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1、材料成形技术基础,主讲教师:赖世强 重庆大学材料科学与工程学院 2011年9月,课程简介,本课程主要叙述了机械制造过程中金属材料的液态成形（铸造）、固态成形（锻压、焊接、粉末冶金等）、塑料、橡胶、陶瓷制造和有关模具加工过程以及结构加工性能。,同时介绍各种材料合理的成形过程与生产批量、产品形状、结构、尺寸、工模夹具以及人员素质和制造精度、性能成本、环保诸方面的关系。最后，还介绍了有关材料成形先进技术及其发展趋势。,一、课程的性质,材料成形技术基础课程是按教育部面向21世纪工科本科机械类专业人才培养模式改革要求而设置的机械基础系列课程之一。,该课程是机械工程类专业近机械工程类专业学生必修的一门技术
2、基础课，它是研究金属和非金属零件及其毛坯成形过程、原理及特点的一门技术基础课程包括机械制造中铸造、锻压、粉末成形、焊接、塑料、橡胶、陶瓷以及有关模具设计、加工、制造方面的专业知识。,二、课程的任务,通过本课程的学习，让学生了解到有关铸、锻、焊、模具的先进技术及发展趋势，培养学生的超前意识，把握好行业技术的发展方向。通过本课程的学习，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。,三、课程的内容及课时分配,前言一、学习材料成形技术基础的重要性,1、什么是热加工？传统定义：指铸造、锻压、焊接等需通过加热而使金属材料成形的工艺 现代定义：所有利用物理、化学、冶金原理使材料成形
3、的方法 所以，现在也常称之为材料成形加工工艺。,2、热加工工艺的发展历史新石器时代：陶器的烧制青铜时代：青铜器的冶铸铁器时代：钢铁的铸造、锻造、焊接近、现代：塑料制品、现代陶瓷制品的成 形、复合材料制品成形,湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑,陶瓷制品,塑料制品,橡胶制品,3、热加工在国民经济中的地位 工业、农业和服务业等是构成国民经济的主导产业。材料成形加工在工业生产的各个部门和行业都有应用，尤其对于制造业来说更是具有举足轻重的作用。,制造业是指所有生产和装配制成品的企业群体的总称，包括机械制造、运输工具制造、电气设备、仪器仪表、食品工业、服装、家具、化工、建材、冶金等，它在整个国民经济中占有很大
4、的比重。,统计资料显示，在我国，近年来制造业占国民生产总值GDP的比例已超过35%。同时，制造业的产品还广泛地应用于国民经济的诸多其他行业，对这些行业的运行产生着不可忽视的影响。,因此，作为制造业的一项基础的和主要的生产技术，材料热加工在国民经济中占有十分重要的地位，并且在一定程度上代表着一个国家的工业和科技发展水平。,几组数据 通过下面列举的数据，可以帮助我们真切、具体地了解到热加工对制造业和国民经济的影响。,据统计，占全世界总产量将近一半的钢材是通过焊接制成构件或产品后投入使用的；在机床和通用机械中铸件质量占7080%，农业机械中铸件质量占4070%；汽车中铸件质量占约20%，锻压件质量约
5、占70%；飞机上的锻压件质量约占85%；,发电设备中的主要零件如主轴、叶轮、转子等均为锻件制成；家用电器和通信产品中6080%的零部件是冲压件和塑料成形件。,身边的例子 再从我们熟悉的交通工具轿车的构成来看，发动机中的缸体、缸盖、活塞等一般都是铸造而成，连杆、传动轴、车轮轴等是锻造而成，车身、车门、车架、油箱等是经冲压和焊接制成,车内饰件、仪表盘、车灯罩、保险杠等是塑料成形制件，轮胎等是橡胶成形制品。因此，可以毫不夸张地说，没有先进的材料热加工工艺，就没有现代制造业。,新中国成立以后，我国的材料热加工技术重新走上了振兴之路，特别是改革开放以来，更是取得了巨大的成就，为促进国民经济发展和改善人民
