產(chǎn)品造型材料與工藝教材

產(chǎn)品造型材料與工藝第三講第二章金屬材料及其加工技術(shù)第一節(jié)常用金屬材料及其特性第二節(jié)金屬材料成型與工藝性第三節(jié)金屬表面處理與裝飾技術(shù)第一節(jié)常用金屬材料及其特性2.1.1金屬材料的特性及分類2.1.2鋼鐵材料2.1.3有色金屬及其合金2.1.4造型設(shè)計(jì)中金屬材料的選用2.1.1金屬材料的特性及分類金屬的微觀特性結(jié)合鍵：晶體的結(jié)合力。固體狀態(tài)下，原子（離子或分子）聚為晶體，原子之間產(chǎn)生較強(qiáng)的相互作用力金屬晶體中，價(jià)電子彌散在整個(gè)體積內(nèi)，所有金屬離子皆處于相同的環(huán)境之中結(jié)合鍵沒有飽和性、方向性和選擇性金屬的宏觀特性①良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；②正的電阻溫度系數(shù)；且絕大多數(shù)金屬具有超導(dǎo)性；③良好的反射能力、不透明性及金屬光澤；④良好的塑性變形能力（延展性）反映出金屬的本質(zhì)：有特殊光澤優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性是良好的塑性變形固體物質(zhì)2.1.1金屬材料的特性及分類金屬材料的性能①使用性能使用過程中表現(xiàn)出來(lái)的性能機(jī)械(力學(xué))性能：強(qiáng)度、塑性、彈性、剛度等物理性能：導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性等化學(xué)性能：抗蝕性、抗氧化等②工藝性能

制造和加工過程中表現(xiàn)出來(lái)的性能如鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能等2.1.1金屬材料的特性及分類常用金屬材料的分類2.1.1金屬材料的特性及分類第一節(jié)常用金屬材料及其特性2.1.1金屬材料的特性及分類2.1.2鋼鐵材料2.1.3有色金屬及其合金2.1.4造型設(shè)計(jì)中金屬材料的選用2.1.2鋼鐵材料鋼鐵材料可分為三大類：純鐵(c<=0.02%)塑性好、強(qiáng)度低，主要用于制造磁鐵鋼(0.02%<=c<2.11%)鑄鐵(c>=2.11%)2.1.2鋼鐵材料鋼(0.02%<=c<2.11%)碳鋼按含碳量：低碳鋼、中碳鋼、鋼碳鋼按品質(zhì)：普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼按用途：碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼：合金彈簧鋼、合金軸承鋼等合金工具鋼：刃具鋼、模具鋼、量具鋼特殊用途鋼：不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼鑄鐵(0.02%<=c<2.11%)按碳存在的的不同形式式灰口鑄鐵：碳以石墨墨形式存在在，斷口呈呈灰色白口鑄鐵：碳以滲碳碳體形式存存在，斷口口白色麻口鑄鐵：按用途：：碳素結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼、碳素素工具鋼按石墨的形形態(tài)：灰口鑄鐵：鋼基+片狀狀石墨，強(qiáng)度、塑塑性、韌性性不如鋼，，減震性好好、缺口敏敏感性低，，適于制