材料加工工艺与设备课件

材料加工工艺与设备欢迎来到材料加工工艺与设备课程！本课程旨在帮助学生系统地掌握各种材料的加工工艺原理、设备类型及其应用通过本课程的学习，学生将能够理解不同材料的特性，选择合适的加工方法和设备，解决实际工程问题，并为未来的职业发展奠定坚实的基础课程简介与学习目标课程简介学习目标预期成果123本课程全面介绍材料加工的基本原掌握各类材料的加工工艺原理；熟完成本课程后，学生应具备选择合理、工艺流程和常用设备内容涵悉常用加工设备及其选择方法；能适的材料加工工艺与设备的能力，盖金属材料、非金属材料、先进材够分析和解决实际工程问题；了解能够进行简单的工艺设计和设备操料和特种加工工艺同时，还将涉材料加工领域的发展趋势；培养安作，并能够参与材料加工相关的技及常用检测技术、表面工程技术以全操作意识和设备维护能力术改进和创新及设备维护与保养材料加工工艺概述定义与分类基本原理发展趋势材料加工工艺是指将原材料转化为具有材料加工工艺的基本原理包括材料的变材料加工工艺正朝着精密化、自动化、一定形状、尺寸和性能的零件或产品的形、流动、凝固、相变等理解这些原智能化和绿色化的方向发展新工艺、各种方法按加工方式可分为成型、连理有助于优化工艺参数，提高加工质量新设备不断涌现，为制造业带来新的机接、分离和表面处理等工艺和效率遇和挑战常见材料种类及其特性金属材料非金属材料复合材料包括钢铁、铝、铜、钛等，具有高强包括塑料、橡胶、陶瓷等，具有密度由两种或两种以上不同材料组合而度、高硬度、良好的导电导热性等特小、耐腐蚀、易成型等特点广泛应成，具有各组分材料的优点，如高强点广泛应用于机械、电子、建筑等用于汽车、家电、化工等领域度、轻质、耐腐蚀等广泛应用于航领域空、航天、体育器材等领域金属材料加工工艺铸造将熔融金属注入模具中，冷却凝固后获得所需形状的零件适用于制造形状复杂的零件，但精度较低锻压利用冲击或压力使金属材料产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的零件适用于制造强度要求高的零件，但形状相对简单焊接将两个或两个以上的金属零件连接在一起，形成一个整体适用于制造大型结构件，但焊接质量对结构强度有很大影响热处理通过加热、保温和冷却等手段改变金属材料的组织结构，从而改善其性能适用于提高零件的强度、硬度、耐磨性等铸造工艺原理与流程模型制作1根据零件的形状和尺寸制作模型，模型材料可以是木材、金属或塑料模具准备2将模型放入砂箱中，填充砂子并压实，形成模具型腔熔炼浇注3将金属材料加热熔化，然后将熔融金属注入模具型腔中冷却清理4待熔融金属冷却凝固后，打开模具，取出铸件，并进行清理和检验铸造设备类型与选择熔炼炉混砂机清理设备用于熔化金属材料，常见的有冲天炉、电用于混合砂子、粘结剂和水，制备铸造用用于清理铸件表面的砂子、氧化皮等杂弧炉、感应炉等砂物，常见的有抛丸机、喷砂机等锻压工艺原理与应用模锻将金属坯料放入模具中，利用模具的形状限制金属的变形，从而获得所需形状和尺寸的挤压零件适用于制造批量大的零件，精度较自由锻高将金属坯料放入挤压筒中，通过挤压杆的压利用简单的工具对金属坯料进行锻打，使其力使金属从模孔中挤出，获得所需形状的零产生塑性变形，获得所需形状的零件适用件适用于制造长条形零件，如管材、棒材于制造大型零件，但精度较低等213锻压设备分类与维护锻锤压力机12利用锤头的冲击力使金属坯料利用压力使金属坯料产生塑性产生塑性变形，常见的有空气变形，常见的