材料加工成形技術(shù)方法及新進(jìn)展參考幻燈片

1、材料加工成形技術(shù)方法與新發(fā)展,報(bào)告人,樊自田,1,材料的分類及其成形加工方法,2,材料加工成形新方法,3,“材料加工工程”學(xué)科研究的基本要求,內(nèi)容提要,1,材料的分類及其成形加工方法,町田輝史等,將材料技術(shù)進(jìn)步，概括為,5,次革命,開始時(shí)間,時(shí)代特征,技術(shù)發(fā)展契機(jī),對(duì)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的促進(jìn)和帶動(dòng)作用舉例,第一次,革命,公,元,前,4,0,0,0,年,中國,公元前,2000,年,從,漫,長,的,石,器,時(shí),代,進(jìn),入,青,銅,器時(shí)代,1,銅的熔煉,2,鑄造技術(shù),1,自然資源加工技術(shù),2,器具、工具的發(fā)達(dá),3,農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的發(fā)展,第二次,革命,公元前,13501400,年,中國,公元,前,500600,

2、年,從,青,銅,器,時(shí),代,進(jìn),入,鐵,器,時(shí),代,1,鐵的規(guī)模冶煉,2,鍛造技術(shù),1,低熔點(diǎn)合金的釬焊,2,武器的發(fā)達(dá),3,鑄鐵技術(shù)、大規(guī)模鑄鐵產(chǎn)品,4,混凝土等,第三次,革命,公元,1500,年,從,鐵,器,時(shí),代,進(jìn),入,合,金,化,時(shí),代,1,高爐技術(shù)的發(fā)展和成,熟,2,純金屬的精煉與合金,化,1,鋼結(jié)構(gòu)（軍艦、鐵橋,2,蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)床,3,電鍍、電解鋁,4,不銹鋼，銅、鋁等有色合金等,第四次,革命,20,世紀(jì)初期,合,成,材,料,時(shí),代的到來,1,酚醛樹脂、尼龍等塑,料合成技術(shù),2,陶瓷材料合成制備技,術(shù),1,結(jié)構(gòu)材料輕質(zhì)化,2,材料復(fù)合技術(shù),3,航空航天技術(shù)迅速發(fā)展,4,陶瓷

3、材料的發(fā)展與應(yīng)用,5,人造金剛石上,6,超導(dǎo)材料與技術(shù),7,計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù),8,新材料大量涌現(xiàn)和應(yīng)用,第五次,革命,20,世紀(jì)末期,新,材,料,設(shè),計(jì),與,制,備,加,工,工,藝時(shí)代的開始,1,“資源材料制品,界限的弱化與消失,2,性能設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì),的一體化要求,1,生物工程,2,環(huán)境工程,3,可持續(xù)發(fā)展,4,太空時(shí)代,1.1,材料種類及其成形方法概述,1,材料的定義,材料,materials,一般是指可以用來制造有用的構(gòu)件,器件或其他物品的物質(zhì),2,材料的分類,1,根據(jù),化學(xué)組成和顯微結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分類,金屬材料,metal materials,無機(jī)非金屬材料,inorganic non

4、-metallic materials,有機(jī)高分子材料,polymeric materials,上述,三種材料,都有：天然材料和人造材料兩種,復(fù)合材料,復(fù)合材料是由前三者相互構(gòu)成的,材料分類框圖,材料,金屬材料,無機(jī)非金屬材料,有機(jī)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,復(fù)合材料,三種材料細(xì)分,為,金屬材料,鋼鐵、銅合金、鋁合金、鎂合金等,有機(jī)高分子材料,塑料、樹脂、橡膠等,無機(jī)非金屬材料,除金屬材料、高分子材料以外的所有材,料。主要有：陶瓷、玻璃、膠凝材料（水泥、石灰和石,膏等）、混凝土、耐火材料、天然礦物材料等,復(fù)合材料,由兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立的物理相，包括粘

