第一篇：材料成型及控制與自動化技術(shù)

材料成型及控制與自動化技術(shù)

材料成型及控制是一項基礎(chǔ)也是很重要的技術(shù)，它不僅僅是用于船舶、航空、火車等運輸領(lǐng)域，在工民建和能源方面也占有非常重要的地位。所以說材料成型及控制的發(fā)展可以給人類帶來很大的幫助。隨著科學(xué)技術(shù)在機械化和自動化等技術(shù)方面的發(fā)展越來越成熟，這些技術(shù)在材料成型及控制上的應(yīng)用也日益增多，當(dāng)今制造技術(shù)向著自動化的方向發(fā)展。文章將對自動化技術(shù)在鑄造、鍛壓和焊接技術(shù)中的應(yīng)用做探討。

2.1 鑄造

鑄造：將待煉金屬加熱至熔融狀態(tài)，并制造鑄型，然后把熔融金屬澆入鑄型，等金屬凝固后獲得一定形狀、尺寸、成分、性能鑄件的成形方法。鑄造是人類掌握的最早的一種金屬熱加工工藝，至今已經(jīng)有大概6000年的歷史。我國約在公元前1700～公元前1000年之間就已經(jīng)進入對青銅鑄造的全盛時期，工藝上已達到相當(dāng)高的水平。鑄造是指將已加熱至熔融狀態(tài)的物質(zhì)倒入特定的模具中冷卻以獲得預(yù)期想要的物品的加工方式。被加熱為熔融狀態(tài)的物質(zhì)大多數(shù)是原為固態(tài)（例：銅、鐵、鋁、錫、鉛等），而鑄模的材料可以是沙、金屬甚至陶瓷，但這類物質(zhì)多為耐高溫的。

2.2 鍛壓

鍛壓是鍛造和沖壓的合稱，就是利用鍛壓設(shè)備的錘頭、沖頭或者模具等工具對待加工材料施壓，使材料產(chǎn)生塑性變形，以此獲得所需要的形狀及尺寸的產(chǎn)品加工方式。鍛壓作為金屬加工的主要方法之一，在國民經(jīng)濟中占有非常重要的位置，是裝備制造業(yè)，尤其是機械、汽車行業(yè)，以及軍工、航空航天工業(yè)中的不可替代的主要加工工藝。

2.3 焊接

焊接是一種用加熱的方法將金屬或者其他材料結(jié)合的技術(shù)。為了滿足工業(yè)的發(fā)展的需求，焊接技術(shù)主要包含熔焊、釬焊和固相焊。伴隨著數(shù)字化、自動化、計算機、機械技術(shù)的不斷進步，還有就是對焊接的要求越來越高，焊接的形式也越來越多樣化、自動化。

材料成型機控制技術(shù)應(yīng)用中的問題和發(fā)展前景

就我中國材料成型及控制技術(shù)水平與國際水平相比較還是有很大的差別的，這是不能忽略的事實。在我國，材料成型及控制的過程面臨著污染問題嚴(yán)重、能源消耗大和時間消耗長的問題。對于如何解決這些問題成為我國材料成型及控制技術(shù)邁入國際先進水平的擋路石。

伴隨著計算機和自動化技術(shù)的發(fā)展以及其在材料成型及控制技術(shù)上的運用，材料成型及控制技術(shù)的發(fā)展有了很大的進步。高效性：隨著自動化技術(shù)水平的不斷發(fā)展以及計算機信息技術(shù)的運用，材料成型及控制技術(shù)的自動化程度越來越高，這不僅大大提高了材料的成型，而且還提高了產(chǎn)品的成功率。節(jié)能性：結(jié)合自動化的大規(guī)模生產(chǎn)產(chǎn)品可以明顯減少產(chǎn)品成本和損耗，高度發(fā)展的計算機技術(shù)將會推動產(chǎn)品朝節(jié)能化的方向前進。科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展將會使材料成型及控制技術(shù)向節(jié)能分享不斷發(fā)展。環(huán)保性：科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)有好多新型的材料應(yīng)用到生產(chǎn)上，這不僅縮短了材料成型的時間，還大大減小了材料成型過程中的污染危害。以后會有更多、環(huán)保的節(jié)能材料被人們發(fā)現(xiàn)，這也會大大減少材料成型過程的污染。自動化技術(shù)在材料成型及控制方面的成功運用正是材料成型及控制實現(xiàn)在高效、節(jié)能、環(huán)保方面發(fā)展的重要前提。

第二篇：材料成型及控制工程與自動化技術(shù)的應(yīng)用

材料成型及控制工程與自動化技術(shù)的應(yīng)用

材料成型及控制工程有四個方向：焊接、鑄造、熱處理、鍛壓。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展材料成型也變得越來越機械化和自動化。當(dāng)今制造技術(shù)的主要發(fā)展趨勢是：制造技術(shù)向著自動化、集成化和智能化的方向發(fā)展。

焊接：近20年來，隨著數(shù)字化，自動化，計算機，機械設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，以及對焊接質(zhì)量的高度重視，自動焊接已發(fā)展成為一種先進的制造技術(shù)，自動焊接設(shè)備在各工業(yè)的應(yīng)用中所發(fā)揮的作用越來越大，應(yīng)用范圍正在迅速擴大。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，焊接生產(chǎn)過程的機械化和自動化是焊接機構(gòu)制造工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢。焊接采用加熱和加壓或其他方法使熱塑性塑料制品的兩個或多個表面熔合成為一個整體的方法。自動化采用具有自動控制，能自動調(diào)節(jié)、檢測、加工的機器設(shè)備、儀表，按規(guī)定的程序或指令自動進行作業(yè)的技術(shù)措施。其目的在于增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本和勞動強度、保障生產(chǎn)安全等。自動化程度已成為衡量現(xiàn)代國家科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。現(xiàn)代自動化技術(shù)主要依靠計算機控制技術(shù)來實現(xiàn)。焊接生產(chǎn)自動化是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的方向。現(xiàn)代焊接自動化技術(shù)將在高性能的微機波控焊接電源基礎(chǔ)上發(fā)展智能化焊接設(shè)備，在現(xiàn)有的焊接機器人基礎(chǔ)上發(fā)展柔性焊接工作站和焊接生產(chǎn)線，最終實現(xiàn)焊接計算機集成制造系統(tǒng)CIMS。

在焊接設(shè)備中發(fā)展應(yīng)用微機自動化控制技術(shù)，如數(shù)控焊接電源、智能焊機、全自動專用焊機和柔性焊接機器人工作站。微機控制系統(tǒng)在各種自動焊接與切割設(shè)備中的作用不僅是控制各項焊接參數(shù)，而且必須能夠自動協(xié)調(diào)成套焊接設(shè)備各組成部分的動作，實現(xiàn)無人操作，即實現(xiàn)焊接生產(chǎn)數(shù)控化、自動化與智能化。微機控制焊接電源已成為自動化專用焊機的主體和智能焊接設(shè)備的基礎(chǔ)。如微機控制的晶閘管弧焊電源、晶體管弧焊電源、逆變弧焊電源、多功能弧焊電源、脈沖弧焊電源等。微機控制的IGBT式逆變焊接電源，是實現(xiàn)智能化控制的理想設(shè)備。數(shù)控式的專用焊機大多為自動TIG焊機，如全自動管/管TIG焊機、全自動管/板TIG焊機、自動TIG焊接機床等。在焊接生產(chǎn)中經(jīng)常需要根據(jù)焊件特點設(shè)計與制造自動化的焊接工藝裝備，如焊接機床、焊接中心、焊接生產(chǎn)線等自制的成套焊接設(shè)備，大多可采用通用的焊接電源、自動焊機頭、送絲機構(gòu)、焊車等設(shè)備組合，并由一個可編程的微機控制系統(tǒng)將其統(tǒng)一協(xié)調(diào)成一個整體。

