专业导论考试文字.docx
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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
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