材料加工原理件
材料加工原理课件
车床
• 能够加工中小孔以及薄 壁管材
• 适用于黑心铸件、铸锭 等材料
磨床
• 将零件磨成规定的形状 和尺寸
• 适用于制作精密零件的 加工工具
案例分析
1 创新成型技术
通过引入计算机数字控制技术，创造出对计算机程序控制成型、整体车削加工等全新加 工程序。
2 高速切削技术
运用高速减摩来提高切削效率和精度，并降低温度和成本。
3 悬臂梁加工
通过悬臂的方式，增加机械加工的运动自由度和机械性能，快速完成工艺。
课程总结
观念变革
要把握知识和技术的最新变化，灵活运用创新 思维，注重产品质量与市场需求。
实践操作
不断提高自身的能力，通过实践和交流，进一 步提高自己的加工技巧和知识水平。
原理概述
材料本质
材料加工原理是连续弹性加工和塑性加工相结合的物理过程，对材料本身的特点和力学性能 有很高的要求。
成形技术
通过变形和分离来形成所需材料的几何尺寸和表面特征，成为成形加工技术。
加工方法
1
机加工
包括车、铣、刨等，能够应对不同材料的需求。
2
锻压成型
通过冲压和挤压将钢材等材料变成所需形状，广泛应用于大量生产中。
3
热加工
如高温形变，热轧，热锻等，能够改变材料的性质和结构。
加工工艺
冷拔工艺
通过金属材料的塑性变形，实现 长轴向尺寸的压缩。
炼钢工艺
将生铁和轧钢坯中的杂质去除或 控制，达到制造出优质钢铁的目 的。
铸造工艺
将熔化后的金属注入预先准备好 的铸模中，通过冷却定形为所需 要的金属制品。
加工工具与设备
铣床
材料加工原理
= aVDLσ / kTd ε
2
（7.2）
式 中， a 为晶粒 形 状常 数 (a=5-15) ； V 为 原 子 体 积 ； DL 为晶 格 内 扩 散 系数； k 为 波 耳兹曼 常数；T为温度；d为晶粒尺寸。
这种机理的特征是： 1) 流 动 应 力 和 应 变 速 率 呈 线 性 变 化 ， 即m等于1。 2) 应变速率与晶粒尺寸的平方成反比。 3) 变形过程的激活能是自扩散的。 4) 变形中晶粒拉长。 此 理 论 可以 解释 一 些 材料的 蠕 变变 形，但不能充分解释超塑性变形，如在蠕 变变形中，m值可为1，并且晶粒沿外力方 向 拉 长 ； 而在 超塑性 变 形中， m 值 一般不 大于0.8，变形后晶粒仍保持等轴状。
2．超塑性成形的种类
超塑性实际上是材料在特定条件下的一 种特殊状态。超塑性通常按变形特性和状态 分为三类，即微细晶粒超塑性(又称恒温超塑 性或第—类超塑性)、相变超塑性(又称变态超 塑性、转变超塑性或第二类超塑性)以及其他 超塑性(又称第三类超塑性)。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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7.1.3 超塑性变形机理
1. 溶解—沉淀理论 1945 年 ， 为 解释 超塑性 现象 ， 苏联 学 者 包 赤伐尔提 出所 谓 “ 溶解 — 沉淀 ” 理 论。 根据 这 种 理 论 ，超塑性 主 要 发生 在 两 相 合金中。 当 合金 中 一相在 另 一相 中的 极限溶解 度 随 温度变化 时， 由 于在变 形 过 程中可 能产生 局部 温度 波 动 ， 使 一 些 相 界 上 发生 溶解 过 程， 而在 另 一 些 相 界 上 发生 沉淀 过 程。 这 种特 定 的 物 质迁移 扩 散 过 程 引起 晶粒相 互移 动 ， 在 合 适 的高 温下 ， 变 形速 度 小则 产生 超塑性。 这一 理 论 对 于 大 量 晶间 滑移 、 晶粒转动 及 单 相 合金的超塑性 现象 还无法解释。
