材料成型控制工程基础 第一章ppt课件

产品质量。同时，智能化控制系统还可以实现生产过程的自动化和智能
化，大大降低劳动成本。
绿色制造与可持续发展
01
环保材料
随着环保意识的不断提高，使用环保材料已经成为制造业 的必然趋势。环保材料需要具备可循环利用、可降解等特 性，如生物降解塑料、再生能源等。
02 03
节能减排
节能减排是实现可持续发展的必要手段。通过采用先进的 制造技术和设备，可以大大降低生产过程中的能源消耗和 环境污染。如采用高效节能电机、优化生产线布局等措施。
案例四：建筑钢结构焊接变形控制技术研究
总结词
建筑钢结构焊接变形控制技术研究是材料成型及控制 工程领域中的一项重要应用，对于提高建筑钢结构的 质量和安全性具有重要意义。
详细描述
建筑钢结构是现代建筑中的重要结构形式，其质量和 安全性直接影响到建筑的整体性能和安全。为了提高 建筑钢结构的质量和安全性，需要对其焊接变形进行 控制。具体包括对焊接参数的选择、焊接顺序的安排、 焊接后的处理等环节进行精细的控制，以及采用先进 的检测和校正技术，如激光扫描、三维重构等，实现 建筑钢结构的高精度、高质量制造。
汽车制造业的发展趋势
随着科技的不断进步，汽车制造业也在不断发展，如智能化制造、数字化工艺、 绿色制造等技术的应用都将对汽车制造业的发展产生重要的影响。
航空航天领域
航空航天领域中材料成型及控制工程的应用
航空航天领域对于材料的要求非常高，需要具备轻质、高强度、高耐温等特性，而材料成型及控制工程技术的应 用可以满足这些要求。如钛合金、复合材料、高温合金等材料的制备都需要借助材料成型及控制工程技术。
03
工艺的研究，实现对材料性能的精确控制和优化。
材料成型及控制工程的发展历程与重要性

1、鍛壓過程的電腦監測。電腦通過感測器和介面電路採集、顯示和記 錄鍛壓過程參數，它只能為操作人員的決策、控制提供依據，而不 能自動控制生產過程。
2、通過介面電路和執行器件控制鍛壓過程參數，使生產過程能按事先 編制的程式和輸入的數據自動進行，從而得到符合要求的工件。
3、按照預先選定的目標函數(例如生產率最高、材料最省或功率消耗最 少等)，對過程參數進行優化，使系統在最佳狀態下運行。
（3）逆變電源
逆變電源的組成
AC
DC
AC
DC
逆變電源的組成如圖所示，它具有許多優點，如抗干擾性強、功率消 耗小、體積小等，是目前科研人員普遍研究的電源，通過調節大功率 開關元件開關的占空比，可達到調節焊接電流If的目的。
CPU
D/A 轉換
量程極性 匹配電路
脈寬 調節器
驅動 電路
大功率 開關元件
2、不含觸發電路。 由CPU經並行介面的某些位直 接輸出觸發信號，經過由數字 電路組成的觸發信號分配電路， 分時觸發三個可控矽，並用定 時器進行定時。
（a）含觸發電路
（b）不含觸發電路 可控矽電源觸發電路
（2）電晶體電源
電
模擬式電晶體電源的組成
模擬式電晶體電源的微機控制
電晶體組工作線上性放大區，其焊接電流If可由模擬量Ug控制，該 模擬量可直接有微機通過D/A轉換介面輸出 。
常用的微機有單板機、單片機、可編程序控制器、個人 電腦等 。
微機控制弧焊電源
國外早有商品出售，如：ESAB公司的LAK500型微機控 制電源日本松下公司的PULSE MEMOR ZX系列電源，大 阪變壓器公司的AUTO 380超高頻逆變電源等。
國內已開發出多種產品，微機已由低檔的Z—80.6520等8 位機到MCS—51系列單片機，進而發展到MCS—96系列 16位單片機，焊接電源的微機控制最基本的是實現其調節 特性，即對焊接電源外特性的調節。焊接電晶體電源、逆 變電源。電源類型很多，從理論上講每種電源均可實現微 機控制。

