2023年《造型材料與工藝》期末復(fù)習(xí)指導(dǎo)

《造型材料與工藝》期末復(fù)習(xí)指導(dǎo)

第一章概述

一、材料與設(shè)計(jì)

二、材料的分類

1、按材料的發(fā)展歷史分類

1、第一代的天然材料：

天然的石頭、木材

舊石器時(shí)代，人類只能使用天然材料（如獸皮、甲骨、羽毛、樹木、草葉、石塊、泥土等），之后也

都只是純天然材料的簡單加工而已。

2、第二代的加工材料：

用礦物通過冶煉、燒結(jié)制成金屬和陶瓷

新石器時(shí)代、銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代，是人類利用火來對天然材料進(jìn)行燃燒、冶煉和加工的時(shí)代，主要

材料有：陶、銅和鐵。

3、第三代的合成材料：將石油、天然氣和煤等通過化學(xué)方法制成高分子材料

人工合成塑料、合成纖維及合成橡膠等合成高分子材料的出現(xiàn)，加上已有的金屬材料和陶瓷材料（無

機(jī)非金屬材料）構(gòu)成了現(xiàn)代材料（除合成高分子材料以外，人類也合成了一系列的合金材料和無機(jī)非

金屬材料。超導(dǎo)材料、半導(dǎo)體材料、光纖等材料都是這一階段的杰出代表）。

4、第四代的復(fù)合材料：有機(jī)、無機(jī)非金屬及金屬等復(fù)合而成

只要是由兩種不同的相組成的材料都可以稱為復(fù)合材料

5、第五代的智能材料或應(yīng)變材料：隨環(huán)境條件的變化具有應(yīng)變能力和潛在功能的高級(jí)形式的復(fù)合材

料

如形狀記憶合金、光致變色玻璃等等都是近年研發(fā)的智能材料（自然界中的材料都具有自適應(yīng)、自診

斷和自修復(fù)的功能，而目前研制成功的智能材料還只是一種智能結(jié)構(gòu)）

memorymetal-記憶合金

主要是銀鈦合金材料

利用某些合金在固態(tài)時(shí)其晶體結(jié)構(gòu)隨溫度發(fā)生變化的規(guī)律。

2、按材料的物理狀態(tài)、化學(xué)性質(zhì)及用途分類

按物理狀態(tài)分

氣體：氫、氧、氮

固態(tài)材料：最常使用

液態(tài)材料：有機(jī)材料（油脂、涂料）

按材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類

金屬材料：金屬鍵

無機(jī)材料：離子鍵

有機(jī)材料：共價(jià)鍵

半導(dǎo)體：介于金屬材料與無機(jī)材料之間

按材料的用途分類

建筑材料、電工材料、結(jié)構(gòu)材料、電子材料、研磨材料

光學(xué)材料、耐火材料、感光材料、腐蝕材料、包裝材料等

3、按材料的來源分類①天然材料

礦物：石材、粘土、礦石、寶石、熔巖、火山灰、金剛石、煤、水晶

大氣、海水：氣、水蒸氣、水、冰、海水

動(dòng)物質(zhì)：皮、羽毛、骨、毛發(fā)、角、牙、油脂

植物質(zhì)：果實(shí)、莖、樹皮、花、分泌物、蔓藤

②加工材料

紙、混凝土、合板、木棉、顏料、絹

③合成材料

塑料、橡膠、硅酸鹽、合成纖維

4①、按材料成份分類

有機(jī)材料：塑料、橡膠、有機(jī)纖維

②

無機(jī)材料：金屬、硅酸鹽、玻璃

③

復(fù)合材料：玻璃纖維增強(qiáng)樹脂

④

其它：石墨、金剛石、碳纖維

5>按材料構(gòu)造分類

①晶質(zhì)材料

金剛石、巖鹽(單晶體)、金屬、陶瓷(多晶體)

②非晶質(zhì)材料

6、按材料形態(tài)分類

線材、板狀材料、塊狀材料

本課程著重介紹材料

金屬材料、高分子材料

陶瓷材料、玻璃、木材、涂料

三、材料的一般性質(zhì)

1、密度p=m/V

P——材料的密度(kg/m3)

m-----干燥材料的質(zhì)量(kg)

V——材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下的體積(m3)

容重：又稱表觀密度(AppaientDensity)有的也稱毛體積密度，表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下,

單位體積所具有的質(zhì)量，按下式計(jì)算：p=m/VO

VO一材料在自然狀態(tài)下的體積，或稱表觀體積(cm3或m3)。

材料在自然狀態(tài)下的體積是指材料的實(shí)體積與材料內(nèi)所含全部孔隙體積之和。

對于外形規(guī)則的材料，其測定很簡便，只要測得材料的重量和體積，即可算得表觀密度。不規(guī)則

材料的體積要采用排水法求得，但材料表面應(yīng)預(yù)先涂上蠟，以防水分滲人材料內(nèi)部而影響測定值。

三、材料的一般性質(zhì)

2、熔點(diǎn)