鑄造：熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀、尺寸、成分、組織和性能鑄件的成形方法。鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。中國約在公元前1700～前1000年之間已進入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達到相當(dāng)高的水平。鑄造是指將室溫中為液態(tài)但不久后將固化的物質(zhì)倒入特定形狀的鑄模待其凝固成形的加工方式。被鑄物質(zhì)多為原為固態(tài)但加熱至液態(tài)的金屬（例：銅、鐵、鋁、錫、鉛等），而鑄模的材料可以是沙、金屬甚至陶瓷。因應(yīng)不同要求，使用的方法也會有所不同。隨著科技技術(shù)的發(fā)展國內(nèi)的鑄造技術(shù)也飛速發(fā)展近年開發(fā)推廣了一些先進熔煉設(shè)備，提高了金屬液溫度和綜合質(zhì)量，開始引進AOD、VOD等精煉設(shè)備和技術(shù)，提高了高級合金鑄鋼的內(nèi)在質(zhì)量。直讀光譜儀和熱分析儀，爐前有效控制了金屬液成分，采用超聲波等檢測方法控制鑄件質(zhì)量。一些大中型鑄造企業(yè)開始在熔煉方面用計算機技術(shù)，控制金屬液成分、溫度及生產(chǎn)率等。成都科技大學(xué)研制成砂處理在線控制系統(tǒng)，清華大學(xué)等開發(fā)了計算機輔助砂型控制系統(tǒng)軟件，華中科技大學(xué)成功開發(fā)商品化鑄造CAE軟件。鑄造業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展快速，部分鑄造企業(yè)網(wǎng)上電子商務(wù)活動活躍，如一些鑄造模具廠實現(xiàn)了異地設(shè)計和遠程制造。

鑄造專家系統(tǒng)研究雖然起步晚，但進步快。先后推出了型砂質(zhì)量管理專家系統(tǒng)、鑄造缺陷分析專家系統(tǒng)、自硬砂質(zhì)量分析專家系統(tǒng)、壓鑄工藝參數(shù)設(shè)計及缺陷診斷專家系統(tǒng)等。機械手、機器人在落砂、鑄件清理、壓鑄及熔模鑄造生產(chǎn)中開始應(yīng)用。精確成形技術(shù)和近精確成形技術(shù)，大力發(fā)展可視化鑄造技術(shù)，推動鑄造過程數(shù)值模擬技術(shù)CAE向集成、虛擬、智能、實用化發(fā)展；基于特征化造型的鑄造CAD系統(tǒng)將是鑄造企業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝設(shè)計的基礎(chǔ)和前提，新一代鑄造CAD系統(tǒng)應(yīng)是一個集模擬分析、專家系統(tǒng)、人工智能于一體的集成化系統(tǒng)。采用模塊化體系和統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，且與CAM／CAPP?ERP／RPM等無縫集成；促使鑄造工裝的現(xiàn)代化水平進一步提高，全面展開CAD／CAM／CAE／RPM、反求工程、并行工程、遠程設(shè)計與制造、計算機檢測與控制系統(tǒng)的集成化、智能化與在線運行，催發(fā)傳統(tǒng)鑄造業(yè)的革命性進步。

鍛壓是鍛造和沖壓的合稱，是利用鍛壓機械的錘頭、砧塊、沖頭或通過模具對坯料施加壓力，使之產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的制件的成形加工方法。“鍛壓”作為金屬加工的主要方法和手段之一，在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位，是裝備制造業(yè)，特別是機械、汽車行業(yè)，以及軍工、航空航天工業(yè)中的不可或缺的主要加工工藝。隨著經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整的不斷深化，作為支柱產(chǎn)業(yè)的汽車制造業(yè)的大發(fā)展，為我國的鍛壓行業(yè)發(fā)展?fàn)I造了一個非常好的機會。近幾年在設(shè)備制造技術(shù)和加工技術(shù)上都取得很大的進展，行業(yè)的競爭力得到提升，某些技術(shù)水平已進入世界先進行列。

但隨著中國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，國產(chǎn)鍛造設(shè)備存在的不足日益凸顯。其中，擁有中國自己產(chǎn)權(quán)的通用鍛壓設(shè)備多處于較低的水平，目前鍛壓設(shè)備發(fā)展趨勢是集機械、電子、液壓、氣動及檢測等方面的最新技術(shù)于一體，自動化程度高、換模快速、工作可靠、噪聲低、防護完善、精度高。近年來又發(fā)展了數(shù)控系統(tǒng)，能和電子計算機、工業(yè)機器人、自動換模系統(tǒng)及自動倉庫等相結(jié)合，構(gòu)成多種系列的柔性制造單元（FMC）和柔性制造系統(tǒng)（FMS），并向電子計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的方向逼近。

金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時間后，又以不同速度在不同的介質(zhì)中冷卻，通過改變金屬材料表面或內(nèi)部的顯微組織結(jié)構(gòu)來控制其性能的一種工藝。在熱處理過程中對溫度的檢測和記錄非常的重要，溫度控制的不好對產(chǎn)品的影響十分的大，所以溫度的檢測十分的重要，在整個過程的溫度的變化趨勢也顯得十分的重要，導(dǎo)致在熱處理的過程中必須對溫度的變化進行記錄，可以方便以后進行數(shù)據(jù)分析，也可以查看到底是哪段時間溫度沒有達到要求。這樣對以后的熱處理進行改進起到非常大的作用實現(xiàn)一定程度上的自動化。

日前，中鋼邢機通過對熱處理爐群的自動化控制系統(tǒng)進行創(chuàng)新改進，在所屬異型公司成功完成單臺爐體單機控制向整個爐群單機管控的“集中化”轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)企業(yè)爐群自動化控制的新突破。“集中化”管控就是由單臺主機整體集中完成整個爐群的自動化控制工作，通過建立熱處理爐群自動化控制的獨立整體管控網(wǎng)絡(luò)，改變每臺熱處理爐都有一臺主機主控的傳統(tǒng)模式。企業(yè)探索實施“熱處理爐群控制集中化管理”，最初是基于對企業(yè)擴能上量后熱處理爐數(shù)量增多、生產(chǎn)用電不易調(diào)配問題的解決。經(jīng)過在異型公司試點進行實際改造實施后，使熱處理爐群能夠結(jié)合排產(chǎn)計劃，對照峰谷用電時間段，實現(xiàn)對每臺熱處理爐作業(yè)的自動程序化科學(xué)調(diào)控，從而大大降低了作業(yè)用電成本。同時使企業(yè)設(shè)備管理更趨便捷科學(xué)，運行效率明顯提升，目前每班只需2人即可完成17臺熱處理爐的日常作業(yè)管理。為了使工件在生產(chǎn)線上自如地完成整個所要求的熱處理工藝過程，被特定設(shè)計的連續(xù)爐相互連接溝通。爐膛內(nèi)可多方位貫通，并可使工件料筐90℃角轉(zhuǎn)入下道加熱區(qū)或過渡保溫箱，經(jīng)傳送抵達下一工序或進入冷卻室冷卻。這種爐體結(jié)構(gòu)和傳送裝置都具有相當(dāng)高的水平。以可控氣氛箱式爐為例，為滿足滲碳、碳氮共滲、氮碳共滲、淬火或光亮淬火、等溫淬火等熱處理工藝的實施，料盤和料架上的工件以冷鏈驅(qū)動的方式自動送入、通過和送出爐膛，在各自的爐子中完成所要求的工藝。箱式爐與相應(yīng)的計算機輔助測量、控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)連用，形成各個獨立的模塊單元，易于相互連接，構(gòu)成完善、靈活、組合式自動熱處理系統(tǒng)。

電子計算機在熱處理中的應(yīng)用，包括計算機輔助設(shè)計(CAD)、計算機輔助生產(chǎn)(CAM)、計算機輔助選材(CAMS)、熱處理事務(wù)辦公自動化(OA)、熱處理數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)等，它為熱處理工藝的優(yōu)化設(shè)計、工藝過程的自動控制、質(zhì)量檢測與統(tǒng)計分析等，提供了先進的工具和手段。計算機在熱處理中的應(yīng)用，最初主要用于熱處理工藝程序和工藝參數(shù)(溫度、時間、氣氛、壓力、流量等)的控制，現(xiàn)在也用于熱處理設(shè)備、生產(chǎn)線和熱處理車間的自動控制和生產(chǎn)管理，還有的用計算機進行熱處理工藝、熱處理設(shè)備、熱處理車間設(shè)計中的各種計算和優(yōu)化設(shè)計。在熱處理中引入計算機，可實現(xiàn)熱處理生產(chǎn)的自動化，保證熱處理工藝的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量的再現(xiàn)性，并使熱處理設(shè)備向高效、低成本、柔性化和智能化的方向發(fā)展。計算機在熱處理中的應(yīng)用國外已十分普遍，例如，日本一家摩托車廠的熱處理車間，有連續(xù)式滲碳爐、周期式滲碳爐、連續(xù)軟氮化爐等共37臺設(shè)備，從開始送料，到最終產(chǎn)品檢驗，全部由計算機控制，每班只需要三個人操作，一人在計算機室內(nèi)負(fù)責(zé)全部生產(chǎn)、技術(shù)和質(zhì)量管理，一人在現(xiàn)場巡回檢查，一人負(fù)責(zé)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗，生產(chǎn)效率極高。我國在熱處理行業(yè)中應(yīng)用計算機還是近十多年的事情，目前國內(nèi)研制生產(chǎn)的熱處設(shè)備已越來越多地引入了微機控制，極大地提高了設(shè)備的自動化水平和生產(chǎn)效率。在熱處理工藝過程的實時控制、計算機輔助設(shè)計、計算機模擬和數(shù)學(xué)模型的開發(fā)應(yīng)用等方面，也取得了一定的成績。

