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专业导论考试文字

题目：

《对材料成型及控制工程专业的认识》

主要内容：

●材料成型及控制工程专业的内涵和科学基础

●材料成型工艺分类，主要工艺方法特点和适用范围

●材料成型工艺的发展方向

●材料成型与控制工程在国民经济和社会发展中的地位和作用

●明确学习目的，端正学习态度，圆满完成学习任务

要求：

1）内容全面；

2）观点正确；

3）条理、逻辑清楚

4）表达流畅

5）3,000—5,000字

其它：

1）总结需手写（专用考卷）

2）评优需公开宣读准备讲稿（PPT），10分钟/人。

§1材料成型及控制工程专业简介

§2金属塑性成形概述

§3铸造和金属的其它成形工艺概述

§4塑料和其它非金属材料成型工艺概述

§5模具与现代模具技术

§621世纪材料成型加工的发展方向

随堂考核:

撰写课程学习总结并讨论

§2金属塑性成形概述

2.1、金属塑性成形的基本概念

2.2、金属塑性成形的分类

2.3、金属材料的一次成型加工

1）、挤压2）、拉拔

3）、轧制

2.4、锻造

1）、自由锻造2）、模型锻造

2.5、冲压

1）冲裁2）拉深

3）弯曲4）翻边

5）压印6）旋压

2.1、金属塑性成形的基本概念

塑性：

金属在外力作用下产生永久变形而不破坏的性能。

塑性成形工艺：

利用金属的塑性变形来获得一定形状、尺寸和组织性能的成形加工方法。

科学基础：

金属学、塑性力学、机械工程

金属塑性成形特点

成形加工的一般特点：

生产率高、生成效率高、节约原材料、节

约能源、降低成本。

突出的优点：

内部组织得以改善，性能提高。

缺点：

通常需要较大的成形力，设备体积、吨位较大。

为了提高被加工材料的塑性、降低成形力，有时需要加热，

脆性材料、形状过于复杂的零件不能进行塑性成形。

应用领域：

采用具有塑性的材料制作特别重要的零件：

汽车（连杆、曲轴、大

梁、齿轮、轴等），飞机（发动机叶片、梁、框架等），大炮（炮筒）

2.2、金属塑性成形的分类

金属塑性成形加工分类方法有多种。

按照业务领域，

一次加工：

采用冶炼得到的铸锭或金属熔体，获得板材和各种型

材，作为进一步加工的原材料。

属于冶金加工范围。

二次加工：

采用一次加工得到的各种型材制造各种机械零件或制件。

属于机械制造领域。

按照加工坯料的不同

体积成形（bulkforming,massiveforming）：

以块状金属作为毛坯

板料成形（sheetforming）：

以金属板材为毛坯。

按照成形温度：

热成形：

坯料在再结晶温度以上成形（通常需对毛坯需加热），成形

过程中能充分进行再结晶

冷成形：

坯料在再结晶温度以下成形（通常在室温），成形过程中

不能进行产生回复和再结晶

温成形：

成形温度介于二者之间。

2.3、金属材料的一次成型加工

1）、挤压（extrusion）：

在置于模具内金属坯料的端部加压，使之通过一定形状、尺寸摸孔，产生塑性变形，获得与模孔相应的形状尺寸的工件。

特点：

塑性好、变形阻力大

可生产型材和零件

凸模运动方向/金属流动方向：

Forward，Backward，Combined，Radial

2）、拉拔Drawing

在置于模具内金属坯料的前端施加拉力，使之通过一定形状、尺寸的摸孔，产生塑性变形，获得与模孔相应的形状尺寸的工件。

变形阻力比挤压小，但对材料塑性要求高。

可生产棒、管等型材

3）轧制,Rolling

●金属通过旋转的轧辊受到压缩产生塑性变形，获得一定形状、尺寸

断面的工件。

●纵轧（工件运动方向与轧辊轴线平行）

●横轧（工件运动方向与轧辊轴线垂直）

●热轧、冷轧

2.4、锻造Forging

变形阻力大，常需加热

1）、自由锻造：

工艺过程：

在锤或压力机上，通过砧子、锤头

或其它简单工具对金属坯料施加压力，使之产

生塑性变形，获得所需形状、尺寸的工件。

