材料加工前沿讲座.doc

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
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。
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。
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。
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。
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：
建立零件的三维CAD模型
模型Z向离散（分层）
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