材料成形與控制

材料成形控制選修課學(xué)習(xí)報(bào)告本學(xué)期，通過對(duì)材料成形控制這門選修課的學(xué)習(xí)，我對(duì)這門學(xué)科有了系統(tǒng)且清晰的認(rèn)識(shí)，從對(duì)高深莫測的材料學(xué)科的懼怕逐步轉(zhuǎn)化為有意識(shí)的去關(guān)注，去培養(yǎng)對(duì)它的興趣。除了掌握一些基礎(chǔ)知識(shí)外，我對(duì)國家及國際相關(guān)方面的研究進(jìn)展有了一定了解，并帶著自己的思考去看待新格局下國家在新材料這一領(lǐng)域的戰(zhàn)略部署和科研動(dòng)態(tài)；更重要的是，我明白了一個(gè)大學(xué)生在這個(gè)科技日新月異，競爭日益激烈的時(shí)代下，應(yīng)該如何找準(zhǔn)自己的定位，從而為自身、社會(huì)、國家塑造一個(gè)高格局，多方位，全球化的創(chuàng)新人才形象。長話短說，下面就我自身的體會(huì)談?wù)勥@門課的學(xué)習(xí)成果總結(jié)。材料成形與控制，也作材料加工工程，顧名思義，是通過不同的加工手段將原料或原材料轉(zhuǎn)變成實(shí)用材料或制品的一種工程技術(shù)，作為材料產(chǎn)業(yè)鏈的最后環(huán)節(jié)也是最為重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，它結(jié)合了材料科學(xué)、冶金工程、機(jī)械工程多門學(xué)科的特點(diǎn)，也正是在多學(xué)科交叉的情況下，一個(gè)優(yōu)良的產(chǎn)品才能在某一門工藝下被生產(chǎn)出來。因而，它是一門側(cè)重實(shí)踐的學(xué)科，需要我們?nèi)?shí)地動(dòng)手操作，去積極實(shí)踐，才能真正理解它的內(nèi)涵，而不是紙上談兵。一、理論知識(shí)材料成形技術(shù)，按照傳統(tǒng)學(xué)科的劃分，主要有液態(tài)成形，塑性成形，焊接成形，粉末冶金成形，材料表面工程，材料熱處理，短流程近終形成形等等。按被加工的材料所處的相態(tài)劃分，可分為氣態(tài)成形、液態(tài)成形、半固態(tài)成形、固態(tài)成形。隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，必將有越來越多的新型成形技術(shù)研究出來，而其的分類也將越來越多元化，更將契合當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的需要。下面是我就兩種最典型的成形工藝的理解和看法：.液態(tài)成形，也叫凝固成型、鑄造成型，本質(zhì)是通過相態(tài)的變化，實(shí)現(xiàn)原料到鑄件的轉(zhuǎn)變，主要階段有充型和凝固收縮，如果該金屬的流動(dòng)性不好，澆注溫度達(dá)不到，或是充型壓力不夠大，勢必會(huì)影響到充型的完整度，可能會(huì)生產(chǎn)出殘件、不平整的次品，而通過預(yù)熱模具、改善模具流通結(jié)構(gòu)或設(shè)置多個(gè)澆口以提升金屬的流動(dòng)性，從而利于排除鑄模內(nèi)部殘留氣，形成較復(fù)雜的鑄件。在鑄件凝固的過程中，勢必會(huì)收縮，而這不可避免地會(huì)造成鑄件的缺陷，主要有縮孔和疏松兩種情況，這取決于鑄件最后凝固的部位，若形成容積較大的孔洞，則會(huì)出現(xiàn)前者；若形成諸多分散性小孔，則鑄件疏松，強(qiáng)度過脆，可能會(huì)斷裂，機(jī)理上這與晶枝的生長密切相關(guān)，由此帶來的危害顯而易見，‘豆腐渣工程’的金屬材料莫不如此。那我們應(yīng)該采取什么樣的處理措施呢？設(shè)置冒口是一個(gè)好辦法，冒口的本質(zhì)是補(bǔ)給金屬，而且可以讓積壓的雜質(zhì)氣體釋放出來，它又分為普通、保溫、發(fā)熱三種，不同在于節(jié)約金屬的比例會(huì)依次提高。冷鐵的使用和冒口相得益彰，加快了鑄件在關(guān)節(jié)點(diǎn)的冷卻速度，減少了冒口的尺寸。它分為外冷鐵與內(nèi)冷鐵，因?yàn)閮?nèi)冷鐵最終是與鑄件融為一體的，所以其材質(zhì)應(yīng)和鑄件材質(zhì)相接近，才能保證鑄件整體的質(zhì)量。