1材料成形绪论
工程材料及其成型基础大纲
工程材料及其成型基础大纲一、概述1.工程材料及其成型的定义和概念2.工程材料的分类及应用领域3.工程材料的性能要求和测试方法二、金属材料1.金属材料的分类和特点2.金属的晶体结构和缺陷3.金属的力学性能及其测试方法4.金属材料的热处理和强化机制5.常见金属材料的应用和加工工艺三、非金属材料1.非金属材料的分类和特点2.非金属材料的结构和性能3.非金属材料的应用领域和特殊性能4.非金属材料的加工和成型工艺四、高分子材料1.高分子材料的分类和特点2.高分子材料的结构和性能3.高分子材料的加工和改性方法4.常见高分子材料的应用领域和加工工艺五、复合材料1.复合材料的概念和分类2.复合材料的结构和性能3.复合材料的增强机制和界面特性4.复合材料的制备和成型工艺5.常见复合材料的应用领域和加工方法六、成型工艺1.金属材料的成型方法和工艺流程2.非金属材料的成型方法和工艺流程3.高分子材料的成型方法和工艺流程4.复合材料的成型方法和工艺流程七、表面处理与涂装1.表面处理的目的和方法2.金属材料的表面处理工艺3.非金属材料的表面处理工艺4.涂装技术及其应用八、工程材料的环境损伤与防护1.工程材料在使用过程中的损伤类型和机理2.工程材料的防护措施和方法3.工程材料的可持续发展和环境保护九、新材料与材料设计1.新型工程材料的研究和应用现状2.材料设计的原则和方法3.材料设计与工程实践以上为工程材料及其成型基础大纲的主要内容，通过对材料基本概念、分类、性能和加工工艺的介绍，使学生能够掌握工程材料的选择、设计和加工方法，进而提高工程实践能力。
材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化ce
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常见的金属材料热加工成形的主要装备
A、铸造成形
1）重力作用下的铸造 砂型铸造：各类造型机、制芯机、铸型输送机及辅助装备、落砂机、 砂处理设备、清理设备等
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常见的金属材料热加工成形的主要装备
A、铸造成形
1）重力作用下的铸造
金属型铸造：金属型铸造机
组合成有机的联合体，用各种控 制装置和执行机构进行控制，协 调各台设备（或各工序）的动作， 校正误差、检验质量，使生产全 过程按照人们的要求自动实现， 并尽量减少人为的操作与干预。
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2) 工业自动化系统一般由如下部分组成
自动化生产中应用的系统一般包括： 自动机床； 物料自动搬运系统； 自动装配机； 流水生产线； 信号检测数据采集系统； 计算机过程控制系统； 支持制造活动用来收集数据、进行规划和做出
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1. 材料的分类
① 金属材料：钢铁、铜合金、铝合金、镁合金等 ② 有机高分子材料：塑料、树脂、橡胶等。 ③ 无机非金属材料：几乎包括除金属材料、高分子材料以外的
所有材料，主要有：陶瓷、玻璃、胶凝材料（水泥、石灰和 石膏等）、混凝土、耐火材料、天然矿物材料等。 ④ 复合材料：“由两个或两个以上独立的物理相，包括粘结材 料（基体）和粒料、纤维或片状材料所组成的一种固体产 物”。复合材料的组成分为两大部分：基体与增强材料。 ⑤ 材料还可以根据其性能特征、用途、状态等分类。如下表：
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结构材料
力学性能 （建筑、机器等）
1. 材料的分类
材料的分类
材料成形原理--固态成形部分
机械学院--固态成形部分《材料成形原理》习题解（1）绪论1、什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？答：在外力的作用下使金属材料发生永久的塑性变形而不破坏其完整性的能力称为金属的塑性。
金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法称为塑性成形。
塑性成形的特点是（1）组织、性能好；（2）材料利用率高；（3）如在模具中成型，尺寸精度高，生产效率高。
第六章1、如何完整的表示受力物体内任一点的应力状态？原因何在？答：为了完整的表示受力物体内任一点的应力状态，围绕该点切取一平行于坐标轴的六面体作应力单元体，用三个微分面上的应力来完整的描述该点的应力状态。
在一般情况下表示一点的应力状态须用九个应力分量来描述，由切应力互等定理，只须用六个应力分量来描述，如果以主轴作坐标系，一点的应力状态只须用三个应力分量来描述。
应力单元体，应力张量，应力莫尔圆，应力椭球面都是点的应力状态的表达方法。
