机械制造基础绪论ppt讲解课件

主讲：XX 机械制造基础 机械设备的制造过程 矿矿石 机 器 原 材 料 冶 金 工 业业 铸铸造 锻压锻压 焊焊接 热处热处理 毛 坯 零 件 切削加工 特种加工 零 件 装配调试调试 焊焊接 热处热处理 热热加工工艺艺冷加工工艺艺 零件 现现代制造技术术、信息技术术 绪论 1.1 机械制造行业在国民经济当中的地位和作 用 1.2 本课程的主要内容 1.3 学习的目的及要求 1 机械制造工业在国民经济中的地位和作用 地位 物质生产始终是人类社会生存发展的基础，没 有制造业的发展就没有人类现代物质文明。 据统计，美国财富的68%来自于制造业，2000年 中国财政的50%来自于制造业。 机械制造工业的任务：为国民经济各部门，科 研单位和国防部门以及自身的技术改进提供现代化 装备。 我国机械制造技术的现状 新中国成立之前，我国的机械制造工业基本处于停滞 状态，新中国成立50多年来，已经建立了一个完整的机械 工业体系，全国电力、钢铁、石油、交通、矿山等基础工 业所拥有的机械产品总量中的80%是我国自己制造的，我 国已经成为名副其实的机械工业生产大国。 如果没有强大而完整的现代化机械制造工业，就无法 成为国富民强的现代化强国，机械制造工业的规模和发展 水平是反映国民经济实力和科学技术水平的重要标志。 我国与工业发达国家的差距 首先是产业结构上差距，中国的技术密集型产 业明显落后于工业发达的大国。虽然中国机械产品 的出口额已大大超过轻纺产品，但出口的机械电子 产品大多是单价低、附加值低的产品，美国出口一 架波音民航客机，就相当于中国二十至三十万台彩 色电视的出口额。 生产经营规模上的差距。中国电子信 息产业的产值已排位世界第五位，移动电 话数量已居世界第一位，但电子信息产业 的关键元器件大规模集成电路每年进口量 是内地需求的六成以上。 新技术新产品研发能力上的差距。中国 目前只能说在劳动密集型的轻纺产品和加 工组装型的家电及电子通信组装产品具有 比较优势，在技术密集型产业还不具备成 为世界工厂的水平。 总之，我国的机械制造工业获得了巨大的发展 ，但与世界先进水平相比，还有很大的差距，整 个水平与国外先进水平相比，至少落后十五年左 右，今后机械制造工业的主要任务是以新兴微电 子，光电子技术，重大成套技术装备和基础机械 的关键制造技术为重点，不断地依靠技术进步， 研究开发优质高效的工艺与装备，提高产品的制 造质量和制造技术水平。 二 课程内容安排 第一部分：工程材料及其成型工艺基础 金属材料，铸造、压力加工、焊接工艺 第二部分：切削加工工艺基础 切削过程、常见工艺方法、结构工艺性 第三部分：先进制造工艺常识 生产自动化、特种工艺和现代制造企业 （1 1）机械制造的相关概念。）机械制造的相关概念。 （2 2）成分）成分组织组织性能之间的关系；性能之间的关系； 钢的热处理原理和工艺；钢的热处理原理和工艺； 常用金属材料、非金属材料的性质、特点、用常用金属材料、非金属材料的性质、特点、用 途和选用原则。途和选用原则。 （3 3）掌握多种加工工艺原理及应用）掌握多种加工工艺原理及应用 （4 4）了解与本课程有关的新技术、新工艺。）了解与本课程有关的新技术、新工艺。 三 学习目的及要求 第一章 工程材料 哥伦比亚号航天飞机哥伦比亚号航天飞机 材料是指人类用以制造 各种有用器件的物质；是现 代文明的三大支柱之一；是 发展国民经济和机械工业的 主要物质基础。 1.11.1 概述概述 材料是人类生产和生活 所必须的物质基础。 手 锤 锉刀 “ “神舟神舟” ”四号飞船成功返回四号飞船成功返回 国产涡喷-7涡轮喷气发动机 石器 铁器 象形尊(西周 ) 石器时代 青铜器时代 铁器时代 材料是人类进化的里程碑。材料是人类进化的里程碑。由于材料的重要性， 历史学家根据人类所使用的材料来划分时代。 材料的发展水平和利用程度已成为人类文明进步的标 志。 材料的发展与人类社会简图 龙芯联想计算机 没有半导体材料的工业化生产，就不可能有目前 的计算机技术。 没有高温高强度的结构材料，就不可能有今天的航 空工业和宇航工业。 飞机发动机叶片 波音客机 在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片 没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤通讯。 二十世纪七十年代，人们把材料与能源和信息并列 ，称作现代文明的三大支柱之一。 前苏联在1957年把第一颗人造卫星送入太空 ，令美国人震惊不已，认识到在导弹火箭技术 上落后了。因此在其后的十年里，在十多所大 学中陆续建立了材料科学研究中心，并把约 2/3大学的冶金系或矿冶系改建成了冶金材料 科学系或材料科学与工程系。其涉及的材料由 金属扩展到了陶瓷和高分子聚合物材料。