另外還有砂型鑄造、特種鑄造、離心鑄造、壓力鑄造等許多鑄造工藝，本質(zhì)也是對(duì)在基本鑄造成型的基礎(chǔ)上，結(jié)合材料自身的特點(diǎn)，改進(jìn)澆道系統(tǒng)，澆注環(huán)境（溫度，壓強(qiáng)等），創(chuàng)新出來的更能契合新材料時(shí)代高精尖科技產(chǎn)品發(fā)展需要（如渦輪引擎，軍工部件等等）的成形技術(shù)，這需要我更深的去學(xué)習(xí)和領(lǐng)會(huì)。.金屬塑性成形也作金屬壓力加工，是利用金屬的塑性，在外力的作用下，產(chǎn)生塑性形變的一門工藝。現(xiàn)實(shí)生活中的板材、線材、管材等等都離不開塑性成形。它的特點(diǎn)是勞動(dòng)生產(chǎn)率高，產(chǎn)品尺寸精度高，但生產(chǎn)設(shè)備龐大，能耗偏高。基本的塑性成形有：軋制、剪切、沖壓、拉伸等；由基本方式組合而成的多元一體的成型手段有：鍛造一縱軋（輥鍛，鍛造一橫軋（楔橫軋）；根據(jù)熱成型還有環(huán)軋，生產(chǎn)過程中振動(dòng)沖擊小，節(jié)能節(jié)材，設(shè)備噸位要求低，成本相較鑄造低，生產(chǎn)出的環(huán)件表面光潔度高，廣泛應(yīng)用于機(jī)車、航空、船舶、化工等領(lǐng)域。一個(gè)典型的塑性成形技術(shù)就是拉拔。從字面上理解，就是用外力作用于被拉金屬，將金屬坯料從模孔中拉出，以獲得相應(yīng)的形狀和尺寸的制品的一種塑性加工方法。由于拉拔多在冷態(tài)下進(jìn)行，因此也叫冷拔或冷拉。最開始投入應(yīng)用的是有模拉拔，它分為有芯和無芯兩種，無芯生產(chǎn)出來的是線材、棒材，有芯生產(chǎn)出來的是管材，它的優(yōu)點(diǎn)在于尺寸精確，表面光潔;工具、設(shè)備簡單；但這種“硬拉”的手段帶來很多加工困難：低塑性、金屬長度受限等等。無模拉拔是一種新型的拉拔工藝，它是一種無約束加工，不用凹模的拉拔工藝，其辦法是在對(duì)金屬坯料拉伸的同時(shí)進(jìn)行局部加熱。由于加熱區(qū)的變形阻力小，變形集中在該部分。若將金屬棒連續(xù)移動(dòng)（v1>v2）時(shí)，變形區(qū)也就移動(dòng)，得到均勻的金屬棒材。此外還有半無模拉拔、無模拉軋、脹形、沖壓等很多由拉拔轉(zhuǎn)化而來的技術(shù)，但各種塑性成形都以金屬材料具有塑性性質(zhì)為前提，都需要有外力作用，都存在外摩擦的影響，都遵循著共同的金屬學(xué)和塑性力學(xué)規(guī)律。二、總結(jié)除了兩大加工工藝外，還有焊接成形、粉末冶金、材料表面工程、3D打印、特種電磁成形、智能化成形這幾大類成型方法，向下劃分出更細(xì)的加工工藝，由此看來，材料成型控制實(shí)在是一門應(yīng)用極廣，內(nèi)容寬泛的學(xué)科，需要我們真正投入到其中，去摸索工藝背后的機(jī)理和本質(zhì)，這樣才能推陳出新，使我們的工業(yè)水平不斷地向前發(fā)展。這個(gè)時(shí)代是新材料的時(shí)代，而新材料又是在傳統(tǒng)材料基礎(chǔ)上通過新的工藝處理所獲得的具有新功能，高性能的材料，隨著時(shí)代的發(fā)展，材料加工將在很大程度上影響著新材料的創(chuàng)新，開拓新的加工工藝領(lǐng)域已勢在必行。21世紀(jì)是以材料為基礎(chǔ)的知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，誰掌握了最先進(jìn)的材料，誰就能在高科技及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展上占有主動(dòng)權(quán)，因此，我國也大力發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)，提出來“新材料強(qiáng)國”材料2035項(xiàng)目”等等戰(zhàn)略，加緊對(duì)高精尖材料的研發(fā)，相信在“工業(yè)4.0“十三五”的時(shí)代，我們國家能引領(lǐng)世界新材料的發(fā)展，作為材料界的中流砥柱大國，讓材料經(jīng)濟(jì)有一個(gè)質(zhì)的飛躍，讓新材料加工技術(shù)遍地開花！三、感悟?qū)W了這門課，深刻的體會(huì)到自己所學(xué)的不夠，正所謂“活到老學(xué)到老”，不是我們不去學(xué)習(xí)某方面知識(shí)，而是我們無形中為自己專業(yè)下了個(gè)套，怎么講呢？