材料加工成形技术方法及新进展参考幻灯片

1、材料加工成形技术方法与新发展,报告人,樊自田,1,材料的分类及其成形加工方法,2,材料加工成形新方法,3,“材料加工工程”学科研究的基本要求,内容提要,1,材料的分类及其成形加工方法,町田辉史等,将材料技术进步，概括为,5,次革命,开始时间,时代特征,技术发展契机,对技术和产业的促进和带动作用举例,第一次,革命,公,元,前,4,0,0,0,年,中国,公元前,2000,年,从,漫,长,的,石,器,时,代,进,入,青,铜,器时代,1,铜的熔炼,2,铸造技术,1,自然资源加工技术,2,器具、工具的发达,3,农业和畜牧业的发展,第二次,革命,公元前,13501400,年,中国,公元,前,500600,

2、年,从,青,铜,器,时,代,进,入,铁,器,时,代,1,铁的规模冶炼,2,锻造技术,1,低熔点合金的钎焊,2,武器的发达,3,铸铁技术、大规模铸铁产品,4,混凝土等,第三次,革命,公元,1500,年,从,铁,器,时,代,进,入,合,金,化,时,代,1,高炉技术的发展和成,熟,2,纯金属的精炼与合金,化,1,钢结构（军舰、铁桥,2,蒸汽机、内燃机、机床,3,电镀、电解铝,4,不锈钢，铜、铝等有色合金等,第四次,革命,20,世纪初期,合,成,材,料,时,代的到来,1,酚醛树脂、尼龙等塑,料合成技术,2,陶瓷材料合成制备技,术,1,结构材料轻质化,2,材料复合技术,3,航空航天技术迅速发展,4,陶瓷

3、材料的发展与应用,5,人造金刚石上,6,超导材料与技术,7,计算机技术和信息技术,8,新材料大量涌现和应用,第五次,革命,20,世纪末期,新,材,料,设,计,与,制,备,加,工,工,艺时代的开始,1,“资源材料制品,界限的弱化与消失,2,性能设计与工艺设计,的一体化要求,1,生物工程,2,环境工程,3,可持续发展,4,太空时代,1.1,材料种类及其成形方法概述,1,材料的定义,材料,materials,一般是指可以用来制造有用的构件,器件或其他物品的物质,2,材料的分类,1,根据,化学组成和显微结构特点,分类,金属材料,metal materials,无机非金属材料,inorganic non

4、-metallic materials,有机高分子材料,polymeric materials,上述,三种材料,都有：天然材料和人造材料两种,复合材料,复合材料是由前三者相互构成的,材料分类框图,材料,金属材料,无机非金属材料,有机高分子材料,天然材料,人造材料,天然材料,人造材料,天然材料,人造材料,复合材料,三种材料细分,为,金属材料,钢铁、铜合金、铝合金、镁合金等,有机高分子材料,塑料、树脂、橡胶等,无机非金属材料,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,复合材料,由两个或两个以上独立的物理相，包括粘

5、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,基体,是构成复合材料连续相的单一材料，增强材料是复合,材料中不构成连续相的材料,复合材料根据其基体材料的不同，又可分为,聚合物基,复合材料（如树脂基复合材料）、金属基复合材料,无机非金属基复合材料（陶瓷基复合材料）三种,在复合材料中,以树脂基复合材料用量最大，占所有复,合材料用量的,90,2,材料的其它分类,根据,性能特征,分类,结构材料,structure materials,功能材料,function,materials,前者以力学性能为主，后者以物理、化学特性为主,根据,用途,分类,建

6、筑材料,building materials,航空材料,aviation materials,电子材料,electronic materials,半导体材料,semiconductor,materials,根据,状态,分类,固体材料,solid materials,液体材料,liquid materials,粉末材料,powder materials,3,材料的成形方法分类,1,金属材料的加工成形,金属材料,成形方法,固态金属,塑性成形,金属材料,焊接成形,液态金属,铸造成形,重力下铸造,外力下铸造,体积金属成形,板料金属成形,熔,焊,主,要,是,电,弧,焊,压,焊,电,阻,焊,摩,擦,焊,钎

