材料成形加工技术科技前沿概览（★）

第一篇：材料成形加工技术科技前沿概览

材料成形加工技术科技前沿概览

200811102039

王志

摘要：论述了材料成形加工技术的作用及地位，介绍了快速产品与工艺开发系统、新一代制造工艺与装备、模拟与仿真3项关键先进制造技术，指出轻量化、精确化、高效化将是未来材料成形加工技术的重要发展方向。

正文：

一、引言：

材料先进制备与成型加工技术的研究开发，是近二三十年来材料科学技术领域最为活跃的方向之一。一大批先进技术和工艺不断发展和完善，并逐步获得实际应用，如快速凝固、定向凝固、连续铸轧、连续铸挤、精密铸造、半固态加工、粉末注射成型、陶瓷胶态成型、热等静压、无模成型、微波烧结、离子束制备、激光快速成型、激光焊接、表面改性等，促进了传统材料的升级换代，加速了新材料的研究开发、生产和应用，解决了高技术领域发展对特种高性能材料的制备加工与组织性能精确控制的急需。

二、历史沿革：

从人类社会的发展和历史进程的宏观来看，材料是人类赖以生存和发展的物质基础，也是社会现代化的物质基础和先导。而材料和材料技术的进步和发展，首先应归功于金属材料制备和成型加工技术的发展。人类从漫长的石器时代进化到青铜时代（有学者称之为“第一次材料技术革命”），首先得益于铜的熔炼以及铸造技术进步和发展，而由铜器时代进入到铁器时代，得益于铁的规模冶炼技术、锻造技术的进步和发展（所谓“第二次材料技术革命”）。直到16世纪中叶，冶金（金属材料的制备与成型加工）才由“技艺”逐渐发展成为“冶金学”，人类开始注重从“科学”的角度来研究金属材料的组成、制备与加工工艺、性能之间的关系，迎来了所谓的“第三次材料技术革命”——人类从较为单一的青铜、铸铁时代进入到合金化时代，催生了人类历史的第一次工业革命，推动了近代工业的快速发展。

进入20世纪以后，材料合成技术、符合技术的出现和发展，推动了现代工业的快速发展，而电子信息、航天航空等尖端技术的发展，反过来对高性能先进材料的研究开发提出了更高的要求，起到了强大的促进作用，促成了一系列新材料和新材料技术的出现和发展。

一般而言，材料需要经历制备、成型加工、零件或结构的后处理等工序才能进入实际应用，因此，材料制备与成型加工技术，与材料的成分和结构、材料的性质一起，构成了决定材料使用性能的最基本的三大要素。

先进工业国家对材料制备与成型加工技术的研究开发十分重视。美国制定了“为了工业材料发展计划”，其核心是开放先进的制备与成型加工技术，提高材

料性能，降低生产成本，满足未来工业发展对材料的需求。德国开展的“21世纪新材料研究计划”将材料制备与成型加工技术列为六个重点内容之一。在欧盟的“第六框架”计划中，先进制备技术时新材料领域的研究重点之一。日本在20世纪90年代后期，先后实施了“超级金属”、“超钢铁”计划，重点是发展先进的制备加工技术，精确控制组织，大幅度提高材料的性能，达到减少材料用量、节省资源和能源的目的。

新材料的研究、开发与应用，综合反应了一个国家的科学技术与工业化水平，而先进制备与成型加工技术的发展，对于新材料的研制、应用和产业化具有决定性的作用。先进制备与成型加工技术的出现与应用，加上了新材料的研究开发、生产和应用进程，促成了诸如微电子和生物医用材料等新兴产业的形成，促进了现代航天航空，交通运输，能源环保等高技术产业的发展。

传统结构材料向高性能“，复合化，结构功能一体化发展，尤其需要先进制备与成型加工技术及装备，可使材料的生产过程更加高效，节能和洁净，从而提高传统材料 产业的国际竞争力。

另一方面，开展本科学领域色前沿和基础研究，并综合利用相关学科基础理论和科技发展成果，提供预备新材料的新原理新方法，也是材料科学与工程学科自身发展的需求。

因此，材料先进制备与成型加工技术发展，对提高国家综合实力，突破先进工业国家的技术壁垒与封锁，保障国家安全，改善人民生活质量，以及促进材料科学与技术自身的进步与发展，具有十分重要的作用，也是国民经济和社会可持续发展的重大需求。

三、研究现状

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，如非晶丝材、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模式，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用于成型，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、易于操作和控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技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织，从而具有优越的力学性能和物理化学性能，同时零件的复杂程度基本不受限制，并且可以缩短加工周期，降低成本。目前发达国家已进入实际应用阶段，主要应用于国防高科技领域。国内激光快速成形起步稍晚于发达国家，在应用基础研究和相关设备建设方面已有较好的前期工作，具备了通过进一步研究形成自身特色的激光快速成形技术的条件。8.电磁场附加制备与成型技术

在材料的制备与成形加工过程中，通过施加附加外场（如温度场、磁场、电场、力场等），可以显著改善材料的组织，提高材料的性能，提高生产效率。典型的温度场附加制备与成形加工技术有熔体过热处理、定向凝固技术等；典型的力场附加制备与成形技术有半固态加工等；典型的电磁场附加制备与成形加工技术有电磁铸轧技术、电磁连铸技术、磁场附加热处理技术、电磁振动注射成形技术等。近年来，有关电磁场附加制备与成形加工技术的研究在国际上已形成一门新的材料科学分支——材料电磁处理，并且得到迅速发展。9.先进连接技术

①铝合金激光焊接 ②镁合金激光焊接

③机器人智能焊接 10.表面改质改性

在材料的使用过程中，材料的表面性质和功能非常重要，许多体材料的失效也往往是从表面开始的。通过涂覆（或沉积、外延生长）表面薄层材料或特殊能量手段改变原材料表面的结构（即对处理进行表面改性），赋予较廉价的体材料以高性能、高功能的表面，可以大大提高材料的使用价值和产品的附加值，是数十年来材料表面加工处理研究领域的主要努力方向。

四、发展前景

材料加工技术的总体发展趋势，可以概括为三个综合，即过程综合、技术综合、学科综合。由于上述材料加工技术的总体发展趋势，可以预见，在今后较长一段时间内，材料制备、成型与加工技术的发展将具有以下两个主要特征：

（1）性能设计与工艺设计的一体化。

（2）在材料设计、制备、成型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。

实际上，第一个特征实现材料技术的第五次革命、进入新材料设计与制备加工工艺时代的标志。实现第二个特征则要求具备两个基本条件：一是计算机模拟仿真技术的高度发展；二是材料数据库的高度完备化。

基于上述材料加工技术的总体发展趋势和特征，金属材料加工技术的主要发展方向包括以下几个方面。

1）常规材料加工工艺的短流程化和高效化。

打破传统材料成形与加工模式，工艺环节，实现近终形、短流程的连续化生产提高生产效率。例如，半固态流变成形、连续铸轧、连续铸挤等是将凝固与成形两个过程合二为一，实行精确控制，形成以节能、降耗、提高生产效率为主要特征的新技术和新工艺。

目前国外铝合金和镁合金半固态加工技术已经进入较大规模工业应用阶段。铝合金半固态成型方法主要有流变压铸、2）发展先进的成形加工技术，实现组织与性能的精确控制

例如，非平衡凝固技术、电磁铸轧技术、电磁连铸技术、等温成形技术、低温强加工技术、先进层状复合材料成形、先进超塑性成形、激光焊接、电子束焊接、复合热源焊接、扩散焊接、摩擦焊接等先进技术，实现组织与性能的精确控制，不仅可以提高传统材料的使用性能，还有利于改善难加工材料的加工性能，开发高附加值材料。

3）材料设计（包括成分设计、性能设计与工艺设计）、制备与成形加工一体化

发展材料设计、制备与成型加工一体化技术，可以实现先进材料和零部件的高效，近终形，短流程成型。典型的技术有喷射技术、粉末注射成形、激光快速成型等，是不锈钢、高温合金、钛合金、难熔金属及金属间化合物、陶瓷材料、复合材料、梯度功能材料零部件制备与成型加工的研究热点。材料设计、制备与成形加工的一体化，是实现真正意义上的全过程的组织性能精确控制的前提和基础。

4）开发新型制备与成形加工技术，发展新材料和新产品 块体非晶合金制备和应用技术、连续定向凝固成形技术、电磁约束成型技术、双结晶器连铸与充芯连铸复合技术、多坯料挤压技术、微成形加工技术等，是近年来开发的新型制备与成形加工技术。这些技术在特种高性能材料或制品的制备与成形技术加工方面具有各自的特色，受到国内外的广泛关注。