2、叙述下列术语的定义或含义：张量：张量是矢量的推广，可以定义由若干个当坐标系改变时满足转换关系的分量所组成的集合为张量应力张量：在一定的外力条件下，受力物体内任一点的应力状态已被确定，如果取不同的坐标系，表示该点的应力状态的九个应力分量将有不同的数值，而该点的应力状态并没有变化，因此，在不同坐标系中的应力分量之间应该存在一定的关系。
符合数学上张量之定义，表示该点的应力状态的九个应力分量构成一个二阶张量，称为应力张量。
应力张量不变量：应力状态特征方程式中的系数J1、、J2、J3、不随坐标而变，所以将J1、、J2、J3、称为应力张量的第一、第二、第三不变量。
主应力：切应力为零的微分面称为主平面，主平面上的正应力称为主应力。
主切应力：切应力达极大值的微分面称为主切应力平面，主切应力平面上的切应力称为主切应力。
最大切应力：三个主切应力中绝对值最大的一个。
主应力简图：只用主应力的个数及符号来描述一点应力状态的简图。
新版材料合成与制备.pdf
第一章绪论1．材料按化学组成可分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料四类。
2．材料合成与制备是通过一定的途径，从气态、液态或固态的各种不同原材料中得到化学上及性能上不同于原材料的新材料。
研究内容：一是研究新型材料的合成方法；二是研究已知材料的新合成方法、新合成技术，从而指定节能、经济、环保的合成路线及开发新型结构和功能的材料。
3．材料科学与工程的四个基本要素：合成与加工、组成与结构、性质、使用性能。
第二章无机材料合成实验技术1．表征真空泵的工作特性的四个参量：起始压强、临界反压强、极限压强、抽气速率。
2．平衡分离过程：借助分离媒介（如热能、溶剂或吸附剂）使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。
3．速率分离过程：在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速率的差异实现组分的分离。
4．吸附分离过程：利用混合物中各组分与吸附剂表面结合力强弱的不同，即各组分在固体相（吸附剂）和流体相间的吸附分配能力的差异，使混合物中难吸附组分与易吸附组分得以分离。
特点：①多数吸附剂具有良好的选择性，同时，被吸附组分又可在不同的条件下脱附，方便被吸附组分的分别收集和吸附剂的再生利用；②吸附剂化学稳定性好，分离所得产物纯度高；③吸附与解吸速度快，为快速分离和获得小体积淋洗液创造了条件；④吸附剂价廉易得，实验操作简单；⑤为了增加表面作用位置，吸附剂通常制成多孔结构和大比表面积。
吸附机理：⑴吸附作用机理复杂，包括静电吸附、氢键作用、离子交换、络合作用等多种物理和化学过程；⑵从分子间作用力的观点来看，吸附作用是吸附剂表面的立场与吸附质分子之间相互作用的结果，主要是物理吸附；⑶硅胶、Al2O3表面含有大量羟基及O原子，能与许多物质形成氢键。
氢键和电荷转移相互作用均产生较强的吸附能；⑷极性吸附剂与极性分子之间的吸附力较强，选择性也较高。
材料成形概论-绪论
0 绪论 ——成形技术发展概况0.1 材料加工技术分类0.2 金属材料的应用和进展0.2.1 金属材料的应用0.2.2 成形技术的作用和地位0.2.3 材料成形技术的分类0.2.4 成形技术的发展方向简介：金属材料加工发展史• 青铜器时代• 铁器时代• 近代金属多种类及其加工发展阶段• 现代加工技术发展阶段一、简介：金属材料加工发展历史，四个阶段：青铜器时代(成形加工以铸造为主)铁器时代（仍以铸造为主，出现锻造）近代金属多种类及其加工发展阶段（金属材料种类增加，铸锻焊轧）现代加工技术发展阶段（控制技术、计算机技术、材料科学、管理科学、冶金技术的多重学科综合发展的结果），其中控制技术又包括控制论、系统工程、运筹学、应用数学等多门学科和技术。
所以，现代加工技术是多门新兴科技综合发展的结果，这种发展速度要比旧时的单科目发展迅速得多。
青铜器时代铁器时代近代金属多类及其加工发展阶段现代加工技术发展阶段0.1 成形加工技术分类⏹成形加工种类：铸造加工、机加工、压力加工、连接加工（焊接、粘接、铆接等）⏹每一种加工涉及到的技术：金属材料制备技术、成形与加工技术、检测技术、控制技术、计算机技术、管理技术制备技术：包括冶金技术、粉体制备、人工晶体制备、复合制备技术成形与加工技术：凝固成形、塑性加工、连接成形、注射成形连接成形技术分为：焊接技术、机械连接技术、胶结技术等0.2 金属材料的应用和进展0.2.1金属材料的应用建筑、交通运输、家庭用具、医疗卫生、工业设备、电力设备、石油矿产、军事国防…金属材料技术的几次重大进展及其特征0.2.2成形技术的作用和地位⏹金属材料制备、成形加工→金属材料结构与性能→金属材料的后续工艺性能和使用性能⏹金属成形加工技术不仅决定材料的使用形状，而且影响材料的结构和性能以及之后的工艺性能和最终的使用性能。
