第一篇：材料成型新技術(shù)論文

姓名:魯天陽

學(xué)號：040204186

班級：材料044

07-12-20 圓鋁桿連鑄連軋設(shè)備與工藝淺析

連鑄連軋在 圓鋁桿生產(chǎn)上 的成功應(yīng)用始 于意大利 Continuus公司 1948年建立的世界第一條圓鋁桿連鑄連軋生產(chǎn)線，之后，美 國的 Southwire公 司和法國的Clecim公司也先后研制成功了具有 自己特色的圓鋁桿 連鑄連軋生產(chǎn)線，我國也于 20世紀(jì) 70年代初誕生了 自己設(shè)計 制造的第一條 圓鋁桿連鑄連 軋生產(chǎn)線。盡 管這些生產(chǎn)線在設(shè)備結(jié)構(gòu)、裝機水平和生產(chǎn)工藝方面存在一定 的差別，但其工藝 流程基本相 同，即熔化后的鋁液(也可 以直接采用 電解 鋁液)經(jīng)過精煉、除氣、過濾，通過 中間包(澆包)注入連鑄機進行連續(xù)鑄造，連鑄坯經(jīng)預(yù)處理后進人連軋機組軋制成圓鋁桿，然后在冷卻管中進行在線冷卻，最后進入卷取機成卷。自第一條 Properzi生產(chǎn)線 投產(chǎn) 以來，經(jīng)過近60年的發(fā)展，圓鋁桿連鑄連軋技術(shù) 日臻 完善，目前世界各國的圓鋁桿生產(chǎn)幾乎全部采用連鑄連軋工藝。我 國先后 已有幾十條圓鋁桿連鑄連軋生產(chǎn)線投人生產(chǎn)，占鋁桿產(chǎn)能的 90％以上，對發(fā)展我國電線 電纜生產(chǎn)起著舉足輕重的作用。幾種典型的圓鋁桿連鑄連軋生產(chǎn)線

目前 世界上技術(shù) 比較 先進、產(chǎn)品質(zhì) 量 比較好、用戶比較 多 的 圓鋁 桿 連鑄 連 軋 生 產(chǎn)線 主要 有 ：美 國Southwire公司的 SCR生產(chǎn)線、意大利 Continuus公司的Properzi生產(chǎn)線 和法 國 Clecim公 司的 SECOR生產(chǎn)線。我 國鋁桿連鑄連軋設(shè)備主要供應(yīng) 廠商有東方 電工和陜西壓延設(shè) 備廠等。這 些生產(chǎn)線的設(shè) 備組成基本相同，都是 由熔 化保溫爐、除氣 過濾裝 置、輪帶式鑄 造機、多機架連軋機和卷取機等組成，但在連鑄機、連軋機和卷取機 的設(shè)備結(jié)構(gòu)、裝機水平和 自動化程度，以及生產(chǎn)工藝等方面存在較大差異。

1．1 SCR生產(chǎn)線

SCR生產(chǎn)線?是美 國 Southwire公 司于 20世紀(jì) 50 年代開發(fā)的連鑄連軋生產(chǎn)線，其主要特點為： ① 連鑄機為五輪式，由 1個鑄造輪、1個張緊輪，1個壓緊輪，2個導(dǎo)向輪及 1根環(huán)形鋼帶組成。鑄輪上 裝有銅 制的梯形 凹環(huán)，鑄輪 與鋼帶包 絡(luò)部分 形成模腔。鋁液注入模腔，結(jié)晶成為梯形斷面鑄坯。鑄輪 與 鋼帶同步運行，鑄坯從鑄輪上方分離 出來 ；② 軋機為摩根公 司的二輥無扭轉(zhuǎn)懸臂式軋機，軋 輥呈平、立 交替布置。粗 軋機單 獨傳動，精軋機成組 傳動；粗軋機軋輥 為單槽，精軋機軋輥 為雙槽或 三槽(可提高軋輥使用壽命)。軋輥采用輥環(huán)結(jié)構(gòu)，互換性強，且只需更換輥環(huán)，快捷方便。近年來，為進一步提高軋輥壽命，改善產(chǎn) 品質(zhì)量，精軋機也改成了單獨傳動 ；③ 粗軋采用大軋制率軋制，有利于晶粒細化及提高產(chǎn)品質(zhì)量；④ 各機架的冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)分設(shè)，可保證鑄 坯基本上是均勻變形，內(nèi)在組織優(yōu) 良，圓鋁桿的性能 穩(wěn)定，而且有利于延長軋輥的使用壽命，減少生產(chǎn)成本。⑤ 鑄坯在線感應(yīng)加熱、線桿在線淬火，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好； ⑥ 2臺卷取機交替使用，可實現(xiàn)密排卷取。卸卷由氣動和液壓裝置輔助完成，工人勞動強度低。美國 Southwire公 司在連鑄連軋設(shè)備 的設(shè)計制造和圓鋁桿生產(chǎn) 領(lǐng)域有著十年的經(jīng)驗，同時擁有6201／6101合金圓鋁桿(即“T4”鋁桿)生產(chǎn)工藝技術(shù)專利，所生產(chǎn)的圓鋁桿在普通拉絲機上 即可生產(chǎn) 出符合美國鋁業(yè)協(xié)會規(guī)定的“q'81”鋁線，也就是說無需特殊的拉絲機或其它昂貴的加工設(shè)備。Southwire公司既是設(shè)備制造商，同時也 是鋁桿 生產(chǎn)商，在 電工圓鋁桿6201／6101合金圓鋁桿及線纜生產(chǎn)方面有著豐富的經(jīng)驗，已經(jīng)在 自己的工廠生產(chǎn)出超過 300萬噸的連鑄連軋圓鋁桿。該公 司提供 的 SCR圓鋁桿連鑄連軋生產(chǎn)線遍布 31個國家，系統(tǒng)可靠性高，產(chǎn)品質(zhì)量好。

1．2 Properzi生產(chǎn)線

Properzi圓鋁桿連鑄連軋生產(chǎn)線

是意大利 Continuus公司于 20世紀(jì) 40年代末開發(fā)的，其主要特點如下 ：

① 水平澆注，大中間包接收流槽輸出的鋁液 ；大中間包下面設(shè)有小中間包，鋁液通過小中間包流入鑄輪凹槽 內(nèi)，澆注位置位 于鑄造輪 的正 上方 ；從大 中間包到小中間包的鋁液流量由浮子裝置控制 ；當(dāng)緊急停車時，大中間包內(nèi)的鋁液能快速傾倒進其它儲槽 內(nèi)；

② 二輪式鑄造機，由 1個導(dǎo)向輪、1個鑄造輪和條環(huán)形鋼帶 組成，結(jié) 構(gòu)簡單、緊 湊，更換 鋼帶快 捷方便 ； ③ 鑄坯為五邊形(近似梯形斷面)。鑄坯從鑄輪引出后需偏轉(zhuǎn)一定角度(5?！?。)，以避開鋼帶、進入軋機，易導(dǎo)致高溫鑄坯受拉表面產(chǎn)生裂紋，影響產(chǎn)品質(zhì)量，使鑄坯斷面受到 限制。近年來，為 了克服這一缺點，Properzi鑄造機已向多輪化方 向發(fā)展 ；

④ 生產(chǎn)線配置有 5輥矯直機、鑄坯銑 面機、感應(yīng)加熱及淬火裝置等，可以生產(chǎn)多種合金圓鋁桿 ；

⑤ 組合式連軋機，把二輥軋機加工變形量大與三輥 Y型軋機加工變形均勻的特點有機地結(jié)合在一起所生產(chǎn)的圓鋁桿產(chǎn)品性能好，尺寸精度高。但 Y型軋機軋輥更換、維修等 比較麻煩，需設(shè)專用軋輥磨床，并需要備用機架 ；

⑥ 兩臺卷取機(交替使用)前后配置，后面一 臺高于前面一臺，可實現(xiàn)密排卷取。

1．3 SECOR生產(chǎn)線

SECOR生產(chǎn)線

由法 國的 Clecim公 司與澳 大利亞的 MIM公司共同開發(fā)。鑄機型式與 Southwire公司的 SCR類似，不同的是該鑄機可按合金性質(zhì)調(diào)節(jié)張緊輪位置，以改變鋼帶包覆長度，因此可生產(chǎn)的合金品種較多。軋機是懸臂式平立輥軋機，單獨傳動，無 孔型軋制(只是在最后成 品機架上有孔型)。該孔型系統(tǒng)具有軋制道次少、軋輥使用壽命長、操作維修方便等特點。另外，無孔型軋制還有如下優(yōu)點 ：