機器人在熱處理中的應(yīng)用，可以有效地改善工人的勞動條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。目前主要是用來進行自動裝卸料。由于熱處理的生產(chǎn)環(huán)境差、勞動強度較大，也由于熱處理生產(chǎn)向自動化、集成化、柔性化的方向發(fā)展，因此，今后機器人在熱處理生產(chǎn)中的應(yīng)用將日趨增多。

第三篇：材料成型及控制技術(shù)的認(rèn)知實習(xí)報告

關(guān)于材料成型及控制技術(shù)的認(rèn)知實習(xí)報告

一．實習(xí)目的認(rèn)知實習(xí)是材料成型與控制工程專業(yè)重要的的教學(xué)環(huán)節(jié)，是專業(yè)教學(xué)的一個組成部分。時間安排在學(xué)生進校的第三周（為期一周）。目的有如下幾點：

1.明晰專業(yè)內(nèi)涵，確定發(fā)展方向。

2.同學(xué)迅速定位，培養(yǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)。

3.了解軋鋼、鑄造、焊接生產(chǎn)工藝流程、原料及產(chǎn)品。以及南校區(qū)的生產(chǎn)設(shè)備及主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，獲得材料成型工藝、設(shè)備基礎(chǔ)知識，為進一步深入學(xué)習(xí)專業(yè)知識打好基礎(chǔ)。

二．實習(xí)要求

為了順利完成為期一周的學(xué)習(xí)內(nèi)容，應(yīng)該做到：

1.認(rèn)真聽好各位專業(yè)教授的講座，虛心學(xué)習(xí)。

2.參觀南校區(qū)實驗訓(xùn)練中心，認(rèn)真遵守實驗室安全手冊。

3.按時獨立完成實習(xí)報告。

三．實習(xí)內(nèi)容

2011年9月13日

專題講座：張利君

從模具的定義、分類，本專業(yè)職業(yè)分析，材料成型及控制技術(shù)。

①.模具的定義：利用其本身形狀去成型具有一定形狀和尺寸的制品的一種專用工具。

②.模具分類:a.板料成形技術(shù)與板金模設(shè)計

b.熔體成型技術(shù)與型腔模設(shè)計

c.體變形成型技術(shù)與模具設(shè)計

③．本專業(yè)職業(yè)：新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計師

機械制造工藝師

模具設(shè)計與制造工程師

品質(zhì)管理工程師

生產(chǎn)管理、調(diào)度工程師

模具軟件開發(fā)工程師

產(chǎn)品營銷師

項目管理工程師

2011年9月14日

湖南工程學(xué)院南校區(qū)參觀，近500多萬元的儀器設(shè)備，是湖南工程學(xué)院的巨大財富，材料成型及控制工程隸屬于機械學(xué)科，是有機械類學(xué)科典型特征專業(yè)。董麗君，高為國老師帶領(lǐng)我們陸續(xù)參觀了幾十個實驗室。例如，鑄造實驗室，CAD實驗室等等。

專題講座

課題：材料成型發(fā)展與技術(shù)更新

講授課老師：高為國（機械工程學(xué)院）

從三個方面剖析材料的重要性，讓我們對材料產(chǎn)生重大興趣。

1.材料的發(fā)展

材料是人類生產(chǎn)和生活所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料是人類進化的里程碑。石器時代，青銅器時代，青鋼器時代，新材料時代。

2.材料的應(yīng)用

以鳥巢，中國館，水立方為例讓我們對材料的認(rèn)識提升一個層次。

3.材料新技術(shù)

2011年9月15日

專題講座

課題：形狀記憶合金（Shape.Memory Alloy）

講師：孫小剛（中南研究生 上海交大博士）

由淺到深，重新認(rèn)識材料 特別是形狀記憶合金。

1.1989年日本首先提出智能材料，鋯鈦酸鉛，鎳鈦合金，智能復(fù)合材料。

2.結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。

3.形狀記憶分類：a.單程記憶效應(yīng)

b.多程記憶效應(yīng)

c.全程記憶效應(yīng)

4.形狀記憶合金的特性

a．集傳感驅(qū)動、控制、換能

b．機械性質(zhì)優(yōu)良

c．有確定的轉(zhuǎn)變溫度

d．在加熱時產(chǎn)生的回復(fù)力非常大（可達500Mpa）

e．對環(huán)境適應(yīng)能力強

f．無振動噪聲無污染

g．抗疲勞

2011年9月16日

最后一位講師總結(jié)歸納了本次認(rèn)知實習(xí)。提出“把每件事折開來做就容易了，把每件簡單的事認(rèn)真來做就完美了。”的觀點，深受大家推崇。

四．總結(jié)

為期一周的認(rèn)識實習(xí)，讓我們明晰專業(yè)的內(nèi)涵，確定發(fā)展方向。材料成型及控制工程是研究熱加工改變材料的微觀結(jié)構(gòu)、宏觀性能和表面形狀，研究熱加工過程中的相關(guān)工藝因素對材料的影響。解決成型工藝開發(fā)，成型設(shè)備、工藝優(yōu)化的理論和方法。材料是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，我們以學(xué)材料為豪！

材料成型及控制工程1002班陳理

2011年9月16日

第四篇：材料成型與加工技術(shù)(DOC)

第一章 緒 論

制造業(yè)是提高國家工業(yè)生產(chǎn)率、經(jīng)濟增長、國家安全及生活質(zhì)量的基礎(chǔ)，是國家綜合實力的重要標(biāo)志。現(xiàn)如今我國制造業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)，因而加強材料成形加工技術(shù)與科學(xué)基礎(chǔ)研究，大力采用先進制造技術(shù)，對國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義。

材料成形加工技術(shù)與科學(xué)既是制造業(yè)的重要組成部分，又是材料科學(xué)與工程的四要素之一，對國民經(jīng)濟的發(fā)展及國防力量的增強均有重要作用。“新一代材料精確成形加工技術(shù)”與“多學(xué)科多尺度模擬仿真”是現(xiàn)代兩個重要學(xué)科研究前沿領(lǐng)域。高新技術(shù)材料的出現(xiàn)，將加速發(fā)展以“精確成形”及“短流程”為代表的材料加工工藝，包括：全新的成形加工方法與工藝，及傳統(tǒng)成形加工方法的改進與工序綜合。“模擬仿真”是產(chǎn)品計算機集成制造、敏捷制造的主要內(nèi)容，是實現(xiàn)制造業(yè)信息化的先進方法。并行工程已成為產(chǎn)品及相關(guān)制造過程集成設(shè)計的系統(tǒng)方法，以計算機模擬仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)為手段的虛擬制造設(shè)計將是先進制造技術(shù)的重要支撐環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)化、智能化是現(xiàn)代產(chǎn)品與工藝過程設(shè)計的趨勢，綠色制造是現(xiàn)代材料加工技術(shù)的進一步發(fā)展方向。

面對市場經(jīng)濟、參與全球競爭，必須加強材料成形加工科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。只有使用先進的材料加工技術(shù)，才能獲得高質(zhì)量產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能，這些高性能的先進材料包括傳統(tǒng)材料和新材料。發(fā)展材料成形加工技術(shù)對我國制造業(yè)以高新技術(shù)生產(chǎn)高附加值的優(yōu)質(zhì)零部件有積極作用，可擴大材料及制造范圍、提高生產(chǎn)率、降低產(chǎn)品成本、增強企業(yè)國際競爭能力。

制造業(yè)在過去的幾年中發(fā)生了巨大變化，而現(xiàn)代高科技及新材料的出現(xiàn)將導(dǎo)致材料成形加工技術(shù)的進一步發(fā)展與變革，出現(xiàn)全新的成形加工方法與工藝，傳統(tǒng)加工方法不斷改進并走向工藝綜合，材料成形加工技術(shù)則逐漸綜合化、多樣化、柔性化、多科學(xué)化。

第二章 現(xiàn)代材料成形加工技術(shù)與科學(xué)

