用。如果需要模具的温度变化，可将模具上要关心的部分离散成单元，定义成允许热传递的刚性接触体，可以与外界催在热交换。操作界面为inter-object，如下图所示。
[7]生成数据库文件：生成数据库文件（database generation）为预处理的最后一步，在点击check和generate后如果界面中无出现错误提示，说明可继续操作，进入后处理过程，若出现错误提示，则需要检查前期的设置是否出现错误。具体界面如下所示。
[8]后处理及分析：在经过计算机的一段时间的模拟计算后，可以进入后处理，通过后处理我们可以得到工件在镦粗过程中应力、应变等各种数据。
3.2.2 实验分析
首先我们可以通过宏观表面的观察来对比两种加工方式，如下为每8步的对比图，上面为普通镦粗，下面为扭压复合加载。
通过上面两组图的对比以及具体数值的计算，我们至少在宏观上可以发现从扭压成型可
以明显减小鼓形。K为鼓形系数,扭压鼓形系数只有2.4,而普通镦粗达到了12.5扭压复合加载成形所形成的鼓形明显比普通镦粗所形成的鼓形小。
接下了是镦粗的应变分析。下图为模拟出来的应变曲线和应变分布图，第二幅图为边扭压成型。
从上图应变曲线和应变分布图可以看出，扭压复合加载成型应变分布均匀，最大最小应变之比为1.742.普通镦粗难变形区，易变形区，小变形区应变相差较大，最大最小应变之比达到了10.55。可见扭压成型大大提高了均匀性
最后是应力分析。从下图应变曲线和应变分布图可以看出，第二幅图扭压复合加载成型。
从上图可以看出扭压复合加载成型应力分布均匀,特别是在难变形区和侧面鼓形处,这样使得变形均匀.而普通镦易变形区和小变形区相差大,这就使镦粗时鼓形不断加大。
通过分析，可以得出以下结论：扭压复合加载成型比普通镦粗更省力；扭压成型使变形体内应力应变分布均匀，基本消除了镦粗时坯料顶部的难变形性区和鼓形；实验结果与模拟结果基本一致，说明模拟的可靠性，因此我们可以用软件模拟进行实验，同时还可以变化各种参数，从而获得更详尽的数据，同时降低实验的成本，提高经济效益。
4 结束语
本文系统地介绍了deform软件，同时阐述了镦粗过程中产生的问题，针对这些问题，我们提出一种新型的加方式--扭压复合加载，为了验证这种加工方式的合理性和科学性，我们利用deform这一数值模拟技术，进行模拟。从而得到了各种数据，进行分析，于此同时我们还可以通过实验软件更换各种实验参数，取得不同的实验成果，最终得到镦粗的最佳参数。通过数值模拟分析，我们省去了实际实验操作所带来繁琐，大大提高了工作效率。
数值模拟在锻造成形中的应用虽不断深入，越来越广泛，但目前主要是模拟一些形状不太复杂、模具结构无飞边、加工只需要一个工步的成形过程。但随着模拟中一些关键技术的进一步发展及计算机硬件水平的提高，数值模拟在锻造成形的应用将会越来越广泛。
5 参考文献
[1] 王连东，刘助柏.圆柱体（H/D>1）在普通平板间镦粗时应力场计算的力学分块法.塑性工程学报.1994;1(3):20~28.
[2] 梁辰，王连东，刘国辉，刘助柏.圆柱体（H/D>1）在普通平板间镦粗时候应力场的数值模拟.第六届全国锻压学术年会.北京.1995
[3] 冯道武.镦粗变形规律实例分析.锻压技术.1995;(1):18.
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）
教案 （理论课） 2010～2011学年第2学期 课程名称工程材料与成形技术基础教学系机械工程系 授课班级焊接091 主讲教师晏丽琴 职称讲师
培黎工程技术学院二○一一年二月课程基本情况
系主任：年月日 目录 第一章绪论 第一节材料加工概述 一、材料加工概述 二、材料加工的基本要素和流程 第二节材料成形的一些基本问题和发展概况 一、凝固成形的基本问题和发展概况 二、塑性成形的基本问题和发展概况 三、焊接成形的基本问题和发展概况 四、表面成形的基本问题和发展概况 第三节本课程的性质和任务 绪论 学习思考问题 ·材料加工的基本要素和流程是什么？ ·材料成形存在的基本问题是什么? ·本课程的性质和基本任务是什么? 一、材料加工概述 任何机器或设备，都是由许许多多的零件装配而成的。这些零件所用材料有金属材料，也有非金属材料。零件或材料的加工方法多种多样，归纳起来有以下4类： (1)成形加工：用来改变材料的形状尺寸，或兼有改变材料的性能。主要有凝固成形、塑性成形、焊接成形、粉末压制和塑料成形等。 (2)切除加工：用于改变材料的形状尺寸，主要有车、铣、刨、钻、磨等传统的切削加工，以及直接利用电能、化学能、声能、光能进行的特殊加工，如电火花加：[、电解加工、超声加工和激光加工等。 (3)表面成形加工：用来改变零件的表面状态和(或)性能，如表面形变及淬火强化、化学热处理、表面涂(镀)层和气相沉积镀膜等。
(4)热处理加工：用来改变材料或零件的性能，如退火、正火、淬火和回火等。 根据零件的形状尺寸特征、工作条件及使用要求、生产批量和制造成本等多种因素，选择零件的加工方法，以达到技术上可行、质量可靠和经济上合理。零件制成后再经过检验、装配、调试，最终得到整机产品。 二、材料加工的基本要素和流程 材料加工方法的种类虽然繁多，但通过对每种材料加工方法的过程分析表明，它们都可以用建立在少数几个基本参数基础上的统一模式来描述。该模式便于对各种加工方法进行综合分析和横向比较。 任何一种材料的加工过程，都是为了达到材料的形状尺寸或性能的变化。而为了产生这种变化，必须具备三个基本要素：材料、能量和信息（图1.2）。因而材料的加工过程，可以用相关材料流程、能量流程和信息流程来描述。 三大流程： 1.材料流程 表征加工过程特点的类型； 要改变形状尺寸和性能的材料状态； 能够用来实现这种形状尺寸和性能变化的基本过程； 2.能量流程 包括机械过程的能量流程，热过程能量：电能、化学能、机械能 3.信息流程 形状信息、性能信息
