材料加工的发展与未来(作业一)

材料加工的发展与未来

摘要：材料技术是科技革命的重要物质基础，而多学科科技革命又导致了材料加工的科技进步与变革。文章概述了材料加工的作用与地位，该学科的总体发展趋势“过程综合、技术综合、学科综合”，它的主要发展方向“高效化、高精度化”、“材料设计制备与成形加工一体化”、“计算机模拟与过程仿真技术”、“材料智能化制备加工技术”等，以及金属控制凝固与控制成形。

关键词：材料加工、模拟仿真、控制凝固、控制成形

前言

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，现代技术和产业中的物质、能量、信息转换以及人与自然的协调发展，都要以材料为基础。材料一直是人类发展的里程碑。当代新材料技术是现代文明的重要支柱，也是现代科技革命的重要物质基础。

1. 材料加工的地位与作用

材料加工行业是制造业的重要组成部分，材料加工技术是汽车、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。但是，我国的材料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。因此，在振兴我国制造业的同时，要加强和重视材料加工制造技术的发展。

2. 材料加工的发展趋势

随着科技进步，它其趋势是过程综合、技术综合、学科综合。【1】过程综合就是设计、制备与成形加工的一体化和短流程化；技术综合就是计算机技术、信息技术、先进控制技术的综合；学科综合就是将我们的三级学科综合，二级学科的综合，甚至将我们的各个一级学科也综合起来使各个学科相互渗透。

3. 材料加工的主要发展方向

（1）美国在新一代制造计划（Next Generation Manufacturing）中指出未来的制造模式将是：批量小、质量高、成本低、交货期短、生产柔性、环境友好。因此未来材料加工技术要高效化和高精度化。

（2）发展材料设计、制备与成形加工一体化技术，可以实现先进材料与零部

件的高效、近终形、短流程成形。典型的技术有喷射成形、粉末注射成形和激光快速成形【2】（3D打印）。其中3D打印技术就是运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术（即“积层造形法”）。3D 打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。

（3）模拟与仿真技术的发展促进了材料加工的发展，他最终的目的是为了优化成形加工方法和工艺，实现对制备、成形与加工全过程的精确设计与精确控制。它的使用要注意模具设计的准确性和边界条件的精确性。

（4）材料智能化制备加工技术是21世纪最富潜力的前沿研究方向。它综合利用计算机技术、数据库技术和先进控制技术，开发将材料组织性能设计、零部件设计、材料制备与成形加工过程的实时在线监测和反馈控制融为一体的材料智能制备加工技术。其主要应用于形状尺寸以及成形过程的精确控制。

4. 金属控制凝固与控制成形【4】

控制凝固与控制成形是从材料的最终使用要求出发，通过外场作用和工艺制度的调控，对凝固、成形、塑性加工、热处理等各个阶段的组织结构与形状尺寸的形成与遗传演化施加积极、精确的控制凝固过程，实现材料的高性能、高质量、高效率制备加工。

结论

人类文明进步的发展是随着材料的发展而进行。目前的新材料时代【5-6】里材料加工技术飞速发展，它向着材料设计制备加工一体化、模拟与过程仿真技术和材料智能化制备加工、控制凝固与控制成形方向前进，这些技术的应用都极大促进科学技术的发展。

参考文献：

[1] 谢建新. 材料加工技术的发展现状与展望[ J]. 机械工程学报，2003. 39 (9): 29-34.

[2] 李青. 3D打印一种新兴的学习技术[J]. 远程教育杂志，2013(5).8:29-35.

[3] 王雪. 3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业，2012.

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[4] 谢建新.高性能金属材料的控制凝固与控制成形[J].中国材料进展，2010(5):58.

[5] 张东亮. 从现代科技革命看先进制造技术[J]. 制造业自动化，2001. 23 (7): 1-5.

[6] 谢建新. 21世纪的先进复合材料加工技术.见：材料科学技术进展与展望(中国科学技术协会第二届青年学术年会论文集). 北京：中国科学技术出版社，1995.