2.1現(xiàn)代材料成形加工技術(shù)的作用與地位

我國已是制造大國，僅次于美、日、德，位居世界第四位。材料成形加工行業(yè)則是制造業(yè)的重要組成部分，材料成形加工技術(shù)也是先進制造技術(shù)的重要內(nèi)容。鑄造、鍛造及焊接等材料加工技術(shù)是國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的主體技術(shù)。目前，在汽車行業(yè)中汽車重量的65%以上仍由鋼鐵、鋁及鎂合金等材料通過鑄造、鍛壓、焊接等加工方法而成形。材料成形加工技術(shù)與科學(xué)又是材料科學(xué)與工程的四要素之一，它不僅賦予零部件以形狀，而且給予零部件以最終性能及使用特性。

制造業(yè)在過去的幾年中發(fā)生了巨大的變化，這種變化還會延續(xù)。高速發(fā)展的工業(yè)技術(shù)要求材料加工產(chǎn)品精密化、輕量化、集成化；國際競爭更加激烈的市場要求產(chǎn)品性能高、成本低、周期短；日益惡化的環(huán)境要求材料加工原料與能源消耗低、污染少；另外材料成形本身制造好、成品率高。為了生產(chǎn)高精度、高質(zhì)量的產(chǎn)品，材料正由單一的傳統(tǒng)型向復(fù)合型、多功能型發(fā)展；材料加工技術(shù)逐漸綜合化、多樣化、柔性化、多科學(xué)化。

面對市場經(jīng)濟、參與全球競爭，必須加強材料成形加工科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。只有使用新近的材料加工技術(shù)才能獲得高質(zhì)量產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能，這些高性能的先進材料包括傳統(tǒng)材料和新材料。發(fā)展材料成形加工技術(shù)對我國制造業(yè)已高新技術(shù)生產(chǎn)高附加值的優(yōu)質(zhì)零部件有積極作用。

2.2材料成形加工技術(shù)的發(fā)展趨勢

美國在“新一代制造計劃”中指出，未來的制造模式將是批量小、質(zhì)量高、成本低、交貨期短、生產(chǎn)柔性、環(huán)境友好；未來的制造企業(yè)要掌握十大關(guān)鍵技術(shù)，其中包括快速產(chǎn)品與工藝開發(fā)系統(tǒng)、新一代制造工藝及裝備及模擬與仿真三項關(guān)鍵技術(shù)。其中新一代工藝包括精確成形加工制造或稱凈終成形加工工藝。凈終成形加工工藝要求材料成形加工制造向更輕、更薄、更強、更韌及成本低、周期短、質(zhì)量高的方向發(fā)展。

輕量化、精確化、高效化將是未來材料成形加工技術(shù)的重要發(fā)展方向。近年來，隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，對通過降低產(chǎn)品的自重以降低能源消耗 和減少污染（包括汽車尾氣和廢舊塑料）提出了更迫切的要求，輕質(zhì)、高質(zhì)量的綠色環(huán)保材料將成為人們的首選。鎂合金就是被世界各國材料界看好的最具有開發(fā)和應(yīng)用發(fā)展前途的金屬材料。

鎂合金壓鑄件廣泛應(yīng)用于交通工業(yè)（汽車、摩托車及飛機零件等）、IT行業(yè)（手機、筆記本等）、小型家電行業(yè)（攝像機、照相機及其它電子產(chǎn)品外殼等）。汽車離合器和變速箱殼體采用鎂合金壓鑄件比鋁合金重量分別減輕2.6kg和2.5kg。同時，壓鑄鎂鋁合金產(chǎn)品在體育運動（自行車架與踏板、滑雪板等）、手工工具（鏈鋸、巖鉆等）、國防建設(shè)（輕型武器、步兵裝備）等領(lǐng)域亦有十分廣闊的應(yīng)用前景。

2.3材料成形加工過程的建模與仿真

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)材料科學(xué)已成為一門新興的交叉學(xué)科，成為材料研究的重要手段，是除實驗和理論外解決材料科學(xué)中實際問題的第三個重要研究方法。它可以比理論和實驗做得更深刻、更全面、更細致，可以進行一些理論和實驗暫時還做不到的研究。因此，基于知識的材料成形工藝模擬仿真是材料科學(xué)與工程的前沿領(lǐng)域及研究熱點，而高性能、高保真和高效率則是模擬仿真的努力目標(biāo)。根據(jù)美國科學(xué)研究院工程技術(shù)委員會的測算，模擬仿真可提高產(chǎn)品質(zhì)量5～15倍，增加材料出品率25%，降低工程技術(shù)成本13%～30%，降低人工成本5%～20%，增加投入設(shè)備的利用率30%～60%，縮短產(chǎn)品設(shè)計和試制周期30%～60%，增加分析問題廣度和深度的能力3～3.5倍等。

2.4材料的快速成形與虛擬制造

我國制造業(yè)的主要問題之一是缺乏創(chuàng)新產(chǎn)品的開發(fā)能力，因而缺乏國際市場競爭能力。隨著全球化市場的激烈競爭，加快產(chǎn)品開發(fā)速度已成為競爭的重要手段之一。制造業(yè)要滿足日益變化的用戶要求，必須有較強的靈活性，以最快的速度提供高質(zhì)量產(chǎn)品。

虛擬制造是CAD、CAM和CAPP等軟件的集成技術(shù)，其關(guān)鍵是建立制造過程的計算模型，虛擬仿真制造過程。虛擬制造以并行方式進行產(chǎn)品設(shè)計、加工和裝配，對各單元采用分布管理，而且不受時間、空間限制。虛擬制造的基礎(chǔ)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)。所謂“虛擬現(xiàn)實”技術(shù)是利用計算機和外觀設(shè)備，生成與真實環(huán)境一致的三維虛擬環(huán)境，使用戶通過輔助設(shè)備從不同的“角度”和“視點”與環(huán)境中的“現(xiàn)實”交互。與智能制造、虛擬工廠、網(wǎng)絡(luò)化制造集成，材料加工過程建模與仿真將成為制造業(yè)新產(chǎn)品過程設(shè)計的非常有效的工具。

第三章 新一代材料成形加工

3.1材料成形加工技術(shù)發(fā)展特征

材料成形加工技術(shù)在現(xiàn)代發(fā)展的過程中，形成“精密”、“優(yōu)質(zhì)”、“快速”、“復(fù)合”、“綠色”、“信息化”的特征。

1.材料成形加工技術(shù)的“精密”特征：成形精度向凈成形的方向發(fā)展 材料成形加工技術(shù)的重要特征是精密化，以制造技術(shù)而論，從尺度上看，精密制造技術(shù)已經(jīng)跨越了微米級技術(shù)，進入了亞微米和納米技術(shù)領(lǐng)域。材料成形加工技術(shù)也在朝著精密化的方向發(fā)展，表現(xiàn)為零件成形的尺寸精度正在從近凈成形向凈成形，即近無余量成形方向發(fā)展。“毛坯”與“零件”的界限越來越小。

2.材料成形加工技術(shù)的“優(yōu)質(zhì)”特征：成形質(zhì)量向近無缺陷、“零”缺陷的方向發(fā)展

如果說凈成形技術(shù)主要反映的是成形加工技術(shù)的尺寸與形狀精密的特征，反映了成形加工保證尺寸及形狀的精密程度，那么，反映成形加工優(yōu)質(zhì)特征的則是近無缺陷、“零”缺陷成形加工技術(shù)。這個“缺陷”是指不致引起早期失效的臨界缺陷的概念。采取的主要措施有：采用先進工藝、凈化熔融金屬、增大合金組織的致密度，為得到健全的鑄件、鍛件奠定基礎(chǔ)；采用模擬技術(shù)、優(yōu)化工藝技術(shù)，實現(xiàn)一次成形及試模成功，保證質(zhì)量；加強工藝過程監(jiān)控及無損檢測，及時發(fā)現(xiàn)超標(biāo)零件；通過零件安全可靠性能研究及評估，確定臨界缺陷量值等。

3.材料成形加工技術(shù)的“快速”特征：成形過程向快速方向發(fā)展

為滿足現(xiàn)代消費觀念的變革以及市場的劇烈競爭化，“客戶化、小批量、快速交貨”的要求不斷增加，需要材料成形加工技術(shù)的快速化。

成形加工技術(shù)的快速特征表現(xiàn)在各種新型高效成形工藝不斷涌現(xiàn)，星星鑄造、鍛造、焊接方法都從不同角度提高生產(chǎn)效率。

3.2新一代材料成形加工技術(shù)

制造技術(shù)可分為加工制造和成形制造（以液態(tài)鑄造成形、固態(tài)塑性成形及連接成形等為代表）技術(shù)，其中成形制造不僅賦予零件以形狀，而且決定了零件的組成。

3.2.1精確成形加工技術(shù)

