對材料成型與控制工程的認(rèn)識(shí)

1、材料成型及控制工程導(dǎo)論論文作者Page 2012年5月對材料成型及控制工程的認(rèn)識(shí)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 通訊地址：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

4、, tran smissi on prin ciple, pressure process ing tech no logy and die, metal solidification and control, welding, metallurgy, metal plastic forming principle, material molding the computer simulation and so on, to learn the course has the certain difficulty, but because of the design appearance to

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 ?關(guān)鍵詞：材料加工與成型；塑性成形；非金屬材料成型；發(fā)展趨勢引言： 材料成形加工行業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分，材料成形加工技術(shù)是汽車、電力、石化、 造船及機(jī)械等支柱產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)制造技術(shù)，新一代材料加工技術(shù)也是先進(jìn)制造技術(shù)的重要內(nèi) 容。鑄造、鍛造及焊接等材料加工技術(shù)是國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主體技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界75%的鋼材經(jīng)塑性加工成形，45%的金屬結(jié)構(gòu)用焊接得以成形。又如我國鑄件年產(chǎn)量已超過1400萬t，是世界鑄件生產(chǎn)第一大國。汽車結(jié)構(gòu)中65%以上仍由鋼材、鋁合金、鑄

7、鐵等材料通過鑄造、鍛壓、焊接等加工方法成形。對材料加工與成型的工藝的認(rèn)識(shí)：材料加工與成型的工藝分類主要按照材料的種類可分為金屬塑性成形工藝及非金屬成 型加工。金屬塑性成形工藝是指利用金屬的塑性變形來獲得一定形狀、尺寸和組織性能的成形加工方法。金屬塑性成形的一般特點(diǎn)是生產(chǎn)率高、生成效率高、節(jié)約原材料、節(jié)約能源、降低 成本。其中突出的優(yōu)點(diǎn)為內(nèi)部組織得以改善，性能提高。但也存在缺點(diǎn)，像通常需要較大的成形力，設(shè)備體積、噸位較大；為了提高被加工材料的塑性、降低成形力，有時(shí)需要加熱， 脆性材料、形狀過于復(fù)雜的零件不能進(jìn)行塑性成形。金屬塑性成形工藝可應(yīng)用于以下領(lǐng)域， 特別是重要的零件：汽車（連桿、曲軸、大梁

8、、齒輪、軸等）飛機(jī)（發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、梁、框架等）大炮（炮筒）。金屬塑性成形是利用金屬材料的塑性性質(zhì)加工，使之具有所需形狀的過程。金屬材料經(jīng)成形過程后，其組織、性能獲得改善和提高。凡受交變載荷作用或受力條件惡劣的構(gòu)件，一般都要通過塑性成形過程， 才能達(dá)到使用要求。 塑性成形是無切屑成形方法，因而能使工件獲得良好的流線形狀及合理的材料利用率。用塑性成形方法可使工件尺寸達(dá)到較高精度，具有很高的生產(chǎn)效率。塑性成形分冷成形、 溫成形和熱成形。溫成形要考慮溫度對材料性質(zhì)的影響，熱成形還要考慮材料的蠕變效應(yīng)。金屬塑性成形包括塊體成形、板料成形及軋制等（見塑性力學(xué)）。各種塑性成形都以金屬材料具有塑性性質(zhì)為前提，都

9、需要有外力作用，都存在外摩擦的影響， 都遵循著共同的金屬學(xué)和塑性力學(xué)規(guī)律。應(yīng)用塑性力學(xué)原理研究金屬成形規(guī)律的方法稱金屬成形的塑性分析，它的任務(wù)為：研究塑性成形過程中有關(guān)力學(xué)的各種解法，以分析變形體內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，并確定變形力和變形功，以便合理地選擇設(shè)備噸位及模具強(qiáng)度。研究塑性成形過程中構(gòu)件應(yīng)變和尺寸的變化規(guī)律，選擇合適的坯料和合理的中間毛坯形狀，以便最優(yōu)地達(dá)到構(gòu)件所需的形狀。研究溫度、應(yīng)變率效應(yīng)等加工條件對金屬塑性加工抗力的影響以及提高金屬韌性和降低抗力 的措施，以獲得具有良好性能的構(gòu)件。 金屬成形的塑性分析方法主要有主應(yīng)力法、滑移線法、上限法、有限元法等；而常用的實(shí)驗(yàn)方法則有視塑性法和

