材料加工前沿讲座

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1、材料加工前沿讲座学习报告院系：研究生学院材料系班级：1003学号：S20100238姓名：雷尚军2011/6/15讲座一：快速原型制造技术一、快速原型制造技术的产生Ø全球市场一体化、制造业竞争激烈，产品的开发速度成为市场竞争的主要矛盾。Ø从技术发展角度，计算机、CAD、材料、激光等技术的发展和普及为新的制造技术的产生奠定了基础。Ø快速原型制造技术于20世纪80年代后期产生于美国，并很快扩展到日本及欧洲，与20世纪90年代初引入我国，是近二十年制造领域的一项重大突破。Ø借助计算机、激光、精密传动、数控技术等现代手段，将CAD和CAM集成于一体，根据计算机建立的三维模型，能在

2、很短的时间内直接制造出产品样本，使设计工作进入一种全新的境界。Ø改善了设计过程中的人机交流，缩短了产品开发周期，加快了产品更新换代速度，降低企业投资新产品的风险。二、快速原型制造技术的基本原理传统的零件加工过程是先制造毛坯，然后经过切削加工，从毛坯上去除多余的材料得到零件的形状和尺寸，这种方法称之为材料去除制造。快速原型制造技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法，而是基于“材料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加工分解为简单的材料二维添加的组合过程，它能在CAD模型的直接驱动下，快速制造任意复杂形状的三维实体，是一种全新的制造技术。其成型过程为：(1)建立零件的三维CAD模型

3、(2)模型Z向离散（分层）(3)逐层堆积制造快速原型工艺流程三、快速原型制造技术的的典型方法1、光固化成型工艺（SterelithographyApparatus）又称为立体光刻，简称SLA，用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由点到线,由线到面顺序凝固,完成一个层面的绘图作业,然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度,再固化另一个层面.这样层层叠加构成一个三维实体.使用材料：液态光敏树脂SLA成形工艺原理图2、叠层实体制造工艺（LaminatedObjectManufacturing简称LOM）又称分层实体制造，使用材料：片材，例如纸、塑料薄膜等。叠层实体制造

4、工艺原理图3、选择性激光烧结工艺（SelectiveLaserSintering简称SLS）又称选区激光烧结，加工时，首先将粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平；激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉末，则就可以得到一烧结好的零件。使用材料：粉末状材料选择性激光烧结工艺原理图讲座二：脉冲磁场对金属凝固组织和凝固过程的影响磁场影响凝固组织的作用：1.1、稳恒磁场的作用在金属凝固过程中，稳恒磁场可以用来控制金属熔体的对流，从而改善金属凝固组织。Nkada等利用稳恒磁场来均匀铸锭中心部

5、半凝固区域的流速，成功地达到了减少V偏析和空孔的目的。Y.Ebisu也利用稳恒磁场来减少钢的连铸锭的V偏析和空孔，并获得了被称为“E-Process”的专利技术。杨森等研究了磁场强度为2.0×104A/m横向均匀静磁场对Al-Bi偏晶合金定向凝固的影响，横向均匀磁场可以有效地抑制定向凝固过程中熔体的对流，使偏晶系Al6.5Bi合金纤维组织间距和纤维直径减少.1.2、稳恒磁场的作用机制在稳恒磁场作用下，熔体内部将产生感生电流，从而产生Lorentz力抑制熔体的对流，使其对熔体没有搅拌作用。对于宏观组织，由于液态金属的对流削弱，这就降低了金属熔体的降温速率，保持了凝固界面较高

6、的温度梯度，利于柱状晶的生长；对于微观组织，则使枝晶横向生长受到抑制，枝晶分支的发展也受到抑制。同时，稳恒磁场产生的电磁力有可能导致铁磁质颗粒的偏聚，偏聚层的厚度随磁感应强度的增大而增加。2.1、交变磁场的作用1965年，AsaiS.就对磁场作用下的金属凝固进行了研究，发现在金属凝固过程中施加一个交变磁场可以细化晶粒，缩小柱状晶区；单一直流磁场作用于凝固体系时反而扩大了柱状晶区，并预言只有同时应用电场和磁场时凝固组织才能明显细化。1983年，Bassyoun对此提出异议，并用实验证明当磁场强度为0.027~0.033T时单一的交变磁场同样能够明显细化晶粒。葛丰德认为细化效

7、果不仅仅取决于磁感应强度，还与电流强度、电流波形及频率等因素有关。同时大量研究表明旋转磁场不仅可以改善合金的比重偏析，细化组织，而且对凝固补缩也有良好的作用。2.2、交变磁场的作用机制熔体与交变磁场相互作用将产生感应电流，磁场与感应电流之间发生电磁作用，产生电磁力，从而在熔体内产生规则的波动，使长大的晶粒破碎，形成新的细小晶粒，细化了凝固组织。Radjai等对液态金属同时施加静磁场和交流电的作用，在液态金属内诱发高强度的电磁振动，引起空化现象，从而使金属凝固组织发生了显著细化。王强等先后提出了运用交流磁场、高强度静磁场和交流电