可见 ，高技术需要先进材料的支持。 前苏联第一颗人造卫星及其运载火箭 中华民族在人类历史上为材料的发展和应用作出 过重大贡献。 早在公元前6000 5000年的新石器时代， 中华民族的先人就能用 黏土烧制成陶器，到东 汉时期又出现了瓷器， 并流传海外。 4000年前的夏朝我们的祖先已经能够炼铜，到殷、商 时期，我国的青铜冶炼和铸造技术已达到很高水平。 司母戊鼎 河南安阳晚商遗址出土 青铜铸造 高133厘米 重875kg 饰纹优美 黄石铜矿遗址 春秋晚期 矿井深达50m 炼铜炉渣多达40万吨 实属罕见 鞍钢 攀钢夜景 新中国成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等大型钢 铁基地。钢产量由49年的15.8万吨上升到现在的6亿吨。 中国第一颗人 造卫星 长征火箭大家族 中国第一颗原子弹爆炸 中国第一颗氢弹爆炸 原子弹、氢 弹的爆炸， 卫星、飞船 的上天等都 说明了我国 在材料的开 发、研究及 应用等方面 有了飞跃的 发展。 中国的航天事业-“神舟”号飞船 “神舟二号”飞船运 往发射工位 “神舟”一号飞船 “神舟”一号发 射成功 “神舟”二号发射成功 中国的航天事业-“神舟”号飞船 “神舟”三号发 射成功 “神舟”四号发 射成功 “神舟”三号飞船 “神舟”四号飞船 中国的航天事业-“神舟”五号载人飞船 杨利伟 升空 返回 全人类共同的家园 飞天 返回舱 1863年，光学显微镜首次应用 于金属研究，诞生了金相学，使 人们能够将材料的宏观性能与微 观组织联系起来。 灰铸铁的显微组织 光学显微镜 Pb-Sn共晶组织 人类对材料的认识是逐步深入的。 1912年发现了X-射线对晶体的作用并在随后被用于 晶体衍射分析，使人们对固体材料微观结构的认识 从最初的假想到科学的现实。 Si表面的重构图象X-射线衍射仪 1932年发明了电子 显微镜，把人们带 到了微观世界的更 深层次（10-7m） 透射电子显微镜 扫描电子显微镜 光镜下电镜下 材料发展的历程示意图 1.1.2工程材料的分类 工程材料是用于制造工程结构和机械零件并主要 要求力学性能的结构材料。 按组成与结合键分： 1、金属材料 2、高分子材料 3、陶瓷材料 4、复合材料 金属材料 6000年前-金属冶炼 4000年-古埃及-炼铜技术 2000年-青铜冶炼 15世纪18世纪-高炉炼钢到电弧炉炼钢-奠定了近代钢铁工 业的基础。 1866年-电解铝生产工艺-铝成为用量仅次于钢铁的金属。 1910年-纯钛 钢铁金属钢铁金属 非铁金属非铁金属轻金属轻金属, ,重金属重金属, ,贵金属贵金属, ,稀有金属稀有金属 铸铁铸铁白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、 特殊性能铸铁。特殊性能铸铁。 钢钢 按钢的碳含量按钢的碳含量低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢 按钢的质量按钢的质量普通钢、优质钢、高级优质钢、普通钢、优质钢、高级优质钢、 特级优质钢。特级优质钢。 按钢的碳含量按钢的碳含量结构钢、工具钢、特殊性能钢结构钢、工具钢、特殊性能钢 以金属键结合为主 良好的导电性、导 热性、延展性和金 属光泽 用量最大、应用最 广泛 黑色金属 有色金属铁、锰、铬以外所有的金属。 铁、锰、铬及其合金。 金属材料的性能 物理性能：密度、熔点、导电性、导热性、磁性等 化学性能：抵抗各种介质的侵蚀能力，如抗腐蚀性能。 力学性能：强度、硬度、塑性、弹性模量、冲击韧度、疲劳 强度。 工艺性能：包括热处理工艺性能、铸造性能、锻造性能、焊 接性能、切削加工性能等。 常用的金属材料 碳钢碳钢 优质碳素钢优质碳素钢 4545 碳素结构钢碳素结构钢 Q235-AFQ235-AF 碳素工具钢碳素工具钢 T8/T8AT8/T8A 一般工程铸造碳钢一般工程铸造碳钢 ZG200-400ZG200-400 合金钢合金钢 合金结构钢合金结构钢 45Cr45Cr 高合金刃具钢高合金刃具钢 W18Cr4VW18Cr4V 铸铁铸铁 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 RuT340RuT340 灰口铸铁灰口铸铁 HT200HT200 可锻铸铁可锻铸铁 KTZ450-06KTZ450-06 球墨铸铁球墨铸铁 QT450-10QT450-10 特殊性能铸铁特殊性能铸铁 耐磨铸铁耐磨铸铁 耐热铸铁耐热铸铁 耐蚀铸铁耐蚀铸铁 铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料，2011年 世界产量已达15亿吨，在机械产品中的用量已占 整个用材的60%以上。 