举例：石油钻杆、自行车车架、电工钢、预应力钢丝悬索桥、不锈钢刀片、汽车。
成形加工的地位：1、加工流程的承上启下2、对材料的进一步改善和强化3、对材料的使用有着决定性作用4、带动相关技术进步0.2.3材料成形技术的分类⏹按成形时金属材料的状态分：气态、液态、半固态、固态加工⏹按成形加工方式分：机加工、凝固（铸造）加工、塑性（压力）加工、粉末冶金（压力铸造）、连接（焊接、机械连接、胶接）加工0.2.4 成形技术的发展方向⏹技术综合例如：计算机控制技术+材料连接技术⏹学科交叉例如：智能化+材料+量子物理⏹过程一体例如：发动机涡轮叶片加工过程成形技术在现代工业中的地位●建筑、航运、冶金、化工、电子、机械等●关键的制造技术●为现代工业不可分离的组成部分●前沿技术：动载、强韧、高压、低温、耐蚀、智能控制本章内容要点：•各主要成形机理的发现对人类文明的推动作用•现代成形的主要方法•现代成形技术所涉及到的学科本章学习要求：●了解各主要成形原理●了解现代成形的主要技术●了解成形技术发展所涉及到的学科本章复习与思考题●各种成形方法的优越性是什么？●各成形方法有何特点？●现代成形中有哪些主要典型方法？。
《材料成型检测及控制》课程教学大纲
《材料成型检测及控制》课程教学大纲英文名称：Measuring and Controlling of Material Forming process课程类型：学科基础课课程要求：必修学时/学分：56/3.5（讲授50学时、实验6学时）适用专业：材料成型及控制工程一、课程性质与任务材料成型检测及控制是材料成型及控制工程专业学生学习和掌握各类检测器件工作原理、控制理论及应用，和成型装备中常用液压传动过程及控制的学科基础课。
通过本门课程的学习，掌握材料加工领域中温度、压力、速度、位移等常用的非电量检测原理基础和技术、实例应用；掌握自动控制原理；掌握接触器控制、液压传动系统及其控制的基本理论和实际应用。
本课程是工科学生将来学习材料成型工艺、材料成型设备、材料成型过程控制等课程的理论和实践基础。
本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本方法的讲解；在培养实践能力方面着重工程应用能力和基本工程设计技能的训练，使学生对材料工程中检测与控制技术有较深入的了解并具备一定的创新设计能力。
二、课程与其他课程的联系学生在学习本课程之前除学习高等数学、大学物理等基础课程外，还必须先行学习电工技术基础、电子技术基础、材料工程导论、材料科学基础、工程制图、机械设计、专业认识实习等课程。
学生学完本课程，为材料成形设备、材料成形工艺、专业生产实习等后续课程的学习打下坚实基础。
三、课程教学目标1．了解检测与控制的物理量、技术手段、检测方法，掌握材料成型应用中常用检测器件基本原理、应用方式方法和信号处理原则，具备传感器选择与利用的基本能力，具备检测信号处理的基本能力，支撑毕业能力要求1.1、2.1、3.2；2、学习自动控制理论知识，掌握时域分析的方法和手段，掌握一般控制系统的驱动控制技术，具备成型控制系统的分析和计算能力，支撑毕业能力要求1.1、2.1、3.2；3．学习并掌握液压传动基础原理、基本控制回路及其控制方法，具备复杂液压成型设备的分析和计算能力，支撑毕业能力要求1.1、2.1、3.2；4．理解材料成型过程检测与控制科学原理与实验方法，掌握典型控制系统实验方法，获得实验技能的基本训练，培养学生的工程实践学习能力，培养追求创新的意识和自主学习意识，支撑毕业能力要求4.2；5．培养学生树立正确的设计思想，了解检测与控制设计相关规范和制约因素，具备运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力，并能够利用电气原理图、系统结构图等进行书面交流，支撑毕业能力要求10.1；四、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容教学要求学时教学方式对应课程教学目标1 一、绪论1、材料成型检测方法及技术2、常见检测与控制物理量与应1、了解检测与控制方法，了解检测与控制技术发展现状2 讲授1、2、3用3、检测与控制技术发展2、掌握检测与控制量及其应用方向2 二、检测器件与检测技术1、传感器定义、组成与分类2、工程中常用传感器结构及原理详细讲解热电式、电阻式、电感式、电容式、霍尔器件、光电式传感器结构及原理3、传感器信号处理方法4、传感器适用原则5、传感器新发展1、了解传感器定义、组成及分类，了解传感器发展2、掌握热电式、电阻式、电感式、电容式、霍尔器件、光电式传感器结构及原理3、重点掌握霍尔器件、压电器件及其应用4、掌握传感器信号处理方法和适用原则8 讲授、讨论1、53 三、检测仪器仪表1、工程中常用检测仪器仪表2、磁电式仪表结构、原理及应用3、电位差计结构、原理及应用4、热电偶材料、结构、原理及应用5、应力应变仪器仪表结构、原理及应用6、数字式仪表结构、原理及应用示例7、传感器测量及应用实验1、了解常用仪器仪表分类及其作用2、掌握磁电式仪表、电位差计、热电偶、应力应变仪及数字化仪表的结构、原理，熟悉各类仪表应用实例。
