对材料成型与控制工程的认识

1、材料成型及控制工程导论论文作者Page 2012年5月对材料成型及控制工程的认识After study ing the material moldi ng and con trolengineering introduction of material molding afterclass and con trol engin eeri ng kno wledge 作者：XXX 通讯地址：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX摘要：Material moldi ng and con trol engin eeri ng is a door and our lifes special t

2、ech no logy, we usually use the cups and plates and dishes tableware, daily necessities, childrens toys, motor vehicle, household appliances, computer and its accessories, etc have a type （shell） items, all depe nd on material moldi ng tech no logy made out. It is simple to un dersta nd the process

3、prin ciple of it is a choice materials, mould forming, the products.It is a involve machine, the material, the control gave three subject of interdisciplinary professionals. The professional main course are: material mechanics, physical chemistry, metal scie nee etc.it and heat treatme nt prin ciple

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5、drift and fine quality products of light as the goal, material molding course also contains the content such as drawing, artistic modelling, in practice to developme nt and desig n, thus lear n up is not bori ng. Along with the computer tech no logy is more and more widely applied to material moldin

6、g and control in the field, with computer aided design and system ?关键词：材料加工与成型；塑性成形；非金属材料成型；发展趋势引言： 材料成形加工行业是制造业的重要组成部分，材料成形加工技术是汽车、电力、石化、 造船及机械等支柱产业的基础制造技术，新一代材料加工技术也是先进制造技术的重要内 容。铸造、锻造及焊接等材料加工技术是国民经济可持续发展的主体技术。据统计，全世界75%的钢材经塑性加工成形，45%的金属结构用焊接得以成形。又如我国铸件年产量已超过1400万t，是世界铸件生产第一大国。汽车结构中65%以上仍由钢材、铝合金、铸

7、铁等材料通过铸造、锻压、焊接等加工方法成形。对材料加工与成型的工艺的认识：材料加工与成型的工艺分类主要按照材料的种类可分为金属塑性成形工艺及非金属成 型加工。金属塑性成形工艺是指利用金属的塑性变形来获得一定形状、尺寸和组织性能的成形加工方法。金属塑性成形的一般特点是生产率高、生成效率高、节约原材料、节约能源、降低 成本。其中突出的优点为内部组织得以改善，性能提高。但也存在缺点，像通常需要较大的成形力，设备体积、吨位较大；为了提高被加工材料的塑性、降低成形力，有时需要加热， 脆性材料、形状过于复杂的零件不能进行塑性成形。金属塑性成形工艺可应用于以下领域， 特别是重要的零件：汽车（连杆、曲轴、大梁

8、、齿轮、轴等）飞机（发动机叶片、梁、框架等）大炮（炮筒）。金属塑性成形是利用金属材料的塑性性质加工，使之具有所需形状的过程。金属材料经成形过程后，其组织、性能获得改善和提高。凡受交变载荷作用或受力条件恶劣的构件，一般都要通过塑性成形过程， 才能达到使用要求。 塑性成形是无切屑成形方法，因而能使工件获得良好的流线形状及合理的材料利用率。用塑性成形方法可使工件尺寸达到较高精度，具有很高的生产效率。塑性成形分冷成形、 温成形和热成形。温成形要考虑温度对材料性质的影响，热成形还要考虑材料的蠕变效应。金属塑性成形包括块体成形、板料成形及轧制等（见塑性力学）。各种塑性成形都以金属材料具有塑性性质为前提，都

9、需要有外力作用，都存在外摩擦的影响， 都遵循着共同的金属学和塑性力学规律。应用塑性力学原理研究金属成形规律的方法称金属成形的塑性分析，它的任务为：研究塑性成形过程中有关力学的各种解法，以分析变形体内的应力应变分布规律，并确定变形力和变形功，以便合理地选择设备吨位及模具强度。研究塑性成形过程中构件应变和尺寸的变化规律，选择合适的坯料和合理的中间毛坯形状，以便最优地达到构件所需的形状。研究温度、应变率效应等加工条件对金属塑性加工抗力的影响以及提高金属韧性和降低抗力 的措施，以获得具有良好性能的构件。 金属成形的塑性分析方法主要有主应力法、滑移线法、上限法、有限元法等；而常用的实验方法则有视塑性法和

