材料成形CAD第一章概述
合集下载
【精品课件】材料成型概论第一章概述
课程的性质和任务
课程性质：
《材料成型概论》是一门关于材料成型工艺及技 术的专业课，通过本课程的学习，使学生系统 掌握金属塑性成型的理论基础和各种成型方法 原理、特点、成型工艺和成型设备，了解相关 的新工艺、新技术。
课程的性质和任务
课程任务
1. 了解工程材料的一般知识；常用金属材料的 分类和牌号。
随机点名，旷课三分之一本门课成绩以0分计
材料成型概论
第一章 材料成型概述 第二章 材料塑性成型的基础 第三章 轧制成型 第四章 挤压成型 第五章 拉拔成型 第六章 锻造成型 第七章 冲压成型 第八章 陶瓷成型
第一章 材料成型概述
1.1材料的发展与分类 1.1.1 材料的发展 1.1.2 工程材料的分类 ☆☆
锉刀 手 锤
材料在社会与社会发展中的地位石源自时代青铜器时代铁器时代
金属的使用标志着社会生产力的发展， 人类开始逐渐进人文明的社会。
钢时代的来临，引起世 界范围的工业革命。
硅时代
硅时代是信息技术革命的时代 对当今世界产生了深远的影响
钢时代
新材料是根据我们特定的需要设计和加工而成的， 这些新材料使新技术得以产生和应用，而新技术 又促进了新工业的出现和发展，从而对人类社会 的文明与经济发展，有着不可估量的作用。
1.2材料成型的方法和特点 1.2.1 材料成型的方法和特点 1.2.2 材料的关键要素 1.2.3 金属塑性成型的方法和特点 ☆☆ 1.2.4 轧制成型的发展及应用
1.1.1 材料的发展
材料是人类用来制造各种机器、构件和产品的物 质，是人类生产和生活的物质基础。
人类社会的发展伴随着材料的发明和发展，人类 的文明史是按材料发展阶段划分的，材料是人类 社会进步的里程碑。
课程性质：
《材料成型概论》是一门关于材料成型工艺及技 术的专业课，通过本课程的学习，使学生系统 掌握金属塑性成型的理论基础和各种成型方法 原理、特点、成型工艺和成型设备，了解相关 的新工艺、新技术。
课程的性质和任务
课程任务
1. 了解工程材料的一般知识；常用金属材料的 分类和牌号。
随机点名，旷课三分之一本门课成绩以0分计
材料成型概论
第一章 材料成型概述 第二章 材料塑性成型的基础 第三章 轧制成型 第四章 挤压成型 第五章 拉拔成型 第六章 锻造成型 第七章 冲压成型 第八章 陶瓷成型
第一章 材料成型概述
1.1材料的发展与分类 1.1.1 材料的发展 1.1.2 工程材料的分类 ☆☆
锉刀 手 锤
材料在社会与社会发展中的地位石源自时代青铜器时代铁器时代
金属的使用标志着社会生产力的发展， 人类开始逐渐进人文明的社会。
钢时代的来临，引起世 界范围的工业革命。
硅时代
硅时代是信息技术革命的时代 对当今世界产生了深远的影响
钢时代
新材料是根据我们特定的需要设计和加工而成的， 这些新材料使新技术得以产生和应用，而新技术 又促进了新工业的出现和发展，从而对人类社会 的文明与经济发展，有着不可估量的作用。
1.2材料成型的方法和特点 1.2.1 材料成型的方法和特点 1.2.2 材料的关键要素 1.2.3 金属塑性成型的方法和特点 ☆☆ 1.2.4 轧制成型的发展及应用
1.1.1 材料的发展
材料是人类用来制造各种机器、构件和产品的物 质，是人类生产和生活的物质基础。
人类社会的发展伴随着材料的发明和发展，人类 的文明史是按材料发展阶段划分的，材料是人类 社会进步的里程碑。
材料成型第一章
拉伸试验
常用的力学性能有：强度，刚度，塑性，硬度，韧性， 疲劳强度和断裂韧度，弹性
变形过程：
oe为纯弹性变形阶段
外力去除后试样完全恢 复原状 F(N) Fb
拉伸曲线
Fs
Fe
e以上为弹塑性变形阶段 es为屈服阶段
外力不增加，试样明显 伸长
sb为大量塑性变形阶段
外力增加不多，试样明 显伸长
bk为缩颈阶段
洛氏硬度试验
洛氏硬度特点
洛氏硬度测量的优点：操作简便，压痕小 可用于成品和薄形件 缺点：测量数值分散
HRC洛氏硬度适用于：淬火钢，调质钢 批生产零件 当HRC20-70 时有效
维氏硬度
采用夹角为136的四棱锥体金刚石压头，在 10~1000N的载荷作用下压入材料表面，计算 出单位压痕面积上的力，为维氏硬度，HV
在人类文明的进程中，材料大致经历了以下五个发展阶段。
1．使用纯天然材料的初级阶段
在原古时代，人类只能使用天然材料（如兽皮、甲骨、羽毛、树木、草叶、石块、泥 土等），相当于人们通常所说的旧石器时代。这一阶段，人类所能利用的材料都是 纯天然的，在这一阶段的后期，虽然人类文明的程度有了很大进步，在制造器物方 面有了种种技巧，但是都只是纯天然材料的简单加工。
4．材料的复合化阶段 20世纪50年代金属陶瓷的出现标志着复合材料时代的到来。随后又出现了玻璃钢、 铝塑薄膜、梯度功能材料以及最近出现的抗菌材料的热潮，都是复合材料的典型 实例。它们都是为了适应高新技术的发展以及人类文明程度的提高而产生的。到 这时，人类已经可以利用新的物理、化学方法，根据实际需要设计独特性能的材 料。 现代复合材料最根本的思想不只是要使两种材料的性能变成3加3等于6，而是要想 办法使他们变成3乘以3等于9，乃至更大。严格来说，复合材料并不只限于两类材 料的复合。只要是由两种不同的相组成的材料都可以称为复合材料。 5．材料的智能化阶段 自然界中的材料都具有自适应、自诊断合资修复的功能。如所有的动物或植物都 能在没有受到绝对破坏的情况下进行自诊断和修复。人工材料目前还不能做到这 一点。但是近三四十年研制出的一些材料已经具备了其中的部分功能。 这就是目前最吸引人们注意的智能材料，如形状记忆合金、光致变色玻璃等等。 尽管近10余年来，智能材料的研究取得了重大进展，但是离理想智能材料的目标 还相距甚远，而且严格来讲，目前研制成功的智能材料还只是一种智能结构。