① 因軋輥不需開槽，省去了開槽機床、工具、樣板等 ；

② 輥縫檢測容易，調(diào)整方便，導(dǎo)衛(wèi)裝置簡單，軋件無耳子和褶邊，因此可提高生產(chǎn)率 ；

③ 由于壓下量大(第 1道大于45％)，可使晶粒化，產(chǎn)品質(zhì)量好。目前，SECOR生產(chǎn)線還不太多，在我國還是空白。

1．4 國產(chǎn)生產(chǎn)線

我 國能提供 圓鋁桿連鑄連軋生產(chǎn)線 的廠家很多設(shè)備也不盡 相 同。鑄造 機有 兩輪式、四輪 式和 五式，澆注方式有水平澆注、45。澆注和垂直澆注 ；軋機也有多種 ：平立輥軋機、45。軋機和 Y型軋機。以東方電工的設(shè) 備 性 能最 優(yōu)，用 戶 也最 多，所 生 產(chǎn) 的 LGZ1500／Y型圓鋁桿連鑄 連軋生產(chǎn)線在 我國很 多廠 家到應(yīng)用。近年來，隨著市場對鋁合金 圓桿需求量的加，東方電工成功地開發(fā) 出了生產(chǎn)鋁鎂硅系鋁合金桿的連鑄 連軋生產(chǎn)線，其主要特點如下 ：

① 結(jié)晶輪為“H”型，四面冷卻，可保證鑄坯 結(jié)致密、均勻 ；

② 鑄坯感應(yīng)加熱，具有 自動加熱及控制功能 ；

③ 連軋機采用獨特的二輥和三輥相結(jié)合的軋方式，具有主動喂料和堆桿停車功能 ；

④ 采用離心甩頭式繞桿方式。

國產(chǎn)圓鋁桿連鑄 連軋生產(chǎn)線業(yè) 已成熟，產(chǎn) 品質(zhì)可達到 國標(biāo)要求，但與國際先進水平相 比仍存在較差距，主要表現(xiàn) 在夾渣、含氣、性能不夠穩(wěn)定等方 面國產(chǎn)生產(chǎn)線生產(chǎn)規(guī)模較小，且不能在線一次繞制密卷。另外，鋁合金圓桿生產(chǎn)對生產(chǎn)線 的控制精度要求很高，國產(chǎn)設(shè)備仍需改進和完善。國外先進連鑄連軋生產(chǎn)線的優(yōu)勢

2．1 單機產(chǎn)能大。產(chǎn)品品種規(guī)格多

國外先進 的圓鋁桿連鑄連軋生產(chǎn)線都 已形 成列，單機最小產(chǎn)能為 2．5 t／h，最大可達 12 t／h。產(chǎn)品僅覆蓋導(dǎo)電用鋁及鋁合金圓桿，而且還包括機械用合金鋁桿 ；圓鋁桿規(guī)格范 圍 Φ9.5mm－Φ15mm，生產(chǎn)線的產(chǎn)能均小于 4h，產(chǎn)品比較單一，主要生產(chǎn)普通電工圓鋁桿，雖然來 已開發(fā)出導(dǎo)電用鋁合金 圓桿，但還缺乏生產(chǎn)實踐考驗。

2．2 澆鑄 系統(tǒng) 比較合理

采用水平式鑄嘴(鴨嘴)澆鑄，而不是象國內(nèi)某設(shè)備那樣采用 45。澆注或垂直澆注，液流 比較穩(wěn)定、沒有渦流，避免了熔體中的大顆粒非金屬夾渣物及表氧化皮隨熔體流入結(jié)晶輪 中，減少了圓鋁桿的非金夾渣。

2．3 設(shè)有廢料剪

開始生產(chǎn)或出現(xiàn)故障時，廢料剪將鑄坯切斷成長1 m左右的廢料段，剪下的廢料 由輸送裝置運 至廢料箱 ；與此同時，鑄機仍處于工作狀態(tài)，避免了在 出現(xiàn)問題時操作工手忙腳亂。而國產(chǎn)生產(chǎn)線大多未配置廢料剪，工人勞動強度大，易出現(xiàn)安全事故。

2．4 鑄造水、軋制乳液和淬火水流量 自動控制

鑄造 水、軋 制乳液和淬 火水均采用 分區(qū)單獨 控制，每個區(qū)均配有 電磁流量計和流量控制 閥，各 區(qū)的水或乳液流量 由 PLC控制。在系統(tǒng)計算機 中存 儲有生產(chǎn)各種 圓鋁桿 時各 區(qū)冷卻水(或乳液)的流量配置方案(操作工可 以修改)，生產(chǎn)時根據(jù)產(chǎn)品類型 自動調(diào)用。生產(chǎn)合金圓鋁桿時，通過控制各區(qū)軋制乳液和冷卻水的流量，可實現(xiàn)在線熱處理而國產(chǎn)生產(chǎn)線絕大多數(shù)沒有該功能，只能生產(chǎn)普通 電工 圓鋁桿。

2．5 設(shè)有連續(xù)探傷裝置

成品剪切機前配置有渦流探傷儀，可在線連續(xù)檢測桿材 的缺 陷，自動記 錄缺 陷的大小、種類及 數(shù)量據(jù)此，可 以確認(rèn)產(chǎn) 品的質(zhì)量 以及 整個系統(tǒng) 的生產(chǎn) 情況，可以實現(xiàn)對爐 內(nèi)凈化、在線凈化 及過濾效果 的最終監(jiān)控。而國產(chǎn)生產(chǎn)線缺少在線探傷檢測系統(tǒng)，無法連續(xù)檢測最終產(chǎn)品質(zhì)量。

2．6 可以實現(xiàn)一次繞制密排卷

2臺卷取機交替工作，可將圓鋁桿繞制成密排卷便于包裝和運輸 ；可 以根據(jù)桿材 的性 能、規(guī)格及卷重要求一次成卷。而國產(chǎn)生產(chǎn)線采用甩頭式卷取機，繞制的松散卷需進行二次繞卷方可滿足 出 口商 品的外觀及運輸要求。

2．7 生產(chǎn) 系統(tǒng)密閉

軋機是全封閉的，整個軋制過程全部在機罩內(nèi)完成，有效地避免 了冷卻 水、乳化液飛濺對生產(chǎn)環(huán)境 的影響，同時對整個生產(chǎn)系統(tǒng)的煙氣 收集與排放也有科學(xué)合理的處理方案。

2．8 采用交流變頻電機 主要傳 動系統(tǒng) 均采用交流 變頻 電機，功率 因數(shù)高，對環(huán)境的適應(yīng)性較強，有效地降低了設(shè)備維護和運行費用。

2．9 設(shè)備加工裝配精度高、性能可靠

由于 國外設(shè)備的加工、裝配精度高，性能穩(wěn)定可靠，因此設(shè)備故障少，生產(chǎn)能力可以得到充分發(fā)揮，生產(chǎn)成本低。

2．10 先進的計算機監(jiān)控系統(tǒng)

采用先進的計算機 監(jiān)控系統(tǒng)對生產(chǎn)線進行實 時監(jiān)控?？娠@示當(dāng)前工藝參數(shù)及有關(guān) 信息，并能對超 出規(guī)定的工藝參數(shù)作 出快速反應(yīng) ；具有報警功 能，可提供重要工藝參數(shù)變化趨 勢曲線，統(tǒng)計工 藝監(jiān)控數(shù)據(jù)還能進行條形碼標(biāo)簽打 印，自動化實驗 室篩 選，提供工藝處方等。另外，增加 的傳感器可以及時反映工 藝參數(shù)的變化。我國圓鋁桿連鑄連軋生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

3．1 生產(chǎn) 現(xiàn) 狀

雖然我 國圓鋁桿連鑄連軋生產(chǎn)起步不算晚，目前應(yīng)用也很廣，但在 20世紀(jì) 90年代前，我 國圓鋁桿生產(chǎn)線很少有本質(zhì)上的改進。隨著 國民經(jīng)濟 的迅速發(fā)展電力行業(yè)對電工圓鋁桿的質(zhì)量要求越來越高，對高強度鋁合金桿 的需求量越來越 大。為滿足 電線 電纜行

業(yè)的需求，國產(chǎn)電工圓鋁桿連鑄連軋生產(chǎn)線進行了如下一些改進 ：

① 采用傾動式保溫爐，熔體可 以平穩(wěn)進入鑄 造輪，減少了夾雜，提高 了鑄坯質(zhì)量，對 于生產(chǎn)高質(zhì)量鋁合金圓鋁桿尤為重要；

② 連鑄機由二輪式改為四輪或五輪式，鑄坯離開澆鑄輪時不會發(fā)生扭轉(zhuǎn)，保證進入軋機時平直、不偏斜。澆鑄輪采用 四面冷卻，噴嘴 的流量可 以調(diào)節(jié)，冷卻水成扇狀，鑄坯冷卻比較均勻 ；

③ 采用 了新型的軋機布置，前 2道為二輥式平立輥結(jié)構(gòu)，后面各道仍采用“Y”型結(jié)構(gòu)。這樣，可保證前2道有較大的壓下量，因此可以適 當(dāng)加大鑄坯截面，增加總軋制變形率，提高產(chǎn)品性能；