胡亚民，《材料成形技术基础》 重庆大学出版社 2008
❖ 参考资料：
1. 施江谰，《材料成形技术基础》 机械工业出 版社 2001
2、方亮，《材料成形技术基础》，高等教育出 版社 2004
第二节、材料成形技术过程 形态学模型简介
一、材料成形技术过程形态学模型
❖ 形态学体系最早是由丹麦工业大学著名教授 Leo Alting提出的，它通过对于纷纭复杂的各 种过程所共有的三个基本要素(材料、能量、 信息)的变化与作用综合论述各种加工方法， 并对其进行横向分析。
❖ 2、注重与以前所学课程的配合、交叉和衔接
把握材料使用特性与成形技术、材料成分/组织、性能 的关系，将本课程与机械工程材料、机械制造技术基 础、金工实习等课程的融合、交叉和衔接，系统的掌 握材料及其成形方法的选择。
使用特性
成形技术
性能 成分/组织
❖ 3、在学习过程中应注意密切联系生产实际。
本课程是一门实践性很强的课程，因此在学习中 要坚决摒弃那种“重理论、轻实践”的错误观念， 既不要因为课程中没有太多深奥的理论和公式而 轻视它，也不要由于自身缺乏足够的工程实践经 验而对其产生畏难心理。
除了课堂讲授之外，还应对本课程的电化教学、 多媒体CAI、现场参观、课堂讨论和实验教学等 给以充分重视并积极参与。
本课程中所学的知识在以后的专业课程学习、课 程设计和毕业设计中都会一再用到，应充分利用 这些机会来对其反复练习，扎实掌握，巩固提高， 真正做到以用促学，学以致用。
七、教材及参考书
❖ 教材：
铁器பைடு நூலகம்代（Iron Age）
湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄
中国古代铁器中带有球状石墨的金相组织
陶瓷制品
塑料制品
橡胶制品

S—横截面积（mm2）
（3）举例：弹性元件、钟表发条、炮筒等设计时 应按此校核。
2.刚度 1）定义：材料抵抗弹性变形的能力，取决于金属
材料的内部结构和温度、合金比及热处理等。 例如钢与铸铁在20℃温度时，E=200GMPa， 当20℃→450℃，E值下降20℅.
2）试验及判定依据
（1）试验：同拉伸试验，是拉伸曲线中的oe斜 率。
6.装配：
将零件按产品图样分类组合连接， 经选配、组装、调整、检测、试验等 过程构成满足功能要求的产品。
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三、材料成形的基本要素及流动过程 1.基本要素
材料：构成实体 能量：形态的能 改的 变改 、变 性 信息：产品的施 控方 制(工 法 及艺 实信)息
2.流动过程：
1）物质流：原材料的流动和转变的过程。
（2）判定依据： 、s b
注：有许多材料在拉伸时没有明显的屈服
现象，有时也规定试样产生0.2℅残余应 变时的应力来判定。
（3）举例：主轴、齿轮等。
4.塑性
1）定义：断裂前材料发生不可逆的、永久 变形的能力。
2）试验与判定依据
（1）试验：同拉伸试验，考查的是试件的 伸长的相对量和截面积变化的相对量。
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（2）判定依据： 、 ；
L L0 ×100℅,
L
S0 S1 ×100℅
S0
（3）举例：切削参数的选择，如锻造比等。
注：① 、 越大则塑性越好，强度、硬度
越低；
② 一般不用于工程设计中；
③一般用于塑性加工参数的选择；良好 的塑性是塑性加工的必要条件，提高零 2020/件9/19 的可靠性，防止使用中的突然断裂。 17
3.性能：物理性能、化学性能、力学性能、 加工成型性能。

碳素结构钢
• 出厂时保证机械性能。• 用途：各种型材——
• 如：Q235—A·F
热轧钢板、钢带、型
• Q — 屈服点
钢、棒钢等，用于制
• 235 — 屈 服 点 数 值 （单位：MPa）
造受力不大或不重要 的零件。
• A — 质量等级，A
级（A、B、C、D）
• F — 沸腾钢，（Z
为镇静钢，可省略）
0.80-0.90 0.90-1.00
Punches, rivet sets, large taps, threading dies, drop-forging dies, shear blades, table knives, saws, hammers, cold chisels, woodworking chisels, rock drills, axes, springs. Taps, small punches, threading dies, needles, knives, spring, machinists’hammers, screwdrivers, drills, milling cutlers, axes, reamers, rock drills, chisels, lathe centers, hacksaw blades.
1.00-1.10 1.10-1.20
Axes, chisels, small taps, hand reamers, lathe centers, mandrels, threading dies, milling cutters, springs, turning and planning tools, knives, drills. Milling cutters, reamers, woodworking tools, saws, knives,ball bearings, cold cutting dies, threading dies, taps, twist drills, pipe cutters, lathe centers, hatchets, turning and planning tools.