材料成型第一章
的专业知识， 4）了解有关模具设计和产品设计、加工、制造方面的专业知识， 为后续课程的学习及从事机械零件设计、 为后续课程的学习及从事机械零件设计、制造及管理工作打下必要 的技术基础。 的技术基础。
2 本课程的主要内容
第1章 绪论 第2章 液态材料铸造成形技术过程 第3章 固态材料塑性成形过程 第4章 粉末压制和常用复合材料复合成形过程 第5章 固态材料的连接过程 第6章 非金属材料成形过程 第7章 模具 材料成形方案拟定及品质控制、 第8章 材料成形方案拟定及品质控制、再制造技术
4
现代制造过程分类
1.质量不变过程 1. 质量不变过程 2.质量减少过程 2. 质量减少过程 3.质量增加过程 3. 质量增加过程
教材及参考书
首选教材：
胡亚民主编， 《材料成形技术基础》第二版 胡亚民主编，重庆大 材料成形技术基础》 2008年 学出版社 2008年
参考书目：
施江澜主编， 1、《材料成形技术基础》第二版 施江澜主编，机 材料成形技术基础》 2007年 械工业出版社 2007年 2、《材料成型基础》 胡城立主编 武汉理工大学出 材料成型基础》 2001年 版社 2001年
非金属材料成形
锻造 Forging
1
应用背景
2 本课程的主要内容
材料成形技术基础》是机械类或近机械类专业的一门学科基础课， 《材料成形技术基础》是机械类或近机械类专业的一门学科基础课， 学习本课程的主要目的是使学生比较全面系统的获得机械制造中铸
造、压力加工、粉末成形、焊接、塑料、橡胶、陶瓷以 压力加工、粉末成形、焊接、塑料、橡胶、 及有关模具设计、加工、制造方面的专业知识。 及有关模具设计、加工、制造方面的专业知识。其主要任
务是介绍以下内容： 务是介绍以下内容： 1）制定铸造过程图，了解合金的熔炼与浇注过程的基本知识以及砂型 制定铸造过程图， 铸造、特种铸造和常见铸造缺陷等； 铸造、特种铸造和常见铸造缺陷等； 制定锻造与冲压过程图，了解材料塑性变形基本规律； 2）制定锻造与冲压过程图，了解材料塑性变形基本规律；了解粉末成 塑料、橡胶、陶瓷成型过程和板料冲压成形过程； 形、塑料、橡胶、陶瓷成型过程和板料冲压成形过程； 了解常用金属材料焊接过程基本知识； 3）了解常用金属材料焊接过程基本知识；
2 本课程的主要内容
第1章 绪论 第2章 液态材料铸造成形技术过程 第3章 固态材料塑性成形过程 第4章 粉末压制和常用复合材料复合成形过程 第5章 固态材料的连接过程 第6章 非金属材料成形过程 第7章 模具 材料成形方案拟定及品质控制、 第8章 材料成形方案拟定及品质控制、再制造技术
4
现代制造过程分类
1.质量不变过程 1. 质量不变过程 2.质量减少过程 2. 质量减少过程 3.质量增加过程 3. 质量增加过程
教材及参考书
首选教材：
胡亚民主编， 《材料成形技术基础》第二版 胡亚民主编，重庆大 材料成形技术基础》 2008年 学出版社 2008年
参考书目：
施江澜主编， 1、《材料成形技术基础》第二版 施江澜主编，机 材料成形技术基础》 2007年 械工业出版社 2007年 2、《材料成型基础》 胡城立主编 武汉理工大学出 材料成型基础》 2001年 版社 2001年
非金属材料成形
锻造 Forging
1
应用背景
2 本课程的主要内容
材料成形技术基础》是机械类或近机械类专业的一门学科基础课， 《材料成形技术基础》是机械类或近机械类专业的一门学科基础课， 学习本课程的主要目的是使学生比较全面系统的获得机械制造中铸
造、压力加工、粉末成形、焊接、塑料、橡胶、陶瓷以 压力加工、粉末成形、焊接、塑料、橡胶、 及有关模具设计、加工、制造方面的专业知识。 及有关模具设计、加工、制造方面的专业知识。其主要任
务是介绍以下内容： 务是介绍以下内容： 1）制定铸造过程图，了解合金的熔炼与浇注过程的基本知识以及砂型 制定铸造过程图， 铸造、特种铸造和常见铸造缺陷等； 铸造、特种铸造和常见铸造缺陷等； 制定锻造与冲压过程图，了解材料塑性变形基本规律； 2）制定锻造与冲压过程图，了解材料塑性变形基本规律；了解粉末成 塑料、橡胶、陶瓷成型过程和板料冲压成形过程； 形、塑料、橡胶、陶瓷成型过程和板料冲压成形过程； 了解常用金属材料焊接过程基本知识； 3）了解常用金属材料焊接过程基本知识；
第一讲材料成型基础课件
S—横截面积（mm2）
（3）举例：弹性元件、钟表发条、炮筒等设计时 应按此校核。
2.刚度 1）定义：材料抵抗弹性变形的能力，取决于金属
材料的内部结构和温度、合金比及热处理等。 例如钢与铸铁在20℃温度时，E=200GMPa， 当20℃→450℃，E值下降20℅.