金属板材加工件热压
金属板材加工件热压技术是近年来比较流行的一种工艺，其主要应用于金属材料的加工和处理。
相比于其他加工方法，热压技术具有加工成型精度高、加工速度快、加工效率高和加工工艺简单等优点。
一、热压加工原理热压加工原理是指在高温下将待加工的金属材料置于模具中，施加压力使其变形并完成成型。
在加工过程中，热压工艺会将金属材料加热至其塑性区，通过成型模具对其施加压力，使其成型并保持一定的尺寸和形状。
二、热压加工工艺热压加工工艺包括四个步骤：材料准备、模具制备、加热和压力加工。
材料准备：材料是热压加工的关键因素，不同材料要求不同的加工工艺。
在热压加工之前，需要将待加工的材料加工成适应模具形状和尺寸的板材。
模具制备：模具是热压加工的关键，它决定了成型的精度和形状。
模具可以根据需要定制，但制作模具的成本较高。
加热：加热是热压加工中的一项重要过程。
加热温度应该高于材料的熔点，根据材料的性质和所需的成形效果，加热温度也不同。
压力加工：压力是热压加工中的最后一个阶段。
一旦加热并达到所需的温度后，将在模具中施加所需的压力，使材料达到所需的形状和尺寸。
三、热压加工的应用技术已经广泛应用于航空航天、汽车、机械制造等领域。
其中最大的应用是航空航天领域，热压加工技术通常用于生产航空发动机叶片、引擎外壳、发动机零部件等。
此外，热压加工技术还被广泛应用于自行车、摩托车、汽车等车辆的生产中。
四、热压加工的优点热压加工技术在近年来得到了广泛的应用，主要是因为其具有一下几个优点：1. 成品精度高：热压加工技术可以制造出高精度的零部件，其成型精度更高，重复性更好。
2. 加工速度快：相比其他加工方法，热压加工速度更快，从而可以大幅度提高生产效率。
3. 生产成本较低：由于热压加工使用的材料是金属板材，在生产成本方面与其他材料相比具有一定的优势。
4. 生产工艺简单：热压加工技术非常简单，无需太多的设备和材料，因此生产工艺也更加简单，生产成本更低。
总结：热压加工技术是一种趋向完善的新兴技术，其在金属材料、汽车、航空航天等领域应用广泛。
材料加工原理课件课件
欢迎来到材料加工原理课件！本课程将带你深入了解材料加工的基本原理和 各种工艺，展示最新的技术和行业趋势。让我们开始探索吧！
材料加工原理介绍
1
加工基础
解释什么是材料加工以及其在工业生产中的重要性。
2
物质结构
探索不同材料的结构和性质对加工过程的影响。
3
加工参数
介绍影响加工质量和效率的关键参数。
了解车削的基本原理以及用于粗加工和精加工的不同类型。
2
铣削
探索铣削的原理和用途，以及不同刀具类型的特点。
3
钻削
介绍钻削工艺及其在孔加工中的应用。
塑性加工及其原理
挤压
了解挤压工艺以及在制造连续性截面的材料中 的应用。
冲压
介绍冲压工艺及其在快速制造大批量零件中的 应用。
拉伸
探索拉伸过程中材料的行为和塑性变形的机制。
基本材料加工工艺
1 铸造
了解铸造工艺以及其在制造复杂形状和大型 件和热量改变材料的形状。
3 成型
4 切削制造
介绍常见的成型工艺，如挤压、拉伸和压缩， 以及它们的应用。
讨论切削工艺及其在制造各种形状的零件时 的作用。
热加工及其原理
焊接
了解不同类型的焊接工艺和焊接过程中的热能转化。
锻压
讨论锻压的原理和用途，以及在制造高强度零 件时的优势。
材料焊接及其原理
电弧焊接
了解电弧焊接的原理、设备和常 见应用。
激光焊接
探索激光焊接技术的原理和在高 精度制造中的应用。
摩擦焊接
介绍摩擦焊接的原理以及在异种 材料连接中的优势。
材料压缩及其原理
1 挤压
了解压缩的原理和在制造复杂形状和构件中 的应用。
清华大学材料加工原理课件第3-2讲
记：金属/铸型界面温度为Ti，铸件浇注温度为Tp，铸件凝固