特点：

无须模具，变形阻力小，工件形状简单

大型锻件常用方法，单件，小批量生产

2）、模型锻造：

●坯料在锤或压力机上，通过模具施加压力，产生塑性变形，获得

所需形状、尺寸的工件。

●需要模具（锻模），变形阻力大，工件形状可以比较复杂。

●适于大批量生产，制造中小型件。

2.5、冲压，Stamping

工艺过程：

金属板材在压力机上通过模具对金属板材施压，使之产生塑性变形或分离，获得所需的形状、尺寸的工件。

包括剪切,shearing

拉深,deepdrawing

冲裁,blanking

弯曲,bending

§3金属其它成型方法概述

3.1、金属液态成型（铸造）

1）基本概念2）砂型铸造

3）压力铸造4）低压铸造

5）离心铸造6）熔模（失蜡）铸造

3.2、金属粉末成型

1）基本概念2）成型过程

3）特点和应用

3.2、焊接

1）基本概念：

2）熔化焊

3）压焊4）钎焊

§4非金属材料成型方法概述

4.1、塑料成型加工

1）塑料与塑料的成型加工2）挤出成型

3）注射成型，4）压制成型

5）吹塑成型6）真空成形

4.2、其它非金属材料的成型加工举例：

陶瓷成型

1）陶器与瓷器

2）陶瓷成型加工

3）复杂陶瓷产品数字化制模

§3金属其它成型方法概述

3.1、金属液态成型（铸造）

1）、基本概念

●铸造工艺过程：

将金属熔化成液态，注入具一定形状、尺寸的型腔，凝固冷却后获得所需的工件。

●特点：

成型阻力小，可以获得形状十分复杂的工件；

工件直接由液态凝固成型，

内部组织一般不如锻件好；

应用范围广，既可适于塑性

材料，也可用于脆性材料。

●分类：

沙型铸造：

以型砂（或芯砂）作为造

型材料。

基本方法。

特种铸造：

除砂型铸造以外的其他

铸造方法：

熔模、压力、

低压、离心等

●基础科学：

冶金原理、金属学、热力学

铸造工艺、机械学等

2）砂型铸造

工艺过程：

采用与工件相应并带浇注系统的的模型，在型砂中制作砂型，将熔化金属由浇注系统注入砂型，冷却凝固后取出工件，去除浇注系统，获得需要的铸件。

特点：

生产过程简单、成本低、型砂可重复使用；

应用范围广，既可用于黑色金属，又可用于有色金属；

铸件精度低、表面质量差。

应用范围：

●基本方法，铸件总产量的80%以上；

●大型铸件（机身、机座等）

●特别适合单件小批量生产；

●精度要求不高的铸件（批量不限）

3）压力铸造

工艺过程：

将液态或半液态金属在高压（几至几十兆帕）作用下高速（0.5～50m/s）压入金属型中，并在压力下凝固而获得铸件。

特点：

1、铸件精度高，表面质量好；

2、模具成本高，仅适合大批量生产；

3、工件冷却速度快，强度、硬度高

4、注射过程中易卷入空气，形成气泡

应用范围：

有色金属高精度大批量生产

4）低压铸造

工艺过程：

在不太高的压力（0.02-0.08MPa,0.2-0.3MPa）下将液态金属压入并充满铸型，并在压力下凝固而获得铸件。

介于重力-压力铸造。

特点：

压力下成型、凝固，质量好

消除了压铸易产生气孔的缺点。

应用范围：

铝、镁、铜合金精密成型：

汽车缸体、缸盖、活塞、

轮毂,轮船螺旋桨等

球墨铸铁精密成型：

曲轴

5）、离心铸造

工艺过程：

将液态金属浇入旋转的铸型中，在离心力作用下充型、凝固。

特点：

离心力作用，组织密实，性能好；无需型芯即可生产空心件；可生产

双金属件；内壁质稍差。

应用范围：

管、套类件。

6）熔模（失蜡）铸造

工艺过程：

用易熔材料制作模样，用耐热材料敷涂模样表面，干燥后将模样

熔失，形成整体壳型，将液态金属注入壳型，冷却后获得所需工件。

特点：

制件精度高、表面质量好；可制作十分复杂的工件；适用各种金属；

生产周期较长。

应用范围：

高熔点合金精密成型，叶片、叶轮、导向器、导风轮、刀具等

3.2粉末冶金成型powdermetallurgy

3.2.1基本概念

工艺过程：

