个人介绍
金属材料与人类文明的发展史 易丹青
提供学校: 中南大学
院系: 材料科学与工程学院
转运类别: 材料科学与工程
专业: 材料学
学分:


       人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代。均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代,种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。

教师团队

易丹青 教授

单位:中南大学

部门:材料科学与工程学院

职位:博导

快速成型技术

快速成型属于离散、堆积成型。它从成型原理上提出一个全新的思维模式维模型,即将计算机上制作的零件三维模型,进行网格化处理并存储,对其进行分层处理,得到各层截面的二维轮廓信息,按照这些轮廓信息自动生成加工路径,由成型头在控制系统的控制下,选择性地固化或切割一层层的成型材料,形成各个截面轮廓薄片,并逐步顺序叠加成三维坯件,然后进行坯件的后处理,形成零件。



快速成型的工艺过程具体如下:

(l)产品三维模型的构建。由于RP系统是由三维CAD模型直接驱动,因此首先要构建所加工工件的三维CAD模型。该三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件(如Pro/E,Solid Works,UG 等)直接构建,也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型,或对产品实体进行激光扫描、CT断层扫描,得到点云数据,然后利用反求工程的方法来构造三维模型。

(2)三维模型的近似处理。由于产品往往有一些不规则的自由曲面,加工前要对模型进行近似处理,以方便后续的数据处理工作。由于STL格式文件格式简单、实用,目前已经成为快速成型领域的准标准接口文件。它是用一系列的小三角形平面来逼近原来的模型,每个小三角形用3个顶点坐标和一个法向量来描述,三角形的大小可以根据精度要求进行选择。STL文件有二进制码和ASCll码两种输出形式,二进制码输出形式所占的空间比ASCⅡ码输出形式的文件所占用的空间小得多,但ASCⅡ码输出形式可以阅读和检查。典型的CAD软件都带有转换和输出STL格式文件的功能。

(3)三维模型的切片处理。根据被加工模型的特征选择合适的加工方向,在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型,以便提取截面的轮廓信息。间隔一般取0.05mm——0.5mm,常用 0.1mm。间隔越小,成型精度越高,但成型时间也越长,效率就越低,反之则精度低,但效率高。

(4)成型加工。根据切片处理的截面轮廓,在计算机控制下,相应的成型头(激光头或喷头)按各截面轮廓信息做扫描运动,在工作台上一层一层地堆积材料,然后将各层相粘结,最终得到原型产品。

(5)成型零件的后处理。从成型系统里取出成型件,进行打磨、抛光、涂挂,或放在高温炉中进行后烧结,进一步提高其强度。



快速成型特术具有以下几个重要特征:

(l)可以制造任意复杂的三维几何实体。由于采用离散/堆积成型的原理.它将一个十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加,可实现对任意复杂形状零件的加工。越是复杂的零件越能显示出RP技术的优越性此外,RP技术特别适合于复杂型腔、复杂型面等传统方法难以制造甚至无法制造的零件。

(2)快速性。通过对一个CAD模型的修改或重组就可获得一个新零件的设计和加工信息。从几个小时到几十个小时就可制造出零件,具有快速制造的突出特点。

(3)高度柔性。无需任何专用夹具或工具即可完成复杂的制造过程,快速制造工模具、原型或零件

(4)快速成型技术实现了机械工程学科多年来追求的两大先进目标,即材料的提取(气、液固相)过程与制造过程一体化和设计(CAD)与制造(CAM)一体化。

(5)与反求工程(Reverse Engineering)、CAD技术、网络技术、虚拟现实等相结合,成为产品决速开发的有力工具。

因此,快速成型技术在制造领域中起着越来越重要的作用,并将对制造业产生重要影响。


金属材料的种类

金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。

黑色金属:又称钢铁材料,包括含铁90%以上的工业纯铁,含碳 2%~4%的铸铁,含碳小于 2%的碳钢,以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。

有色金属:指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金,通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等,有色合金的强度和硬度一般比纯金属高,并且电阻大、电阻温度系数小。

特种金属材料:包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料,以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等;还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。

进口金属材料

中国规定的需要检验的进出口金属材料类商品主要有生铁、钢锭、钢坯、型材、线材、金属制品、有色金属及其制品等。进出口钢材的品质、规格一般在合同中订明,进口钢材中采用日本Xiff’标准JlsG系列和德国工业标准DIN系列的较氨出口钢材一般按中国标准检验;关 于进口镀锌铁皮、马口铁、硅钢片的外观缺陷的检验按国家商检局的有关规定执行。国外的发票、装箱清单、品质证书、重理明细单、残损证明、商务 记录是有关重量、质量、数量、残损等检验鉴定的重要依据。

金属材料类商品一般是由国家商检局或由其他商检机构实施检验。对于大批量的进口金属材料,可在出厂前在国外制造厂进行检验;对于进口金属材料 批量很大的专业单位,其本身检验设备齐全,技术力量较强的,经商检机构 审核同意后,允许对其所进口的钢材在向商检机构申报后进行质量的初验; 出口金属材料时,必须进行出厂检验,商检机构在生产过程中或出厂前还进 行不定期的抽查检验,并以衡器抽验重量,核对批次、唛头、标记等。金属材料以数量计价的做数量检验,接重量计价的则做重量检验。钢材的尺 寸规格检验,包括钢板的厚、宽、长;圆钢的直径:角钢的边长;槽钢的高 度和槽宽;钢管的直径和壁厚等。镀锌铁皮、马口铁的表面不得有伤痕、凹 坑、皱纹、露铁等。金属材料的机械及工艺性能检验,包括合金钢热处理后 的机械性能检验;锅炉管和石油管的水压试验、扩口试验等。金属材料的化 学咸分分析试验,根据不同的用途,按标准规定以化学分析和仪器分析的方法,分析测定各种元素的含量,包括非金属元素和有害元素。

发展前景

金属制品行业包括结构性金属制品制造、金属工具制造、集装箱及金属包装容器制造、

不锈钢及类似日用金属制品制造,船舶及海洋工程制造等。随着社会的进步和科技的发展,金属制品在工业、农业以及人们的生活各个领域的运用越来越广泛,也给社会创造越来越大的价值。

金属制品行业在发展过程中也遇到一些困难,例如技术单一,技术水平偏低,缺乏先进的设备,人才短缺等,制约了金属制品行业的发展。为此,可以采取提高企业技术水平,引进先进技术设备,培养适用人才等提高中国金属制品业的发展。

2009年金属制品行业的产品将越来越趋向于多元化,业界的技术水平越来越高,产品质量会稳步提高,竞争与市场将进一步合理化。加上国家对行业的进一步规范,以及相关行业优惠政策的实施,2009-2012年,金属制品行业将有巨大的发展空间。

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