学生学号实验课成绩 学生实验报告书 实验课程名称材料成型数值模拟设计实验 开课学院材料学院 指导教师姓名 学生姓名 学生专业班级成型1001班 2012-- 2013学年第二学期
实验教学管理基本规范 实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平 与质量的重要依据。为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高 学生质量，特制定实验教学管理基本规范。 1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参 照执行或暂不执行。 2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验 报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。 3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。每部分均在实验成绩中占一 定比例。各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。 4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。教师要在实验过程中抽查学生预习情况， 在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。 5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。在完成所有 实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。 6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。 附表：实验考核参考内容及标准 观测点考核目标成绩组成 实验预习1．预习报告 2．提问 3．对于设计型实验，着重考查设计方案的 科学性、可行性和创新性 对实验目的和基本原理 的认识程度，对实验方 案的设计能力 20% 实验过程1．是否按时参加实验 2．对实验过程的熟悉程度 3．对基本操作的规范程度 4．对突发事件的应急处理能力 5．实验原始记录的完整程度 6．同学之间的团结协作精神 着重考查学生的实验态 度、基本操作技能；严 谨的治学态度、团结协 作精神 30% 结果分析1．所分析结果是否用原始记录数据 2．计算结果是否正确 3．实验结果分析是否合理 4．对于综合实验，各项内容之间是否有分 析、比较与判断等 考查学生对实验数据处 理和现象分析的能力； 对专业知识的综合应用 能力；事实求实的精神 50%
《材料加工数值模拟技术》 期末综述报告 题目：扭压复合加载之DEFORM模拟 学院：学号：姓名：指导老师：机械工程及自动化学院SY1107110 许亿 张彦华教授 2012 年6月
1 绪论 1.1课题的背景[1] 锻造成形是现代制造业中的重要加工方法之一。锻造成形的制件有着其他加工方法难以达到的良好力学性能。随着科技发展，锻造成形工艺面临着巨大的挑战：各行业对锻件质量和精度的要求越来越高，成本要求越来越低。这就要求设计人员在尽可能短的时间内设计出可行的工艺方案和模具结构。但目前锻造工艺和模具设计，大多仍然采用实验和类比的传统方法，不仅费时而且锻件的质量和精度很难提高。随着有限元理论的成熟和计算技术的飞速发展，运用有限元数值模拟进行锻压成形分析，在尽可能减少或无需物理实验的情况下，得到成形中的金属流动规律、应力场、应变场等信息，并据此设计工艺和模具，已经成为一种行之有效的手段。 锻造成形大多属于三维非稳态塑性成形，一般不能简化为平面或轴对称等简单问题来近似处理。在成形过程中，即存在材料非线性，又有几何非线性，同时还存在边界条件非线性，变形机制十分复杂，并且接触边界和摩擦边界也难以描述。应用刚(粘)塑性有限元法进行三维单元数值模拟，是目前国际公认的解决此类问题的最好方法之一。本文针对镦粗这一锻造中常用的加工方式，采用DEFORM数值模拟软件对其进行模拟，从而显现出数值模拟技术 的巨大优势。 2镦粗工艺的概述 2.1 镦粗的定义 自由锻是锻造常用的加工方法，自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，而镦粗是自由锻的一种常用加工方式，既使毛坯高度减小而横截面增大的成形工序，它可以用于以下几个方面： 1.由横截面积较小的坯料得到横截面较大而高度较小的锻件。 2.冲孔前增大坯料横截面和平整坯料端面。 3.提高下一步拔长时的锻造比。
各种材料及其加工工艺详解 1. 表面立体印刷（水转印）水转印——是利用水的压力和活化剂使水转印载体薄膜上的剥离层溶解转移，基本流程为： a. 膜的印刷：在高分子薄膜上印上各种不同图案； b. 喷底漆：许多材质必须涂上一层附着剂，如金属、陶瓷等，若要转印不同的图案，必须使用不同的底色，如木纹基本使用棕色、咖啡色、土黄色等，石纹基本使用白色等； c. 膜的延展：让膜在水面上平放，并待膜伸展平整； d. 活化：以特殊溶剂(活化剂)使转印膜的图案活化成油墨状态； e. 转印：利用水压将经活化后的图案印于被印物上； f. 水洗：将被印工件残留的杂质用水洗净； g. 烘干：将被印工件烘干，温度要视素材的素性与熔点而定； h. 喷面漆：喷上透明保护漆保护被印物体表面； i. 烘干：将喷完面漆的物体表面干燥。水转印技术有两类，一种是水标转印技术，另一种是水披覆转印技术，前者主要完成文字和写真图案的转印，后者则倾向于在整个产品表面进行完整转印。披覆转印技术(CubicTransfer)使用一种容易溶解于水中的水性薄膜来承载图文。由于水披覆薄膜张力极佳，很容易缠绕于产品表面形成图文层，产品表面就像喷漆一样得到截然不同的外观。披覆转印技术可将彩色图纹披覆在任何形状之工件上，为生产商解决立体产品印刷的问题。曲面披