熔點(diǎn)：純金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)的溫度，低于700℃為易熔金屬

高分子材料：高于glasstransition溫度Tg為高粘度液體或橡膠狀材料

熱塑性塑料熔點(diǎn)Tm〉Tg；熱固性塑料無Tm、Tg

3、比熱容(SepcificHeatCapacity)

單位質(zhì)量的材料溫度升高1℃所需要的熱量J/(Kg?K)

水的比熱較大，金屬的比熱更小一些

c鋁＞(：鐵＞(：鋼＞(：鉛

⑴不同的物質(zhì)有不同的比熱，比熱是物質(zhì)的一種特性；

⑵同一物質(zhì)的比熱一般不隨質(zhì)量、形狀、溫度而變化，如一杯水與一桶水，冷水與熱水，它們的比

熱相同；

⑶對同一物質(zhì)，比熱值與物體的狀態(tài)有關(guān)，同一物質(zhì)在同一狀態(tài)下的比熱是一定的，但在不同的狀

態(tài)時(shí)，比熱是不相同的，如，水的比熱與冰的比熱不同。

4、熱導(dǎo)率(coefficientofheatconductivity)：

相對的兩個(gè)面給予單位溫差，在單位時(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量稱為熱導(dǎo)率(導(dǎo)熱系數(shù))W/m-K

5、熱膨脹系數(shù)(coefficientofheatexpansion)：

材料兩點(diǎn)之間的單位距離在溫度升高1℃時(shí)的變化為線膨脹系數(shù)，單位體積的變化為體脹系數(shù)

6、強(qiáng)度(strength)：R=—

F

R——材料的極限強(qiáng)度(Pa)P——材料破壞的最大載荷(N)F——材料受力截面積(cm2)

7、彈性與塑性(elasticityandplasticity)

在外力除去后能恢復(fù)原來形狀的能力稱材料的彈性

材料能承受永久變形的能力稱材料的塑性

8、脆性與韌性(brittlenessandtoughness)

材料承受外力無明顯變形突然破壞的性質(zhì)稱脆性

承受沖擊載荷或振動(dòng)載荷而不破壞的性能稱為材料的韌性

材料的一般性質(zhì)

9、硬度(hardness)：表面抗塑性變形或破壞的能力

布氏硬度：金屬材料、塑料、橡膠

負(fù)荷P(1875-3000N)鋼球直徑D(2.5~10mm)壓入被測金屬表面保持10~60s后測壓痕的直徑

洛氏硬度：以硬質(zhì)壓頭的壓痕深度來表示材料的硬度HR(A、B、C)

維氏硬度：與布氏硬度測量原理相似，所加載荷較小，壓頭為1360頂角的金剛石棱錐，測出壓痕兩對

角線的平均長度。HV適合極薄零件和表面滲碳、滲氮層的硬度，精度高。

補(bǔ)充金屬材料的幾點(diǎn)性質(zhì)

(1)導(dǎo)電性：金屬材料傳導(dǎo)電流的能力稱導(dǎo)電性。

衡量導(dǎo)電性好壞的參數(shù)

電阻率：計(jì)算和衡量金屬材料在常溫下(200C)電阻值大小的性能指標(biāo)

導(dǎo)電性：銀〉銅和鋁合金〈純金屬

(2)磁性：磁性是指金屬材料在磁場中被磁化而呈現(xiàn)磁性強(qiáng)弱的性能

鐵磁性材料——在外加磁場中，能強(qiáng)烈被磁化到很大程度，如鐵、鉆、銀

抗磁性材料——能抗拒或減弱外加磁場磁化作用的材料：銅、金、銀、鉛

順磁性材料一在外加磁場中，只是被微弱磁化，如鎰、銘、鑰

(3)耐磨性：以磨損量作為衡量的指標(biāo)。

(4)耐腐蝕性：指金屬材料抵抗周圍介質(zhì)腐蝕破壞的能力。

(5)抗氧化性：指金屬材料在室溫或高溫下抵抗氧化作用的能力，是高溫材料的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。

補(bǔ)充非金屬材料的幾點(diǎn)性質(zhì)

孔隙率：衡量孔隙的指標(biāo)

孔隙率是指材料內(nèi)部空隙體積占材料總體積的百分比

材料的脹縮：由于大氣中溫度、濕度的變化或其他介質(zhì)的作用引起的。

材料在使用過程中、其脹縮常受到制品結(jié)構(gòu)的限制，會(huì)造成制品開裂和變形。

非金屬材料的變形：彈性變形、塑性變形、彈性模量

徐變(或稱蠕變)和松弛對材料的使用影響較大

親水性：如果材料在空氣中與水接觸，材料分子與水分子之間的附著力大于水分子之間的內(nèi)聚力，則

水就能濕潤材料的表面；否則材料不能被濕潤，這種材料叫憎水性材料

吸水性：指材料吸收水分的能力

耐水性：指材料長期在水的作用下其強(qiáng)度不顯著降低的性能。

抗?jié)B性：這是指材料抵抗壓力水滲透的性能

其它：導(dǎo)熱性、熱容、耐熱性、耐燃性、耐火性、耐久性

四、材料感覺特性的運(yùn)用

(一)材料感覺特性的概念

對材料的認(rèn)識(shí)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前提和保證

按材料構(gòu)成分為自然質(zhì)感人為質(zhì)感

1、材料感覺特性的內(nèi)容

材料感覺特性：又稱材料質(zhì)感，包括生理心理屬性和物理屬性

通過感覺器官對材料表面特征的刺激引起的對材料的綜合印象

2、材料的感覺特性評(píng)價(jià)

