机械工程材料成型及讲义工艺15

机械工程中的材料成型技术机械工程是一门对材料、工艺、力学等知识有着高要求的学科，而材料成型技术是机械工程中至关重要的一个环节。

材料成型技术经历了几千年的发展，现代的材料成型技术不仅仅只是制造简单的器具和物件，而是拥有更广泛的应用。

本文将探讨机械工程中的材料成型技术，包括铸造、锻造、热处理、塑性加工等几个方面。

一、铸造技术铸造技术是常用的一种材料成型方法，在机械工程中，因其具有低成本、模具制造方式灵活、适用于生产大批量同性能的部件等特点而被广泛应用。

在铸造技术中，常用的材料有铝、铜、铁、钢、锌等。

铸造过程主要包括制模、熔炼、浇注、冷却、脱模等环节。

其中制模环节是非常关键的环节之一。

有机、无机、水玻璃等多种材料可以被用于制作模具，具体的选择需要根据铸造件的要求而定。

为了提高铸造品的质量，再浇注前应该根据铸造件的要求制作相应的温度计和重量称等器械，以确保铸造后达到规格和质量要求。

二、锻造技术锻造技术是将高温下的金属材料通过工具的冲击、力量和加压等作用压缩成型。

在锻造中，材料的显微结构会受到改变，因此可使铸造的性能得到提高，同时还可以获得稳定的尺寸和更多细节的表现。

根据锻造的过程和条件的不同，锻造技术可以分成多种类型。

例如，钩锻、模锻、粉末冲压和拉伸锻等。

钩锻是最传统的锻造技术，在这种锻造过程中，先将金属材料预热，然后在模具中进行加压，直至材料成型。

但是，在这种方法中，材料的形状和尺寸是不能够得到精确控制的，因此，更精确的方式是采用模锻。

三、热处理技术在材料成型后，通常需要进行热处理，以使得金属材料的性能得到提高和消除加工形变等缺陷。

热处理技术广泛应用于制造工具、汽车、航空器、重型机械等领域中，可以使得材料经受更高的压力和负荷。

在热处理技术中，常用的加工过程包括淬火处理、回火处理、正火处理等。

具体处理方式根据要求和具体的应用而定。

四、塑性加工技术塑性加工技术是用来对金属材料进行各种形状的塑性变形，从而用来制造各种不同的产品。

机械工程材料成型及工艺在机械工程中，材料成型主要包括以下几个方面：锻造、压力加工、冷成型、热成型、焊接和铸造等。

这些成型方式根据材料的性质和产品的设计要求选择不同的加工方法和工艺。

锻造是一种通过加热和施加压力来改变原始材料形状的方法。

它可以改变材料的内部结构和物理性质，提高材料的强度和韧性，并将其加工成各种形状的零件。

锻造分为冷锻和热锻两种方式，冷锻适用于一些具有良好延展性的材料，而热锻主要适用于高硬度的合金材料。

压力加工是通过施加压力来使材料发生塑性变形的方法。

它主要包括拉伸、压缩、弯曲、剪切等加工过程。

压力加工可以使材料具有更高的强度、硬度和韧性，并且可以通过精确的控制来获得各种形状和尺寸的零件。

冷成型是指在常温下对金属材料进行塑性加工的方法。

它主要包括冲压、拉伸、挤压、弯曲等加工过程。

冷成型可以保持材料的硬度和强度，同时可以通过模具和设备的精确控制来得到高精度的成型零件。

热成型是指在高温下对金属材料进行塑性加工的方法。

它主要包括热挤压、热压缩、热拉伸、热弯曲等加工过程。

热成型可以使材料的塑性增加，改善材料的流动性和可塑性，从而得到复杂形状的零件。

焊接是将两个或多个材料通过加热或施加压力使其在原子层面上相互结合的方法。