覆亦能在产品表面加上不同纹路，如皮纹、木纹、翡翠纹及云石纹等，同时亦可避免一般板面印花中常现的虚位。且在印刷流程中，由于产品表面不需与印刷膜接触，可避免损害产品表面及其完整性。 2. 金属拉丝直纹拉丝是指在铝板表面用机械磨擦的方法加工出直线纹路。它具有刷除铝板表面划痕和装饰铝板表面的双重作用。直纹拉丝有连续丝纹和断续丝纹两种。连续丝纹可用百洁布或不锈钢刷通过对铝板表面进行连续水平直线磨擦（如在有装置的条件下手工技磨或用刨床夹住钢丝刷在铝板上磨刷）获取。改变不锈钢刷的钢丝直径，可获得不同粗细的纹路。断续丝纹一般在刷光机或擦纹机上加工制得。制取原理：采用两组同向旋转的差动轮，上组为快速旋转的磨辊，下组为慢速转动的胶辊，铝或铝合金板从两组辊轮中经过，被刷出细腻的断续直纹。乱纹拉丝是在高速运转的铜丝刷下，使铝板前后左右移动磨擦所获得的一种无规则、无明显纹路的亚光丝纹。这种加工，对铝或铝合金板的表面要求较高。波纹一般在刷光机或擦纹机上制取。利用上组磨辊的轴向运动，在铝或铝合金板表面磨刷，得出波浪式纹路。旋纹也称旋光，是采用圆柱状毛毡或研石尼龙轮装在钻床上，用煤油调和抛光油膏，对铝或铝合金板表面进行旋转抛磨所获取的一种丝纹。它多用于圆形标牌和小型装饰性表盘的装饰性加工。 螺纹是用一台在轴上装有圆形毛毡的小电机，将其固定在桌
1. 快速凝固 快速凝固技术的发展，把液态成型加工推进到远离平衡的状态，极大地推动了非晶、细晶、微晶等非平衡新材料的发展。传统的快速凝固追求高的冷却速度而限于低维材料的制备，非晶丝材、箔材的制备。近年来快速凝固技术主要在两个方面得到发展：①利用喷射成型、超高压、深过冷，结合适当的成分设计，发展体材料直接成型的快速凝固技术；②在近快速凝固条件下，制备具有特殊取向和组织结构的新材料。目前快速凝固技术被广泛地用于非晶或超细组织的线材、带材和体材料的制备与成型。 2. 半固态成型 半固态成型是利用凝固组织控制的技术.20世纪70年代初期，美国麻省理工学院的Flemings 教授等首先提出了半固态加工技术，打破了传统的枝晶凝固式，开辟了强制均匀凝固的先河。半固态成型包括半固态流变成型和半固态触变成形两类：前者是将制备的半固态浆料直接成型，如压铸成型（称为半固态流变压铸）；后者是对制备好的半固态坯料进行重新加热，使其达到半熔融状态，然后进行成型，如挤压成型（称为半固态触变挤压） 3. 无模成型 为了解决复杂形状或深壳件产品冲压、拉深成型设备规模大、模具成本高、生产工艺复杂、灵活度低等缺点，满足社会发展对产品多样性（多品种、小规模）的需求，20世纪80年代以来，柔性加工技术的开发受到工业发达国家的重视。典型的无模成型技术有增量成型、无摸拉拔、无模多点成型、激光冲击成型等。 4.超塑性成型技术 超塑性成型加工技术具有成型压力低、产品尺寸与形状精度高等特点，近年来发展方向主要包括两个方面：一是大型结构件、复杂结构件、精密薄壁件的超塑性成型，如铝合金汽车覆盖件、大型球罐结构、飞机舱门，与盥洗盆等；二是难加工材料的精确成形加工，如钛合金、镁合金、高温合金结构件的成形加工等。 5. 金属粉末材料成型加工 粉末材料的成型加工是一种典型的近终形、短流程制备加工技术，可以实现材料设计、制备预成型一体化；可自由组装材料结构从而精确调控材料性能；既可用于制备陶瓷、金属材料，也可制备各种复合材料。它是近20年来材料先进制备与成型加工技术的热点与主要发展方向之一。自1990年以来，世界粉末冶金年销售量增加了近2倍。2003年北美铁基粉末。相关的模具、工艺设备和最终零件产品的销售额已达到91亿美元，其中粉末冶金零件的销售为64亿美元。美国企业生产的粉末冶金产品占全球市场的一半以上。可以预见，在较长一段时间内，粉末冶金工业仍将保持较高的增长速率。粉末材料成型加工技术的研究重点包括粉末注射成型胶态成型、温压成型及微波、等离子辅助低温强化烧结等。 6. 陶瓷胶态成型 20世纪80年代中期，为了避免在注射成型工艺中使用大量的有机体所造成的脱脂排胶困难以及引发环境问题，传统的注浆成型因其几乎不需要添加有机物、工艺成本低、易于操作制等特点而再度受到重视，但由于其胚体密度低、强度差等原因，他并不适合制备高性能的陶瓷材料。进入90年代之后，围绕着提高陶瓷胚体均匀性和解决陶瓷材料可靠性的问题，开发了多种原位凝固成型工艺，凝胶注模成型工艺、温度诱导絮凝成形、胶态振动注模成形、直接凝固注模成形等相继出现，受到严重重视。原位凝固成形工艺被认为是提高胚体的均匀性，进而提高陶瓷材料可靠性的唯一途径，得到了迅速的发展，已逐步获得实际应用。 7. 激光快速成型 激光快速成形技术，是20实际90年代中期由现代材料技术、激光技术和快速原型制造术相结合的近终形快速制备新技术。采用该技术的成形件完全致密且具有细小均匀的内部组