近年來出現(xiàn)了很多新的精確成形加工制造技術(shù)。在轎車工業(yè)中還有很多材料精確成形新工藝，如用精確鍛造成形技術(shù)生產(chǎn)凸輪軸等零件，液壓脹形技術(shù)，半固態(tài)成形及三維擠壓發(fā)等。摩擦壓力焊接技術(shù)近來也備受人們關(guān)注。

以擠壓鑄造及半固態(tài)鑄造為代表的精確成形技術(shù)由于熔體在壓力下充型、凝固，從而使零件具有好的表面及內(nèi)部質(zhì)量。半固態(tài)鑄造是一種生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、近凈成形、高品質(zhì)鑄件的材料半固態(tài)加工技術(shù)。半固態(tài)鑄造鋁合金零件在汽車上的應(yīng)用其區(qū)別于壓力鑄造和鍛壓的主要特征是：材料處于半固態(tài)時在較高壓力（約200MPa）下充型和凝固。材料在壓力作用下凝固可形成細小的球狀晶粒組織。

3.2.2快速原型制造技術(shù)

隨著全球化及市場的激烈競爭，加快產(chǎn)品開發(fā)速度已成為競爭的重要手段之一。制造業(yè)要滿足日益變化的用戶需求，制造技術(shù)必須具有較強的靈活性，能夠以小批量甚至單批量生產(chǎn)迎合市場。快速原型制造技術(shù)以離散和堆積原理為基礎(chǔ)和特征，將零件的電子模型按一定方式離散成為可加工離散面、離散線和離散點，然后采用多種手段將這些離散的面、線和點堆積形成零件的整體形狀。有人因該技術(shù)高度的柔性而稱之為“自由成形制造”。近年來快速原型制造已發(fā)展為快速模具制造及快速制造，這些技術(shù)能大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)周期，解決單件或小批零件的制造問題。

3.3新一代產(chǎn)品制造設(shè)計的研究

未來智能制造公司需要一系列核心智能，以便在集成設(shè)計、制造和商業(yè)服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)進行智能商務(wù)運作。這一系列的智能核心即可預(yù)測性、可生產(chǎn)性和廉價性、污染防治、產(chǎn)品與工藝性能。

研究這些特點已使集成設(shè)計、制造和服務(wù)成為一個具有競爭力的系統(tǒng)學(xué)科。如果將這種集成工程系統(tǒng)理解成為一種科學(xué)，就可以將其歸為已經(jīng)成熟的分析方法，然后就可以確定基本參數(shù)及如何測量它們，從而可以預(yù)測期行為。下面是在材料加工和新一代產(chǎn)品制造設(shè)計中將建模與仿真用作智能核心的基本要點：

1.數(shù)字產(chǎn)品和工藝建模的可預(yù)測性

隨著具有競爭力的縮減產(chǎn)品發(fā)展與實現(xiàn)周期的蓬勃發(fā)展，在產(chǎn)品與工藝合成中的所有決策需要精度的建模與仿真工藝，以使物理基礎(chǔ)的或行為基礎(chǔ)的設(shè)計屬性生效。在動力學(xué)、熱力學(xué)、理學(xué)、材料和行為系統(tǒng)中有效運用建模工具是未來數(shù)字制造的先決條件。這些模型和知識要在網(wǎng)絡(luò)和協(xié)作環(huán)境下共享，最新的SGI（美國圖形工作站生產(chǎn)廠商）工作站可以在數(shù)分鐘至數(shù)小時內(nèi)解決極為復(fù)雜的工程問題。制造商可以使用高度工程化的仿真模型來幫助供貨商改變模型設(shè)計和運送近于零缺陷的鑄件給消費者，這樣會盡量減少返工和缺陷。2.材料的可生產(chǎn)性和廉價性

廉價的制造材料對制造業(yè)特別是航空業(yè)一直是一個挑戰(zhàn)。隨著對環(huán)境和性能的規(guī)范和限制越來越多，各公司正在尋找更好的超級合金高溫材料和類似網(wǎng)狀的工藝技術(shù)，以降低原材料和制造運作過程的成本。現(xiàn)在，研究機構(gòu)中的多數(shù)研究工具和工藝模型對公司在制造過程中預(yù)測并驗證材料屬性是遠遠不夠的。我們必須將著眼點從尺寸精確性擴展到材料性能，以便獲得對工藝、機器和零件的品質(zhì)的全面了解。這將引導(dǎo)我們開創(chuàng)集材料、制造、物理和計算學(xué)等交叉學(xué)科的研究工作，以推進我們對制造學(xué)的了解。

3.綠色生產(chǎn)和工藝的污染防治

我們需要新的規(guī)范使傳感器和工藝控制這種技術(shù)更好的整合，以便更少的發(fā)展和安裝成本提供更高的能源效率并降低污染。綠色制造系統(tǒng)應(yīng)改進以使工廠監(jiān)控工藝參數(shù)，并直接、精確和快速的獲得真實的工藝信息。另外，需要可代替的化學(xué)基礎(chǔ)的涂層技術(shù)來影響化學(xué)自由制造工藝，還需要新型的傳感器通過化學(xué)手段監(jiān)控和控制腐蝕環(huán)境。正在出現(xiàn)的技術(shù)，諸如微電子機械基礎(chǔ)的工藝傳感器和無線電通信，需要發(fā)展和工程化以滿足這些挑戰(zhàn)性的需求。

4.產(chǎn)品與工藝性能的先進維護技術(shù)

服務(wù)和維護對于保持產(chǎn)品和工藝的質(zhì)量及客戶的滿意度是非常重要的。確定系統(tǒng)失效原因的難點歸結(jié)為幾種因素，包括系統(tǒng)復(fù)雜性、不確定性和缺乏足夠的糾錯工具。當(dāng)前，許多組織工業(yè)正實行的服務(wù)和維護就是基于響應(yīng)的方法。組織我們解決這些問題的基本原因是對制造機器和設(shè)備每天的情況了解不足。我們只是不知道如何定量預(yù)測零件和機器的性能退化。我們?nèi)狈τ行У仡A(yù)測模型和工具，它們可以告訴我們給定工藝參數(shù)的具體值時會有什么情況發(fā)生。我們要進行研究，以了解產(chǎn)品和機器故障生產(chǎn)的原因，開發(fā)智能和可重復(fù)配置這些目標(biāo)，需要智能軟件和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來提供預(yù)先維護能力，諸如性能退化測量、故障修復(fù)、自維護和遠程診斷。這些特點允許制造和加工工業(yè)能發(fā)展預(yù)先維護策略，以保證產(chǎn)品和工藝性能，并最終消除不必要的系統(tǒng)癱瘓。

第4章 綠色再制造與材料成形加工的可持

續(xù)發(fā)展

在當(dāng)今全球經(jīng)濟發(fā)展的同時，對自然資源的任意開發(fā)利用帶來了全球的生態(tài)破壞、資源短缺、環(huán)境污染等重大問題。其中，機電產(chǎn)品制造業(yè)是最大的資源使用者，也是最大的環(huán)境污染資源之一。通過研究再制造工程理論和技術(shù)，可以為廢舊產(chǎn)品的科學(xué)利用提供依據(jù)，指導(dǎo)規(guī)范當(dāng)前的再制造市場。

再制造工程是以產(chǎn)品全壽命周期設(shè)計和管理為指導(dǎo)，以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保為目標(biāo)，以先進技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化市場為手段，來恢復(fù)或改造廢舊產(chǎn)品的一系列技術(shù)措施或工程活動的總稱。通過再制造的研究，可形成閉環(huán)的產(chǎn)品物質(zhì)及信息流系統(tǒng)，實現(xiàn)由產(chǎn)品的開環(huán)處理和材料資源的閉環(huán)回收，發(fā)展到產(chǎn)品閉環(huán)使用的高級階段，實現(xiàn)高級資源物質(zhì)流的最優(yōu)化循環(huán)。

4.1再制造過程的設(shè)計基礎(chǔ)

針對失效的產(chǎn)品進行再制造，首先要對其進行再制造設(shè)計，再制造的設(shè)計基礎(chǔ)包括產(chǎn)品的失效機理及壽命預(yù)測、再制造性的評價等內(nèi)容。

4.1.1產(chǎn)品失效機理及壽命預(yù)測

產(chǎn)品服役的環(huán)境行為及失效機理研究是實施再制造工程重要的基礎(chǔ)理論依據(jù)。從宏觀和微觀上研究零部件在復(fù)雜的環(huán)境中失效的機理和損傷的規(guī)律。主要研究復(fù)雜環(huán)境中多因素非線性耦合作用下的零部件失效機理，包括腐蝕介質(zhì)與力學(xué)因素聯(lián)合作用下的零件損傷機理，溫度場與應(yīng)力場耦合作用下的零部件損傷行為，多軸載荷作用下零部件的疲勞破壞行為，以及汽液固多相流環(huán)境中零部件的腐蝕、沖蝕、穴蝕交互損傷規(guī)律。

