材料成型技术的现状及发展趋势
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作者: 苏晓全
摘要：随着社会的不断发展，各个领域对材料的需求也越来越大。材料成型技术决定了材料的产品质量与生产规模，本文通过对现阶段铸造、锻造、焊接等几种常用材料成型技术现状进行分析，展望材料成型技术的发展趋势。
关键词：材料成型技术；现状；发展趋势
现代工业产品质量的好坏已经不仅仅取决于材料自身的属性，更取决于能否利用合适的材料成型技术来充分发挥材料的特点。材料成型技术影响着材料产品的质量、性能、用途等各个方面，也影响着现代工业发展。
一、我国材料成型技术的现状
（一）铸造技术现状
铸造技术主要用于金属材料，它是通过将金属熔炼成液体注入到铸型中，经过凝固、清理后得到预先设计的尺寸、形状和性能的铸件的材料成型工艺。铸造按照不同方式分类有众多的种类，比如按铸型分类有砂型铸造和金属型铸造；按金属液的浇注工艺可以分为重力铸造和压力铸造等。总之，铸造现代材料制造工业是最基本、最常用的工艺。
现代铸造主要是快速成型技术，是指通过CAD模型直接驱动，计算机控制加热喷头根据截面轮廓信息做平面运动和高度方向运动，丝材由供丝机送至喷头加热融化后涂覆在工作台上，精确地由点到面，由面到体积的堆积成零件。目前市场上常见的成型方法已经有十余种，比如立体平版印刷法，逐层轮廓成型法，光掩模法融化堆积法和选择性激光烧结法等[1]。
我国材料铸造成型工艺技术水平远远落后于世界发达国家水平，具体体现在：铸件的质量差，工艺水平较低，加工余量过多；大型铸件的厚大断面存在宏观偏析、晶粒粗大等问题；铸件裂纹问题较多；浇注系统设计存在卷气、夹杂等缺陷，使铸件的出品率和合格率较低；能源和原材料利用水平较低；环境污染严重等众多方面。
（二）电焊技术现状
电焊也是材料成型中经常用到的技术之一，它主要应用于材料的连接、造型、封闭等方面。当前，我国主要使用的电焊成型技术主要有弧焊、电阻焊和特种焊等几种。弧焊技术主要是气体保护焊和内燃机动力焊，常用于铁轨、油管、气管等材料的焊接；激光焊、电子束焊以及搅拌摩擦焊等特种焊接技术也开始应用在我国材料成型方面[2]。
目前，我国的电焊技术仍存在着一些问题，比如，对环境的高污染，对施工人员的健康危害较大，且对电焊施工人员的技术水平要求较高；另外，焊接大量地依靠人工操作，产品生产效率较低，人工失误容易造成产品质量的不合格等。
（三）锻造技术现状
锻造是通过工具相对运动来改变工件厚度或截面形状的方法，是一种传统的机械加工工艺。现代锻造技术几乎可以把任意一种金属锻压成形，并使金属内部质量得到一定程度的改善。
当前我国材料锻造成型技术主要应用于汽车、航空、电子、家电等工业领域当中，锻压技术主要有冷冲压、热模锻、单机联线自动化和大型多工位压力机等方式。我国的锻造技术还主要依靠于人工操作，存在着生产效率较低，人身安全和工作环境较差，冲压制件产品质量较差，人工成本较高等众多问题。
综上所述，材料成型技术是汽车、能源、机械造船等国家支柱产业和国防工业的关键基础加工技术，但是我国在材料成型核心领域或关键技术方面还有较大的差距。比如军用或民用飞机中的燃气轮机叶片、大型水电工程水轮机的叶轮等方面，依然比较依赖于进口。
二、材料成型技术的发展情况
高速发展的工业技术要求材料成型技术的精确化、轻量化、集成化，随着新科学技术的不断出现，材料成型技术也在不断变革。近年来，铸造、电焊及锻造等材料成型技术都有所升级与革新。
（一）铸造技术的发展
