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1、材料加工工艺材料加工工艺1.1 1.1 1.1 1.1 材料加工工艺及其材料加工工艺及其材料加工工艺及其材料加工工艺及其 在制造业中的地位在制造业中的地位在制造业中的地位在制造业中的地位? ?材料加工工艺材料加工工艺 (Materials Processing Technology)(Materials Processing Technology) 所包含的内容所包含的内容: : 1.1.液态金属成形，液态金属成形，2.2.金属塑性成形，金属塑性成形， 3.3.金属焊接成形，金属焊接成形，4.4.塑料成形，塑料成形， 5.5.粉末冶金成形，粉末冶金成形，6.6.快速原型制造，快速原型制造， 等
2、等各种成形方法。等等各种成形方法。? ?及其表面工程及其表面工程材料加工工艺的本质材料加工工艺的本质? ?它是利用熔化、结晶、塑性变它是利用熔化、结晶、塑性变 形、扩散、相变等各种物理、化形、扩散、相变等各种物理、化 学变化使工件成形；学变化使工件成形；? ?达到预定的机器零件设计要求。达到预定的机器零件设计要求。材料加工的四要素材料加工的四要素材料加工的四要素材料加工的四要素? ?材料的性能取决于材材料的性能取决于材 料的组织和成分，而材料料的组织和成分，而材料 的使用性能最终取决于材的使用性能最终取决于材 料的制备与成形加工过料的制备与成形加工过 程。程。? ?因而，材料的成形因而，材料的
3、成形 加工工艺过程是制造高质加工工艺过程是制造高质 量、低成本产品的中心环量、低成本产品的中心环 节，是材料科学与工程四节，是材料科学与工程四 要素中极为关键的一个要要素中极为关键的一个要 素，是促进新材料研究、素，是促进新材料研究、 开发、应用和产业化的决开发、应用和产业化的决 定因素。定因素。材料加工的四要素材料加工的四要素材料加工行业与国材料加工行业与国 民经济中的各行各业休民经济中的各行各业休 戚相关。戚相关。交通工具交通工具交通工具交通工具工程机械工程机械IT产品IT产品坦坦坦坦克克克克军用舰艇军用舰艇我国是制造大国我国是制造大国? ?我国机械工业总产值已占全国工业总产值的我国机械工
4、业总产值已占全国工业总产值的2525 。? ?我国钢年产量我国钢年产量20032003年已达年已达2.72.7亿吨，居世界第一亿吨，居世界第一 位，生铁位，生铁17,07417,074万吨，成品钢材万吨，成品钢材19,21819,218万吨。万吨。? ?我国汽车产量我国汽车产量20012001年已达年已达234234万辆，其中轿车产万辆，其中轿车产 量为量为70.3670.36万辆，比万辆，比19911991年增加了年增加了1010倍多，倍多， 20022002年的产销量又有迅速、大幅度增长，已成为年的产销量又有迅速、大幅度增长，已成为 我国国民经济的支柱产业。我国国民经济的支柱产业。? ?全
5、世界全世界7575的钢材经塑性加工，的钢材经塑性加工，4545的金属结构的金属结构 用焊接得以成形。用焊接得以成形。? ?我国的铸造行业有我国的铸造行业有100100万职工，万职工，2000020000多个工多个工 厂，厂，20032003年产量达年产量达1,6001,600万吨，在世界上是第一万吨，在世界上是第一 铸造大国。铸造大国。机械工业总产值及其比重机械工业总产值及其比重020004000600080001000012000140001600018000总产值 （亿元）020004000600080001000012000140001600018000总产值 （亿元）1980年1985