5）发展计算机数值模拟与过程仿真技术，构建完善的材料数据库

随着计算机技术的发展，计算材料科学已成为一门新兴的交*学科，是除实验和理论外解决材料科学中实际问题的第3个重要研究方法。它可以比理论和实验做得更深刻、更全面、更细致，可以进行一些理论和实验暂时还做不到的研究。因此，基于知识的材料成形工艺模拟仿真是材料科学与制造科学的前沿领域和研究热点。根据美国科学研究院工程技术委员会的测算, 模拟仿真可提高产品质量5～15倍，增加材料出品率25％，降低工程技术成本13%～30%，降低人工成本5%～20%，提高投入设备利用率30%～60%，缩短产品设计和试制周期30%～60%等。

目前，模拟仿真技术已能用在压力铸造、熔模铸造等精确成形加工工艺中，而焊接过程的模拟仿真研究也取得了可喜的进展。

高性能、高保真、高效率、多学科及多尺度是模拟仿真技术的努力目标，而微观组织模拟（从mm、μm到nm尺度）则是近年来研究的新热点课题。通过计算机模拟，可深入研究材料的结构、组成及其各物理化学过程中宏观、微观变化机制，并由材料成分、结构及制备参数的最佳组合进行材料设计。计算材料科学的研究范围包括从埃量级的量子力学计算到连续介质层次的有限元或有限差分模型分析，此范围可分为4个层次：纳米级、微观、介观及宏观层次。在国外，多尺度模拟已在汽车及航天工业中得到应用。

铸件凝固过程的微观组织模拟以晶粒尺度从凝固热力学与结晶动力学两方面研究材料的组织和性能。20世纪90年代铸造微观模拟开始由试验研究向实际应用发展，国内的研究虽处于起步阶段，但在用相场法研究铝合金枝晶生长、用Cellular Automaton法研究铝合金组织演变和汽车球墨铸铁件微观组织与性能预测等方面均已取得重要进展。锻造过程的三维晶粒度预测也有进展。

6）材料的智能化制备与成形加工技术

材料的智能化制备与成形加工技术是1986年由美国材料科学界提出的“第三代”材料成形加工技术，20世纪90年代以来受到日本等先进工业国家的重视它通过综合利用计算机技术、人工智能技术、数据库技术和先进控制技术等，以成分、性能、工艺一体化设计与工艺控制方法，实现材料组织性能与成形加工质量，同时达到缩短研制周期、降低生产成本、减少环境负荷的目的。

材料的智能化制备与成形加工技术的研究尚处于概念形成与探索阶段，被认为是21世纪前期材料成形加工新技术中最富潜力的前沿研究方向之一。

其他的材料先进制备与成形加工前沿技术

电磁软接触连铸、钛合金连铸连轧技术、高性能金属材料喷射成形技术、轻合金半固态加工技术、泡沫铝材料制备、钢质蜂窝夹芯板扩散-轧制复合、金属超细丝材制备技术、超细陶瓷粉末燃烧合成、模具表面渗注镀复合强化、金属管件内壁等离子体强化技术、钛合金激光熔覆技术、非纳米晶复合涂层制备技术等。

五、个人认识与评论

中国已是制造大国，仅次于美、日、德，居世界第4位。中国虽是制造大国，但与工业发达国家相比，仍有很大差距，表现在：（1)制造业的劳动生产率低，不到美国的5%；（2）技术含量低，以CAD为例，仍停留在绘图功能上；（3）重要关键产品基本上没有自主创新开发能力。材料成形加工行业是制造业的重要组成部分，材料成形加工技术是汽车、电力、石化、造船及机械等支柱产业的基础制造技术，新一代材料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。据统计，全世界75%的钢材经塑性加工成形，45%的金属结构用焊接得以成形。又如我国铸件年产量已超过1400万t，是世界铸件生产第一大国。汽车结构中65%以上仍由钢材、铝合金、铸铁等材料通过铸造、锻压、焊接等加工方法成形。但是，我国的材料成形加工技术与工业发达国家相比仍有很大差距。举例说, 重大工程的关键铸锻件如长江三峡水轮机的第一个叶轮仍从国外进口；航空工业发动机及其他重要的动力机械的核心成形制造技术尚有待突破。因此，在振兴我国制造业的同时，要加强和重视材料成形加工制造技术的发展。高速发展的工业技术要求加工制造的产品精密化、轻量化、集成化；国际竞争更加激烈的市场要求产品性能高、成本低、周期短；日益恶化的环境要求材料加工原料与能源消耗低、污染少。为了生产高精度、高质量、高效率的产品，材料正由单一的传统型向复合型、多功能型发展；材料成形加工制造技术逐渐综合化、多样化、柔性化、多学科化。因此, 面对市场经济、参与全球竞争，必须十分重视先进制造技术及成形加工技术的技术进步。

材料成形及控制工程专业发展战略研究中值得思考的几个问题

1.明晰专业内涵，确定发展方向

材料成形及控制工程专业作为1998年专业调整时设立的一个新的专业，由于其涵盖范围较广泛，涉及的内容较繁杂，因而使其专业内涵不够明确。

材料成形及控制工程专业是以成形技术为手段、以材料为加工对象、以过程控制为质量保证措施、以实现产品制造为目的的工科专业。材料成形及控制工程专业与机械设计制造及自动化专业、工业设计专业和工程装备与控制工程专业均隶属于机械学科，要求共同的机械工程基础理论。以材料为加工对象的特点决定了材料科学也成为本专业的基础知识，而以过程控制为质量保证措施这一特点，决定了控制理论也成为本学科基础知识的重要组成部分。因此，材料类学科专业和自动化专业及计算机科学与技术专业等都成为与本专业密切相关的学科。此外，随着科学技术的发展和学科交叉，本专业比以往任何时候都更紧密地依赖诸如数学、物理、化学、微电子、计算机、系统论、信息论、控制论及现代化管理等各门学科及其最新成就。

材料成形及控制工程这一隶属于机械学科、具有机械类学科典型特征的专业，同时还具有浓厚的材料学科的色彩，成为一个业务领域宽、知识范围广的名副其实的宽口径专业。继续进行深入研究，准确界定专业内涵，对专业的发展具有重要的意义。

2.培养目标的定位

培养目标定位很重要，涉及到材料成形及控制工程专业的发展和人才培养适应市场需求的问题。尽管我国的高等教育已由精英教育迈入大众化教育阶段，但这并不意味着社会市场只需要通才，而不需要专才。并且科学研究和工程应用这两方面的需求也要求培养不同类型的专业人才。因此，不同类型学校应根据市场的需求和自身的特点来培养不同类型的人才。一部分高等院校应该担负起精英教育的责任，以培养材料成形及控制工程学科的科学研究型和科学研究与工程技术

复合型高层次人才为主，本科阶段应是以通识为主的专业教育；另一部分学校应以普及高等教育为主，负起大众化教育的责任，以培养本学科的工程技术型、职业应用复合型人才为主，本科是通识与专业并重的教育；高等职业技术学院则以培养职业应用型、职业应用复合型人才为主，专科是完全职业专业教育。各学校可根据学校自身的层次来确定专业培养目标。

在材料成形及控制工程专业培养目标的定位中，还应考虑市场需求。本科教育培养通才还是专才，是以普通教育为中心还是以职业教育或专业教育为中心，历来是高等教育激烈争辩的问题。西方国家本科通才教育是建立在完善的继续教育基础上的，我国在这方面还有较大的差距。一方面是一些大型企业公司已有完善的教育培训体制和充足的教育经费，而另一方面是大量的中小企业仍然需要行业背景强的毕业生，因而高校应进一步适应市场的需求，根据不同的培养目标，调整通识教育与专业教育的比例，拓宽专业口径，灵活专业方向，建立和健全第二学位、主副修制度等。

3.创新精神和能力培养的实践落脚点

当前，就高校自身来说，首先应抓好以下工作：(1)教师队伍建设是关键。教师的真本事，主要不是课堂上的公式运用和解题技巧，而是在于提出的解决问题的思路。教师过教学关、过外语关、过现代信息技术关、接受科研训练以及参加国内外的各种学术交流等，在当前显得特别重要。(2)在教学领域应当全方位地“联合行动”，即：突破传统观念，强化创新意识；提倡教育民主，尊重创新精神；改革评价方式，建立创新机制；关注个性培养，营造创新氛围；拓宽知识视野，夯实创新基础；开发情感智力，培养创新品质等等。(3)当前应特别注意加强教学方法和考试方法的改革，根据学生的不同年级，逐渐使学生从以教师、书本和课堂为中心的教学模式中“向外突围”，通过教学管理制度的改革，增加学生的自学时间，组织学生参加有指导的小型课堂讨论(Seminar)，引导学生参加教师的科研工作，鼓励学生参加课外科技和实践活动等等。(4)建设和改造一批能够培养学生动手能力的实践训练中心(基地)，克服困难，保证实践和实验教学环节的落实。

