材料學(xué)概論教學(xué)第四章

材料學(xué)概論教學(xué)課件第四章第1頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月材料的成型加工材料加工工藝材料成型加工制品第2頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月材料的成型加工成型加工是材料走向具有使用價(jià)值產(chǎn)品的橋梁。材料的內(nèi)在性能與成型加工的工藝過程緊密聯(lián)系在一起。成型加工制品第3頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月材料的成型加工成型：將材料轉(zhuǎn)變成一定形狀的半成品（毛坯）或成品。加工：通常指材料成型后的后加工。主要有機(jī)械加工、修飾和裝配三個環(huán)節(jié)組成。第4頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月材料的成型加工材料成型方法應(yīng)根據(jù)其自身的成型特性、制品性質(zhì)及經(jīng)濟(jì)上的合理性等因素來取舍第5頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月材料的成型加工第6頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月材料成型特性材料的成型性：可流動性與可塑性變形性。將材料的成型方法：自由流動成型、受力流動成型、受力塑性成型與其他成型。第7頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月自由流動成型指將呈流動狀態(tài)的物料，成型時無外力作用下，倒入模型型腔或使其附在模型表面，經(jīng)改變溫度（降溫或升溫），或反應(yīng)，或溶劑揮發(fā)等作用，使之固化或凝固，而形成具有模型形狀的產(chǎn)品。最終的產(chǎn)品可以是成品，也可以是半成品（或毛坯）。自由流動成型中典型代表是：金屬砂型鑄造、陶瓷注漿成型、塑料與橡膠浸漬成型。第8頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬砂型鑄造是以型砂和芯砂為造型材料制成鑄型，將金屬熔化成液體，澆注到具有與零件形狀相近似的鑄型空腔內(nèi)，待其冷卻、凝固后獲得鑄件的工藝方法。80%以上的鑄件用此法制備。常用鑄造金屬材料：鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁、鑄銅等思考：砂型比起其他的鑄型有什么優(yōu)勢？。第9頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月砂型制造砂型的基本原材料是鑄造砂和型砂粘結(jié)劑。最常用的鑄造砂是硅質(zhì)砂。硅砂的高溫性能不能滿足使用要求時則使用鋯英砂、鉻鐵礦砂、剛玉砂等特種砂。應(yīng)用最廣的型砂粘結(jié)劑是粘土，也可采用各種干性油或半干性油、水溶性硅酸鹽或磷酸鹽和各種合成樹脂作型砂粘結(jié)劑。砂型鑄造中所用的外砂型按型砂所用的粘結(jié)劑及其建立強(qiáng)度的方式不同分為粘土濕砂型、粘土干砂型和化學(xué)硬化砂型3種。第10頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月砂型粘土濕砂：以粘土和適量的水為型砂的主要粘結(jié)劑，制成砂型后直接在濕態(tài)下合型和澆注。粘土干砂：制造這種砂型用的型砂濕態(tài)水分略高于濕型用的型砂。砂型制好以后，型腔表面要涂以耐火涂料，再置于烘爐中烘干，待其冷卻后即可合型和澆注。化學(xué)硬化砂：其粘結(jié)劑一般都是在硬化劑作用下能發(fā)生分子聚合進(jìn)而成為立體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，常用的有各種合成樹脂和水玻璃?；瘜W(xué)硬化方式：①自硬：粘結(jié)劑和硬化劑都在混砂時加入。②氣霧硬化：混砂時加入粘結(jié)劑和其他輔加物，先不加硬化劑。造型或制芯后，吹入氣態(tài)硬化劑或吹入在氣態(tài)載體中霧化了的液態(tài)硬化劑導(dǎo)致砂型硬化。③加熱硬化：混砂時加入粘結(jié)劑和常溫下不起作用的潛硬化劑。制成砂型或型芯后，將其加熱，這時潛硬化劑和粘結(jié)劑中的某些成分發(fā)生反應(yīng)，生成能使粘結(jié)劑硬化的有效硬化劑，從而使砂型或型芯硬化。第11頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬砂型鑄造第12頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬砂型鑄造優(yōu)點(diǎn)：①適應(yīng)性強(qiáng)。不受零件大小、形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的限制，在大件的生產(chǎn)中，鑄造的優(yōu)越性有為顯著。②成本低廉。鑄造使用的原材材料成本低，單件小批量成產(chǎn)時，設(shè)備投資少。缺點(diǎn)：容易出現(xiàn)鑄造缺陷（縮孔、疏松、氣孔、砂眼等），工序繁多，廢品率較高。第13頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月其他金屬鑄造方式——