2）试验及判定依据
（1）试验：同拉伸试验，是拉伸曲线中的oe斜 率。
6.装配：
将零件按产品图样分类组合连接， 经选配、组装、调整、检测、试验等 过程构成满足功能要求的产品。
2020/9/19
5
三、材料成形的基本要素及流动过程 1.基本要素
材料：构成实体 能量：形态的能 改的 变改 、变 性 信息：产品的施 控方 制(工 法 及艺 实信)息
2.流动过程：
1）物质流：原材料的流动和转变的过程。
（2）判定依据： 、s b
注：有许多材料在拉伸时没有明显的屈服
现象，有时也规定试样产生0.2℅残余应 变时的应力来判定。
（3）举例：主轴、齿轮等。
4.塑性
1）定义：断裂前材料发生不可逆的、永久 变形的能力。
2）试验与判定依据
（1）试验：同拉伸试验，考查的是试件的 伸长的相对量和截面积变化的相对量。
2020/9/19
16
（2）判定依据： 、 ；
L L0 ×100℅,
L
S0 S1 ×100℅
S0
（3）举例：切削参数的选择，如锻造比等。
注：① 、 越大则塑性越好，强度、硬度
越低；
② 一般不用于工程设计中；
③一般用于塑性加工参数的选择；良好 的塑性是塑性加工的必要条件，提高零 2020/件9/19 的可靠性，防止使用中的突然断裂。 17
3.性能：物理性能、化学性能、力学性能、 加工成型性能。
（3）举例：弹性元件、钟表发条、炮筒等设计时 应按此校核。
2.刚度 1）定义：材料抵抗弹性变形的能力，取决于金属
材料的内部结构和温度、合金比及热处理等。 例如钢与铸铁在20℃温度时，E=200GMPa， 当20℃→450℃，E值下降20℅.
2）试验及判定依据
（1）试验：同拉伸试验，是拉伸曲线中的oe斜 率。
6.装配：
将零件按产品图样分类组合连接， 经选配、组装、调整、检测、试验等 过程构成满足功能要求的产品。
2020/9/19
5
三、材料成形的基本要素及流动过程 1.基本要素
材料：构成实体 能量：形态的能 改的 变改 、变 性 信息：产品的施 控方 制(工 法 及艺 实信)息
2.流动过程：
1）物质流：原材料的流动和转变的过程。
（2）判定依据： 、s b
注：有许多材料在拉伸时没有明显的屈服
现象，有时也规定试样产生0.2℅残余应 变时的应力来判定。
（3）举例：主轴、齿轮等。
4.塑性
1）定义：断裂前材料发生不可逆的、永久 变形的能力。
2）试验与判定依据
（1）试验：同拉伸试验，考查的是试件的 伸长的相对量和截面积变化的相对量。
2020/9/19
16
（2）判定依据： 、 ；
L L0 ×100℅,
L
S0 S1 ×100℅
S0
（3）举例：切削参数的选择，如锻造比等。
注：① 、 越大则塑性越好，强度、硬度
越低；
② 一般不用于工程设计中；
③一般用于塑性加工参数的选择；良好 的塑性是塑性加工的必要条件，提高零 2020/件9/19 的可靠性，防止使用中的突然断裂。 17
3.性能：物理性能、化学性能、力学性能、 加工成型性能。
材料成型概论第二章材料成型的基础220110427资料
挤压模具
结构钢—工程结构钢、机械结构钢
工程结构钢：大多规定了钢的最低抗拉强度、最低屈 服强度,使钢具有一定的综合力学性能，保证材料设计 和使用中结构部件的最低安全要求。 工程结构钢分为： 1.通用工程结构钢—碳素结构钢、低合金高强度结构钢 2.专用工程结构钢—压力容器用钢、锅炉用钢、桥梁用 钢；焊接用钢、汽车大梁用钢；地质钻探钢管用钢、 钢轨、铆螺钢；船用钢、管线钢、锚链钢等。
金属压力加工产品标准和技术要求
内容包括： 3 验收试验标准—验收规则、做试验时的取样部位、
试样形状和尺寸、试验条件和试验方法。 4 交货标准—钢材交货时的包装和标志方法，以及资
料证明书内容等。
2.2.1 钢铁材料的种类及编号
工程上常采用的分类方法主要有：
按主要性能及用途分类 按化学成分分类 按合金元素种类分类 按质量等级分类 按冶炼方法分类 按金相组织分类
材料成型概论
第一章 材料成型概述 第二章 材料塑性成型的基础 第三章 轧制成型 第四章 挤压成型 第五章 拉拔成型 第六章 锻造成型 第七章 冲压成型 第八章 陶瓷成型
2.2 金属材料的种类及编号
2.2.1 钢铁材料的种类及编号 2.2.2 铝 铝合金及铜 铜合金 2.2.3 钛及钛合金
高级优质钢 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.025 ≤0.025
特级优质钢 ≤0.025 ≤0.020 ≤0.025 ≤0.015
3. 钢材按用途分类
工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆
结构钢
滚动轴承钢
刃具钢
工 具 钢 模具钢
量具钢
特 殊 性 不锈钢 能 钢 耐热钢
耐磨钢
2.钢材按质量分类
钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。
材料成型计算机模拟分析(各种仿真软件介绍)课件
33
• 4） 塑性理论中关于塑性应力应变关系与硬化 模型有多种理论，材料属性有的与时间无关， 有的则是随时间变化的粘塑性问题；于是，采 用不同的理论本构关系不同，所得到的有限元 计算公式也不一样。
• 5） 对于一些大变形弹塑性问题，一般包含材 料和几何两个方面的非线性，进行有限元计算 时必需同时单元的形状和位置的变化，即需采 用有限变形理论。而对于一些弹性变形很小可 以忽略的情况，则必需考虑塑性变形体积不变 条件，采用刚塑性理论。
27