3、影響材料感覺特性的相關(guān)因素

(1)材料種類：組成、結(jié)構(gòu)

(2)成型加工工藝及表面處理工藝

不同的加工方法和工藝技巧會(huì)產(chǎn)生不同的外觀效果，從而獲得不同的感覺特性

鍛造、鑄造、焊接、釧接、編織、車削、磨削、電鍍、噴砂

(二)質(zhì)感設(shè)計(jì)質(zhì)感設(shè)計(jì)是產(chǎn)品造型的要素之一

認(rèn)材f選材f配材f理材用材

1、質(zhì)感設(shè)計(jì)的形式美法則

形式美：生活和自然中各種形式因素、幾何要素、色彩、材質(zhì)、光澤、形態(tài)的有機(jī)組合

質(zhì)感設(shè)計(jì)的形式美法則：各種材質(zhì)有規(guī)律組合的基本法則

(1)調(diào)和與對比法則

整體與局部：統(tǒng)一和諧、對立變化在變化中求統(tǒng)一，在統(tǒng)一中求變化

(2)主從法則

強(qiáng)調(diào)在產(chǎn)品質(zhì)感設(shè)計(jì)上要有重點(diǎn)，主從分明，有側(cè)重點(diǎn)

2、質(zhì)感設(shè)計(jì)的運(yùn)用原則

(1)合理性：正確、經(jīng)濟(jì)(2)藝術(shù)性：提高藝術(shù)造型效果

(3)創(chuàng)造性：突破材料運(yùn)用的陳規(guī)采用新材料、新工藝一產(chǎn)生新效果

3、質(zhì)感設(shè)計(jì)的主要作用

(1)提高適用性通過良好的觸覺質(zhì)感設(shè)計(jì)一提高適用性

(2)增加宜人性良好的視覺質(zhì)感設(shè)計(jì)

(3)塑造產(chǎn)品的精神品位從整體出發(fā)一注意整體和諧一品位

(4)達(dá)到產(chǎn)品的多樣性和經(jīng)濟(jì)性人為質(zhì)感設(shè)計(jì)替代和彌補(bǔ)自然質(zhì)感選用不同材料塑造產(chǎn)品的個(gè)性

特征

(5)創(chuàng)造全新的產(chǎn)品風(fēng)格

(三)材料的抽象表達(dá)

1、材料的抽象表達(dá)

材料特征一提煉、升華一具審美價(jià)值的意義一沿抽象表達(dá)的共同方向一具有抽象意念的材料

2、材料抽象表達(dá)的基礎(chǔ)：抽象思維

抽取形體的本質(zhì)屬性，撇開非本質(zhì)屬性的思維，用抽象符號(hào)代替具體形體形象，融進(jìn)人們對藝術(shù)

和文化的修養(yǎng)及個(gè)人激情。

3、材料抽象表達(dá)對設(shè)計(jì)有直接的意義

“用材料思考”的原則——成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)的重要理念

“用材料思考”強(qiáng)調(diào)把材質(zhì)美作為設(shè)計(jì)元素

“用材料思考”對材料美感的抽象表達(dá)是設(shè)計(jì)構(gòu)思的藝術(shù)元素

(四)材料的美感

產(chǎn)品的功能美+結(jié)構(gòu)美+色彩美+形態(tài)美+材料美+工藝美

1、材料的色彩美

2、材料的肌理美

'視覺肌理［自然肌理：突出材料的材質(zhì)美

［觸覺肌理［再造肌理：通過表面面布工藝形成

(1)同一肌理材料組合——組合協(xié)調(diào)(2)相似肌理的材料組合(3)對比肌理的材料組合

3、材料的光澤美

「透光材料

根據(jù)材料的受光特征分為定向反光

反光材料4

漫反光

4、材料的質(zhì)地美

,2i,7主要由材料自身的組成、結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)特性來表現(xiàn)

人工質(zhì)地

如軟、硬、輕重、冷暖、干濕、粗細(xì)在材料的選擇和配置中實(shí)現(xiàn)材料質(zhì)地特征及美感的表現(xiàn)力

(1)相似質(zhì)地的材料配置(2)對比質(zhì)地的材料配置

5、材料的形態(tài)美一一造型的基本要素

線材——片材——塊材

(1)線材的美感——長度、方向感(2)片材的美感——延伸感和空間的虛實(shí)感

(3)塊材的美感——重量感、充實(shí)感和較強(qiáng)的視覺表現(xiàn)力(4)綜合形態(tài)的材料美感

六、產(chǎn)品設(shè)計(jì)中材料的選擇與開發(fā)

