1、主讲：主讲：XXXX机械制造基础机械制造基础机械设备的制造过程矿矿石石机机器器原原材材料料冶冶金金工工业业铸铸造造锻压锻压焊焊接接热处热处理理毛毛坯坯零零件件切削加工切削加工特特种种加工加工零零件件装配装配调试调试焊焊接接热处热处理理热热加工工加工工艺艺冷加工工冷加工工艺艺零件零件现现代制造技代制造技术术、信息技、信息技术术绪论绪论 1.1 机械制造行业在国民经济当中的地位和作机械制造行业在国民经济当中的地位和作用用 1.2 本课程的主要内容本课程的主要内容 1.3 学习的目的及要求学习的目的及要求1 机械制造工业在国民经济中的地位和作用机械制造工业在国民经济中的地位和作用 地位地位物质生产始
2、终是人类社会生存发展的基础，没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。有制造业的发展就没有人类现代物质文明。据统计，美国财富的据统计，美国财富的68%68%来自于制造业，来自于制造业，20002000年年中国财政的中国财政的50%50%来自于制造业。来自于制造业。机械制造工业的任务：为国民经济各部门，科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研单位和国防部门以及自身的技术改进提供现代化装备。装备。我国机械制造技术的现状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新中国成立之前，我国的机械制
3、造工业基本处于停滞状态，新中国成立状态，新中国成立5050多年来，多年来，已经建立了一个完整的机械已经建立了一个完整的机械工业体系，工业体系，全国电力、钢铁、石油、交通、矿山等基础工全国电力、钢铁、石油、交通、矿山等基础工业所拥有的业所拥有的机械产品总量中的机械产品总量中的80%80%是我国自己制造的，我是我国自己制造的，我国已经成为名副其实的机械工业生产大国。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，成为国富民强的现代化强国，机械制造工业的规模和发展机械制造工业的规模和发展水平是
4、反映国民经济实力和科学技术水平的重要标志。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，产品大多是单价低、附加值低的产品，美国出口一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。色电视的出口
5、额。 生产经营规模上的差距。中国电子信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的关键元器件大规模集成电路每年进口量是是内地需求的六成以上。内地需求的六成以上。 新技术新产品研发能力上的差距。新技术新产品研发能力上的差距。中国中国目前只能说在劳动密集型的轻纺产品和加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比较优势，在技术密集
6、型产业还不具备成为世界工厂的水平。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，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左右，今后机械制造工业的主要任务是以新兴微新兴微电子，光电子技术，重大成套技术装备和基础机电子，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械的关键制造技术为重点，不断地依靠技术进步，不断地依靠技术进步，研究开发优质高效的工艺与装备，研究开发优质高效的
7、工艺与装备，提高产品的制提高产品的制造质量和制造技术水平。造质量和制造技术水平。二二 课程内容安排课程内容安排第一部分：工程材料及其成型工艺基础第一部分：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生产自动化、特种工艺和现代制造企业三三 学习目的及要求学习目的及要求第一章第一章 工程材料工程材料 材料是指人类用以制造材料是指人类用以制
8、造各种有用器件的物质；是现各种有用器件的物质；是现代文明的三大支柱之一；是代文明的三大支柱之一；是发展国民经济和机械工业的发展国民经济和机械工业的主要物质基础。主要物质基础。材料是人类生产和生活材料是人类生产和生活所必须的物质基础。所必须的物质基础。手手锤锤锉刀锉刀国产涡喷国产涡喷-7涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机石器石器铁器铁器 象形尊象形尊( (西周西周) ) 石器时代石器时代 青铜器时代青铜器时代 铁器时代铁器时代由于材料的重要性，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。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材料的发展水平和