1.液态浇铸成形加工（铸造）、塑性变形加工、连接加工、粉体加工、 热处理改性、表面加工，在加工制造过程中，不仅材料的外部形状和表面状态发生改变，而且材料的内部组织和性能也发生巨大变化。——因为这类加工制造一般都需要将材料加热到一定的温度下才能进行，因而通常称又这类加工制造方法为热加工 2.另一类加工制造方法，如传统的车、铣、镗、刨、磨等切削加工， 以及直接利用电能、化学能、声能、光能等进行的特殊加工，如电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工等，在加工制造过程中通过去除一部分材料来使材料成形。——加工制造的目的主要是赋予材料一定的形状、尺寸和表面状态，尤其是尺寸精度和表面光洁度，而一般不改变材料的内部组织与性能——这类加工称为切削加工或去除加工——由于这种加工一般在常温下甚至往往是强制冷却到常温下进行，所以习惯上称为冷加工 3.不同的材料需要不同的适宜加工方法，同样的材料制造不同的工 件也要采用不同的加工方法。 4.铸造成形加工方法不仅可以通过合金成分的选择、熔体的改性处 理和铸造方法以及工艺的优化来改进铸件的性能，还是新材料开发的重要手段。 5.材料塑性成形是利用材料的塑性，在外力作用下使材料发生塑性 变形，从而获得所需形状和性能的产品的一种加工方法。 6.塑性变形还是消除内部气孔、裂纹等缺陷，改善组织结构，提高 材料性能的重要手段。要求高性能、高可靠性的零件往往要求采
用塑性成形加工。 7.金属的连接可以采用机械的方法、化学粘结的方法和焊接方法。 ——焊接是采用适当的手段使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合而连接在一起的加工方法。 8.分析各种加工方法的本质就会发现，所有加工方法均是成形与控 性的结合。
材料加工技术讲义 徐刚，韩高荣编制 浙江大学材料科学与工程学系 二0一二年六月
绪论 材料是人类文明的物质基础，是社会进步和高新技术发展的先导。自上世纪70年代开始，人们把信息、能源和材料看作是现代社会的三大支柱。新材料和新材料技术的研究、开发和应用反映了一个国家的科学技术与工业化水平。以大规模集成电路为代表的微电子技术，以光纤通信为代表的现代通信技术，以及及现代科技与技术于一体的载人航天技术等，几乎所有的高新技术的发展与进步，都以新材料和新材料技术的发展为突破和前提。 材料的制备与加工，和材料的成分与结构，材料的性能是决定材料使用性能的三大基本要素，构成材料科学与工程学四面体的底面，这充分反映了材料制备及加工技术的重要作用和地位。材料制备与加工技术的发展既对新材料的研究开发、应用和产业化具有决定性的作用，同时又可有效地改进和提高传统材料的使用性能，对传统材料产业的更新改造具有重要作用。因此，材料制备与加工技术的研究开发是目前材料科学与工程学最活跃的领域之一。 材料种类很多，按材料的键合特点和组成分类，大致分为四大类：金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料；按材料的用途分类，既可分为结构材料和功能材料两大类，也可细分为建筑材料、信息材料、能源材料、生物材料、航空航天材料等等。相应地，为了适应不同种类材料的键合特点，和使用特点及功能要求，材料制备和加工技术也多种多样。 本讲义是面向浙江大学材料科学与工程学专业学位硕士研究生培养而编写的“材料加工技术”。主要涉及金属材料加工和陶瓷粉体成型烧结先进制备技术，包括：金属材料快速凝固、定向凝固、半固态加工、连续铸轧、复合铸造技术，以及金属粉体、陶瓷粉体制备，和先进陶瓷成型、烧结等材料加工新技术新工艺。注重材料制备及加工技术案例分析，从技术个案的起源、开发、改进和完善的整个过程，对材料加工技术特点及其原理进行系统介绍，重点突出新技术创新的基本规律，培养学生自主创新和利用新技术开发新材料的能力。
复习题(以下问题用中英文回答均可) 1.简述“材料”、“材料加工”、“材料加工数值模拟”三个概念的含义，并分别 举例说明。 材料:材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质 材料加工：采用铸造、锻压等方法将金属原材料加工成所需的形状尺寸，并达到一定的组织性能要求，又称为材料成型。 材料加工数值模拟：数值模拟即是通过数值计算得到用微分方程边值问题来描述的具体材料成型问题中工件和模具的温度场、速度场、应力场等，据此预测工件中组织性能的变化以及可能出现的缺陷；同时利用计算机图形技术将分析结果直观、动态地呈现出来，使研究设计人员能通过这一虚拟的材料加工过程检验工件的最终形状、尺寸、性能等是否符合设计要求。 2.简要说明材料加工数值模拟的发展趋势。 (1)研究对象尺度微观化 (2)模拟功能集成化（数值模拟功能已由单一的温度场、流场、应力/应变 场、组织场模拟普遍进入到耦合集成阶段） (3)模拟目的专门化（从共性、通用到专用特性） (4)重视提高数值模拟精度和速度的基础性研究 （5）重视物理模拟与精确测试技术 （6）在并行环境下，工艺模拟与生产系统其它技术环节实现集成，成为先进制造系统的重要组成部分 （7）以商业软件为基础，改进提高研究与普及应用相结合 3.定义或描述热传输的三种基本形式，并举出实例。 (1)导热：热传导是由于温度不同，在导体内存在温差或温度梯度，引起自由电子移动的结果。温差越大，自由电子的移动越激烈。 (2)对流：热对流是由运动的流体质点发生相对位移而引起热能转移的现象。它是利用不同温度的质点密度不同来传热，在流体受热密度变小而上浮的同时，冷的流体就会流过来补充，这样一个周而复始的过程，即所谓对流。（3）辐射：热辐射是物体受热后，内部原子振动而出现的一种电磁波能量传递。举例：凝固前后，高温金属----型砂空隙和大气，辐射传热； 浇注时及凝固前，液体金属内部、铸型----大气，对流传热； 凝固前后，金属内部、高温金属----铸型、铸型材料内部，传导传热。 （生活中有很多例子，可以多想几个O(∩_∩)O） 4.写出傅立叶热传导定律的数学表达式，写出对流换热基本公式、辐射换热基 本公式，并解释说明公式中符号所代表的物理量。 傅利叶热传导定律（单向稳态方程）：q = ?k （dT/dx） k-导热系数，thermal conductivity，单位：W/mK； q-热流密度或热通量，heat flux，单位：W/m2； dT/dx-温度梯度，temperature gradient，单位：K/m; 对流计算基本公式（牛顿定律）：
