先进材料成形技术与理论部分试题总结

先进材料成形技术与理论部分试题总结

简答题

1．简述金属塑性成形的原理。

利用金属的塑性，通过外力使金属发生塑性变形，成形出具有所要求形状、尺寸和性能的金属工件。通常也称为金属压力加工或金属塑性加工。

2．简述金属塑性成形的种类及特点。

改善组织、提高性能。材料利用率高。可以达到较高的成形精度。具有很高的生产率。（１）体积成形

●体积成形所用的坯料一般为棒材或扁坯。

●坯料经受很大的塑性变形，其形状或横截面以及表面积与体积之比发生显著变

化。

●基本上不发生弹性恢复现象。

●典型的工艺有挤压、轧制、拉拔、锻造等。

（２）板料成形

●板料成形所用坯料是各种板材或用板材预先加工成的中间坯料。

●板坯的形状发生显著变化，但其横截面形状基本上不变。

●弹性变形在总变形中所占比例是比较大的，成形后会发生弹性回复或回弹现象。

●典型工艺有拉延、冲裁、弯曲。

（3）管材成形？？？

3. 简述金属塑性成形的发展方向、技术现状、最新进展。

金属塑性成形技术的现状：

●塑性成形的基础理论已基本形成。

包括位错理论、Tresca、Mises屈服准则、滑移线理论、主应力法、上限元法以及大变形弹塑性和刚塑性有限元理论等。

●以有限元为核心的塑性成形数值仿真技术日趋成熟，为人们认识金属塑性成形过程的

本质规律提供了新途径，为实现塑性成形领域的虚拟制造提供了强有力的技术支持。

●计算机辅助技术(CAD CAE CAM)在塑性成形领域的应用不断深入，使制件质量提高，制

造周期下降。

●新的成形方法不断出现并得到成功应用，如超塑性成形、爆炸成形等。

金属塑性成形技术的最新进展：

●微成形（100 m以内）

医疗器械、传感器、电子器件等

●内高压成形

●可变轮廓模具（柔性模具）成形

●粘性介质压力成形（ Viscous Pressure Forming ，VPF）

压力介质不再是液体或固体，而是如熔融的玻璃等物质

金属塑性成形技术的发展方向：

数字化技术贯穿塑性成形全过程（产品设计、分析和制造过程），且以系统工程为理论基础的技术体系，实现优质、高效、低耗、清洁生产。

1.设计数字化技术：

☐设计虽然只占产品生命周期成本的5%～15%，但决定了70%～75%以上的产品成本和80%左右的产品质量和性能。

☐上游设计失误将以1∶10的比例向下游逐级放大。可见设计、尤其是早期概念设计是产品开发过程中最为重要的一环。

2.基于知识的工程设计，KBE

☐提高市场竞争力为目标。通过知识的继承、繁衍、集成和管理，建立各领域异构知识系统和多种描述形式知识集成的分布式开放设计环境，并获得创新能力的工程设计方法。

☐处理多领域知识和多种描述形式的知识，是集成化的大规模知识处理环境。

☐面向整个设计过程，甚至是产品全生命周期的各异构系统的集成，是一种开放的体系结构。

☐涉及多领域、多学科知识范畴，模拟和协助专家群体的推理决策活动，具有分布、分层、并行特点。

KBE研究的重点

☐(1)基于知识的产品建模:

☐将专家的设计经验和设计过程的有关知识，表示在产品信息模型中，为实现产品设计智能化、自动化提供有力的信息。

☐(2)工程知识的融合和繁衍技术:

☐用数据库管理系统存储数据

☐用机器学习的方法来分析数据，挖掘大量数据背后的知识

3. 反求工程

是产品数字化的重要手段之一，是数字化塑性成形技术的重要环节。消化吸收国外模具设计的先进技术，提高我国的模具设计水平具有重要的意义。

4.分析数字化技术——数字化模拟

金属塑性成形过程的机理非常复杂，传统的模具设计基于经验的多反复性过程，导致了模具开发周期长，成本高。为了满足快速的市场响应，实施塑性成形过程数值模拟行之有效。

5.分析数字化技术——虚拟现实

⏹实际制造过程在计算机上的本质实现。

⏹从根本上改变了设计、试制、修改设计和规模生产的传统制造模式。

6.制造数字化技术——高速加工

重要目标是缩短加工时间、减少复杂形状和难加工材料的加工工序、最大限度地实现高精度和高质量。

7.制造数字化技术——快速原型

无需任何工装夹具和模具，快速制造任意复杂结构制件。

4. 材料加工成形新方法？

消失模精密铸造技术；半固态铸造；铝镁合金材料及精密成形技术；计算机模拟仿真技术；大型装备及零部件制造技术；超塑性成形；紧密模锻技术与装备；精密冲裁；板料成形；快速成形；搅拌摩擦焊；焊接自动化；等离子束焊；激光焊接；其它复合成形方法：连铸连轧、铸（焊）锻一体化、快速凝固成形（喷射沉积）、电渣熔铸、粉末注射成形……

5. 简述电子束熔焊时小孔形成的过程及其维持动态平衡的条件。

电子束焊中存在小孔效应。小孔的形成过程是一个复杂的高温流体动力学过程。高功率密度的电子束轰击焊件，使焊件表面材料熔化并伴随着液态金属的蒸发，产生金属蒸气流。金属蒸气流的反冲压力使液态金属面下凹，经过一系列的循环，形成细长的孔，随着电子束功率密度的增加，金属蒸气量增多，液态金属被压凹的程度也增加，并形成一个通道。

在稳定的电子束焊接过程（输人参数和焊接条件不变）中，一般认为小孔基本上保持稳定，处于一个近似准稳态状态。这种状态是小孔内的几种力作用平衡的结果。当电子束加热时作用于液态金属的力为：电子束的压力和金属蒸气反作用压力，这些力使液态金属下凹；熔化金属表面张力和凹陷底部的流体静压力力图拉平液体表面，其中电子束的压力值很小，因而可忽略不计。

根据力的平衡条件最后推导出力学平衡方程式为：

6. 列举8中以上成形加工工艺创新性思维方法。

1）逆向思维：有模——无模受迫成形——自由成形

软模——硬模生长——去除

高效/短流程成型——渐进成型满密度——多孔材

单晶体——细晶——非晶

2）组合创造：有模与无模软模与硬模生长与去除

造型与空间运动能量复合

过程复合：锻轧复合、合成制备成形一体化

材料功能复合

3）发散思维：轧制板型控制中轧辊的配置

4）联想：从宇宙、自然和生命现象、行为与机制及相关科学技术中寻求启示

类比：仿生制造

移植：组织工程

5）主体附加：非匀质材料添加成型

6）变形/演绎：快速原型技术的派生、零件/型材轧制

7）模拟：智能制造、仿生机械

8）精简：铸轧、半固态成形

9）回归原点法：快速原型、无模板金、微生物制造

？？？8. 材料成形复合化的特点体现在哪几方面。

生产的连续化，产品多样化，材料制备与成形的一体化，成形与精密加工复合化，资源合理利用（答案瞎想的不可信！）（没有找到相关答案）

分析题

1.请分析如下三种结构特点，并设计合理的金属零件塑性成形工艺。