10、密柵云紋法。按照業(yè)務(wù)領(lǐng)域分為一次加工（采用冶煉得到的鑄錠或金屬熔體，獲得板材和各種型材，作為進(jìn)一步加工的原材料，這屬于冶金加工范圍。）以及二次加工（采用一次加工得到的各種型材制造各種機(jī)械零件或 制件，這屬于機(jī)械制造領(lǐng)域。）按照加工坯料的不同可分為體積成形（以塊狀金屬作為毛坯）和板料成形（以金屬板材為毛坯）按照成形溫度可以分為熱成形（坯料在再結(jié)晶溫度以上成 形，成形過程中能充分進(jìn)行再結(jié)晶。）、冷成形（坯料在再結(jié)晶溫度以下成形，成形過程中不 能進(jìn)行產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶。）以及溫成形（成形溫度介于二者之間。）奇瑞A21汽車中支板產(chǎn)品圖金屬材料的一次成型加工1）、擠壓：在置于模具內(nèi)金屬坯料的端部加壓，使之

11、通過一定形狀、尺寸摸孔，產(chǎn)生塑 性變形，獲得與?？紫鄳?yīng)的形狀尺寸的工件。特點(diǎn)：塑性好、變形阻力大應(yīng)用：可生產(chǎn)型材和零件2）、拉拔：在置于模具內(nèi)金屬坯料的前端施加拉力，使之通過一定形狀、尺寸的摸孔， 產(chǎn)生塑性變形，獲得與?？紫鄳?yīng)的形狀尺寸的工件特點(diǎn)：變形阻力比擠壓小，但對材料塑性要求高應(yīng)用：可生產(chǎn)棒、管等型材3） 、軋制：金屬通過旋轉(zhuǎn)的軋輥受到壓縮產(chǎn)生塑性變形，獲得一定形狀、尺寸斷面的工 件。金屬材料的二次成型加工鍛造：阻力大，常需加熱1）自由鍛造：在錘或壓力機(jī)上，通過砧子、錘頭或其它簡單工具對金屬坯料施加壓力， 使之產(chǎn)生塑性變形，獲得所需形狀、尺寸的工件。特點(diǎn)：無須模具，變形阻力小，工件形狀簡

12、單，大型鍛件常用方法， 單件，小批量生產(chǎn)。2）模型鍛造：坯料在錘或壓力機(jī)上，通過模具施加壓力，產(chǎn)生塑性變形，獲得所需形 狀、尺寸的工件。特點(diǎn)：需要模具（鍛模），變形阻力大，工件形狀可以比較復(fù)雜。適于大批量生產(chǎn)，制 造中小型件。沖壓：金屬板材在壓力機(jī)上通過模具對金屬板材施壓，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，獲得所需的形狀、尺寸的工件。旋壓：金屬板料毛坯被壓緊在旋轉(zhuǎn)的芯模上并隨芯模轉(zhuǎn)動(dòng)，借助旋輪對工件施壓使其產(chǎn)生塑性變形并獲得所需尺寸、形狀、性能的工件。特點(diǎn)：工藝力小，大小件均適合，模具相對簡單，生產(chǎn)效率較低金屬成型方法包括金屬液態(tài)成型鑄造工藝過程。這種過程是將金屬熔化成液態(tài)，注入具一定形狀、尺寸的型腔，

13、凝固冷卻后獲得所需的工件。其特點(diǎn)成型阻力小，可以獲得形狀十分復(fù)雜的工件；工件直接由液態(tài)凝固成型，內(nèi)部組織一般不如鍛件好；應(yīng)用范圍廣，既可適于塑性材料，也可用于脆性材料。沙型鑄造，以型砂（或芯砂）作為造型材料。基本方法。特種鑄造，除砂型鑄造以外的其他鑄造方法：熔模、壓力、低壓、離心等等。奇瑞A21汽車中支板產(chǎn)品工藝方流程例圖下：L1I（圖一）第一道工序修邊沖孔IffFl容內(nèi)形定位，修周迫中孔（圖二）第二道工序沖壓方向（圖三）第三道工序金屬成型方法還包括粉末冶金成型鑄造工藝過程其工藝過程是以金屬粉末為原料經(jīng)混 合、成型和燒結(jié)，獲得需要的制品。它的基本工序是制粉、混合、壓制、燒結(jié)。特點(diǎn)是獲得 特殊結(jié)