6、的物质文化生活发挥了积极的作用。,一大批以材料成形技术为重要支撑的行业和企业已经成长壮大，自从20世纪50年代中期第一辆自行生产的解放牌汽车诞生以来，我国现已基本建成了较完备的汽车工业生产体系，并已成为世界第四大汽车生产国；,我国自力更生发展起来的航空制造业已初具规模，可以生产较先进的各种用途的军用飞机和中型民用飞机；我国的船舶制造业跻身于世界前列，已能够建造15万吨级的超大型船只和航空母舰。,我国是世界上少数的几个拥有运载火箭、人造卫星和载人飞船发射实力的国家，这些航天飞行器的建造离不开先进的热加工成形工艺，其中，火箭和飞船的壳体都是采用了高强轻质的材料，通过先进的特种焊接和胶接技术制造的。
7、,宝钢高炉,长征三号运载火箭在发射架上的图片,神州5号发射,航天飞机升空,重型机械的制造能力是反映一国的热加工技术水平的重要标志，我国已成功地生产出了世界上最大的轧钢机机架铸钢件（重410t）和长江三峡电站巨型水轮机的特大型铸件，锻造了196t汽轮机转子，采用铸一焊组合方法制造了12000t水压机的立柱（高18m）、底座和横梁等大型零、部件。,坐落在香港大屿山和无锡太湖边的天坛大佛和灵山大佛塑像，分别26.4m和88m，均是采用青铜分块铸造后拼焊装配而成。,这两座巨型佛像一坐一立，体态雄健庄重，充分体现了成形工艺与人文艺术的完美结合，对于弘扬我国的传统文化和促进当地的旅游业起到了很大的作用。,
8、进入21世纪以后，随着我国改革开放的步伐和世界经济一体化进程的加快，我国已越来越成为全球制造业的中心之一。通过技术引进和技术创新，使我国的材料热加工工艺的技术水平达到了新的高度。,我国制造业生产的产品在质量、品种和产量上都比过去有了大幅度的提高，其中一些重要的产品（如彩电、手机、洗衣机等）的产量已居世界第一，不仅极大地丰富和满足了国内市场的需求，而且以强大的竞争力不断扩展其在国际市场上的占有率，成为中国经济充满活力、蒸蒸日上的具体体现。,当然，我们也要清醒地看到我国与发达国家相比在材料热加工技术水平上还存在着的差距，尤其是在技术创新能力和企业核心竞争力方面的差距还很大，要赶超世界先进水平还需要
9、我们做出不懈的努力。,二、学材料成形技术基础什么,作为高等工科学校机械类和近机械类专业学生的一门技术基本课，本课程主要涉及的是与机械制造有关的材料成形加工工艺的基础知识。,机械制造是将原材料制造成机械零件，再由零件装配成机器的过程。其中，机械零件的制造在整个机械制造的过程中占据了很大的比重，而成形加工又是机械零件制造的主要工作。,传统上的机械大都是用金属材料加工制造的，随着科学和生产技术的发展，机械制造所用的材料已扩展到包括金属、非金属和复合材料在内的各种工程材料，,因此机械产品的成形加工工艺也就不再局限于传统意义上的金属加工的范畴，而是将非金属和复合材料等的成形加工也包含进来了。,金属材料的
10、成形一般有铸造、塑性成形、焊接、粘接和机械加工（包括切削加工和特种加工）等常用方法，非金属和复合材料则另有各自的特殊成形方法。,机械加工的特点：可使零件获得很高的尺寸精度和很细的表面粗糙度，但一般说来，由于大多数的机械零件与原材料之间在形状和尺寸上相差较大，如果完全依靠机械加工来制造零件，则材料和加工时间的耗费往往很大，显然这在多数情况下（尤其是大批量生产的情况下）是不经济的。,热加工工艺特点：由于在成形过程中较少或没有材料的损耗，故能以较高的生产率制造出与零件相近的制品，但传统的热加工工艺的制造精度一般不如机械加工。,在机械制造工艺过程中，一般是先用热加工的方法制造出零件的毛坯，再用机械加工
