材料加工的案例
《材料加工CAD/CAE/CAM技術基礎 》
【商品目錄】
前言
第一節 概論
第一節 CAD/CAE/CAM基本概念
第二節 CAD/CAE/CAM系統集成
第三節 材料加工CAD/CAE/CAM
第四節 CAD/CAE/CAM發展趨勢
第二章 材料加工CAD技術基礎
第一節 CAD系統的組成與分類
第二節 CAD系統的三維造型技術
第三節 CAD系統的數據信息交換
第四節 CAD系統的智能化技術與優化分析技術
第三章 材料加工CAE技術基礎
第一節 概述
第二節 傳熱過程模擬
第三節 流動過程模擬
第四節 應力分析
第五節 微觀組織模擬
第四章 材料加工CAM技術基礎
第一節 概述
第二節 數控機床的有關功能規定
第三節 數控加工工藝知識
第四節 數控編程
第五節 數控電火花線切割加工的程序編制
第五章 材料加工CAD/CAE/CAM的實際應用
第一節 液態成型
第二節 板料成形
第三節 焊接成形
第四節 塑料注射成型
第五節 快速成型
第六章 材料加工領域主流的CAD/CAE/CAM系統介紹
第一節 Unigraphics簡介
第二節 Pro/E簡介
第三節 Solidworks簡介
第四節 Mastercam簡介
參考文獻
展開 21世紀的材料成形加工技術
中國工程院士 清華大學 柳百成
［摘要］論述了材料成形加工技術的作用及地位，介紹了快速產品與工藝開發系統、新一代制造工藝與裝備、模擬與仿真3項關鍵先進制造技術，指出輕量化、精確化、高效化將是未來材料成形加工技術的重要發展方向。
關鍵詞：先進制造技術 材料成形加工 精確成形加工 模擬仿真 并行工程 綠色制造
1 材料成形加工技術的作用及地位
中國已是制造大國，僅次于美、日、德，居世界第4位。中國雖是制造大國，但與工業發達國家相比，仍有很大差距，表現在：（1) 制造業的勞動生產率低，不到美國的5%；（2）技術含量低，以CAD為例，仍停留在繪圖功能上；（3）重要關鍵產品基本上沒有自主創新開發能力。
材料成形加工行業是制造業的重要組成部分，材料成形加工技術是汽車、電力、石化、造船及機械等支柱產業的基礎制造技術，新一代材料加工技術也是先進制造技術的重要內容。鑄造、鍛造及焊接等材料加工技術是國民經濟可持續發展的主體技術。據統計，全世界75%的鋼材經塑性加工成形，45%的金屬結構用焊接得以成形。又如我國鑄件年產量已超過1400萬t，是世界鑄件生產第一大國。汽車結構中65%以上仍由鋼材、鋁合金、鑄鐵等材料通過鑄造、鍛壓、焊接等加工方法成形。
但是，我國的材料成形加工技術與工業發達國家相比仍有很大差距。舉例說, 重大工程的關鍵鑄鍛件如長江三峽水輪機的第一個葉輪仍從國外進口；航空工業發動機及其他重要的動力機械的核心成形制造技術尚有待突破。因此，在振興我國制造業的同時，要加強和重視材料成形加工制造技術的發展。
高速發展的工業技術要求加工制造的產品精密化、輕量化、集成化；國際競爭更加激烈的市場要求產品性能高、成本低、周期短；日益惡化的環境要求材料加工原料與能源消耗低、污染少。
展開 汽車輕量化的關鍵：復合材料切削加工方案
目前，對于環境問題的重視以及節能減排的迫切需求，各國在汽車以及軌道交通領域對于復合材料的應用加大了研發的投入，各大企業也在復合材料應用方面不斷推動技術創新，以拓展復合材料應用范圍，提高自身競爭力。復合材料的種類繁多，特性也各異，那么在汽車行業中，都使用哪些復合材料？材料有哪些特點？怎樣選擇合適的刀具？成功的刀具方案可提高復合材料機械加工的質量和效率，節省成本并提高產品競爭性。
復合材料加工中出現的問題
復合材料與金屬材料在機械加工中有著很大的區別，復合材料在加工的過程中容易產生毛刺、分層、刀具磨損、樹脂燒熔等問題，我們通常會通過選擇合適的刀具材質、刀具刃型、加工工藝和合理的加工參數來避免。
（1）毛刺（見圖1）。由于切斷效果不好，使得材料周圍有剩余纖維。針對這樣的問題，需要提高刀具的鋒利性。