• 结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应 力和力。静力分析很适合于求解惯性和阻尼对 结构的影响并不显著的问题。ANSYS 程序中的 静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以 进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变 形、大应变及接触分析。结构非线性导致结构 或部件的响应随外载荷不成比例变
• 化。ANSYS 程序可求解静态和瞬态非线性问题， 包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三 种。
34
弹塑性有限元
• 在塑性变形过程中，如果弹性变形不能忽略并 对成形过程有较大的影响时，则为弹塑性变形 问题，如典型的板料成形。在弹塑性变形中， 变形体内质点的位移和转动较小，应变与位移 基本成线性关系时，可认为是小变形弹塑性问 题；而当质点的位移或转动较大，应变与位移 为非线性关系时，则属于大变形弹塑性问题； 相应地有小变形弹塑性有限元或大变形（有限 变形）弹塑性有限元。
24
25
有限元软件ANSYS
• ANSYS 软件是由世界上最大的有限元分析软件公司之 一的美国ANSYS 开发，是集结构、流体、电场、
• 磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
• ANSYS 的前处理模块提供了一个强大的实体建模及网 格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。
• 4） 塑性理论中关于塑性应力应变关系与硬化 模型有多种理论，材料属性有的与时间无关， 有的则是随时间变化的粘塑性问题；于是，采 用不同的理论本构关系不同，所得到的有限元 计算公式也不一样。
• 5） 对于一些大变形弹塑性问题，一般包含材 料和几何两个方面的非线性，进行有限元计算 时必需同时单元的形状和位置的变化，即需采 用有限变形理论。而对于一些弹性变形很小可 以忽略的情况，则必需考虑塑性变形体积不变 条件，采用刚塑性理论。
27
• 结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应 力和力。静力分析很适合于求解惯性和阻尼对 结构的影响并不显著的问题。ANSYS 程序中的 静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以 进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变 形、大应变及接触分析。结构非线性导致结构 或部件的响应随外载荷不成比例变
• 化。ANSYS 程序可求解静态和瞬态非线性问题， 包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三 种。
34
弹塑性有限元
• 在塑性变形过程中，如果弹性变形不能忽略并 对成形过程有较大的影响时，则为弹塑性变形 问题，如典型的板料成形。在弹塑性变形中， 变形体内质点的位移和转动较小，应变与位移 基本成线性关系时，可认为是小变形弹塑性问 题；而当质点的位移或转动较大，应变与位移 为非线性关系时，则属于大变形弹塑性问题； 相应地有小变形弹塑性有限元或大变形（有限 变形）弹塑性有限元。
24
25
有限元软件ANSYS
• ANSYS 软件是由世界上最大的有限元分析软件公司之 一的美国ANSYS 开发，是集结构、流体、电场、
• 磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
• ANSYS 的前处理模块提供了一个强大的实体建模及网 格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。
材料成型技术基础课件
返 回
d. 提高铸型和型芯的退让性；浇注后尽早开型 e. 提高铸型温度 f. 去应力退火
(2)变形 ①变形方向
受拉部位趋于缩短； 受压部位趋于伸长 例如：T形梁 平板件
返 回
②防止措施 a. 反变形法。例如：床身铸件 b. 设置工艺筋
c. 去应力退火或自然时效
反变形量
(3)铸件的裂纹 ①热裂 a. 特征：裂纹短、形状曲折、缝隙宽、缝内呈氧化色 b. 影响因素： 合金性质和铸型阻力
返 回
c. 防止措施 选择结晶温度范围窄、收缩率小的合金 合理设计铸件结构 改善砂型和砂芯的退让性 严格限制钢和铸铁中硫的含量 ②冷裂 a. 特征：裂缝细小，表面光滑，呈连续圆滑曲线或直 线状，有金属光泽或呈轻微氧化色 b. 防止措施
减小铸造应力或降低合金的脆性
严格控制钢和铸铁中磷的质量分数
返 回
由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致 在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力 a. 形成机理 b. 应力分布规律 厚壁或心部—拉应力; 薄壁或表层—压应力
返 回
c. 应力大小 ②机械应力
铸件壁厚差愈大 合金的线收缩率愈高 弹性模量愈大
热应力愈大
上型
铸件因收缩受到铸型、型 芯及浇注系统的机械阻碍而 产生的应力 特点：拉应力或剪切应力； 临时应力 ③减小和消除应力的措施 a. 铸件壁厚尽量均匀 b. 尽量选用线收缩率小、弹性模量小的合金
返 回
糊状（体积）凝固方式； 液态收缩+凝固收缩＞固态收缩
(4)缩孔防止措施 ①“定向（顺序）凝固”。安放冒口 定向凝固特点： 有效地消除缩孔、缩松；
铸件易产生内应力、变 形和裂纹；