(-)設(shè)計(jì)材料的選用

1、設(shè)計(jì)材料的選擇原則

材料的外觀：感覺特性材料的固有特性材料的工藝性材料的生產(chǎn)成本及環(huán)境因素材料的的創(chuàng)新

2、影響材料選擇的基本因素

(1)功能(2)基本結(jié)構(gòu)要求(3)外觀(4)安全性(5)控制件(6)抗腐蝕性(7)市場

(二)材料工程的發(fā)展方向

1、新構(gòu)思、新觀念不斷涌現(xiàn)：材料低維化、材料梯度化、材料復(fù)合化、材料仿生化、材料智能化、

材料綠色化

2、(營造特殊環(huán)境、利用極端手段)制備特殊材料，獲得特殊性能

3、成為其他高新技術(shù)綜合應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)地

4、經(jīng)濟(jì)實(shí)力成為制約材料領(lǐng)域發(fā)展速度、深度和廣度的關(guān)鍵問題

(三)設(shè)計(jì)材料的開發(fā)

功能需求分析f確定性能指標(biāo)f確定材料體系加工方法f材料成分設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)優(yōu)化f性能評(píng)價(jià)

f應(yīng)用一產(chǎn)品失效分析

1、新材料：采用新工藝、新技術(shù)合成的具有特殊機(jī)能或性能有重大突破的一類材料，根據(jù)材料來設(shè)

計(jì)產(chǎn)品

2、新材料對產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的影響和作用

(1)相互融合的關(guān)系(2)產(chǎn)品外觀形象要具有未來性

⑶材料在與功能相適應(yīng)的同時(shí)要有良好的觸覺質(zhì)感和更好的可操作性(4)設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)傳統(tǒng)材

料

3、新材料的發(fā)展方向

(1)基礎(chǔ)材料的開發(fā)

金屬、木材、玻璃、陶瓷、塑料

進(jìn)一步探索材料組成、結(jié)構(gòu)和性能，以提高或替代原有材料的特性為具體目標(biāo)，獲得一定的材料

特性，擴(kuò)大材料的使用范圍

(2)復(fù)合材料的開發(fā)

兩種或兩種以上不同化學(xué)性質(zhì)或不同組織結(jié)構(gòu)的材料，通過不同的工藝方法組成的多相材.料，

具有單一素材無法具有的機(jī)能。

目的：彌補(bǔ)某些材料的缺點(diǎn)、利用具有某些特性的材料以構(gòu)成單一材料無法實(shí)現(xiàn)的特性、產(chǎn)生新

的機(jī)能。

'顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料

金屬基復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

按基體分類＜按添加物的幾何形狀分類4

高分子基復(fù)合材料疊層增強(qiáng)復(fù)合材料

彌散增強(qiáng)復(fù)合材料

(3)納米材料與納米技術(shù)

a、納米材料：由納米原子團(tuán)組成，具有獨(dú)特的體積和表面效應(yīng)

b、納米加工技術(shù)：核心是原子或分子位置的控制、具有特殊功能的原子或分子集團(tuán)的自復(fù)制和自組

成。

第二章金屬材料及其工藝

一、金屬材料的基本知識(shí)

金屬材料的主要性能

機(jī)械性能

載荷下的機(jī)械性能：彈性、剛度、塑性、強(qiáng)度、硬度

E=—

rF0匕￡

W=00%=x100%5=3x100%="、x100%

FFII

r0r0L。L。

P

O-=—s

rForFo

剛度

剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。

零件的剛度(或稱剛性)常用單位變形所需的力或力矩來表示，剛度的大小取決于零件的幾何形狀和

材料種類(即材料的彈性模量)。

剛度要求對于某些彈性變形量超過一定數(shù)值后，會(huì)影響機(jī)器工作質(zhì)量的零件尤為重要，如機(jī)床的主軸、

導(dǎo)軌、絲杠等。

塑性

塑性是一種在某種給定載荷下，材料產(chǎn)生永久變形的材料特性，對大多的工程材料來說,當(dāng)其應(yīng)力低于

比例極限時(shí),應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系是線性的。

大多數(shù)材料在其應(yīng)力低于屈服點(diǎn)時(shí)，表現(xiàn)為彈性行為，也就是說，當(dāng)移走載荷時(shí)，其應(yīng)變也完全消失。

強(qiáng)度

金屬材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。按外力作用的性質(zhì)不同，主要有屈服強(qiáng)

度、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等，工程常用的是屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，這兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)可通過

拉伸試驗(yàn)測出。

強(qiáng)度是指零件承受載荷后抵抗發(fā)生斷裂或超過容許限度的殘余變形的能力。是衡量零件本身承載能力

（即抵抗失效能力）的重要指標(biāo)。強(qiáng)度是機(jī)械零部件首先應(yīng)滿足的基本要求。

機(jī)械零件的強(qiáng)度一般可以分為靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度（彎曲疲勞和接觸疲勞等）、斷裂強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、

高溫和低溫強(qiáng)度、在腐蝕條件下的強(qiáng)度和蠕變、膠合強(qiáng)度等項(xiàng)目。

強(qiáng)度的試驗(yàn)研究是綜合性的研究，主要是通過其應(yīng)力狀態(tài)來研究零部件的受力狀況以及預(yù)測破壞失效

的條件和時(shí)機(jī)。

硬度

材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度。

硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)，它既可理解為是材料抵抗彈性變形、塑性變形

或破壞的能力，也可表述為材料抵抗殘余變形和反破壞的能力。

硬度不是一個(gè)簡單的物理概念，而是材料彈性、塑性、強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能的綜合指標(biāo)。