圖1
（2）分層（見圖2）。沿著刀具切削力的方向，如果切削力過大，通常會造成表面的材料被撕裂，造成分層。 對于這種問題，需要通過對刀具刃型設計和切削參數的調整來避免。
圖2
（3）刀具磨損（見圖3）。刀具磨損是復材加工中比較常見的問題。加工復材的纖維強度， 樹脂種類等都會引起刀具的磨損，需要根據材料和加工工況合理選擇刀具。
圖3
（4）樹脂燒熔。部分復合材料使用的樹脂耐高溫程度較低，在快速切削的過程中產生的切削熱容易引起樹脂燒熔。
復合材料種類
汽車行業使用復合材料主要有以下幾種：
1.金屬基復合材料
金屬基復合材料除了具有高比強度、高比模量和低熱膨脹系數等特點，它還有耐高溫、防燃、橫向強度和剛度高、不吸潮、高導熱和高導電以及抗輻射性能好的特點。在汽車行業，采用顆粒增強和短纖維增強的鋁基和鎂基復合材料，主要用在汽車制動盤、制動鼓、保持架、驅動軸和發動機零件上。
展開 加工！材料難搞怎么辦，不要慌，這里有秘籍
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目前，金屬切削技術已經提高很多，但對于難加工材料的切削效率還很低，如何提高切削效率，降低加工成本，是現在制造業面對的主要問題。
難加工材料有哪些
隨著航空航天、石油、化工、兵器及原子能等工業的蓬勃發展, 各種難加工材料也得到廣泛的應用，其中以不銹鋼、鈦合金、淬硬鋼等材料最具代表性。
不 銹 鋼
材料加工硬化性大，在切削過程中，被加工材料會產生塑性變形；不銹鋼的導熱率低，切削加工時切屑帶走熱量少，切削點的溫度上升，導致刀具壽命變短；同時，不銹鋼親和性大，易使刀尖產生積屑瘤和后刀面產生附著物，從而使被加工表面精度下降。
鈦 合 金
鈦合金的切削加工性表現為：密度小、導熱性差、切削加工時切削熱不易擴散，導致刀具壽命很短。鈦合金的親和力大；具有高的化學活性，易與相接觸的金屬親和，導致粘結、擴散加劇、刀具磨損；鈦合金彈性模量低、彈性變形大，會使已加工表面與后刀面的接觸面積大，磨損嚴重。
淬 硬 鋼 材 料
主要特點是硬度、強度高, 塑性、導熱性差。在切削過程中，切屑與前刀面接觸長度短, 因此切削力和切削溫度集中在切削刃附近,易使刀具磨損和崩刃。
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MSC.MARC在材料加工工程中的應用 第1～3章
MSC.MARC在材料加工工程中的應用 1.rar
MSC.MARC在材料加工工程中的應用 2.rar
2018第十五屆先進成型與材料加工技術國際研討會
香港科技大學霍英東研究院誠邀您參與2018第十五屆先進成型與材料加工技術國際研討會
【SAMT第十五屆國際研討會】
第十五屆先進成型與材料加工技術國際研討會將于8月17-19日在銀川市召開，由銀川市人民政府、先進成型技術學會主辦，會議主題圍繞”工業4.0先進技術、智能制造技術、汽車輕量化的新技術及新應用、模具制造新技術、材料成型及模擬技術、先進成型工藝相關機械設備及節能新工藝“等領域。
目前已邀專家包括：國家知識產權局局長申長雨院士、大連理工大學蹇錫高院士、美國俄亥俄州立大學李利教授、多倫多大學/加拿大/韓國兩地院士Chul Park教授、美國威斯康星大學童立生教授、臺灣中原大學陳夏宗副校長/教授、香港科技大學高福榮教授，以及國內各大頂尖學校的專家學者、產業界重量級人士。
詳情請查看附件！如有興趣可隨時撥020-34685689咨詢
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展開 LS-DYNA中的材料加工，制造過程及破壞分析-無網格SPG方法