工艺出品率低；切削费工 应用：用于收缩较大、凝固温度范围较小的合金。 如铸钢、高牌号的灰铸铁、铝青铜等铸件
d. 提高铸型和型芯的退让性；浇注后尽早开型 e. 提高铸型温度 f. 去应力退火
(2)变形 ①变形方向
受拉部位趋于缩短； 受压部位趋于伸长 例如：T形梁 平板件
返 回
②防止措施 a. 反变形法。例如：床身铸件 b. 设置工艺筋
c. 去应力退火或自然时效
反变形量
(3)铸件的裂纹 ①热裂 a. 特征：裂纹短、形状曲折、缝隙宽、缝内呈氧化色 b. 影响因素： 合金性质和铸型阻力
返 回
c. 防止措施 选择结晶温度范围窄、收缩率小的合金 合理设计铸件结构 改善砂型和砂芯的退让性 严格限制钢和铸铁中硫的含量 ②冷裂 a. 特征：裂缝细小，表面光滑，呈连续圆滑曲线或直 线状，有金属光泽或呈轻微氧化色 b. 防止措施
减小铸造应力或降低合金的脆性
严格控制钢和铸铁中磷的质量分数
返 回
由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致 在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力 a. 形成机理 b. 应力分布规律 厚壁或心部—拉应力; 薄壁或表层—压应力
返 回
c. 应力大小 ②机械应力
铸件壁厚差愈大 合金的线收缩率愈高 弹性模量愈大
热应力愈大
上型
铸件因收缩受到铸型、型 芯及浇注系统的机械阻碍而 产生的应力 特点：拉应力或剪切应力； 临时应力 ③减小和消除应力的措施 a. 铸件壁厚尽量均匀 b. 尽量选用线收缩率小、弹性模量小的合金
返 回
糊状（体积）凝固方式； 液态收缩+凝固收缩＞固态收缩
(4)缩孔防止措施 ①“定向（顺序）凝固”。安放冒口 定向凝固特点： 有效地消除缩孔、缩松；
铸件易产生内应力、变 形和裂纹；
工艺出品率低；切削费工 应用：用于收缩较大、凝固温度范围较小的合金。 如铸钢、高牌号的灰铸铁、铝青铜等铸件
材料成型概论第一章概述1课件
质量
新型材料
70年代 信息技术
生物技术
新技术革命的主要标志
材料在社会与社会发展中的地位
石器时代
青铜器时代
铁器时代
金属的使用标志着社会生产力的发展， 人类开始逐渐进人文明的社会。
钢时代的来临，引起世 界范围的工业革命。
硅时代
硅时代是信息技术革命的时代 对当今世界产生了深远的影响
钢时代
新材料是根据我们特定的需要设计和加工而成的， 这些新材料使新技术得以产生和应用，而新技术 又促进了新工业的出现和发展，从而对人类社会 的文明与经济发展，有着不可估量的作用。
砷，硒
1.1.2 材料的分类 (按属性分)
金属: 一般是由金属元素组成的材料，金属往往是较好的 导热体和导电体，具有高的强度和好的延展性， 抛光后具有金属光泽。
陶瓷: 一般是由金属元素和非金属元素或非金属元素之间 组成的化合物，如氧化物、氮化物、碳化物，具 有高的硬度但很脆，很好的耐高温性能等，且大 多是电的绝缘材料；
又称金属塑性压力加工，简称塑性加工或压力加 工。
1.2.3 金属塑性成型的方法
特点
①材料利用率高。 无削加工，节省金属。 一般的塑性成形方法的材料利用率可达到60％一 70％，先进的塑性成形方法现已达到85％～90 ％，采用连铸坯轧制成品材的利用率可达95% 以上。
铜器时代经历了2500～3000年 ❖ 人类寻找石器工具过程中发现和认识了天然金属，
在新石器时代后期开始使用天然金属，首先是铜。 ❖ 然后发现和认识了金属矿石尤其铜矿石（孔雀
石）；并在烧制陶器生产中创造了冶金技术。 ❖ 铜器时代大约始于公元前3800年。公元前3000 ～
前2500在两河流域出现青铜。
1.2.2 材料的关键要素
材料成型基础课件
一般合金在凝固过程中都存在液-固两相区，树枝状晶在其中 不断扩大［见图ａ］。枝晶长到一定程度，枝晶分叉间的熔融 合金被分离成彼此孤立的状态［见图ｂ］，它们继续凝固时也 将产生收缩，这种凝固方式称糊状凝固。这时铸件中心虽有液 体存在，但由于树枝晶的阻碍使之无法补缩，在凝固后的枝晶 分叉间就形成许多微小的孔洞(缩松）［见图ｃ］。
2.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
总结：具有逐层凝固倾向的合金（如灰 铸铁、铝硅合金等） 易于铸造，应尽量 选用。当必须采用有糊状凝固倾向的合 金（如锡青铜、铝铜合金、球墨铸铁等） 时，需考虑采用适当的工艺措施，例如， 选用金属型铸造等，以减小其凝固区域。
2.2 液态成形理论基础
1.2 材料成型方法及特点
材 料 成 形 工 艺 基 础
1.材料成型方法的分类
1.3 材料成型工艺发展及概况
材 料 成 形 工 艺 基 础
古代、近代及现代的材料成形技术 材料成形技术与材料科学 我国及世界先进国家的差距
1.4 材料成型工艺的发展趋势
材 料 成 形 工 艺 基 础
每项材料成形技术都有各自发展特点，总的趋势可归纳为 ： 1、成型技术精密化 2、材料制备与成型一体化 3、复合成型 4、数字化成型 5、材料成型自动化 6、绿色清洁生产
液态合金填满铸型后［见图 a］，因铸型吸热，靠近型腔表面 的金属很快就降到凝固温度，凝固成一层外壳［见图ｂ］，温 度继续下降，合金逐层凝固，凝固层加厚，内部的剩余的液体， 由于液态收缩和补充凝固层的凝固收缩，体积缩减，液面下降， 铸件内部出现空隙［见图ｃ］，直到内部完全凝固，在铸件上 部形成缩孔［见图ｄ］。已经形成缩孔的铸件继续冷却到室温 时，因固态收缩使铸件的外形轮廓尺寸略有缩小［见图ｅ］。 合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件的壁越 厚，缩孔的容积就越大。