7、,焊,粘,接,等,砂型铸造,金属型铸造,熔模铸造,消失模铸造,压力铸造,离心力铸造,挤压铸造,反重力铸造,自由锻,胎模锻,模,锻,开,式,闭式、特种,冲裁,弯曲,拉深,特种成形,2,无机非金属材料的精确成形,陶瓷,精确成形（塑性滚压成形法、注浆成形法,粉料压力成形法和特种成形法四种,玻璃,精确成形（吹制法、拉制法、压制法和吹,压,制法四种,瓶罐玻璃的成形,吹吹法”成形,3,高分子材料的精确成形,高分子材料成形方法,橡胶成形,塑料成形,注射成形,挤出成形,中空成形,压缩成形,压制成形,压铸成形,注压成形,压出成形,2,根据材料被加工时所处的,状态,分类,1,液体材料成形（铸造,焊接,2,固体（板

8、、块）材料成形（锻造、冲压,3,半固态成形,半固态铸造（流变和触变）、液态模锻,4,粉末材料成形（注射成形、喷射成形,粉末冶金,1.2,材料加工,成形,的作用、特点及精确成形技术,1,作用,1,材料加工技术,Materials Processing Technology,通常是指,铸造、连接、塑性加工、粉末冶金等单元或复合技术的总称（热加,工），此外还有机械切削加工（冷加工,几乎所有的材料都要进行,加工后才能进行使用，不经加工的材料直接利用很少,2,采用,铸造方法,可以生产各种类和大小的金属零件。铸件在一般机,器生产中占总质量的,4080,3,采用,塑性成形,方法，可以生产钢锻件、钢板冲压件、

9、各类有色金,属的锻件和板冲压件，还可生产塑料件与橡胶制品。在仪表和家用电,器中,塑性成形占,90,4,焊接成形,技术的应用也极为广泛，它在钢铁、汽车和铁路车辆,船舶、航空航天飞行器，原子能反应堆及电站、石油化工设备等制造,行业,焊接或连接成形技术都占十分重要的地位,2,特点,与机械切削加工比较,材料成形加工有如下特点,1,通常，材料在热态下通过模具或模型而成形,2,材料利用率高。以生产锥齿轮为例，切削加工的材料利用率为,41,采用铸、锻成形的材料利用率为,68,采用精铸或精锻的材料利用,率为,83,材料利用率分别提高了,27,和,42,通常零件越复杂,采用成形加工的材料利用率越高,3,劳动生产

10、率高。可实现机械化自动化生产,4,产品尺寸规格的一致性好,5,产品性能好。由成形产生的金属纤维属连续性，其强度和疲劳寿命提,高，而切削加工会破坏连续性金属纤维，降低强度和疲劳寿命约,20,6,但通常，成形加工零件的尺寸精度较切削加工低、表面粗糙度较切削,加工高,3,精确成形,精确成形,是相对于原来的成形毛坯的概念而提出的。精确成形是,指被形成的零件无需进行精加工而直接使用,精确成形,Net,Shape,Processing,有,时,又,称,为,近,净,成,形,Near,Net,Shape,Processing,或近精确成形,目前完全的不需精加工还很难达到，只能是接近达到。材料加工,中精确成形技

11、术的目标是，实现少机械切削加工或无切削加工,因此,精确成形技术是材料加工（热加工与冷加工）的基础和发,展的趋势,在国民经济发展中具有重要作用,目前,精确成形包括,塑料注射成形；压力铸造成形、精密溶模铸,造、低压铸造、高紧实度砂型铸造；精密锻造、精密冲压；粉末冶金,精密连接等,1.3,从“夕阳工业”到,先进制造技术,a,材料的成分与结构,b,材料的性质,c,材料的制备与加工,d,材料的使用性能,被认为是现代材料科学与工程,的,四个基本要素,材料的制备与加工技术的研究,与开发，也是目前材料科学技,术中最活跃的领域之一,图,1-4,材料科学与工程的四个基本要素,1,问题的缘起,以现代计算机技术为代表