六、结论

通过对材料成形专业领域的科技前沿技术的整理总结，我终于清楚地知道了我的专业（材料成形与控制工程）的发展方向，并对本专业有了深层次的了解和认识，这为我以后的学习指明了道路。看到还有许多富有潜力的先进技术还没有进行实际应用，这激发了我奋斗的激情，我争取通过自身的学习和努力在材料成形领域有较大发展，推动材料成形技术的在社会生活中的应用，为人类的发展作出应有贡献。

参考文献

《21世纪材料成形加工技术》、《材料先进制备与成形加工技术》、《材料成形新技术》、《中国材料工程大典》、《先进材料定向凝固》、《材料成形界面工程》、《材料科学与工艺》、《材料成形技术基础》、《材料成形工艺基础》、《工程材料与成形技术》、《材料加工工程》、《先进制造技术》

第二篇：先进材料加工成形技术专题报告

先进材料加工成形技术专题报告

摘要：本文对材料加工成形技术现状做了一个概述，同时对未来先进材料加工技术作了展望。重点介绍了几种先进材料加工成型技术的应用，包括激光加工技术，超声加工技术，电磁加工技术。

关键词：先进材料 加工技术 激光加工 超声加工 电磁加工

0 引言

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，也是社会现代化的物质基础和先导[1]。人们通常把材料、信息和能源并列为现代科学技术的三大支柱，这三大支柱是现代社会生存和发展的基本条件之一，而材料科学显得尤为重要[2]。一般而言，材料可以分为传统材料和先进材料两大类，先进材料是指那些新近开发或正在开发的，具有优异性能的材料。先进材料不仅是对于高科技和新技术有重要的影响，同时也是发展高科技的物质基础，可以说掌握先进材料是一个国家在科技上处于领先地位的标志。

但是更为重要的是，随着科学技术的发展，先进材料的生产，制备，应用都越来越发杂，这就迫切需要材料加工成形技术的发展。正如学者认为的材料制备、[3]成形与加工技术发生了一场“静悄悄的革命”一样。材料成形加工技术与科学作为制造业的重要组成部分，其发挥着重要的作用，有时候甚至可以对材料的性能产生决定性影响。特别是现在先进材料在航空航天，机械，汽车领域越来越多的采用，其加工成形技术的重要性也尤为突出[4]。如今，为了适应全球竞争的需要，同时也为了占据有利形势，改善材料及相关制备技术对国家是非常重要的[5]。

当今先进材料加工成形技术已经发生了很多变化。从尺度上看，精密制造技术已经突破了微米级技术，进入了亚微米和拉米技术领域。同时，在加工过程中也更多的开始强调成形质量的问题，其要求开始向无缺陷方向过度。值得注意的是，现在成形加工技术也越来越与社会需求联系紧密，其倾向于快速化方向发展，来提高竞争力。并且随着复合材料的应用日益广泛，也迫切需求其加工成形工艺的提高。就目前发展情况来看，材料成形加工过程也在向建模与仿真靠近，同时也注重材料加工成形的信息化与清洁化，这也是未来材料发展的主流方向。几种先进材料加工技术

1.1 激光加工技术

激光具有亮度高、方向性强、单色性和相干性好等性能，加上激光的空间控制性和时间控制性很好，易获得超短脉冲、尺度极小的光斑，能够产生极高的能量密度和功率密度，足以融化世界上任何金属和非金属物质，特别适合自动化加工，而且对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大[6]。由于激光热处理有相当明显的优势，其解决了困扰已久的传统金属热处理不能解决或不易解决的技术难题。激光加工技术作为一项综合集成激光技术、新材料技术、计算机与数控技术的现代化先进制造技术，一直得到世界各国重要研究机构和大学的重视和推广

目前激光加工技术有五大热点：激光焊接、激光成形与制造、新激光器与新激光加工研究、激光表面强化及激光加工过程的传感、检测与控制。随着技术的进步，这些研究方面还可以进一步细分。而激光热处理的技术关键有三个：高功率的激光器；多自由度的加工设备并与计算机配套；不同应用的激光处理工艺[7]。

[8]分析对比中国与国际激光加工研究领域不难看出：(1)中国激光材料加工研究紧扣国际研究主导方向，研究成果丰硕；(2)中国在激光表面强化领域基础扎实，实力雄厚，特别是激光熔覆技术的研究特色鲜明；(3)现在中国激光焊接与激光成形制造领域的研究与产业化紧密结合，形成了良性发展；(4)但是也明显看到我国在新型激光器和应用方面的研究严重不足，光学元器件方面研究也很微弱，成为了掣肘我国激光加工技术提高的瓶颈。

1.2 超声加工技术

超声加工是利用超声振动工具在有磨料的液体介质中或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，或给工具或弓箭沿一定方向施加超声频振动进行振动加工，或利用超声振动使工件相互结合的加工[9][10]方法。大量实验研究和加工结果表明,超声振动加工有能量集中、瞬间作用、快速切削的特性，能有效地改变传统加工的切削机制，具有独特的加工工艺效果。

超声加工系统由超声波发生器、换能器、变幅杆、振动传递系统、工具、工艺装置等构成。近年来，随着不同领域实际加工的特殊需要，超声加工系统的应用研究有了新的发展[11]。目前超声加工技术主要应用在深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、难加工材料超声加工、超声振动切削以及超声复合加工。但是随着超声技术的发展以及对材料要求的提高，未来超声加工发展趋势主要集中在[12]超声振动切削技术、超声复合加工技术和微细超声加工技术等方面。

值得一提的是由于非金属硬脆材料同时具有高脆性、底断裂韧性及材料弹性与强度非常接近等特点，因此加工难度大[13]，而超声加工方法很好的解决了这些问题，在其领域内得到了大量应用。1.3 电磁加工技术

材料的电磁加工是指利用电磁能量实现材料的熔化、精炼和成形等加工过程，其理论基础是研究电磁场和流体间相互作用的电磁流体力学[14]。利用磁性的同性磁极相吸,异性磁极相斥,位于磁场中的磁性物质按磁力线有序排列原理,将高强度磁性颗粒置于工件与工具之间,并处于高频转换的磁场之中,辅以一定的工具运动作用,磁力与工具运动之间形成“共振”,使磁性颗粒在工具及磁场的作用下以很大的加速度不断地撞击被加工表面,把工件材料剥落下来,从而形成加工过程[15]。

由于电磁加工中电磁力的易控性和没有接触摩擦，用它作为加工的执行手段，使大量的复杂操作，简化到少数手柄上。只有电磁加工时如此的易于实现自动化[16]和生产的高速度。

材料电磁加工的特点可以概括为：(l)以最廉价和方便的手段将高密度电磁能量作用于各种材料,特别是金属材料;(2)除去加热功能以外,充分发挥电磁场的各种功能.例如对熔融金属进行非接触性搅拌、输运和形状控制;(3)运用电磁流体力学理论可以有效地解决加工过程中的各种问题,例如电磁力的计算;(4)与电磁场相关的各种检测及控制技术日新月异,为材料电磁加工技术的研究和发展提供了条件.2 结语

随着科学技术的进步和物质生活的需要，材料科学的发展会不断向前，而先进材料作为未来的主流方向，其加工成形技术也显得尤为重要，本文以上介绍的方法也只是一小部分，其代表着先进材料加工成形技术发展的一些成果，可以预见，材料作为三大支柱之一，其成形加工技术也会迅速发展，带来更多的效益。引用文献 [1] 材料科学技术百科全书编辑委员会，材料科学技术百科全书（上册）.北京：中国大百科全书出版社，1995.[2]陈拥军，魏强民，李建宝.先进材料科学与应用的展望[J].21世纪青年学者论坛.[3]Thomas W E.The quiet revolution in materials processing[C], Advanced Materials and Processing, Proceedings of PRICM-3, 1998.3-11 [4] 荣烈润，新世纪材料成形加工技术的发展趋势[J],金属加工.2012,23:(36-38).[5] Federal research and development program of materials science and technology[R].USA, 1995.[6] 江海河，激光加工技术应用的发展及展望[J]，光电子技术与信息.2001,14(4):1-4.[7] 孙晓辉，激光加工技术的产业化应用[J].机械工人.2004,4:35-37.[8] 钟敏霖，刘文今.国际激光材料加工研究的主导领域与热点[J].中国激光.200811(35):1654-1658.[9] 曹凤国，张勤俭.超声加工技术的研究现状及其发展趋势[J].电加工与模具.2005年增刊：25-28.[10] 张存信,杨继先,曹文燕.超声振动精密加工研究现状与发展趋势[J].热处理技术与装备,2006,27(5).[11] 曹凤国.超声加工技术［M］.北京：化学工业出版社，2005.[12] 张雄，焦锋.超声加工技术的应用及其发展趋势[J].工具技术.2012,46(1):3-5.[13] 郭昉，田欣丽，张保国等.超声振动在非金属硬脆材料加工中的应用[J].新技术新工艺.2009,9:14-18.[14] 张军，傅恒志，谢发勤等.金属熔体的电磁成形与凝固[J].材料研究学报.1997,11(6):612-614.[15] 陈养厚，电磁成型加工及其实现方法研究[J]，潍坊学院学报.2010,10(6):6-8.[16] 王金光.电磁加工探讨[J].电加工.