液态成型CAD
液态成型CAD
第一章 CAD系统
1.1概述 1.1.1 CAD的概念及发展过程 CAD技术起步于50年代后期。进入60年代，
随着在计算机屏幕上绘图变为可行而开始迅 速发展。人们希望借助此项技术来摆脱繁琐、 费时、绘制精度低的传统手工绘图。此时 CAD技术的出发点是用传统的三视图方法来 表达零件，以图纸为媒介进行技术交流，这 就是二维计算机绘图技术。
1. 第一次CAD技术革命──"贵族化"的 曲面造型系统 60年代出现的三维CAD系统只是极为简 单的线框式系统。这种初期的线框造型 系统只能表达基本的几何信息，不能有 效表达几何数据间的拓扑关系。由于缺 乏形体的表面信息，CAM及CAE均无法 实现。
进入70年代，正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期。此间飞机及汽 车制造中遇到了大量的自由曲面问题，当时只能采用多截面视图、 特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面。由于三视图方法表 达的不完整性，经常发生设计完成后，制作出来的样品与设计者所 想象的有很大差异甚至完全不同的情况。设计者对自己设计的曲面 形状能否满足要求也无法保证，所以还经常按比例制作油泥模型， 作为设计评审或方案比较的依据。既慢且繁的制作过程大大拖延产 了产品的研发时间，要求更新设计手段的呼声越来越高。此时法国 人提出了贝赛尔算法，使得人们在用计算机处理曲线及曲面问题时 变得可以操作，同时也使得法国的达索飞机制造公司的开发者们， 能在二维绘图系统CADAM的基础上，开发出以表面模型为特点的自 由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATIA。它的出现，标 志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放 出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使 得CAM技术的开发有了现实的基础。曲面造型系统CATIA为人类带 来了第一次CAD技术革命，改变了以往只能借助油泥模型来近似准 确表达曲面的落后的工作方式。
第一章 CAD系统
1.1概述 1.1.1 CAD的概念及发展过程 CAD技术起步于50年代后期。进入60年代，
随着在计算机屏幕上绘图变为可行而开始迅 速发展。人们希望借助此项技术来摆脱繁琐、 费时、绘制精度低的传统手工绘图。此时 CAD技术的出发点是用传统的三视图方法来 表达零件，以图纸为媒介进行技术交流，这 就是二维计算机绘图技术。
1. 第一次CAD技术革命──"贵族化"的 曲面造型系统 60年代出现的三维CAD系统只是极为简 单的线框式系统。这种初期的线框造型 系统只能表达基本的几何信息，不能有 效表达几何数据间的拓扑关系。由于缺 乏形体的表面信息，CAM及CAE均无法 实现。
进入70年代，正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期。此间飞机及汽 车制造中遇到了大量的自由曲面问题，当时只能采用多截面视图、 特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面。由于三视图方法表 达的不完整性，经常发生设计完成后，制作出来的样品与设计者所 想象的有很大差异甚至完全不同的情况。设计者对自己设计的曲面 形状能否满足要求也无法保证，所以还经常按比例制作油泥模型， 作为设计评审或方案比较的依据。既慢且繁的制作过程大大拖延产 了产品的研发时间，要求更新设计手段的呼声越来越高。此时法国 人提出了贝赛尔算法，使得人们在用计算机处理曲线及曲面问题时 变得可以操作，同时也使得法国的达索飞机制造公司的开发者们， 能在二维绘图系统CADAM的基础上，开发出以表面模型为特点的自 由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATIA。它的出现，标 志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放 出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使 得CAM技术的开发有了现实的基础。曲面造型系统CATIA为人类带 来了第一次CAD技术革命，改变了以往只能借助油泥模型来近似准 确表达曲面的落后的工作方式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
成形专业学生必修的专业基础课程。
• 本课程的任务是： • 1）使学生获得有关材料成形CAD/CAE/CAM技
术的基本理论和基础知识； • 2）掌握有关CAD/CAE/CAM在材料成形领域的
基本应用 • 3）熟悉材料成形领域常用CAD/CAE/CAM系统
软件的使用及开发方法； • 4）了解材料成形CAD/CAE/Cห้องสมุดไป่ตู้M领域的发展动
8
第二节 CAD/CAE/CAM基本概念
• 一、CAD基本概念 • 1、什么是CAD • （Computer Aided Design）计算机辅助
设计 • 是以计算机为主要手段来辅助设计者完成某
项设计工作的建立、修改、分析和优化、信 息输出等全部任务的综合性高新技术。
9