它主要用于连接零件、修复损坏的零件和制造复合材料等方面。

焊接的方式有多种，包括电弧焊、气体焊、激光焊等，可根据不同的需求选择适当的焊接方式。

铸造是通过将熔融的金属或合金注入到模具中，经过冷却和凝固后得到特定形状的零件或产品的方法。

铸造是一种常用的成型方式，可以生产大批量、复杂形状的零件，同时也可以制造出内部空腔的零件。

总之，机械工程材料成型及工艺是实现产品设计和制造的重要环节。

不同的成型方式和工艺可根据材料的性质和产品的要求灵活选择，通过合理的加工和控制，可以获得高精度、高质量的零件和产品。

《现代材料成型新技术》讲义重庆大学机械工程学院材料加工工程2004．5．26课程主要内容1．粉末冶金技术2．金属多孔材料3．定向凝固和单晶铸造4．金属超塑性5．连续铸造技术6．快速凝固技术和材料7．金属半固态成形技术第一章粉末冶金1．概述1.1粉末冶金的工艺：制粉，成型，烧结（发展到两者合一,HIP，或者三者合一，Osprey,以及烧结后的锻造）1.2优点：1）近终成型（用于高硬度材料，不利于机械加工零件）2）合金成分设计，可在宽范围控制成分（提高固溶度）3）可以得到复杂零件（锻造得不到）4）组织可控（铸造组织粗大）5）可制备人工复合材料1.3 缺点：1）粉末和模具成本高2）不适合大零件成型3）存在孔隙1）简化制粉工艺，提高产出率2）全致密工艺（热等静压）2制粉2.1传统制粉：电解，球磨，气体雾化，水雾化（粒径大：≥200μm；粒径分散度大；产出率低）2．2离心雾化和快速凝固制粉2.2.1旋转电极法（见图1.1、图1.2）图1.1 旋转电极法原理图图旋转电极过程中液膜破碎、球形粉形成原理图250转/秒≥150μm图1.3 不同形式的离心雾化250转/秒2.2.3高速转轮快速凝固法(RST)(图1.3C)改进的离心雾化法：提高冷却速度(水冷旋转轮) （≥106 ℃ /秒）；高速转轮（400-600转/秒）优点：1）微晶或非晶粉末；成分偏析小；2）合金元素固溶度提高：表1.1 通过RST提高合金元素在铝中的溶解度力学性能提高：表1.2 用RST加入Li后，2024Al合金性能的改善•在T4和T6热处理状态下。

3）可消除有害相（高温合金的σ相），材料韧性提高4）得到亚稳组织，改变了合金共晶温度，共晶成分，扩大了合金成分范围，可以重新设计合金成分。

60000-80000H z 速度：2马赫≤50μm图1.4 真空雾化原理图1）气相沉积法：激光-蒸发-沉积（1公斤装置）产出率低；粒径小；μm （SiC粉）μm (Si3N4粉)2）液相法：溶液-微粒沉淀-干燥3．成型及致密化新技术致密度≤95%，模内致密度不均匀3.1 注射成型粉末，增塑剂（石蜡），黏结剂—>注射成型—>预烧结（排除有机物）—>成预坯—>烧结注射力提高了致密度和均匀性。

工程材料与成型工艺教学设计一、课程设计背景工程材料与成型工艺是机械工程专业必修课程之一，其主要内容包括材料的性能、结构与应用，以及材料成型工艺与工具。

通过本课程的学习，学生能够掌握材料的基本性能与特点，了解不同材料的应用范围与制造工艺，以及掌握常见的成型工艺和工具的使用方法。

因此，本文档旨在针对工程材料与成型工艺这一课程进行教学设计。

二、课程设计目标1. 知识目标•掌握金属、非金属、复合材料的主要性能参数和应用领域；•了解不同材料的制造和加工工艺；•掌握金属、非金属材料的常用成型工艺和工具及其适用范围。