钢铁材料的加工过程 埃菲尔铁塔的浪漫美、鸟巢的自然美无不显示出钢铁材料在现实生活中的巨大作用。钢铁材料是人类经济建设和日常生活中所使用的罪重要的结构材料和产量最大的材料，是人类社会进步所依赖的重要物质基础。钢铁工业是为机械制造和金属加工、颜料动力、化学工业、建筑业、宇航与军工，以及交通运输业、农业等部门提供原材料和钢铁产品的重要基础工业。在世界上，不论是发达国家还是发展中国家，都非常重视发展钢铁工业，因为它是国家工业化的支柱。没有强大的钢铁工业，要实现工业化的社会是困难的。因此在一个相当长的历史时期，钢铁工业发展程度如何，是衡量一个国家工业化水平高低的重要标志之一。总之，钢铁材料是人类社会的基础材料，是社会文明的标志。那么，钢铁材料是如何从矿石加工成产品的呢？ 大多数钢铁材料的加工过程可分为五个步骤：矿石的冶金、熔炼、铸造、锻造或者轧制、热处理。 首先是矿石的冶金，选矿是冶炼前的准备工作，从矿山开采下来矿石以后，首先需要将含铁、铜、铝、锰等金属元素高的矿石甄选出来，为下一步的冶炼活动做准备。选矿一般分为破碎、磨矿、选别三部分。为了保证供给高炉的铁矿石中铁含量均匀，并且保证高炉的透气性，需要把选矿工艺产出的铁精矿制成10-25mm的块状原料。铁矿粉造块目前主要有两种方法：烧结法和球团法。两种方法所获得的块矿分别为烧结矿和球团矿。高炉生产前的准备除了准备铁矿石（烧结矿和球团矿）外，还需要准备好必需的燃料--焦炭。焦炭是高炉冶炼的主要燃料，焦炭在风口前燃烧放出大量热量并产生煤气，煤气在上升过程中将热量传给炉料，使高炉内的各种物理化学反应得以进行。高炉炼铁生产是冶金(钢铁)工业最主要的环节。高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。高炉生产是连续进行的。转炉炼
材料加工技术——作业5 (孙秀丽，21526082) 1:比较滚筒球磨制粉与气流磨制粉的优缺点？ 气流研磨法是通过气体传输粉料，并通过粉料自身之间的相互摩擦、撞击或颗粒与制粉装置间的撞击使粗大颗粒细化的一种研磨方法。优点是其由于不使用研磨球及研磨介质，所以气流研磨粉的化学纯度一般比机械研磨法的要高。 滚筒球磨法是传统机械研磨法，其优点是：机械方法制备的粉体粒径分布较宽。缺点是：机械制粉方法获得的粉体粒径一般在微米级，进一步细化效率很低且比较困难、粉碎过程中易于引入杂质，难以满足特种陶瓷对原料粒度和纯度的要求。 2：分析拉瓦尔管喷嘴设计在气流磨金属制粉上的应用原理？ 夹带有粉料的高压气流通过拉瓦尔管型硬质合金喷嘴喷出，在管颈部，气体加速，速度达到临界流速，在开口部，气体压力急剧下降，形成绝热膨胀过程。通过拉瓦尔管的喷出，会产生两个效应（1）加速效应，（2）冷却效应。冷流冲击是利用金属的冷脆性而开发的一种粉末制取技术。是将高速运动的粉末颗粒喷射到一个固定的硬质靶上，通过强烈碰撞而使粉末颗粒破碎。冷流冲击法制粉的粉末粒度与气流压力有关，气压越大，则粉末越细。 3：雾化制粉在存在哪三个过程？由这三个过程分析提高雾化制粉，应该采取哪些措施？ 过程一：较大的金属的液珠在受到外力冲击的瞬间，破碎成数个小液滴。雾化时液体吸收的能量与雾化液滴的粒径存在一个对应关系，吸收的能量越高则粒径越小；反之亦然。 过程二：液体颗粒破碎的同时，还可能发生颗粒间相互接触，再次成为一个较大的液体颗粒，并且液体颗粒形状向球形转化，这个过程中，体系的总表面能降低，属于自发过程。 过程三：液体颗粒冷却形成小的固体颗粒。 为了提高雾化制粉效率，应该遵循的两个原则如下： 能量交换准则：提高单位时间内单位质量液体从系统中吸收能量的效率，以克服表面自由能的增加。 快速凝固准则：提高雾化液滴的冷却速度，防止液体微粒的再次聚集。 在实际雾化制粉时，依据以上两条准则，通过改变工艺方法、调整工艺参数、改变液体性质等措施，可以达到调整粉末粒度，实现高效制粉的目的。 4：如何提高干压成型粉体成形性能？ 模压成形又称为干压成形，是将粉料填充到模具内部后，通过单向或双向加压，将粉料压制成所需形状。采用双向加压可以改善单项加压时坯体沿高度方向的密度不均匀性。 5：分析干压成形弹性后效产生的原因，易于引起单向或者双向干压成形坯体的何种缺陷？在等静压中成形有何应用？ 在等静在压制过程中，当卸掉压制压力并把压坯从压模中压出后，由于弹性内应力的作用，压坯将发生弹性膨胀，这种现象称为弹性后效。出现弹性后效的原因是：粉体在压制过程中受到压力作用后，粉末颗粒发生弹塑性变形，在压坯内部聚集很大的内应力。当压制压力消除后，弹性内应力便要松弛，改变颗粒的外形和颗粒的接触状态，从而使压坯发生膨胀。压坯和压模的弹性后效是产生压坯裂纹以及压坯分层的主要原因。 6：如何提高塑性成形泥料的成形性能？ 一是增加坯料中可塑性原料的含量；二是球磨，获得颗粒较细的坯料，不仅增加坯料的塑性，还可以提高坯料的烧结活性；三是坯料组织均匀而不含有空气有利于提高坯料的可塑性；四
