第一章-工程材料与制造技术简论

,主讲人：于美杰副教授Tel：88396181Email：yumeijie,工程材料与机械制造基础,绪论,课程性质该课程是一门以各种制造方法为载体，涉及多学科知识渗透与交叉，从常用工程材料的选择、成形、加工制造直到加工出零件或器件的综合性课程，是高等学校机械、材料、管理等类专业必修的技术基础课，也是培养复合型人才的重要工程技术入门课程。,Introduction,绪论,课程任务和学习目的了解材料及制造技术发展史和现代制造行业的组织结构与运行模式；掌握常用工程材料的种类、成分、组织、性能和改性方法，以及表面工程原理，具有选用工程材料的初步能力；掌握主要工程材料或器件的成形与加工方法的基本原理和工艺特点，具有选择毛坯、零件加工方法及工艺分析的初步能力；具有综合运用工艺知识、分析零件结构工艺性的初步能力；了解与本课程有关的新材料、新工艺、新技术相互交叉渗透的特点及其发展趋势；为学习其它有关课程奠定必要的基础，同时掌握一定的工业生产的基础知识，为将来从事专业工作奠定基础。,Introduction,绪论,课程特点、学习方法及成绩评定课程特点：内容多、知识点多；实践性强、实用性强；基础理论与工艺技术结合；学习方法：授课与自学相结合；成绩评定：期末考试：80平时成绩：20,Introduction,绪论,教材高等教育（十一五）国家级规划教材：现代工程材料成形与机械制造基础上册：孙康宁主编下册：李爱菊主编该教材获2009年山东省优秀教材一等奖。参考资料材料成形基础，常春主编，机械工业出版社工程材料成形与机械制造基础，李爱菊、孙康宁主编，机械工业出版社,Introduction,目录（上册）,第一章工程材料与制造技术简论第二章工程材料的性能及应用基础第三章热处理及表面工程技术第四章材料的液态成形工艺第五章材料的塑性成形工艺第六章材料的连接技术第七章粉末冶金与陶瓷材料的成形工艺第八章高分子材料的成形工艺第九章复合材料的成形工艺,Introduction,目录（下册）,第一章机械加工基础知识第二章零件表面的常规加工方法第三章机械加工工艺过程的基本知识第四章特种加工第五章非金属材料的机械加工第六章电子设备制造基础第七章数控机床加工第八章先进制造技术第九章机械制造经济性与管理第十章机械制造业的环境保护,自学,略讲,Introduction,第一章工程材料与制造技术简论,本章基本要求了解材料的分类及发展历史；了解制造技术发展史和现代制造行业的组织结构与运行模式。,第一节工程材料的发展简述,什么是材料？材料是人类用以制作有用物件的物质；材料是人类社会进步的物质基础和先导；新材料主要是指最近发展起来或正在发展之中的具有特殊功能和效用的材料。分类：金属材料无机非金属材料（陶瓷）有机高分子材料复合材料,第一章工程材料与制造技术简论,第一节工程材料的发展简述,第一章工程材料与制造技术简论,图11工程材料发展历史随时间推移的相对重要性示意图（时间是非线性的）,第一节工程材料的发展简述,第一章工程材料与制造技术简论,一、金属材料金属材料具有其它材料体系不可能完全取代的独特的性质和使用性能，这是由于金属材料主要通过金属键结合而成，这种键合特点使得金属有比高分子材料高得多的模量、有比陶瓷高得多的韧性、可加工性、磁性和导电性。（一）金属材料的发展史公元前5000年为青铜器时代，公元前15001200年为铁器时代。18世纪以后，钢铁工业开始迅猛发展，成为产业革命的主要潮流和物质基础，其它金属材料也得到相应的快速发展。