②動(dòng)載荷下的機(jī)械性能

%產(chǎn)（M加田）

F—試樣承受沖擊的有效截面積

AK——沖斷試樣所消耗的沖擊功

ak-------沖擊韌性（沖擊值）

③交變載荷下的機(jī)械性能

ON—材料承受無數(shù)次交變載荷作用而不發(fā)生斷裂破壞的最大應(yīng)力

0-1—材料在對稱循環(huán)交變應(yīng)力作用下的彎曲疲勞強(qiáng)度

應(yīng)力循環(huán)基數(shù)：有色金屬IO?鋼鐵IO，

碳素鋼。一產(chǎn)（0.4-0.55）Ob灰口鑄鐵。仔0.40b有色金屬。一尸（0.3-0.4）

（2）金屬材料的物理和化學(xué)性能

①物理性能

比重、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性

②化學(xué)性能

抗蝕性和抗氧化性

鑄造性能（流動(dòng)性、收縮性、結(jié)晶偏析）

鍛造性能（塑性變形不裂）

焊接性能

切削加工性（消耗動(dòng)力小、刀具壽命長、產(chǎn)品質(zhì)量好）

立方411示KES體。立方工融示心圖

2、金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

（1）金屬的結(jié)構(gòu)和結(jié)晶

①金屬的晶體結(jié)構(gòu)：體心立方晶格（硬）、面心立方晶格（軟）、密排立方晶格

②金屬的結(jié)晶過程

純金屬有固定熔點(diǎn)，但結(jié)晶時(shí)必須有一定程度的過冷

結(jié)晶：晶核的形成+成長熔煉迪-鑄錠->軋制

③金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

1535°C1390℃9100C

液態(tài)純鐵<==>體心立方晶格面心立方晶格體心立方晶格

(a—Fe)(Fe)y—Fe(5—Fe)

(2)合金

①合金的基本概念

銅+鋅一黃銅鋁+銅+鎂一硬鋁鐵+碳->鋼、生鐵

二元合金：碳鋼、鑄鐵(Fe+C)三元合金：硬鋁多元合金

合金中具有同一化學(xué)成分和晶格結(jié)構(gòu)的均勻部分稱為相

②合金的結(jié)構(gòu)

固溶相：具有與溶劑相同的晶格形式

金屬化合物：各組元相互作用形成的具有特殊晶格和明顯金屬特性的物質(zhì)

機(jī)械混合物：由兩種以上的相組成的合金，既不互溶，也不形成化合物

滲碳體Fe3C：鐵和6.67%碳形成的金屬化合物石墨化FesC-F+G

珠光體：鐵素體+滲碳體(機(jī)械混合物)

3、鋼的熱處理

,退火

正火

普通熱處理

淬火

(1)熱處理原理.回火

表面淬火

熱處理表面熱處理

化學(xué)熱處理

形變熱處理

(2)鋼的普通熱處理

(3)鋼的表面熱處理

①表面淬火

感應(yīng)加熱表面淬火

交流磁場工件表面感應(yīng)電流的電阻熱加熱到淬火溫度噴以冷卻介質(zhì)

火焰加熱表面淬火

乙快一氧或煤氣——氧等火焰加熱，效率低，表面易脫碳

②表面化學(xué)熱處理

滲碳:低碳鋼或低碳合金鋼

增碳的活性介質(zhì)中加熱至900~950℃碳原子擴(kuò)散滲入零件表層實(shí)現(xiàn)表面高碳化淬火并低

溫回火零件表層具有高的硬度和強(qiáng)度。

滲氮

工件含氮的活性介質(zhì)中加熱至500~560℃活性氮原子滲入鋼件表層。滲氮溫度低、工件變

形小，但時(shí)間長、成本高，氮化層薄而脆

廣泛用于存在強(qiáng)烈摩擦并承受沖擊載荷或交變載荷的精密鋼件。

碳氮共滲

在溫度較高時(shí)以滲碳為主，溫度低時(shí)以滲氮為主。鼠化所得的共滲層經(jīng)淬火和低溫回火后，

硬度高、耐磨性好，有一定的耐腐蝕性，適合于中、低碳鋼或合金鋼的表面強(qiáng)化處理。

CO+CH4+NH3T加熱至500~800°C-保溫一段時(shí)間f活性碳和氮

二、鋼鐵材料

鋼鐵材料的生產(chǎn)

生鐵冶煉：含碳量在2.11%以上的鐵碳合金

高爐煉鐵原料：鐵礦石+燃料和熔劑

礦石——鐵的氧化物+脈石+少量雜質(zhì)