④ 加大了軋機的主電機功率，可軋制大截面鑄坯及鋁合金桿 ；

⑤ 在爐 內(nèi)精煉 的基礎(chǔ)上，增加 了在線除氣 和過濾，使鋁熔體得 到了深度凈化，從而提高 了電工 圓桿質(zhì)量；

⑥ 在質(zhì)量檢測和管理方面作 了大量工作，如增了自動控制裝置、對工藝過程進行監(jiān)控、采用計算管理等。

盡管采取了上述改進措施，在設(shè)備配置方面仍在一些 問題，最突 出的是不能在線繞 制密排卷，對品的包裝 和運輸帶來很大麻煩。目前，我 國圓鋁桿連鑄連軋生產(chǎn)行業(yè)存在的主問題如下 ：

① 生產(chǎn)線多，單機產(chǎn)能低。目前全 國擁有 90條圓鋁桿連鑄連軋生產(chǎn)線，總生產(chǎn)能力約 90萬 t，a，條生產(chǎn)線平均產(chǎn)能僅 1萬 t／a；

② 裝機水平低，產(chǎn)品質(zhì)量差。除少數(shù) 由國外引外，絕大多數(shù)生產(chǎn)線均為 國產(chǎn)設(shè)備。

③ 產(chǎn)品單一。目前，國內(nèi)連鑄連軋生產(chǎn)線多生純鋁桿，合金桿 的生產(chǎn)才剛剛起步。而在國外，合鋁桿的生產(chǎn)已有悠久的歷史，且合金鋁桿 的品種范 很廣。

6101和 6201合 金有著許 多優(yōu)點：抗拉強度 比1050合金高 1倍，疲勞強度高 50％；在電導(dǎo)率相同時其強度是銅線 的 1．5倍，而重量僅是銅線 的 1／2，架空線的跨度可顯著加大 ；硬 度高，在安裝 時導(dǎo)線 受損的可能性較小 ；沒有鋼芯，導(dǎo)線 的連接也簡單 的多；短路電流對合金性能的影響 比對純鋁的影響小得多，對短路電流的穩(wěn)定性僅次于銅。6101和 6201合金 以其優(yōu)良的特性在 國外 得到 廣泛 的應(yīng) 用，在 歐洲尤其 是法國，絕大部分輸 電線路都采用 這兩種合金 ；日本采用鋁合金的輸電線路在 50％以上 ；美國和加拿大也有很大比例的鋁合金輸電線路；即使東南亞發(fā)展中國家如印度、印度尼西亞、菲律賓等，也都采用鋁合 金輸 電線路 ；然而由于種種原因，我國用量一直很少。

3．2 發(fā)展趨勢

3．2．1 需求旺盛

在電力事業(yè)飛速發(fā)展的今天，以鋼芯鋁絞線為代表的架空導(dǎo)線勢必會有較大的需求量。據(jù)預(yù)測，近幾年每年可望新增圓鋁桿連鑄連軋生產(chǎn)線 10條左右。

3．2．2 規(guī)模化生產(chǎn)

圓鋁桿屬 于初級加工產(chǎn) 品，附加值低，只有達到一定 的規(guī)模，才能體現(xiàn) 出經(jīng)濟效益。因此，只有產(chǎn)能大、設(shè)備利用率高的連鑄連軋生產(chǎn)線才能在將來 的競

爭中立于不敗之地。

3．2．3 產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高

以500 kV輸電線路用架空導(dǎo)線為例，不僅要求鋁單線的抗拉強度達到規(guī)定值，而且要求抗拉強度的波動范圍小(一般須控制在20 MPa以內(nèi))，即要求鋁桿性能均一。

3．2．4 鋁合金圓桿 的市場 占有率將增大

隨著架 空輸 電導(dǎo)線、光 纖復(fù) 合架 空線、CATV電纜、船用電纜、控制電纜等大量采用鋁合金線，鋁合金圓桿的需求量將大大增加，預(yù)計將會達到國外使用鋁合金桿的水平。利用先進 的連鑄 連軋技術(shù)，開發(fā)各種鋁合金圓桿是眾望所歸的發(fā)展趨勢，同時也可使圓鋁桿連鑄連軋生產(chǎn)線的潛能獲得充分發(fā)揮。

3．2．5 引進國外先進設(shè)備

提升裝備水平和產(chǎn)品質(zhì)量先進、成熟、可靠的裝備是實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的必要保證，只有擁有一流的設(shè)備、一流的生產(chǎn)技術(shù)和一流的人才才能生產(chǎn)出一流的產(chǎn) 品。當(dāng)前，在 國產(chǎn)設(shè)備與進口設(shè)備還有較大差距 的情況下，引進國外先進設(shè)備和技術(shù)無疑是必要的。

3．2．6 利用電解鋁液直接生產(chǎn)圓鋁桿

用電解鋁液直接生產(chǎn) 圓鋁桿，可以大大減少產(chǎn) 品能耗，降低燒損。但電解鋁液一般含氣、含渣量較高應(yīng)采用先進有效的精煉工藝(如稀土優(yōu)化綜合處理等)排雜除氣，以保證圓鋁桿 的質(zhì)量。3．2．7 圓鋁桿 出口量將增加

目前，我 國已有部分 圓鋁桿 出口，但數(shù)量 十分有限。我國鋁資源 十分豐 富，電解鋁產(chǎn) 量也十分可觀應(yīng)抓住有利時機，充分利用我國 自然資源 和人力資源的優(yōu)勢，加強圓鋁桿 的出口。

3．2．8 改造或淘汰舊設(shè)備，提升裝備水平我國圓鋁桿生產(chǎn)設(shè)備的總體水平較低，尤其是世紀(jì) 90年代之前投產(chǎn)的生產(chǎn)線，裝備水平差，產(chǎn)品質(zhì)量低，已經(jīng)不能適應(yīng) 圓鋁桿市場 的要求，對其進行術(shù)改造勢在必行。

第二篇：材料成型新技術(shù)報告

理工學(xué)院

材料成型新技術(shù)報告

學(xué)生姓名： 張凱慶 學(xué) 號： 11L0607123 學(xué) 院： 理工學(xué)院 班 級： 成型L113 題 目： 快速凝固成型技術(shù)淺析

2014 年 9 月

快速凝固成型技術(shù)淺析

隨著對金屬凝固技術(shù)的重視和深入研究，形成了許多種控制凝固組織的方法，其中快速凝固已成為一種具有挖掘金屬材料潛在性能與發(fā)展前景的開發(fā)新材料的重要手段，同時也成了凝固過程研究的一個特殊領(lǐng)域 快速冷卻技術(shù)起源于1960年Duwez教授采用獨特的急冷急速使金屬凝固速度達到106K/s 而制備出的Au75Si25非晶合金薄帶。他們的發(fā)現(xiàn)，在世界的物理冶金和材料學(xué)工作者面前展開了一個新的廣闊的研究領(lǐng)域。在快速凝固條件下，凝固過程的一些傳輸現(xiàn)象可能被抑制，凝固偏離平衡。經(jīng)典凝固理論中的許多平衡條件的假設(shè)不再適應(yīng)，成為凝固過程研究的一個特殊領(lǐng)域。有關(guān)快速凝固及合金的理論研究將給材料科學(xué)和其它有關(guān)學(xué)科注入新的活力，而且對快速凝固合金的微觀組織結(jié)構(gòu)與凝固參數(shù)之間的關(guān)系、對合金相的形成，特別是亞穩(wěn)晶態(tài)相、非晶和準(zhǔn)晶形成機制的研究，都將對固體物理等基礎(chǔ)理論構(gòu)成嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

(一)快速凝固的原理

快速凝固是指通過對合金熔體的快速冷卻(≥1O4～106 K／s)或非均質(zhì)形核的被遏制，使合金在很大的過冷度下，發(fā)生高生長速率(≥1～100 cm／s)的凝固。由于凝固過程的快冷、起始形核過冷度大，生長速率高，使固液界面偏離平衡，因而呈現(xiàn)出一系列與常規(guī)合金不同的組織和結(jié)構(gòu)特征。加快冷卻速度和凝固速率所引起的組織及結(jié)構(gòu)特征可以近似地用圖1來表示。從上圖我們不難看出，隨著冷卻速度的加快，材料的組織及結(jié)構(gòu)發(fā)生著顯著的變化，可以肯定地說，它也將帶來性能上的顯著變化。

(二)快速凝固的特點

1.凝固速度快，從而可以使金屬在液態(tài)中的溶解度得到擴大，這樣是其材料的密度有所 改變，材料各部位的組織更加的緊密，改變金屬中各元素的所含比例，從而可以改變該材料的性質(zhì)，使其達到某種用途的需求。

2.由于凝固的速度比一般鑄造的快，這樣得到的凝固結(jié)晶會更加的細小，晶粒的分布更加的均勻，一定程度減少了雜質(zhì)的混入，提高材料的質(zhì)量，由于晶粒組織的優(yōu)化，該材料的力學(xué)，化學(xué)性質(zhì)會得到提高，從而使其得到更廣的運用。