• 一般认为，CAD是指工程技术人员在人和计算机 组成的系统中，以计算机为辅助工具，通过计算 机和CAD软件对设计产品进行分析、计算、仿真、 优化与绘图，在这一过程中，把设计人员的创造 思维、综合判断能力与计算机强大的记忆、数值 计算、信息检索等能力相结合，各尽所长，完成 产品的设计、分析、绘图等工作，最终达到提高 产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品生 产成本的目的。
大家好
1
材料成形 CAD/CAE/CAM
技术基础
何乃军
2
第一章 概述
• 第一节 关于本课程 • 一、引言 • 1、材料成形的主要内容 • 2、现代制造技术对材料成形的要求 • 1）制造业大国 • 2）国际竞争 • 3）现代信息技术发展的推动
3
• 二、课程的性质和任务 • 性质：材料成形CAD/CAE/CAM技术基础是材料
工作的适应能力
工作时间过长时，效率下降， 易疲劳和出差错
特别适合于进行重复性工作， 可长期保持高效率，很少出错
分析计算能力
直观分析能力强，数值运算能 力差，速度慢
没有直观分析能力，数值运 算能力很强，速度快
查错纠错能力
能直观地查找设计错误，并及 时予以改正，具有很大灵活性
差错方式已系统化，受系统 的限制，适应性较差，且难以 自动地纠正各种错误
10
2、CAD的主要研究内容
• 1）图形处理（造型技术） • 图形处理和表达是计算机辅助设计技术研究的基
础与关键。人们在解决了二维图形问题之后，主 要目光集中在三维的图形技术方面，实体造型、 特征化造型、参数化设计等都是研究的重点。 • 2）优化分析 • 它允许使用者在设计的同时就能够进行充分地分 析、优化所设计的方案，使设计达到最优。 • 应力应变分析；传热流动分析 • UG、PRO/E 、I－DEAS等软件
信息的输入输出
能通过各种器官进行信息传递， 形式灵活，但速度慢
械工业出版社.2001
• 2、肖祥芷等主编.《模具CAD/CAE/CAM》. 电子工业出版社.2004
• 3、陈立亮.《材料加工CAD/CAE/CAM基 础》.机械工业出版社.2006
7
• 六、考试 • 本课程考试采用闭卷考试方法，时间为2小
时。 • 考试成绩（70％） • 平时成绩（20％） • 考勤（10％）
CV、Intergraph、Calma、Applicon、IBM、CDC等
高速发展阶段
由于解决了三维几何造型、仿真等问题，应用范围不断 80年代 扩大，大中型系统向微型化发展，出现了IBM PC/XT、AT
等应用极广的微机及32位超级微机上的CAD系统
集成化阶段 90年代
向集成化、智能化方向发展
14
13
4、CAD技术的发展
阶段
时间
特点
初期准备阶段 50年代 提出CAD的设想，为CAD应用进行硬件和软件的准备
研制试验阶段
研制成功实验性CAD系统，其中有代表性的是IBM公司
60年代 和GM公司开发的汽车前窗玻璃线型设计DAC－1系统，美 国贝尔电话试验室用于印制电路设计的CAD系统
CAD开始实用化，从二维的电路设计发展到三维的飞机、 技术商品化阶段 70年代 汽车、造船等设计，出现了许多开发CAD系统的公司，如
2学时 3学时 3学时 3学时 3学时 3学时 5学时 3学时 5学时 6学时 8学时
5
• 四、本课程与相关课程的关系 • 本课程安排在计算机绘图及程序设计语言
课程后进行，学生应具有常用机械绘图软 件和机械设计与制造方面的基本知识。
6
• 五、教材 • 1、陈立亮.《材料加工CAD/CAM基础》.机
12
• 3、CAD涉及领域 • 图形图像处理技术：计算机图形学是CAD技术的
主要理论和技术基础，而CAD是计算机图形学的 主要应用领域。 • 专业学科技术：曲线曲面的分析，有限元分析， 数值分析，最优化设计以及力学分析等学科知识。 • 数据管理技术：如数据库管理和各种数据的规范 和接口技术。 • 文档处理技术：如各类说明文档的设计制作和幻 灯片演示的制作。 • 软件设计技术：如人机交互，软件工程，人工智 能，模拟与仿真技术等。
态。
4
三、本课程的教学内容及学时安排
• 1、材料成形CAD/CAE/CAM概述 • 2、CAD系统的组成 • 3、CAD的数据处理技术 • 4、CAD的图形处理技术 • 5、CAD的建模技术 • 6、产品数据交换技术 • 7、CAD软件工程及二次开发 • 8、CAPP • 9、材料成形CAM技术基础 • 10、材料成形CAE技术基础 • 11、材料成形CAD／CAE／CAM的实际应用
11
• 3）综合评价 • 在一般情况下，设计方案完成后都需要进行校核
和评价，包括尺寸校核、外观分析、内部结构剖 析、碰撞检验以及材料加工中的各种缺陷预测等。 • 4）信息交互 • CAD系统的信息交换包括CAD与CAD系统之间、 CAD与其他系统如CAM、CAE、CAPP)以及快速 原型制造(RPM)等之间，以及通过互联网 (Internet)进行的远程的、异地的信息沟通与资 源共享。
5、CAD的优点
1）人与计算机机械设计能力的比较〖教材P4，表1-1〗
项目
类
别
人
计算机
逻辑思维能力
有很强的设计想象力和判断力， 已系统化和格式化，一般无 能凭经验进行创造设计，学习快 自学习能力
信息的组织、 信息的组织是自觉的，但不正规； 信息的组织是正规的、详细 记忆存储能力 信息记忆保持的时间短，容量小 的，存储时间长，容量大
• 本课程的任务是： • 1）使学生获得有关材料成形CAD/CAE/CAM技
术的基本理论和基础知识； • 2）掌握有关CAD/CAE/CAM在材料成形领域的
基本应用 • 3）熟悉材料成形领域常用CAD/CAE/CAM系统
软件的使用及开发方法； • 4）了解材料成形CAD/CAE/Cห้องสมุดไป่ตู้M领域的发展动
8
第二节 CAD/CAE/CAM基本概念