以金属粉末为原料经混合、

成型和烧结，获得需要的

制品。

基本工序：

制粉、混合—压制—烧结

特点：

获得特殊结构和功能的材

料：

多孔（减震、发汗、

隔音等）；均匀组织的复

合材料。

实现复杂零件的近净成形。

韧性较差，成本较高

应用范围：

具有特殊功能的中小零件（轴承、刀具等），形状特别复杂零件的净形成形（齿轮等）

3.2.2粉末冶金工艺过程

1）．粉末的制备

机械法

①球磨机破碎法：

适用于脆性材料

②雾化法：

使熔化的液态金属从雾化塔上部的小孔中流出，同时喷入高压气体，在气流的机械力和急冷作用下，液态金属被雾化，冷凝成细小粒状的金属粉末，落入雾化塔下的盛粉桶中。

其他方法：

借助化学或物理作用，改变原料化学组成或聚集状态来制取金属粉末。

2）．筛分与混合

目的：

使粉料中的各组元及增塑剂等添加剂均匀化。

为改善粉末的成形性和可塑性，在粉料中添加增塑剂（如汽油、橡胶溶液、石腊等）。

3）．压制成形

将松散的粉料在模具型腔内通过压制或其它方法制成具有一定形状，尺

寸的压坯。

常用压力：

150～1600MPa

4）．烧结

将型坯在保护气氛（如煤气，氢气、真空等）下，加热到规定温度并保温

一段时间，使型坯获得一定的物理与机械性能（机械强度）。

机理：

高温下坯料颗粒之间发生扩散、熔焊、化合、溶解和再结晶等物理化学

过程。

使分散的坯料颗粒结合成为一个稳定、坚实的结晶体、即烧结体，

从而获得所需要的性能。

烧结温度：

基体熔点的2/3～3/4。

即Ｔ烧=（2/3～3/4）T熔。

5）.后处理

精压：

提高精度、密度

热处理：

改变机械性能

浸渍：

润滑剂

4）．烧结

将型坯在保护气氛（如煤气，氢气、真空等）下，加热到规定温度并保温

一段时间，使型坯获得一定的物理与机械性能（机械强度）。

机理：

高温下坯料颗粒之间发生扩散、熔焊、化合、溶解和再结晶等物理化学

过程。

使分散的坯料颗粒结合成为一个稳定、坚实的结晶体、即烧结体，

从而获得所需要的性能。

烧结温度：

基体熔点的2/3～3/4。

即Ｔ烧=（2/3～3/4）T熔。

5）.后处理

精压：

提高精度、密度

热处理：

改变机械性能

浸渍：

润滑剂

3.3、焊接

1）、基本概念：

●连接方法：

●焊接：

通过加

热或加压，或

者两者并用，

使焊接件达到

原子结合。

1熔化焊：

焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加压力

完成焊接的方法。

1压焊：

焊接过程中，对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊

接的方法。

③钎焊：

指采用比焊件材熔点低的金属做钎料，将焊件和钎料

加热到高于钎料熔点、低于焊件熔点的温度，利用液

态钎料润湿焊件，填充接头间隙并与焊件材料相互扩

散实现焊接的方法。

•科学基础：

金属学、冶金学、热力学、力学、电力电子等

2）、熔化焊

熔化焊的三要素

●热源：

能量要集中，温度要高。

以保证金属快速熔化，减小热影响

区。

满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。

●熔池的保护：

可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。

以防止氧化，并

进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。

●填充金属：

保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力

学性能和其性能的要求，主要有焊芯和焊丝。

分类：

电弧焊、气焊、电渣焊、高能焊等。

电弧焊应用最广

3）压焊包括电阻焊、摩擦焊、超声波焊、扩散焊、爆炸焊等。

电阻焊应用最广。

（1）.电阻焊：

在焊件通过电