,第一节工程材料的发展简述,（二）金属材料的发展现状（1）高纯材料（2）高强度及超高强度金属材料（3）超易切削钢和超高易切削钢（4）硬质合金与金属陶瓷（5）高温合金与难熔合金（6）纤维增强金属基复合材料（7）共晶合金定向凝固材料,第一章工程材料与制造技术简论,（8）快速冷凝金属非晶及微晶材料典型非晶和微晶金属材料：1）金属玻璃2）金属微晶材料（9）有序金属间化合物（10）纳米金属材料（11）形状记忆合金（12）贮氢合金,第一节工程材料的发展简述,二、无机非金属材料（陶瓷）先进陶瓷的化学键是由共价键和离子键组成，具有优良的耐高温、耐磨、耐腐蚀的特点。（一）陶瓷的发展史中国是陶瓷的发源地，最早人类利用粘土的可塑性将其加工成所需形状，然后用火烧制成型，这就是陶器。陶瓷的第一次重大飞跃是人类掌握了通过鼓风提高燃烧温度的技术，进而利用粘土、石英、长石等矿物制成了瓷器。陶瓷发展过程中的第二次重大飞跃是从传统陶瓷到先进陶瓷。,第一章工程材料与制造技术简论,第一节工程材料的发展简述,（二）先进陶瓷的主要研究领域与研究现状先进陶瓷的研究领域包括：粉体、结构陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷、薄膜及涂层、陶瓷工艺等。目前正围绕陶瓷材料的弱点方面转入更细致的基础研究和应用研究。,第一章工程材料与制造技术简论,第一节工程材料的发展简述,（三）结构陶瓷的研究发展趋势1.结构陶瓷的脆性研究（1）相变增韧陶瓷（2）高精细陶瓷（3）高韧性/高硬度Sialon陶瓷（4）可塑性变形陶瓷（5）金属间化合物与陶瓷复合材料（6）纤维及晶须增强陶瓷基复合材料（7）叠层结构陶瓷基复合材料（8）纳米陶瓷及其复合材料,第一章工程材料与制造技术简论,2有关结构陶瓷粉体制备的研究3有关陶瓷材料的制备与加工技术4有关陶瓷材料的可靠性检测与评价技术,第一节工程材料的发展简述,三、工程塑料工程塑料是一个特定的名称，其广义上是泛指具有高性能又可能代替金属材料的塑料，狭义上是指比通用塑料的强度与耐热性优异，可作为工业用的结构材料并具有功能作用的高性能塑料。（一）工程塑料发展史20世纪30年代，高分子结构与性能关系研究的兴起及理论的创立，推动了新型高分子的合成。20世纪50年代初期开始了塑料制品的研究。工程塑料的快速发展源于上世纪80年代以后。,第一章工程材料与制造技术简论,第一节工程材料的发展简述,第一章工程材料与制造技术简论,第一节工程材料的发展简述,（二）工程塑料的特点1与金属材料相比其优点是：(1)比重小；仅为1.0-2.0，约为铁的六分之一；(2)加工性好，生产效率高；(3)耐水及各种化学药品腐蚀；(4)自润滑性好，摩擦系数小；(5)可以自由着色；(6)容易与玻璃纤维及各种填料复合；(7)优异的电绝缘性；(8)隔热性优良，导热系数约为铁的百分之一；(9)低成本、节约资源和能源。2与金属材料相比其缺点是：(1)耐热性能差，软化点低；(2)机械强度低，抗张强度一般约为钢的十分之一；(3)尺寸稳定性差，线膨胀系数约为钢的5倍；(4)耐久性差，长期受重力作用易产生疲劳，在室外长期受紫外线作用，易降低性能。,第一章工程材料与制造技术简论,第一节工程材料的发展简述,四、复合材料复合材料是指由不同材料组合而成，在新制成的材料中，原来各材料的特性得到了充分的应用，而且复合后，可望获得单一材料得不到的新功能材料。（一）复合材料的发展历史复合材料的发展经历了古代近代先进复合材料的过程，最原始的复合材料是在粘土泥浆中掺稻草，制成很好的土砖。近代复合材料主要包括软质复合材料和硬质复合材料。,第一章工程材料与制造技术简论,第一节工程材料的发展简述,（二）先进复合材料的研究现状1.