材料成形技術(shù)基礎(chǔ) 第2版課件

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)

（第2版）胡亞民主編材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版1、緒論

§1.1材料成形技術(shù)過程形態(tài)學(xué)模型簡介

1.1.1產(chǎn)品和過程。

產(chǎn)品技術(shù)的主題是“設(shè)計”——“做什么”

過程技術(shù)的主題是“制造”——“怎么做”

1.1.2過程技術(shù)。

(把產(chǎn)品的設(shè)計和構(gòu)思制造成物化的具體產(chǎn)品。)

過程形態(tài)學(xué)模型的研究方法（圖1.1）

1.1.3材料過程系統(tǒng)。

1、貫通過程——質(zhì)量不變過程；

2、發(fā)散過程——質(zhì)量減少過程；（圖1.2）

3、收斂過程——質(zhì)量增加過程。

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版1.1.4能量過程系統(tǒng)。

通過傳遞媒體向被加工材料提供能量。（圖1.3）

1.1.5信息過程系統(tǒng)。

通過傳遞媒體把形狀信息加于被加工材料，

使之改變形狀。（圖1.4）

（形狀信息過程伴隨著性能信息過程。）

1.1.6制造過程的完整模型。

制造過程包涵材料過程、能量過程、信息過程。

（圖1.5）材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版§1.2現(xiàn)代制造過程分類

1.2.1質(zhì)量不變過程。

被加工材料在制造過程沒有或很少改變質(zhì)量。（圖1.6）

1、塑性變形。鍛造、扎制、粉末壓制。

2、澆注。

1.2.2質(zhì)量減少過程。

被加工材料的質(zhì)量在制造過程會減少。

1、切削加工；3、電加工；（圖1.7）

2、化學(xué)腐蝕加工；4、沖壓加工。（圖1.8）

1.2.3質(zhì)量增加過程。

被加工材料的質(zhì)量在制造過程會增加。

1、電鍍；

2、快速成型。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版2、液態(tài)材料鑄造成形技術(shù)過程§2.1概述

鑄造成形技術(shù)是指制造鑄型、熔煉金屬、將金屬液注入型腔凝固，獲得金屬工件的成形方法。（圖2.1）優(yōu)點：投資小，生產(chǎn)周期短，技術(shù)過程靈活，能制造形狀復(fù)雜的零件。

缺點：工序多，難以精確控制；易產(chǎn)生鑄造缺陷，鑄件品質(zhì)不穩(wěn)定。類型：1）生產(chǎn)方式分類：砂型鑄造，特種鑄造。

2）材料分類：鑄鐵，鑄鋼，鑄銅，鑄鋁，……

鑄造是制造零件毛柸常用的一種生產(chǎn)方式。（表2.1）

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版§2.2鑄造成型技術(shù)過程理論基礎(chǔ)

2.2.1液態(tài)金屬的充型能力。

——液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得合格鑄件的能力。影響充型能力的因素：1）金屬的流動性；（圖2.2表2.3圖2.3）

2）鑄型的性質(zhì)；

3）澆注條件；

4）鑄件結(jié)構(gòu)。R=V/S(折算厚度)2.2.2鑄件的凝固。

——鑄型中的合金從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程。

1、金屬凝固的條件。液、固兩相的能量差為相變驅(qū)動力。

2、金屬凝固的過程。液相中不斷形成晶核并長大，直至結(jié)晶終了。

3、鑄件的三種凝固方式。（圖2.4）

1）逐層凝固；2）體積凝固；3）中間凝固。

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版

2.2.3鑄件的收縮。

1、基本概念。

——鑄件在“液態(tài)→凝固→固態(tài)→冷卻”過程中體積減小的現(xiàn)象。

以單位體積或長度的變化量表示。（式2.1式2.2）

2、收縮的三個階段。1）液態(tài)收縮階段；（圖2.5）

2）凝固收縮階段；

3）固態(tài)收縮階段。

3、鑄件的實際收縮。

1）摩擦阻力；2）熱阻力；3）機械阻力。

4、鑄件的縮孔和縮松縮孔形成(圖2.6)

縮松形成(圖2.8)

縮孔和縮松的防止：1）采用順序凝固原則；(圖2.9)2)加壓補縮。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版5、鑄造應(yīng)力。

——鑄件在冷卻過程中，因固態(tài)收縮受到阻礙而引起的內(nèi)應(yīng)力。

1）熱應(yīng)力；◎鑄造應(yīng)力的防止：

-合理設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu)；

2）相變應(yīng)力；-盡量選用收縮率小的合金；

-采用同時凝固工藝；

3）機械阻礙應(yīng)力。-合理設(shè)置澆口和冒口；

-時效處理。

6、鑄件的變形和裂紋。

——當(dāng)鑄造殘余應(yīng)力超過金屬的屈服強度極限時，鑄件變形；

——當(dāng)鑄造殘余應(yīng)力超過金屬的抗拉強度極限時，鑄件開裂。

1）變形與防止。變形：（圖2.15圖2.16）防止：鑄造應(yīng)力；采用反變形法。（圖2.17）

2）裂紋與防止。熱裂：（圖2.18）冷裂：（圖2.19）

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版2.2.4金屬的吸氣性。

1、金屬液吸收氣體的過程。

1）氣體分子撞擊到金屬液表面，并吸附在表面；

2）氣體分子擴散進入金屬液內(nèi)部。

2、氣體在金屬液中的溶解度。

——金屬吸收氣體的飽和濃度。（cm3/100g）

3、氣體的析出。

1）氣體以分子形式擴散析出；

2）于金屬內(nèi)形成化合物排出；

3）以氣泡形式從金屬液中逸出。

4、氣孔。侵入氣孔，析出氣孔，反應(yīng)氣孔。

5、氣體對鑄件品質(zhì)的影響。（表2.8）

2.2.5鑄件化學(xué)成分的偏析。宏觀偏析，微觀偏析。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版§2.3液態(tài)金屬成形件工藝過程設(shè)計