复习题(以下问题用中英文回答均可) 1.简述“材料”、“材料加工”、“材料加工数值模拟”三个概念的含义，并分别举例说明。 材料:材料是人类用于制造、器件、构件、机器或其他产品的那些物质 材料加工：采用铸造、锻压等方法将金属原材料加工成所需的形状尺寸，并达到一定的组织性能要求，又称为材料成型。 材料加工数值模拟：数值模拟即是通过数值计算得到用微分方程边值问题来描述的具体 材料成型问题中工件和模具的温度场、速度场、应力场等，据此预测工件中组织性能的变化以及可能出现的缺陷；同时利用计算机图形技术将分析结果直观、动态地呈现出来，使研究设计人员能通过这一虚拟的材料加工过程检验工件的最终形状、尺寸、性能等是否符合设计要求。 2.简要说明材料加工数值模拟的发展趋势。 (1)研究对象尺度微观化 (2)模拟功能集成化（数值模拟功能已由单一的温度场、流场、应力/应变场、组织 场模拟普遍进入到耦合集成阶段） (3)模拟目的专门化（从共性、通用到专用特性） (4)重视提高数值模拟精度和速度的基础性研究 （5）重视物理模拟与精确测试技术 （6）在并行环境下，工艺模拟与生产系统其它技术环节实现集成，成为先进制造系统的重要组成部分 （7）以商业软件为基础，改进提高研究与普及应用相结合 3.定义或描述热传输的三种基本形式，并举出实例。 (1)导热：热传导是由于温度不同，在导体内存在温差或温度梯度，引起自由电子移动的结果。温差越大，自由电子的移动越激烈。 (2)对流：热对流是由运动的流体质点发生相对位移而引起热能转移的现象。它是利用不同温度的质点密度不同来传热，在流体受热密度变小而上浮的同时，冷的流体就会流过来补充，这样一个周而复始的过程，即所谓对流。 （3）辐射：热辐射是物体受热后，内部原子振动而出现的一种电磁波能量传递。 举例：凝固前后，高温金属----型砂空隙和大气，辐射传热； 浇注时及凝固前，液体金属内部、铸型----大气，对流传热； 凝固前后，金属内部、高温金属----铸型、铸型材料内部，传导传热。（生活 中有很多例子，可以多想几个O(∩_∩)O） 4.写出傅立叶热传导定律的数学表达式，写出对流换热基本公式、辐射换热基本公式， 并解释说明公式中符号所代表的物理量。 傅利叶热传导定律（单向稳态方程）：q = k （dT/dx） k-导热系数，thermal conductivity，单位：W/mK； q-热流密度或热通量，heat flux，单位：W/m2； dT/dx-温度梯度，temperature gradient，单位：K/m;
第一章绪论 制造业是提高国家工业生产率、经济增长、国家安全及生活质量的基础，是国家综合实力的重要标志。现如今我国制造业面临巨大挑战，因而加强材料成形加工技术与科学基础研究，大力采用先进制造技术，对国民经济的发展具有重要意义。 材料成形加工技术与科学既是制造业的重要组成部分，又是材料科学与工程的四要素之一，对国民经济的发展及国防力量的增强均有重要作用。“新一代材料精确成形加工技术”与“多学科多尺度模拟仿真”是现代两个重要学科研究前沿领域。高新技术材料的出现，将加速发展以“精确成形”及“短流程”为代表的材料加工工艺，包括：全新的成形加工方法与工艺，及传统成形加工方法的改进与工序综合。“模拟仿真”是产品计算机集成制造、敏 捷制造的主要内容，是实现制造业信息化的先进方法。并行工程已成为产品及相关制造过程 集成设计的系统方法，以计算机模拟仿真与虚拟现实技术为手段的虚拟制造设计将是先进制造技术的重要支撑环境。网络化、智能化是现代产品与工艺过程设计的趋势，绿色制造是现代材料加工技术的进一步发展方向。 面对市场经济、参与全球竞争，必须加强材料成形加工科学与技术的基础和应用研究。 只有使用先进的材料加工技术，才能获得高质量产品的结构和性能，这些高性能的先进材料包括传统材料和新材料。发展材料成形加工技术对我国制造业以高新技术生产高附加值的优质零部件有积极作用，可扩大材料及制造范围、提高生产率、降低产品成本、增强企业国际竞争能力。 制造业在过去的几年中发生了巨大变化，而现代高科技及新材料的出现将导致材料成形 加工技术的进一步发展与变革，出现全新的成形加工方法与工艺，传统加工方法不断改进并走向工艺综合，材料成形加工技术则逐渐综合化、多样化、柔性化、多科学化。
材料加工技术讲义 徐冈I」，韩高荣编制 浙江大学材料科学与工程学系
二0一二年六月 绪论 材料是人类文明的物质基础，是社会进步和高新技术发展的先导。自上世纪70年代开始，人们把信息、能源和材料看作是现代社会的三大支柱。新材料和新材料技术的研究、开发和应用反映了一个国家的科学技术与工业化水平。以大规模集成电路为代表的微电子技术，以光纤通信为代表的现代通信技术，以及及现代科技与技术于一体的载人航天技术等，几乎所有的高新技术的发展与进步，都以新材料和新材料技术的发展为突破和前提。 材料的制备与加工，和材料的成分与结构，材料的性能是决定材料使用性能的三大基本要素，构成材料科学与工程学四面体的底面，这充分反映了材料制备及加工技术的重要作用和地位。材料制备与加工技术的发展既对新材料的研究开发、应用和产业化具有决定性的作用，同时又可有效地改进和提高传统材料的使用性能，对传统材料产业的更新改造具有重要作用。因此，材料制备与加工技术的研究开发是目前材料科学与工程学最活跃的领域之一。 材料种类很多，按材料的键合特点和组成分类，大致分为四大类：金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料；按材料的用途分类，既可分为结构材料和功能材料两大类，也可细分为建筑材料、信息材料、能源材料、生物材料、航空航天材料等等。相应地，为了适应不同种类材料的键合特点，和使用特点及功能要求，材料制备和加工技术也多种多样。 本讲义是面向浙江大学材料科学与工程学专业学位硕士研究生培养而编写的材料加工技术”。主要涉及金属材料加工和陶瓷粉体成型烧结先进制备技术，包括：金属材料快速凝固、定向凝固、半固态加工、连续铸轧、复合铸造技术，以及金属粉体、陶瓷粉体制备，和先进陶瓷成型、烧结等材料加工新技术新工艺。注重材料制备及加工技术案例分析，从技术个案的起源、开发、改进和完善的整个过程，对材料加工技术特点及其原理进行系统介绍，重点突出新技术创新的基本规律，培养学生自主创新和利用新技术开发新材料的能力。