第三篇：材料成形技术基础习题

金属材料力学性能部分

一、填空题

1.材料力学性能指标有：（）、（）、（）、（）、（）、（）。

2.拉伸试验可以用来测试（）、（）、（）。3.塑性可由（）和（）两种方式是表示。4.硬度表示方法有三种，分别是：（）、（）、（）。5.布什硬度的压头有两种，（）和（）。6.一个洛氏硬度单位是（）mm。

二、判断题

1.面收缩率表示塑性比伸长率表示塑性跟接近真实变形。（）2.疲劳强度的单位是KPa/m2。（）

3.布氏硬度计适合测量灰铸铁、非铁合金及较软的钢材。（）4.洛氏硬度是根据压痕直径测试材料硬度值。（）

三、单项选择题

1.布氏硬度的符号是：

A、HA B、HB C、HC D、HD 2.布氏硬度符号中，HBS表示：

A、压头是淬火钢球 B、压头是硬质合金 C、压头是高铬铸铁 3.洛氏硬度的符号是：

A、HL B、HN C、HR D、HQ

四、简答题

1.什么是材料的刚度？

2.什么是材料的强度？什么是屈服强度？什么是抗拉强度？

3.什么是材料的塑性？

4.什么是材料的冲击韧性？

5.什么是材料的疲劳强度？

6.“520HBW10/1000/30”的含义是？

7.三种硬度的测量标准有何不同？

D、压头是金刚石

铁碳相图部分

一、填空题

1.纯铁的同素异构体有（）、（）、（）。2.共晶反应的方程式是（）。3.共析反应的方程式是（）。4.包晶反应的方程式是（）。5.亚共析钢和过共析钢的碳含量分界点是（）。

6.亚共晶白口铁和过共晶白口铁的碳含量分界点是（）。7.奥氏体最大含碳量为（）。8.铁素体最大含碳量为（）。

二、判断题

1.实际讨论的铁碳相图的含碳量范围是0.0008~6.69%。（）2.莱氏体的物相包括α-Fe和Fe3C。（）3.珠光体的物相包括α-Fe和Fe3C。（）4.初生奥氏体存在于过共析钢中。（）

5.珠光体的组织特征是平行线状黑白交替的铁素体和渗碳体。（）6.板条状渗碳体出现在过共晶白口铁中。（）

三、简答题

1.什么是铁素体？它的特征是什么？

2.什么是奥氏体？它的特征是什么？

3.什么是渗碳体？它的特征是什么？

四、计算题

根据铁碳相图计算含碳量为0.5%，0.77%，1.2%，2.11%，3%，4.3%，5%的常温下各组织的含量？各物相的含量？

热处理部分

一、填空题

1.普通热处理有四种，分别是：（）、（）、（）、（）。

2.冷却的方式分两大类，即（）和（）。3.连续冷却的方式有多种，比如：（）、（）、（）和（）。

4.共析碳钢TTT曲线中，高温转变区转变终止产物为（），中温转变区转变终止产物为（），低温转变区转变终止产物为（）。5.珠光体型组织根据片层厚薄不同，可以分为（）、（）、（）。

6.上贝氏体的形态为（）。7.下贝氏体的形态为（）。

8.马氏体分为（）和（），又称为（）和（）。

9.热处理分为预备热处理和最终热处理两种，预备热处理有（）、（），最终热处理有（）、（）。

二、判断题

1.根据片层厚度由厚到薄排列顺序为：珠光体>索氏体>托氏体。（）

2.上贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。（）

3.马氏体中碳含量小于0.2%时，组织为板条马氏体。（）

三、简答题

1.什么是热处理？

2.影响奥氏体晶粒长大的因素有哪些？

3.什么是过冷奥氏体？

4.什么是孕育期？

5.珠光体、贝氏体和马氏体的组织形态特征分别是什么？

6.马氏体转变的特点有哪些？

7.什么是退火？退火的目的是什么？

8.什么是正火？

9.什么是淬火？淬火的目的是什么？

10.什么是回火，回火的目的是什么？

11.为什么过共析钢的淬火温度为 Ac1+30-50℃？

12.淬透性的定义是什么？

13.淬硬性的定义是什么？

铸造部分

一、填空题

1．合金流动性差，浇注时铸件容易产生（）和（）的缺陷。2．在铸件的凝固过程中，铸件的凝固方式有（）和中间凝固以及（）三种方式。

3．液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所减的容积得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形成一些空洞。按照空洞的大小和分布，可将其分为（）和（）两类。

4．要使缩孔进入冒口，就要实现（）凝固的原则，使冒口（）凝固。

5．铸件热裂的特征是裂纹短，缝隙宽，形状（），缝内呈（）色。6．铸件由于壁厚不同，冷却速度不同，收缩不同，所以容易产生内应力，通常室温下厚壁受（）应力，而薄壁受（）应力。