6、年1990年1995年1999年1980年1985年1990年1995年1999年1920212223242526占全国工 业总产值 的比重 （）1920212223242526占全国工 业总产值 的比重 （）1980年 1985年 1990年 1995年 1999年1980年 1985年 1990年 1995年 1999年数据来源：中国 机械工业年鉴 （2000）? ?家电：总产量世界第一；家电：总产量世界第一；? ?手机：销量世界第一，产量很快成为世界手机：销量世界第一，产量很快成为世界 第一。第一。? ?面临的问题：如何从制造面临的问题：如何从制造大国大国变为变为制造制造强国强国材料加工
7、工艺的材料加工工艺的 重要性重要性: :汽汽 车车 发发 动动 机机汽车覆盖件汽车覆盖件中国正着手研制中国正着手研制中国正着手研制中国正着手研制“ “航天飞机航天飞机航天飞机航天飞机” ”相关部门正进行技术储备相关部门正进行技术储备 推动推动“ “航天飞机航天飞机” ”的新一代火箭最大运载能力将达的新一代火箭最大运载能力将达2525吨吨发动机是关键发动机是关键发动机是航天运载系统的发动机是航天运载系统的“ “心脏心脏” ”，要实施中国未来重复使用运输系统，造，要实施中国未来重复使用运输系统，造 出中国的出中国的“ “航天飞机航天飞机” ”，就必须从改进发动机着手。，就必须从改进发动机着手。据悉
8、，目前中国正在改进现有的一次性运载火箭、加快研制新一代运载据悉，目前中国正在改进现有的一次性运载火箭、加快研制新一代运载 火箭，并使新一代运载火箭在技术上与未来重复使用航天运输系统良好衔火箭，并使新一代运载火箭在技术上与未来重复使用航天运输系统良好衔 接。接。 有关权威人士透露，依据中国现有的发动机技术状态，火箭的推力大致有关权威人士透露，依据中国现有的发动机技术状态，火箭的推力大致 在在5 5吨吨8 8吨之间。新一代运载火箭的低地球轨道最大运载能力将达到吨之间。新一代运载火箭的低地球轨道最大运载能力将达到2525 吨，地球同步转移轨道最大运载能力达到吨，地球同步转移轨道最大运载能力达到141
9、4吨。相关人士评价说，这样的吨。相关人士评价说，这样的 火箭运载能力可以满足未来火箭运载能力可以满足未来2020年年3030年的国内外运载需求。年的国内外运载需求。 记者了解到，新一代运载火箭的两个关键项目记者了解到，新一代运载火箭的两个关键项目120120吨液氧煤油和吨液氧煤油和 5050吨氢氧两种发动机均已试车成功。权威人士表示，中国航天已经作好了吨氢氧两种发动机均已试车成功。权威人士表示，中国航天已经作好了 着手研制、生产新一代运载火箭的各项准备。着手研制、生产新一代运载火箭的各项准备。 （- -2004.8.312004.8.31）材料加工工艺的重要性材料加工工艺的重要性? ?机器生产
10、的一般过程机器生产的一般过程: : 设计设计 毛坯毛坯 加工加工 装配装配? ?制造一部质量优良的机器制造一部质量优良的机器, , 不但需不但需 要好的设计要好的设计, , 更需要好的制造工艺更需要好的制造工艺 来保证来保证; ;发发发发 展展展展 趋趋趋趋 势势势势? ?材料加工产品精密化、轻量化、集成化；材料加工产品精密化、轻量化、集成化；? ?产品性能高、成本低、周期短；产品性能高、成本低、周期短；? ?材料加工原料与能源消耗低、污染少；制材料加工原料与能源消耗低、污染少；制 造性好、成品率高。造性好、成品率高。? ?材料正由单一的传统型向复合型、多功能材料正由单一的传统型向复合型、多功
11、能 型发展；型发展；? ?材料加工技术逐渐综合化、多样化、柔性材料加工技术逐渐综合化、多样化、柔性 化、多学科化。化、多学科化。? ?全新的加工方法与工艺，及传统加工方法全新的加工方法与工艺，及传统加工方法 的改进与工序综合。的改进与工序综合。1.2 211.2 21世纪材料加工工艺展望世纪材料加工工艺展望? ?净成形净成形工艺（工艺（Net Shape Process)Net Shape Process)? ?新的工艺不断出现（例如：金属的半固态新的工艺不断出现（例如：金属的半固态 成形、喷射成形、金属的注射成形等等）成形、喷射成形、金属的注射成形等等）? ?计算机技术的发展引起材料加工工艺