產(chǎn)品壽命預(yù)測與剩余壽命評估方法建立在零部件失效分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用力學(xué)理論建立失效行為的數(shù)學(xué)模型，并與加速試驗結(jié)果相結(jié)合，以建立產(chǎn)品壽命的預(yù)測評估系統(tǒng)，評估新品、再制造產(chǎn)品的壽命及產(chǎn)品的剩余壽命。

4.1.2產(chǎn)品再制造性的評價

廢舊產(chǎn)品的再制造性是決定其能否進行再制造的前提，是再制造基礎(chǔ)理論研究中的首要問題。再制造性是指將技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境等因素綜合分析后，廢舊產(chǎn)品所具有的通過維修或改造后恢復(fù)或超過原產(chǎn)品性能的能力。

4.2再制造材料成形加工關(guān)鍵技術(shù)

廢舊產(chǎn)品經(jīng)過再制造論證后，要實施再制造必須依賴于先進的材料成形加工技術(shù)。

4.2.1復(fù)合表面工程技術(shù)

零件的失效多起源于表面，因此表面工程技術(shù)是再制造過程中的核心技術(shù)。表面過程，是經(jīng)表面預(yù)處理后，通過表面涂覆、表面改性或多種表面工程技術(shù)復(fù)合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)等，已獲得所需要表面性能的系統(tǒng)工程。表面工程是由多個學(xué)科交叉、綜合而發(fā)展起來的新興學(xué)科，它以“表面”為研究核心，在有關(guān)學(xué)科理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)零件表面的失效機制，以應(yīng)用各種表面工程技術(shù)及其復(fù)合為特色，逐步形成了與其他學(xué)科密切相關(guān)的表面工程基礎(chǔ)理論。表面工程的最大優(yōu)勢是能夠以多種方法制備出優(yōu)于本體材料性能的表面功能薄層，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能。表面工程的基本特征是綜合、交叉、復(fù)合、優(yōu)化。復(fù)合表面工程是先進表面工程的重要基礎(chǔ)內(nèi)容。復(fù)合表面工程主要包括多種表面技術(shù)的復(fù)合和多種表面材料的復(fù)合兩種形式。國外稱之為第二代表面工程新技術(shù)。

1.多種表面技術(shù)的復(fù)合

多種表面技術(shù)的復(fù)合能夠形成新的涂層體系，并建立表面工程新領(lǐng)域。單一的表面技術(shù)由于其固有的局限性，往往不能滿足日益苛刻的工況條件的要求。綜合運用多種表面技術(shù)的復(fù)合可以通過最佳協(xié)同效應(yīng)獲得了“1+1>2”的效果，解決了一系列高新技術(shù)發(fā)展中特殊的工程技術(shù)難題。

多種表面技術(shù)的復(fù)合主要研究內(nèi)容包括：

⑴ 研究可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的多種技術(shù)之間的復(fù)合和設(shè)計；表面復(fù)合涂層在惡劣工況下表面或界面之間的協(xié)同效應(yīng)機理。

⑵ 研究表征功能梯度材料（FGM）性能與組成的梯度變化，應(yīng)用計算機逆向設(shè)計對FGM覆層的組成和結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化；開發(fā)熱噴涂、電刷鍍、氣相沉積等工藝制備FGM覆層的技術(shù)；研究金屬、金屬間化合物、陶瓷等FGM涂層性能。

⑶ 應(yīng)用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積和高能束輔助沉積在再制造毛坯上形成超硬膜。研究真空膜層成膜界面行為與膜層性能關(guān)系；形核及生長動力學(xué)；在晶格錯配度較大條件基體強度與超硬膜結(jié)合強度的關(guān)系；復(fù)合膜組元之間的交互作用。

2.多種表面材料的復(fù)合

多種表面材料形成的復(fù)合涂層不但具有單一結(jié)構(gòu)涂層所具有的性能，還因復(fù)合材料的不同而獲得特殊性能或具有多功能的性能涂層，復(fù)合涂層的研究和應(yīng)用日益增多。由各種材料復(fù)合獲得的復(fù)合涂層種類主要有：金屬基陶瓷復(fù)合涂層、陶瓷復(fù)合涂層、梯度功能復(fù)合涂層等。

4.2.2納米表面工程技術(shù)

納米表面工程是以納米材料和其他低維非平衡材料為基礎(chǔ)，通過特定的加工技術(shù)或手段，對固體表面進行強化、改性、超精細加工或賦予表面新功能的系統(tǒng)工程。納米涂層及納米表面自修復(fù)材料和技術(shù)是以納米材料為基礎(chǔ)，通過特定的工藝手段，對固體的表面進行強化、改性，或者賦予表面新功能，或者對損傷的表面進行自修復(fù)。例如：

⑴ 納米顆粒復(fù)合電鍍刷技術(shù) ⑵ 納米顆粒復(fù)合原位動態(tài)自修復(fù)技術(shù) ⑶ 納米材料熱噴涂技術(shù) ⑷ 金屬表面納米晶化技術(shù)

納米表面工程的主要技術(shù)基礎(chǔ)包括：

① 納米涂層的制備技術(shù)的基礎(chǔ)研究，特別是研究納米材料在介質(zhì)中的分散和穩(wěn)定等關(guān)鍵工藝；納米涂層的高強度、高韌性及其他特殊優(yōu)異性能；納米涂層對熱疲勞及高溫磨損等苛刻條件下的微裂紋萌生、擴展和損傷抑制機理；納米涂層抗氧化性和熱穩(wěn)定性的機理等。

② 研究非晶復(fù)合納米晶涂層形成的機理與影響因素，包括材料表面納米結(jié)構(gòu)和非晶納米晶復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)和體相的物理化學(xué)現(xiàn)象；涂層顯微組織的形成與演化規(guī)律、缺陷與熱應(yīng)力的形成機理、界面結(jié)合情況等。研究非平衡條件下低維材料的結(jié)構(gòu)與行為以及宏觀與微觀的一體化，包括“尺度問題”和“表面、界面問題”，為開發(fā)納米電刷鍍技術(shù)、納米熱噴涂技術(shù)、納米氣相沉積等及其復(fù)合技術(shù)提供技術(shù)基礎(chǔ)。

③ 納米原位動態(tài)減摩自修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)研究。在不停機、不解體的狀況下，應(yīng)用摩擦化學(xué)理論，利用納米顆粒的特性在摩擦微損傷表面原位動態(tài)形成自修復(fù)膜層的方法及材料。研究內(nèi)容包括：納米結(jié)構(gòu)的潤滑膜、自修復(fù)薄膜等的生長機理和服役特性；納米潤滑添加劑對摩擦表面的強化和對初期磨損表面的原位動態(tài)自修復(fù)等機制；納米添加劑的組成、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、反映活性等與損傷動態(tài)自修復(fù)功能的關(guān)系規(guī)律，開發(fā)與摩擦表面結(jié)合良好、具有優(yōu)良抗磨損和承載能力的納米磨損動態(tài)自修復(fù)技術(shù)及摩擦表面原位強化技術(shù)。

4.2.3特殊環(huán)境下的應(yīng)急再制造技術(shù)

我國有大量的設(shè)備服役在苛刻的環(huán)境條件下，如在野外環(huán)境下石油、天然氣設(shè)備；水電、公路鐵路施工設(shè)備等；在嚴(yán)重快速磨損的高原沙漠地區(qū)，在高溫、高濕、高煙霧海洋環(huán)境下的嚴(yán)重腐蝕或磨損等。特殊環(huán)境下的裝備應(yīng)急再制造關(guān)鍵技術(shù)以恢復(fù)服役性能為重點，對再制造的時間、空間、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)條件等有特殊要求，具有現(xiàn)場性、應(yīng)急性、易噪性等特點。研究內(nèi)容主要包括：

1.應(yīng)急快速維修技術(shù)

高科技條件下的局部戰(zhàn)爭及生產(chǎn)線協(xié)同運行等作業(yè)方式縮短了損傷裝備修理的時間和空間，因此應(yīng)急快速維修的地位和作用也變得更為重要。采用先進技術(shù)快速修復(fù)損傷的裝備，使其迅速恢復(fù)戰(zhàn)斗力和生產(chǎn)力，是高科技條件下的作戰(zhàn)與生產(chǎn)對應(yīng)急維修技術(shù)的要求，也是裝備再制造的重要研究方向。主要技術(shù)基礎(chǔ)：