材料成形绪论讲义课件
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未来，随着新材料、智能制造和绿色制造等领域的快速发展，材料成形技术将迎来更多的发展机遇和挑战。
材料成形技术的发展历史悠久，最早可追溯到古代的铸造和锻造技术。
材料成形的工艺方法
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02
利用砂型生产铸件的方法，适用于各种合金和铸铁件的生产。
砂型铸造
熔模铸造
压力铸造
通过熔化易熔模料获得空腔铸型，常用于精密铸造。
轻质材料
如碳纤维复合材料，在汽车、航空航天和体育用品等领域的应用逐渐增多，以提高产品的强度和减轻重量。
高性能复合材料
具有高硬度、高耐磨性和耐高温等特点，在机械、电子和化工等领域有广阔的应用前景。
新型陶瓷材料
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
通过引入先进的工业机器人、自动化设备和传感器等技术，实现生产过程的自动化和智能化，提高生产效率和产品质量。
压力焊
利用熔点低于母材的金属作为钎料进行焊接。
钎焊
通过注射机将塑料熔体注入模具中成型。
注射成型
通过挤出机将塑料熔体挤出成型。
挤出成型
通过压延机将塑料片材压制成所需形状。
压延成型
材料成形的理论基础
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03
流变学是研究材料在应力、应变、温度等因素作用下，其形状和尺寸发生变化的科学。
材料成形绪论讲义课件
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材料成型技术基础--名词解释
名词解释一、二章(绪论+铸造成型)：1缩孔、缩松：液态金属在凝固的过程中，由于液态收缩和凝固收缩，因而在铸件最后凝固部位出现大而集中的孔洞，这种孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。
2顺序凝固：指采用各种措施保证铸件结构各部分，从远离冒口部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，实现由远离冒口的部分最先凝固再向冒口方向顺序凝固的凝固方式。
3同时凝固：由顺序凝固的定义可得。
4偏析：铸件凝固后截面上不同部位晶粒内部化学成分不均匀的现象称为偏析。
5:宏观偏析：其成分不均匀现象表现在较大尺寸范围，也称为区域偏析。
6微观偏析：指微小范围内的化学成分不均匀现象。
7流动性：液态金属自身的流动能力称为“流动性”。
8充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力叫充型能力。
9正偏析：当溶质的分配系数K>1的合金进行凝固时，越是后来结晶的固相，溶质的浓度越低，这种成分偏析称之为正偏析。
10逆偏析：当溶质的分配系数K<1的合金进行凝固时，越是后来结晶的固相，溶质的浓度越高，这种成分偏析称之为逆偏析。
11：自由收缩：铸件在铸型中收缩仅受到金属表面与铸型表面的摩擦阻力时，为自由收缩。
12：受阻收缩：如果铸件在铸型中的收缩除了受到金属表面与铸型表面的摩擦阻力，还受到其他阻碍，则为受阻收缩。
13：析出性气孔：溶解于熔融金属中的气体在冷却和凝固的过程中，由于溶解度的下降而从合金中析出，当铸件表面已凝固，气泡来不及排除而保留在铸件中形成的气孔。
14：反应性气孔：浇入铸型的熔融金属与铸型材料、芯撑、冷铁或熔渣之间发生化学反应所产生的气体在、铸件中形成的孔洞，称为反应气孔。
15：侵入性气孔：浇注过程中熔融金属和铸型之间的热作用，使型砂和型芯中的挥发物挥发生成，以及型腔中原有的空气，在界面上超过临界值时，气体就会侵入金属液而不上浮逸出而形成的气孔。
三章（固态材料塑性成型）1金属塑性变形：是指在外力作用下，使金属材料产生预期的变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。
《材料成形技术基础》绪论 ppt课件
净成形工艺（Net Shape Process) 新的工艺不断出现（例如：金属的半固态新的
工艺成形、喷射成形、金属的注射成形等等） 计算机技术的发展引起材料加工工艺的新革命 新型材料的成形（复合材料、金属材料）
绪论
课程性质
是机械工程类专业近机械工程类专业学生 必修的一门技术基础课，主要研究金属和非金 属零件或毛坯的成形方法特点、过程、原理及 设备。
材料成形技术发展