2.3.1鑄造工藝設(shè)計內(nèi)容與步驟。

1、鑄造工藝設(shè)計的內(nèi)容。

大批量生產(chǎn)或大型鑄件：鑄件圖，鑄造工藝過程圖，鑄型裝配圖，操作技術(shù)規(guī)程等。小批量生產(chǎn)或一般產(chǎn)品：鑄件圖，鑄造工藝過程圖。

2、鑄造工藝設(shè)計步驟。

（依據(jù)零件圖按步驟設(shè)計）

1）結(jié)構(gòu)工藝過程分析；4）澆注系統(tǒng)設(shè)計；

2）鑄造工藝過程方案的擬定；5)冒口、冷鐵的設(shè)計；

3）砂芯設(shè)計；6）繪制鑄造工藝過程圖。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版

2.3.2鑄造成形方案的擬定。

1、確定鑄型位置。1）鑄件的重要表面向下；（圖2.25圖2.26）

2）鑄件的寬大平面向下或傾斜澆注；（圖2.27）

3）鑄件的薄壁部分向下；（圖2.28）

4）鑄件的厚大部分向上。（圖2.29）

2、選擇分型面。

1）使全部或大部分鑄件處于同一半型內(nèi)，避免錯型；（圖2.30）

2）減少分型面的數(shù)目；（圖2.31）

3）分型面盡量選用平面；（圖2.32）

4）使型腔和主要型芯位于下腔。

3、確定主要工藝過程參數(shù)。1）加工余量；

2）最小鑄出孔；（表2.12）

3）起模斜度；（圖2.34）

4）鑄造圓角；

5）鑄造收縮率。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版2.3.3澆注系統(tǒng)及其設(shè)計。

1、澆注系統(tǒng)概述。

——引導(dǎo)金屬液進入鑄型的系列通道。

1）功能。①將液態(tài)金屬導(dǎo)入型腔；③調(diào)節(jié)鑄件溫度分布；

②擋渣并排除型腔內(nèi)的空氣；④保證金屬液充滿型腔。

2）結(jié)構(gòu)。澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道。（圖2.35）

3）形式。頂部注入式、中間注入式、底部注入式、階梯注入式。（圖2.36）

2、澆注系統(tǒng)的設(shè)計。

1）要求。①阻止熔渣、氣體、非金屬夾雜物進入型腔；②防止型腔和型芯被沖蝕；③降低澆注溫度；④在設(shè)定的部位把金屬液引入型腔；⑤減小澆注系統(tǒng)的體積，節(jié)約材料。

2）設(shè)計。①正確選擇澆注系統(tǒng)的類型及澆口開設(shè)的位置；

②確定澆注系統(tǒng)各部分的合理尺寸。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版2.3.4冒口、冷鐵的設(shè)計

1、冒口。

——鑄型中儲存金屬液，補償鑄件收縮的技術(shù)“空腔”。

1）類型。（圖2.37）

2）作用：補縮鑄件，集渣、通氣、排氣；

3）滿足的條件：①凝固時間應(yīng)大于或等于鑄件的凝固時間；②有足夠的金屬液補充鑄件的收縮。

2、冷鐵。

——

用來加快鑄件局部冷卻速度的一種激冷物。作用：調(diào)節(jié)鑄型的局部溫度和鑄件的凝固順序。

2.3.5鑄造工藝過程圖的繪制

——鑄造工藝過程圖提供了鑄件和其制造過程的全部信息。鑄造技術(shù)符號和表示方法。（表2.14）材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版§2.4液態(tài)金屬成形件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.4.1保證鑄件質(zhì)量的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、鑄件的最小壁厚。（表2.15）

2、鑄件的臨界壁厚（最大壁厚）。

3、鑄件的內(nèi)壁厚度。

4、鑄件壁的過渡和連接。

1）壁厚的過渡。（表2.17）

2）接頭的連接。（圖2.39）

5、肋。（圖2.45）

6、鑄造斜度。（表2.20）

7、凸臺。

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版2.4.2適應(yīng)鑄造工藝過程的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計

鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計要保證鑄件的質(zhì)量，并且有利于模型制造、造型、制芯、合型和清理等操作方便。

1、減化或減少分型面；（圖2.46圖2.47）

2、盡量不用和少用型芯；（表2.21）

3、鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)方便起模；（表2.22）

4、有利于型芯的固定和排氣；（圖2.48）

5、避免變形和裂紋；（表2.23）

6、有利于防止夾渣、氣孔；（圖2.49）

7、有利于鑄件清理。（圖2.50圖2.51）材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版§2.5常用鑄造合金及其熔煉