温度为Ts，铸型初始温度为T0，
则：Tp=Ti=Ts
平方根定律
铸型温度场Tm = Ti + (Ti − T0 ) ⋅ erf ( x 2 α mt ) , x≤0 ⎛ x2 ⎞ ∂Tm 1 ⇒ = (Ti − T0 ) exp ⎜ − ⎟，即为x处的温度梯度 ∂x πα mt ⎝ 4α mt ⎠ ∂Tm 则x处单位面积通过的热流量（t时刻） : qm = λm ，单位[W m 2 ] ∂x 1 在x = 0即铸件 / 铸型界面处的热流量：q f = qm x =0 = λm (Ti − T0 ) 0 ~ t内流过界面的热流量：Q f = ∫ q f dt = 2λm (Ti − T0 )
(
)
(
)
(
)
高斯误差积分值
铸件在金属型中的凝固传热
① 铸件温度场TM：
⎧ x = 0时， TM = Ti 边界条件： ⎨ ⎩ x = ∞ 时， TM = TP
T = A + B ⋅ erf (
x 2 αt
)
得：A = Ti , B = TP − Ti
TM = Ti + (TP − Ti ) ⋅ erf (
Fourier方程的推导
∂T r ∂T r ∂T r grad (T ) = ∇T = i+ j+ k ∂z ∂x ∂y ∂T ∂T ∂T + + div(T ) = ∂x ∂y ∂z ∂ 2T ∂ 2T ∂ 2T ⇒ div(∇T ) = 2 + 2 + 2 = ∇ 2T ∂x ∂y ∂z
∫∫∫ λdiv (∇T )dV = ∫∫ λ∇TdS
材料加工原理课件
随着个性化需求的增加，未来材料加工将更加注重个性化与定制化， 满足不同用户的需求。
THANKS
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04
材料加工设备与、落砂机、抛丸机等，用于生产砂型铸件。
特种铸造设备
如金属型铸造机、离心铸造机、连续铸造机等，适用于特定类型的铸件生产。
焊接设备
手工焊接设备
包括焊枪和焊条，适用于手工焊接金属材料。
自动焊接设备
如焊接机器人、焊接专机等，能够实现自动化焊接，提高生产效率。
电子信息产业
医疗器械制造
材料加工在电子信息产业中广泛应用，涉 及芯片制造、电子封装、PCB板制造等领域， 是现代电子产品的核心技术之一。
材料加工在医疗器械制造中具有重要作用， 如钛合金、医用不锈钢等材料的加工制造， 对医疗技术的发展起到关键作用。
材料加工新技术与新工艺
增材制造
增材制造技术通过逐层堆积材料来制造三维实体，具有个 性化定制、高效、节能等优点，是现代制造技术的重要发 展方向。
对流换热定律
在流体流动过程中，流体与固体壁面之间的热量 交换速率与表面积、温差及流体的性质有关。
辐射换热定律
物体之间相互辐射和吸收热量，其交换速率与物 性、温度、波长等因素有关。
传质学原理
扩散定律
物质在静止或缓慢流动的流体中传递 的速率与该物质的浓度梯度和扩散系 数成正比。
对流传质定律
在流动的流体中，溶质传递的速率与 浓度梯度、流体流动的速度、扩散系 数及质量作用系数成正比。
钎焊
使用熔点低于母材的金属作为钎料，将母材连接在一起。
塑性加工技 术
轧制
01
通过旋转轧辊将金属板材轧制成各种形状和尺寸的板材和管材。
锻造
高分子材料成型加工原理
⾼分⼦材料成型加⼯原理第⼀章绪论1.按所属成型加⼯阶段划分，塑料成型加⼯可分为⼏种类型？分别说明其特点。
(1)⼀次成型技术⼀次成型技术，是指能将塑料原材料转变成有⼀定形状和尺⼨制品或半制品的各种⼯艺操作⽅法。
⽬前⽣产上⼴泛采⽤的挤塑、注塑、压延、压制、浇铸和涂覆等。
(2)⼆次成型技术⼆次成型技术，是指既能改变⼀次成型所得塑料半制品(如型材和坯件等)的形状和尺⼨，⼜不会使其整体性受到破坏的各种⼯艺操作⽅法。