– 材料加工产品精密化、轻量化、集成化； – 产品性能高、成本低、周期短； – 材料加工原料与能源消耗低、污染少；制造性好、
成品率高； – 材料正由单一的传统型向复合型、多功能型发展； – 材料加工技术逐渐综合化、多样化、柔性化、多学
科化； – 全新加工
在机械制造工艺过程中，一般是先用热加 工的方法制造出零件的毛坯，再用冷加工的方 法进一步改变毛坯的形态，使其最终被加工成 合格零件。其间，为了改善材料的加工性能和 使用性能，通常还需对工件进行有关的热处理。
本课程主要叙述了机械制造过程中金属 材料的液态成形（铸造）、固态成形、 连接成形、粉末冶金及非金属 (塑料、 橡胶、陶瓷)材料成形等。
《材料成形技术基础》
课程简介
机械制造技术包含产品技术（Product Technology）和过程技术（Process Technology ）。
产品技术是以设计为中心，回答“做什么”。 过程技术是以工艺为核心，回答“怎么做”。包 括工艺、制造装备、工具、仪表和组织管理技术 及生产过程设计。
精品资料
全世界全世界75％的钢材经塑性加工，45％的金属结构用 焊接得以成形。
我国的铸造行业有我国的铸造行业有100 万职工， 2万多 个工厂， 2003 年产量达年产量达1,600 万吨，在世界上是 第一铸造大国。
材料成形技术基础--绪论 ppt课件
PPT课件
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第一章 绪论
图1.5 材料成形加工的过程模型
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第一章 绪论
1.2 现代制造过程的分类
1.2.1 质量不变过程 热处理过程 质量不变 ，只改变形状和性能 铸、锻过程 （a）锻造； （b）滚轧 （c）粉末压制；
（d）铸造
图1.6 质量不变过程
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第一章 绪论
1.2.2 质量减少过程 材料形状的改变是通过去除一部分材料完成的。
PPT课件
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第一章 绪论
即：在保证产品质量的前提下，成形过程要达到： 用材最少，能耗最低，成本最低。 具体内容简单介绍如下： 机械制造技术可分成两个部分： ① 以“设计”为中心的产品技术 ② 以“工艺”为核心的过程技术 “做什么” “怎么做”
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8
第一章 绪论
这里的“过程技术”涵盖了产品物化前的设计
包括材料的初始性能信息和经过各种成形过程后材料产生的性能变化之和。
比如：加工过程中，由于塑性变化，产生加工硬化, σ HB
总之，在产品加工过程中，材料过程、能量过程和信息过程三种基
本过程系统在控制信息（作用力、功率、摩擦与润滑以及切削用量、成形参数等 ）
的制约下相互作用，制造出所要求的产品。 如图1-5
质量减少过程材料的4种基本去除方法： （1）切削过程； （2）磨料切割、喷液切割、热力切割与激光切割、化学腐蚀等； （3）超声波加工、电火花加工和电解加工； （4）落料、冲孔、剪切等金属成形过程。
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第一章 绪论
1.2.3 质量增加过程 质量增加过程的特征是加工材料在过程结束时的质量
比过程开始时的最终质量有所增加。
机械制造工艺学第一章绪论
产品 制造
售后服 务回收
产品 销售
制造系统 是指覆盖产品全生命周期的制造活动所形成的 系统，即设计、制造、装配及整市理课场件 乃至回收的全过程。 12
三、机械制造科学技术的发展
沿着“广义制造”或称“大制 造”的方向发展
可以分为4个方面： 1. 现代设计技术、 2. 现代成形和改性技术、 3. 现代加工技术、 4. 制造系统和管理技术。
工序号
工序内容
设备
1
车一端面，钻中心孔*；
车床I
调头，车另一端面，钻中心孔
2
车大外圆及倒角；调头，车 车床II
小外圆、切槽及倒角
3 铣键槽、去毛刺
铣床
图7–1 阶梯轴
讨论：
生产规模不同， 工序的划分不一 样。
工序号
表7-2 大批大量生产的工艺过程
工序内容
设备
1 铣两端面，钻两端中心孔* 铣端面钻中 心孔机床
原材料
成品（机器）
§1.2 生产过程、工艺过程与工艺系统
• 生产过程按功能可划分为工艺过程和辅助过程。
u 辅助过程—为艺 过程服务的过程。
u 机械加工工艺过程 • 工艺过程— 直接改
变生产对象的形状、 尺寸和性质的过程。
• 工艺过程可逐级分 为工序、工步、走 刀以及安装、工位
机械零件(产品）的生产过程
造、低压铸造、负压铸造
液晶定向整理课件