燃料——提供熱量和還原劑

熔劑——含CaO、MgO等堿性氧化物的石灰石、白云石等

高爐冶煉的主要過程

礦石中鐵氧化物的還原和滲碳

Fe2Os+CO―>Fe3O4+CC）2Fe3（）4+CO-FeO+CChFeO+CO-Fe+CChFeO+C—>Fe+CO2

②造渣和脫硫

FeS+CaO+C―>Fe+CO+CaS

煉鋼的方法主要有三種轉(zhuǎn)爐煉鋼法平爐煉鋼法電爐煉鋼法

電爐煉鋼一一用電作為熱源進(jìn)行鋼鐵冶煉的方法

有兩種形式：一是電弧爐，一是感應(yīng)爐

平爐煉鋼法

平船底形狀的反射爐，加入銃鐵、廢鋼、石灰石用燃料加熱溶解，以氧氣或氧化鐵把銃鐵中

的碳（C）和硅（Si）磷（P）等氧化去除，精煉完成加入硅鐵、鐳鐵、鋁去除鋼液中的氧氣、

氮?dú)?，煉鋼時(shí)間較長。

軋鋼一一利用軋機(jī)使金屬產(chǎn)生塑性變形，把鋼錠或鋼坯變成具有一定形狀和尺寸規(guī)格鋼材的過程

按軋制溫度分類

熱軋：把鋼錠加熱至單相固溶體的溫度后進(jìn)行壓力加工，在再結(jié)晶溫度上終止變形。制件塑性好，變

形抗力小，適合軋制較大斷面尺寸、塑性較差或要求變形量較大的材料。

冷軋：直接用冷料進(jìn)行軋制，產(chǎn)品表面光潔，尺寸精確，具有加工硬化效應(yīng)和較高的強(qiáng)度和硬寸，但

冷變形抗力大，適用于軋制塑性好、尺寸小的線材、薄板。

按軋制時(shí)坯件與軋輻的相對位置分類

①縱軋：板、帶、管、型材????M<M>WI.冷直■■

②斜軋：變截面的金屬材料?BUCMOieE?依

③橫軋：車輪、輪箍、齒輪等環(huán)形工件?UM■I>■?

■一AIMO?*40nMM

（二）碳鋼用復(fù)■■??用“”1*H

1、碳鋼的成分??

含碳量小于2.11%的鐵碳合金

成份:鐵、碳、Mn、Si、P、S、0、N、HRtt

碳含量越高硬度越大，塑性和韌性越低碳鋼的強(qiáng)度以共析含碳量2.11%為最高

硅、鎬：是有益元素，但含量很少，對鋼的性能影響不大

硫、磷：是十分有害的雜質(zhì)，能引起鋼液的偏析，降低塑性和韌性，使鋼產(chǎn)生“冷脆”和“熱脆”

氮、氫、氧：也是有害雜質(zhì)，使鋼的韌性和疲勞強(qiáng)度急劇降低

2、碳鋼的分類、編號(hào)和用途

按含碳量分

低碳鋼：含碳0.08~0.25%塑性好，多用于沖壓、焊接、滲碳件

中碳鋼：含碳量0.25~0.6%,有一定的強(qiáng)度和韌性，熱處理后可獲良好的綜合機(jī)械性能。

高碳鋼：含碳量0.67.4%,硬度高，多用作工具、量具和模具

按質(zhì)量分

碳素結(jié)構(gòu)鋼：普通工程構(gòu)件和零件

碳素工具鋼：各種工具鋼

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：有害雜質(zhì)含量較少，塑性和韌性較高，可熱處理強(qiáng)化45鋼

碳素工具鋼：含碳量0.657.35%,優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼高級(jí)碳素工具鋼，如T8和T8A

（三）合金鋼

冶煉的過程中加入合金元素的鋼稱合金鋼，制造一些重要工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器設(shè)備的零部件。

按用途分為：合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼。

按合金元素含量分為：低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼。

按冶金質(zhì)量不同分為：優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼、特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。

合金鋼牌號(hào)表示方法

合金鋼的牌號(hào)是采用合金元素符號(hào)和數(shù)字來表示的，即：數(shù)字+合金元素符號(hào)+數(shù)字。

例如I,平均含銘量為0.6%的合金工具鋼，其牌號(hào)表示為“Cr06

（四）鑄鐵

鑄造用的生鐵，含碳量在2.5~4。％

根據(jù)碳存在的形式不同分為

灰口鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵（馬鋼或馬鐵）蠕墨鑄鐵

三、鋁及鋁合金

（-）鋁的生產(chǎn)

從鋁礦石中提取氧化鋁（電熱法、酸法、堿法）~氧化鋁電解得到純鋁（熔鹽電解法采用

Na3AlF6冰晶石作為電解質(zhì)）

經(jīng)電解提煉的鋁的純度可達(dá)99.7%

原鋁、純鋁（鑄造）一鋁錠

（二）純鋁

1、鋁的性質(zhì)

銀白色輕金屬導(dǎo)電性好，耐蝕性強(qiáng)