9、利用程度已成为人类文明进步的标志。志。 材料的发展与人类社会简图材料的发展与人类社会简图龙芯龙芯联想计算机联想计算机 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。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。空工业和宇航工业。 飞机发动机叶片飞机发动机叶片波音客机波音客机没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤通讯。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，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
10、的三大支柱之一。称作现代文明的三大支柱之一。 前苏联在前苏联在1957年把第一颗人造卫星送入太空，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，上落后了。因此在其后的十年里，在十多所在十多所大学中陆续建立了材料科学研究中心，并把大学中陆续建立了材料科学研究中心，并把约约2/3大学的冶金系或矿冶系改建成了冶金材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。料科学系或材料科学与工程系。其涉及的材其涉及的材料由金属扩展到了陶瓷和高分子聚合物材料。料由金属扩展到了陶瓷和高分子聚合物材料。可见，可见，
11、高技术需要先进材料的支持。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。过重大贡献。 早在公元前早在公元前6000 5000年的新石器时代，年的新石器时代，中华民族的先人就能用中华民族的先人就能用黏土烧制成陶器，到东黏土烧制成陶器，到东汉时期又出现了瓷器，汉时期又出现了瓷器，并流传海外。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。时期，我国的青铜冶
12、炼和铸造技术已达到很高水平。 司母戊鼎司母戊鼎河南安阳晚商遗址出土河南安阳晚商遗址出土青铜铸造青铜铸造高高133厘米厘米 重重875kg饰纹优美饰纹优美黄石铜矿遗址黄石铜矿遗址 春秋晚期春秋晚期 矿井深达矿井深达50m50m 炼铜炉渣多达炼铜炉渣多达4040万吨万吨 实属罕见实属罕见 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。钢产量由铁基地。钢产量由49年的年的15.8万吨上升到现在的万吨上升到现在的6亿吨。亿吨。 中国第一颗人中国第一颗人造卫星造卫星长征火箭大家族长征火箭大家族中国第一颗原子弹爆炸中国第一颗原子弹爆
13、炸中国第一颗氢弹爆炸中国第一颗氢弹爆炸原子弹、氢原子弹、氢弹的爆炸，弹的爆炸，卫星、飞船卫星、飞船的上天等都的上天等都说明了我国说明了我国在材料的开在材料的开发、研究及发、研究及应用等方面应用等方面有了飞跃的有了飞跃的发展。发展。 中国的航天事业中国的航天事业-“神舟神舟”号飞船号飞船“神舟二号神舟二号”飞船运飞船运往发射工位往发射工位 “神舟神舟”一号飞船一号飞船 “神舟神舟”一号一号发射成功发射成功“神舟神舟”二号发射成二号发射成功功中国的航天事业中国的航天事业-“神舟神舟”号飞船号飞船“神舟神舟”三号三号发射成功发射成功“神舟神舟”四号四号发射成功发射成功“神舟神舟”三号飞船三号飞船 “
14、神舟神舟”四号飞船四号飞船 中国的航天事业中国的航天事业-“神舟神舟”五号载人飞五号载人飞船船杨利伟杨利伟升空返回全人类共同的家园飞天返回舱 18631863年，光学显微镜首次应用年，光学显微镜首次应用于金属研究，诞生了金相学，使于金属研究，诞生了金相学，使人们能够将材料的宏观性能与微人们能够将材料的宏观性能与微观组织联系起来。观组织联系起来。灰铸铁的显微组织灰铸铁的显微组织光学显微镜光学显微镜Pb-Sn共晶组织共晶组织人类对材料的认识是逐步深入的。人类对材料的认识是逐步深入的。1912年发现了年发现了X-射线对晶体的作用并在随后被用于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
15、料微观结构的认识晶体衍射分析，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。从最初的假想到科学的现实。 Si表面的重构图象表面的重构图象X-射线衍射仪射线衍射仪1932年发明了电子年发明了电子显微镜，把人们带显微镜，把人们带到了微观世界的更到了微观世界的更深层次（深层次（10-7m） 透射电子显微镜透射电子显微镜 扫描电子显微镜扫描电子显微镜 光镜下光镜下电镜下电镜下材料发展的历程示意图材料发展的历程示意图1.1.2工程材料的分类工程材料的分类 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。要求力学性能的结构材料。 按组成
16、与结合键分：按组成与结合键分： 1、金属材料、金属材料 2、高分子材料、高分子材料 3、陶瓷材料、陶瓷材料 4、复合材料、复合材料金属材料金属材料 6000年前年前-金属冶炼金属冶炼 4000年年-古埃及古埃及-炼铜技术炼铜技术 2000年年-青铜冶炼青铜冶炼 15世纪世纪18世纪世纪-高炉炼钢到电弧炉炼钢高炉炼钢到电弧炉炼钢-奠定了近代钢铁工奠定了近代钢铁工业的基础。业的基础。 1866年年-电解铝生产工艺电解铝生产工艺-铝成为用量仅次于钢铁的金属。铝成为用量仅次于钢铁的金属。 1910年年-纯钛纯钛 以金属键结合为主以金属键结合为主 良好的导电性、导良好的导电性、导热性、延展性和金热性、延