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第一章 绪 论
1．去除加工
又称分离加工，是从工件上去除—部分材料而成形。 2．结合加工 结合加工是利用物理和化学方法将相同材料或不同材料结合在一 起而成形，是一种堆积成形、分层制造方法： 附着又称沉积，在工件表面覆盖一层材料，是—种弱结合，如：电镀 注入又称渗入，是在工件表面渗入某些元素，与基体材料产生 物化反应，以改变工件表面层材料的力学性质，是—种强结合， 如：渗碳、渗氮、氧化等；
材料成型原理及工艺第一章液态成型工艺基础理论
态 陷产生，导致成型件力学性能，
成 特别是冲击性能较低。
型 2. 涉及的工序很多，难以精确控
的 制，成型件质量不稳定。
缺 3.由于目前仍以砂型铸造为主，
点：
自动化程度还不很高，且属于热 加工行业，因而工作环境较差。
4.大多数成型件只是毛坯件，需 经过切削加工才能成为零件。
液态成型原理及工艺
冲天炉出铁
液态成型原理及工艺
绪论：
金属液态成型又称为铸造，
金 它是将固态金属熔炼成符合
属 液 态 成 型：
一定要求的液态金属，然后 将液态金属在重力或外力作 用下充填到具有一定形状型 腔中，待其凝固冷却后获得 所需形状和尺寸的毛坯或零 件，即铸件的方法。
制造毛坯或机器零件的重要方法。
液态成型原理及工艺
绪论：
的 游离原子
级，在此范围 内仍具有一定
近
液
的规律性。原
程
态
子集团间的空
结
空穴或裂纹 穴或裂纹内分
布着排列无规
有 序
构
则的游离的原
子。
液态成型原理及工艺
这样的结构不是静止的，而是 处于瞬息万变的状态，即原子 集团、空穴或裂纹的大小、形 态及分布及热运动的状态都处 于无时无刻不在变化的状态。 液态中存在着很大的能量起伏。
液 液态成型件在机械产品中占有重 态 要比例：
成 在机床、内燃机、重型机器中铸 型 件约占70％-90％；在风机、压
的 缩机中占60％-80％；在拖拉机
重 中占50％-70％；在农业机械中
要 占40％-70％；汽车中占20％-30
性 ％。
液态成型原理及工艺
液 态 成 型 的 优 点：
(1) 适应性广，工艺灵活性大
材料成形过程技术综合概述
1.2.3.1 焊接成形的基本问题
➢ (冶金)原理: 焊接热过程;物化冶金过 程;应力应变过程。
➢ 工艺及质量控制: 焊接方法的工艺特点; 工艺参数，焊接缺陷及检测。
➢ 设备与控制: 焊接电源;控制系统;配套 设备。
1.2.3.2 焊接技术的发展
真空状态）等； ⑶ 直接产生于加工材料中的质量力
实现机械基本过程的能源主要是电能源和化学能
二、 能 量 流 程 (续)
基本过程为热过程的能量流程
热基本过程所需热量通常由电能、化学能或机械能 转化而得。
热量可在加工材料内部直接产生（直接加热）； 也可在加工材料外部产生，然后再通过传导、对流、 辐射等传递给加工材料（间接加热）。
1.2.1 凝固成形
凝固成形： 熔炼化学成分合格的金属，并 将熔融液态金属浇注、压射或吸入预制的型 腔中，凝固成为一定形状和性能的毛坯和零 件。凝固成形工艺有铸造、液态冲压和液态 模锻等。
铸造成形工艺的特征是质量不变过程， 它包括液态金属充填型腔和冷却凝固两个基 本过程。充填主要是机械过程，而凝固是热 过程。
1.2.2 塑 性 成 形
塑性成形：利用金属在外力作用下所产生的塑性 变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的 原材料、毛坯或零件的工艺方法。称为塑性成形， 亦称压力加工。
常见方法：轧制、挤压、拉拔、体积成形和板料 冲压等。
塑性成形属直通过程，主要基本过程是塑性 变形；能量类型主要是电能和化学能。形状信息 是由含有一定形状信息量的工模具和工模具与被 加工材料的相对运动共同产生，性能信息来自材 料自身性质和成形过程中的转变特性。
发散流程 对应于质量减少过程，其特点是零件最终的几 何形状局限在材料的初始几何形状内。也就是说，材料改变 是通过去除一部分材料形成的。相应的加工方法有传统的切 削加工，电火花加工、电解加工、热切割和冲裁等。发散流 程的材料只能是固态。
(完整版)工程材料及材料成型技术基础
§1-1 材料原子(或分子)的相互作用
1、离子键 当正电性金属原子与负电性非金属
原子形成化合物时，通过外层电子的重 新分布和正、负离子间的静电作用而相 互结合，故称这种结合键为离子键。
离子晶体硬度高，强度大，脆性大。 如氯化钠，陶瓷。
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2、共价键 当两个相同的原子或性质相差不大的
原子相互接近时，它们的原子间不会有电 子转移。此时原子间借共用电子对所产生 的力而结合，这种结合方式称为共价键。