10、密栅云纹法。按照业务领域分为一次加工（采用冶炼得到的铸锭或金属熔体，获得板材和各种型材，作为进一步加工的原材料，这属于冶金加工范围。）以及二次加工（采用一次加工得到的各种型材制造各种机械零件或 制件，这属于机械制造领域。）按照加工坯料的不同可分为体积成形（以块状金属作为毛坯）和板料成形（以金属板材为毛坯）按照成形温度可以分为热成形（坯料在再结晶温度以上成 形，成形过程中能充分进行再结晶。）、冷成形（坯料在再结晶温度以下成形，成形过程中不 能进行产生回复和再结晶。）以及温成形（成形温度介于二者之间。）奇瑞A21汽车中支板产品图金属材料的一次成型加工1）、挤压：在置于模具内金属坯料的端部加压，使之

11、通过一定形状、尺寸摸孔，产生塑 性变形，获得与模孔相应的形状尺寸的工件。特点：塑性好、变形阻力大应用：可生产型材和零件2）、拉拔：在置于模具内金属坯料的前端施加拉力，使之通过一定形状、尺寸的摸孔， 产生塑性变形，获得与模孔相应的形状尺寸的工件特点：变形阻力比挤压小，但对材料塑性要求高应用：可生产棒、管等型材3） 、轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩产生塑性变形，获得一定形状、尺寸断面的工 件。金属材料的二次成型加工锻造：阻力大，常需加热1）自由锻造：在锤或压力机上，通过砧子、锤头或其它简单工具对金属坯料施加压力， 使之产生塑性变形，获得所需形状、尺寸的工件。特点：无须模具，变形阻力小，工件形状简

12、单，大型锻件常用方法， 单件，小批量生产。2）模型锻造：坯料在锤或压力机上，通过模具施加压力，产生塑性变形，获得所需形 状、尺寸的工件。特点：需要模具（锻模），变形阻力大，工件形状可以比较复杂。适于大批量生产，制 造中小型件。冲压：金属板材在压力机上通过模具对金属板材施压，使之产生塑性变形或分离，获得所需的形状、尺寸的工件。旋压：金属板料毛坯被压紧在旋转的芯模上并随芯模转动，借助旋轮对工件施压使其产生塑性变形并获得所需尺寸、形状、性能的工件。特点：工艺力小，大小件均适合，模具相对简单，生产效率较低金属成型方法包括金属液态成型铸造工艺过程。这种过程是将金属熔化成液态，注入具一定形状、尺寸的型腔，

13、凝固冷却后获得所需的工件。其特点成型阻力小，可以获得形状十分复杂的工件；工件直接由液态凝固成型，内部组织一般不如锻件好；应用范围广，既可适于塑性材料，也可用于脆性材料。沙型铸造，以型砂（或芯砂）作为造型材料。基本方法。特种铸造，除砂型铸造以外的其他铸造方法：熔模、压力、低压、离心等等。奇瑞A21汽车中支板产品工艺方流程例图下：L1I（图一）第一道工序修边冲孔IffFl容内形定位，修周迫中孔（图二）第二道工序冲压方向（图三）第三道工序金属成型方法还包括粉末冶金成型铸造工艺过程其工艺过程是以金属粉末为原料经混 合、成型和烧结，获得需要的制品。它的基本工序是制粉、混合、压制、烧结。特点是获得 特殊结

14、构和功能的材料：多孔（减震、发汗、隔音等）；均匀组织的复合材料。实现复杂零件的近净成形，但是产品韧性较差，成本较高。适用于具有特殊功能的中小零件（轴承、刀 具等），形状特别复杂零件的净形成形（齿轮等）。3）焊接焊接是通过加热或加压，或者两者并用，使焊接件达到原子结合。焊接分类：熔化焊：焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。压焊：焊接过程中，对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法。钎焊：指采用比焊件材熔点低的金属做钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于焊件熔点的温度，利用液态钎料润湿焊件， 填充接头间隙并与焊件材料相互扩散实现焊接的方法。非金属材料成型工艺1）

15、挤出成型原理：利用螺杆或柱塞的挤压、 剪切作用使固体塑料熔融并以一定压力通过口模，冷却固化后，获得具有与口模相应形状的制件。塑料变化过程：塑化（加热、剪切摩擦）-成型-冷却固化定型特点：连续化生产，效率高，质量稳定；应用范围广；设备简单，投资少，见效快；生产环境卫生，劳动强度低； 适于大批量生产应用：截面一定、长度连续的管材、板材、片材、薄膜、棒材、打包带、单丝和异型材等等，还可用于粉末造粒、染色、树脂掺和等。2）注射成型原理：将塑料原料在注射机中加热熔融，然后以高压射入模具型腔，冷却固化，开模后，获得所需工件。特点：生产速度快、效率高，操作可自动化，能成型形状复杂的零件，特别适合大量生 产。