7．由于合金的液态收缩和凝固收缩，易使铸件产生（）缺陷，防止此缺陷的工艺方法是实现（）凝固。8．影响铸铁石墨化的因素是：（）和（）。

9．灰口铸铁和可锻铸铁以及球墨铸铁三种铸铁在强度相同的前提下，塑性和韧性最好的是（）铸铁，次之是可锻铸铁，最差的是（）铸铁。

10．可锻铸铁的制取方法是，先浇注成（）铸铁件，然后进行长时间的（）。

11．KTH300—06是（）铸铁，其石墨形态为（）。

12．QT400—17是（）铸铁，其石墨形态为球状，“400”表示最低抗拉强度为400MPa,“17”表示（）。

13.手工整模造型的特点是分形面选在零件的（），模样做成整体，不但造型过程简单，而且铸件不产生（）等缺陷。

14．普通车床床身毛坯铸造浇注时，导轨面应该朝（），钳工用工作台浇注时其大平面应该朝（）。

15．型心头可分为（）和（）两大类。

16．下列铸件在批量生产时，最合适的铸造方法是：大口径铸铁污水管用（）铸造；汽车用铝合金活塞用（）铸造。

17．离心铸造必须在离心铸造机上进行，根据铸型旋转轴空间位置的不同，离心铸造机可分为（）和（）两大类。

二、判断题

1．浇注温度越高，合金的流动性越好，因此，为了防止浇不足缺陷，浇注温度越高越好。2．合金的铸造性能是一种机械性能。

3．HT200，ZG45，ZCuSn5Zn5Pb5，QT600—03等几种材料中，铸造性能最好的是HT200。

4．铸件在凝固收缩阶段受阻时,会在铸件内部产生内应力。

5．铸造合金的液态收缩使铸件产生应力和变形。

6．收缩是合金的物理本性，对正常浇注温度下已定成分的合金，其收缩是不可避免的，收缩的体积也是不能改变的，因此，铸件的缩孔是不可避免的。

7．与灰口铸铁相比，铸钢具有良好的机械性能和铸造性能。8．化学成分是影响铸铁组织与性能的唯一因素。

9．合金的结晶温度范围愈大，合金的铸造性能愈好。

10．合金的固态收缩使铸件产生缩孔和缩松。

11．铸件由于壁厚不同，冷却速度不同，收缩不同，所以容易产生内应力，通常室温下厚壁受拉应力；而薄壁受压应力。

12．在保证铸型充满的前提下，生产中广泛采用高温出炉，低温浇注的生产工艺。13．灰口铸铁的强度随着截面积的增加而增加。14．孕育铸铁件上厚大截面的性能比较均匀。

15.铸铁中的石墨呈片状时，在石墨片的尖角处容易造成应力集中，从而使铸铁的抗拉强度低、韧性几乎为零。

16．由于铸造生产的发展，砂型铸造将逐步被特种铸造方法所取代。17．可锻铸铁是适合生产形状复杂经受振动的厚壁铸件。

18．特种铸造在特种条件下具有先进性,但不能完全代替砂型铸造。19．对铸件需要切削加工的重要表面铸造时应朝上放置。

三、单项选择题

1．合金的流动性差会使铸件产生下列何种铸造缺陷（）

A.偏析 B.冷隔

C.应力

D.变形

2．下列零件中最适合用灰口铸铁制造的是

（）

A.汽车活塞

B.轧辊

C.压力机曲轴

D.车床床身

3．被广泛用来制造机床床身.机器底座的灰口铸铁因为有良好的（）

A.低的缺口敏感性 B.切削加工性 C.减振性

D.耐磨性

4．设计薄壁铸件有“最小壁厚”的规定，主要根据是（）

A.合金的流动性B.合金的收缩性C.合金的抗裂性D.合金的吸气性 5．常用的铸造合金中流动性最好的是（）

A.可锻铸铁

B.灰口铸铁

C.球墨铸铁

D.白口铸铁

6．常用鑄造合金中收缩性最小的是

（）

A.灰口铸铁 B.可锻铸铁

C.球墨铸铁

D.铸钢

7．在相同的工艺条件下，流动性最好的合金是（）

A.共晶合金成分

B.亚共晶合金成分

C.过共晶合金成分

D.结晶间隔宽的合金

8．不同的铸造合金，其最小壁厚的规定不同，主要是根据合金的（）A.流动性B.收缩性C.吸气性

D.氧化性

9．以下牌号的铸造合金中，σb最高的是

（）

A.HT150 B.QT500—07

C.KTH300—06 D.KTZ450—06

10．用HT150生产一壁厚不均匀的铸件，该铸件在（）的强度与牌号中的强度值近似。

A.壁厚10mm左右B.壁厚30mm左右C.壁厚50mm左右D.任意地方

11．可代替铸钢的铸铁有

（）

A.孕育铸铁 B.球墨铸铁 C.白口铸铁

D.灰口铸铁

12．兵马俑铜车马的驮手铜像，按真人1/10的尺寸进行缩小复制，最合适的铸造方法是（）

A.砂型铸造

B.金属型铸造 C.熔摸铸造

D.压力铸造

13．生产普通车床床身应采用

（）

A.熔模铸造

B.砂型铸造C.压力铸造

D.低压铸造 14．设计铸件结构时其分型面尽量选择

（）

A.对称平面

B.曲面

C.最大截面

D.最小平面 15．目前砂型铸造方法应用广泛的主要原因是

（）

A.生产过程简单B.适应性广 C.铸件机械性能好D.生产率低

16．大量生产铝合金照相机壳，应采用的制造方法是（）

A.金属型铸造成形

B.压力铸造成形

C.冲压拉深成形

D.冲压焊接成形

17．生产内腔形状复杂的钢件，毛坯的加工方法用

（）

A.焊接

B.铸造

C.锻造

D.冲压

18．为了提高铸铁件的强度，在不改变壁厚的情况下，常采用的措施是

（）

A.增设拔模斜度

B.增设铸造圆角

C.增设加强筋或改变截面形状

D.改变壁薄厚过渡

19．灰口铸铁壁越厚，其强度越低，这主要是由于壁越厚铸件易产生缩孔、缩松，同时由于（）

A.晶粒粗大

B.气孔越大C.冷隔越严重D.浇不足越厉害

20．大量生产气轮机叶片应采用的铸造方法是（）

A.熔模铸造

B.金属型铸造 C.压力铸造

D.砂型铸造

四、简答题

1.下列铸件的结构工艺性是否合理？若不合理，请说明理由，并在原图上进行修改

或另画出合理图形。

2.如图所示轧钢机导轮铸钢零件，铸造中出现缩孔，试分析原因；并说明采取的防止措施。

3.大批量生产下图所示灰铸铁零件，铸造毛坯要求不使用型芯和活块，采用两箱造型，请修改此零件结构设计中的不合理之处，并重新画出修改后的零件图，标出分型面和浇注位置。

焊接部分

一、名词解释

1、焊接

2、熔化焊

3、压力焊

4、钎焊

5、焊接接头

6、焊接热影响区（HAZ）

7、焊接坡口

8、焊接性

二、简答或论述

1、焊接的基本原理是什么？与其他连接工艺（例如铆接或螺纹连接）有何优势和缺点？

2、主要的焊接方法有哪些？具体要求有何不同？

3、常规的熔焊接头可以分为几个区？为什么说焊接接头是一个组织及力学性能不均匀体？

4、绘图示意说明常见的焊接接头及焊接坡口的型式

5、焊条电弧焊的原理、优缺点及适用场合

6、埋弧焊的原理、优缺点及适用场合

7、钨极氩弧焊的原理、特点及适用场合

8、CO2气体保护焊的原理、特点、适用场合

9、简述焊接中所用的焊条、焊丝、焊剂及氩气、CO2的主要作用

10、电子束焊和激光焊的特点和适用范围

11、什么是焊接电弧，焊接电弧可以分为那几个区域，温度分布有何特点？

12、什么是熔滴过渡，一般分为哪几种形式？

13、电阻焊方法可以分为哪几类，其基本原理和适用场合是什么？

14、什么是摩擦焊？可以分为哪些种类？

15、钎焊的基本原理是什么？可以分为哪些种类？

16、焊接热过程有何特点？

17、低碳钢焊接热影响区的形成及其对焊接接头的影响

18、焊接残余应力和变形产生的原因是什么？有何危害？有哪些消除或防止措施？

19、防止焊接结构脆性断裂，可以从哪些方面入手？

20、影响材料的焊接性的因素有哪些？评价材料的焊接性有哪些方法？

21、试比较一下低碳钢与低合金高强钢的焊接性的不同

22、焊接结构生产的一般工艺流程包括哪些？

三、分析题

1、如图所示低压容器，材料为20钢，板厚为15mm，小批量生产，试为焊缝A、B、C选择合适的焊接方法，并简要说明选择理由。

2、分析下图中所示焊接结构哪组合理，并说明理由。

锻造部分

一、填空题

1.金属的加工硬化是指塑性变形后其机械性能中强度和硬度（），而塑性和韧性（）的现象。

2.金属经塑性变形后，强度升高塑性下降的现象称为（），它可以通过（）方法消除。

3.金属产生加工硬化后的回复温度T回=（）T熔(金属熔化的绝对温度);再结晶温度T再=（）T熔。

4.锻造时对金属加热的目的是（）和（）。

5.45钢合理的锻造温度范围是（），在此温度区间，该钢的组织主要是（）。

6.碳钢随含碳量增加，其锻压性能变（），高碳钢的始锻温度比低碳钢的始锻温度（）。

7.衡量金属可锻性的两个指标是（）和（）。

8.影响金属可锻性的因素归纳起来有（）和（）两大方面。

9.金属在塑性变形过程中三个方向承受的（）数目越多，则金属的塑性越好，（）的数目越多，则金属的塑性越差。

10．锤上模锻的终锻模膛设飞边槽的作用是（）和（）以及保护模膛等。

11．模锻件的分模面即上下模在锻件上的（）,为了便于模锻件从模膛中取出，锻件沿锤击方向的表面要有一定的（）。

12．板料冲压的基本工序可分为（）和（）两大类。

13．板料落料时，凹模的尺寸（）落料件的尺寸，而凸模的尺寸小于落料件的尺寸；板料冲孔时，凸模的尺寸（）孔的尺寸，而凹模的尺寸大于孔的尺寸。14．板料拉深时拉深系数m愈小，板料的变形量愈（），故多次拉深时，m 应愈取愈（）。

15．为使弯曲后角度准确，设计板料弯曲模时考虑到（）现象，应使模具的角度比需要的角度（）。

16．板料弯曲时，弯曲线应（）纤维组织，弯曲方向应（）纤维组织。

17．板料冲压基本工序冲孔和落料是属于（）工序；而拉深和弯曲则属于（）工序。

18.按照挤压时金属流动方向和凸模运动方向之间的关系，挤压可分为（）、（）、（）和（）。

19、锻造前金属加热的目的是为了提高（），降低（），并使（）均匀。

二、判断题

1.滑移是金属塑性变形的主要方式。

2.变形金属经再结晶后不仅可以改变晶粒形状，而且可以改变晶体结构。3.钨的熔点为3380℃，当钨在1200℃变形时，属于冷变形。

4.金属存在纤维组织时，沿纤维方向较垂直纎维方向具有较高的强度，较低的塑性。5.锻造纤维组织的稳定性很高，故只能用热处理的方法加以消除。

6.金属材料凡在加热条件下的加工变形称为热变形，而在室温下的加工变形称为冷变形。7.钢料经冷变形后产生加工硬化而提高强度，钢锭经锻造热变形后因无加工硬化，故机械性能没有改善。