铸造技术在近年来出现了液压塑性成型、精密锻造、镁及铝合金半固态成型、钛合金成型等新技术。在汽车工业出现了可控压力铸造、消失模铸造以及压力铸造等新一代汽车发动机薄壁铝合金缸体铸件的新方法；在航空工业中，则出现了用定向凝固熔模铸早生产高温合金单晶体燃气轮叶片的方法。另外，随着金属基复合材料、金属间化合物材料等新材料的研究开发，新的材料成型方法也不断涌现。比如材料电磁成型加工、金属基复合材料液态喷射成型技术、激光直接加工成型技术等的[3]。
（二）电焊技术的发展
电焊技术的发展进步主要体现在逆变式焊接电源所占的比重越来越大；自动、半自动电焊机，尤其是高效节能的CO2焊接得到快速发展；熔化极气体保护焊已经逐渐取代手工电弧焊成为电焊的主流；焊机的操作趋向于简单化、智能化；在汽车、造船、工程机械和航空航天等领域使用智能化焊接机器人等。另外，专业配套的焊接设备应用的范围也越来越大。
（三）锻造技术的发展
锻造技术的发展表现为材料柔性自动化技术的提升，工业装备的数控化、自动化、柔性化蓬勃发展。锻压技术主要用于汽车工业，随着汽车工业的快速发展不断更新进步，由于现代汽车工业生产规模化、车型个性化、车型批量小、变化快、多车型生产和车身覆盖一体化大型化等特征，要求锻压技术必须放弃以前的加工单一品种刚性生产的方法，升级为具有高柔性和高效率的自动化锻压设备。
三、材料成型技术的发展趋势
（一）高效节能
随着工业的不断发展，对材料的需求量越来越大，这就意味着材料成型的时间必须缩短，材料生产的规模需要扩大，也就是材料成型的效率需要得到提高。而未来能源必然会愈加紧张，能源浪费高的材料成型技术将不再适合时代的要求，节省能源的材料成型技术将会成为社会的主流。所以，高效节能是未来材料成型技术发展的趋势所在，以提高产品的生产效率和质量，减少能源消耗[4]。
（二）绿色环保
社会的发展使人们的健康和绿色环保意识越来越强，对生活和工作环境有了更高的要求，高污染、作业环境恶劣以及对人体危害较大的材料成型技术会逐渐被人们放弃，转而研发洁净环保的新型材料成型技术，以降低对环境产生的噪音、气体、水资源等方面的污染，提高工作人员的人身健康安全。
（三）数字化与智能化
数字化是建立数字化数据体系，实现设计体系、制造技术以及检测与后加工的数字化。数字化技术体系的建立，能够减少材料生产中各个环节产生的误差，加强整个生产过程的监督检验。智能化是指在材料成型的生产过程中，对材料生产的各个环节实施智能化控制技术，优化生产工艺和流程，以提高产品的产量和质量[5]。
（四）自动化
自动化是材料成型技术发展的必然趋势。随着工业发展对材料产品生产规模和生产质量稳定性要求的提高，提升材料生产过程的自动化就显得十分有必要。它可以改变材料制造中劳动密集型特征，解决材料生产中的人工失误和生产效率等问题，达到提高制造效率和产品质量的目标。
结语：
工业技术的迅速发展和国际竞争的日益激烈，要求材料成型产品性能高、成本低、周期短。为了生产高精度、高质量和高效率的产品，材料成型技术就需要从传统的单一型走向复合型、多功能型，变得综合化、多样化、多科学化。加快材料成型技术的发展进步，是适应国际市场，参与全球竞争的必然要求。
参考文献：
[1] 黄利银.磁性粉末材料成型技术研究综述[J].热加工工艺，2013，4：70-73.
[2] 黄蕾.浅析材料成型技术的现状及发展趋势[J].青春岁月，2013，9：485.
[3] 谭放.复合材料帽形框架整体成型技术[J].宇航材料工艺，2013，4：58-62.
[4] 万宏昌.试论材料成型及控制与自动化技术[J].投资与合作，2013，7：233-233.
[5] 王晓明，虞付进，王琳琳等.材料成型技术基础实验教学改革初探[J].科教导刊，2014，1：123-124.
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