一、绪论 1)材料与新材料的概念，生产特点及分类 材料：人类用以制造用于生活和生产的物品、器件、构件、机器以及其他产品的物质，也可简单定义为:材料是可以制造有用器件的物质。 新材料：新出现或正在发展之中的具有优异性能或特定功能的材料，或在传统材料基础上通过新技术处理获得性能明显提高或产生了新功能的材料。 2)材料的作用与地位 1，自20世纪70年代，人们就把信息、能源和材料誉为人类文明的三大支柱，把材料的重要性提高到一个前所未有的高度。2，20世纪80年代又把新材料技术与信息技术、生物技术一起列为高新技术革命的重要标志；事实上，新材料的研究、开发与应用反映着一个国家的科学技术与工业化水平。3，几乎所有的高新技术的发展与进步，都以新材料和新材料技术的发展和突破为前提。 3)材料技术的概念及其分类 材料技术：可以理解为是关于材料的制备、成形与加工、表征与评价，以及材料的使用和保护的知识、经验和诀窍；从学科的观点来考虑，将材料科学和其他相关学科(如计算机、机械、自动控制)的知识应
用于材料(制备)生产和使用的实际，以获得所需的材料产品、提高材料的使用效能的技艺。分类：(1)制备技术;(2)成形与加工技术;(3)改质改性技术;(4)防护技术；(5)评价表征技术；(6)模拟仿真技术；(7)检测与监控技术。 4)材料加工技术的分类及材料科学与工程要素 按照传统的三级学科进行分类，材料加工技术(方法)包括机加工(车钻刨铣磨等)、凝固加工(铸造)、粉末冶金、塑性加工(压力加工)、焊接(连接)、热处理等。 按照被加工材料在加工时所处的相态不同进行分类，材料加工技术包括气态加工、液态加工(凝固成形)、半固态加工、固态加工。 一般认为，现代材料科学与工程由四个基本要素组成:即材料的成分与结构、性质、制备与加工工艺、使用性能，它们之间形成所谓的四面体关系；材料的制备与加工与材料的成分和结构、材料的性质一起，构成决定材料使用性能的最基本的一大要素，也充分反映了材料制备与加工技术的重要作用和地位 发展趋势：过程综台、技术综合、学科综台。 主要特征：(1)性能设计与工艺设计的一体化；(2)在材料设计、制备、成形与加工处理的全过程中对材料的组织性能和形状尺寸进行精确控制 发展方向：（1）常规材料加工工艺的短流程化和高效化；（2）发展先进
材料加工数值模拟 论文 专业：材料加工 姓名：闫禹伯 学号：2013432109
目录
第一章．铸造过程的数值模拟分析 传统铸件的生产是根据经验确定铸造工艺，先试浇铸，检验试样是否存在浇铸缺陷，如有则修改工艺方案，然后重复上述过程，直至获得合格铸件。由于这种方法必须在浇铸后才能对铸件工艺是否合理进行评价，因而该方法存在设计周期长、生产成本高、效率低等缺点；而且得到的往往不是最终铸造工艺，对于大型或复杂形状铸件该缺点显得更加突出。铸造CAE模拟技术是利用计算机技术来改造和提升传统铸造术，对降低产品的成本、提高铸造企业的竞争力有着不可替代的作用。 一．铸造过程数值模拟的发展现状 计算机技术的飞速发展，已使其自电力发明以来最具生产潜力的工具之一，数字化时代正一步步向我们走来。计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程分析（CAM）和计算机辅助制造（CAE）等技术在材料科学领域的应用正在不断扩大和深入，已经成为材料科学领域的技术前沿和十分活跃的研究领域。就铸造领域而言，铸造过程数值模拟已经成为计算机在铸造研究和生产应用中最为核心的内容之一，涉及铸造理论、凝固理论、传热学、工程力学、数值分析、计算机图形学等多个学科[1-5]，是公认的材料科学的前沿领域。 铸造过程数值模拟技术经过了四十年的发展历程，其间，从简单到复杂、从温度场发展到流动场、应力场，从宏观模拟深入到微观领域，从普通的重力铸造拓展到低压、压铸等特种铸造，从实验室研究进入到工业化实际应用。特别是近些年来，在包括计算机硬件、软件、信息处理技术以及相关学科的强有力的支持下，数值模拟技术在人类社会的各个领域得到了广泛的应用，取得了长足的进步。如果说10年前，大多数铸造技术人员对模拟仿真技术还抱有观望、怀疑的态度的话，那么10年后的今天，已有众多的企业纷纷采用数值模拟技术，应用于实际生产。目前欧美日等西方发达国家的铸造企业普遍应用了模拟技术，特别是汽车铸件生产商几乎全部装备了仿真系统，成为确定工艺的固定环节和必备工具。上世纪90年代中后期以来，国内铸造厂家逐渐认识到其重要性，纷纷引入该技术，目前已有超过200家铸造企业拥有模拟仿真手段，在实际生产中起到了较为
高分子材料加工工艺
高分子材料加工技术复习提纲 一、填空题 1.大材料包括（金属）、（非金属）、（高分子）。 2.高分子材料加工前，原料的状态可分为（粉状）、(粒料)、(溶液)、(分 散体）。 3.成型加工后进行的处理有(调温)、(调湿)、(调温调湿)。 4.塑料可分为(热塑性)塑料、（热固性）塑料两大类。 5.塑料的三态：（玻璃态）、（高弹态）、（粘流态）。 6.高分子材料热机械特性与成型加工的关系(6个空)。 二、名词解释 1.挤出成型：挤出成型时预处理过的物料经料斗加入挤出机中，在外部加热和内摩擦生热作用下以流动状态通过口模成型的方法。
2.注塑成型 ：注塑成型是将热塑性塑料先在加热机筒中均匀塑化，然后由螺杆或柱塞推压到闭合的模具型腔中，经冷却定型后得到所需的塑料制品的过程。 3.焦烧：橡胶分子在贮存和生产过程中提前硫化的现象. 4.喷霜：橡胶助剂渗出制品表面的现象。 5.塑料：相对分子量在10000以上，以高分子化合物为基本成分，添加助剂能够自由成型的一类材料的总称。 6.橡胶：橡胶是一种高弹性的高分子化合物，是无定形的高聚物。 7.弹性体：材料在受力发生大变形再撤出外力后迅速回复其近似初始形状和尺寸的材料。 8.相溶性：聚合物的共混物制品在预期的使用期内，其组分始终不析出或者不分层。 三、 简答题 1.简述塑料挤出造粒的工艺流程及影响因素。 原料预处理 配料挤出机头成型冷却 牵引造粒 2.简述塑料挤出成型的工艺流程并阐述影响注塑成型的主要因素。 3.简述橡胶配方的五大体系。 生胶体系、硫化促进活化体系、补强填充体系、防老体系、增塑体系 4.简述压缩模塑的工艺流程及其影响因素。 加料闭模排气固化脱模 清理模具 影响因素：模压压力、模压温度、模压时间。 口模 冷却定型 原料预处理电、加热、内摩擦生热