8.自由锻不但适用于单件,小批生产中锻造形状简单的锻件,而且是锻造中型锻件唯一的方法。

9.模型锻造比自由锻造有许多优点,所以模锻生产适合于小型锻件的大批大量生产。

10.胎膜锻造比自由锻造提高了质量和生产率，故适用于大件，大批量的生产。

11．带孔的锻件在空气锤上自由锻造时，孔中都要预留有冲孔连皮，而于锻后冲去。

12．自由锻造可以锻造内腔形状复杂的锻件。

13．锤上模锻可以直接锻出有通孔的锻件。

14．自由锻件上不应设计出锥体或斜面的结构，也不应设计出加强筋，凸台，工字型截面或空间曲线型截面，这些结构难以用自由锻方法获得。

15．锤上模锻时，终锻模膛必须要有飞边槽。

16．锻造时，对坯料加热的目的是提高塑性和降低变形抗力，所以，加热温度越高越好。

17．制定锻件图时，添加敷料是为了便于切削加工。

18．曲柄压力机上的模锻不能进行拔长.滚压等制坯工序

19．在空气锤上自由锻造有孔的锻件时，都不能锻出通孔，而必须留有冲孔连皮，待锻后冲去。

20．板料冲压的弯曲变形，其弯曲的半径越大，则变形程度越大。选择题

1.钢料锻前加热必须避免

（）

A.氧化皮

B.热应力

C.过烧

D.脱碳

2.锻件坯料加热时产生的过热现象主要指（）

A.晶界形成氧化层

B.晶界杂质熔化

C.晶粒急剧变粗

D.晶粒细化

3.滑移总是沿着（）晶面和晶向进行。

A.与外力成45度的B.密排

C.非密排

D.任意的

4.设计零件时的最大工作切应力方向最好与钢料纤维组织方向成（）

A.0度

B.30度

C.45度

D.90度

5.金属经过冷变形后，有（）现象。

A.加工硬化

B.回复

C.再结晶

D.晶粒长大

6.经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度，采用的热处理方法是

（）

A.再结晶退火 B.去应力退火 C.完全退火 D.球化退火 7.为了提高锻件的承载能力，应该

（）

A.用热处理方法消除纤维组织

B.使工作时的正应力与纤维方向垂直

C.使工作时的切应力与纤维方向一致

D.使工作时的正应力与纤维方向一致

8.冷变形强化现象是指金属冷变形后

（）

A.强度硬度提高，塑性韧性提高

B.强度硬度提高，塑性韧性下降 C.强度硬度下降，塑性韧性提高

D.强度硬度下降，塑性韧性下降

9.起重用10吨的吊钩，最合适的材料和生产方法是（）

A.ZG35铸造而成B.35钢锻造而成C.QT420-10铸造而成D.35钢钢板切割而成

10.锻件拔长时的锻造比Y 总是()

A.=1

B.>1

C.< 1

D.无所谓

11．胎膜锻造是在（）设备上使用胎膜生产模锻件的工艺方法。

A.自由锻锤 B.模锻锤

C.曲柄压力机

D.平锻机

12．生产500Kg 以上的锻件毛坯，应采用

（）

A.模型锻造 B.胎膜锻造 C.机器自由锻造 D.手工自由锻造

13．自由锻锻件上不应设计出

（）

A.平面

B.消除空间曲线结构 C.圆柱面 D.加强筋

14．绘制模型锻件图时与绘制自由锻件图时考虑的不同因素有（）A.敷料 B.分型面C.锻件公差D.锻件加工余量

15．板料冲压拉深时，拉深系数m总是

（）

A.>1

B.=1

C.=0

D.<1

16．拉深系数（m）是衡量拉深变形程度的指标，当变形程度愈大，则

A.m愈大

B.m=0.5

C.m>0.5

D.m愈小

17.大批量生产小锻件应采用

（）

A.胎膜锻造

B.模型锻造

C.手工自由锻造 D.机器自由锻造

18．拉深时凸模和凹模之间的单面间隙Z与板厚度S应是

A Z

B.Z>S

C.Z=S

D无所谓

19．利用模具使平板坯料变成开口空心杯状零件的工序叫做（）

A.拉深

B.弯曲

C.翻边

D.成型

问答题

1.题图所示钢制拖钩，可采用下列方法制造：

（1）铸造

（2）锻造

3）板料切割 试问何种方法制得拖钩其拖重能力最大？为什么？

（）

（）

2.冲压下图所示桶形件，所用条料为宽105mm，厚1mm的低碳钢板，按先后顺序指出需要哪些冲压基本工序？如果拉深1次完成，请计算拉深系数。

3．如图所示零件为2mm厚的低碳钢板冲压件，试写出该件的冲压工序，并绘出相应的工序简图。

第四篇：打印机技术总概览

打印机技术总概览

打印机种类品牌较多，常见的分类方法，是以最后成像原理和技术来区分的，从而分为针式打印机、喷墨打印机、激光打印机、热转换打印机。在这些打印机中，有击打式，也有非击打式；有针式点阵打印，也有页面照排打印；有采用墨粉打印，也有采用墨水打印，甚至蜡染料打印。它们不仅打印原理相差较远，物理结构也有较大区别，至于打印技术就更是完全不同了，当然，它们的应用领域也是不同的。下面我们就现代打印应用最为广泛的针式打印机、喷墨打印机、激光打印机和热转换打印机作一个全面介绍。

一、针式打印机

1、针式打印机的基本原理

针式打印机（简称针打）是利用机械和电路驱动原理，使打印针撞击色带和打印介质，进而打印出点阵，再由点阵组成字符或图形来完成打印任务的。针打不仅其机械结构与电路组织要比其它打印设备简单得多，而且耗材费用低、性价比好、纸张适应面广。由于针打是一种击打式和行式机械打印输出设备，其特有的多份拷贝、复写打印和连续打印功能，使许多专业打印领域对其情有独钟。现代针打越来越趋向于被设计成各种各样的专业类型，用以打印各类专业性较强的报表、存折、发票、车票、卡片等输出介质。

从结构和原理上看，针打仅由打印机械装置和控制驱动电路两大部分组成。针打在打印过程中共有三种机械运动，即打印头横向运动、打印纸纵向运动和打印针的击针运动，这些运动都由软件控制驱动系统通过一些精密机械来执行。

针打的机械装置包括：打印头传动机构，该机构利用步进电机及齿轮减速系统，再由钢丝绳或齿形带来完成打印头的横向左、右运动；印字机构，由若干根打印针和相应数量的电磁铁组成，其中电磁铁可驱动打印针完成击打动作；色带驱动机构，色带常用涂有黑色或蓝色油墨的带状尼龙制成，打印头左右运动时，色带驱动机构同时驱动色带向左运动，既可改变色带受击部位，保证色带均匀磨损，延长色带使用寿命，又能保证打印字符颜色深浅一致；走纸机构，针打的走纸机构一般分为摩擦输纸和齿轮输纸方式，分别对应单页纸和有孔连续纸。当打印头完成一行（不管字符多少）字符打印后，走纸机构将马上完成一行或多行走纸；打印状态传感机构，不同针打的状态传感机构是不同的，一般有纸尽传感机构、原始位置传感机构、计时传感机构等。

针打的控制驱动电路虽然因品牌各有差别，但主要功能却一样，基本上包括：通过接口电路接收来自主机数据和相互交换控制信息；控制打印头横向运动；控制送纸机构换行、换页、调整行距及走纸等工作；控制打印头击针操作，打印各种要求的字符与图形；检查各传感器机构状态，检测打印错误并报警等工作。

现代针打在控制驱动电路中还广泛采用了微处理器、ROM和RAM存储器。其中ROM主要用来存储针打管理程序、字符库和汉字库，不加汉字库时容量一般在10KB以上，加上汉字库后容量更大。而RAM则主要作为打印机接收主机信息数据缓冲区，一部分在针打加电初始化后存储来自ROM的字符集，另一部分在程序执行中供动态参数交换使用。不同针打的RAM是不同的，汉字针打的RAM一般在几十KB，而非汉字钉打的RAM一般只有1KB左右。显然，现代针打不仅可以自身完成相关打印控制任务，还可独立打印汉字。

针打一般具有两种打印方式，文本方式（Text Mode）和位映象方式（Bit Image Printing Mode）。文本方式又叫字符方式，打印机接收主机送来的字符编码信息，该字符编码送到打印机内的字符库或汉字库中寻找对应的列点阵码，用这些列点阵码中的“1”去驱动打印针打点，“0”不打点，从而完成打印字符或汉字。而位映象方式又叫图形方式，打印机接收主机送来的是图形编码信息，该图形编码送到打印机后直接驱动打印针动作，由于完成的打印任务是图形，所以打印速度要比文本方式慢。针打虽然噪声较高、分辨率较低、打印针易损坏，但近年来由于技术的发展，较大地提高了针打的打印速度、降低了打印噪声、改善了打印品质，并使针打向着专用化、专业化方向发展，使其在银行存折打印、财务发票打印、记录科学数据连续打印等应用领域发挥积极作用。

2、针式打印机的主要类型

各类针打从表面上看没有什么区别，但随着专用化和专业化的需要，出现了不同类型的针打设备，其中主要有通用针式打印机（通用针打）、存折针式打印机（存折针打）、行式针式打印机（行式针打）和高速针式打印机（高速针打）等几种，下面我们着重介绍这四种针打的相关特点、性能和技术。