17、展性和金属光泽属光泽 用量最大、应用最用量最大、应用最广泛广泛黑色金属黑色金属有色金属有色金属铁、锰、铬以外所有的金属。铁、锰、铬以外所有的金属。 铁、锰、铬及其合金铁、锰、铬及其合金。金属材料的性能金属材料的性能 物理性能：物理性能：密度、熔点、导电性、导热性、磁性密度、熔点、导电性、导热性、磁性等等 化学性能：化学性能：抵抗各种介质的侵蚀能力，抵抗各种介质的侵蚀能力，如抗腐蚀性能。如抗腐蚀性能。 力学性能：力学性能：强度、硬度、塑性、弹性模量、冲击韧度、疲劳强度、硬度、塑性、弹性模量、冲击韧度、疲劳强度。强度。 工艺性能：包括工艺性能：包括热处理工艺性能、铸造性能、锻造性能、焊热处理工艺性
18、能、铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能接性能、切削加工性能等。等。常用的金属材料常用的金属材料铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料，铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料，2011年年世界产量已达世界产量已达15亿吨，在机械产品中的用量已占亿吨，在机械产品中的用量已占整个用材的整个用材的60%以上。以上。 带材带材异形材异形材板材板材管材管材金属材料制品金属材料制品陶瓷材料陶瓷材料 以共价键和离子键以共价键和离子键为主为主 熔点高、硬度高、熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大耐腐蚀、脆性大 分为传统陶瓷、特分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷种陶瓷和金属陶瓷三类三类 传统陶瓷传统陶瓷又称普通陶瓷，是以
19、天然材料又称普通陶瓷，是以天然材料( (如黏土、石英、如黏土、石英、长石等长石等) )为原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。为原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。特种陶瓷特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料的陶又称精细陶瓷，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。瓷，常用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。 陶瓷制品陶瓷制品陶瓷发动机陶瓷发动机先进陶瓷：先进陶瓷：以精制的高纯人工合成的无机化合物为原料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，采用精密控制的制备工艺烧结而成的陶瓷。的制备工艺烧结而成的陶瓷。特性：特性：绝缘性、半导性、导电性、超导性、压电性、
20、磁性绝缘性、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。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。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。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：陶瓷材料分类：结构陶瓷结构陶瓷：高温下作为结构材料使用的陶瓷。：高温下作为结构材料使用的陶瓷。功能陶瓷功能陶瓷：具有机、电、声、热、磁、弹性之间的耦合材料。：具有机、电、声、热、磁、弹性之间的耦合材料。生物陶瓷
21、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：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。独特性能。高分子材料高分子材料 以分子键和共价键以分子键和共价键为主为主 塑性、耐蚀性、电塑性、耐蚀性、电绝缘性、减振性好，绝缘性、减振性好，密度小密度小 包括塑料、橡胶及包括塑料、橡胶及合成纤维等合成纤维等 分子键分子键共价键共价键高分子材料高分子材料在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮在机械、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。中被广泛应用。 烯丙酰氯烯丙酰氯-