熔模鑄造（失蠟法）用蠟制作所要鑄成器物的模子，然后在蠟?zāi)Ｉ贤恳阅酀{，這就是泥模。泥模晾干后，再焙燒成陶模。一經(jīng)焙燒，蠟?zāi)Ｈ咳刍魇?，只剩陶模。在制泥模時就留下澆注口，再從澆注口灌入金屬液，冷卻后，所需的器件成型。（1）鑄型沒有分形面，不必考慮起模的問題。（2）只適用于質(zhì)量小于25千克的小鑄件。（3）適合各種復(fù)雜、造型精美的、帶有花紋和文字的器件。第14頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月其他金屬鑄造方式——

金屬型鑄造（硬模鑄造）金屬型鑄造又稱硬模鑄造，它是將液體金屬澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種鑄造方法。鑄型是用金屬制成，可以反復(fù)使用多次（幾百次到幾千次）。（1）通常使用金屬鑄型和型芯，無退讓性，鑄件的形狀簡單。（2）金屬型的鑄型和型芯制造困難，成本高，所以鑄件的質(zhì)量不易太大。（3）受鑄型的限制，金屬型鑄件合金熔點(diǎn)不宜太高。主要應(yīng)用：內(nèi)燃機(jī)的鋁殼、氣缸體、缸蓋、油泵殼體等第15頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月陶瓷注漿成型注漿成型是基于多孔石膏模具能夠吸收水分的物理特性，將陶瓷粉料配成具有流動性的泥漿，然后注入多孔模具內(nèi)（主要為石膏模），水分在被模具（石膏）吸入后便形成了具有一定厚度的均勻泥層，脫水干燥過程中同時形成具有一定強(qiáng)度的生坯，此種方式被稱為注漿成型制成的生坯經(jīng)干燥、上釉、裝飾、燒成，得到陶瓷制品。簡化的工藝流程如下。第16頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月陶瓷注漿成型1、注漿料配制注漿坯料應(yīng)滿足下列要求：細(xì)度、流動性、水分、觸變性、懸浮性。2、注漿成型自由流動成型中注漿成型主要有空心注漿（單面注漿）和實(shí)心注漿（雙面注漿）兩種。3、干燥生坯干燥過程可分為：預(yù)熱階段、等速干燥階段、降速干燥階段與平衡狀態(tài)。生坯干燥方法主要有：自然對流干燥、強(qiáng)制對流干燥、輻射干燥等。4、施釉、裝飾5、燒成：一次燒成或二次燒成。第17頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月空心注漿應(yīng)用：小型薄壁產(chǎn)品要求：流動性一般為10-15秒，稠化度不宜過大（1.1-1.4）；細(xì)度一般比雙面注漿的要細(xì)，萬孔篩篩余0.5%--1%。第18頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)心注漿應(yīng)用：制造兩面有花紋及尺寸大而外形比較復(fù)雜的制品：如盅、魚盤、瓷板等。要求：較濃的泥漿，一般密度在1.8g/cm3以上，以縮短吸漿時間，稠化度(1.5-2.2)；細(xì)度可粗些，萬孔篩篩余1%--2%。第19頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月思考題思考下陶瓷注漿的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？第20頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月橡膠浸漬成型浸漬成型是將高分子材料配制成膠乳，用與制品形狀相近似的模型浸漬膠乳，使膠乳粘附在模型外表面，經(jīng)干燥、硫化后獲得膠乳制品的工藝方法。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡單，成本低廉、勞動強(qiáng)度低、污染少、可生產(chǎn)其它成型方法難以生產(chǎn)的產(chǎn)品。第21頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月玩具氣球生產(chǎn)工藝流程簡圖第22頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月受力流動成型成型時在受力作用條件下，將呈流動狀態(tài)的物料，注入模型型腔，或使物料通過一定形狀的口模，或附在模型表面，經(jīng)溫度變化（降溫或升溫），或反應(yīng)，或溶劑揮發(fā)等作用，使物料冷凝、固化，最終形成產(chǎn)品。典型代表是：金屬壓力鑄造、玻璃吹制成型、塑料注塑成型。第23頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬壓力鑄造壓鑄是將液態(tài)或半固態(tài)金屬澆入壓鑄機(jī)的壓室中，金屬液在運(yùn)動的壓射沖頭作用下，以極快的速度充填型腔，并在壓力的作用下結(jié)晶凝固而獲得鑄件的一種鑄造方法。壓鑄時作用在金屬液上的壓射比壓從幾兆帕至幾十兆帕不等，有時甚至高達(dá)500兆帕。金屬液充填型腔時，澆口處的線速度達(dá)0.5～70m/s。充填的時間極短，一般為0.01～0.03s。壓鑄過程是由壓鑄機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，壓鑄機(jī)分熱壓室壓鑄機(jī)和冷壓室壓鑄機(jī)兩大類。第24頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月熱壓室壓鑄機(jī)第25頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月冷壓室壓鑄機(jī)第26頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬壓力鑄造優(yōu)點(diǎn)：1.生產(chǎn)率極高，生產(chǎn)過程容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。2.鑄件的尺寸精度高，其尺寸穩(wěn)定、一致性好。3.鑄件組織致密，具有較高的強(qiáng)度和硬度。4.可以壓鑄形狀復(fù)雜、輪廓清晰的薄壁深腔鑄件，因?yàn)榻饘僖涸诟邏合履鼙３指叩牧鲃有?。缺點(diǎn)：

