工程材料与材料成型技术教案

教案（理论课）2010～2011学年第2学期课程名称工程材料与成形技术基础教学系机械工程系授课班级焊接091主讲教师晏丽琴职称讲师培黎工程技术学院二○一一年二月课程基本情况系主任：年月日目录第一章绪论第一节材料加工概述一、材料加工概述二、材料加工的基本要素和流程第二节材料成形的一些基本问题和发展概况一、凝固成形的基本问题和发展概况二、塑性成形的基本问题和发展概况三、焊接成形的基本问题和发展概况四、表面成形的基本问题和发展概况第三节本课程的性质和任务绪论学习思考问题·材料加工的基本要素和流程是什么？·材料成形存在的基本问题是什么?·本课程的性质和基本任务是什么?一、材料加工概述任何机器或设备，都是由许许多多的零件装配而成的。

这些零件所用材料有金属材料，也有非金属材料。

零件或材料的加工方法多种多样，归纳起来有以下4类：(1)成形加工：用来改变材料的形状尺寸，或兼有改变材料的性能。

主要有凝固成形、塑性成形、焊接成形、粉末压制和塑料成形等。

(2)切除加工：用于改变材料的形状尺寸，主要有车、铣、刨、钻、磨等传统的切削加工，以及直接利用电能、化学能、声能、光能进行的特殊加工，如电火花加：[、电解加工、超声加工和激光加工等。

(3)表面成形加工：用来改变零件的表面状态和(或)性能，如表面形变及淬火强化、化学热处理、表面涂(镀)层和气相沉积镀膜等。

(4)热处理加工：用来改变材料或零件的性能，如退火、正火、淬火和回火等。

根据零件的形状尺寸特征、工作条件及使用要求、生产批量和制造成本等多种因素，选择零件的加工方法，以达到技术上可行、质量可靠和经济上合理。

零件制成后再经过检验、装配、调试，最终得到整机产品。

二、材料加工的基本要素和流程材料加工方法的种类虽然繁多，但通过对每种材料加工方法的过程分析表明，它们都可以用建立在少数几个基本参数基础上的统一模式来描述。

该模式便于对各种加工方法进行综合分析和横向比较。

任何一种材料的加工过程，都是为了达到材料的形状尺寸或性能的变化。

而为了产生这种变化，必须具备三个基本要素：材料、能量和信息（图1.2）。

因而材料的加工过程，可以用相关材料流程、能量流程和信息流程来描述。

三大流程：1.材料流程表征加工过程特点的类型；要改变形状尺寸和性能的材料状态；能够用来实现这种形状尺寸和性能变化的基本过程；2.能量流程包括机械过程的能量流程，热过程能量：电能、化学能、机械能3.信息流程形状信息、性能信息三、自发过程四、界面张力第三节形核一、凝固的热力学条件二、自发形核三、非自发形核四、形核剂第四节生长一、固液界面的结构二、生长方式三、生长速度第五节溶质再分配一、溶质再分配与平衡分配系数二、非平衡凝固时的溶质再分配三、成分过冷判据四、成分过冷与晶体生长形态五、微观偏析六、宏观偏析第六节共晶合金的凝固第七节金属及合金的凝固方式一、凝固区特性与凝固质量的关系二、凝固动态曲线与凝固方式三、凝固方式的影响因素第八节凝固成形的应用一、铸造生产过程中的凝固控制二、焊接生产中的凝固过程控制三、陶瓷与粉末合金制备过程中的凝固现象思考与练习第三章材料成形热过程第一节焊接成形过程一、焊接热过程特点二、焊接过程热效率第二节焊接温度场一、焊接传热形式及传导基本方程二、焊接湿度场的数学表述法数学解析的假定条件三、瞬时热源的热传导过程四、影响焊接温度场的因素第三节焊接热循环一、焊接热循环的主要参数二、多层焊热循环三、影响焊接热循环的因素第四节凝固成形热过程一、凝固成形热过程特点及热效率二、凝固成形热温度场第五节塑性成形热过程特点及温度场一、塑性成形热过程的基本特点二、塑性成形加热过程的热效率三、塑性成形的温度场思考与练习第四章塑性成形理论基础第一节金属冷态下的塑性变形一、冷塑性变形机理二、冷塑性变形特点三、冷塑性变形对金属组织和性能的影响铸造成形2．1概述铸造是液态金属成形的方法铸造过程是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属在重力、压力、离心力、电磁力等处力场的作用下充满铸型，凝固后获得一定形状与性能铸件的生产过程，是生产金属零件和毛坯的主要方式之一。