2.5.1常用鑄造合金的鑄造性能及結(jié)構(gòu)技術(shù)特征

兩大類常用鑄造合金：

黑色鑄造合金——鑄鐵、鑄鋼。

有色鑄造合金——鑄造鋁合金、銅合金、鎂合金等。

1、鑄鐵。

使用最廣泛的鑄造合金。

①灰鑄鐵。鑄造性能優(yōu)良。

特點：鐵液流動性好、收縮量小、技術(shù)過程簡單，力學(xué)性能不好。

②球墨鑄鐵。鑄造性能一般。特點：鐵液流動性不好、收縮量小、技術(shù)過程簡單，力學(xué)性能好。

③可鍛鑄鐵。鑄造性能不好。特點：鐵液流動性好、收縮量大、技術(shù)過程復(fù)雜，力學(xué)性能好。

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版2、鑄鋼。鑄造性能不好。鋼液流動性不好，易產(chǎn)生冷隔、澆不足、夾渣、氣孔等缺陷；鑄鋼凝固時收縮量大，易產(chǎn)生縮孔、裂紋等缺陷。

盡量不采用鑄造的方式使用鋼材。

3、鑄造鋁合金。鋁硅合金的鑄造性能好，流動性好，收縮量?。黄渌盗泻辖鸬蔫T造性能不好，流動性不好，收縮量大。

4、鑄造銅合金。鋁青銅和鋁黃銅的鑄造性能好，流動性好，收縮量大；錫青銅的鑄造性能不好，流動性不好，收縮量大。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版2.5.2鑄造合金的熔煉熔煉應(yīng)滿足的技術(shù)要求：

1）熔煉出的金屬液要符合材質(zhì)性能要求；

2）金屬液應(yīng)有足夠的溫度；

3）有足夠的熔化能力，

4）低能耗，噪音小，不污染環(huán)境。熔化的方式：

1）精煉熔化——熔化后對材料的化學(xué)成分進行較大的調(diào)整；

2）無精煉熔化——材料在熔化過程中僅引起某些元素的變化。

1、鑄鐵的熔煉。沖天爐熔煉——利用焦炭燃燒產(chǎn)生的高溫熔煉鑄鐵。結(jié)構(gòu)簡單，操作維修方便，電能消耗低，生產(chǎn)率高。沖天爐工作原理（圖2.52）應(yīng)用廣泛。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版2、鑄鋼的熔煉。

1）電弧爐煉鋼——用電極與爐料間產(chǎn)生的電弧高溫熔化金屬材料。適應(yīng)于澆注各種類型鑄鋼件。三相電弧爐工作原理（圖2.53）

2）感應(yīng)電爐煉鋼——利用感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量熔化金屬材料。適用于中、小型合金鋼鑄件。單相無芯感應(yīng)電爐工作原理（圖2.54）

3）平爐煉鋼。僅用于重型鑄鋼件的生產(chǎn)。

3、鑄造有色合金的熔煉。有色金屬熔點低，易氧化，常用坩鍋爐熔煉，金屬型澆注。

1）焦碳坩鍋爐。結(jié)構(gòu)簡單，溫度不易控制，生產(chǎn)能力小。（圖2.55）

2）電阻坩鍋爐。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溫度容易控制，生產(chǎn)能力大。（圖2.56）材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版§2.6鑄造成形技術(shù)過程

2.6.1砂型鑄造

以型砂為造型材料制備鑄型的鑄造技術(shù)。砂型鑄造在鑄造生產(chǎn)中占有很大比重，占鑄件總產(chǎn)量的80～90%。優(yōu)點：適應(yīng)性廣，技術(shù)靈活性大，生產(chǎn)準備過程簡單。缺點：鑄件的尺寸精度差，表面粗糙度高，內(nèi)部質(zhì)量不好。砂型鑄造的技術(shù)流程（圖2.57）

1、手工造型和制芯。全部用手工完成緊砂、起模、修整、合箱等操作。常用的手工造型方法。（圖2.58）

2、機器造型。全部或部分由機器完成造型工作。①震實造型。（圖2.59）②高壓造型。（圖2.61）③拋砂造型。（圖2.62）材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版2.6.2特種鑄造在砂型鑄造的基礎(chǔ)上，改變鑄造方法形成的另一種鑄造技術(shù)。優(yōu)點：鑄件的尺寸精度高，表面粗糙度低；生產(chǎn)過程易于實現(xiàn)機械化、自動化。缺點：適應(yīng)性差，生產(chǎn)準備工作量大，需要復(fù)雜的技術(shù)裝備。

1、熔模鑄造（失蠟鑄造）（圖2.68）

2、金屬型鑄造（圖2.69）

3、壓力鑄造（圖2.72）

4、離心鑄造（圖2.75圖2.76）

5、實型鑄造（消失模鑄造）（圖2.77）

2.6.3鑄造方法的選擇

（表2.29）

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版3、固態(tài)材料塑性成形過程§3-1概述金屬的塑性成形過程是指在外力作用下，使金屬材料產(chǎn)生預(yù)期的塑性變形，以獲得零件的加工方法。

3.1.1固態(tài)成形的基本條件

①被成形的金屬材料應(yīng)具備一定的塑性；②要有外力作用于固態(tài)金屬材料上。

所有在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的材料，都可以進行質(zhì)量不變的固態(tài)塑性成形?？伤苄猿尚蔚乃苄圆牧希旱吞间?、中碳鋼、大多數(shù)有色金屬。不可塑性成形的脆性材料：鑄鐵、鑄鋁合金。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版3.1.2金屬塑性成形的方法

1、軋制。(圖3.1)

將金屬通過軋輥之間的間隙，進行壓延變形以成為型材的方法。

2、擠壓。(圖3.2)