基于網格的數值方法（如FEM 等）在模擬材料破壞過程時具有局限性。為更好地模擬三維材料、結構中的損傷/破壞行為，LS-DYNA開發了無網格光滑粒子伽遼金法（SPG）。該方法直接在節點上進行空間積分，避免了其他無網格法采用的背景網格空間積分法帶來的局限性。為了準確模擬材料的開裂過程，SPG方法開發了鍵斷裂破壞模型，該模型采用多種斷裂準則處理復雜應力情況下材料損傷斷裂過程。
目前，SPG方法已經成功的在材料加工，制造過程及破壞分析中得到廣泛的應用，涉及到的材料有：金屬，復合材料，混凝土，橡膠，木材和骨頭等材料。可以模擬的加工過程有各種連接過程加工，切削，磨削，鉆孔-拉出等。
本文將簡要介紹SPG方法的基本概念、主要功能及其應用，包括材料失效分析方法，汽車行業應用（機械連接工藝及接頭強度）；制造業及電子工業行業應用（橡膠的下料、切割、鉆孔、研磨、超聲波切割，各種材料的螺紋成型，混凝土、金屬、木料）；Defense高速撞擊侵徹（侵徹混凝土和金屬目標）；生物醫學/牙科行業，如牙鉆/植入，插針（插入橡膠），骨鉆/拔出等。
SPG方法概述及主要特征
由于涉及材料的非連續性，目前為止材料失效分析仍然是CAE模擬分析中的難點問題，當我們把有限元和材料失效/破壞分析聯系在一起，通常默認使用單元刪除法，而單元刪除法會破壞收斂準則，同時也會導致非物理的響應，如力和力矩的響應會降低，或不能得到正確的損傷形態。
展開 多個激光束的材料加工應用
新型工藝
激光焊接工藝的研究重點主要是工藝流程的優化及加工質量的改善。我們將闡釋具有不同參數的多光束激光加工在車身釬焊、硅鋁合金鍍層不銹鋼板焊接以及聚合物與金屬材料焊接的應用。
從重工業到消費電子產品行業，激光器都是一種不可或缺的材料加工工具。人們普遍將激光材料加工工藝視為是一種成熟的、能夠提高生產力的加工工藝，并不斷尋求將其拓展至新的應用領域。最近，這種探索產生了一種在單一工件上，使用多條光束同時照射、每條光束都根據整個工藝而優化過的有趣趨勢。
本文將著重介紹3種多光束激光加工應用
首先，我們介紹三光點釬焊如何利用整體配合的光束對高強度的汽車材料焊接且外形美觀。
接下來，高強鋼兩步焊接中激光清潔使激光焊接獲得良好的強度和一致性。
最后，我們將了解激光金屬表面織構如何使高強度高密封性的聚合物與金屬焊接在一起。這些意味著具有不同芯徑、脈寬甚至是波長的多條光束相互配合可獲得前有未有的加工效率。
三光點釬焊
激光器的特性對于汽車行業很重要，是因為激光焊接獲得了更高的焊接強度而用的焊料最少，同時提高了安全性并更為經濟。這主要是由于其焊接強度高、材料使用少，同時還提高安全性，使燃料減少。當激光焊接普遍用于汽車生產制造時，人們更傾向于用更為美觀的工藝來滿足沿車頂和汽車內部可見焊縫部位的生產需要。
與普通焊接相比，釬焊是一種無需熔化基材而進行焊接的工藝。對于汽車應用而言，激光能量熔化焊絲將2個鋼或者鋁合金表面無縫焊接在一起。汽車廠商需要在噴漆前進行簡單清理以實現真正無縫焊接的釬焊工藝。
電鍍低碳鋼釬焊的研究重點是焊接質量及焊縫外觀。特別是留在鍍鋅層上的氧化物和污染物，它們是造成飛濺和邊緣粗糙的主要原因。
展開 不銹鋼材料加工難點分析
不銹鋼材料加工難點主要有以下幾個方面：
1. 切削力大，切削溫度高
該類型材料強度大，切削時切向應力大、塑性變形大，因而切削力大。此外材料導熱性極差，造成切削溫度升高，且高溫往往集中在刀具刃口附近的狹長區域內，從而加快了刀具的磨損。
2. 加工硬化嚴重
奧氏體不銹鋼以及一些高溫合金不銹鋼均為奧氏體組織，切削時加工硬化傾向大，通常是普通碳素鋼的數倍，刀具在加工硬化區域內切削，使刀具壽命縮短。
3. 容易粘刀
無論是奧氏體不銹鋼還是馬氏體不銹鋼均存在加工時切屑強韌、切削溫度很高的特點。當強韌的切屑流經前刀面時，將產生粘結、熔焊等粘刀現象，影響加工零件表面粗糙度。
4. 刀具磨損加快
上述材料一般含高熔點元素、塑性大，切削溫度高，使刀具磨損加快，磨刀、換刀頻繁，從而影響了生產效率，提高了刀具使用成本。