⑴ 研究軍用裝備的戰(zhàn)傷特點及裝備突發(fā)故障規(guī)律，建立應(yīng)急維修技術(shù)專家系統(tǒng)。

⑵ 開發(fā)適應(yīng)于高低溫、高負(fù)荷、強輻射等苛刻條件下使用的耐磨、防腐化學(xué)粘涂材料（復(fù)合型膠粘劑、納米膠粘劑、特種功能膠粘劑）；研究粘結(jié)粘涂層的衰變性能；研究快速固化機理和技術(shù)，如紫外線固化、微波固化技術(shù)等；重點開發(fā)適用于戰(zhàn)傷及突發(fā)損傷的粘接、冷焊、扣合、堵漏等應(yīng)急快速搶修技術(shù)。

⑶ 研究提高部隊作戰(zhàn)和野外施工作業(yè)應(yīng)急機動保障能力的關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)通用化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、數(shù)字化的靠前搶修配套工具和儀器，開發(fā)多種現(xiàn)場搶修車及方艙等。

2.再制造毛坯快速成形技術(shù)

再制造毛坯快速成形技術(shù)，是利用原有廢舊的零件作為再制造零件毛坯原料，根據(jù)離散和堆積成形原理，利用CAD零件模型所確定的幾何信息，采用積分原理和先進熔覆技術(shù)進行金屬的熔融堆積，快速成形。主要技術(shù)基礎(chǔ)：

⑴ 建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、零部件及表面涂層體系的再制造計算機輔助工程系統(tǒng)（RCAE），研究零件受損檢測和幾何特征定位，開發(fā)再制造毛坯表面三維幾何參量測試及再制造建模系統(tǒng)。

⑵ 研究適宜快速成形的高熔點材料，解決金屬直接快速成形的致密性、成形材料與基體的結(jié)合強度、成形材料間的內(nèi)聚強度等問題。

結(jié) 論

本文指出我國制造業(yè)的基礎(chǔ)共性技術(shù)領(lǐng)域材料成形加工技術(shù)與科學(xué)的發(fā)展方向，以推動該領(lǐng)域的發(fā)展和進步。

新一代制造工藝及裝備、建模與仿真及快速產(chǎn)品與工藝開發(fā)系統(tǒng)是面向現(xiàn)代的三項關(guān)鍵先進制造技術(shù)。輕量化、精確化、高效化將是新一代成形加工技術(shù)的重要發(fā)展方向，材料成形加工向更輕、更薄、更精、更強、更韌、質(zhì)量高、周期短及成本低的方向發(fā)展。

在新一代成形加工技術(shù)與材料成形加工的發(fā)展中不斷面臨的環(huán)保、資源、市場競爭等問題上，綠色再制造又成為了成形加工技術(shù)的進一步發(fā)展趨勢。綠色再制造材料成形加工關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)的研究目標(biāo)和內(nèi)容涉及材料學(xué)科和機械學(xué)科的前沿，符合廢品資源化和我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的原則和內(nèi)容，其中許多技術(shù)基礎(chǔ)的研究內(nèi)容優(yōu)又是根據(jù)我國廢舊產(chǎn)品再制造的需求提出的，具有較強的學(xué)科創(chuàng)新性、前瞻性以及廣闊的應(yīng)用與發(fā)展前景。

參考文獻

朱高峰主編.全球化時代的中國制造.北京：社會科學(xué)文獻出版社，2003

柳百成，李敏賢，吳俊郊等.國家自然科學(xué)資金優(yōu)先資助領(lǐng)域戰(zhàn)略研究報告—

—先進制造技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，1998，3456789

石力開.新材料的發(fā)展趨勢及其在我國的發(fā)展?fàn)顩r，1996，師昌緒.高技術(shù)新材料的現(xiàn)狀與展望.機械工程材料，1994，柳百成，荊濤等.鑄造工程的模擬仿真及質(zhì)量控制.北京：機械工業(yè)出版社2001，中國機械工程學(xué)會.“九五”機械工業(yè)科學(xué)技術(shù)重大進展，2001

中國環(huán)境污染狀況備忘錄.世界環(huán)境，1998

徐濱士，馬世寧，劉世參等.21世紀(jì)的再制造工程.中國機械工程，2000

周堯和.21世紀(jì)需要綠色集約化鑄造，1998

成都理工大學(xué)

材料成型與加工技術(shù)

姓名：陳康

學(xué)號：2015050207 專業(yè)：機械工程及其自動化

院系：核技術(shù)與自動化學(xué)院

2016年1月5日

第五篇：工程建設(shè)中機械自動化控制技術(shù)探討

工程建設(shè)中機械自動化控制技術(shù)探討

摘要：科技的進步發(fā)展,是不斷開發(fā)、應(yīng)用、實踐的結(jié)果。大力推廣科技成果,加快科學(xué)技術(shù)商品化,正確判斷、識別并堅持機械自動化技術(shù)的發(fā)展走向,對于機械自動化技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。回顧我國機械自動化技術(shù)近些年的發(fā)展,是一項理論課題,也是一項實踐性課題,具有非常重要的理論意義和現(xiàn)實意義。本文就工程建設(shè)中的機械自控技術(shù)進行了探討。關(guān)鍵詞：工程建設(shè)；機械自動化；控制技術(shù)；應(yīng)用

隨著社會不斷的發(fā)展，人們的生活水平和質(zhì)量也不斷地提高，對于日常生活和環(huán)境等各種需求也越來越高。不論是生活還是工作，人們對于各種方便和快捷服務(wù)的要求也越來越高。例如日常生活用具的自動化、通訊工具的自動化和機械設(shè)備自動化等等。有許多工作如果采用人工控制則較難完成，既花費很大的人力、物力和財力，又達不到預(yù)期的效果。通過自動化控制技術(shù)，可以合理利用各種設(shè)備，既節(jié)省能源又方便快捷。因此，機械自動化控制技術(shù)在現(xiàn)代建筑中是不可或缺的，對我國工程建設(shè)行業(yè)的發(fā)展有著非常重要的意義。

1、機械自控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

簡單來講，機械自動控制技術(shù)就是指通過使用機械控制設(shè)備，使被控對象自動地在無人控制的情況下按照預(yù)先設(shè)定的程序進行自行運作的一種方式。它是以數(shù)學(xué)的系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，利用反饋原理自動地影響動態(tài)系統(tǒng)，使其輸出值接近或達到人們的預(yù)定值。在機械制造業(yè)中應(yīng)用自動化技術(shù)，實現(xiàn)加工對象的連續(xù)自動生產(chǎn)，實現(xiàn)優(yōu)化有效的自動生產(chǎn)過程。近年來，很多發(fā)達國家的機械自動控制業(yè)已經(jīng)達到較高的技術(shù)水平，絕大多數(shù)都是采用的都是機械自動化制造技術(shù)。目前，多數(shù)發(fā)達國家向機械制造自動化技術(shù)仍然得到不斷地發(fā)展，并提出了許多新的機械制造系統(tǒng)，例如：智能制造系統(tǒng)、敏捷制造系統(tǒng)等等。自改革開放以來，我國的機械自動化制造技術(shù)已經(jīng)有了翻天覆地的變化，在機械制造技術(shù)水平以及產(chǎn)品總量都在逐年提高。在我國，由于機械自動化技術(shù)水平不高，很多制造工藝都是借鑒國外先進的機械自動化制造技術(shù)，自主知識產(chǎn)權(quán)的品牌較少。

在激烈的市場競爭環(huán)境中，我國正處在經(jīng)濟發(fā)展的重要時期，必須對機械制造產(chǎn)業(yè)給予充分的重視，必須提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的競爭力，才能促進我國的機械制造技術(shù)更好地發(fā)展，在激烈的市場競爭中不被淘汰。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械自動化控制技術(shù)也不斷地發(fā)展，第一代機械控制技術(shù)源于150多年前。由于計算機科學(xué)技術(shù)的誕生和發(fā)展，智能控制這種自動控制技術(shù)產(chǎn)生了，它是一種由定性方法和定量方法相結(jié)合之后進行控制的方式。要求由機器用類似于人的思維和經(jīng)驗來引導(dǎo)解決問題的過程。智能控制的核心在于高層控制，高層控制是通過對實際情境或過程進行操作而實現(xiàn)的。智能控制的主要技術(shù)方法有專家系統(tǒng)、模糊邏輯、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。隨著科學(xué)的發(fā)展，智能技術(shù)正逐步應(yīng)用于人們的日常生活中。