將金屬置于擠壓模內(nèi)，用壓力把金屬從?？字袛D出成形的方法。

3、拉拔。(圖3.3)

將金屬材料拉過拉拔?？祝菇饘侔伍L的加工方法。

4、自由鍛造。(圖3.4)

將加熱后的金屬材料置于上、下砧鐵間，受到?jīng)_擊力或壓力的作用而變形的加工方法。

5、模型鍛造。將加熱后的金屬材料置于鍛模模腔內(nèi)，受到?jīng)_擊力或壓力的作用而變形的加工方法。

6、板料沖壓。金屬板料在沖壓模之間受壓，產(chǎn)生分離或變形的加工方法。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版3.1.3成形過程分類

1、冷變形過程

金屬在常溫下變形，變形時的溫度低于該金屬的再結(jié)晶溫度。

優(yōu)點：產(chǎn)品的尺寸精度高，表面質(zhì)量好；金屬變形后有加工硬化現(xiàn)象，強度、硬度升高。

缺點：加工硬化現(xiàn)象使金屬的塑性和韌性下降；冷變形需要重型和大功率的設(shè)備。

2、熱變形過程

金屬在加熱狀態(tài)下變形，變形時的溫度高于該金屬的再結(jié)晶溫度。

優(yōu)點：金屬的熱變形塑性良好，可使工件進行大量的塑性變形；熱變形使金屬內(nèi)部組織致密細小，力學(xué)性能提高；熱變形使金屬內(nèi)部形成纖維組織，材料的力學(xué)性能具有方向性。

缺點：金屬表面氧化嚴重，工件的精度和表面質(zhì)量不好；設(shè)備投資大，勞動強度大。金屬固態(tài)塑性成形過程不僅能得到強度高、韌性好的產(chǎn)品，而且生產(chǎn)效率高，材料消耗少。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版§3.2金屬塑性成形過程的理論基礎(chǔ)

3.2.1金屬塑性變形的能力金屬的可鍛性受金屬本身的性質(zhì)和變形條件的綜合影響。

1、金屬本身的性質(zhì)①化學(xué)成分的影響。同類金屬的化學(xué)成分不同，其塑性也不同。純金屬的塑性比合金的好；低碳鋼的塑性比中碳鋼、高碳鋼好；碳素鋼的塑性比合金鋼好。

②內(nèi)部組織的影響。金屬的組織結(jié)構(gòu)不同，其可鍛性差異較大。純金屬、固溶體等單相組織比多相組織的塑性好；均勻細小的晶粒比粗晶粒組織和柱狀晶狀組織可鍛性好。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版

2、變形加工條件①變形溫度的影響。提高金屬變形時的溫度，其塑性增加，變形抗力降低，可鍛性好；

金屬加熱時，隨著溫度的變化，其性能變化很大，（圖3.5）（圖3.6）②變形速率的影響。單位時間內(nèi)的變形程度。（圖3.7）③應(yīng)力狀態(tài)的影響。變形方法不同，所產(chǎn)生的應(yīng)力大小和性質(zhì)也不同。

在金屬塑性成形過程中，應(yīng)創(chuàng)造條件，提高金屬的塑性，降低變形抗力，便于塑性加工。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版3.2.2金屬塑性變形的基本規(guī)律

1、體積不變定律金屬在固態(tài)成形加工中，材料變形后的體積等于變形前的體積。

2、最小阻力定律金屬在塑性變形過程中，其質(zhì)點都將沿著阻力最小的方向移動。

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版§3.3鍛造方法鍛造方法充分利用熱變形的優(yōu)點，在機械制造中用來生產(chǎn)高強度、高韌性的毛坯或半成品。3.3.1自由鍛造

1、自由鍛造成形的過程特征

成形過程中，坯料整體或局部塑性成形，材料在水平方向可以自由流動，不受限制。

﹡

要求被成形的材料在成形溫度下具有良好的塑性；

﹡

鍛件的形狀取決于操作者的技術(shù)水平；

﹡

鍛件精度低，表面質(zhì)量差，適應(yīng)于形狀簡單的小批量生產(chǎn)。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版

2、自由鍛造成形過程①繪制鍛件圖。依零件圖為基礎(chǔ)繪制；②坯料質(zhì)量及尺寸計算。依體積不變定律計算；③選擇鍛造工序。確定鍛造溫度和冷卻規(guī)范；④自由鍛造典型過程舉例。

1）盤類鍛件的鍛造過程。（表3.4）

2）軸類鍛件的鍛造過程。（表3.5）

3、自由鍛件結(jié)構(gòu)技術(shù)特征①自由鍛件上應(yīng)避免椎體、曲面、橢圓形、工字形等結(jié)構(gòu)；

（圖3.15）

②自由鍛件上應(yīng)避免加強筋、凸臺等結(jié)構(gòu)；（圖3.16）③鍛件結(jié)構(gòu)復(fù)雜時，可以將幾個簡單的鍛件連接成整體件。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版3.3.2模型鍛造

1、模型鍛造成形的過程特征

模型鍛造時坯料是整體塑性成形，坯料三向受壓。

﹡

模鍛熱成形，要求被成形的材料在高溫下具有較好的塑性；

﹡

模鍛冷成形，要求被成形的材料具有足夠的室溫塑性；

﹡

模鍛鍛件的形狀取決于成形過程、模具條件和鍛造力；

﹡

模鍛鍛件的精度好，表面質(zhì)量好，適用于大批量生產(chǎn)。

2、模型鍛造成形過程

①繪制模鍛鍛件圖；②坯料質(zhì)量及尺寸計算；③模鍛工序的確定；

輪盤類模鍛件（圖3.22）長軸類模鍛件（圖3.23）④修整工序。切邊、沖孔、校正、熱處理、清理。

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版3.3.3胎模鍛造胎模鍛造是在自由鍛造設(shè)備上，使用不固定在設(shè)備上的稱為胎模的單腔模具，直接將已加熱的坯料用胎膜鍛造成形的方法。