各各種承受壓壓力和要求求消震的床床身、機(jī)架架、箱體、、缸體、殼殼體可鍛鑄鐵：鑄態(tài)白口鑄鑄鐵熱處理理成，高強(qiáng)度、、塑性、沖沖擊韌性，，制汽車后后橋外殼、、管接頭、、低壓閥門門球墨鑄鐵：鐵水+球化化劑，鑄造性優(yōu)優(yōu)良，取代代了可鍛鑄鑄鐵，制造造受力復(fù)雜雜、負(fù)荷大大、耐磨的的鑄件，如如曲軸、凸凸輪軸、齒齒輪、蝸輪輪蝸桿、活活塞、工作作缸等第一節(jié)常常用金屬材材料及其特特性2.1.1金屬材材料的特性性及分類2.1.2鋼鐵材材料2.1.3有色金金屬及其合合金2.1.4造型設(shè)設(shè)計(jì)中金屬屬材料的選選用2.1.3有色色金屬及其其合金鋁及鋁合金金銅及銅合金金鋁及鋁合金金純鋁：純度98%~99.996%，密度小、導(dǎo)導(dǎo)電、導(dǎo)熱熱性優(yōu)良；主要用于于科研及制制造電容器器鋁合金：純鋁強(qiáng)度低低，加入合合金以提高高強(qiáng)度變形鋁合金金1.防銹鋁鋁合金：含錳、鎂鎂等，不可熱處理理強(qiáng)化，耐耐蝕性好，用于制造造高耐蝕性性薄板容器器2.硬鋁：含銅、鎂鎂等，強(qiáng)度、硬度度高（與高高強(qiáng)鋼相近近），塑性性低、韌性性差，用于制造造飛機(jī)大梁梁、螺旋槳槳、鉚釘?shù)鹊?.超硬鋁鋁合金：含鋅、銅銅等，強(qiáng)度接近超超高強(qiáng)度鋼鋼4.鍛鋁：含鎂、硅硅、銅等，，熱塑性、耐耐蝕性好，，適于鍛造造，用于航空空等形狀復(fù)復(fù)雜、要求求強(qiáng)度較高高的鍛件鑄造鋁合金金：要求有良良好的鑄造造性能，分分為鋁硅、、鋁銅、鋁鋁鎂、鋁鋅鋅四系。銅及銅合金金1.純銅（紫銅銅）：純度99.5%~99.95%,極好的塑性性,抗蝕蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)導(dǎo)熱性、抗磁性極好好，用于電工工導(dǎo)體和防防磁器械2.黃銅：：含鋅<50%普通黃銅：：含鋅<32%,極好的變形形能力，用于彈殼殼等；含鋅鋅>32%：熱加工黃銅銅(含鋅40%),強(qiáng)強(qiáng)度較高高，含銅量量少，價(jià)格格低、用于于制作電器器上的導(dǎo)電電、耐蝕及及有一定強(qiáng)強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)構(gòu)件特殊黃銅：：加入錫、鉛鉛、鋁等元元素3.青銅錫青銅：一般含錫3%~14%,強(qiáng)度、塑性性增加特殊青銅：：指不含錫錫的青銅銅，如鋁鋁青銅、、鈹青銅銅等，比錫青銅銅具有更更高的力力學(xué)性能能、耐磨磨性與耐耐蝕性。。第一節(jié)常常用金金屬材料料及其特特性金金屬材料料的特性性及分類類鋼鋼鐵材料料有有色金屬屬及其合合金造造型設(shè)計(jì)計(jì)中金屬屬材料的的選用金屬材料料設(shè)計(jì)是是造型設(shè)設(shè)計(jì)的重重要組成成部分，，它包括括：材料的選選用材料加工工工藝的的制定造型設(shè)計(jì)計(jì)中，金金屬材料料的選用用是一個(gè)個(gè)復(fù)雜的的決策問問題，它它需要：：首先要掌掌握金屬屬材料理理論及其其應(yīng)用知知識(shí)明確目標(biāo)標(biāo)及限制制條件進(jìn)行必要要的試驗(yàn)驗(yàn)和選材材方案對(duì)對(duì)比造造型設(shè)計(jì)計(jì)中金屬屬材料的的選用如何進(jìn)行行金屬材材料的選選材？