强度、硬度低，塑、韧性几乎为0
力学性能差，脆性材料
由于G片尖端相当于裂 纹，造成应力集中
优良的 减震性 优良的减摩性 灰铸铁的铸造性能好
流动性好 缩孔缩松倾向小 热裂、冷裂倾向低
灰铸铁的理想组织是什么？
基体：P 石墨：细小、均匀
1.2 影响铸铁组织和性能的因素
➢ 化学成分 C, Si, Mn, S, P 碳、硅→碳当量 C.E=C%+0.3 Si%
2. About This Curriculum
➢ Technology Basic Course ❖ 以研究常用工程材料及机器零件的成型 工艺原理为主的综合性基础课 ❖ 涉及的课程知识：材料学、传热学、力 学、冶金学、机械制图
➢ Main Topics in This Curriculum ❖ 铸造 Foundry ❖ 压力加工 Mechanical Working ❖ 焊接 Welding Fabrication
Noted:
➢ 凝固方式(the wideness of paste zone)取决于 合金的成分：freezing rang 凝固区间, 凝固范围 温度梯度temperature gradient
➢ 凝固方式决定了合金的补缩性能 feeding characters ❖ 倾向于逐层凝固的合金（灰口铸铁，近共晶点铝硅合金） 补缩性能好、铸件致密度高、不容易产生缩松 ❖ 倾向于糊状凝固的合金：锡青铜，铝青铜，球墨铸铁 补缩性能差、铸件致密度不高、不容易产生缩松
freezing rang 凝固区间, 凝固范围
纯金属及共晶点成分合 金流动性好，后者的熔 点更低，流动性更好。
铁碳合金流动性与含碳量关系p35,fig 2-2
2. 影响液态合金充型的其它因素

学业学习与就业发展 自我规划与发展
.
淄博市经济发展
在工业上：打造30个具有区域特色的重点产业集群。
张店区：重点打造精细化工、电子信息和装备制造等产业集群。
淄川区：重点打造新医药、汽车及零部件制造、纺织服装及新材料等产业集群。博山区
：重点打造泵业、机电装备和陶琉产业集群。
.
学业学习与就业发展
材料成型及控制工程专业研究通过热加工改变材料的微观结构、宏观性能和表 面形状，研究热加工过程中的相关工艺因素对材料的影响，解决成型工艺开发、 成型设备、工艺优化的理论和方法；研究模具设计理论及方法，研究模具制造 中的材料、热处理、加工方法等问题。本学科是国民经济发展的支柱产业。 本专业培养具备材料科学与工程的理论基础、材料成型加工及其控制工程、模 具材料成型及控制工程设计制造等专业知识，能在机械、模具、材料成型加工 等领域从事科学研究、应用开发、工艺与设备的设计、生产及经营管理等方面 工作的高级工程技术人才和管理人才。 本专业学生毕业后可以到机械制造业、汽车及船舶制造业、金属及橡塑材料加 工等领域从事与焊接材料成型、模具设计与制造等相关的生产过程控制、技术 开发、科学研究等方面的工作。本专业择业面广，市场需求量大，就业情况良 好。
产业集群。
沂源县：重点打造医药及包装材料和新材料产业集群。
高新区：重点打造新材料、先进装备制造、绿色精细化工、新医药与生物、节能环保等
五大特色产业集群。
.
发展专业的趋势
材料成形及控制工程这一隶属于机械学科、具有机械类学科典型特征的专业，同时还具有浓厚的 材料学科的色彩，成为一个业务领域宽、知识范围广的名副其实的宽口径专业。 自1999年高校开始扩大招生规模以来，高校毕业生就业率日趋下降，而全球性的金融危机更是让 就业形势变的更加不容乐观。伴随我国沿海等周边城市的快速发展，大部分高校毕业生就业观念 也在跟随经济发展方向，选择在大中城市寻求发展空间，逐渐形成了向大中城市流动的洪流，造 成了人才集中超过了有限的就业市场的需求。 淄博市是老工业城市，目前已步入工业化中后期的快速发展阶段，这一阶段，发展导向和扶持政 策聚焦到新的高端产业上，实现产业在高端化方面的突破，培植新动力，是加快工业化的必然要 求。淄博市的装备制造业在技术结构方面上仍存在自主研发能力还比较薄弱，许多重大技术装备 、重要领域发展所需要的大量高技术、高附加值的成套装备，尚不具备研究开发与制造能力，不 得不依靠进口解决，而我们材料成型及控制工程专业的就业主要集中在制造业，就目前的发展情 况来看，总体的职业岗位数量可能会维持稳定且略有增长，但随着现代科技的发展，机电一体化 ，数控增加等等，择业面广，市场需求量大，就业状况良好，总体来说，材料成型及控制工程专 业的就业形势还不会太严峻，并且也会推动淄博的工业经济发展,提高淄博的经济水平。