2. 能力目标•能够根据不同要求选择合适材料并进行加工；•能够使用金属、非金属的成型工具进行加工。

3. 情感目标•培养学生对工程材料和成型工艺的兴趣；•激发学生的学习热情。

三、教学内容1. 材料的性能、结构与应用1.1. 金属材料的性能及应用：•材料的力学性能（强度、硬度、塑性、韧性等）；•材料的物理性能（导电性、导热性等）；•材料的化学性能（腐蚀性、耐高温性等）；•材料的结构和组织；•金属材料的应用领域。

1.2. 非金属材料的性能及应用：•陶瓷材料；•高分子材料；•复合材料。

1.3. 材料的加工和制造：•铸造；•锻造；•压力加工；•焊接；•切削。

2. 材料成型工艺和工具2.1. 金属材料的成型工艺和工具：•拉伸（拉力试验机）；•挤压（挤压机）；•压缩（压力机）；•弯曲（弯曲试验机）；•冲压（数控冲床）；•粉末冶金（压制机）。

2.2. 非金属材料的成型工艺和工具：•热压（高温烧结炉）；•热塑性处理（注塑机）；•挤压（挤压机）；•拉伸（拉力试验机）。

四、教学方法本课程采用讲授与实践相结合的教学方法，主要通过以下方式进行：1. 理论授课：1.1. 视频授课：通过视频讲解材料的性能、结构与应用，以及材料成型工艺和工具的使用方法。

1.2. 课堂讲解：通过教师讲解材料的性能参数和应用范围、成型工艺和工具及其适用范围，对学生进行理论掌握和知识的补充。

材料成型原理及工艺实验指导书姓名班级学号南京农业大学工学院机械工程系机械制造教研室2006年11月目录实验一铸造合金流动性测定 (1)实验二铸造合金热裂倾向测定 (4)实验三焊接缺陷分析 (6)实验四铸造合金收缩率的测定 (12)实验五铸造残余应力测定 (15)实验一铸造合金流动性测定一、实验目的1．了解铸造合金流动性的测定原理、方法及过程；2．理解影响合金流动性的各种因素。

二、合金流动性测定原理流动性是铸造合金最主要的铸造性能之一，其影响因素众多：如金属及合金自身的特性、出炉温度、浇注温度、铸型的种类、铸件结构复杂程度、浇注系统设计等，为使其具有可比性，实际中常浇注流动性试样，并按浇出的试样尺寸评价流动性的好坏。

流动性试样按照试样的形状可分为：螺旋试样，U试样，棒状试样，楔型试样，球型试样等；按照铸型材料来分有：砂型和金属型。

螺旋试样法应用比较普遍，其特点是接近生产条件，操作简便，测量的数值明显。

螺旋试样的基本组成包括：外浇道，直浇道，内浇道和使合金液沿水平方向流动的具有倒梯形断面的螺旋线形沟槽。

合金的流动性是以其充满螺旋形测量沟槽的长度（cm）来确定的。

图1.1为同心三螺旋线测定法试样形状和尺寸。

此法为标准法。

同心三螺旋线的合金流动长度的平均值来测定合金的流动性，从而提高了测量的精度。

也可图1.1 同心三螺旋线测定法试样简以采用不同心的三螺旋线试样测定，图1.2为不同心三螺旋线测定法试样形状和尺寸，其截面为倒梯形，长度为1500mm，每隔50mm试样模型上有一凸点（便于读数）。

分别测量三螺旋线长度取其平均值来测定合金的流动性。

图1.2 不同心三螺旋线试样示意图1堤坝式浇口杯2 上砂箱3下砂箱4全压井5螺旋形试样a缓冲池b直浇口c溢流池d浇口井三、实验仪器设备及材料1．合金熔炼：100kW中频感应电炉一台（套），容量为10kg的坩埚、容量为10kg手端包；或电阻炉一台，Al2O3坩埚一个，热电偶、防护用品等。