⑴通用针打

我国的通用针打是早期使用十分广泛的汉字打印设备，打印头针数普遍为24针，有宽行和窄行两种，打印头在金属杆上来回滑动完成横向行式打印，打印宽度最大为33cm，打印速度一般在50个汉字/秒（标准质量），分辨率一般在180dpi，采用色带印字，可用摩擦和拖拉两种方式走纸，既可打印单页纸张，也可以打印穿孔折叠连续纸，色带和打印介质等耗材价格低廉，针打价格一般在2到3千元。由于是电磁击打，打印头长时间连续打印时发热严重，但因打印速度一般，影响不大。又由于通用针打普遍是宽幅打印机，与DOS系统兼容，因而特别适用于报表处理较多的普通办公室和财务机构。

通用针打使用方便，若色带和纸张质量较差或安装不妥，极易断针。当打印字符太淡时，不仅意味着色带的着色能力下降，还说明色带的质量也不行了，容易出现挂针和阻纸，因此必须更换色带。另外，通用针打的色带不统一，互不兼容。通用针打有一个纸张厚度机械调节档，可以手动调节，用户在打印薄纸后，再打印厚纸或信封等夹层纸时，一定要调节该档，使打印针的击打深度能及时调浅，达到保护打印针的目的。通用针打有一个普遍缺陷，即调整能力较差，对于不熟悉的用户经常出现卡纸，甚至造成断针和色带损坏，所以当出现卡纸时，用户千万不要强行拉扯，也不要按压打印纸，应将松纸杆拨至“连续纸”处，关机后退出纸张。通用针打品牌较多，产品升级也快。

⑵存折针打

随着金融电子化发展，专门用于银行、邮电等金融部门的柜台业务使用的存折针打，也得到了迅速推广与普遍应用，可以说存折针打是针式打印机的主要应用产品。所谓存折针打也叫票据针打，与其它通用针式打印机相比，存折针打有如下特点。

①平推式走纸：平推式走纸通道设计减少了纸张弯曲和卡纸造成的打印偏差，使纸张进退轻松自如，也使得处理超厚打印介质成为可能；

②自适应纸厚：存折针打的打印对象是存折等票据，而不同存折票据的打印厚度是不同的，所以存折针打要求能根据厚度不同的打印介质自动调整打印间隙和击打力度，实现任何厚度的清晰打印效果；

③自动纠偏技术：实现了任意位置进纸，能够自动摆正打印介质，大大提高了打印精确度，使操作员的打印介质操作异常简便；

④纸张定位技术：为使打印格式整齐一致，在纸车托架上安装光电传感器来自动检测纸张的左右边界。在进纸机构处设置多个光电传感来检测纸张的页顶位置，保证纸张相对于打印底板绝对平整。再通过打印机控制软件中的打印定位指令，实现打印位置的完全准确；

⑤磁条读写功能：提供可选的内置式磁条读写器，可读写存折本上用户姓名、卡号、金额等信息，并支持ANSI、ISO、NCR、IBM、HITACHI等多种磁条格式；

⑥打印状态识别：具有与主机或终端双向通讯功能，能够将打印机当前的状态、出现的错误及时准确地反映出来，并进行相应的处理。另外，大多数存折针打还专门设计了开盖时自动停止打印功能，可以防止人为干扰造成打印错误，同时保护人身安全；

实达专用存折打印机 Start PR1

2⑦其它功能：有些高档存折打印机还提供一些可选功能，如两个操作员共享打印机、自动识别条码页码、打印磁性等密码文字、提供保密和解密、银行专用符号打印以及采用Fresh-Rom存储技术实现自动下载升级软件等。评价存折针打的技术指标应主要看设备是否具有良好的高级纸张处理功能、介质适应范围、操作的便捷性、业务处理速度、命令仿真能力、维护的简便性和耗材耐用性，还有机器功能的可扩充性等。尤其是高档存折打印机应具有纸张全自动纠偏、自动对边、自适应厚度打印等功能，既可保证打印效果的高度精确，又要使操作极其简便。日前市场上的存折打印机有EPSON LQ-670K、OKI 5530SC、实达PR12等。

⑶行式针打

行式针打是一种高档针式打印机，可以满足银行、证券、电信、税务等行业高速批量打印业务的要求。行式针打有比较强烈的专业打印倾向，有专门的西文字符打印机，也有专门的汉字字符打印机。与一般通用针式打印机相比，行式针打的内部数据处理能力极强，由于打印头和走纸等控制复杂，一般采用主从双CPU处理方式，既可极大地提高打印速度，又可全面地控制打印流程。

行式针打的打印头结构复杂，打印针要求达到10亿次/针。为了保证行式针打在持续高速打印时不出现因过热而断针，打印头内部的散热冷却机制十分良好。行式针打的打印针多，出针频率高，因而在降低噪声方面打印头也采用了许多有效措施和先进技术。

行式针打的关键技术在打印头上，出针频率高达2000Hz，是通用针式打印机的2倍以上。打印针数量普遍为72针、91针、144针，最多的有288针，是24针普通针打的十几倍。行式针打的打印头采用模块结构（如144针的打印头为12个模块，每个模块有12针），每个模块只需负责水平打印一小段打印距离（一般在1英寸左右），大大小于普通针打的打印机距离（一般在十几英寸）。

打印针模块的针排列方式对行式针打的打印速度和性能有重大影响，一般情况下，行式针打分为直排针方式、斜排针方式和并行纵向排列方式几种。

直排列方式指打印针模块中各针水平横向排开，针模块左右水平移动进行打印时只能完成一行横向占的打印距离，打印高度为1/180英寸或1/144英寸，采用该排列方式的行式针打的西文速度可达到1000行/分钟，但汉字速度只有200多行/分钟。因此，直排列方式行式针打非常适合于西文字符的打印输出。

斜排列方式是指打印针模块中各针斜向排开，针模块左右水平移动进行打印时，模块有几针就可打印几行横向点，如KD6000C行式打印机的模块有12针斜向排列，这种打印机在打印汉字时的速度可以达到1000汉字/分钟，是比较适应汉字输出的。

并行纵向排列方式是指打印针模块中各针按两列并行纵向排开，每个模块一般有24针，通过增加多个打印头来提高速度，这是一种早期的行式打印技术，现已基本淘汰。

行式针打是高档针打，其打印针寿命基本指标在10亿次/针以上。影响打印针寿命的原因除了自身的针材质量之外，还有那些表面粗糙、含砂量较高，纸持较硬的纸张也是原因之一，其次就是色带质量差和打印头热散效果不好等。打印速度和打印质量仍然是用户对行式针打的基本要求，这里一定要将针的排列类型与打印字符是西文还是中文结合起来。一般来讲，行式针打的打印速度和负荷量还取决于打印机冷却系统的散热效果，有些行式针打采用了鼓风机和排气扇双风冷机构，完全可以避免打印头过热而导致速度下降，甚至导致断针和烧坏线圈等故障。

⑷高速针打

高速针打是介于普通针打与行式针打之间的产品，其主要特点是打印机速度很快，汉字处理能力一般可达到150汉字/秒到450全角汉字/秒。高速针打基本上采用24针，这一点与普通针打没有两样，所能获得极高打印速度就只能依靠出针的频率的极大提高了。高速针打，价格较高，但具有高打印质量、高打印速度、能负打印重荷，在金融、邮电、交通运输及企业单位的批量专门处理打印数据领域占有重要的地位。在有限定条件下的主要性能指标有：打印速度、打印质量、打印头寿命、持续高速打印能力、打印针耐磨能力和走纸平稳能力等。

高速针打的打印速度是它的强项，也是它区别其它针打的重要标志。其打印速度是用打印头的出针频率相对于所打印的字符算出来的，不仅要考虑字符类型、字符大小，还要考虑字符的模式。同时，对高速针打还要求具有较强的连续工作能力，而实现批量持续高速打印往往会导致打印头发热影响速度，所以散热功能就是高速针打的辅助性能了。另外，保持平衡的高速打印状态，也是高速针打所必须具有的能力。

针打的专利是复写拷贝和连续纸张打印等功能，高速针打当然要强调这方面的能力。目前高速针打的复写能力一般为1+4~1+5层，较好的可以达到1+8层的复写拷贝。由于打印速度高，其设备的可靠性、振动和噪声等负面效应也将相继提高。最后，高速针打的打印针是在高速下运行的，其使用寿命非常重要，现在的打印针寿命一般都在2～4亿次，较好可达到5亿次。目前市场上的高速针打有实达DP8524C+、OKI 8370C等。