2．2铸件形成理论基础2．2．1金属的充型2．2．2铸件的温度场2．2．3金属的凝固1）逐层凝固方式2）体积凝固方式3）中间凝固方式1．合金的收缩及影响因素1）收缩铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为收缩。

金属从浇注温度冷却到室温要经历三个互相联系的收缩阶段：（1）液态收缩（2）凝固收缩（3）固态收缩2）影响收缩的因素（1）化学成分的影响（2）浇注温度的影响（3）铸件结构和铸3）缩孔及缩松2．铸造应力及变形1）热应力2）收缩应力3）铸件的变形3．缩孔、缩松、应力和变形的防止方法2．3砂型铸造工艺分析2．3．1 浇注位置和分型面的确定1．浇注位置选定原则2．分型面的选择原则2．3．2主要工艺参数的确定1．铸件尺寸公差2．铸件质量公差3．铸件加工余量4．铸造收缩率5．铸件模样起模斜度6．最小铸出孔（不铸孔）和槽2．3．3铸造工艺图的制定1．铸造工艺图2．铸造工艺设计实例（1）铸件结构及铸造工艺性分析（2）造型方法（3）铸型种类（4）分型面的确定（5）浇冒口位置的确定3．铸造工艺图分析比较2．4铸件的结构设计2．5砂型铸造方法2．5．1气动微振压实造型1）紧实效果好2）式作适应性3）生产率较高4）对机器地基要求较低2．5．2高压造型1．多触头高压造型2．垂直分型无箱造型2．5．3真空密封造型2．5．4气流冲击造型气流冲击造型简称气冲造型，是一种新的造型方法。

其原理是利用气流冲击，使预填在砂箱内的型砂在极短的时间内完成冲击坚实过程。

1、气冲紧实原理2、气冲造型紧实度2．5．5消失模造型1、铸造原理和工艺过程2、铸造特点和应用范围3、消失模铸造的新发展2．5．6冷冻造型2．6特种铸造2．6．1金属型铸造2．6．2离心铸造的分类离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，在离心力作用下填充铸型而凝固成形的一种铸造方法。

1、离心铸造的分类2、离心铸造的特点3、离心铸造应用范围2．6．3压力铸造1、铸造原理和工艺循环2．压铸造机分类与比较3．铸造特点4．压铸模5．压力铸造的发展2．6．4低压铸造1．铸造原理和工艺过程2．铸造工艺过程3．铸造特点和应用范围2．6．5熔模铸造2．6．6壳型铸造2．6．7陶瓷型铸造2．6．8磁型铸造2．6．9石墨型铸造2．6．10真空吸铸1．工艺过程2．铸造原理3．铸造特点4．应用范围2．6．11差压铸造2．6．12半固态金属铸造2．6．13现代整体精铸造及快速凝固成型技术1．现代整体精铸造成形技术2．快速凝固成形技术2．6．14铸造成形过程数值模拟2．6．15铸造工程中的并行工程2．6．16常用铸造方法的比较2．7铸造技术的发展趋势1）机械化、自动化技术的发展2）特种铸造工艺的发展3）特殊性能合金进入应用4）微电子技术进入使用5）新的造型材料的开发和应用。