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3．陶瓷材料 ① 普通陶瓷—主要为硅、铝氧化物的硅酸盐材料. ② 特种陶瓷—高熔点的氧化物、碳化物、氮化物
等烧结材料。 ③ 金属陶瓷—用生产陶瓷的工艺来制取的金属与
碳化物或其它化合物的粉末制品。 4．复合材料 是由两种或两种以上的材料组合而成的材料。 ①按基体相种类分：聚合物基、金属基、 陶瓷基、 石墨基等。 ②按用途分：结构、功能、智能复合材料。
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本部分重点
1)工程材料的概念
– 制造工程结构和机器零件使用的材料
2)工程材料的分类
• 金属材料
钢铁材料 有色金属及其合金
• 有机高分子材料
塑料 橡胶等
• 陶瓷材料 • 复合材料
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第一章 工程材料的结构与性能
§1-1 材料原子(或分子)的相互作用
当大量原子(或分子)处于聚集状态时， 它们之间以键合方式相互作用。由于组成 不同物质的原子结构各不相同，原子间的 结合键性质和状态存在很大区别。
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绪论
一、材料的发展史
材料(metals) 是人类用来制作各种产品的物质，是 先于人类存在的，是人类生活和生产的物质基础。 反映人类社会文明的水平。
1 . 石器时代 ：古猿到原始人的漫长进化过程。原料： 燧石和石英石。 2. 新石器时代：原始社会末期开始用火烧制陶器。 3. 青铜器时代：夏(公元前2140年始)以前就开始了 4. 铁器时代：春秋战国时期(公元前770～221年)开始 大量使用铁器
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论
机电学院机械工程系赵友亮制作
绪
论
一、本课程的性质和内容 二、材料成形技术的发展及其应用 三、本课程的学习目的和学习方法
一、本课程的性质和内容
1、本课程的性质与在专业课程体系中作用
本课程是研究材料成形方法的技术基础课，是机械 类及近机类各专业必修的一门课程。实践性、综合 性、应用性强。
2、本课程的内容
我国对材料成形技术发展的贡献
原始社会后期开始有陶器和制陶技术；
世界上应用铜、铁最早的国家，形成了青铜文化；
战国时期发明了炼钢技术，用于制造农具和兵器； 铸造技术源远流长，形成中国古代三大铸造技术； 锻造和焊接技术也历史悠久，最早使用粘接技术； 《天工开物》是世界上最早的有关科学著作之一；
抓住“成形原理－成形方法及应用－成形工艺设计 －成形件的结构工艺性”这一条主线； 结合工程训练的实践经历； 结合平时日常生活中接触到的机械产品实例； 在以后的课程学习、课程设计、生产实习、毕业实 习和毕业设计中加以练习应用，从而融会贯通。
课程考核：作业 出勤 考查 考试
10分 10分 10分 70分
生产流水线和现代生产管理制度的应用，使材料成 形生产实现了高效、低耗和大批大量生产的目标。
2、材料成形技术在国民经济中的作用
材料成形技术在工业生产的各个部门和行业 都有应用，尤其对于制造业来说更是具有举足 轻重的作用。 制造业是指所有生产和装配制成品的企业 群体的总称，包括机械制造、运输工具制造、 电气设备、仪器仪表、食品工业、服装、家具、 化工、建材、冶金等，它在整个国民经济中占 有很大的比重。
陶器
瓷器——中国文化的象征 最早生产瓷器的国家。 东汉时期发明了瓷器。 于9世纪传到非洲东部 和阿拉伯国家，13世纪传到 日本，15世纪传到欧洲。 瓷器成为中国文化的象征，对世界文明产 生了极大的影响。 中国瓷器畅销全球，名誉四海。
铁在农业上的广泛应用，推动了以农业为中 心的科学技术日益进步。我国从公元前 3世纪起，即 秦汉时代起就进入农业经济发达社会，到了唐宋 时代，经济繁荣，科学文化发达，处于盛世，形成 了我国封建社会的科学文化高峰。正如英国李约瑟 博士所说的：“在3～13世纪，中国保持一个让西方 人望尘莫及的科学知识水平”。
18世纪和19世纪发生的以蒸汽机的发明和 电气技术的应用为代表的第一次和第二次技术 革命，极大地改进了材料成形生产的能源结构， 有力地推动了材料成形技术的发展。 蒸汽— 空气锤、水压机、模锻压力机、高 速冲床等的使用， 使金属锻压工艺彻底改变了 传统的 “手工打铁” 的落后方式，进入到现代 机械化生产的行列。
材料成形基础作为机械类和近机专业学生的 一门技术基础课，本课程主要涉及的是与机械制 造有关的材料成形工艺的基础知识。 机械制造是将原材料制造成机械零件，再由零 件装配成机器的过程。其中机械零件制造在整个机 械制造的过程中占据了很大的比重，而成形加工又 是机械零件制造的主要工作。
随着科学和生产技术的发展，机械制造所用的材料已扩展 到包括金属、非金属和复合材料在内的各种工程材料，因此 机械产品的成形加工也就不再局限于传统意义上的金属加工 的范畴，而是将非金属和复合材料等的成形加工也包含进来。