5、結(jié)材料（基,體）和粒料、纖維或片狀材料所組成的一種固體產(chǎn)物,復(fù)合材料的組成分為兩大部分：基體與增強(qiáng)材料,基體,是構(gòu)成復(fù)合材料連續(xù)相的單一材料，增強(qiáng)材料是復(fù)合,材料中不構(gòu)成連續(xù)相的材料,復(fù)合材料根據(jù)其基體材料的不同，又可分為,聚合物基,復(fù)合材料（如樹脂基復(fù)合材料）、金屬基復(fù)合材料,無機(jī)非金屬基復(fù)合材料（陶瓷基復(fù)合材料）三種,在復(fù)合材料中,以樹脂基復(fù)合材料用量最大，占所有復(fù),合材料用量的,90,2,材料的其它分類,根據(jù),性能特征,分類,結(jié)構(gòu)材料,structure materials,功能材料,function,materials,前者以力學(xué)性能為主，后者以物理、化學(xué)特性為主,根據(jù),用途,分類,建

6、筑材料,building materials,航空材料,aviation materials,電子材料,electronic materials,半導(dǎo)體材料,semiconductor,materials,根據(jù),狀態(tài),分類,固體材料,solid materials,液體材料,liquid materials,粉末材料,powder materials,3,材料的成形方法分類,1,金屬材料的加工成形,金屬材料,成形方法,固態(tài)金屬,塑性成形,金屬材料,焊接成形,液態(tài)金屬,鑄造成形,重力下鑄造,外力下鑄造,體積金屬成形,板料金屬成形,熔,焊,主,要,是,電,弧,焊,壓,焊,電,阻,焊,摩,擦,焊,釬

7、,焊,粘,接,等,砂型鑄造,金屬型鑄造,熔模鑄造,消失模鑄造,壓力鑄造,離心力鑄造,擠壓鑄造,反重力鑄造,自由鍛,胎模鍛,模,鍛,開,式,閉式、特種,沖裁,彎曲,拉深,特種成形,2,無機(jī)非金屬材料的精確成形,陶瓷,精確成形（塑性滾壓成形法、注漿成形法,粉料壓力成形法和特種成形法四種,玻璃,精確成形（吹制法、拉制法、壓制法和吹,壓,制法四種,瓶罐玻璃的成形,吹吹法”成形,3,高分子材料的精確成形,高分子材料成形方法,橡膠成形,塑料成形,注射成形,擠出成形,中空成形,壓縮成形,壓制成形,壓鑄成形,注壓成形,壓出成形,2,根據(jù)材料被加工時(shí)所處的,狀態(tài),分類,1,液體材料成形（鑄造,焊接,2,固體（板

8、、塊）材料成形（鍛造、沖壓,3,半固態(tài)成形,半固態(tài)鑄造（流變和觸變）、液態(tài)模鍛,4,粉末材料成形（注射成形、噴射成形,粉末冶金,1.2,材料加工,成形,的作用、特點(diǎn)及精確成形技術(shù),1,作用,1,材料加工技術(shù),Materials Processing Technology,通常是指,鑄造、連接、塑性加工、粉末冶金等單元或復(fù)合技術(shù)的總稱（熱加,工），此外還有機(jī)械切削加工（冷加工,幾乎所有的材料都要進(jìn)行,加工后才能進(jìn)行使用，不經(jīng)加工的材料直接利用很少,2,采用,鑄造方法,可以生產(chǎn)各種類和大小的金屬零件。鑄件在一般機(jī),器生產(chǎn)中占總質(zhì)量的,4080,3,采用,塑性成形,方法，可以生產(chǎn)鋼鍛件、鋼板沖壓件、

9、各類有色金,屬的鍛件和板沖壓件，還可生產(chǎn)塑料件與橡膠制品。在儀表和家用電,器中,塑性成形占,90,4,焊接成形,技術(shù)的應(yīng)用也極為廣泛，它在鋼鐵、汽車和鐵路車輛,船舶、航空航天飛行器，原子能反應(yīng)堆及電站、石油化工設(shè)備等制造,行業(yè),焊接或連接成形技術(shù)都占十分重要的地位,2,特點(diǎn),與機(jī)械切削加工比較,材料成形加工有如下特點(diǎn),1,通常，材料在熱態(tài)下通過模具或模型而成形,2,材料利用率高。以生產(chǎn)錐齒輪為例，切削加工的材料利用率為,41,采用鑄、鍛成形的材料利用率為,68,采用精鑄或精鍛的材料利用,率為,83,材料利用率分別提高了,27,和,42,通常零件越復(fù)雜,采用成形加工的材料利用率越高,3,勞動(dòng)生產(chǎn)

