工程材料及应用PPT课件

.
6
2、机械制造工艺概述
（1）机械产品制造工艺流程
机械制造工艺就是将各种原材料或半成品加工 成为产品的方法和过程。机械产品制造工艺流程 图如图所示。机械产品的生产工艺，根据其作用 可分为改形工艺和改性工艺。
改形就是将原材料或毛坯加工成设计要求的结 构、形状与尺寸；改性就是指通过整体热处理或 表面处理使产品达到设计要求的性能。
新材料的不断涌现，使整个材料业向着高性能 化、功能化、复合化的方向发展；而先进制造技 术的出现，使加工精度进一步提高，制造过程高 度自动化，极大提高了劳动生产率和社会经济效 益。
.
13
二、金属的性能
金属材料不同，性能也不相同，工程中选用金 属材料时， 首先要掌握材料的使用性能，同时要 考虑材料的工艺性能和经济性。材料的使用性能 包括 力学性能、物理性能和化学性能。金属材料 之所以应用广泛，是由于其良好的力学性能，如 较高的的强度、硬度，以及良好的塑性和韧性。 材料的工艺性能是指材料的加工性能，如金属材 料的铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工 性能和热处理性能。
主要工艺过程包括：选材、成形和热处理。
.
7
.
8
• 选材：
选材时要考虑零件的使用性能、工艺性能和 经济性，同时也要重视环保、节能。机械工业生 产的原材料主要以钢铁材料为主，可直接利用板 材、棒材、管材或型材等作为毛坏，也可以选择 铸件或锻件作为毛坯。另外，根据零件性能要求， 也可选择新型材料，如工程塑料、各种复合材料 等。
.
14
1、金属的力学性能 金属材料的力学性能是指金属在外力作
用下所表现出来的性能。主要包括强度、 塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度以及刚 度等。
• 强度与塑性 • 硬度 • 韧性 • 疲劳强度
.
15
（1）强度与塑性
①拉伸试验与应力—应变曲线
GB228—87规定了拉伸试验的方法和拉 伸试验试样的制作标准。在试验时，金属 材料制作成一定的尺寸和形状，将拉伸试 样装夹在拉伸试验机上，对试样施加拉力， 在拉力不断增加的过程中观察试样的变化， 直至把试样拉断。
• 按使用性能可分为结构材料和功能材料。 结构材料主要是考虑材料的力学性能，是作为承力构
件使用的材料；功能材料主要是考虑材料的物理、化学性 能，如声、光、电、热、磁等。
• 机械工程材料按成分和组成特点分为金属材料、高分子材 料、陶瓷材料和复合材料四大类，其中金属材料因其具有 良好的力学性能和工艺性能，是目前应用最广泛的材料。
.
11
（2）机械制造技术发展趋势
近年来，机械产品更新换代的速度不断加快， 对制造工艺提出了更高更新的要求。而新材料、 新能源和计算机的引入，为制造工艺的的发展提 供了条件。
新材料的出现推动了新技术的产生。例如，超 塑成形加工超塑性材料；等热静压、人造金刚石 加工陶瓷材料；气相沉积加工超硬薄膜等。激光、 电子束、离子束、超声波及高压水射流等特种加 工技术不断发展。微细加工、超精密加工使加工 精度不断提高。
工程材料及应用
袁守利 2011年8月
.
1
• 工程材料概述 • 金属的性能 • 钢铁金属材料 • 非金属材料 • 锻压加工 • 焊接加工
.
2
一、工程材料概述
1、工程材料的分类 工程材料是生产、生活中用来制造工具、机器、功能器
件及结构件的所有材料的总称。
• 按其应用领域可分为：机械工程材料、建筑工程材料、电 子工程材料等。
.
10
• 热处理
金属材料通过热处理(退火、正火、淬火、 回火)可以改变材料的力学性能。在切削加工时， 为了保证良好的切削性，常借助热处理改善材料 的金相组织和力学性能；在冷塑性加工时，通过 热处理消除加工硬化，保证变形继续进行。金属 材料的使用性能很大程度上决定于热处理，零件 在加工成形后，通过最终热处理获得所要求的性 能。此外，通过电镀、气相沉积和喷丸等工艺可 以对零件表面进行处理，以提高材料的表面质量， 如耐磨性、抗氧化性和抗疲劳性等。
.
3
（1）金属材料
.
4
（2）非金属材料
• 在机械制造中使用的非金属材料主要有：有机高分子材料、 陶瓷材料和复合材料等。
• 高分子材料包括塑料、橡胶、合成纤维和胶粘剂等，是相 对分子质量特别大的有机化合物的总称。工程塑料因为力学 性能较高，耐磨、耐腐蚀性较好，作为结构材料，可以代替 金属材料来使用。与钢铁材料相比，高分子材料具有比强度 高、耐腐蚀性好、耐磨性好和消音减震性好的优点；但也存 在强度低、刚性差、耐热性差和容易老化的缺点。随着石油 化学工业的发展，高压聚合工艺的进步，合成高分子材料的 性能逐步提高，而且通过各种技术于段，可以使高分子化合 物作为物理、化学和生物功能性材料，如导电高分子材料、 光功能高分子材料、液晶高分子材料及信息高分子材料等。
.
12
计算机进入制造领域后，出现了快速原型法、 仿真加工和虚拟制造等先进制造技术。仿真是产 品初方案拟定后，在计算机中建立产品的数学模 型，然后在计算机上进行多种模拟，它包括外形、 装配关系、运动学、动力学、加工过程、试验过 程和物流系统等多种仿真。虚拟制造是仿真概念 的扩充，即将计算机建模和仿真从设计、制造领 域进一步扩展到生产过程管理、企业管理等多方 面，可以对企业的一切活动进行计算机管理，以 求得到最优的效果。
.
5
• 陶瓷材料也称为无机非金属材料，可分为普通陶 瓷和特种陶瓷。陶瓷在机械性能上表现为硬度高、 脆性大、塑性几乎为零，但在热性能上表现为高 熔点、高热强性和高抗氧化性，可作为高温结构 材料和特种功能材料。
• 复合材料是由两种或两种以上的性质不同的材料 组合起来的多相材料。 一般是由一种强度低、塑 性好的材料作为基体，再加上一种强度高、脆性 大的增强材料共同组成。复合材料既保持了原有 材料的特点，又增加了其本身所没有的优越性能， 是一种新型的工程材料。复合材料具有较高的比 强度和比刚度，而且耐疲劳性能好、减震性好。
.
9
• 成形
成形工艺一般有铸造、锻压、焊接和切削加 工。工艺性能的好坏，决定了零件加工的难易程 度，同时也会影响零件的质量、生产率和成本。 对于结构复杂的零件，可选择铸造加工；如果要 求较高的力学性能，则选择塑性好的材料进行锻 压加工；如果是焊接结构件，可选择低碳钢或低 合金高强度结构钢，Fra Baidu bibliotek证良好的焊接性。切削加 工可以通过车、铣、刨、磨及特种加工等方法来 改变毛坯的形状和尺寸。切削加工要求材料具有 合适的硬度。