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【精品课件】工程材料及成形技术基 础
•第一章工程材料的结构与性能
3) 晶向和晶面的表示方法
• 晶向和晶面的表示方法分别采用晶面指数(hkl)和晶向指数 [uvw•晶]形面式（以立方晶系为例）。
• 晶向指数（hkl)的确定方法是：
✓以晶胞的某一阵点为原点，三个基 并以点阵基矢的长度作
•抗氧化性 •抗腐蚀性
•Fe
•H2
•Fe-Cu电池
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•电解液
•(+) •(-)
•F (+)
(-) (•+F)e•3FCe3C
•珠光体腐蚀
【精品课件】工程材料及成形技术基 础
本章小结
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【精品课件】工程材料及成形技术基 础
第二章金属的凝固与固态相变
•2.1纯金属的结晶 •2.2合金的凝固 •2.3铁碳合金平衡态的相变基础 •2.4钢在加热时的转变 •2.5钢在冷却时的转变 •2.6焊接接头的相变 •本章小结
•第一章工程材料的结构与性能
硬度
符号
压头类型
压力 Kgf
硬度值 有效范围
应用举例
HRC
120º
150
20~60
金刚石圆锥
HRC
淬火钢件
HRB
Ф1/16inch 淬火钢球
100
25~100 软钢、退火钢、铜合金
HRB
HRA
120º
金刚石圆锥
60
70HRA 硬质合金、表面淬火钢
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【精品课件】工程材料及成形技术基 础
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【精品课件】工程材料及成形技术基 础
•第一章工程材料的结构与性能

被调量在系统给定值或扰动量的作用下，由原来的平衡状态（稳 态）变化到新的平衡状态的过程 。 2.过程控制系统的要求 对过程控制系统的基本要求是稳定性、准确性（系统稳态精度） 和动态性能指标，简单地说就是稳、准、快。 3.材料成型过程控制系统的基本性能指标要求 1）衰减比和衰减率 2）最大动态偏差和超调量 3）残余偏差 4）调节时间和振荡频率 5）振荡次数 6）积分指标
第1章 绪论
1.1材料成型过程控制的特点 1.2材料成型过程控制的基本概念 1.3 材料成型过程控制系统分类
1.1材料成型过程控制的特 点
• • • • • • • • 多变量控制系统，建模困难 干扰因素相当多 加工过程复杂 被控对象多样化 传感方式多样化 执行机构的多样化 动态响应速度低 惯性大
2）控制系统
控制系统
开环系统： 不包含反馈的过程控 制系统，即输出量对 系统的控制作用没有 影响。
பைடு நூலகம்
闭环系统： 包含有反馈的过程控 制系统，即输出量对 系统的给定有直接的 影响。
复合控制系统： 将开环和闭环控制系 统适当地结合在一起， 能够实现复杂而准确 度较高控制任务的控 制系统。
1.3 材料成型过程控制系统 分类
• 按系统给定量的运动规律分 • 按系统中是否包含非线性元件划分
• 按系统的输入输出是否是时间的函数划分 • 按系统的稳态值是否存在误差划分
有差系统 无差系统 线性系统 非线性系统 恒值控制系统 程序控制系统 随动系统
连续系统 离散系统
1.4材料成型过程控制的基 本要求
1.过程控制系统的动态特性：
1.2材料成型过程控制的基 本概念
• 1. 材料成型过程控制系统的基本组成
• 1）反馈 2.基本概念 将被控对象输出的量经测量装置返回到输入端，经与给定量进行比较后， 最终将影响过程控制系统的输出结果。