22、 -苯乙烯苯乙烯 塑料：塑料：以合成树脂为主要成分，加入适量以合成树脂为主要成分，加入适量的添加剂组成的。的添加剂组成的。 塑料按使用性能可分为塑料按使用性能可分为通用塑料、工程塑通用塑料、工程塑料和耐热塑料。料和耐热塑料。复合材料复合材料 包括：包括： 金属基复合材料金属基复合材料 陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料 高分子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。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玻璃纤维增强高分子复合材料 现代航空发动机燃烧室现代航空发
23、动机燃烧室温度最高的材料就是通温度最高的材料就是通过粉末冶金法制备的氧过粉末冶金法制备的氧化物粒子弥散强化的镍化物粒子弥散强化的镍基合金复合材料。很多基合金复合材料。很多高级游艇、赛艇及体育高级游艇、赛艇及体育器械等是由碳纤维复合器械等是由碳纤维复合材料制成的，它们具有材料制成的，它们具有重量轻，弹性好，强度重量轻，弹性好，强度高等优点。高等优点。 航空发动机航空发动机 工程材料按使用性能划分：结构材料和功能材料。工程材料按使用性能划分：结构材料和功能材料。1.1.3 工程材料的应用和发展工程材料的应用和发展汽车制造汽车制造国防工业国防工业歼10：我国生产的最先进战机双双座型座型标标准型准型传
24、说传说的的舰载舰载型型已已经经装装备备空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、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。耐高温、耐腐蚀、抗辐照和多功能的方向发展。 国产东风国产东风4D-0088内燃机车内燃机车美国美国F-117隐身飞机隐身飞机新材料在不断地涌现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纳米材料学 1nm=10-9m 1nm:1M - 相当于乒乓球与地球之比相当于乒乓球与地球之比 当材料的颗粒缩小到
25、几到几十纳米时，材料的性质将发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生意想不到的变化 碳纳米管强度比钢高碳纳米管强度比钢高100倍，重量是钢的倍，重量是钢的1/6，且导电性怪异，且导电性怪异 化学性质稳定的材料会发生爆炸化学性质稳定的材料会发生爆炸 纳米陶瓷可弯曲纳米陶瓷可弯曲180o 在电场作用下发出各种颜色的光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纳米材料的研究及应用领域 电子信息技术电子信息技术 高密度信息储存高密度信息储存 CPUCPU：AMDAMD的的K8K8；InterInter的的P4P4和和PMPM（9090纳米制程）纳米制程） 航空、航
26、天及机械建筑领域航空、航天及机械建筑领域 航天器、卫星、飞船、汽车、船舶、桥梁等航天器、卫星、飞船、汽车、船舶、桥梁等 北京大剧院的外墙北京大剧院的外墙 医学领域医学领域 微细诊疗器微细诊疗器 能源能源 高存储容量的电池高存储容量的电池纳米材料的不安全性纳米材料的不安全性 对环境对环境 纳米材料的回收与处理纳米材料的回收与处理 对环境的影响存在未知风险对环境的影响存在未知风险 对人体对人体 与疾病有关的纳米颗粒污染早已存在，如矽肺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药物中存在未知风险 纳米技术
27、在日常生活用品中的潜在风险纳米技术在日常生活用品中的潜在风险 扫扫描描电电子子显显微微镜镜下的下的纤维纤维表面表面碳纳碳纳米管米管纤维纤维纳米机器人在清理血纳米机器人在清理血管中的有害堆积物管中的有害堆积物美美军军新作新作战战服系服系统统(纳纳米材料米材料)1.1.4 如何认识材料如何认识材料工艺工艺组织组织性能的关系性能的关系1、化学成分化学成分(成分成分)：组成材料各元素在材料中的浓度。组成材料各元素在材料中的浓度。2 、组织：组织：用肉眼或借助于不同放大倍数的显微镜所观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情景。察到的金属内部的情景。 习惯上把用肉眼或几十倍放大镜观察到的
28、组织习惯上把用肉眼或几十倍放大镜观察到的组织称低倍称低倍组织组织或或宏观组织宏观组织。 放大放大100 2000倍的组织称倍的组织称高倍组织高倍组织或或显微组织显微组织。 在电子显微镜下放大几千在电子显微镜下放大几千 几十万倍的组织称几十万倍的组织称精细组精细组织织或或电镜组织电镜组织。钢的宏观组织、显钢的宏观组织、显微组织和电镜组织微组织和电镜组织钢锭的宏观组织钢锭的宏观组织显微组织显微组织电镜组织电镜组织3、结构：结构：材料中各原子材料中各原子的具体组合状态。的具体组合状态。一一般通过般通过X-射线衍射射线衍射或或透射电镜透射电镜研究。研究。Al的高分辨透射电镜象的高分辨透射电镜象纯铁晶体的纯铁晶体的X-射线衍射谱射线衍射谱4、 材料的加工工艺。材料的加工工艺。 如：铸造、压力加工、焊接、热处理、切削加如：铸造、压力加工、焊接、热处理、切削加工都和材料的性能有直接或间接关系。工都和材料的性能有直接或间接关系。 初步具备合理选材、正确确定加工方法、初步具备合理选材、正确确定加工方法、妥善安排工艺路线的能力。妥善安排工艺路线的能力。