10、率高?？蓪?shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化生產(chǎn),4,產(chǎn)品尺寸規(guī)格的一致性好,5,產(chǎn)品性能好。由成形產(chǎn)生的金屬纖維屬連續(xù)性，其強(qiáng)度和疲勞壽命提,高，而切削加工會(huì)破壞連續(xù)性金屬纖維，降低強(qiáng)度和疲勞壽命約,20,6,但通常，成形加工零件的尺寸精度較切削加工低、表面粗糙度較切削,加工高,3,精確成形,精確成形,是相對(duì)于原來的成形毛坯的概念而提出的。精確成形是,指被形成的零件無需進(jìn)行精加工而直接使用,精確成形,Net,Shape,Processing,有,時(shí),又,稱,為,近,凈,成,形,Near,Net,Shape,Processing,或近精確成形,目前完全的不需精加工還很難達(dá)到，只能是接近達(dá)到。材料加工,中精確成形技

11、術(shù)的目標(biāo)是，實(shí)現(xiàn)少機(jī)械切削加工或無切削加工,因此,精確成形技術(shù)是材料加工（熱加工與冷加工）的基礎(chǔ)和發(fā),展的趨勢(shì),在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要作用,目前,精確成形包括,塑料注射成形；壓力鑄造成形、精密溶模鑄,造、低壓鑄造、高緊實(shí)度砂型鑄造；精密鍛造、精密沖壓；粉末冶金,精密連接等,1.3,從“夕陽工業(yè)”到,先進(jìn)制造技術(shù),a,材料的成分與結(jié)構(gòu),b,材料的性質(zhì),c,材料的制備與加工,d,材料的使用性能,被認(rèn)為是現(xiàn)代材料科學(xué)與工程,的,四個(gè)基本要素,材料的制備與加工技術(shù)的研究,與開發(fā)，也是目前材料科學(xué)技,術(shù)中最活躍的領(lǐng)域之一,圖,1-4,材料科學(xué)與工程的四個(gè)基本要素,1,問題的緣起,以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表

12、的高新技術(shù)出現(xiàn)后,傳統(tǒng)的金屬材料,加工業(yè),尤其是鋼鐵產(chǎn)業(yè)等）或制造業(yè)似乎窮途末路、成為了,夕,陽工業(yè),20,世紀(jì)七、八十年代,美國由于片面地強(qiáng)調(diào)發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)的重,要性，而忽視制造業(yè)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的保障作用，逐步喪失了,其制造業(yè)世界霸主的地位，美國汽車在國際市場上的競爭力日漸下,降，日本、西德汽車工業(yè)快速崛起,八十年代中期后，美國政府及科學(xué)家,MIT,總結(jié)汽車工業(yè)競爭力,下降的原因，提出了一系列先進(jìn)制造技術(shù),Advanced Manufacturing,的發(fā)展戰(zhàn)略，以提高制造業(yè)的技術(shù)水準(zhǔn)和產(chǎn)品的競爭能力。它包括,精節(jié)生產(chǎn),Lean Production,并行工程,Concurrent,Eng

13、ineering,敏捷制造,Agile Manufacturing,動(dòng)態(tài)合智聯(lián)盟,Virtual Organization,等,美國仍是第,1,制造大國、強(qiáng)國,2,先進(jìn)制造技術(shù)的定義及發(fā)展趨勢(shì),定義,制造業(yè)不斷地吸收機(jī)械、電子、信息、材料,能源及現(xiàn)代管理等方面的成果，將其綜合應(yīng)用于制造,業(yè)的全過程，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生,產(chǎn)，取得理想技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱。也就,是現(xiàn)代高新技術(shù)與傳統(tǒng)制造業(yè)相結(jié)合的一個(gè)系統(tǒng)工程,發(fā)展趨勢(shì),1,常規(guī)制造技術(shù)的優(yōu)化,2,新型（非常規(guī)）加工方法的發(fā)展,3,專業(yè)學(xué)科間的建設(shè)逐漸淡化、消失,4,工藝設(shè)計(jì)由經(jīng)驗(yàn)走向定量分析,5,信息技術(shù)、管理技術(shù)與工藝技術(shù)