12、的新计算机技术的发展引起材料加工工艺的新 革命革命? ?新型材料的成形（复合材料、金属材料）新型材料的成形（复合材料、金属材料）铝镁合铝镁合 金铸件金铸件钢的密度：钢的密度：7.85 g/cm3铝的密度：铝的密度：2.71 g/cm3镁的密度：镁的密度：1.78 g/cm3机器人焊接机器人焊接激光焊接流 水线快速成形技术快速成形技术机器零件原型；机器零件原型；直接制造机器零件；直接制造机器零件；生物医学制造工程（骨 骼、皮肤、牙齿等等）生物医学制造工程（骨 骼、皮肤、牙齿等等）喷塑打印制模技术喷塑打印制模技术 在办公室里生产样品在办公室里生产样品利用喷塑打印制利用喷塑打印制 模技术，可以在产品
13、开模技术，可以在产品开 发设计的初期就得到三发设计的初期就得到三 维设计样品。制作这种维设计样品。制作这种 三维样件的设备类似于三维样件的设备类似于 办公室中常用的喷墨打办公室中常用的喷墨打 印机，利用这种方法，印机，利用这种方法， 能够在产品设计的前期能够在产品设计的前期 及时发现设计中的缺及时发现设计中的缺 陷，大大提高了产品设陷，大大提高了产品设 计的成功率，缩短产品计的成功率，缩短产品 研发的时间。研发的时间。喷塑打印制模技术喷塑打印制模技术工作原理Thermo-Jet喷塑打印机 （德国德累斯顿工业大学）喷塑打印机 （德国德累斯顿工业大学）产品研发时间进度安排产品研发时间进度安排计 算
14、 机 凝 固 模 拟 技 术纳米材料加工技术纳米材料加工技术环境与可持续发展环境与可持续发展? ?“ “绿色绿色” ”即即“ “无公害化无公害化” ”是利用现代科学技术，形是利用现代科学技术，形 成资源节约型的新型生态持续性工业发展模成资源节约型的新型生态持续性工业发展模 式。式。? ?把保护环境纳入工业发展过程之中；在发展经把保护环境纳入工业发展过程之中；在发展经 济的过程中，将工业开发和环境保护并重。济的过程中，将工业开发和环境保护并重。? ?整个制造生产过程中应满足对环境无害、合理整个制造生产过程中应满足对环境无害、合理 使用和节约自然资源、依靠科学技术得到最大使用和节约自然资源、依靠科
15、学技术得到最大 的产出和效益等几个要求。的产出和效益等几个要求。? ?因此，在材料加工工艺的应用和发展中，必须因此，在材料加工工艺的应用和发展中，必须 充分重视环境保护和资源的合理利用。充分重视环境保护和资源的合理利用。1.3 1.3 材料加工工艺的任务材料加工工艺的任务? ?介绍金属材料加工成形主要方法及设备介绍金属材料加工成形主要方法及设备? ?了解材料加工行业现状及其发展趋势了解材料加工行业现状及其发展趋势? ?与与材料加工原理材料加工原理课程和课程和材料加工系材料加工系 列实验列实验的关系的关系? ?先修课程：先修课程：“ “工程材料工程材料” ”、“ “金属工艺学金属工艺学” ”?
16、?作业、复习与考试作业、复习与考试第第2 2章章 金属液态成金属液态成形形2.1 2.1 概述概述 什么是金属液态成形什么是金属液态成形 液态金属在液态金属在 铸型中冷却、凝固形成零件。铸型中冷却、凝固形成零件。通常称为：铸造通常称为：铸造铸造工艺的特点铸造工艺的特点1.1. 适用范围广适用范围广 2.2. 可以制造各种合金铸件可以制造各种合金铸件 3.3. 铸件尺寸精度高（与一般焊接件、锻件比铸件尺寸精度高（与一般焊接件、锻件比 较）较） 4.4. 成本低廉成本低廉 5.5. 可以生产形状复杂的零件可以生产形状复杂的零件四羊方四羊方尊尊（公元前（公元前13131111世纪）青铜，高世纪）青铜，高58.358.3曾曾 候候 乙乙 尊尊 盘盘公元前 476年公 元前4世纪 上半页秦皇铜车马秦皇铜车马（公元前221 206年），长317cm，高106.2cm秦皇铜车马秦皇铜车马秦皇铜车马秦皇铜车马，青铜，高青铜，高1