1.壓鑄合金的種類有限。2.大型壓鑄件的生產(chǎn)受到限制。3.壓鑄工藝只適用于大批量生產(chǎn)。第27頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月玻璃成型玻璃具有一系列的優(yōu)良特性，如堅(jiān)硬、透明、氣密性、不透性、裝飾性、化學(xué)耐蝕性、耐熱性及電學(xué)、光學(xué)等性能，而且能用吹、拉、壓、鑄、槽沉等多種成型和加工方法制成各種形狀和大小的制品。玻璃的成型是將熔融的玻璃液加工成具有一定形狀和尺寸的玻璃制品的工藝過程。常見的玻璃成型方法有：壓制成型、吹制成型和拉制成型。第28頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月玻璃壓制成型壓制成型是在模具中加入玻璃熔料加壓成形，多用于玻璃盤碟、玻璃磚。第29頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月玻璃吹制成型吹制成型是先將玻璃粘料壓制成雛形型塊，再將壓縮氣體吹入處于熱熔態(tài)的玻璃型塊中，使之吹脹成為中空制品。吹制成型可分為機(jī)械吹制成型和人工吹制成型，用來制造瓶、罐、器皿、燈泡等。第30頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月玻璃吹制成型第31頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月玻璃拉制成型拉制成型是利用機(jī)械拉引力將玻璃熔體制成制品，分為垂直拉制(圖9—6)和水平拉制(圖9—7)，主要用來生產(chǎn)平板玻璃、玻璃管、玻璃纖維等。第32頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月玻璃熱處理玻璃制品在生產(chǎn)中，由于要經(jīng)受激烈和不均勻的溫度變化，導(dǎo)致制品內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力。結(jié)構(gòu)變化的不均勻及熱應(yīng)力的存在會降低制品的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，很可能在成型后的冷卻、存放和機(jī)械加工過程中自行破裂；制品內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的不均勻性，又可能造成玻璃制品光學(xué)性質(zhì)的不均勻。因此，玻璃制品成型后，一般部要經(jīng)過熱處理。第33頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月玻璃熱處理玻璃制品的熱處理，一般包括退火和淬火兩種工藝。退火就是消除或減小玻璃制品中的熱應(yīng)力的熱處理過程。對光學(xué)玻璃和某些特種玻璃制品，通過退火可使內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，以達(dá)到要求的光學(xué)性能。淬火就是使玻璃表面形成一個有規(guī)律、均勻分布的壓力層，以提高玻璃制品的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。第34頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月塑料注塑成型將粒狀或粉狀塑料加入到注射機(jī)的料筒，經(jīng)加熱熔化呈流動狀態(tài)，然后在注射機(jī)的柱塞或螺桿快速而又連續(xù)的壓力下，從料筒前端的噴嘴中以很高的壓力和很快的速度注入到閉合的模具內(nèi)。充滿模腔的熔體在受壓的情況下，經(jīng)冷卻（熱塑性塑料）或加熱（熱固性塑料）固化后，開模得到與模具型腔相應(yīng)的制品。第35頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月柱塞式注塑機(jī)第36頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月螺桿式注塑機(jī)第37頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月塑料注射成型間歇操作過程成型周期短生產(chǎn)效率高一次成型外形復(fù)雜、尺寸精確的制品成型適應(yīng)性強(qiáng)，制品種類繁多容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化，應(yīng)用:幾乎所有的熱塑性塑料，多種熱固性塑料，橡膠制品。第38頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月受力塑性成型受力塑性成型是指在受力條件下，在高溫，或常溫，或塑化劑存在下，固態(tài)物料產(chǎn)生塑性變形而獲得所需尺寸、形狀及機(jī)械性能的成型方法。與前兩種成型方法（自由流動成型、受力流動成型）相比，受力塑性成型過程中，物料不發(fā)生流動，而產(chǎn)生塑性變形。受力塑性成型主要有金屬鍛壓成型、陶瓷可塑成型、橡膠塑性成型。第39頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬鍛壓成型鍛壓：對坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形、改變尺寸、形狀及改善性能，用以制造機(jī)械零件、工件或毛坯的成形加工方法。主要方法：鍛造:將坯料加熱到高溫狀態(tài)后進(jìn)行加工。沖壓:將坯料在常溫下進(jìn)行加工。經(jīng)典方法：自由鍛造、模型鍛造、板料沖壓第40頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月自由鍛造概念：只用簡單的通用性工具，在鍛造設(shè)備的上下鐵砧間對坯料施加外力，使坯料產(chǎn)生變形而獲得所需鍛件的方法。特點(diǎn)：1)金屬坯料可朝各個方向自由流動，不受限制;2)所用工具簡單，設(shè)備和工具通用性強(qiáng)，成本低;3)如果利用手工鍛造，其鍛件精度較低，生產(chǎn)率低，形狀和尺寸主要由操作者的技術(shù)來控制，但以電子控制的機(jī)械可以獲得較大的精度，能夠制備大型的零件。第41頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月鍛造設(shè)備空氣錘液壓機(jī)第42頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月模型鍛造以鍛模模膛限制金屬坯料的變形，從而獲得鍛件的成形方法。特點(diǎn)：

