材料成形技术和新材料.doc

材料成形技术及新材料 ` 一、项目定义 项目名称：材料成形技术及新材料 项目所属领域：基础产业和高新技术 涉及的主要学科：材料加工工程（国家重点学科）、材料 学、材料物理化学 项目主要研究方向： ● 塑性精成形及模具CAD/CAE/CAM的集成 ● 铸造合金新材料及其精密成形 ● 汽车现代焊接成形与控制 ● 纳米材料相变及组织与性能 功能新材料在塑性精成型中的应用 二、项目背景 1．项目建设意义 材料加工工程在先进制造技术中占有重要地位，是发展高新技术产业和传统工业更新换代的重要科学基础和共性技术。其中囊括高效、精密的加工工艺、装备和检测技术，低能耗、低成本产品的流程制造，集成、柔性、智能化制造系统，是工程可持续发展与绿色制造体系的重要组成部分。 材料科学的基础研究为新材料、新技术提供理论基础，是现代国防、机械、汽车等支柱产业发展的共性基础。同时，材料科学基础研究揭示物质本质，促进成形新型材料，引导新型技术和行业，产生新的支柱产业。材料合成与加工新技术研究包含纳米结构材料和金属加工、聚合物加工、陶瓷加工、复合材料加工、快速凝固、超纯材料、近终型加工等各类合成与加工的基础研究。根据材料的服役效能来调整成份、组织、结构、进而对材料的制备工艺进行设计，将使材料在强韧性、抗摩擦、抗冲击、抗腐蚀等方面的性能大大提高，对材料科学的全面发展起关键促进作用。 吉林大学材料加工工程学科是国家重点学科，在师资队伍、人才培养、科学研究和设备条件等方面，居国内先进地位。以材料加工工程学科为核心，结合材料学、材料物理与化学，加强内涵建设、重视专业外延，强调团队精神，突出个性特色。力争跟住世界先进水平、缩小差距，在本学科群中的一些有相对优势的研究分支（金属塑性与超塑性、无模成形、变质铸造、纳米材料及应用和功能材料等）继续保持世界先进水平，对于我国在材料科学与工程领域实现教学和科研水平的跨越式发展有重要意义。 2．国际水平 材料加工工程、材料学和材料物理与化学是一个既有近亲关系，又有个性特色的综合学科。近十年来，理论创新、技术创新和学科之间交叉、融合所产生的新兴学科，更是层出不穷，形成了材料科学和加工工程领域的概貌。其基本特点是已形成基础理论、应用基础理论、技术和产品交互支持并互相反馈的动态局面。 目前国外铸造领域的研究热点是以凝固理论为基础，研制新型铸造合金、开发传统合金的改性，并落实在先进精密成形工艺与装备方面。从国际上看，大部分凝固理论的基本概念和观点都是外国学者提出来的；在半固态成形方面，奠基性的理论是由MIT的学者提出来的；新型合金方面，在细化、净化、均匀化和微合金化等领域近年来国际上又有新的发展。CAD/CAE/CAM的集成，以美国的Procast软件为代表的新型软件可谓接蹱问世。 在塑性成形领域，国际上在航空、航天、精密仪器和医疗器械等行业，虽然广泛应用了超塑性技术，但在变形和成形的力学规律、微观物理机理，特别是宏观规律与微观机理相衔接的定量研究方面并没有重大的进展。在塑性变形及其成形规律的研究仍基本处于20世纪60年代的状态。由于有限元的研究和三维智能化的迅速发展，特别是在模具CAD/CAE/CAM系统集成的诸多新成果，使塑性精密成形有了突破性的进展，如塑性冷温精密成形，已经使圆柱和圆锥直齿轮利用闭塞锻造成形后，无须经过机械加工就可直接使用。无模多点成形，在国外虽然有几十年的研究与开发，但至今还处于实验室的研究阶段，距产业化尚有相当的距离。 在焊接领域，当今国际焊接技术研究的发展总趋势是焊接过程控制系统的智能化、焊接生产系统的柔性化和集成化及先进材料（陶瓷材料、复合材料、有序金属间化合物和功能材料等）的连接机理、方法与工艺研究。随着机器人运动学和动力学、传感技术、控制技术的迅速发展，在弧焊机器人接头跟踪，焊接机器人的离线编程技术，机器人焊接动态过程智能化控制等方面不但取得突破性进展，而且在工业发达国家已用于生产实际。近年来先进材料连接机理的研究，虽然也取得较大进展，但目前仍处于实验室研究阶段。 材料学和材料物理与化学在现代工业中的应用，特别是机械和汽车零部件中的应用虽然在国外受到普遍重视，但尚属初起阶段，有许多空白可供人占领。 3．国内水平 我国近几年来，除计算机辅助设计（CAD）、计算机集成制造系统（CIMS）之外，重点发展的先进制造技术包括超塑成形与扩散连接、精密成形、快速原型制造（RPM）技术、金属材料热成形过程的模拟、超精密加工、数控工业机器人和分布式网络化制造技术等。尽管如此，我国机械制造业的水平仍然很低，1995年人均制造业增加值仅为203.5美元，而美国1995年人平均已达到1530美元。此外，由于长期习惯于仿造外国产品，我国的制造业和加工业缺乏创新能力。同时，基础较为落后、投入力度有限，所以产品呈现“出不去，挡不住”的局