工程材料及其成形技术基础
.
绪论
1 本课程的性质
本课程是研究材料及其成形方法的技术基础课。它是 机械类及近机类各专业必修的一门课程。
2 学习目的
(1)获得常用工程材料及各类成形方法和加工工艺知 识，能合理地选材、正确地制定材料的加工程序。
(2)初步了解与本科程有关的新技术、新材料和新 工艺，为学习其它相关课程及以后从事机械设计和加 工制造方面的工作奠定必要的理论基础。
化学
金属材料
合金钢
成分
轻有色金属
分类
有色金属 重有色金属
机
塑料
稀有金属
械
有机高分子材料 合成橡胶
工
合成纤维
程
有机胶粘剂及涂料
材
陶瓷材料
硅酸盐材料
料
新型陶瓷
复合材料
非金属基复合材料 金属基复合材料 .
机械 工程 材料
功能分类
结构材料：用于制造实现运动和传递动力的零件 功能材料：用于制造实现其他功能的零件的材料
S0——试样原始横截面积（mm2 ）。
.
4 塑性
即断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。 常用的塑性判据是伸长率和断面收缩率。
.
（1）伸长率 即试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。
δ=(L1 - L0)/ L0 ×100%
式中ห้องสมุดไป่ตู้
δ——伸长率（%）； L1——试样拉断后标距（mm)； L0 ——试样原始标距（mm)。
σs=Fs/S0
式中
σs——屈服点（ MPa ）； Fs——试样开始产生屈服现象时的（N）； S0——试样原始横.截面积（ mm2）。
(2) 抗拉强度：即试样拉断前承受的最大标称拉应力。

一般合金在凝固过程中都存在液-固两相区，树枝状晶在其中 不断扩大［见图ａ］。枝晶长到一定程度，枝晶分叉间的熔融 合金被分离成彼此孤立的状态［见图ｂ］，它们继续凝固时也 将产生收缩，这种凝固方式称糊状凝固。这时铸件中心虽有液 体存在，但由于树枝晶的阻碍使之无法补缩，在凝固后的枝晶 分叉间就形成许多微小的孔洞(缩松）［见图ｃ］。
2.2 液态成形理论基础
材 料 成 形 工 艺 基 础
总结：具有逐层凝固倾向的合金（如灰 铸铁、铝硅合金等） 易于铸造，应尽量 选用。当必须采用有糊状凝固倾向的合 金（如锡青铜、铝铜合金、球墨铸铁等） 时，需考虑采用适当的工艺措施，例如， 选用金属型铸造等，以减小其凝固区域。
2.2 液态成形理论基础
1.2 材料成型方法及特点
材 料 成 形 工 艺 基 础
1.材料成型方法的分类
1.3 材料成型工艺发展及概况
材 料 成 形 工 艺 基 础
古代、近代及现代的材料成形技术 材料成形技术与材料科学 我国及世界先进国家的差距
1.4 材料成型工艺的发展趋势
材 料 成 形 工 艺 基 础
每项材料成形技术都有各自发展特点，总的趋势可归纳为 ： 1、成型技术精密化 2、材料制备与成型一体化 3、复合成型 4、数字化成型 5、材料成型自动化 6、绿色清洁生产
液态合金填满铸型后［见图 a］，因铸型吸热，靠近型腔表面 的金属很快就降到凝固温度，凝固成一层外壳［见图ｂ］，温 度继续下降，合金逐层凝固，凝固层加厚，内部的剩余的液体， 由于液态收缩和补充凝固层的凝固收缩，体积缩减，液面下降， 铸件内部出现空隙［见图ｃ］，直到内部完全凝固，在铸件上 部形成缩孔［见图ｄ］。已经形成缩孔的铸件继续冷却到室温 时，因固态收缩使铸件的外形轮廓尺寸略有缩小［见图ｅ］。 合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件的壁越 厚，缩孔的容积就越大。