实验报告 塑性成型过程的数值模拟 班级：机自07 姓名：欧阳罗辉 学号：10011170 2012年12月
一、实验目的： 通过本实验的教学，使学生基本掌握有限元技术在板料塑性成形领域的应用情况，拓宽学生的知识面，开阔视野，使学生对塑性成形过程的数值模拟技术有深刻的理解，预测板料弯曲成形的性能。 二、教学基本要求： 学会使用Dynaform数值模拟软件进行板料弯曲成形过程的仿真模拟，对模拟结果具有一 定的分析和处理能力。 三、实验内容提要： 掌握前处理的关键参数设置，如零件定义、网格划分、模型检查、工具定义、坯料定义、 工具定位和移动、工具动画、运行分析。了解后处理模块对模拟结果的分析，如读入d3plot 文件、动画显示变形和生成动画文件、成形极限图分析、坯料厚度变化分析等。 四、软件操作过程: 1. 导入压边圈、板料、下模板、上模板图形文件 点击File —Import，出现Import File 对话框，找到“ L型弯曲零件图” 选中binder.igs,点击Import，如此，依次导入四个模型文件，最后点击“确定”确认
四个模型导入后，结果如图 2. 重命名文件 点击PartLEdit ，出现Edit Part 对话框，这里便要依次更改文件名 首先选用红色文件名“ cOOIvOOO 1 ”，在上面的Name 对话框中输入binder ，然后点击 Modify ，以此类推输入 banker 、die 、punch 。 Edit Part 3. 对各图形文件划分有限元网格 1. Binder 零件网格划分
n 点击口图标，出现Part Turn。。。对话框，依次单击banker 2, die 3, punch 4,它们都会被取消选中，只留下binder 1被显示，点击0K确定。然后点击右下角的Current Part，弹出Current Part对话框，选择binder 1，点击OK确定。 点击Preproces L Element，弹出Element对话框，选择Part Turn On/Off Select by Cursor 第四个图标（自动模式），将Max Size改为10，点击Select Surfaces点击Displayed Surf，点击OK，点击Apply，点击Yes,点击Exit，点击OK，于是第一个零件网格划分完 成。 2. Banker零件网格划分 n 点击i□图标，取消Binder 1零件的显示，添加Banker 2 Select Dy Name All On |AllOfi OK Undo F Only SeledOn 零件的显示，点击OK确定。然后点击右下角的Current Part图标，将当前零件选成Banker 2, 点击OK确定。 点击Preproces A Element,弹出Element对话框，选择第三个图标，弹出Control Keysto ne对话框，点击POINTS/NODES，弹出In put Coo。。。对话框，选中Poi nt,然后在绘图区沿顺时针或者逆时针方向依次选中Ba nker零件的四个顶点，如下图所示
材料成型与加工技术 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
第一章绪论 制造业是提高国家工业生产率、经济增长、国家安全及生活质量的基础，是国家综合实力的重要标志。现如今我国制造业面临巨大挑战，因而加强材料成形加工技术与科学基础研究，大力采用先进制造技术，对国民经济的发展具有重要意义。 材料成形加工技术与科学既是制造业的重要组成部分，又是材料科学与工程的四要素之一，对国民经济的发展及国防力量的增强均有重要作用。“新一代材料精确成形加工技术”与“多学科多尺度模拟仿真”是现代两个重要学科研究前沿领域。高新技术材料的出现，将加速发展以“精确成形”及“短流程”为代表的材料加工工艺，包括：全新的成形加工方法与工艺，及传统成形加工方法的改进与工序综合。“模拟仿真”是产品计算机集成制造、敏捷制造的主要内容，是实现制造业信息化的先进方法。并行工程已成为产品及相关制造过程集成设计的系统方法，以计算机模拟仿真与虚拟现实技术为手段的虚拟制造设计将是先进制造技术的重要支撑环境。网络化、智能化是现代产品与工艺过程设计的趋势，绿色制造是现代材料加工技术的进一步发展方向。 面对市场经济、参与全球竞争，必须加强材料成形加工科学与技术的基础和应用研究。只有使用先进的材料加工技术，才能获得高质量产品的结构和性能，这些高性能的先进材料包括传统材料和新材料。发展材料成形加工技术对我国制造业以高新技术生产高附加值的优质零部件有积极作用，可扩大材料及制造范围、提高生产率、降低产品成本、增强企业国际竞争能力。 制造业在过去的几年中发生了巨大变化，而现代高科技及新材料的出现将导致材料成形加工技术的进一步发展与变革，出现全新的成形加工方法与工艺，传统加工方法不断改进并走向工艺综合，材料成形加工技术则逐渐综合化、多样化、柔性化、多科学化。 第二章现代材料成形加工技术与科学 现代材料成形加工技术的作用与地位 我国已是制造大国，仅次于美、日、德，位居世界第四位。材料成形加工行业则是制造业的重要组成部分，材料成形加工技术也是先进制造技术的重要内容。铸造、锻造及焊接等材料加工技术是国民经济可持续发展的主体技术。目前，在汽车行业中汽车重量的65%以上仍由钢铁、铝及镁合金等材料通过铸造、锻压、焊接等加工方法而成形。材料成形加工技术与科学又是材料科学与工程的四要素之一，它不仅赋予零部件以形