工程材料及材料成型技术工程材料及材料成型技术是现代工程领域中不可或缺的重要组成部分。

它们的应用范围广泛，涉及到建筑、交通、电子、航空航天等多个行业，对于保障工程质量和推动科技进步起着至关重要的作用。

工程材料是指在工程施工和日常使用中所需要的各种材料，包括金属材料、非金属材料、高分子材料等。

这些材料需要具备一定的力学性能、物理性能、化学性能和耐久性，以满足各种工程要求。

在选择工程材料时，需要考虑材料的成本、可用性、可再生性等因素，以及其与环境的适应能力。

材料成型技术则是将原材料经过一系列的工艺加工，制成所需形状和尺寸的过程。

常见的材料成型技术包括锻造、压铸、注塑、挤压等。

这些技术的选择取决于材料的性质和工程需求。

例如，在金属加工中，找到合适的温度和变形速率可以改善材料的塑性，提高成形质量；而在塑料加工中，注塑技术可以大幅提高产品的生产效率和质量。

工程材料及材料成型技术的研究和应用对于提高工程质量和降低生产成本具有重要意义。

首先，优选合适的工程材料可以提高工程的耐久性和安全性，减少维修和更换的频率，降低维修成本。

其次，借助材料成型技术可以降低产品的生产成本，提高生产效率。

例如，通过合理的模具设计和优化的注塑工艺，可以大幅提高塑料产品的生产速度，减少废品率。

在实际工程应用中，我们应该根据不同的工程项目和要求选择合适的工程材料和材料成型技术。

首先，需要通过对项目的需求分析和材料性能对比，确定最适合的工程材料。

其次，根据材料的特点和工程要求，选择合适的材料成型技术。

在材料成型过程中，需要对工艺参数进行合理的调整和控制，以保证产品的质量和性能。

工程材料及材料成型技术的研究和应用离不开不同学科领域的共同努力。

在材料科学、机械工程、化学工程等领域的交叉研究中，我们可以不断推动这些技术的发展和创新。

通过使用先进的材料和成型技术，我们可以为各个行业提供更高质量的产品和更可持续的解决方案。

综上所述，工程材料及材料成型技术在现代工程领域中具有重要地位和广泛应用。

《机械工程材料及成型技术》授课计划一、课程目标本课程旨在使学生掌握机械工程材料的基本性质、分类和应用，以及各种成型技术的原理、工艺及特点，为后续机械设计、制造及维修等课程打下基础。

二、授课内容1. 机械工程材料概述（1）金属材料的分类及性能特点；（2）非金属材料的分类及性能特点；（3）工程材料的选用原则。

2. 金属材料及热处理（1）钢铁材料：碳钢、合金钢的种类、性能及用途；（2）有色金属：铝合金、铜合金的种类、性能及用途；（3）金属材料的热处理原理及工艺。

3. 非金属材料成型技术（1）塑料成型技术：注射成型、压缩成型、热成型等；（2）橡胶成型技术：模压成型、硫化成型等；（3）陶瓷成型技术：注浆成型、干压成型等。

4. 金属材料成型技术（1）铸造：砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造等；（2）锻造：自由锻造、模锻等；（3）焊接：电弧焊、激光焊、钎焊等。

5. 成型技术应用案例分析（1）汽车车身制造中的材料及成型技术应用；（2）机械零件制造中的材料及成型技术应用。

三、教学方法与手段1. 理论讲授：通过PPT、视频等形式，详细讲解各种材料及成型技术的原理、工艺及特点；2. 实践操作：组织学生参观机械加工企业，了解实际生产中的材料及成型技术应用；3. 案例分析：通过实际案例，让学生了解各种材料及成型技术在工程中的应用及效果。

四、考核方式1. 平时成绩：出勤率、课堂表现等；2. 作业成绩：完成作业情况；3. 考试成绩：对所学内容进行测试，考察学生对所学知识的掌握程度。

五、课程安排本课程共40学时，分为理论讲授和实践操作两个部分。

具体安排如下：1. 第1-4学时：介绍课程目标及内容安排；2. 第5-35学时：讲授金属材料及热处理、非金属材料成型技术、金属材料成型技术等内容；3. 第3 ** 0学时：组织学生参观机械加工企业，并进行案例分析；4. 课后作业和实践操作安排另行通知。