優(yōu)點：與自由鍛造相比，鍛件質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，節(jié)約金屬。與模型鍛造相比，操作靈活，胎膜簡單，生產(chǎn)準備周期短。

缺點：與模型鍛造相比，鍛件質(zhì)量不好，胎膜壽命低，勞動強度大。胎膜鍛造廣泛應(yīng)用于中、小批量的中、小型鍛件的生產(chǎn)。胎膜的種類：（圖3.36）

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版§3.4板料成形方法利用壓力和模具使板料分離或塑性變形，以獲得零件。

優(yōu)點：

板料成形的零件質(zhì)量小，力學(xué)性能好；

生產(chǎn)過程為少切削或無切削加工，節(jié)約材料，生產(chǎn)率高。缺點：成形模具復(fù)雜，設(shè)計和制作費用高，生產(chǎn)周期長。

﹡板料成形所用的原材料要有足夠好的塑性。

﹡

板料成形廣泛用于機械制造和金屬制品行業(yè)。

﹡

板料成形適用于大批量生產(chǎn)。板料成形按特征分為;分離過程和成形過程兩大類。

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版3.4.1板料分離過程分離過程用于生產(chǎn)有孔的、形狀簡單的薄板件，制品質(zhì)量好。

1、落料與沖孔。使板料按封閉輪廓分離。①金屬板料沖裁成形過程。（圖3.37）②凸凹模間隙。凸凹模的間隙影響沖裁件的斷面質(zhì)量、

模具壽命、沖裁力和尺寸精度。應(yīng)合理選擇。③凸凹模刃口尺寸確定?？紤]沖裁件的公差和模具的壽命。

沖孔——凸模取最大尺寸落料——凹模取最小尺寸④沖裁力計算。沖裁力是選用設(shè)備和設(shè)計模具的重要依據(jù)。

（依據(jù)相關(guān)資料計算）

2、切斷。用剪刃將板料沿不封閉輪廓進行分離，主要用于下料。

3、修整。對沖裁件斷面進行修整，以提高其尺寸精度和表面質(zhì)量。

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版3.4.2板料成形過程成形過程是使板料發(fā)生塑性變形而制作工件。

1、拉伸。（圖3.39）（圖3.40）①過程特點。一維成形，拉伸應(yīng)力狀態(tài)，尺寸精度好；②材料要求。有足夠的塑性，多次拉伸要對工件退火；③機械設(shè)備。液壓機和機械壓力機；④應(yīng)用。廣泛用于生產(chǎn)各種殼類和桶狀零件

2、彎曲與卷邊。

彎曲（圖3.43）卷邊（圖3.45）

3、翻邊。（圖3.46）

4、成形、收口。

成形（圖3.47）收口（圖3.48）

5、滾彎。（圖3.49）

6、沖壓過程實例。①（圖3.50）②（圖3.51）材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版3.4.3沖模的分類及構(gòu)造。沖模是板料成形中必備的模具，沖模結(jié)構(gòu)是否合理對產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)效率和模具壽命都有很大影響。

1、簡單模。在一次行程中只能完成一個沖壓過程。

（圖3.52）

2、連續(xù)模。在一次行程中能完成兩個以上沖壓過程。

（圖3.53）

3、復(fù)合模。在一次行程中，在模具的同一部位能同時完成數(shù)道沖壓工序。

（圖3.54）材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版3.4.4板料沖壓件結(jié)構(gòu)技術(shù)特征板料沖壓件通常都大批量生產(chǎn)，設(shè)計沖壓件時，不僅要保證它的使用性能要求,還應(yīng)具有良好的沖壓結(jié)構(gòu)技術(shù)特征。

沖壓件設(shè)計時應(yīng)注意：

1、沖壓件的精度和表面質(zhì)量；

2、沖壓件的形狀和尺寸；（圖3.55）（圖3.56）

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)盡量簡化成形過程和節(jié)省材料。（圖3.58）材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版§3.5其他塑性成形簡介

3.5.1擠壓成形

1、零件的擠壓方式。

（圖3.62）①正擠壓。擠壓時金屬的流動方向與凸模的運動方向一致。②反擠壓。擠壓時金屬的流動方向與凸模的運動方向相反。③徑向擠壓。擠壓時金屬的流動方向與凸模的運動方向垂直。④復(fù)合擠壓。擠壓時金屬的流動方向一部分與凸模的運動方向一致,另一部分則相反。

擠壓設(shè)備為機械壓力機或液壓機。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版2、擠壓的特點及應(yīng)用。

①冷擠壓。金屬材料在室溫下的擠壓。（圖3.63）擠壓件的精度高、表面質(zhì)量好，材料力學(xué)性能好，材料利用率高，生產(chǎn)效率高；冷擠壓的變形抗力大，材料需要預(yù)處理。