有机械压力机、锤、蒸汽锤、液压锤等液压压力机等维护要点3定期检查设备的润滑系统、液压系统、电气系统等，及时更换磨损的零部件，确保设备正常运行焊接工艺原理与方法熔焊压焊钎焊通过加热使焊件熔化，并添加或不添加通过施加压力使焊件在固态下结合在一利用熔点低于焊件的钎料，加热使钎料填充金属，使焊件结合在一起常见的起常见的有电阻焊、摩擦焊、超声波熔化，并润湿焊件表面，使焊件结合在有电弧焊、气焊、激光焊等焊等一起焊接设备种类与特点电弧焊机电阻焊机利用电弧作为热源进行焊接，常利用电阻热作为热源进行焊接，见的有手工电弧焊机、气体保护常见的有点焊机、缝焊机、对焊焊机、埋弧焊机等机等激光焊机利用激光束作为热源进行焊接，具有焊接速度快、变形小、精度高等特点热处理工艺原理与作用退火将金属材料加热到适当温度，保温一段时间后缓慢冷却，以消除内应力、降低硬度、提高塑性正火将金属材料加热到适当温度，保温一段时间后在空气中冷却，以细化晶粒、提高强度和硬度淬火将金属材料加热到适当温度，保温一段时间后迅速冷却，以提高硬度和耐磨性回火将淬火后的金属材料加热到较低温度，保温一段时间后冷却，以降低脆性、提高韧性热处理设备类型与选择箱式炉盐浴炉感应加热设备适用于批量小的零件热适用于小尺寸零件热处适用于表面淬火，加热处理，温度控制精度理，加热速度快、均速度快、效率高高匀非金属材料加工工艺橡胶成型2包括模压、压延、挤出等工艺，适用于制造各种橡胶制品塑料成型1包括注塑、挤出、吹塑、压延等工艺，适用于制造各种塑料制品陶瓷成型包括注浆、干压、挤出等工艺，适用于3制造各种陶瓷制品塑料成型工艺原理塑化1将塑料原料加热熔化，使其具有流动性成型2将熔融塑料注入模具中，冷却固化成型脱模3将成型后的塑料制品从模具中取出注塑成型设备与应用设备组成工作原理应用领域123包括注射装置、合模装置、控制系将熔融塑料注入模具中，冷却固化广泛应用于汽车、家电、电子、玩统等成型具等领域挤出成型设备与应用设备组成工作原理应用领域包括挤出机、模具、牵引装置等将熔融塑料通过模具挤出，形成所需形广泛应用于管材、棒材、型材、薄膜等状的制品产品的生产吹塑成型设备与应用设备组成工作原理包括挤出机、模具、吹胀装置将熔融塑料挤出成管状型坯，然等后将压缩空气吹入型坯中，使其膨胀并贴紧模具内壁，冷却固化成型应用领域广泛应用于瓶、桶、罐等空心制品的生产橡胶成型工艺原理混炼将橡胶原料与各种配合剂混合均匀，制成混炼胶成型将混炼胶放入模具中，通过加热、加压等手段使其硫化成型硫化使橡胶分子之间产生交联，从而提高橡胶的强度、弹性和耐热性模压成型设备与应用2工作原理将混炼胶放入模具中，通过压力机施加压力，同时加热使其硫化成型设备组成1包括模具、压力机、加热系统等应用领域广泛应用于轮胎、密封件、垫圈等产品的生产3压延成型设备与应用设备组成1包括压延机、加热系统、冷却系统等工作原理2将混炼胶通过压延机的辊筒，使其压制成所需厚度的片材或薄膜应用领域3广泛应用于橡胶板、橡胶布、橡胶薄膜等产品的生产陶瓷材料加工工艺粉体制备成型烧结将陶瓷原料粉碎、研将陶瓷粉料制成所需形将陶瓷坯体加热到高磨，使其达到一定的粒状的坯体，常见的有注温，使其致密化，提高度要求浆、干压、挤出等工强度和硬度艺陶瓷成型工艺原理注浆成型1将陶瓷浆料注入石膏模具中，利用石膏的吸水性使浆料脱水固化成型干压成型2将陶瓷粉料直接放入模具中，通过压力机施加压力使其成型挤出成型3将陶瓷泥料通过挤出机挤出，形成所需形状的制品陶瓷烧结设备与应用隧道窑梭式窑