带材 异形材 板材管材 金属材料制品 陶瓷材料 以共价键和离子键 为主 熔点高、硬度高、 耐腐蚀、脆性大 分为传统陶瓷、特 种陶瓷和金属陶瓷 三类 传统陶瓷又称普通陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、 长石等)为原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。 特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料的陶 瓷，常用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。 陶瓷制品 陶瓷发动机 先进陶瓷：以精制的高纯人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制 的制备工艺烧结而成的陶瓷。特性： 绝缘性、半导性、导电性、超导性、压电性、磁性 耐热性、绝缘、高硬度、耐磨性、抗氧化、高温强度等优异力学性能。 生物适应性、催化剂等生物、化学功能。 独特的光学功能及光、电声、热、磁、弹性之间的相互转换、耦合的功能。 陶瓷材料分类： 结构陶瓷：高温下作为结构材料使用的陶瓷。 功能陶瓷：具有机、电、声、热、磁、弹性之间的耦合材料。 生物陶瓷：具有与生物机体有较好的相容性和生物活性、耐侵蚀性、耐磨损性等 独特性能。 高分子材料 以分子键和共价键 为主 塑性、耐蚀性、电 绝缘性、减振性好 ，密度小 包括塑料、橡胶及 合成纤维等 分子键共价键 高分子材料在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮 船等制造工业和化学、交通运输、航空航天等工业 中被广泛应用。 烯丙酰氯-苯乙烯 塑料：以合成树脂为主要成分，加入适量 的添加剂组成的。 塑料按使用性能可分为通用塑料、工程塑 料和耐热塑料。 复合材料 包括： 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 高分子复合材料 l是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料 以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。 玻璃纤维增强高分子复合材料 现代航空发动机燃烧室 温度最高的材料就是通 过粉末冶金法制备的氧 化物粒子弥散强化的镍 基合金复合材料。很多 高级游艇、赛艇及体育 器械等是由碳纤维复合 材料制成的，它们具有 重量轻，弹性好，强度 高等优点。 航空发动机 工程材料按使用性能划分：结构材料和功能材料。 结构材料结构材料 钛合金钛合金 铝合金铝合金 镍及镍合金镍及镍合金 镁及镁合金镁及镁合金 难熔金属难熔金属 功能材料功能材料 电功能材料电功能材料 传感器用敏感材料传感器用敏感材料 磁功能材料磁功能材料 新能源材料新能源材料 光学功能材料光学功能材料 热功能材料热功能材料 力学、声学功能材料力学、声学功能材料 1.1.3 工程材料的应用和发展 汽车制造 国防工业 歼10：我国生产的最先进战机 双座型 标标准型 传说传说的舰载舰载型 已经经装备备空军军 随着经济的飞速发展和科学技术的进步，对材料的要 求越来越苛刻，结构材料向高比强、高刚度、高韧性 、耐高温、耐腐蚀、抗辐照和多功能的方向发展。 国产东风4D-0088内燃机车美国F-117隐身飞机 新材料在不断地涌现 纳米材料的常识 碳纳米管制作的纳米齿轮模型 纳米材料学 1nm=10-9m 1nm:1M - 相当于乒乓球与地球之比 当材料的颗粒缩小到几到几十纳米时，材料的性质将发 生意想不到的变化 碳纳米管强度比钢高100倍，重量是钢的1/6，且导电性怪异 化学性质稳定的材料会发生爆炸 纳米陶瓷可弯曲180o 在电场作用下发出各种颜色的光 纳米材料的研究及应用领域 电子信息技术 高密度信息储存 CPU：AMD的K8；Inter的P4和PM（90纳米制程） 航空、航天及机械建筑领域 航天器、卫星、飞船、汽车、船舶、桥梁等 北京大剧院的外墙 医学领域 微细诊疗器 能源 高存储容量的电池 纳米材料的不安全性 对环境 纳米材料的回收与处理 对环境的影响存在未知风险 对人体 与疾病有关的纳米颗粒污染早已存在，如矽肺 纳米技术在医学中存在未知风险 纳米技术在药物中存在未知风险 纳米技术在日常生活用品中的潜在风险 扫扫描电电子显显微镜镜下的纤维纤维表面 碳纳纳米管纤维纤维 纳米机器人在清理血 管中的有害堆积物 美军军 新作战战服系 统统 (纳纳米材料) 1.1.4 如何认识材料工艺组织性能的关系 1、化学成分(成分)：组成材料各元素在材料中的浓度。 2 、组织：用肉眼或借助于不同放大倍数的显微镜所观 察到的金属内部的