鋁的晶體屬面心立方結(jié)構(gòu)，塑性好、易冷熱成型、切削加工接近于非磁性材料

2、鋁的分類、編號(hào)和用途

高純鋁L01-L04編號(hào)越大純度越高

工業(yè)純鋁L1~L5編號(hào)越大，純度越低

高級(jí)純鋁（鋁的含量99.93%-99.999%）

工業(yè)高純鋁（鋁的含量99.85%-99.90%）

工業(yè)純鋁（鋁的含量98.0%-99.7%）

建筑業(yè)、航空及國防軍工部門、電力輸送、汽車制造、集裝箱運(yùn)輸、日常用品、家用電器、機(jī)械

設(shè)備

（三）鋁合金

鑄造鋁合金（生鋁合金）

變形鋁合金

1、鑄造鋁合金（生鋁合金）

用于形狀復(fù)雜、承載不大，重量輕、耐蝕、耐熱的鑄件

2、變形鋁合金

經(jīng)冷、熱加工變形后，以鍛坯、型材、板材等形式供應(yīng)

防銹鋁合金LF鋁錦合金LF21鋁鎂合金LF2LF3

硬鋁合金LY杜拉鋁，可加工變形及通過熱處理強(qiáng)化，但耐蝕性較差

超硬鋁合金LCAl+Zn+Cu+Mg鍛鋁合金LDAl+Mg+Si+Cu

鑄造和變形鋁合金產(chǎn)品廣泛用于航空、航天、宇航、兵器、潛艇、船舶、核工業(yè)等重要軍工部門及重

要民用部門。

（四）鋁材

鋁及鋁合金經(jīng)壓力加工具有一定的形狀及尺寸后，可供直接使用或再加工的半成品稱為鋁材

板、管、棒、型材、線材、箔材

板：R熱軋板L冷軋板（可熱處理強(qiáng)化、不可熱處理強(qiáng)化）

管：外徑X壁厚

四、其它金屬材料

重金屬輕金屬貴金屬半金屬稀有金屬黑色金屬

（一）銅及銅合金

純銅玫瑰紅色的金屬紫銅

銅合金

黃銅

普通黃銅HXX表示含銅62%,其余為Zn的

特殊黃銅HPb59T表示59%Cu、l%Pb。余量為Zn的鉛黃銅

青銅

錫青銅QSn6.5-0.4,表示6.5Sn及0.4研的錫-磷青銅

特殊青銅

白銅

白銅BMn3T2,是含3%Ni及12%Mn的鎬白銅

1、純銅

性質(zhì)和用途導(dǎo)電性好：僅次于銀抗磁性材料導(dǎo)熱性好化學(xué)穩(wěn)定性高

熔點(diǎn)：10830C比重&93g/cm3面心立方晶格結(jié)構(gòu)：極好的可塑性和加工性能不宜直接用作結(jié)構(gòu)材

料

（2）純銅的種類和牌號(hào)

T1T2T3T4數(shù)字越大，純度越低

＞一號(hào)銅（99.95%Cu）、二號(hào)銅（99.90%Cu）,三號(hào)銅（99.7%Cu）

＞除工業(yè)純銅外，還有一類叫無氧銅，其含氧量極低，不大于0.003樂其代號(hào)有Tul,Tu2,“u”

是“無"漢語拼音字首。

＞純銅退火狀態(tài)，強(qiáng)度低，塑性好（。b=250?270Mpa,5=35-45%）

＞經(jīng)冷加工變形后強(qiáng)度升高，而塑性急劇降低（。b=400?500Mpa,8=1-3%）不能用作受力的

結(jié)構(gòu)材料

工業(yè)純銅主要用導(dǎo)電、導(dǎo)熱，兼有抗腐蝕性的器材，如電線、電纜、電器開關(guān)等，無氧銅主要作真空

器件

2、銅合金

（1）黃銅

以Zn為主要合金元素，用于機(jī)械零件、電器元件、生活用品

普通黃銅：Cu與Zn的二元合金

例H62ZH

特殊黃銅（復(fù)雜黃銅）一一黃銅+Al+FeSiMnPbSn（錫）等合金元素

例HSn62-l

普通黃銅，就是Cu-Zn二元合金

黃銅的室溫組織有三種：含鋅量在35%以下的黃銅，室溫下的顯微組織由單相的a固溶體組成，稱為

a黃銅；含鋅量在36%?46%范圍內(nèi)的黃銅，室溫下的顯微組織由（a+B）兩相組成，稱為（a+B）

黃銅（兩相黃銅）；含鋅量超過46%?50%的黃銅，室溫下的顯微組織僅由B相組成，稱為B黃銅

單相黃銅：室溫組織為單相a的黃銅又稱單相黃銅，強(qiáng)度較低、塑性特別好，適于壓力加工，常用代

號(hào)有H80、H70、H68,其中H70、H68強(qiáng)度較高，大量用作槍彈殼和炮彈筒，故有“彈殼黃銅”之稱。

雙相黃銅：a+B，黃銅又稱雙相黃銅，強(qiáng)度高，塑性差、常用H59、H62用作水管、油管、散熱器等。

特殊黃銅

為了提高黃銅的耐蝕性、強(qiáng)度、硬度和切削性等，在銅-鋅合金中加入少量（一般為遙?2隊(duì)少數(shù)達(dá)