12适用于大批量生产，坯体通过适用于小批量生产，坯体装入隧道式窑炉，依次经历预热、梭式窑炉，进行间歇式烧结烧结、冷却等过程气氛炉3可以在特定的气氛下进行烧结，以控制陶瓷的组织结构和性能先进材料加工工艺复合材料成型纳米材料制备生物材料加工包括纤维缠绕、树脂传递模塑、铺层等包括气相沉积、液相合成、机械研磨等包括打印、生物陶瓷制备、组织工程3D工艺，适用于制造高强度、轻质的复合方法，用于制备具有特殊性能的纳米材等方法，用于制造人工器官、骨骼修复材料制品料材料等复合材料成型工艺纤维缠绕树脂传递模塑将浸渍过树脂的纤维缠绕在芯模将干纤维放入模具中，然后将树上，固化后形成复合材料制品，脂注入模具，浸渍纤维并固化成适用于制造压力容器、管道等型，适用于制造形状复杂的复合材料制品铺层将预浸料或干纤维逐层铺放在模具上，然后进行固化，适用于制造大型复合材料结构件纤维缠绕设备与应用设备组成包括缠绕机、树脂浸渍系统、张力控制系统等工作原理将浸渍过树脂的纤维缠绕在芯模上，通过控制缠绕角度和张力，获得所需性能的复合材料制品应用领域广泛应用于压力容器、管道、火箭外壳等产品的生产树脂传递模塑设备工作原理将干纤维放入模具中，然后将树脂注入模具，利用真空辅助浸渍纤维，并固化成型应用领域设备组成广泛应用于汽车零部件、航空航天结构件包括模具、树脂注入系统、真空系统等等产品的生产213特种加工工艺电火花加工1利用电火花放电产生的电蚀作用去除材料，适用于加工高硬度、难加工材料线切割加工2利用移动的金属丝作为电极，通过电火花放电去除材料，适用于切割各种金属材料激光加工3利用激光束作为热源，通过熔化、气化等方式去除材料，适用于切割、焊接、打孔等超声波加工4利用超声波振动驱动磨料颗粒冲击工件表面，去除材料，适用于加工脆性材料电火花加工原理与应用工作原理设备组成应用领域利用脉冲放电在两极间包括脉冲电源、工作广泛应用于模具制造、产生火花，高温熔化金台、电极头、工作液循精密零件加工等领域，属表面，由工作液冷却环系统等可加工各种导电材料并带走熔化金属，从而达到尺寸精度要求线切割加工原理与应用工作原理利用移动的细金属丝（电极丝）作为工具电极，通过脉冲放电在工件上切割出所需的1形状设备组成2包括电极丝系统、脉冲电源、工作台、工作液循环系统等应用领域3广泛应用于模具制造、精密零件加工等领域，可切割各种金属材料激光加工原理与应用工作原理设备组成12利用高能量密度的激光束照射包括激光器、光束传输系统、工件表面，使材料迅速熔化、工作台、控制系统等气化或烧蚀，从而实现切割、焊接、打孔等加工应用领域3广泛应用于金属加工、电子制造、医疗器械等领域，具有加工精度高、速度快、变形小等优点超声波加工原理与应用工作原理设备组成应用领域利用超声波振动驱动磨料颗粒冲击工件包括超声波发生器、换能器、变幅杆、广泛应用于脆性材料、硬质材料的加表面，使材料产生微小破裂和剥落，从工作台等工，如陶瓷、玻璃、宝石等而实现材料去除常用检测技术尺寸检测力学性能检测利用卡尺、千分尺、三坐标测量利用拉伸试验机、硬度计、冲击仪等测量零件的尺寸，判断其是试验机等测试零件的强度、硬否符合设计要求度、韧性等力学性能无损检测利用超声检测、射线检测、渗透检测等方法检测零件内部或表面的缺陷，不破坏零件的完整性无损检测技术概述超声检测利用超声波在材料中的传播特性，检测内部或表面的缺陷射线检测利用射线或射线穿透材料的能力，检测内部缺陷Xγ渗透检测利用渗透剂渗透到表面缺陷中，然后利用显像剂显示缺陷磁粉检测利