14、緊密結(jié)合,3,新一代材料加工成型技術(shù)在先進(jìn)制造技術(shù),中的地位,世界上，約,75,的鋼材需要經(jīng)過塑性加工,45,的,鋼材需要焊接成形,據(jù)德國統(tǒng)計(jì),2000,年汽車重量的,65,由鋼材（約,45,鋁合金（約,13,鑄鐵（約,7,通過沖壓,焊接、鑄造成形,據(jù)日本統(tǒng)計(jì)，鑄造鋁合金年產(chǎn)量的約,75,鑄鐵年,產(chǎn)量的約,50,全部用在汽車制造及相關(guān)工業(yè),因此，新一代材料加工成型技術(shù)是機(jī)械制造業(yè)的,基礎(chǔ)，也是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ),1.4,21,世紀(jì)材料成形加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),1,精密成型,以精密成型為代表的新一代材料加工技術(shù)。它包括,精密鑄造成形、精密塑性成形、精密連接成形、激光精密加工、特種,精密加工等,

15、2,材料制備與成形一體化,半固態(tài)成形（鑄造或鍛造）技術(shù)、創(chuàng)形,創(chuàng)質(zhì)制造技術(shù)、噴射成形等,3,復(fù)合成形,鑄鍛復(fù)合、鑄焊復(fù)合、鍛焊復(fù)合和不同塑性成形方法,的復(fù)合。如：液態(tài)模鍛、連鑄連軋、沖壓件的焊接成形等,4,數(shù)字化成形,我院設(shè)立了“材料數(shù)字化成形”專業(yè)，獲自主招收,研究生（碩、博）權(quán)力。加工前，形成過程的模擬仿真和組織預(yù)測,加工過程中，材料成形的數(shù)字化控制；加工后，產(chǎn)品質(zhì)量的自動(dòng)檢測,X,光檢查、磁粉探傷等,5,自動(dòng)化,自動(dòng)化是高質(zhì)量生產(chǎn)的前提（克服人為的因素,6,綠色清潔生產(chǎn),采用綠色材料與綠色工程，來提升勞動(dòng)條件（塵,埃、噪聲、空氣質(zhì)量、溫度等）、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、實(shí)現(xiàn)無工業(yè)污染物,排放等,2,

16、材料加工成形新方法,1,消失模精密鑄造技術(shù),2,半固態(tài)鑄造,3,鋁（鎂）合金材料及,精密成形技術(shù),壓力鑄造,低壓鑄造,4,計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù),缺陷,缺陷,缺,陷,5,大型裝備及零部件制造技術(shù),大型,30,萬噸油輪,三峽電站水輪機(jī),千噸級(jí)核電反應(yīng)器,大型飛機(jī),6,超塑性成形,發(fā)動(dòng)機(jī)整流葉片形,7,精密模鍛技術(shù)與裝備,YK34J-1600/C1250,數(shù)控多向精鍛液壓機(jī),8,精密沖裁,9,板料成形,10,快速成形,11,攪拌摩擦焊,12,機(jī)器人焊接,12,焊接自動(dòng)化,13,等離子束焊接,等離子弧的類型,1,鎢極,2,噴嘴,3,轉(zhuǎn)移弧,4,非轉(zhuǎn)移弧,5,工件,6,冷卻水,7,弧焰,8,離子氣,14,激光焊接,15,其它復(fù)合成形方法,連鑄連軋,鑄（焊）鍛一體化,復(fù)合能量場成形,快速凝固成形（噴射沉積,電渣熔鑄造,粉末注射成形,3,“材料加工工程”學(xué)科研究的基本要求,1,本科生與研究生的區(qū)別,1,研究生是優(yōu)秀的本科生,優(yōu)秀”應(yīng)包括：智力、學(xué)習(xí)能力、自控能力,2,學(xué)習(xí)的目標(biāo)不同,本科生：以掌握現(xiàn)有專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)為主，適應(yīng)未來參加實(shí)際工作的需要,寬知識(shí)面的專業(yè)型人材,研究生：以掌握專業(yè)研究的方法和知識(shí)為主，適應(yīng)將來從事,知