主要是降低切削線速度，進給。采用專門加工不銹鋼或者高溫合金的刀具，鉆孔攻絲最好內冷。
不銹鋼零件加工工藝
通過上述加工難點分析，不銹鋼的加工工藝及相關刀具參數設計與普通結構鋼材料應具有較大的不同，其具體加工工藝如下：
1.鉆孔加工
在鉆孔加工時，由于不銹鋼材料導熱性能差，彈性模量小，孔加工起來也比較困難。解決此類材料的孔加工難題，主要是選用合適的刀具材料，確定合理的刀具的幾何參數以及刀具的切削用量。鉆削上述材料時，鉆頭一般應選用W6Mo5Cr4V2Al、W2Mo9Cr4Co8等材質的鉆頭，這些材質鉆頭缺點是價格比較昂貴，而且難以采購。
展開 不銹鋼材料加工難點分析
不銹鋼材料加工難點主要有以下幾個方面：
1. 切削力大，切削溫度高
該類型材料強度大，切削時切向應力大、塑性變形大，因而切削力大。此外材料導熱性極差，造成切削溫度升高，且高溫往往集中在刀具刃口附近的狹長區域內，從而加快了刀具的磨損。
2. 加工硬化嚴重
奧氏體不銹鋼以及一些高溫合金不銹鋼均為奧氏體組織，切削時加工硬化傾向大，通常是普通碳素鋼的數倍，刀具在加工硬化區域內切削，使刀具壽命縮短。
3. 容易粘刀
無論是奧氏體不銹鋼還是馬氏體不銹鋼均存在加工時切屑強韌、切削溫度很高的特點。當強韌的切屑流經前刀面時，將產生粘結、熔焊等粘刀現象，影響加工零件表面粗糙度。
4. 刀具磨損加快
上述材料一般含高熔點元素、塑性大，切削溫度高，使刀具磨損加快，磨刀、換刀頻繁，從而影響了生產效率，提高了刀具使用成本。
主要是降低切削線速度，進給。采用專門加工不銹鋼或者高溫合金的刀具，鉆孔攻絲最好內冷。
不銹鋼零件加工工藝
通過上述加工難點分析，不銹鋼的加工工藝及相關刀具參數設計與普通結構鋼材料應具有較大的不同，其具體加工工藝如下：
1.鉆孔加工
在鉆孔加工時，由于不銹鋼材料導熱性能差，彈性模量小，孔加工起來也比較困難。解決此類材料的孔加工難題，主要是選用合適的刀具材料，確定合理的刀具的幾何參數以及刀具的切削用量。鉆削上述材料時，鉆頭一般應選用W6Mo5Cr4V2Al、W2Mo9Cr4Co8等材質的鉆頭，這些材質鉆頭缺點是價格比較昂貴，而且難以采購。而采用常用的W18Cr4V普通標準高速鋼鉆頭鉆孔時，由于存在頂角較小、切屑太寬而不能及時排出孔外、切削液不能及時冷卻鉆頭等缺點，再加上不銹鋼材料導熱性差，造成集中在刀刃上的切削溫度升高，容易導致兩個后刀面和主刃燒傷及崩刃，使鉆頭的使用壽命降低。
展開 
一文帶你了解復合材料：復合材料的種類、加工及應用
各種天然纖維已被用于生產綠色復合材料，包括亞麻、劍麻、劍麻、棉花、大 麻和龍舌蘭。它們是豐富的可利用和可再生的。農業副產品，如甘蔗渣、玉米稈也被用作增強材料。
4. 混合型復合材料：
混合復合材料是指用兩種或兩種以上的纖維或填充物來增強單一聚合物，或用一種或多種纖維或填充物來增強聚合物混合物。與單獨增強的聚合物復合材料相比，混合型復合材料具有更好的拉伸性能。在不同填充物增強聚合物基體的情況下，一種填充物彌補了另一種填充物的缺點，即混合復合材料中的一種填充物可能是昂貴的，并具有較高的拉伸模量，而另一種填充物可能是廉價的，具有較低的拉伸模量。
然而，在合成纖維和天然纖維增強聚合物復合材料中，合成纖維的加入有助于減少吸濕性和提高性能，而天然纖維可減少碳足跡和最終產品的價格。混雜復合材料的性能取決于多種因素;這些因素包括纖維載荷、纖維的排列和取向、纖維的分散、纖維尺寸以及纖維與聚合物基體或基體之間的界面粘附。混合可以通過結合合成纖維和合成纖維、合成纖維和天然纖維、天然纖維和天然纖維以及在增強聚合物復合材料中加入納米填料（如納米粘土、碳納米管、石墨片和金屬氧化物納米顆粒）來實現。
復合材料加工：
聚合物復合材料有許多加工技術。這些方法包括溶劑鑄造、熔融復合、壓縮成型、注射成型、擠壓成型等。選擇一種特定的加工方法取決于所需的應用、聚合物的類型和要使用的增強材料。