用磁场作用在材料表面形成磁痕，显示表面缺陷超声检测原理与应用设备组成2包括超声波探头、超声波发生器、接收器、显示器等工作原理利用超声波在材料中的传播特性，当遇1到缺陷时会发生反射、散射等现象，从而判断缺陷的位置和大小应用领域广泛应用于金属材料、复合材料的内部3缺陷检测，如气孔、夹杂、裂纹等射线检测原理与应用工作原理1利用射线或射线穿透材料的能力，当遇到缺陷时会发生吸Xγ收、散射等现象，从而在胶片上形成图像，显示缺陷的位置和大小设备组成2包括射线发生器或射线源、胶片、暗室等Xγ应用领域3广泛应用于金属材料、焊接件的内部缺陷检测，如气孔、夹杂、裂纹等渗透检测原理与应用工作原理操作流程应用领域利用渗透剂渗透到材料包括表面清理、渗透、广泛应用于金属材料、表面的开口缺陷中，然清洗、显像、检查等步陶瓷材料的表面开口缺后利用显像剂将缺陷显骤陷检测，如裂纹、气孔示出来等磁粉检测原理与应用工作原理1利用磁场作用在材料表面形成磁痕，显示表面缺陷操作流程2包括磁化、喷洒磁粉、检查等步骤应用领域3广泛应用于铁磁性材料的表面和近表面缺陷检测，如裂纹、夹杂等表面工程技术表面处理常用工艺12通过物理、化学或机械方法改包括喷涂、电镀、气相沉积、变材料表面的性质，以提高其离子注入等耐磨性、耐腐蚀性、硬度等应用领域3广泛应用于汽车、航空航天、电子、机械等领域，延长产品的使用寿命，提高产品的性能表面处理工艺概述喷涂电镀气相沉积将涂料喷涂在材料表面，形成保护层或利用电化学方法在材料表面沉积金属利用气相反应在材料表面沉积薄膜，以装饰层层，以提高其耐腐蚀性、耐磨性、硬度改变其表面性质等喷涂技术原理与应用工作原理常用方法利用喷枪将涂料雾化，并均匀地包括空气喷涂、无气喷涂、静电喷涂在材料表面喷涂等应用领域广泛应用于汽车、家电、家具等产品的表面涂装电镀技术原理与应用工作原理利用电解原理，在金属表面沉积一层金属薄膜常用镀种包括镀锌、镀镍、镀铬、镀铜等应用领域广泛应用于电子、机械、汽车等领域，提高零件的耐腐蚀性、耐磨性、装饰性等气相沉积技术原理物理气相沉积2利用物理方法将材料气化，然后在材料表面沉积薄膜，如溅射、蒸发等化学气相沉积1利用气相反应在材料表面沉积薄膜，如、等CVD PECVD应用领域广泛应用于半导体制造、光学镀膜、耐3磨涂层等领域课程案例分析铸造工艺案例1分析铸件的缺陷产生原因，提出改进措施焊接工艺案例2分析焊接接头的强度不足原因，提出改进措施热处理工艺案例3分析零件硬度不均匀原因，提出改进措施塑料成型案例4分析塑料制品变形原因，提出改进措施特种加工案例5分析电火花加工的效率问题，提出改进措施铸造工艺案例分析气孔夹杂裂纹熔融金属在凝固过程中熔融金属中的杂质或氧铸件在冷却过程中产生产生的气体未能及时逸化物未能及时清除，形的应力超过材料的强度出，形成气孔可以通成夹杂可以通过改进极限，形成裂纹可以过改进浇注系统、控制熔炼工艺、使用过滤网通过控制冷却速度、改熔炼温度等措施来减少等措施来减少夹杂进铸型设计等措施来减气孔少裂纹焊接工艺案例分析未熔合焊接过程中，焊缝金属与母材金属未能充分熔合，导致接头强度不足可以通过提高1焊接电流、减慢焊接速度等措施来改善熔合气孔2焊接过程中产生的气体未能及时逸出，形成气孔可以通过采用合适的焊接材料、控制焊接环境湿度等措施来减少气孔裂纹3焊接过程中产生的应力超过材料的强度极限，形成裂纹可以通过预热、后热处理等措施来减少裂纹热处理工艺案例分析硬度不均匀变形开裂123热处理过程中，零件各部位的加热热处理