⽬前⽣产上采⽤的只有双轴拉伸成型、中空吹塑成型和热成型等少数⼏种⼆次成型技术。
(3)⼆次加⼯技术这是⼀类在保持⼀次成型或⼆次成型产物硬固状态不变的条件下，为改变其形状、尺⼨和表观性质所进⾏的各种⼯艺操作⽅法。
也称作“后加⼯技术”。
⼤致可分为机械加⼯、连接加⼯和修饰加⼯三类⽅法。
2.成型⼯⼚对⽣产设备的布置有⼏种类型？(1)过程集中制⽣产设备集中；宜于品种多、产量⼩、变化快的制品；衔接⽣产⼯序时所需的运输设备多、费时、费⼯、不易连续化。
(2)产品集中制⼀种产品⽣产过程配套；宜于单⼀、量⼤、永久性强的制品、连续性强；物料运输⽅便，易实现机械化和⾃动化，成本降低。
3.塑料制品都应⽤到那些⽅⾯？(1)农牧、渔业(2)包装(3)交通运输(4)电⽓⼯业(5)化学⼯业(6)仪表⼯业(7)建筑⼯业(8)航空⼯业(9)国防与尖端⼯业(10)家具(11)体育⽤品和⽇⽤百货4.如何⽣产出⼀种新制品？(1)熟悉该种制品在物理、机械、热、电及化学性能等⽅⾯所应具备的指标；(2)根据要求，选定合适的塑料，从⽽决定成型⽅法；(3)成本估算；(4)试制并确定⽣产⼯艺规程、不断完善。
第⼆章塑料成型的理论基础1.什么是聚合物的结晶和取向？它们有何不同？研究结晶和取向对⾼分⼦材料加⼯有何实际意义？2.请说出晶态与⾮晶态聚合物的熔融加⼯温度范围，并讨论两者作为材料的耐热性好坏。
晶态聚合物：Tm——Td；⾮晶态聚合物：Tf——Td。
对于作为塑料使⽤的⾼聚物来说，在不结晶或结晶度低时最⾼使⽤温度是Tg，当结晶度达到40%以上时，晶区互相连接，形成贯穿整个材料的连接相，因此在Tg以上仍不会软化，其最⾼使⽤温度可提⾼到结晶熔点。
高分子材料加工原理(第四章)
从动态实验不仅能表征粘弹流体的频率依赖性 粘度，而且能表征其弹性。测定值是复数粘度。
* () i ()
( )
G ( )
G ( ) ( )
——非牛顿流体粘性的表征 ——弹性的表征
第一节 聚合物流体的非牛顿剪切粘性
第一节 聚合物流体的非牛顿剪切粘性
（3）可预示某些聚合物流体的可纺性
d lg a d 1 / 2
2 10
结构黏度指数▣可用来表 征聚合物浓溶液结构化的 程度。▣越大，表明聚合 物流体的结构化程度越大。
第一节 聚合物流体的非牛顿剪切粘性
第一节 聚合物流体的非牛顿剪切粘性
②切力增稠的原因： 增加到某数值时，流体中有新的结构的形成。 大多数胀流型流体为多分散体系，固体含量较多，且浸润 性不好。静止时，流体中的固体粒子堆砌得很紧密，粒子 间空隙小并充满了液体，这种液体有一定的润滑作用。 较低时，固体粒子就在剪切力的作用下发生了相对滑 当 动，并且能够在原有堆砌密度大致保持不变的情况下，使 得整个悬浮体系沿力的方向发生移动，这时候表现为牛顿 流动； 增加到一定值时，粒子间碰撞机会增多，阻力增大； 当 同时空隙增大，悬浮体系总体积增加，液体已不能再充满 空隙，粒子间移动时的润滑作用减小，阻力增大，所以 a 增大。
点；
3、掌握聚合物流体切力变稀的原因；
本节作业
1、P118-1（1、2、3、5、9）、2、4、7
第一节 聚合物流体的非牛顿剪切粘性
【教学内容导读】 流体的粘性和牛顿粘性定律 非牛顿流体的流动行为及粘性表征
影响聚合物流体剪切粘性的因素
【课时安排】4课时
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主要成形加工方法及特点
•焊接
–将二个分离的固体产生原子间的结合而连接在一起 –是大型结构（桥梁、管线、储罐等）、交通工具 （飞机、汽车、船舶等）、组装结构的 主要手段 –方法繁多，常与自动化技术联系在一起 –推动工业机器人、激光加工等先进技术的发展 –导致和推动小熔池冶金、断裂力学的产生和发展