我們現(xiàn)在講專業(yè)，實(shí)際把我們束縛住了，認(rèn)為計(jì)通學(xué)院的就該搞計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)，機(jī)械學(xué)院的就該搞工程控制、機(jī)械自動(dòng)化等等，本來學(xué)生應(yīng)該全面發(fā)展的，但卻是自身屏蔽了新知識(shí)，因而柯俊院士提出要搞“大材料”，改革本科教學(xué)，但我們大學(xué)生自身也應(yīng)該對(duì)知識(shí)更包容，更開放，所謂“無所不學(xué)”，但我說的并不是淺嘗輒止的意思，而是確實(shí)了解，到將來我們參加一些會(huì)議，或是大家高談闊論的時(shí)候，我們可以讓他人看來是有所學(xué)，增加了共同話題，而不是“不知所云，云里霧里”，所以我們要做一個(gè)全面發(fā)展的人，要不然讓人笑話“搞材料加工的不明白金屬物理，學(xué)編程的不了解區(qū)塊鏈，學(xué)醫(yī)學(xué)的不懂生物制藥”,大學(xué)科內(nèi)的知識(shí)互通和學(xué)科間的知識(shí)互通，乃至學(xué)科與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的知識(shí)互通都是非常必要，但這又是當(dāng)今大學(xué)生所缺乏的學(xué)習(xí)態(tài)度，需要我們不斷去培養(yǎng)。與時(shí)俱進(jìn)，創(chuàng)新發(fā)展是一個(gè)永恒的話題，大學(xué)生更應(yīng)該走在時(shí)代的前列，勇于科創(chuàng)，敢于投身于材料大廈的建設(shè)中，畢竟一個(gè)產(chǎn)業(yè)、一個(gè)科技方向越是發(fā)展的快，它帶來的阻力越是大，往往一個(gè)東西發(fā)展不下去的時(shí)候，便是它被淘汰的時(shí)候，試想，100年前的工藝誰還記得，更甚，二三十年前的工藝也將要被淘汰，據(jù)摩爾定律，計(jì)算機(jī)CPU芯片是每18個(gè)月更新?lián)Q代一次，運(yùn)行速度翻番，現(xiàn)在可能更短。物猶如此，人何以堪？大學(xué)生應(yīng)該有意識(shí)的去把自己培養(yǎng)成某一領(lǐng)域的專業(yè)人才，通過自學(xué)，獲得收獲感，而這種收獲感會(huì)激勵(lì)自身創(chuàng)造出更大的科技財(cái)富，而且領(lǐng)域之間存在相通性，用本領(lǐng)域的所學(xué)去看待其他領(lǐng)域存在的問題，往往比該領(lǐng)域的建設(shè)者有更寬廣的視野，從而提出更有建設(shè)性，創(chuàng)新性的建議“旁觀者清”莫不如此。說到創(chuàng)新，不得不說顛覆，“顛覆”一詞也是老師經(jīng)常強(qiáng)調(diào)的，如果說創(chuàng)新是發(fā)展，那顛覆更像一種改變，打破之前的發(fā)展方向，但獲得更是意想不到的巨大成果，比如“共享經(jīng)濟(jì)”，當(dāng)它被提出來時(shí)，并未受到太多重視，但當(dāng)共享單車出來的時(shí)候，這個(gè)自行車行業(yè)的發(fā)展被徹底改變了，這是一種全新的理念，人們的消費(fèi)觀也有一個(gè)質(zhì)的變換，這，就是顛覆。而我們材料產(chǎn)業(yè)呢？是不是也應(yīng)有顛覆性的改變呢？這是無疑的，而智能化就是一個(gè)方向，材料借助智能化，能帶來顛覆性，這也是無疑的。自動(dòng)控制，機(jī)器人的應(yīng)用，“無人工廠”會(huì)普及，不單單是材料生產(chǎn)通過智能擬合虛擬云計(jì)算我們可能不通過實(shí)地實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)材料，設(shè)計(jì)材料，從而顛覆性的解決成本和安全問題。但顛覆性也是有負(fù)面作用的，它可能會(huì)對(duì)某一產(chǎn)業(yè)造成致命性沖擊，那這個(gè)產(chǎn)業(yè)也會(huì)走到盡頭，但這也不是一個(gè)壞處，畢竟“優(yōu)勝劣汰，適者生存”，我們?nèi)祟愖裱笞匀坏囊?guī)律，推陳出新，才能永遠(yuǎn)進(jìn)步，試想幾百年、幾千年乃至上萬年后，我們?nèi)祟?，將?huì)變成現(xiàn)在我們口中的“外星人，高度的智慧化，必將帶來高度的幸福感，雖然很多東西已經(jīng)進(jìn)了博物館（到時(shí)候可能根本沒有實(shí)體博物館），但我們誰會(huì)為這些古老的技藝感到惋惜呢？未來，終將被顛覆。四、致謝最后，感謝劉老師給了我機(jī)會(huì)，與其說是一個(gè)課堂，不如說是一個(gè)平