1. 溶劑鑄造法：
這種方法被廣泛用于制備生物復合材料，它需要少量的聚合物基體和增強材料。在這種方法中，聚合物被溶解在一個合適的溶劑系統中。溶解后，加入增強材料以制備均勻的混合物。當達到均勻性時，通過汽化或沉淀去除溶劑，形成薄膜。
展開 高性能螺桿針對化學發泡及長玻纖材料的加工解決方案
從圖5 左圖中可清晰看到，針對于標準螺桿而言其無法打開材料粒子中的玻纖束，使得玻纖在產品的部分區域產生團聚；而圖5 右圖中展示的為通過HPS-AT 螺桿加工產品的結果，其充分的將玻纖束打開并均勻的分散于產品的基材中。對于產品整體而言，玻纖束能夠被均勻分散是其討論機械強度與產品質量的前提，只有這樣長玻纖才能展現其作為增強材料的特殊性。
圖5：標準螺桿與HPS-AT 螺桿加工PP+LGF 長玻纖材料在產品上的表現
另外，長玻纖在產品中的最終保留長度作為最重要的指標一直受到業界的關注。通過對比實驗得到，HPSAT螺桿加工成型其玻纖重均長度保留值遠高于標準螺桿的情況，玻纖長度保留值提高了約65%。而在針對特定項目的產品中進行了相應的分析，其中在KM1600-12000MX 上生產汽車部件；選用高性能螺桿之HPS-AT D-120mm；材料選用全球知名線纜包覆法長纖粒料(Wire-Coated Fibers) 品牌PP+LGF20，工藝條件中配合適當的螺桿旋轉線速度與背壓設定；測試結果顯示玻纖重均長度達到4.31mm，其中大于1.0mm 的玻纖數量占據檢測樣本總量的83.6%；結果充分體現了HPS-AT 螺桿針對于這種特殊長玻纖材料出眾的加工性能。目前在諸多化學發泡技術及長玻纖產品量產項目中HPS-AT 螺桿都作為加工單元的核心備受業界認可。
結語
高性能螺桿HPS-AT 完美應對化學發泡技術與線纜包覆法長纖粒料(Wire-Coated Fibers) 的加工挑戰。在加工過程中不僅能將化學發泡劑分解出的氣體與塑料熔體充分混合，同時亦將玻纖束打開并均勻分散在樹脂基體中，最重要的是保證了最終產品中的有效玻纖長度；這使得在減重的同時將長纖材料的性能發揮的淋漓盡致。
展開 復合材料加工制樣
請問有人知道有哪些單位可以根據私人要求進行復合材料加工的嗎？（制作實驗樣件）我們學校現在條件不成熟。
復旦朱亮亮課題組通過光激發實現有機相AIE并可視化指導聚合物材料的溶液加工和自組裝
聚集誘導發光(AIE)已經越來越多的被應用于可視化材料領域。目前報道的實現AIE的經典方法，多是在體系中引入不良溶劑，例如往THF溶液中加入水，去促進分子聚集，從而實現AIE。可以看到，在AIE聚集體的制備過程中，水是必不可少的。然而，這一因素限制了許多聚合物的溶液加工過程。因此，實現有機相的AIE，可以突破溶劑類型對于可視化材料加工的限制，富有挑戰且有意義。
目前，基于特定化學反應的AIE分子已有報道，從而印證了上述的猜想。然而，這些例子還是在水相中進行并應用于生物領域。通過化學手段實現有機相中AIE的難點，主要是對于反應物和產物溶解性不同的控制。通過基于物理過程的光激發手段可以充分利用光子促進分子整體的運動并實現光照前后分子溶解性的改變，從而有望很好的解決之前提到的問題。
最近朱亮亮課題組通過光激發控制分子聚集的方法實現了有機相的AIE，并且得到了聚集誘導的室溫磷光發射。通過光照改變分子的構型而非化學結構從而實現分子聚集，并在一系列的有機溶劑中實現了超過200倍的發光強度的增加。并且，有機相AIE這與之前報道的光激發分子自松弛的例子完全不同，引入了穩態設計的概念，推動了基于物理變化的光激發材料加工和材料自組裝的可視化進程。作者使用了一系列不同的實驗方法和理論計算去支撐相關觀點，研究的學科交叉涵蓋了許多領域，例如物理有機化學，高分子化學，材料化學，光科學和納米科學。
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