金属基复合材料（MetalMatrixCompositesMMC）MMC所用基体除Al,Mg外还包括Ti,Cu,Zn,Pb,Be超合金及金属间化合物。2.陶瓷基复合材料（CeramicMatrixCompositesCMC）3.其它复合材料除MMC和CMC复合材料外，目前处于大量研究、开发应用的复合材料还包括：（1）树脂基（高聚物）复合材料，（2）原位复合材料（InSituComposite），（3）功能精细复合材料（FunctionalFineComposites（4）梯度功能材料（FunctionallyGradientMaterials）,（5）碳碳复合材料（Carbon-CarbonComposites）。,第一章工程材料与制造技术简论,第一节工程材料的发展简述,（三）复合材料的发展趋势（1）进一步了解复合材料所特有的复合效应。（2）与复合材料有关的物理现象，包括结晶体、稳定态、亚稳态和非稳态或暂稳态、各向同性物和各向异性物、热力学体系与非热力学体系等这些相互对立的物理现象的产生、转化都是复合材料设计和研究的焦点。,第一章工程材料与制造技术简论,第一节工程材料的发展简述,五、其它先进材料（一）智能材料（图1-2）（二）生物材料（表1-2）（三）生态环境材料（表1-3）（四）纳米材料,第一章工程材料与制造技术简论,第二节制造技术发展历史、现状与发展趋势,第一章工程材料与制造技术简论,第二节制造技术发展历史、现状与发展趋势,一、制造技术的发展历史1.18世纪后半叶开始，蒸汽机与工具机的发明导致近代产业革命，促成了制造企业的雏形，特征是工场式生产的出现。2.19世纪电气技术快速发展，导致电气技术与制造技术的融合，促进了制造业的飞速发展，制造技术实现批量化生产和工业化生产。3.20世纪初，内燃机的发明引发制造业的革命。流水生产线和泰勒式工作制得到了广泛应用，特别是受二次大战的影响，使以降低成本为中心的刚性、大批大量制造技术和科学管理方式得到空前发展。4.二战后，随着计算机、微电子、信息和自动化技术的快速发展，制造技术开始向高质量生产和柔性化生产发展。5.20世纪80年代以来制造技术的发展则是由于市场牵动造成的。柔性制造单元（FMC）、引发了制造工程中组织结构和运行模式的革命性飞跃。6.进入90年代，制造技术的重要特征是与信息技术、人工智能技术融为一体，随着人工智能、人工神经网络、模糊逻辑等计算机智能的应用，制造知识的获取、表示、存储和推理已成为可能。,第一章工程材料与制造技术简论,第二节制造技术发展历史、现状与发展趋势,二、制造业及先进制造技术的发展趋势1.信息技术正在向制造技术注入和融合，促进着制造技术的不断发展。2.设计技术在不断现代化的同时，设计过程也由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济、和社会因素。3.成型及改进制造技术向精密、精确、少能耗、无污染方向发展。4.加工制造技术则向着超精密加工技术、超高速切削以及发展新一代制造装备的方向发展。5.工艺将由技艺发展为工程科学。6.冷热加工之间，加工、检测、物流、装配过程之间，设计、材料应用、加工制造之间，其界限将逐渐淡化，并逐渐走向一体化。,第一章工程材料与制造技术简论,第三节制造类企业的组织结构与运行模式,一、近代企业的组织结构与运行模式福特生产模式的特点包括以下几个方面：（1）标准化产品的大批量生产（2）互换性原理的应用（3）流水作业与精密加工（4）刚性生产（5）专业化分化和顺序决策（6）集中领导与分级管理,第一章工程材料与制造技术简论,第三节制造类企业的组织结构与运行模式,二、现代企业的组织结构与运行模式（一）精益生产(1)即时生