②溫擠壓。把坯料加熱后進行擠壓。（圖3.64）材料不需要預(yù)處理，便于自動化生產(chǎn)。擠壓件的精度、表面質(zhì)量不如冷擠壓好。

③熱擠壓。金屬材料在鍛造溫度下的擠壓。變形抗力低，可擠壓高強度的金屬材料。加熱溫度高，擠壓件的精度、表面質(zhì)量不好材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版3.5.2輥軋成形輥軋成形生產(chǎn)毛坯或零件，具有原材料省、生產(chǎn)率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、成本低等優(yōu)點。

1、輥鍛。與軋制過程相似的一種鍛造過程。（圖3.65）

2、輥環(huán)軋制。用來擴大環(huán)形坯料的內(nèi)徑或外徑的一種軋制過程。（圖3.66）

3、橫軋過程。軋輥軸線與坯料軸線互相平行的軋制方法.(圖3.67）(圖3.68）（圖3.69）（圖3.70）材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版3.5.3超塑性加工

1、金屬的超塑性概念。

金屬材料塑性的高低用延伸系數(shù)“δ”來判斷。有些金屬材料在特定的條件下，

δ＞100～1000→超塑性材料。

黑色金屬都可以進行超塑性加工。

2、超塑性成形的特點。①超塑性狀態(tài)下的金屬在拉伸變形過程中，變形應(yīng)力極低；②可獲得形狀復(fù)雜、薄壁的工件，工件尺寸精確；③超塑性成形的工件，具有均勻而細小的晶粒組織，力學(xué)性能均勻一致；④在超塑性狀態(tài)下，金屬材料的變形抗力小，可使用中、小型設(shè)備加工。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版

3、超塑性成形的應(yīng)用。①板材深沖；（圖3.71）②超塑性擠壓；③超塑性模鍛。3.5.4擺碾（圖3.72）

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版4、粉末壓制和常用復(fù)合材料成形過程§4.1粉末壓制成形過程*用金屬粉末作原料，經(jīng)壓制成形后燒結(jié)而制成各種類型的零件和產(chǎn)品。*顆粒狀材料兼有液體和固體的雙重特性，整體的流動性和每個顆粒本身的塑性。

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版

特點：①可制取極硬和特殊性能材料（硬質(zhì)合金、磁性材料)；②材料利用率很高，接近100%；③生產(chǎn)成本低；④材料價格高，設(shè)備和模具投資大，適宜于大批量生產(chǎn)。生產(chǎn)技術(shù)流程：

添加劑制品↓↑原材料→配混→壓制成形→燒結(jié)→其他處理→制品材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版4.1.1金屬粉末的制取及其特性

1、金屬粉末的制取。

①礦物還原法。金屬礦石被還原后得到海綿狀金屬料，將金屬料粉碎后獲得粉末。

②電解法。用金屬鹽的水溶液或熔鹽電解析出金屬顆?；蚝＞d狀金屬，再利用機械法粉碎。

③霧化法。將熔化的金屬液霧化后冷卻得到金屬粉末。

(圖4-1)

④機械粉碎法。球磨法，利用鋼球?qū)饘賶K或金屬粒球磨，用來制備脆性金屬粉末。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版

2、金屬粉末的特性。金屬粉末的特性對粉末的壓制、燒結(jié)過程及產(chǎn)品的性能都有重大影響。

①成分。主要金屬含量大于98%～99%。

②顆粒的形狀和大小。形狀以球狀或粒狀為好；大小用篩選法來表示，粉粒愈細愈好。

③粒度分布。大小不同的粉粒級別的相對含量。粉末粒度組成的范圍廣，制品的性能也好。④技術(shù)特征。

1）松裝密度。單位容積自由松裝粉末的質(zhì)量。

2）流動性。50g粉末在流動儀中自由下降至流完所需的時間。

3）壓制性。壓縮性—以壓制前后粉末體積的壓縮比表示。成形性—用壓坯的強度作為成形性試驗的指標。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版4.1.2粉末混配*根據(jù)產(chǎn)品配料計算并按粒度分布把各種金屬粉末及添加物進行混合。*添加劑可以改善混合粉的成形技術(shù)特征。加入潤滑劑可改善混合粉的流動性，增加可壓制性。*混合粉的特性用混勻度表示，混合越均勻，越有利于制品的性能。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版4.1.3壓制成形

壓制成形過程：稱粉→裝粉→壓制→保壓→脫模

1、鋼模壓制。用機械壓力將鋼模內(nèi)的粉末成形為壓坯。（圖4.2）應(yīng)用最廣泛。

2、流體等靜壓制。

用高壓流體從各個方向?qū)Ψ勰┦┘訅毫?。（圖4.3）

3、三向壓制。

單向鋼模壓制和等靜壓制的綜合方法。（圖4.4）只能成形形狀規(guī)則的零件。壓坯的密度和強度大小對燒結(jié)體的質(zhì)量有直接的影響，密度大、強度高的壓坯燒結(jié)后產(chǎn)品的質(zhì)量也好。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版4.1.4壓坯燒結(jié)在燒結(jié)過程中。通過高溫加熱使粉粒之間的原子擴散，將壓坯中粉粒的接觸面結(jié)合起來，成為堅實的整塊。

1、燒結(jié)過程：

固相燒結(jié)—燒結(jié)時，粉粒在高溫下仍然保持固態(tài)。液相燒結(jié)—燒結(jié)溫度超過了某種組成粉料的熔點，高溫下出現(xiàn)固、液相共存狀態(tài)。*燒結(jié)溫度對制品性能有重要影響。較高的溫度可促使粉粒間原子擴散，使燒結(jié)體的硬度和強度升高。*燒結(jié)保溫時間也影響制品質(zhì)量。小件保溫時間短，大件時間長。*粉粒比表面積大，容易氧化。燒結(jié)必須在真空和保護氣氛中進行。