推荐教学参考书
• 材料成形基本原理
–刘全坤，机械工业出版社，2005
• 材料成形原理
–陈平昌，朱云妹，李瓒，机械工业出版社， 2001
• 近代材料加工原理
–吴德海，任家烈，陈森灿，清华大学出版 社， 1997
第176页/共17页
感谢您的欣赏！
第17页/共17页
第65页/共17页
越王勾践剑：
相传为春秋晚期铸剑名师欧冶子所铸长 55.6厘米 宽4.6厘米 1965年湖北省江陵县望山出土湖北省博 物馆藏
剑身有菱形暗纹，格上花纹嵌蓝琉璃及绿 松石。出土时插在素漆木鞘中，茎上缠有 丝绳。近格处铭“越王勾践自作用 剑”二 行八字。此剑出于楚墓，在墓主骨架左侧， 作为随身佩剑。剑至今锋 利，光泽夺目， 堪称吴越名剑之代表作。
什么是材料加工？
材料加工 — 通过改变和控制材料的外部形 状和内部组织结构，将材料制造成满足人 类使用要求的零部件或成品的技术和科学 的统称。材料加工也称材料成形制造。 英 文 名 称 ： Materials Processing Technology
第21页/共17页
把材料制造成产品的主要方法及分类
第一类：热加工、成形（型）加工
–铸造（液态成形加工） –锻压（固态变形加工） –焊接（连接加工） –表面加工（局部成形与改性） –材料热处理（主要是改性）
第二类：冷加工、机械加工、切削加工
–车、铣、镗、刨、磨、钻、切、剪、锯、冲 –电火化加工、电解加工、超声加工
第 铸造
–长的发展历史 –可制造几乎任意尺寸和复杂程度的产品 –适用于几乎所有材料 –材料制备和成形一体化技术 –新材料开发的重要手段 –导致凝固理论的产生和发展
第43页/共17页
主要成形加工方法及特点
• 塑性成形加工
–锻造、压力加工（轧制）、冲压、拉拔 –利用材料的塑性和超塑性变形能力 –消除材料内部气孔、裂纹等小缺陷、改善组 织（细化、形成流线、织构等），提高性能 的方法 –导致和推动弹塑性力学，尤其是塑性力学的产 生和发展
• 材料加工技术与国防实力的关系
–卧薪尝胆，三千越甲吞吴 –秦始皇统一中国 –叙利亚帝国(Damascus Sword) –美国称霸世界
• 材料加工技术与人民生活水平的关系
第98页/共17页
现代航空工业
高温合金叶片的三代产品： 等轴晶 ⇒ 柱状晶 ⇒ 单晶
F-16
第第190页页//共共1177页页
第76页/共17页
现代材料加工
• 材料加工技术先于材料科学的发展，是 材料科学与工程的先导。材料科学与工 程学科的发展反过来有推动了材料加工 技术的进步 —— 建立在材料科学基础上 的材料加工技术：现代材料加工。
第87页/共17页
材料加工的意义和作用
• 材料加工技术与社会文明及科学发展的关系
–人类社会从石器时代—青铜时代—铁器时代—现代 –金相学—金属学—材料科学与工程
材料加工制造的基本方法
材料加工 （成形+控性）
切削加工 (成形不改性)
变性加工 （不改变形状）
表面处理 （局部改性）
热处理 （整体改性）
第154页/共17页
考核方式
出勤（10分） 无故旷课1次扣5分， 无故旷课2次扣10分， 无故旷课3次 无参加考试资格）
作业 （10分） 期末考试 （80分）
第165页/共17页
提高人提民高生人活民质生量活质量
第110页页//共共1177页页
提高人提民高生人活民质生量活质量
第121页/共17页
材料加工的学科定位
材料科学与工程
材料加工工程
材料学
材料物理化学
第132页/共17页
Idea about materials science and engineering
第143页/共17页