先掌握幾幾個(gè)基本本的選材材原則根據(jù)使用用性能選選材變形失效效：彈性變變形和塑塑性變形形影響形形狀、尺尺寸精度度重要螺栓栓、彈簧簧、精密密絲杠等等，應(yīng)選選高彈性性模量材材料斷裂失效效：塑性斷裂裂：明顯塑塑性變形形后斷裂裂，應(yīng)選選高強(qiáng)度度材料低應(yīng)力脆脆性斷裂裂：無(wú)宏觀觀塑性變變形下斷斷裂，如如高強(qiáng)度度的錘桿桿，應(yīng)選選強(qiáng)韌性性材料疲勞斷裂裂：交變應(yīng)應(yīng)力作用用下的裂裂紋形成成、擴(kuò)展展造成斷斷裂，如如齒輪，，應(yīng)表面面強(qiáng)化處處理表面損傷傷失效：磨損、、腐蝕、、表面疲疲勞選材的經(jīng)經(jīng)濟(jì)性原原則：材材料價(jià)格格、加工工費(fèi)用等等其他因素素：環(huán)保保、市場(chǎng)場(chǎng)等造型設(shè)計(jì)計(jì)中金屬屬的選材材原則根據(jù)工藝藝性能選選材鑄造性能能金屬構(gòu)件件承載不不大，受受力簡(jiǎn)單單而結(jié)構(gòu)構(gòu)復(fù)雜，，尤其是是具有復(fù)復(fù)雜內(nèi)腔腔結(jié)構(gòu)鑄造性能能：鑄造鋁合合金和銅銅合金>灰口鑄鑄鐵>鑄鑄鐵>鑄鑄鋼鍛造性能能承載較大大、受力力復(fù)雜的的構(gòu)件熱鍛性：：低碳鋼鋼>中碳碳鋼>高高碳鋼焊接性能能體積較大大，要求求氣密性性好，能能承受一一定壓力力，如輸輸氣管道道、蒸汽汽鍋爐等等鋼材最適適合焊接接，含碳碳和合金金元素越越多，焊焊接性能能越差；；鋁合金金、銅合合金焊接接性較差差，灰口口鑄鐵基基本不能能焊接2.2.1鑄造加工工及其工藝藝性2.2.2壓力加工工及其工藝藝性2.2.3焊接技術(shù)術(shù)及其工藝藝性2.2.4切削加工工（機(jī)械加工）及其工藝藝性2.2.5特種加工工及其工藝藝性第二節(jié)金金屬材材料成型型與工藝藝性后母辛方方鼎家用縫紉紉機(jī)機(jī)架架鑄鑄造加工工及其工工藝性鑄造——將熔熔融的金金屬液體體澆注到到與零件件形狀相相對(duì)應(yīng)的的鑄造模模型腔中中，待冷冷卻后得得到實(shí)體體毛坯或或零件的的工藝過過程鑄造加工工的特點(diǎn)點(diǎn)：適應(yīng)性強(qiáng)強(qiáng)：不受零件件體積、、重量大大小、形形狀、結(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜雜程度的的限制，，不受合合金種類類限制成本低廉廉：原材料消消耗及切切削加工工費(fèi)低、、動(dòng)力消消耗少、、接近成成品零件件鑄造組織織存在一一定缺陷陷：縮孔、、疏松、、氣孔、、沙眼等等導(dǎo)致力力學(xué)性能能不如鍛鍛件；工藝過程程較難控控制：廢品率較較高，工工人勞動(dòng)動(dòng)強(qiáng)度大大等鑄鑄造加工工及其工工藝性鑄件性能能：合金性能能鑄型性能能工藝控制制鑄造方法法分類砂型鑄造造：用型型砂做鑄鑄型的鑄鑄造方法法，使用率90%特種鑄造：砂型鑄造以外的其其他鑄造方法法，包括熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄鑄造、低壓鑄鑄造、離心鑄鑄造、陶瓷型鑄造等鑄造方法分類類凝固方式：重力場(chǎng)凝固非重力場(chǎng)凝固固壓力鑄造離心鑄造擠壓鑄造電磁場(chǎng)快速凝固無(wú)論哪種鑄造造，其工藝過過程中的基本本內(nèi)容和成型型原理都是相相同的，只是是過程的方法法依不同鑄造造而有所不同同。