3.由于快速凝固給材料帶來的溶解度的擴大，更加精細的晶粒的析出，從而賦予了材料 的高強度，高韌度，以及高耐腐蝕性。這是快速凝固技術(shù)能在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛運用的硬道理。

4.除了金屬的快速凝固，還有一種快速凝固非晶態(tài)合金。其特點和上類似，可以使材料具有極高的強度，硬度。又因為其實處于非晶態(tài)，它在具有高強度的同時也具有較好的韌性。同時，因為非晶態(tài)這種特殊形態(tài)，可以使材料具有良好的半導(dǎo)體性能，這是傳統(tǒng)鑄造方法所不能達到的。

(三)快速凝固技術(shù)的主要方法

1.急冷凝固技術(shù)

急冷凝固技術(shù)的核心是提高凝固過程中熔體的冷速，從熱傳輸?shù)幕驹砜梢灾酪粋€相對環(huán)境放熱的冷速取決于該系統(tǒng)在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量和傳出系統(tǒng)的熱量，因此對金屬凝固而言，提高系統(tǒng)的冷速必須要求：第一，減少單位時間內(nèi)金屬凝固時產(chǎn)生的熔化潛熱;第二，提高凝固過程中的傳熱速度。這里國外常采用的三種方法：急冷的模冷技術(shù)、霧化技術(shù)、表面熔化與沉積技術(shù)。

表面融化與沉積技術(shù)需要要有激光技術(shù)的輔助，在國外這一技術(shù)得到了很好的研究利用。例如，采用激光快速凝固法制備織構(gòu)化（b軸擇優(yōu)取向）的二鈦酸鋇（BaTi2O5）鐵電陶瓷,使用X射線衍射儀（XRD）和掃描電子顯微鏡（SEM）分析晶相構(gòu)成及顯微組織,利用精密阻抗分析儀測試介電性能。結(jié)果表明,激光快速凝固制備BaTi2O5為高純單斜相,具有較高致密度（相對密度大于95.1%）和擇優(yōu)取向度（0.34-0.48）,其居里相變溫度（Tc）約為443℃,居里溫度點的最大介電常數(shù)（εmax）約為6000（100 kHz）,居里外斯溫度（T0）為410℃,居里外斯常數(shù)（C）為2.08×105K。

在聲懸浮和強激光加熱相結(jié)合的條件下，實現(xiàn)了三元A1-27％Cu-5。3％Si合金的無容器快速凝固，最大過冷度達到195K（O。24TL），冷卻速率為76K／s。金相分析表明，凝固組織由（AI＋θ＋Si）三元共晶和（Al＋θ）二相共晶組成。在聲懸浮條件下，（AI＋θ＋Si）三元共晶顯著細化，（Al＋θ）二相共晶的組織形態(tài)豐富。在試樣表層區(qū)域，表面振蕩促進3個共晶相的大量形核，聲流有效提高了凝固過程的冷卻速率，三元共晶的晶粒尺寸顯著減小。隨著合金試樣溫度的升高，懸浮間距和諧振間距均不斷增大，且懸浮間距總是大于諧振間距。在聲輻射壓的作用下，試樣變形為中心內(nèi)凹的餅狀，變形程度隨聲壓的提高而不斷增大，最大半徑比為6.64，對應(yīng)最大懸浮聲壓為1.8x10^4Pa。

2.大過冷凝技術(shù)

大過冷快速凝固技術(shù)的核心是在熔體中設(shè)法消除可以作為非均勻形核媒質(zhì)的雜質(zhì)或容器的影響，創(chuàng)造盡可能均勻形核的條件，從而在形核前獲得很大的過冷度。通常在熔體凝固過程中促進非均勻形核的形核媒質(zhì)主要來自熔體內(nèi)部和容器壁，因此大過冷技術(shù)就是主要從這二個方面設(shè)法消除形核媒質(zhì)。采用大過冷快速凝固技術(shù)的具體方法大致分為兩類。一類是熔滴彌散法，即在細小熔滴中達到大凝固過冷度的方法，包括乳化法、熔滴水成冰(基底法和落管法等。另一類是在較大體積熔體中獲得大的凝固過冷度的方法，包括玻璃體包裹法、二相區(qū)法和電磁懸浮熔化法等。

(四)快速凝固的一些應(yīng)用

快速凝固技術(shù)運用于金屬合金和金屬非金屬合金中。

1.快速凝固技術(shù)在不銹鋼中的應(yīng)用。幾年來，由于我國經(jīng)濟飛速的發(fā)展，城市化程度的提高，對不銹鋼的需求日益激增，不銹鋼的鑄造數(shù)量、質(zhì)量也不斷提高。類似現(xiàn)在大型城市的高樓大廈的建造構(gòu)架，很多都應(yīng)用了快速凝固技術(shù)鑄造不銹鋼。

快速凝固具有操作簡單，工藝流程短，成本低等特點。通過快速凝固技術(shù)制備不銹鋼產(chǎn)品，可以顯著的改善其組織結(jié)構(gòu)，提高其力學(xué)性能，通過技術(shù)研究更可以得到具有高效性能的新型材料。正因為快速凝固技術(shù)在不銹鋼制造中有如此之好的發(fā)展前景，所以，不論是國外還是國內(nèi)，都在加緊對其技術(shù)研發(fā)。

2.快速凝固技術(shù)在鎂合金中的應(yīng)用。因為鎂合金具有質(zhì)量輕、比強度和比剛強高。通過快速凝固鑄造的鎂合金更好的優(yōu)化其特點，性能更加優(yōu)越，機加工性能優(yōu)良。在國外，已經(jīng)將其技術(shù)運用到了汽車零件、航天器件甚至是人造器官上，至于航天方面，有很多的航天渦輪的鑄造，就是運用快速凝固技術(shù)來得到具有高耐磨性、耐熱性能的部件。3.除了以上的不銹鋼，鎂合金，快速凝固技術(shù)還運用于非平衡態(tài)新型金屬材料的研究，例如快速凝固非晶態(tài)合金，快速凝固準(zhǔn)晶態(tài)合金，快速凝固微晶合金材料，快速凝固金屬納米結(jié)構(gòu)材料?？焖倌碳夹g(shù)的研發(fā)與利用加快了世界工業(yè)的發(fā)展，給現(xiàn)代社會帶來了很多的便利。

(五)結(jié)束語

目前關(guān)于快速凝固技術(shù)的研究著重于母合金熔融后分成微小的熔滴, 然后再通過冷的基體進行散熱冷卻, 所解決的是傳熱問題.。但從快速凝固的各種技術(shù)工藝現(xiàn)存的問題看, 解決這些問題時不能靠單一的方法, 它是一個系統(tǒng)工程, 應(yīng)從合金本身、金屬液的凈化、外部強制 今后對它的研究主要是朝著綜合技術(shù)制備大塊體材料的冷卻手段等方面同時采取措施才行。方向發(fā)展?？傮w來說, 快速凝固技術(shù)具有廣泛的發(fā)展前途, 它對新型金屬材料的研究開發(fā)起著重要的作用, 同時快速凝固技術(shù)本身還是存在著很多不完善之處, 還存在大量不足之處, 還有大量的研究工作需要更多研究者去做?？焖倌碳夹g(shù)制備新型合金材料的工藝研究中所存在的問題還需要我們做進一步研究改進工作。

第三篇：材料成型論文-塑性成形新技術(shù)概況

塑性成形新技術(shù)概況

摘要：文章介紹了當(dāng)前塑性成形加工中的微成形、超塑成型、柔性加工、半固態(tài)加工等各種新技術(shù)，并分別闡述了各新技術(shù)的相關(guān)概念、特點、發(fā)展趨勢等。這些相關(guān)介紹及發(fā)展概況對理解塑性成形技術(shù)及推廣和運用高新技術(shù)，推動塑性成形的進一步發(fā)展具有一定參考意義。

關(guān)鍵詞：塑性成形；新技術(shù)；發(fā)展概況

The Overview About Plastic forming technology Abstract：The paper introduces all kinds of new technology such as Micro Molding ,Sup-erplastic Forming Technology ,Flexible Machining, Semi-Solid Processing in the plastic for-ming process nowadays and expounds the new technology’s related concepts ,characteristics , development tendency and so on.The related introduction and development situation has certain reference significance for understanding the plastic forming technology and promo-ting and using the advanced technology, promoting the further development of Plastic For-ming.Keywords: Plastic forming;The new technology;Development situation引言

塑性成形就是利用材料的塑性，在工具及模具的外力作用下來加工制件的少切削或無切削的工藝方法。塑性成形技術(shù)可分為板材成形和體積成形兩大類。板材成形是使用成型設(shè)備通過模具對金屬板料在室溫下加壓以獲得所需形狀和尺寸零件的成形方法，習(xí)慣上也稱為沖壓或冷沖壓。板料成形可分為分離工序和成形工序。分離工序俗稱沖裁，包括落料、沖孔、修邊等。成形工序包括彎曲、拉伸、脹形、翻邊等。體積成形是指對金屬塊料、棒料或厚板在高溫或室溫下進行成形加工的方法，主要包括鍛造、軋制、擠壓或拉拔等。