14、構(gòu)和功能的材料：多孔（減震、發(fā)汗、隔音等）；均勻組織的復(fù)合材料。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的近凈成形，但是產(chǎn)品韌性較差，成本較高。適用于具有特殊功能的中小零件（軸承、刀 具等），形狀特別復(fù)雜零件的凈形成形（齒輪等）。3）焊接焊接是通過加熱或加壓，或者兩者并用，使焊接件達(dá)到原子結(jié)合。焊接分類：熔化焊：焊接過程中，將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。壓焊：焊接過程中，對焊件施加壓力（加熱或不加熱）以完成焊接的方法。釬焊：指采用比焊件材熔點(diǎn)低的金屬做釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于焊件熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕焊件， 填充接頭間隙并與焊件材料相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)焊接的方法。非金屬材料成型工藝1）

15、擠出成型原理：利用螺桿或柱塞的擠壓、 剪切作用使固體塑料熔融并以一定壓力通過口模，冷卻固化后，獲得具有與口模相應(yīng)形狀的制件。塑料變化過程：塑化（加熱、剪切摩擦）-成型-冷卻固化定型特點(diǎn)：連續(xù)化生產(chǎn)，效率高，質(zhì)量穩(wěn)定；應(yīng)用范圍廣；設(shè)備簡單，投資少，見效快；生產(chǎn)環(huán)境衛(wèi)生，勞動(dòng)強(qiáng)度低； 適于大批量生產(chǎn)應(yīng)用：截面一定、長度連續(xù)的管材、板材、片材、薄膜、棒材、打包帶、單絲和異型材等等，還可用于粉末造粒、染色、樹脂摻和等。2）注射成型原理：將塑料原料在注射機(jī)中加熱熔融，然后以高壓射入模具型腔，冷卻固化，開模后，獲得所需工件。特點(diǎn)：生產(chǎn)速度快、效率高，操作可自動(dòng)化，能成型形狀復(fù)雜的零件，特別適合大量生 產(chǎn)。

16、適用：幾乎所有熱塑性塑料、 部分熱固性塑料形狀復(fù)雜的制件，占目前全部塑料制品的2030%3）壓制成型定義：塑料在閉合模腔內(nèi)借助加壓、固化成型的方法。也稱模壓成型或壓塑。特點(diǎn)：可壓制較大平面塑件或一次壓制多個(gè)塑件塑件收縮小、變形小、各向性能均勻、 強(qiáng)度高沒有澆注系統(tǒng)，料耗少其缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長，效率低。適用：主要用于熱固性塑料，如酚醛塑料、氨基塑料、不飽和聚酯塑料等。4）吹塑成型定義：借助壓縮空氣使熱的樹脂型坯吹脹為空心制品的一種方法，又稱中空 吹塑或中空成型。吹塑包括吹塑薄膜及吹塑中空制品兩種方法。吹塑中空制品：在閉合的模具中吹塑成型適用：生產(chǎn)瓶、桶、壺類容器及兒童玩具等。5）真空成形工藝過程：

17、將熱塑性塑料片材置于模具中壓緊并加熱至軟化溫度，然后將模具型腔抽真空，真空產(chǎn)生的負(fù)壓將軟化的塑料片吸入模內(nèi)并使之緊貼模具，冷卻后即得所需塑料制品。特點(diǎn)：對模具材料和加工要求較低，少量生產(chǎn)時(shí)可用硬木、高強(qiáng)度石膏和塑料制模，大量生產(chǎn)時(shí)常用有色合金或鋼制模。應(yīng)用：杯、盤、箱殼、盒、罩、蓋等薄壁敞口制件。如：一次性飯盒、包裝塑料盒、塑 料箱包等其它非金屬材料的成型加工陶瓷成型加工A、壓制成型：泥料-切泥片-壓坯-帶模干燥-脫模-坯體干燥-磨坯施釉-掃灰檢驗(yàn)-燒 成。B、注漿成型：制漿-注漿-倒出余漿-帶模干燥-起坯干燥一上釉-掃灰檢驗(yàn)-燒成。 模具（成型模具）1）成形加工中，安裝于成型機(jī)床、具有一定工