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版2、燒結(jié)中容易產(chǎn)生的問題①翹曲。燒結(jié)時沒有支承好壓坯，或壓坯中的密度不均勻造成。②過燒。燒結(jié)溫度過高或保溫時間過長，會引起翹曲、壓坯脹大。③分解反應(yīng)及多晶轉(zhuǎn)變。

出現(xiàn)不正常組成或不均勻現(xiàn)象。④黏結(jié)劑燒掉。有機黏結(jié)劑燒掉后，留下碳在制品中，影響其性能。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版4.1.5燒結(jié)后的其他處理或加工

對于一些要求較高的粉末冶金制品，燒結(jié)后還需要進行其他處理與加工，以滿足要求。

1、滲透。把低熔點合金滲入到多孔燒結(jié)制品的孔隙中去的方法。滲透法制品的組織均勻細致，塑性與抗沖擊能力好。

2、復(fù)壓。將燒結(jié)后的粉末壓制件再放到壓形模中壓一次。復(fù)壓可起校形作用。

3、粉末金屬鍛造。將金屬粉末制成一定形狀的預(yù)成型坯，然后將預(yù)成型坯鍛造成所需的零件。

4、精壓。對于燒結(jié)后的制品，進行鍛造或沖壓整形。提高密度，保證尺寸精度。

5、其他后續(xù)處理。機械加工，噴砂處理，熱處理等。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版§4.2粉末壓制產(chǎn)品及應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)中，許多具有特殊性能的材料或在特殊工作條件下的零部件由粉末壓制來制造。

4.2.1粉末壓制機械結(jié)構(gòu)零件

應(yīng)用廣泛。例：（表4.3）

4.2.2粉末壓制軸承材料

1、多孔含油軸承材料。利用粉末壓制方法制做的多孔性浸滲潤滑油的減摩材料。用作軸承、襯套等。

2、金屬塑料減摩材料。由粉末壓制多孔制品和聚四氟乙烯、二硫化鉬等固體潤滑劑復(fù)合制成。這是一種性能良好的無油潤滑減摩材料。

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版4.2.3多孔性材料及摩擦材料

1、多孔性材料。多孔性材料采用金屬球形霧狀粉或金屬纖維制造。用于過濾器、熱交換器等典型產(chǎn)品。

2、摩擦材料。這種材料的性能要求摩擦系數(shù)大，耐磨性、耐熱性好。用于剎車片、離合器片等用于制動或傳遞扭矩零件。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版4.2.4硬質(zhì)合金。

用高硬度的金屬碳化物和金屬粘接劑粉末制成。具有很高的硬度，用來制作金屬切削刀具。

常用的硬質(zhì)合金：①鎢鈷類（YG）。主要成分為碳化鎢（WC）、鈷（Co）。鎢鈷類硬質(zhì)合金有較好的強度和韌性，適宜切削脆性的鑄鐵。②鎢鈷鈦類（YT）。主要成分為碳化鎢、鈷、碳化鈦（TiC）。鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金硬度高、耐熱性好，適宜切削高韌性的鋼材。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版4.2.5粉末壓制鋼結(jié)硬質(zhì)合金及高速鋼

1、鋼結(jié)硬質(zhì)合金。

鋼結(jié)硬質(zhì)合金是一種工模具材料。

其特點有：①基本組成是碳化物加合金鋼，是碳化物分布在鋼基體上的金屬基復(fù)合材料；②由于有鋼的組織，所以具有機械加工性能，可以熱處理；③具有合金鋼和硬質(zhì)合金的基本性能。

2、粉末壓制高速鋼。

用霧化法生產(chǎn)的高速鋼粉粒制成；組織結(jié)構(gòu)細、均勻，成分不存在偏析；比普通高速鋼切削壽命高。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版4.2.6耐熱材料及其他材料

1、難熔金屬耐熱材料。難熔金屬是指熔點超過2000℃以上的金屬。這些金屬與其他金屬制成粉末冶金耐熱材料，廣泛用于高溫場合。

2、耐熱合金材料。粉末冶金耐熱合金材料的組織細致、均勻，抗高溫蠕變強度與抗拉強度好。

3、其他材料。金屬陶瓷材料，原子能工程材料。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版§4.3粉末壓制零件或制品的結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)技術(shù)特征是指制品的結(jié)構(gòu)是否適應(yīng)所采用的成形過程或制造方法。使制品在整個生產(chǎn)過程中達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗。粉末壓制成形零件結(jié)構(gòu)設(shè)計：①壓制件應(yīng)能順利地從壓模中取出；（圖4.6）②應(yīng)避免壓制件出現(xiàn)窄尖部分；（圖4.7）③零件的壁厚應(yīng)均勻，臺肩盡可能少，長徑比小。（圖4.8）

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版§4.4陶瓷制品成形過程簡介

（表4.5）材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版§4.5常用復(fù)合材料成形過程簡介纖維復(fù)合材料成形過程

4.5.1纖維制取方法

①熔體抽絲法。將所制材料熔化成液體，從液體中以極快的速度抽出細絲。（玻璃纖維）②拔絲法。將金屬坯料在有氣氛保護的高溫狀態(tài)下反復(fù)拉拔成細絲。(金屬細絲）