塑性成形技術(shù)具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗等顯著特點，已成為當(dāng)今先進制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預(yù)測，到21世紀(jì)，機械制造工業(yè)零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式實現(xiàn)。工業(yè)部門的廣泛需求為塑性成形新技術(shù)的發(fā)展提供了原動力

[1]和空前的機遇。塑性成形新技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，通過與計算機的緊密結(jié)合，數(shù)控加工、激光成型、人工智能、材料科學(xué)和集成制造等一系列與塑性成形相關(guān)聯(lián)的技術(shù)發(fā)展速度之快，學(xué)科領(lǐng)域交叉之廣泛是過去任何時代無法比擬的，塑性成形新工藝和新設(shè)備不斷地涌現(xiàn)，出現(xiàn)了高速高能成形、少無切削、超塑成型、柔性加工、半固態(tài)加工等多種塑性加工新技術(shù)。掌握塑性成形技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，有助于及時研究、推廣和應(yīng)用高新技術(shù)，推動塑性成形技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

2.1 高速高能成形

高速高能成形是一種在極短時間內(nèi)釋放高能量而使金屬變形的成形方法。

高速高能成形的歷史可追溯到一百多年前。但由于成本太高及當(dāng)時工業(yè)發(fā)展的局限，該工藝并未得到應(yīng)用。隨著航空及導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展，高速高能成形方法才進入到實際應(yīng)用。與常規(guī)成形方法相比，高速高能成形具有以下特點：

1)模具簡單：僅需要凹模即可成形?？晒?jié)省模具材料，縮短模具制造周期，降低模具成本。

2)零件精度高：成形時，零件以很高的速度貼模，在零件與模具之間發(fā)生很大的沖擊力，這不但有利于提高零件的貼模性。而且可以有效地減少零件彈復(fù)現(xiàn)象。

3)表面質(zhì)量好： 毛坯變形是在液體、氣體等傳力介質(zhì)作用下實現(xiàn)(電磁成形則無需傳力介質(zhì))。因此，毛坯表面不受損傷，而且可提高變形的均勻性。

4)可提高材料的塑性變形能力：與常規(guī)成形方法相比，高速高能成形可提高材料的塑性變形能力。因此，對于塑性差的難成形材料，高速高能成形是一種較理想的工藝方法。

5)利于采用復(fù)合工藝：用常規(guī)成形方法需多道工序才能成形的零件，采用高速高能成形方法可在一道工序中完成。因此，可以有效地縮短生產(chǎn)周期，降低成本。

2.2少無切削成形

機械制造中用精確成形方法制造零件的工藝，也稱少無切屑加工。少無切削加工工藝包括精密鍛造、沖壓、精密鑄造、粉末冶金、工程塑料的壓塑和注塑等。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝最終多應(yīng)用切削加工方法來制造有精確的尺寸和形狀要求的零件，生產(chǎn)過程中坯料質(zhì)量的30％以上變成切屑。這不僅浪費大量的材料和能源，而且占用大量的機床和人力。采用精確成形工藝，工件不需要或只需要少量切削加工即可成為機械零件，可大大節(jié)約材料、設(shè)備和人力。

鍛壓少無切削的發(fā)展，使鍛壓加工突破了毛坯生產(chǎn)的范疇，能生產(chǎn)某些成品零件。鍛壓少無切削件除具有一般鍛件的特點外，還具有材料消耗低，加工工序簡化，節(jié)約加工工時，成本低等優(yōu)點。近幾年來出現(xiàn)的各種新型、專用的少無切削鍛壓設(shè)備，如多工位冷擠壓機、嫩鍛機、精沖壓力機、特種軋機、精密鍛軸機等，都具有生產(chǎn)率高、機械化自功化程度高等

[2]特點。

與傳統(tǒng)工藝相比，少無切削加工具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益，能實現(xiàn)多種冷、熱工藝綜合交叉、多種材料復(fù)合選用，把材料與工藝有機地結(jié)合起來，是機械制造技術(shù)的一項突破。

2.3 超塑性成形

-2-4-1超塑性成形指金屬或合金在特定條件下，即低的變形速(=10～10s)一定的變形溫度

(約為熔點的一半)和均勻的細晶粒度(平均直徑為0.2～5μm)，其相對伸長率δ超過100％以上的特性。例如鋼可超過500％、純鈦超過300％、鋅鋁合金超過1000％。

超塑性狀態(tài)下的金屬在拉伸變形過程中不產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，也不會斷裂，金屬的變形應(yīng)力可比常態(tài)下降低幾倍至幾十倍。因此，超塑性金屬極易成形，可采用多種工藝方法制出復(fù)雜零件。

目前超塑成形技術(shù)最廣泛的應(yīng)用是與擴散連接技術(shù)組合而成的超塑成形/擴散連接組合工藝技術(shù)，利用金屬材料在一個溫度區(qū)間內(nèi)兼具超塑性與擴散連接性的特點，一次成形出帶有空間夾層結(jié)構(gòu)的整體構(gòu)件。按照成形構(gòu)件初始毛坯數(shù)量不同可以分為單層、兩層、三層及四層結(jié)構(gòu)形式。采用超塑成形/擴散連接工藝成形的空心夾層結(jié)構(gòu)零件具有成形性好、設(shè)計

[3]自由度大、成形精度高、沒有回彈、無殘應(yīng)力、剛性大、周期短、減少零件數(shù)量等優(yōu)點。

2.4 微成形

微成形指以塑性加工的方式生產(chǎn)至少在二維方向上尺寸處于亞毫米量級的零件或結(jié)構(gòu)的工藝技術(shù)。

隨著科技的提高，微型機電系統(tǒng)有了飛速的發(fā)展，而微成形技術(shù)是微型機電系統(tǒng)的靈魂，世界上各工業(yè)先進國家對微機械的研究重點都放在了微成形技術(shù)的研發(fā)上。到目前為止，涌現(xiàn)出了多種成熟的微成形技術(shù)，以德國為代表LIGA技術(shù)和以日本為代表的超精密機械家加工技術(shù)，此外還有高能束加工技術(shù)、微注塑成形技術(shù)、微粉末注射成形技術(shù)及微鑄造技術(shù)等

[4]一些方興未艾的微成形技術(shù)。

微成形技術(shù)主要源于電子工業(yè)的興起，隨著大規(guī)模集成電路制造技術(shù)和以計算機為代表的微電子工藝的發(fā)展，而且還來自技術(shù)的需要，例如醫(yī)療器械、傳感器及電子器械的發(fā)展。

越來越多的電子元件、電器組件及計算機配件等相關(guān)零件開始采用這一工藝方法進行生產(chǎn)。隨著制造領(lǐng)域中微型化趨勢的不斷發(fā)展，微型零件的需求量越來越大，特別是在微型機械和微型機電系統(tǒng)中。

微成形具有極高的生產(chǎn)效率、最小或零材料損失、最終產(chǎn)品優(yōu)秀的力學(xué)性能和緊公差等特點，所以適合于近凈成形或凈成形產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。

2.5 內(nèi)高壓成形

內(nèi)高壓成形是近10 多年來迅速發(fā)展起來的一種成形方法，它是結(jié)構(gòu)輕量化的一種成形方法。是以管材為毛坯在內(nèi)壓和軸向補料聯(lián)合作用下將管材成形為所需形狀的先進制造技術(shù)。內(nèi)高壓成形件實現(xiàn)以空心替代實心、以變截面取代等截面、以封閉截面取代焊接截面，比沖焊件的質(zhì)量減少 15%~30%，且可大幅提高零件的剛度和疲勞強度。20 世紀(jì) 80 年代初，德國和美國的研究機構(gòu)系統(tǒng)地開展了內(nèi)高壓成形基礎(chǔ)理論、工藝及應(yīng)用研究，并從 20 世紀(jì)

[5]90 年代中期開始在汽車工業(yè)領(lǐng)域大批量應(yīng)用。

與傳統(tǒng)的沖壓焊接工藝相比，內(nèi)高壓成形具有以下優(yōu)點：

(1)減輕質(zhì)量，節(jié)約材料 對于空心軸類零件可以減輕40%～50%，有些件可達75%。

(2)減少零件和模具數(shù)量，降低模具費用 內(nèi)高壓件通常僅需要一套模具，而沖壓件多需要多套模具

(3)可減少后續(xù)機械加工和組裝焊接量 以散熱器支架為例，散熱面積增加43%，焊點由174個減少到20個，工序由13道減少到6道，生產(chǎn)率提高66%。