3．1锻压成形锻压是对坯料施加外力，利用金属的塑性变形，改变坯料的尺寸和形状并改善其内部组织和力学性能，获得所需毛坯或零件的成形加工方法。

它是锻造和冲压成形的总称。

3．1．1金属的塑性变形1．金属的塑性变形金属材料通常情况下都是由开数小晶粒构成的多晶体。

多晶体的变形与各个晶粒的变形行为有很大的关系。

2．冷塑性变形对金属组织与性能的影响1）冷塑性变形对金属组织与性能的影响2）冷塑性变形对金属组织的影响3）产生残余应力3．冷变形金属的回复与再结晶1）回复2）再结晶4．金属材料的热塑性变形3．1．2金属及合金的锻造性1．材料的本质2．变形条件3．2锻造3．2．1自由锻1．自由锻的主要设备2．自由锻的工序3．自由锻工艺设计1）坯料质量2）坯料尺寸3）确定锻造工序4）锻造设备4．自由锻锻件的结构工艺性3．2．2模锻1．锤上模锻1）模锻锤2）锤上模锻的过程3）锻模模膛4）模锻图的绘制5）模锻工序的选择6）模锻件的结构工艺性2．压力机上模锻1．胎模锻锻模的种类、结构及用途2．典型锻件的胎模锻锻造过程3．胎模锻的特点3．3板料冲压3．3．1板料冲压的基本工序1．板料冲压的基本工序2．常见的分离工序及变形工序1）总裁2）弯曲将金属材料沿弯曲线弯成一定的形状的工艺方法称为弯曲。

3）拉深将平面板料冲压成各种空心开口件的冲压工序称为拉深。

4）起伏5）缩口6）胀型7）翻边3．板料冲压的特点及应用范围3．3．2冲模种类1．简单模2．连续模3．复合模3．4锻压新技术3．4．1精密模锻1．精密模锻的工艺流程2．精密模锻的特点及应用3．4．2精密总裁3．4．3回转成型1．辊锻2．轧制3．摆动碾压3．4．5超塑性成形1．超塑性成型的基本概念2．超塑性成型的特点3．超塑性成形的应用3．4．6高能率高成形1．爆炸成形2．电液成形3．电磁成形3．4．7粉未冶金及粉未锻造1．粉末冶金2．粉末锻造3．4．8液态模锻1．液态模锻的工艺流程2．液态模锻的特点应用3．4．9半固态金属塑性成形1．触变模锻工艺过程2．工艺特点3．适用范围3．4．10粉末冶金温压成形技术3．4．11数字化塑性成形技术1．设计数字化技术2．数字化分析技术3．数字化制造技术4．1焊接成形4．1．1焊接技术的发展4．1．2焊接特点和分类1．实现焊接的原理2．焊接热源的种类及特征3．焊接方法分类4．2熔化焊接4．2．1焊条电弧焊1．焊接电弧电弧是一种气体导电现象。

所谓气体导电，是指两电极存在电位差时，电荷通过两电极之间气体空间的一种导电现象。

2．电弧的主要作用力电弧在焊接过程中不仅是热源，而且也是力源。

焊接力对于熔池和焊缝的形成，以及焊条端部金属熔滴的过渡都都有重要的影响。

3．电弧的极性及其选择方法。

4．熔滴过渡5．焊接电弧的静特性。

6．焊缝形成过程4．2．2埋弧自动焊4．2．3气体保护焊1．二氧化碳气体保护焊2．氩弧焊氩弧焊是用氩气作为保护气体的一种气体保护焊方法。

4．2．4电渣焊4．3．压力焊和钎焊4．3．1电阻焊电阻焊是利用接触电阻热将接头加热到塑性或熔化状态，再通过电极施加压力，形成原子间结合的焊接方法。

1．点焊在被焊工件上焊出单独的焊点。

2．缝焊（滚焊）3．凸焊4．对焊4．3．2摩擦焊4．3．3钎焊4．4焊接冶金过程和接头组织转变4．4．1焊接冶金过程1．熔焊液相冶金的特点。

2．保证焊缝质量措施4．4．2焊接接头的组织转变1．熔池结晶的特点和结晶2．结晶焊接接头的组织和性能4．5焊接结构工艺性4．5．1焊接应力与变形1．焊接残余应力与变形产生的原因2．焊接变形的基本形式3．焊接应力和变形对焊接结构的影响。

4．焊接变形的控制5．焊接变形的矫正方法6．减少和消除焊接残余应力的措施4．5．2焊接结构的设计1．常见的焊接结构设计、2．焊接接头与坡口3．焊缝位置设计4．6焊接性和常用金属材料的焊接4．6．1金属焊接性的概念4．6．2常用金属材料的焊接1．低碳钢的焊接2．低合金结构钢的焊接3．中碳钢的焊接4不锈钢的焊接5．铸铁的焊接6．铝合金的焊接。