各種鑄造的基基本過程：鑄鑄造加工及及其工藝性砂型鑄造造型制芯———金屬液態(tài)砂砂型成形最基基本的工序，，通常分為：：手工造型：機(jī)器造型：利用簡(jiǎn)單的器器械進(jìn)行砂型型（芯）的制制作利用造型機(jī)和和制芯機(jī)進(jìn)行行砂型（芯））的制作砂型成形方法法手工造型的特特點(diǎn)：操作方便靈活活，適應(yīng)性強(qiáng)強(qiáng)生產(chǎn)率低勞動(dòng)強(qiáng)度大鑄件質(zhì)量不易易保證適用于單件小小批量生產(chǎn)砂型成形方法法機(jī)器造型的特特點(diǎn)：生產(chǎn)效率高勞動(dòng)條件好勞動(dòng)強(qiáng)度低鑄件的表面質(zhì)質(zhì)量好、尺寸寸精度高適用于成批大大量生產(chǎn)砂型鑄造砂型鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)應(yīng)注意：：力求外形簡(jiǎn)單單，輪廓平直直，只需一個(gè)個(gè)分型面力求鑄件的內(nèi)內(nèi)腔鑄造時(shí)，，型芯數(shù)目最最少，方便裝裝配、清理、、排氣起模方向應(yīng)設(shè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)斜度度鑄件應(yīng)有合理理的壁厚力求鑄件壁厚厚均勻，防止止局部積聚變變形，造成裂裂紋、縮孔、、縮松等缺陷陷盡量避免鑄件件中有過大的的水平面，防防止由于橫截截面突然增大大，導(dǎo)致金屬屬液面上升緩緩慢，致使型型腔頂部受到到長(zhǎng)時(shí)間烘烤烤，造成夾砂砂缺陷、產(chǎn)生生氣孔等；將將平面改為傾傾斜面金屬型鑄造金屬型鑄造特特點(diǎn)可以“一型多多鑄”鑄件的力學(xué)性性能提高因?yàn)榻饘傩丸T鑄件的冷卻速速度較快、組組織比較致密密鑄件精度較高高，可以少加加工或不加工工但是，成本高高、周期長(zhǎng)；；鑄造透氣性性差、無(wú)退讓讓性，易產(chǎn)生生冷隔、澆不不足、裂紋等等缺陷；鑄件件熔點(diǎn)不宜太太高，重量也也不宜太大主要用于：大大批量的有色色金屬鑄件，，如內(nèi)燃機(jī)的的鋁活塞、氣氣缸體、缸蓋蓋、油泵殼體體等熔模鑄造（失失蠟鑄造）在蠟?zāi)１砻姘栽煨筒牧狭?，待其硬化化，將其中的的蠟?zāi)Ｈ廴?，，從而獲得無(wú)無(wú)分型面的鑄鑄型的鑄造方方法蠟?zāi)Ｖ圃臁Y(jié)結(jié)殼→脫蠟→→造型→焙燒燒→澆鑄→落落砂清理蠟?zāi)Ｖ圃欤喊▔盒椭浦圃?、蠟?zāi)簤褐坪拖災(zāi)＝M組裝三步結(jié)殼：在臘模上涂涂掛耐火材料料，制成一定定強(qiáng)度的耐火火型硬殼脫臘：將附有型殼殼的蠟?zāi)＝M浸浸泡于85-95℃的熱熱水中，蠟料料熔化造型：加固型殼，，防止?jié)沧r(shí)時(shí)變形或破裂裂，將脫蠟后后的型殼置于于鐵箱之中，，周圍用粗砂砂填充焙燒：為進(jìn)一步去去掉水分、殘殘余蠟料及雜雜質(zhì)，澆注前前必須將型殼殼送入熱爐內(nèi)內(nèi)加熱800-1000℃進(jìn)行焙燒燒，可增強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)度，型腔更更干凈澆鑄：焙燒出爐后后趁熱（600-700℃）進(jìn)行澆澆注，可提高高合金充型能能力，防止?jié)矟膊蛔?