18、作形狀和表面，用于改變工件形狀、尺 寸和性能的工藝裝備。2）模具分類按照成形工藝劃分：如：沖壓模、鍛造模、壓鑄模、注塑模、擠塑模材料成形加工技術(shù)的發(fā)展趨勢：美國在“新一代制造計(jì)劃”中指出未來的制造模式將是：批量小、質(zhì)量高、成本低、交 貨期短、生產(chǎn)柔性、環(huán)境友好。未來的制造企業(yè)將是：以人、技術(shù)和經(jīng)營三要素組成，而以 人為本?，F(xiàn)代的產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：1）采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法；（2）進(jìn)行全生命周期設(shè)計(jì)；（3）設(shè)計(jì)全過程采用信息技術(shù)；（4 ）加快采用新材料、新工藝；（5）產(chǎn)品開發(fā)周期 短，返工少，成本低，努力做到一次成功；（6）產(chǎn)品有創(chuàng)新，在國際市場上有競爭能力。新一代的材料成形加工技術(shù)1）精確

19、成形加工技術(shù)近年來出現(xiàn)了很多新的精確成形加工制造技術(shù)。在汽車工業(yè)中Bosworth鑄造、消失模鑄造及壓力鑄造已成為新一代汽車薄壁、高質(zhì)量鋁合金缸體鑄件的 3種主要精確鑄造成形方法。許多國家預(yù)測消失模鑄造將成為“明天的鑄造新技術(shù)”。另外，用定向凝固熔模鑄造生產(chǎn)的高溫合金單晶體燃汽輪機(jī)葉片也是精確成形鑄造技術(shù)在航空航天工業(yè)中應(yīng)用的杰出體 現(xiàn)。2）快速及自由成形加工技術(shù)隨著全球化及市場的激烈競爭，加快產(chǎn)品開發(fā)速度已成為競爭的重要手段之一。制造業(yè) 要滿足日益變化的用戶需求 ，制造技術(shù)必須具有較強(qiáng)的靈活性，能夠以小批量甚至單件生產(chǎn)迎合市場?？焖僭椭圃旒夹g(shù)就是在這樣的社會(huì)背景下產(chǎn)生的。3）材料加工制造過

20、程的模擬和仿真隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算材料科學(xué)已成為一門新興的交替學(xué)科，是除實(shí)驗(yàn)和理論外解決材料科學(xué)中實(shí)際問題的第3個(gè)重要研究方法。它可以比理論和實(shí)驗(yàn)做得更深刻、 更全面、更細(xì)致，可以進(jìn)行一些理論和實(shí)驗(yàn)暫時(shí)還做不到的研究。因此，基于知識(shí)的材料成形工藝模擬仿真是材料科學(xué)與制造科學(xué)的前沿領(lǐng)域和研究熱點(diǎn)。討論：中國已是制造業(yè)大國，僅次于美、日、德，居世界第4位，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，中國離他們?nèi)杂泻艽蟛罹?，這表現(xiàn)在：（1）制造業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率低，不到美國的5%; （2）技術(shù)含量低，以CAD為例，仍停留在繪圖功能上；（3）重要關(guān)鍵產(chǎn)品基本上沒有自主創(chuàng)新開發(fā)能力。舉例說，重大工程的關(guān)鍵鑄鍛件如長江三峽水輪機(jī)的第一個(gè)葉輪仍從國外進(jìn)口；航 空工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)及其他重要的動(dòng)力機(jī)械的核心成形制造技術(shù)尚有待突破。因此，在振興我國制造業(yè)的同時(shí)，要加強(qiáng)和重視