(4)提高強度與剛度，尤其疲勞強度 仍以散熱器支架為例，垂直方向提高39%，水平方向提高50%。

(5)降低生產(chǎn)成本 根據(jù)統(tǒng)計，內(nèi)高壓件比沖壓件平均降低成本15%～20%，模具費用降低20%～30%。

2.6 可變輪廓模具成形（柔性加工）

柔性制造技術(shù)也稱柔性集成制造技術(shù)，是現(xiàn)代先進制造技術(shù)的統(tǒng)稱。柔性制造技術(shù)集自動化技術(shù)、信息技術(shù)和制造加工技術(shù)于一體，把以往工廠企業(yè)中相互孤立的工程設(shè)計、制造、經(jīng)營管理等過程，在計算機及其軟件和數(shù)據(jù)庫的支持下，構(gòu)成一個覆蓋整個企業(yè)的有機系統(tǒng)。

采用柔性制造技術(shù)的企業(yè)，平時能滿足品種多變而批量很小的生產(chǎn)需求，戰(zhàn)時能迅速擴大生產(chǎn)能力，而且產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)價廉。柔性制造設(shè)備可在無需大量追加投資的條件下提供連續(xù)采

[6]用新技術(shù)、新工藝的能力，也不需要專門的設(shè)施，就可生產(chǎn)出特殊的軍用產(chǎn)品。

對于小批量多品種板料件成形，例如艦艇側(cè)面的弧形板、航空風(fēng)洞收縮體板、飛機的蒙皮都是三維曲面，但批量很小甚至是單件生產(chǎn)，由于工件尺寸大，這樣模具成本很高，何況即使模具加工完成，也有一個需要修模與調(diào)節(jié)的過程，因此用可變輪廓模具成形一直是塑性加工界及模具界的研究方向之一。

2.7 半固態(tài)成形

半固態(tài)成形是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的金屬成形新技術(shù)，指對經(jīng)過特殊處理的固體坯料加熱，或在液態(tài)金屬凝固過程中加以攪拌等處理而得到的具有非枝晶結(jié)構(gòu)的固相、液相組織共存的半固態(tài)坯料進行成形加工，得到所需形狀和性能的制品的加工方法。它主要包括半固態(tài)鍛造、半固態(tài)擠壓、半固態(tài)軋制、半固態(tài)壓鑄等工藝類型，在汽車、通訊、航空、航天、國防等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，被稱為21世紀(jì)新興的金屬制造關(guān)鍵技術(shù)之一。

從半固態(tài)自身發(fā)展看，研究不同制漿方法下的形核和長大機理、制漿過程的精確控制以及發(fā)展適合半固態(tài)成形的新型合金是該技術(shù)的主要發(fā)展方向； 從拓展半固態(tài)研究領(lǐng)域看，在近液相附近實現(xiàn)成分場和溫度場的精確控制，將推動該項技術(shù)向高合金化金屬的近終成形

[7]以及純金屬的晶粒細化的研究與應(yīng)用方向發(fā)展。結(jié)束語

隨著現(xiàn)代先進制造技術(shù)的發(fā)展，塑性成形將逐漸發(fā)展為高性能材料新材料與復(fù)雜結(jié)構(gòu)特殊性的有機結(jié)合。21世紀(jì)最缺什么？——技術(shù)創(chuàng)新。由于新技術(shù)的應(yīng)用和引導(dǎo),塑性成形技術(shù)在國民經(jīng)濟中的作用愈來愈大，在一定程度上決定了我國機械制造業(yè)在21世紀(jì)的市場競爭能力，為此我們要有足夠的認(rèn)識并采取得力的措施。抓住機遇和挑戰(zhàn)，推進新新技術(shù)的發(fā)展。

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第四篇：材料成型論文

山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 高職畢業(yè)生畢業(yè)論文

課題名稱

專業(yè)

班級

學(xué)號

姓名

材料成型方法的選擇原則與依據(jù)

摘要： 工程材料除切削加工以外有各種成型方法，包括金屬液態(tài)成型、金屬塑性成形、材料連接成型、粉末冶金成型以及塑料、橡膠、陶瓷等非金屬材料成型及復(fù)合材料成型等。材料成型技術(shù)主要講述金屬材料成型和非金屬材料成型，現(xiàn)對其進行詳細論述。金屬液態(tài)成型又稱為鑄造，是將液態(tài)金屬在重力或外力作用下充填到型腔中，待其冷卻凝固后，獲得所需形狀和尺寸的毛坯或零件，即鑄件的方法，它是成形毛坯或機器零件的重要方法之一。金屬塑性成形昰利用金屬材料所具有的塑性變形規(guī)律，在外力作用下通過塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸、精度和力學(xué)性能的零件或毛坯的加工方法。

關(guān)鍵詞：材料成型、金屬、非金屬

材料成型方法概述

一 金屬液態(tài)成形

金屬材料在液態(tài)下成形，具有很多優(yōu)點：（1）最適合鑄造形狀復(fù)雜、特別是復(fù)雜內(nèi)腔的鑄件。（2）適應(yīng)性廣，工藝靈活性大。（3）成本較低。但液態(tài)成形也有很多不足，如鑄態(tài)組織疏松、晶粒粗大，鑄件內(nèi)部常有縮孔、縮松、氣孔等缺陷產(chǎn)生，導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能、特別是沖擊性能低于塑形成行件；鑄件涉及的工序很多，不易精確控制，鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定；由于目前仍以砂型鑄造為主，自動化程度還不夠高，工作環(huán)境較差；大多數(shù)鑄件只是毛坯件，需經(jīng)過切削加工才能成為零件。

砂型鑄造是將熔融金屬澆入砂質(zhì)鑄型中，待凝固冷卻后，將鑄型破壞，取出鑄件的鑄造方法，是應(yīng)用最為廣泛的傳統(tǒng)鑄造方法，它適用于各種形狀、大小及各種常用合金鑄件的生產(chǎn)。砂型鑄造的工藝過程稱為造型。造型是砂型鑄造最基本的工序，通常分為手工造型和機器造型兩大類。手工造型時，填砂、緊實和起模都用手工和手動完成。其優(yōu)點是操作靈活、適應(yīng)性強、工藝裝備簡單、生產(chǎn)準(zhǔn)備時間短。但生產(chǎn)效率低、勞動強度大、鑄件質(zhì)量不易保證。故手工造型只適用于單件、小批量生產(chǎn)。機器造型生產(chǎn)率很高，是手工造型的數(shù)十倍，制造出的鑄件尺寸精度高、表面粗糙度小、加工余量小，同時工人勞動條件大為改善。但機器造型需要造型機、模板以及特質(zhì)砂箱等專用機器設(shè)備，一次性投資大，生產(chǎn)準(zhǔn)備時間長，故適用于成批大量生產(chǎn)，且以中、小型鑄件為主。

特種鑄造包括熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、實型鑄造、擠壓鑄造等。各種特種鑄造方法均有其突出的特點和一定的局限性，對鑄件結(jié)構(gòu)也各有各自的特殊要求。

二、材料成形方法選擇的依據(jù)

選擇材料成形方法的主要依據(jù)有：

（一）零件類別、功能、使用要求及其結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、技術(shù)要求等根據(jù)零件類別、用途、功能、使用性能要求、結(jié)構(gòu)形狀與復(fù)雜程度、尺寸大小、技術(shù)要求等，可基本確定零件應(yīng)選用的材料與成形方法。而且，通常是根據(jù)材料來選擇成形方法。例如，機床床身，這類零件是各類機床的主體，且為非運動零件，它主要的功能是支承和連接機床的各個部件，以承受壓力和彎曲應(yīng)力為主，同時為了保證工作的穩(wěn)定性，應(yīng)有較好的剛度和減振性，機床床身一般又都是形狀復(fù)雜、并帶有內(nèi)腔的零件。故在大多數(shù)情況下，機床床身選用灰鑄鐵件為毛坯，其成形工藝一般采用砂型鑄造。

（二）零件的生產(chǎn)批量

選定成形方法應(yīng)考慮零件的生產(chǎn)批量，通常是：單件小批量生產(chǎn)時，選用通用設(shè)備和工具、低精度低生產(chǎn)率的成形方法，這樣，毛坯生產(chǎn)周期短，能節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間和工藝裝備的設(shè)計制造費用，雖然單件產(chǎn)品消耗的材料及工時多，但總成本較低，如鑄件選用手工砂型鑄造方法，鍛件采用自由鍛或胎模鍛方法，焊接件以手工焊接為主，薄板零件則采用鈑金鉗工成形方法等；大批量生產(chǎn)時，應(yīng)選用專用設(shè)備和工具，以及高精度、高生產(chǎn)率的成形方法，這樣，毛坯生產(chǎn)率高、精度高，雖然專用工藝裝置增加了費用，但材料的總消耗量和切削加工工時會大幅降低，總的成本也降低。如相應(yīng)采用機器造型、模鍛、埋弧自動焊或自動、半自動的氣體保護焊以及板料沖壓等成形方法。特別是大批量生產(chǎn)材料成本。