过程中产生的应力超过材料热处理过程中产生的应力超过材料或冷却速度不一致，导致硬度不均的屈服强度，导致零件变形可以的强度极限，导致零件开裂可以匀可以通过采用均匀加热方式、通过合理选择热处理工艺参数、采通过缓慢加热、冷却，选择合适的改进冷却介质等措施来改善硬度均用夹具等措施来减少变形冷却介质等措施来避免开裂匀性塑料成型案例分析缩孔飞边翘曲变形塑料在冷却过程中体积收缩，导致制品塑料熔体从模具缝隙中溢出，形成飞制品各部位的冷却速度不一致，导致内表面出现凹陷可以通过增加注射压边可以通过提高模具精度、增加锁模应力分布不均匀，产生翘曲变形可以力、延长保压时间等措施来减少缩孔力等措施来避免飞边通过控制冷却速度、改进模具设计等措施来减少翘曲变形特种加工案例分析电火花加工效率低线切割加工精度差电极损耗过快、加工参数选择不电极丝张力不稳定、加工参数选当等因素会导致加工效率降低择不当等因素会导致加工精度降可以通过选择合适的电极材料、低可以通过稳定电极丝张力、优化加工参数等措施来提高加工优化加工参数等措施来提高加工效率精度激光加工表面质量差激光功率过高、加工速度过慢等因素会导致表面质量下降可以通过调整激光功率、优化加工速度等措施来提高表面质量设备维护与保养润滑定期检查设备的润滑系统，确保各运动部件得到充分润滑，减少磨损清洁定期清理设备表面的油污、灰尘等杂物，保持设备清洁紧固定期检查设备的紧固件，确保连接可靠检查定期检查设备的电气系统、液压系统、气动系统等，及时发现并排除故障隐患常见设备故障分析液压故障包括液压泵损坏、液压缸泄漏、液压阀堵塞2等可以通过更换损坏的部件、清洗液压系电气故障统等方法进行维修包括电机烧毁、线路短路、控制系统失1灵等可以通过检查电路、更换损坏的机械故障部件等方法进行维修3包括轴承损坏、齿轮磨损、皮带断裂等可以通过更换损坏的部件、调整间隙等方法进行维修设备日常维护要点开机前1检查设备的润滑油位、冷却液位是否正常，清理设备表面的杂物运行中2注意观察设备的运行状态，如声音、振动、温度等，发现异常及时停机检查停机后3清理设备，关闭电源，做好防尘、防潮等工作安全操作规程佩戴防护用品熟悉操作规程紧急停机操作设备时，必须佩戴操作设备前，必须认真发生紧急情况时，应立安全帽、防护眼镜、工学习设备的操作规程，即按下急停按钮，停止作服等防护用品严格按照规程操作设备运行课程总结与展望重点回顾1本课程系统地介绍了材料加工的各种工艺与设备技术发展2展望未来，材料加工技术将朝着智能化、绿色化方向发展持续学习3希望大家在未来的工作中不断学习，提升自己的技能重点知识回顾材料分类加工工艺12金属材料、非金属材料、复合铸造、锻压、焊接、热处理等材料的特性与应用工艺的原理与流程设备维护3常用设备的维护保养要点与故障分析未来发展趋势智能化绿色化精密化人工智能、大数据等技术将应用于材料环保、节能将成为材料加工的重要发展随着科技的发展，对零件的精度要求越加工领域，实现工艺优化、设备智能化方向，采用绿色材料、绿色工艺，减少来越高，材料加工将朝着精密化方向发控制污染排放展课程考核方式平时成绩期末考试包括课堂参与、作业完成情况主要考察学生对课程知识的掌握等程度实践操作考察学生对设备的实际操作能力答疑与讨论课堂答疑课上提出问题，老师进行解答课后讨论通过邮件、微信群等方式进行课后讨论在线答疑通过在线平台进行答疑参考文献与资料推荐期刊2推荐阅读国内外权威的材料加工期刊教材1推荐使用经典的材料加工工艺教材网站3推荐访问专业的材料加工网站。