2、工程建設(shè)中影響機械自動化技術(shù)的幾點因素

2．1工程建設(shè)中的智能化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

隨著計算機、控制和通信等科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工程建設(shè)系統(tǒng)也越來越智能化。簡單地說各種智能化系統(tǒng)在工程建設(shè)中是一種各種服務(wù)的傳輸、處理和信息采集的工具。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和通信技術(shù)以及作為信息載體的智能卡技術(shù)，已成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞑豢苫蛉钡囊徊糠郑こ探ㄔO(shè)智能化也應(yīng)該順應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展，利用這些技術(shù)來解決智能化工程建設(shè)中出現(xiàn)的各種問題，把這些技術(shù)作為智能建筑的技術(shù)基礎(chǔ)。目前，可以將這些先進的技術(shù)整合成為一個統(tǒng)一的平臺，并以此為工程建設(shè)和參與建設(shè)的人們提供過去需要多個系統(tǒng)提供的服務(wù)；經(jīng)過整合后的新一代信息平臺及其相應(yīng)的服務(wù)可以從一棟建筑擴展到整個社區(qū)乃至整個城市。按照這種科學(xué)技術(shù)的發(fā)展路線來看，這種社會化信息平臺的一個重要組成部分就是

工程建設(shè)智能化系統(tǒng)，而建筑智能化系統(tǒng)所提供的各種服務(wù)也將成為這個信息平臺的一種服務(wù)功能。因此，在科學(xué)技術(shù)不斷進步的今天，以往根據(jù)不同服務(wù)功能構(gòu)成的不同系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)將會發(fā)生根本改變，如此一來，既可以避免投資重復(fù)造成的浪費，還可以充分發(fā)揮系統(tǒng)的功能。

2．2國家管理制度的變革對消除工程建設(shè)智能化系統(tǒng)發(fā)展的影響

原有的管理制度不適應(yīng)工程建設(shè)智能化系統(tǒng)成為一個整體統(tǒng)一的系統(tǒng)，工程建設(shè)智能化工程涉及到建設(shè)、消防、公安和廣電等行政主管部門。多部門管理、層層審批的管理模式已嚴(yán)重制約著工程建設(shè)的發(fā)展。隨著中國改革開放，并加入世界貿(mào)易組織，這種阻礙已經(jīng)得到了明顯地改變。根據(jù)國家相關(guān)文件的規(guī)定，一個部門只能負(fù)責(zé)管理一件事，例如：產(chǎn)品質(zhì)量管理按照《產(chǎn)品質(zhì)量法》和國家質(zhì)監(jiān)總局的相關(guān)文件規(guī)定，由國家質(zhì)監(jiān)總局管理、工程設(shè)計和施工安裝資質(zhì)管理按照《建筑法》和《建筑法實施細則》的規(guī)定由建設(shè)部負(fù)責(zé)；而與建筑智能化系統(tǒng)相關(guān)的業(yè)務(wù)如通信、消防、安防等則分別由信息產(chǎn)業(yè)部、公安部消防局、公安部技防辦等管理。這種新的管理方式有利于把工程建設(shè)智能化系統(tǒng)作為一個整體統(tǒng)一的系統(tǒng)來實施，更值得一提的是，這將促進工程建設(shè)智能化系統(tǒng)各項業(yè)務(wù)的發(fā)展。

2．3對工程建設(shè)智能化系統(tǒng)的的認(rèn)識

從智能化系統(tǒng)在工程建設(shè)中的發(fā)展來看，工程建設(shè)智能化系統(tǒng)的功能已經(jīng)發(fā)生很大變化，最初工程建設(shè)和機電設(shè)備的一個主要部分是建筑智能化系統(tǒng)，它可以滿足工程建設(shè)及其各種設(shè)備的管理需要。隨著時間的變化，工程建設(shè)智能化系統(tǒng)不僅可以用來提高工程建設(shè)的服務(wù)和形象，還可以提高其管理和安全功能；現(xiàn)在，工程建設(shè)智能化系統(tǒng)已經(jīng)成為一個營運系統(tǒng)，為人們提供各種方便快捷的服務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的進步和制度的變革，在不久的將來，工程建設(shè)智能化系統(tǒng)會成為一種基礎(chǔ)設(shè)施，為生活和工作在工程建設(shè)中的人們提供各種服務(wù)，例如電子商務(wù)、網(wǎng)上娛樂、物業(yè)管理、信息查詢、通訊交流等增值業(yè)務(wù)，成為一個具有投資價值的服務(wù)系統(tǒng)。為了這個目標(biāo)的實現(xiàn)，我們應(yīng)該對工程建設(shè)智能化系統(tǒng)重新理解和認(rèn)識。

3、機械自動化控制技術(shù)在工程中的應(yīng)用

3．1機械自動化控制技術(shù)在安全系統(tǒng)中的應(yīng)用

現(xiàn)代工程建設(shè)的安全系統(tǒng)包括消防自動報警系統(tǒng)、安裝防盜門鎖報警系統(tǒng)、緊急報警系統(tǒng)和空氣質(zhì)量監(jiān)督報警系統(tǒng)等等，這些系統(tǒng)都是以機械自動化控制技術(shù)為基礎(chǔ)。隨著計算機和通信技術(shù)的不斷提高，自動化控制功能安全裝置已經(jīng)在人們的日常生活中隨處可見。消防自動報警系統(tǒng)對消防安全有著重要的意義。它是通過安裝自動報警裝置實現(xiàn)的，這是一種采用自動化的技術(shù)原理，結(jié)合消防的需要而研究出來的自動化裝置。防盜門鎖報警系統(tǒng)是通過自動化控制技術(shù)，將自動報警裝置安裝在門鎖內(nèi)，當(dāng)門鎖被撬時觸動報警裝置就會發(fā)出警報，防止被盜。目前，由于生活環(huán)境的原因，類似煤氣中毒等事件在生活中經(jīng)常發(fā)生。因此，例如像空氣質(zhì)量監(jiān)督報警系統(tǒng)這種安全系統(tǒng)將會得到廣泛應(yīng)用，它的功能主要是檢測空氣的質(zhì)量，當(dāng)空氣質(zhì)量超出一定的標(biāo)準(zhǔn)對人體產(chǎn)生危害時就會發(fā)出警報。這種安全系統(tǒng)的實現(xiàn)和使用還需要更進一步地開發(fā)和研究。

3．2機械自動化控制技術(shù)在照明設(shè)備中的應(yīng)用

機械自動化控制技術(shù)在工程建設(shè)的照明領(lǐng)域中的應(yīng)用是非常廣泛的，例如聲控開關(guān)，利用聲光控延時燈的開關(guān)，多用于辦公大樓、工程車間、教學(xué)樓等，也用于住宅區(qū)的樓道、洗手間等場所。它的開關(guān)是一種用聲光控延時開關(guān)代替普通開關(guān)而實現(xiàn)的。在白天，盡管有聲音，燈也不會亮，在晚上天黑后，當(dāng)有聲音發(fā)出而且達到一定的強度后，燈泡會自動點亮，提供照明；當(dāng)聲音停止了，燈泡會自然延遲幾分鐘然后自動熄滅，可以達到節(jié)約能源的目的。

3．3機械自動化控制技術(shù)在給排水設(shè)備中的應(yīng)用

機械自動化控制技術(shù)在給排水設(shè)備方面的也發(fā)揮著重要應(yīng)用。其代表性設(shè)備主要有自動

大小便沖洗器、感應(yīng)水龍頭、自動干手器、自動淋浴器等。它的原理是根據(jù)紅外光反射原理而實現(xiàn)的，當(dāng)人接近設(shè)備附近時，紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光信號經(jīng)過人體反射到紅外接收管，信號經(jīng)接收、放大、譯碼并輸出觸發(fā)固態(tài)繼電器，激活電磁閥打開放水。手離開設(shè)備時，紅外光停止反射，電磁閥自動關(guān)閉。這些設(shè)備可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、酒樓、火車站、公共廁所、學(xué)校等公共場所。

4、結(jié)束語

先進機械自動化控制技術(shù)的實質(zhì)在于應(yīng)用，自動化技術(shù)在現(xiàn)代建筑當(dāng)中的應(yīng)用是非常廣泛的。發(fā)展機械自動化控制技術(shù)，要以生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的實際需要為導(dǎo)向。只有對合適的產(chǎn)品采用與之相適應(yīng)的自動化控制技術(shù)進行生產(chǎn)，才能收到良好的技術(shù)經(jīng)濟效益和社會經(jīng)濟效益。我國機械自動化技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)結(jié)合實際注重實用，即對國民經(jīng)濟產(chǎn)生實際效益。本文轉(zhuǎn)帖自中國鳴網(wǎng)學(xué)術(shù)站點（http://）如需轉(zhuǎn)載請聲明來源.