在一定條件下，生產(chǎn)批量還會影響毛坯材料和成形工藝的選擇，如機床床身，大多情況下采用灰鑄鐵件為毛坯，但在單件生產(chǎn)條件下，由于其形狀復(fù)雜，制造模樣、造型、造芯等工序耗費材料和工時較多，經(jīng)濟上往往不合算，若采用焊接件，則可以大大縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本（但焊接件的減振、減摩性不如灰鑄鐵件）。

（三）現(xiàn)有生產(chǎn)條件

在選擇成形方法時，必須考慮企業(yè)的實際生產(chǎn)條件，如設(shè)備條件、技術(shù)水平、管理水平等。一般情況下，應(yīng)在滿足零件使用要求的前提下，充分利用現(xiàn)有生產(chǎn)條件。當(dāng)采用現(xiàn)有條件不能滿足產(chǎn)品生產(chǎn)要求時，也可考慮調(diào)整毛坯種類、成形方法，對設(shè)備進行適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造；或擴建廠房，更新設(shè)備，提高技術(shù)水平；或通過廠間協(xié)作解決。

如單件生產(chǎn)大、重型零件時，一般工廠往往不具備重型與專用設(shè)備，此時可采用板、型材焊接，或?qū)⒋蠹殖蓭仔K鑄造、鍛造或沖壓，再采用鑄-焊、鍛-焊、沖-焊聯(lián)合成形工藝拼成大件，這樣不僅成本較低，而且一般工廠也可以生產(chǎn)?？偨Y(jié)

本人作為一名學(xué)模具設(shè)計與制造的學(xué)生,通過對課本知識的學(xué)習(xí)和課外知識的掌握,認(rèn)識到任何一種材料都必須通過一定的成型制造過程，制成制品后才具有使用價值。因此，材料成型工藝的選擇是設(shè)計技術(shù)人員面對的重要問題，這項工作實際上在零件設(shè)計階段便已開始。成型方法的選擇是零件設(shè)計的重要內(nèi)容，也是零件制造工藝

人員所關(guān)心的重要問題。不同結(jié)構(gòu)與材料的零件需采用不同的成形加工方法，各種成形加工方法對不同零件的結(jié)構(gòu)與材料有著不同的適應(yīng)性，不同加工方法對材料性能與零件質(zhì)量也會產(chǎn)生不同的影響。致 謝

本人經(jīng)過兩年的學(xué)習(xí)，運用所學(xué)的相關(guān)理論，結(jié)合自己的工作實踐，提出了

本人不成熟的意見，完成了這篇文章。寫作中，請教了一些專家和學(xué)者，與同事進行了交流，翻閱了有關(guān)資料，參考了本人實踐過的一些實例。由于本人理論水平有限、寫作時間有限、實踐經(jīng)驗有限，故文章中存在不足，甚至錯誤在所難免，請評審老師予以指正。

該論文從選題、構(gòu)思、初稿、修訂到定稿，始終得到指導(dǎo)老師的幫助和指點，其在我這篇論文寫作過程中，傾注了大量精力和心血，在此深表感謝！

參考文獻

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[6] 揚慧智 工程材料及成型工藝基礎(chǔ)[M] 北京：機械工業(yè)出版社，2000

第五篇：汽車新技術(shù)論文

淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

選修課論文

汽車被動安全新技術(shù)

班 級 ****** 學(xué) 生 姓 名 ****

學(xué) 號 ******** 指 導(dǎo) 教 師 *****

二 ○ 一 二 年 六 月

摘要

汽車被動安全技術(shù)是指一旦事故發(fā)生時，保護車輛內(nèi)部乘員及外部人員，使直接損失降到最小的技術(shù)。被動安全技術(shù)主要包括碰撞安全技術(shù)、碰撞后傷害減輕與防護技術(shù)等，盡管隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車主動安全技術(shù)在交通安全中起著越來越大的作用，但仍然不可避免發(fā)生意外情況。此時，汽車被動安全技術(shù)將是避免乘員傷亡的唯一保障。因此，汽車被動安全技術(shù)的開發(fā)研究仍將是汽車安全技術(shù)研究的熱點之一。我國也應(yīng)有計劃、有步驟地發(fā)展現(xiàn)代汽車被動安全技術(shù)。

一．主動安全配置

主動安全配置主要是指發(fā)生撞擊之前所做動的輔助裝置，這些裝置在車輛接近失控時便會開始啟動，以各種方式介入駕駛的動作，希望能利用機械及電子裝置，保持車輛的操控狀態(tài)，全力讓駕駛?cè)四軌蚧謴?fù)對于車輛的控制，避免車禍意外的發(fā)生。

防碰撞控制系統(tǒng)、ABS、VSC(車身穩(wěn)定控制系統(tǒng))、DSC（動態(tài)穩(wěn)定控制）、ESP（車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)）等駕駛上的輔助裝置等屬于主動安全配置。被動安全系統(tǒng)是指在交通事故發(fā)生后盡量減小損傷的安全系統(tǒng)，包括對乘客和行人的保護。

被動安全裝置是指在意外發(fā)生不可避免，車輛已經(jīng)失控的狀況之下，對于乘坐人員進行被動的保護作用，希望通過固定裝置，讓車內(nèi)的乘員固定在安全的位置，并利用結(jié)構(gòu)上的引導(dǎo)與潰縮，盡量吸收撞擊的力量，最大限度確保車內(nèi)乘員的安全。

主動頭部保護系統(tǒng)、安全帶、氣囊、籠型車體結(jié)構(gòu)等屬于被動安全配置與設(shè)計。

二．歐洲新車安全評價體系NCAP 包括兩個方面，正面和側(cè)面碰撞。正面碰撞速度為64公里/小時，側(cè)面碰 撞速度為50公里/小時。碰撞測試成績則由星級（★）表示，共有五個星級，星級越高表示該車的碰撞安全性能越好。

近年來，增加了車輛對被撞行人的安全保護程度的測試，并將結(jié)果劃分 為4個等級級：★★★★分?jǐn)?shù)為28-36分，★★★分?jǐn)?shù)為19-27分，★★分?jǐn)?shù) 為10-18分，★分?jǐn)?shù)為1-9分。

三．主動安全裝置

1.防碰撞控制系統(tǒng)

1).系統(tǒng)組成

防碰撞控制系統(tǒng)主要由行車環(huán)境監(jiān)測、防碰撞預(yù)測和車輛控制三部分組成。2).控制原理

該系統(tǒng)采用激光雷達在水平面上呈扇形快速掃描，提高激光束的能量密度，可延長激光掃描雷達的監(jiān)測距離，消除因車輛顛簸引起的誤差，并能監(jiān)測彎道上的障礙物。

最小的激光掃描雷達監(jiān)測范圍（一般在120m以上）是由實際車距確定。該車間距是指在潮濕路面狀況下，保證在后面車輛減速制動后，不致于碰撞到前面的暫停車輛的距離。

據(jù)路面狀況（濕/干）、后面車速及相對車速，計算出“臨界車間距離”，該值是根據(jù)路徑估算方法確定的車間距離。判斷安全/危險的方法，就是將實際測量的車間距離等于或小于臨界車間距離時，自動制動控制系統(tǒng)啟動。

2.防碰撞控制系統(tǒng)—預(yù)警系統(tǒng)

3.皇冠Majesta防碰撞系統(tǒng)

(1).毫米波雷達除根據(jù)到達障礙物的距離和方向，還通過處理攝像頭拍攝到的圖像來判斷前方障礙物的大小。

(2).與憑借毫米波進行判斷相比，在遭遇無法避開沖撞的情況時，可在比以前快0.2秒左右的時間內(nèi)檢測出這一情況。通過在較早時間內(nèi)檢測出存在沖撞危險，可在提前在接下來的安全操作方面盡早做出反應(yīng)。

(3).如判斷無法避開沖撞時，便會象以前一樣，自動加大收緊安全帶的力量以及對制動踏板的踏力

(4).皇冠Majesta在防沖撞系統(tǒng)方面，配備了配套使用毫米波雷達和CMOS攝像頭的新式預(yù)防碰撞安全系統(tǒng)。

4.英菲尼迪防碰撞輔助概念系統(tǒng)

該系統(tǒng)利用毫米波雷達檢測前方的障礙物：

(1).在能夠通過方向盤操作等躲避障礙物的速度時，會進行警告制動；(2).在操作方向盤也無法回避碰撞時，則會自動進行緊急制動。

(3).當(dāng)系統(tǒng)檢測到前方障礙物并判斷出需要駕駛員減速時，會通過顯示信號與聲音提醒駕駛員，促使駕駛員進行減速操作。此時，駕駛員可松開油門踏板，平穩(wěn)減速制動。

(4).在駕駛員未利用方向盤及制動踏板進行躲避操作的情況下，當(dāng)系統(tǒng)判斷出存在發(fā)生追尾的可能性時，會自動實施制動。同時還會通過拉緊安全帶來減少安全帶的松弛余量，增強對乘員的束縛力。