16、适用：几乎所有热塑性塑料、 部分热固性塑料形状复杂的制件，占目前全部塑料制品的2030%3）压制成型定义：塑料在闭合模腔内借助加压、固化成型的方法。也称模压成型或压塑。特点：可压制较大平面塑件或一次压制多个塑件塑件收缩小、变形小、各向性能均匀、 强度高没有浇注系统，料耗少其缺点是生产周期长，效率低。适用：主要用于热固性塑料，如酚醛塑料、氨基塑料、不饱和聚酯塑料等。4）吹塑成型定义：借助压缩空气使热的树脂型坯吹胀为空心制品的一种方法，又称中空 吹塑或中空成型。吹塑包括吹塑薄膜及吹塑中空制品两种方法。吹塑中空制品：在闭合的模具中吹塑成型适用：生产瓶、桶、壶类容器及儿童玩具等。5）真空成形工艺过程：

17、将热塑性塑料片材置于模具中压紧并加热至软化温度，然后将模具型腔抽真空，真空产生的负压将软化的塑料片吸入模内并使之紧贴模具，冷却后即得所需塑料制品。特点：对模具材料和加工要求较低，少量生产时可用硬木、高强度石膏和塑料制模，大量生产时常用有色合金或钢制模。应用：杯、盘、箱壳、盒、罩、盖等薄壁敞口制件。如：一次性饭盒、包装塑料盒、塑 料箱包等其它非金属材料的成型加工陶瓷成型加工A、压制成型：泥料-切泥片-压坯-带模干燥-脱模-坯体干燥-磨坯施釉-扫灰检验-烧 成。B、注浆成型：制浆-注浆-倒出余浆-带模干燥-起坯干燥一上釉-扫灰检验-烧成。 模具（成型模具）1）成形加工中，安装于成型机床、具有一定工

18、作形状和表面，用于改变工件形状、尺 寸和性能的工艺装备。2）模具分类按照成形工艺划分：如：冲压模、锻造模、压铸模、注塑模、挤塑模材料成形加工技术的发展趋势：美国在“新一代制造计划”中指出未来的制造模式将是：批量小、质量高、成本低、交 货期短、生产柔性、环境友好。未来的制造企业将是：以人、技术和经营三要素组成，而以 人为本。现代的产品开发系统的特点是：1）采用现代设计理论与方法；（2）进行全生命周期设计；（3）设计全过程采用信息技术；（4 ）加快采用新材料、新工艺；（5）产品开发周期 短，返工少，成本低，努力做到一次成功；（6）产品有创新，在国际市场上有竞争能力。新一代的材料成形加工技术1）精确

19、成形加工技术近年来出现了很多新的精确成形加工制造技术。在汽车工业中Bosworth铸造、消失模铸造及压力铸造已成为新一代汽车薄壁、高质量铝合金缸体铸件的 3种主要精确铸造成形方法。许多国家预测消失模铸造将成为“明天的铸造新技术”。另外，用定向凝固熔模铸造生产的高温合金单晶体燃汽轮机叶片也是精确成形铸造技术在航空航天工业中应用的杰出体 现。2）快速及自由成形加工技术随着全球化及市场的激烈竞争，加快产品开发速度已成为竞争的重要手段之一。制造业 要满足日益变化的用户需求 ，制造技术必须具有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产迎合市场。快速原型制造技术就是在这样的社会背景下产生的。3）材料加工制造过

20、程的模拟和仿真随着计算机技术的发展，计算材料科学已成为一门新兴的交替学科，是除实验和理论外解决材料科学中实际问题的第3个重要研究方法。它可以比理论和实验做得更深刻、 更全面、更细致，可以进行一些理论和实验暂时还做不到的研究。因此，基于知识的材料成形工艺模拟仿真是材料科学与制造科学的前沿领域和研究热点。讨论：中国已是制造业大国，仅次于美、日、德，居世界第4位，但与工业发达国家相比，中国离他们仍有很大差距，这表现在：（1）制造业的劳动生产率低，不到美国的5%; （2）技术含量低，以CAD为例，仍停留在绘图功能上；（3）重要关键产品基本上没有自主创新开发能力。举例说，重大工程的关键铸锻件如长江三峡水轮机的第一个叶轮仍从国外进口；航 空工业发动机及其他重要的动力机械的核心成形制造技术尚有待突破。因此，在振兴我国制造业的同时，要加强和重视