11、的方法进一步改变毛坯的形态，使其最终被加工成合格零件。其间，为了改善材料的加工性能和使用性能，通常还需对工件进行有关的热处理。,近年来，热加工工艺中的精密成形技术不断产生和发展，使其所生产的毛坯的形状、尺寸和表面质量更接近零件的要求。采用精密铸造、精密塑性成形、精密焊接等方法已能够取代部分零件的切削加工而直接获得成品零件。,由于金属材料在机械制造领域中仍然占有主导地位，而且金属的铸造、塑性成形、焊接等传统的常规热加工工艺至今仍是量大面广、经济适用的技术，因此它们是本课程论述的重点内容，同时本课程也将介绍粘接、粉末冶金和非金属材料及复合材料的成形工艺的基本知识。,铸造 塑性成形 金属的成形 焊接
12、、粘接 粉末冶金 热加工工艺内容 塑料成型 非金属材料成形 橡胶成型 陶瓷成型 复合材料成形,三、如何学好材料成形技术基础,本课程是机械类专业的主干课程之一，也是部分非机械类专业通常开设的一门课程。学生在学完本课程之后，应达到以下基本要求：,（1）掌握各种热加工方法的基本原理、工艺特点和应用场合，了解各种常用的成形设备的结构和用途，具有进行材料热加工工艺分析和合理选择毛坯（或零件）成形方法的初步能力。,（2）具有综合运用工艺知识，分析零件结构工艺性的初步能力。（3）了解与材料成形技术有关的新材料、新工艺及其发展趋势。,本课程的先修课是金工实习、工程制图、工程材料等课程，以使学生具有一定的材料热
13、加工的感性知识以及有关机械制图和工程材料的基础知识。,本课程的特点是融多种工艺方法为一体，以叙述性内容为主，涉及面广、信息量大，实践性强，因而在学习方法上应当进行适当的调整，以求获得良好的学习效果。,本课程是一门体系较为庞杂、知识点多而分散的课程，因此在学习中要注意抓好课程的主线。,对于每一类热加工工艺而言，其内容基本上都是围绕着“工艺原理一成形方法及应用成形工艺设计工件的结构工艺性”这样一条主线而展开的。按照主线对知识点进行归纳整理，将有利于在学习中保持清晰的思路，有利于对本课程内容的总体把握。,在抓好主线的同时，还要注意比较不同的热加工工艺的特点，建立相关知识点之间的联系，这将有利于在学习
14、中保持开阔的思路，有利于使所学的知识能够融合贯通，在分析和解决问题的时候，就能够做到触类旁通，举一反三。,本课程是一门有着丰富的工程背景的课程，因此在学习中要十分重视对工程素质的培养。要了解工艺问题的综合性和灵活性，学会全面地辨证地看问题的方法。一般说来，材料热加工并不仅仅是与工艺本身有关，而且还涉及产品的设计、质量、成本、效益、环保等方方面面的因素。,因此，在分析每个具体问题的时候，要善于抓住主要的影响因素，同时兼顾次要因素；要防止对知识的不求甚解和以偏概全，要避免将理论当作教条去生搬硬套。,本课程是一门实践性很强的课程，因此在学习中要坚决摒弃那种“重理论、轻实践”的错误观念，既不要因为课程中没有太多深奥的理论和公式而轻视它，也不要由于自身缺乏足够的工程实践经验而对其产生畏难心理。,本课程中所学的知识在以后的专业课程学习、课程设计和毕业设计中都会一再用到，应充分利用这些机会来对其反复练习，扎实掌握，巩固提高，真正做到以用促学，学以致用。,小结,本节主要介绍这门课程的研究对象和基本任务。,