(1)生產(chǎn)效率較高

(2)能鍛造形狀復(fù)雜或大型的鍛件

(3)模鍛件的尺寸較精確

(4)節(jié)省金屬材料

(5)模鍛操作簡單，勞動強(qiáng)度低第43頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月

模型鍛造1－錘頭2－上模3－飛邊槽4－下模5－模墊6、7、10－緊固楔鐵8－分模面9－模膛錘上模鍛的鍛模結(jié)構(gòu)第44頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月板料沖壓通常在室溫下進(jìn)行，所以又稱冷沖壓，簡稱沖壓。特點(diǎn)：

1）不需要對毛坯加熱，是節(jié)約能源的加工方法

2）生產(chǎn)操作簡單，生產(chǎn)率高

3）尺寸精度較高，質(zhì)量穩(wěn)定

4）模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造費(fèi)用較高。第45頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月沖壓設(shè)備剪床:把板料切成一定寬度的條料，以供下一步?jīng)_壓工序之用。沖床:沖床將完成除剪切以外的其他沖壓工作。剪床沖床第46頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)勢：

(1)改善金屬組織、提高力學(xué)性能

(2)節(jié)約金屬材料

(3)較高的生產(chǎn)率

(4)毛坯或零件的精度較高劣勢：

(1)不能加工脆性材料

(2)不能獲得形狀復(fù)雜的毛坯或零件金屬鍛壓成型第47頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月陶瓷可塑成型利用模具、刀具或手等的運(yùn)動所造成的壓力、剪力，擠壓等外力對具有可塑性的坯料進(jìn)行加工，迫使坯料在外力的作用下發(fā)生可塑變形，制成坯料。手塑成型滾壓成型塑壓成型第48頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月手塑成型利用手或者其他輔助工具對具有可塑性的坯料進(jìn)行加工。也稱作陶藝成型。優(yōu)點(diǎn)：作品精美、個性、復(fù)雜——適合做陶藝缺點(diǎn)：效率低、重復(fù)性差——不適合工業(yè)化生產(chǎn)第49頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月滾壓成型利用滾壓頭和模型各自繞自己軸線的定軸轉(zhuǎn)動，將投放在模型中的塑性泥料延展壓制成型。優(yōu)點(diǎn)：(1)坯體致密，強(qiáng)度高，不易變形。(2)水分低，制品光潔平整，產(chǎn)品規(guī)格一致。(3)生產(chǎn)率高，勞動強(qiáng)度較低。(4)適應(yīng)于陰、陽模成型，單機(jī)聯(lián)線。(5)操作技術(shù)不要很高，便于組成自動化生產(chǎn)線。缺點(diǎn)：只適合圓形制品。第50頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月滾壓成型機(jī)第51頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月塑壓成型泥料放于模型內(nèi)常溫壓制成坯。模型內(nèi)部設(shè)置多孔性纖維管，可通壓縮空氣或抽真空。

優(yōu)點(diǎn)：1可成型異型盤碟類產(chǎn)品2成型時施加一定壓力，致密度較好

缺點(diǎn)：對模具強(qiáng)度要求較高第52頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月

良好的可塑性：可塑性指標(biāo)>2

具有一定的形狀穩(wěn)定性

含水量適當(dāng)：強(qiáng)可塑性原料多則含水量提高手工成型>塑壓>滾壓成型

干燥強(qiáng)度高和收縮率小空氣含量少可塑泥料的基本要求第53頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月橡膠壓出成型橡膠壓出成型又稱擠出成型，是橡膠工業(yè)的基本工藝之一。壓出成型具有連續(xù)、高效、不用金屬模型即能成型制