材料成形技术是伴随着人类使用材料的历史而 发展的。 在人类使用材料之初，通过将天然材料石头、 陶土打制成石器和烧制成陶器，就诞生了最原 始的材料成形工艺。
陶器与瓷器的发明和使用 新石器时代(公元前6000年～公元前 5000年)，中华民族的先人们用粘土烧制 成陶器。 甘肃马家窑文化时期的 等。
冶金机械 建筑机械 交通工具 环保设备
动力机械
纺织机械 家用电器
制造业
机器制造 农业机械
通讯设备 出版印刷
军事装备 医疗设备
网络媒体 文化娱乐
化工设备
当今制造业的社会功能
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统计资料表明： 占全世界总产量将近一半的钢材是通过焊接制成件 或产品后投入使用的； 在机床和通用机械中铸件质量占70％～80％； 农业机械中铸件质量占40％～70％； 汽车中铸件质量约占20％，锻件质量约占70％； 飞机上的锻件质量约占85％； 家用电器和通信产品中60％～80％的零部件是冲压 件和塑料成形件。
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3.5 2 2.5 2.5 1.5 1 2.5 2.5 1 3 1 1 28 1.5 0.5 0.5 2.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
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4.5 2 2.5 3 2 1 2.5 3 1.5 3 1.5 1.5 32
二、材料成形技术的发展及其应用 1、材料成形工艺的发展历史与趋势
三、本课程的学习目的和学习方法
1、应达到的基本要求：
掌握各种成形方法的基本原理、工艺特点和应用场合；
了解各种常用的成形设备的结构和用途； 具有进行材料成形工艺分析和合理选择毛坯（或零件） 成形方法的初步能力； 具有综合运用工艺知识，分析零件结构工艺性的初步能 力。
2、学习方法：
重在内容的理解，注意培养分析能力；
我国河北沧州的 五代铁狮、湖北 当阳的北宋铁塔 等，都是世界著 名的巨型铸件。
我国明朝科学家宋应星所著《天工开物》 一书中，记载了冶铁、炼铜、铸钟、锻铁、焊 接、淬火等多种金属成形和改性方法及生产经 验，是世界上有关金属加工工艺最早的科学著 作之一。 我国古代在材料加工工艺方面的科技水平 曾在世界上长期居于领先地位，但在封建社会 的后期（尤其明朝的重修长城），社会和技术 发展出现了停滞。
铸造成形
汽缸体铸件
锻压成形
焊接
搅拌摩擦焊接（FSW）过程
镁合金搅拌摩擦焊接
陶瓷制品
塑料制品
橡胶制品
3、教学内容安排
时数 课程内容 绪论、学习方法和注意事项 1 1 教学环节 讲课 实验 习题 讨论 小记
第1章 金属液态成形 液态成形理论基础
第1章 金属液态成形 铸造方法与现代铸造成形技术 第1章 金属液态成形 铸造工艺设计与铸件结构工艺性 第2章 金属塑性成形 塑性成形理论基础 第2章 金属塑性成形 锻造成形和冲压成形工艺 第2章 金属塑性成形 其他和现代塑性成形技术 第2章 金属塑性成形 锻压件结构工艺性与工艺设计 第3章 金属连接成形 焊接理论基础 第3章 金属连接成形 焊接工艺方法与现代焊接成形技术 第3章 金属连接成形 焊接工艺设计 第4章 非金属及粉末冶金材料成形 各种成形工艺 第5章 机械零件毛坯的选择 第6章 毛坯质量检验简介 机动时间0.5学时 总计 说明：难点重点以启发讲解、讨论为主，其余鼓励学生自学； 习题每次15分钟，两次0.5学时，类似于闭卷考试。
没有先进的材料成形工艺，就没有现代制造业。
板料成形 汽车工业是材料成形技术应用最广的领域。钢材
约45%）、铝合金（约13%）及铸铁（约7%）通过 Sheet-Metal Forming Processes 锻压、焊接和铸造成形。
焊接 Welding
铸造 Casting
非金属材料成形
锻造 Forging
钢铁时代
（Steel Age）
1885年发现了气体放电电弧作为电弧焊接的 热源，1886年发明了电阻焊，从此电焊便成为现 代焊接技术的主流。 20世纪中期以后，随着计算机、微电子、信 息和自动化技术的迅速融入，在涌现出一大批新 型的成形技术的同时，材料成形加工生产已开始 向着优质化、精密化、绿色化、信息化和柔性化 的方向发展。
瓷器制造自古以来就享有盛名，瓷器远销国外。
国外对材料成形技术发展的推动
16世纪以后，世界的工业和科技中心向欧美转移；
18世纪的第一次技术革命发明了蒸汽机：
使金属锻压工艺彻底改变了传统的“手工打铁”的落后方式， 进入到机械化现代化生产的行列；
19世纪的第二次技术革命应用了电气技术：
电焊成为现代焊接技术的主流；