• 一、CAD基本概念 • 1、什么是CAD • （Computer Aided Design）计算机辅助
设计 • 是以计算机为主要手段来辅助设计者完成某
项设计工作的建立、修改、分析和优化、信 息输出等全部任务的综合性高新技术。
9
• 一般认为，CAD是指工程技术人员在人和计算机 组成的系统中，以计算机为辅助工具，通过计算 机和CAD软件对设计产品进行分析、计算、仿真、 优化与绘图，在这一过程中，把设计人员的创造 思维、综合判断能力与计算机强大的记忆、数值 计算、信息检索等能力相结合，各尽所长，完成 产品的设计、分析、绘图等工作，最终达到提高 产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品生 产成本的目的。
大家好
1
材料成形 CAD/CAE/CAM
技术基础
何乃军
2
第一章 概述
• 第一节 关于本课程 • 一、引言 • 1、材料成形的主要内容 • 2、现代制造技术对材料成形的要求 • 1）制造业大国 • 2）国际竞争 • 3）现代信息技术发展的推动
3
• 二、课程的性质和任务 • 性质：材料成形CAD/CAE/CAM技术基础是材料
工作的适应能力
工作时间过长时，效率下降， 易疲劳和出差错
特别适合于进行重复性工作， 可长期保持高效率，很少出错
分析计算能力
直观分析能力强，数值运算能 力差，速度慢
没有直观分析能力，数值运 算能力很强，速度快
查错纠错能力
能直观地查找设计错误，并及 时予以改正，具有很大灵活性
差错方式已系统化，受系统 的限制，适应性较差，且难以 自动地纠正各种错误
10
2、CAD的主要研究内容
• 1）图形处理（造型技术） • 图形处理和表达是计算机辅助设计技术研究的基
础与关键。人们在解决了二维图形问题之后，主 要目光集中在三维的图形技术方面，实体造型、 特征化造型、参数化设计等都是研究的重点。 • 2）优化分析 • 它允许使用者在设计的同时就能够进行充分地分 析、优化所设计的方案，使设计达到最优。 • 应力应变分析；传热流动分析 • UG、PRO/E 、I－DEAS等软件
信息的输入输出
能通过各种器官进行信息传递， 形式灵活，但速度慢
械工业出版社.2001
• 2、肖祥芷等主编.《模具CAD/CAE/CAM》. 电子工业出版社.2004
• 3、陈立亮.《材料加工CAD/CAE/CAM基 础》.机械工业出版社.2006
7
• 六、考试 • 本课程考试采用闭卷考试方法，时间为2小
时。 • 考试成绩（70％） • 平时成绩（20％） • 考勤（10％）
CV、Intergraph、Calma、Applicon、IBM、CDC等
高速发展阶段
由于解决了三维几何造型、仿真等问题，应用范围不断 80年代 扩大，大中型系统向微型化发展，出现了IBM PC/XT、AT
等应用极广的微机及32位超级微机上的CAD系统
集成化阶段 90年代
向集成化、智能化方向发展
14
13
4、CAD技术的发展
阶段
时间
特点
初期准备阶段 50年代 提出CAD的设想，为CAD应用进行硬件和软件的准备
研制试验阶段
研制成功实验性CAD系统，其中有代表性的是IBM公司
60年代 和GM公司开发的汽车前窗玻璃线型设计DAC－1系统，美 国贝尔电话试验室用于印制电路设计的CAD系统
CAD开始实用化，从二维的电路设计发展到三维的飞机、 技术商品化阶段 70年代 汽车、造船等设计，出现了许多开发CAD系统的公司，如
2学时 3学时 3学时 3学时 3学时 3学时 5学时 3学时 5学时 6学时 8学时
5
• 四、本课程与相关课程的关系 • 本课程安排在计算机绘图及程序设计语言
课程后进行，学生应具有常用机械绘图软 件和机械设计与制造方面的基本知识。
6
• 五、教材 • 1、陈立亮.《材料加工CAD/CAM基础》.机
12
• 3、CAD涉及领域 • 图形图像处理技术：计算机图形学是CAD技术的
主要理论和技术基础，而CAD是计算机图形学的 主要应用领域。 • 专业学科技术：曲线曲面的分析，有限元分析， 数值分析，最优化设计以及力学分析等学科知识。 • 数据管理技术：如数据库管理和各种数据的规范 和接口技术。 • 文档处理技术：如各类说明文档的设计制作和幻 灯片演示的制作。 • 软件设计技术：如人机交互，软件工程，人工智 能，模拟与仿真技术等。
态。
4
三、本课程的教学内容及学时安排
• 1、材料成形CAD/CAE/CAM概述 • 2、CAD系统的组成 • 3、CAD的数据处理技术 • 4、CAD的图形处理技术 • 5、CAD的建模技术 • 6、产品数据交换技术 • 7、CAD软件工程及二次开发 • 8、CAPP • 9、材料成形CAM技术基础 • 10、材料成形CAE技术基础 • 11、材料成形CAD／CAE／CAM的实际应用
11
• 3）综合评价 • 在一般情况下，设计方案完成后都需要进行校核
和评价，包括尺寸校核、外观分析、内部结构剖 析、碰撞检验以及材料加工中的各种缺陷预测等。 • 4）信息交互 • CAD系统的信息交换包括CAD与CAD系统之间、 CAD与其他系统如CAM、CAE、CAPP)以及快速 原型制造(RPM)等之间，以及通过互联网 (Internet)进行的远程的、异地的信息沟通与资 源共享。
5、CAD的优点
1）人与计算机机械设计能力的比较〖教材P4，表1-1〗
项目
类
别
人
计算机
逻辑思维能力
有很强的设计想象力和判断力， 已系统化和格式化，一般无 能凭经验进行创造设计，学习快 自学习能力
信息的组织、 信息的组织是自觉的，但不正规； 信息的组织是正规的、详细 记忆存储能力 信息记忆保持的时间短，容量小 的，存储时间长，容量大