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版4.5.2纖維復(fù)合材料成型方法

基體材料與增強物組合起來形成復(fù)合材料。成形方法按基體材料在成形時的狀態(tài)，分為兩大類。

1、固態(tài)法。

基體材料與增強物在成形過程中均處于固體狀態(tài)。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版2、液態(tài)法?；w材料在成形時處于液體狀態(tài)，增強物處于固體狀態(tài)，復(fù)合后，用基體材料的固化而獲得零件或制品。應(yīng)用廣泛。液態(tài)成形方法：①噴射成形法。（圖4.9）②壓制成形法。（圖4.10）③纏繞成形法。（圖4.11）④連續(xù)成形法。（圖4.12）⑤層壓成形法。（圖4.13）材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版5.固態(tài)材料的連接過程固態(tài)材料的連接分為永久性和非永久性兩種：

1、永久性連接主要通過焊接和粘接過程實現(xiàn)。

2、非永久性連接過程使用特制的連接件或緊固件（鉚釘、螺栓、銷……）將零件連接起來。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版§5.1焊接成形過程將分離的金屬用局部加熱或加壓，借助于金屬內(nèi)部原子的結(jié)合與擴散作用牢固地連接起來形成永久性接頭的過程。

優(yōu)點：節(jié)省材料，接頭密封性好，可承受高壓；簡化加工與裝配工序，容易實現(xiàn)機械化和自動化生產(chǎn)。

缺點：焊接結(jié)構(gòu)有殘余應(yīng)力和變形，焊接接頭性能不均勻，焊接質(zhì)量檢驗困難。焊接用于機械制造中的毛坯生產(chǎn)和制造各種金屬結(jié)構(gòu)件。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版5.1.1焊接成形過程特性和理論基礎(chǔ)

1、焊接方法的分類及特點液態(tài)焊接：母材被加熱到熔化溫度以上，它們在液態(tài)下溶合,冷卻時便凝固在一起。（熔化焊接）固態(tài)焊接：

1）將母材加熱到高塑性狀態(tài)或表面薄層熔化后，用壓力將母材接頭焊接。（壓力焊接）

2）在母材接頭間加入低熔點合金，局部加熱使合金熔化、凝固，將母材接頭焊接。（釬焊）

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版

焊接方法。（圖5.1）①熔化焊接的主要類型。

1）氣焊

2）電弧焊

3）電渣焊

4）真空電子束焊接

5）激光焊②壓力焊接的主要類型。

1）電阻焊

2）摩擦焊

3）冷壓焊③釬焊是不同金屬間的合金化過程材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版

2、電弧焊的冶金過程及特點

①電弧焊的冶金過程。

電弧焊的冶金過程同電弧爐的冶煉金屬相似，在熔池中產(chǎn)生一系列的物理變化和化學(xué)反應(yīng)。（圖5.2）

②電弧焊的冶金過程特點。

焊接的冶金過程與一般冶煉過程比較，有如下特點：

1）熔池金屬的溫度高于一般的冶煉溫度，金屬蒸發(fā)、氧化和吸氣現(xiàn)象嚴重。

2）熔池體積小，處于液態(tài)的時間很短，冷卻速度快，易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版③電弧焊冶金過程采取的技術(shù)措施

1）采取保護措施，限制有害氣體進入焊接區(qū)；

2）滲入有用的合金元素，保護焊縫金屬材料的化學(xué)成分；

3）進行脫氧、脫硫和脫磷。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版3、焊接接頭的金屬組織和性能。熔化焊接是在局部進行的，短時間的高溫冶煉及凝固過程；同時周圍未熔化的基體金屬會受到短時間的熱處理。因此，焊接過程會引起焊接接頭組織和性能的變化。①焊接工件上溫度的變化與分布。（圖5.3）

材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版②焊接接頭的組織和性能。

熔化焊的焊接接頭由焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成。

1）焊縫

—由熔池金屬結(jié)晶形成的焊件結(jié)合部分。柱狀晶粒組織。焊縫金屬的力學(xué)性能不低于基體金屬。

2）熔合區(qū)

—焊接接頭中焊縫與母材交接的過渡區(qū)。過熱粗晶組織。塑性、韌性極差，是裂紋和脆性破壞的源點。

3）熱影響區(qū)

—在熱的作用下，焊縫兩側(cè)的母材發(fā)生組織變化的區(qū)域。過熱粗晶組織。焊接結(jié)構(gòu)鋼或中碳鋼，易在此區(qū)域產(chǎn)生裂紋。

③改善焊接接頭組織和性能的方法采用正確的焊接方法和焊接過程，用焊接后的熱處理來改善接頭的組織結(jié)構(gòu)以提高接頭的力學(xué)性能。材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第2版

4、焊接應(yīng)力與變形。①焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的原因。

*焊接中對焊件的不均勻加熱是產(chǎn)生應(yīng)力和變形的根本原因。（圖5.5）*焊接應(yīng)力超過材料的屈服強度極限，將產(chǎn)生塑性變形；*焊接應(yīng)力超過材料的抗拉強度極限，會產(chǎn)生裂紋。

②焊接變形的基本方式（圖5.6）

③防止和減少焊接變形的措施

1）合理設(shè)計焊件結(jié)構(gòu)。在保證結(jié)構(gòu)承載能力下，減少焊縫數(shù)量、長度和截面積；在結(jié)構(gòu)中所有的焊縫處于對稱位置。

2）采取必要的技術(shù)措施。（圖5.7，圖5.9，圖5.10，圖5.11，圖5.12）