，冷隔隔等缺陷。落砂清理：冷卻后將型型殼破壞取出出鑄件，去掉掉澆口毛刺等等。熔模鑄造（失失蠟鑄造）鋼水澆注方向向熔模鑄造（失失蠟鑄造）的的特點(diǎn)鑄件的精度高且表面面光潔適用于各種鑄鑄造合金鑄件件，尤其是高熔點(diǎn)及難切削的合金金的鑄造熔模鑄件的形狀可以比較較復(fù)雜，最小小孔徑0.5mm，壁厚厚0.3mm鑄件的重量不宜太大大，一般<=25kg,最最大80kg左右工藝過程復(fù)雜雜，不易控制制，使用和消消耗的材料較較貴，適用于形狀復(fù)復(fù)雜、精度較較高或難以機(jī)機(jī)加工的小型型零件，如發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和和葉輪等壓力鑄造在高壓下(比比壓約為500一1500N／cm2)快速地地(充型時(shí)間間約為0.001～0.2s)將液液態(tài)或半液態(tài)態(tài)合金壓入金金屬鑄型中，，并在壓力下下結(jié)晶，以獲獲得鑄件的方方法。工作流程：注入金屬：先閉合鑄型型，用手工將將定量勺內(nèi)金金屬液通過壓壓室上的注液液孔向壓室內(nèi)內(nèi)注入．壓鑄：壓射沖頭向向前推進(jìn)，金金屬液被壓入入鑄型中。取出鑄件：鑄件凝固后后，抽芯機(jī)構(gòu)構(gòu)將型腔兩側(cè)側(cè)型芯同時(shí)抽抽出，鑄型開開型，鑄件借借助沖頭的前前伸動(dòng)作離開開壓室，在繼繼續(xù)開型中，，頂桿頂出鑄鑄件。優(yōu)點(diǎn)：鑄件表面質(zhì)量量高，可鑄出復(fù)雜形形狀薄壁件或或鑲嵌件，生生產(chǎn)率高。主要適合于于有色金屬合合金，如鋅合合金、鋁合金金、鎂合金。。壓力鑄造低壓鑄造：介介于重力鑄造造和壓力鑄造造之間的一種種方法，所用用壓力為2-7N/cm2。主要用用于生產(chǎn)質(zhì)量量高的鋁鎂合合金鑄件離心鑄造：將將液態(tài)合金澆澆入高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)（250-1500r/min））的鑄型中，，使金屬液在在離心力作用用下充填鑄型型并結(jié)晶。主主要用于生產(chǎn)產(chǎn)圓筒形鑄件件。鑄造質(zhì)量的好好壞主要決定定于合金的充充型能力，影影響合金充型型能力的主要要因素是合金金的流動(dòng)性、、澆注條件和和鑄型的結(jié)構(gòu)構(gòu)。材料的可鑄性性材料的可鑄性性決定某材料是是否可鑄造成成型，應(yīng)考慮慮材料的波動(dòng)動(dòng)性，收縮性性和偏析性，，是否合乎要要求．流動(dòng)性：指材料熔熔融后易于流流動(dòng)，不粘滯滯的性能。流流動(dòng)性好的材材料易于充滿滿砂型，能鑄鑄成較薄、較較細(xì)，形狀復(fù)復(fù)雜的鑄件收縮性：指材料經(jīng)冷冷卻后，體積積收縮程度的的大小，收縮縮性小的材料料拎卻后體積積變化小，不不易出現(xiàn)疏松松、變形、裂裂紋等缺陷，，灰口鑄鐵最最好偏析性：材料冷卻后后，各種成分分分布的均勻勻程度。由由于合金不是是一種成分，，如果偏析、、拎卻過程中中會(huì)有一部分分先析出，致致使材料性能能下降，影響響強(qiáng)度和加工工性能。鑄造產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特點(diǎn)由鑄造零件的的工藝看，產(chǎn)產(chǎn)品的外形是是由模型的型型腔決定的，，無(wú)論是砂型型