員

四.被動安全裝置

1.主動頭部保護系統(tǒng)

當(dāng)受到后方來車撞擊時，最容易發(fā)生傷害的部位是頸椎。

乘員頭頸保護系統(tǒng)，屬于汽車被動安全裝置，一般設(shè)置于前排座椅。當(dāng)轎車受到后部的撞擊時，頭頸保護系統(tǒng)會迅速充氣膨脹起來，其整個靠背都會隨乘坐者一起后傾，乘坐者的整個背部和靠背安穩(wěn)地貼近在一起，靠背則會后傾以最大限度地降低頭部向前甩的力量，座椅的椅背和頭枕會向后水平移動，使身體的上部和頭部得到輕柔、均衡地支撐與保護，以減輕脊椎以及頸部所承受的沖擊力，并防止頭部向后甩所帶來的傷害。(1)預(yù)緊式安全帶

預(yù)緊式安全帶的特點是當(dāng)汽車發(fā)生碰撞事故的一瞬間，乘員尚未向前移動時它會首先拉緊織帶，立即將乘員緊緊地綁在座椅上，然后鎖止織帶防止乘員身體前傾，有效保護乘員的安全。

預(yù)緊式安全帶中起主要作用的卷收器與普通安全帶不同，除了普通卷收器的收放織帶功能外，還具有當(dāng)車速發(fā)生急劇變化時，能夠在0.1s左右加強對乘員的約束力，因此它還有控制裝置和預(yù)拉緊裝置。

(2)預(yù)緊式安全帶 控制裝置分有兩種：

電子式控制裝置、機械式控制裝置。

預(yù)拉緊裝置則有多種形式，常見的預(yù)拉緊裝置是一種爆燃式的，由氣體引發(fā)劑、氣體發(fā)生劑、導(dǎo)管、活塞、繩索和驅(qū)動輪組成。

當(dāng)汽車受到碰撞時預(yù)拉緊裝置受到激發(fā)后，密封導(dǎo)管內(nèi)底部的氣體引發(fā)劑立即自燃，引爆同一密封導(dǎo)管內(nèi)的氣體發(fā)生劑，氣體發(fā)生劑立即產(chǎn)生大量氣體膨脹，迫使活塞向上移動拉動繩索，繩索帶動驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)號驅(qū)動輪使卷收器卷筒轉(zhuǎn)動，織帶被卷在卷筒上，使織帶被回拉。最后，卷收器會緊急鎖止織帶，固定乘員身體，防止身體前傾避免與方向盤、儀表板和玻璃窗相碰撞（3）安全氣囊

安全氣囊主要由傳感器、氣體發(fā)生器、氣囊系統(tǒng)等三部分組成，傳感器的功能是檢測、判斷車體所經(jīng)受的撞擊信號，決定是否啟動安全氣囊；氣體發(fā)生器的功能是在傳感器的控制下根據(jù)信號指示產(chǎn)生點火動作，點燃固態(tài)燃料并產(chǎn)生氣體向氣囊充氣，使氣囊迅速膨脹展開保護乘員；氣囊一般裝在方向盤轂內(nèi)緊靠緩沖墊處，其容量約50～90升，做氣囊的布料具有很高的抗拉強度，同時氣囊設(shè)有安全閥，當(dāng)充氣過量或囊內(nèi)壓力超過一定值時會自動泄放部分氣體，避免將乘客擠壓受傷。安全氣囊所用的氣體多是氮氣或一氧化碳。

傳統(tǒng)安全氣囊的設(shè)計是在發(fā)生正面撞車事故時避免車內(nèi)乘員的頭部、頸部和胸部強烈撞擊在儀表盤、方向盤或擋風(fēng)玻璃上。在后面碰撞、翻車或大多數(shù)側(cè)面碰撞的情況下，它不會被引發(fā)。隨著技術(shù)的發(fā)展，安全氣囊的保護范圍將進一步擴大，從現(xiàn)在的前排乘員前方保護擴展到前排乘員的側(cè)面、膝部和后排乘員的前方與側(cè)面以及車外行人。開發(fā)出了側(cè)面安全氣囊、發(fā)動機罩寬幅氣囊、車外氣囊等。同時，安全氣囊已出現(xiàn)智能化，能識別乘員席有無乘員、有無逆向兒童座椅、乘員身材大小、重量，坐姿、是否佩帶安全帶等，并根據(jù)上述信息調(diào)整動作，以求最大限度地減少失誤和保護乘員。

汽車的行人安全車采用了兩種可以碰撞中對行人進行保護的新穎安全氣囊。這兩種氣囊一是發(fā)動機罩氣囊，一是前圍安全氣囊，兩者配合使用可減少最常見的行人傷亡事故

2.高強度車身

強度車身HSB（High Strength Body）充分考慮了車輛安全性、輕量化以

及人性化保護等方面的要求。

在車輛發(fā)生側(cè)面碰撞時，三層結(jié)構(gòu)的側(cè)圍對整個車身結(jié)構(gòu)起到了強大的支撐作用，為車內(nèi)生存空間提供了保障

正面碰撞時，撞擊力通過熱成型鋼板材質(zhì)的保險杠支架向碰撞影響區(qū)結(jié)構(gòu)分散，被縱梁吸收削弱后的碰撞能量繼而被傳遞給同樣由超高強度熱成型鋼板制成的腳部橫梁、中央通道及門檻，這樣就可以避免前排腳部區(qū)域在碰撞過程中的凸入危險。

五.輪胎氣壓自動監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）

(1).輪胎氣壓對汽車行駛安全性的影響：

輪胎氣壓對汽車承載能力、制動性能、側(cè)偏特性、高速性能均有影響。TPMS是汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)（Tire Pressure Monitoring System），主要用于汽車行駛過程中對輪胎氣壓進行實時監(jiān)測，對輪胎漏氣和低壓進行報警，以保障汽車行駛安全性。

(2).汽車輪胎氣壓自動監(jiān)測系統(tǒng)的類型

間接式TPMS，它通過汽車ABS的輪速傳感器來比較輪胎之間的轉(zhuǎn)速差別，以達到監(jiān)視胎壓的目的，其缺點是無法對兩個以上輪胎同時缺氣的狀況和速度超

過100 km/h的情況進行判斷。

直接式TPMS，它利用安裝在每一個輪胎里的鋰離子電池為電源的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，并通過無線調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛臺的監(jiān)視器上；監(jiān)視器隨時顯示輪胎氣壓，駕駛者可以直觀地了解各個輪胎的氣壓狀況，當(dāng)輪胎氣壓太低或有滲漏時，系統(tǒng)就會自動報警。

兩個以上輪胎同時缺氣的狀況和速度超過100 km/h的情況進行判斷。

六.紅外夜視系統(tǒng)

在夜間行駛的時間雖少但出事故的幾率卻很大，因為在黑暗中人們的視野受到了一定影響。車燈的照射距離和范圍有限，無法保證使駕駛者對車燈照射范圍以外的潛在危險獲得足夠的預(yù)警。隨著汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，讓黑夜變成白晝，讓夜間駕駛變得更輕松安全。

當(dāng)在黑夜中駕駛時夜視系統(tǒng)提供了一種新的視覺方式。在司機借助燈光系統(tǒng)看不清前方路況之前，熱感成像相機在黑夜中可以探測到車輛前方的人、動物和一些物體。熱感相機另一項功能是將發(fā)生的圖象增加亮度，然后將增亮的圖象傳送到控制中心顯示，人和動物等目標(biāo)都會變得更清晰。奧迪A8L的夜視輔助系統(tǒng)

奧迪A8L的夜視輔助系統(tǒng)，除了可以讓駕駛者看清近光燈照不到的黑暗中的交通標(biāo)牌、彎道、車輛、障礙物等會造成危險的事物，正確判斷出前方道路的情況，還可以通過遠紅外熱成像攝像頭捕捉到車輛前方24度范圍300米內(nèi)的熱源（包括人和動物），讓駕駛者提前作出反應(yīng)。

熱成像攝像頭裝在全新奧迪A8L車頭的進氣格柵內(nèi)，撲捉前方信息非常直接。當(dāng)熱源（人或者動物）出現(xiàn)在捕捉范圍內(nèi)時，系統(tǒng)會將拍攝到的熱信號送交電腦處理，處理后的圖像就會在儀表盤的顯示器中顯示出來，當(dāng)行人有橫穿車輛前方的意圖時，系統(tǒng)會迅速做出判斷并以紅色突出顯示，同時發(fā)出聲音警告。

七．安全玻璃

汽車發(fā)生碰撞事故時風(fēng)窗玻璃的性能如何，對高速行駛的汽車安全性影響較大。汽車安全玻璃一般具有足夠大的變形余量和柔性，一方面可保證正常狀況下良好的視覺效果；另一方面既能防止碰撞時乘員從窗中飛出，又不致對其頭、頸部位造成較嚴(yán)重傷害。安全玻璃可分為強化玻璃和夾層玻璃