12、的高新技术出现后,传统的金属材料,加工业,尤其是钢铁产业等）或制造业似乎穷途末路、成为了,夕,阳工业,20,世纪七、八十年代,美国由于片面地强调发展第三产业的重,要性，而忽视制造业对国民经济健康发展的保障作用，逐步丧失了,其制造业世界霸主的地位，美国汽车在国际市场上的竞争力日渐下,降，日本、西德汽车工业快速崛起,八十年代中期后，美国政府及科学家,MIT,总结汽车工业竞争力,下降的原因，提出了一系列先进制造技术,Advanced Manufacturing,的发展战略，以提高制造业的技术水准和产品的竞争能力。它包括,精节生产,Lean Production,并行工程,Concurrent,Eng

13、ineering,敏捷制造,Agile Manufacturing,动态合智联盟,Virtual Organization,等,美国仍是第,1,制造大国、强国,2,先进制造技术的定义及发展趋势,定义,制造业不断地吸收机械、电子、信息、材料,能源及现代管理等方面的成果，将其综合应用于制造,业的全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生,产，取得理想技术经济效果的制造技术的总称。也就,是现代高新技术与传统制造业相结合的一个系统工程,发展趋势,1,常规制造技术的优化,2,新型（非常规）加工方法的发展,3,专业学科间的建设逐渐淡化、消失,4,工艺设计由经验走向定量分析,5,信息技术、管理技术与工艺技术

14、紧密结合,3,新一代材料加工成型技术在先进制造技术,中的地位,世界上，约,75,的钢材需要经过塑性加工,45,的,钢材需要焊接成形,据德国统计,2000,年汽车重量的,65,由钢材（约,45,铝合金（约,13,铸铁（约,7,通过冲压,焊接、铸造成形,据日本统计，铸造铝合金年产量的约,75,铸铁年,产量的约,50,全部用在汽车制造及相关工业,因此，新一代材料加工成型技术是机械制造业的,基础，也是先进制造技术发展的基础,1.4,21,世纪材料成形加工技术的发展趋势,1,精密成型,以精密成型为代表的新一代材料加工技术。它包括,精密铸造成形、精密塑性成形、精密连接成形、激光精密加工、特种,精密加工等,

15、2,材料制备与成形一体化,半固态成形（铸造或锻造）技术、创形,创质制造技术、喷射成形等,3,复合成形,铸锻复合、铸焊复合、锻焊复合和不同塑性成形方法,的复合。如：液态模锻、连铸连轧、冲压件的焊接成形等,4,数字化成形,我院设立了“材料数字化成形”专业，获自主招收,研究生（硕、博）权力。加工前，形成过程的模拟仿真和组织预测,加工过程中，材料成形的数字化控制；加工后，产品质量的自动检测,X,光检查、磁粉探伤等,5,自动化,自动化是高质量生产的前提（克服人为的因素,6,绿色清洁生产,采用绿色材料与绿色工程，来提升劳动条件（尘,埃、噪声、空气质量、温度等）、加强环境保护、实现无工业污染物,排放等,2,

16、材料加工成形新方法,1,消失模精密铸造技术,2,半固态铸造,3,铝（镁）合金材料及,精密成形技术,压力铸造,低压铸造,4,计算机模拟仿真技术,缺陷,缺陷,缺,陷,5,大型装备及零部件制造技术,大型,30,万吨油轮,三峡电站水轮机,千吨级核电反应器,大型飞机,6,超塑性成形,发动机整流叶片形,7,精密模锻技术与装备,YK34J-1600/C1250,数控多向精锻液压机,8,精密冲裁,9,板料成形,10,快速成形,11,搅拌摩擦焊,12,机器人焊接,12,焊接自动化,13,等离子束焊接,等离子弧的类型,1,钨极,2,喷嘴,3,转移弧,4,非转移弧,5,工件,6,冷却水,7,弧焰,8,离子气,14,激光焊接,15,其它复合成形方法,连铸连轧,铸（焊）锻一体化,复合能量场成形,快速凝固成形（喷射沉积,电渣熔铸造,粉末注射成形,3,“材料加工工程”学科研究的基本要求,1,本科生与研究生的区别,1,研究生是优秀的本科生,优秀”应包括：智力、学习能力、自控能力,2,学习的目标不同,本科生：以掌握现有专业基础知识为主，适应未来参加实际工作的需要,宽知识面的专业型人材,研究生：以掌握专业研究的方法和知识为主，适应将来从事,知