第五篇：特种加工电火花穿孔成形

特种加工电火花穿孔成形

姓名：杨青槐 学号：1108030145 班级：机制111 学院：机械工程学院

（一）特种加工的涵义

特种加工是区别于传统的切削加工的新型加工方法。它主要不是依靠机械能、切削力进行加工，而是用软的东西（甚至不用刀具）加工硬的工件，可以加工各种难加工材料、复杂表面和某些特殊要求的零件。像电火花加工、电化学加工、激光加工、超声加工、快速成形加工等都属于特种加工方法。

早在20世纪50年代中期，我国就已经研制出电火花穿孔、电火花表面强化等机床。到今天，我国的电火花应用技术已经相当成熟，而且也扩展到了更多的材料加工领域，像电火花穿孔成形加工、电火花切割加工等。

（二）主要用途及适用范围

高速电火花穿孔机采用电极管（黄铜管、紫铜管）作为工具电极利用电火花放电蚀除原理，在电极（空心铜管）与工作之间施加高频脉冲电源形成小脉宽，大峰值电流的放电加工，辅以高压水冷却排渣，使工件的蚀除速度大加快，特别适用于在不锈钢，淬火钢、铜、铝，硬质合金等各种导电材料上加工直径Φ0.2～Φ3.0之间的深小孔,深径比最高可达300:1,可直接在工件的斜面,曲面进入加工, 本机床主要用于电火花线切割加工的穿丝孔、化纤喷丝头、喷丝板的喷丝孔、滤板、筛板的群孔、发动机叶片、缸体的散热孔、液压、气动阀体的油路、气路孔等。也可用于蚀除折断在工件中的钻头,丝锥等,而不损坏原孔成螺纹。

（三）电火花加工的原理及特点

电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属蚀除下来，其应用范围可归纳为：

１ 穿孔加工—冲模，粉末治金，挤压模，型孔零件，小孔，小异形孔，深孔。

２ 型腔加工—型腔模（锻模，压铸模，塑料模，胶木模等），型腔零件。

（四）电火花加工条件

４.１进行电火花加工必须具备三个条件：

(1)必须采用脉冲电源；

(2)必须采用自动进给调节装置，以保持工具电极与工件电极间

微小的放电间隙；

(3)火花放电必须在具有一定绝缘强度（10～107Ω •m）的液体

介质中进行。

４.２ 电火花加工特点 可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料；加工时无明显机械力，适用于低刚度工件和微细结构的加工：脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工；电火花加工后的表面呈现的凹坑，有利于贮油和降低噪声；生产效率低于切削加工；放电过程有部分能量消耗在工具电极上，导致电极损耗，影响成形精度。

４.３电火花加工分类

按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大致可分为电火花穿孔成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字六大类，由于我所讲述的是电火花穿孔成形加工技术，对于其它的电火花加工技术就不再详细介绍。

４.４电火花穿孔成形加工主要特点和用途

(1)工具和工件间主要只有一个相对的伺服进给运动；

(2)工具为成形电极、与被加工表面有相同的截面和相应的形状；

(3)穿孔加工：加工各种冲模、挤压模、粉末冶金模、各种异形孔及微孔等；(4)型腔加工：加工各类型腔模及各种复杂的型腔零件；(5)约占电火花机床总数的30％，典型机床有D7125,D7140等电火花穿孔成形机床。

（五）电火花穿孔成形加工方法

１ 电火花穿孔加工

用电火花加工方法加工通孔称为穿孔加工。电火花穿孔加工一般应用于冲裁模具加工、粉末冶金模具加工、拉丝模具加工、螺纹加工等。用电火花加工的冲模，容易获得均匀的配合间隙和所需的落料斜度。刃口平直耐磨，可以相应地提高冲件质量和模具的使用寿命。

２ 电火花穿孔加工的四种方法 1）直接法

直接法适合于加工冲模，是指将凸模长度适当增加，先作为电极加工凹模，然后将端部损耗的部分去除直接成为凸模，直接法加工的凹模与凸模的配合间隙靠调节脉冲参数、控制火花放电间隙来保证

直接法的优点是：

(1)可以获得均匀的配合间隙、模具质量高。(2)

无须另外制作电极。

(3)

无须修配工作，生产率较高

直接法的缺点是：

(1)电极材料不能自由选择，工具电极和工件都是磁性材料，易产生磁性，电蚀下来的金属屑可能被吸附在电极放电间隙的磁场中而形成不稳定的二次放电，使加工过程很不稳定，故电火花加工性能较差。

(2)电极和冲头连在一起，尺寸较长，磨削时较困难

2）混合法

混合法是将凸模的加长部分选用与凹模不同的材料，粘结在凸模上，并与凸模一起加工，作为穿孔电极的工作部分。

混合法的特点是：

(1)可以自由选择电极材料，电加工性能好。(2)

无须另外制作电极。

(3)无须修配工作，生产率较高。

3）修配凸模法

凸模和工具电极分别制造，在凸模上留有一定的修配余量，按电火花加 工好的凹模型孔修配凸模，达到所要求的凸、凹模配合间隙。优点：

（1）可以自由选择电极材料，电加工性能好。（2）修配工作多，配合间隙不均匀。

4）二次电极法

利用一次电极制造出二次电极，再分别用一次和二次电极加工出凹模和凸模，并保证凸、凹模的配合间隙。

（六）工具电极

（1）电极材料选择 凸模一般选优质高碳钢T8A、T10A或铬钢Cr12、GCr15，硬质合金等。凸、凹模不要选同种钢材型号，否则电火花加工时更不易稳定。

（2）电极设计

1尺寸精度不低于IT7级；

2表面粗糙度Ra值不大于1.25；

3各表面的平行度误差在100㎜长度上不大于0.01㎜。

（3）电极的制造 冲模电极的制造，一般先经普通机械加工，然后成形磨削。一些不易磨削加工的材料，可在机械加工后，由钳工精修。现在，直接用电火花线切割方法加工冲模电极已获得广泛应用。

（七）电火花型腔加工

电火花加工型腔比加工凹模型孔困难。型腔加工属于盲孔加工，主要特点（缺点）：金属蚀除量大，工作液循环困难，电蚀产物排除难；加工面积大，加工过程中电规准调节范围大；型腔复杂，电极损耗不均匀，影响加工精度。优点：加工质量好、表面粗糙度值小、减少切削加工和手工劳动。

一 电火花型腔加工方法

1）单工具电极直接成型法

单工具电极直接成型法是指采用同一个工具电极完成模具型腔的粗、中及精加工。

对普通的电火花机床，在加工过程中先用无损耗或低损耗电规准进行粗加工，然后采用平动头使工具电极做圆周平移运动，按照粗、中、精的顺序逐级改变电规准，进行侧面平动修整加工。在加工过程中，借助平动头逐渐加大工具电极的偏心量，可以补偿前后两个加工电规准之间放电间隙的差值，这样就可完成整个型腔的加工。

2）多电极更换法

多电极更换法是指根据一个型腔在粗、中、精加工中放电间隙各不相同的特点，采用几个不同尺寸的工具电极完成一个型腔的粗、中、精加工。在加工时首先用粗加工电极蚀除大量金属，然后更换电极进行中、精加工；对于加工精度高的型腔，往往需要较多的电极来精修型腔

3）分解电极加工法

分解电极加工法是根据型腔的几何形状，把电极分解成主型腔电极和副型腔电极，分别制造。先用主型腔电极加工出主型腔，后用副型腔电极加工尖角、窄缝等部位的副型腔。此方法的优点是能根据主、副型腔不同的加工条件，选择不同的加工规准，有利于提高加工速度和改善加工表面质量，同时还可简化电极制造，便于电极修整。缺点是主型腔和副型腔间的精确定位较难解决。

二 工具电极

（1）电极材料选择 为提高型腔模的加工精度，在电极方面，首先是寻找耐蚀性高的电极材料，常用的电极为纯铜和石墨；

（2）电极设计 加工型腔模时的工具电极尺寸，一方面与模具的大小、形状、复杂程度有关，而且与电极材料、加工电流、深度、余量及间隙等因素有关；

（八）结论

电火花穿孔成形加工方法是基于电腐蚀的原理上研究设计的，它能加工形状较复杂、材料较硬的的工件。采用穿孔成形加工方法，其表面粗糙值可控制在。对于不同的加工材料，电极所选用的材料也是各不相同的，在加工过程中，在电极会消耗部分能量，这样会导致电极的损耗。实际电火花加工过程中，还有许多因素要控制，如电极周围的磁场能、热能等，由于这些干扰因素的存在，直接导致了工件的加工精度要求。

程序设计“杨”的右半边去掉两撇的部分，具体代码如下。

B200000BB200000GxL1 B1000000B1000000B1400000GyL3 BB1000000B1000000GySR1 BB300000B30000GyL1 B72000BB72000GxL2 B100000B100000B100000GyL1 B158000BB158000GxL2 BB300000B300000GxL1

姓名： 学号： 班级：