3%?4%,極個(gè)別的達(dá)5%?6%）錫、鋁、鎰、鐵、硅、銀、鉛等元素，構(gòu)成三元、四元、甚至五元合金，

即為復(fù)雜黃銅，亦稱特殊黃銅。

它們比普通黃銅具有更高的強(qiáng)度、硬度、抗腐蝕性能

（2）青銅：銅與錫（Sn）的合金

青銅是以Sn、Al、Si、Be、Ti等為主要合金元素的銅合金

現(xiàn)代工程把含鋁、硅、鉞、錦、鉛等合金元素的銅基合金稱為青銅

例QSn4-3

錫青銅的特性：含錫5~7%適于壓力加工含錫＞10%塑性較差，適于鑄造加工，稱為鑄造青銅

特殊青銅

例：鋁青銅含鋁5%~7%塑性最好適于冷加工

含鋁10%強(qiáng)度最高

含鋁＞12%塑性很差

例：鍍青銅以鍍?yōu)橹骷釉氐你~合金工業(yè)用含鉞量1.7~2.5%

（3）白銅

白銅是以Ni為主要合金元素的合金。Ni和Cu在固態(tài)下能完全互溶，所以各類銅銀合金均為a單相固溶

體，具有很好的冷熱加工性能，不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，只能用固溶強(qiáng)化和加工硬化來提高強(qiáng)度。

按用途可分為結(jié)構(gòu)白銅和電工白銅。

白銅的用途

各類銅鍥合金均為a單相固溶體，具有很好的冷熱加工性能，不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，只能用固溶強(qiáng)化

和加工硬化來提高強(qiáng)度。

白銅具有高的抗蝕性和優(yōu)良的冷熱加工成形性，精密儀器儀表，化工機(jī)械及醫(yī)療器械中的關(guān)鍵材料。

（二）軸承合金

1、錫基軸承合金

要求在工作溫度下有一定的承載能力和抗疲勞能力，有足夠的塑性和韌性、較低的耐摩擦系數(shù)、良好

的導(dǎo)熱性。

常用防軸承合金按其化學(xué)成分可以分為錫基、鉛基、鋁基、銅基和鐵基等數(shù)種。

最常見的是錫基和鉛基合金一一巴氏合金

ZCh+基本元素（錫或鉛）的符號(hào)+主加元素的符號(hào)+主加元素的百分含量+輔加元素的百分含量

例：ZChSnSb11-6

用于高速、重載下工作的重要軸承，變載荷下易于疲勞，價(jià)貴

用高速重載的蒸汽透平機(jī)、透平發(fā)動(dòng)機(jī)、功率大于750kw發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)的軸承

2、鉛基軸承合金

在鉛錦合金的基礎(chǔ)上添加錫和銅,用于中速輕載或靜載

例:ZChPbSb16-16-2

ZCh---軸承合金Pb----基本元素鉛Sb----主加元素睇16----主加元素睇16%

16——輔加元素錫16%2——輔加元素銅2%其余為基本元素Pb

3、銅基軸承合金

鉛青銅、錫青銅一一重要的高速重載軸承

ZQPb30用于高速、重載軸承，能承受變載和沖擊

ZQSn10-1用于中速、重載及受變載荷的軸承

用于不變載荷工作條件下的透平機(jī)、電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)離心泵、壓縮機(jī)等機(jī)器的軸承

（三）粉末合金（陶瓷冶金）金屬或非金屬在模具中一壓制或燒結(jié)成產(chǎn)品

適于制造：硬度和熱硬性很高的硬質(zhì)合金，減摩材料

優(yōu)點(diǎn)：各成分彼此不熔合、比重、熔點(diǎn)相差很大都可制成均勻的合金

缺點(diǎn)：原料成本較高，壓力大，對合金模具要求很高，不適合形狀復(fù)雜零件

粉末冶金燒結(jié)爐

主要用于壓制成型粉末冶金件在氣氛保護(hù)下的燒結(jié)

采用推送式傳送

連續(xù)作業(yè)式電阻爐，由電爐、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)三部分組成。

(四)鈦及鈦合金

鈦在地殼中的儲(chǔ)量居第四位

純鈦是純白色輕金屬，具有耐蝕性和耐熱性，有一定的強(qiáng)度和高的塑性,密度為4.507g/cm3,介于Al

和Fe之間，熔點(diǎn)1668℃,高于鐵，在882.5℃發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，882.5C以上為B-Ti(體心立方晶

格)，882.5C以下為a-Ti(密排六方晶格)

鈦合金的密度也較小，也有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。

鈦合金：以鈦為基加入適量的格、鎰、鐵、機(jī)、鋁和鋁

'?：組織穩(wěn)定，熱強(qiáng)性熱急定性好、發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣幾葉片、飛機(jī)蒙皮

＜依強(qiáng)度較高，沖壓性好不經(jīng)時(shí)效可強(qiáng)化，打脆性好，熱穩(wěn)定性差

a+/3：塑性好，易于鍛造，沖壓成型，可時(shí)效強(qiáng)化火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼

五、金屬材料成型與工藝性

(一)鑄造加工及其工藝性

1、鑄造的基本概念：熔化的金屬溶液澆注到具有與零件形狀相適應(yīng)的鑄型空腔中，待溶液凝固并冷

卻后獲得毛坯或零件的工藝過程稱為鑄造。

2、常用的鑄造金屬

鑄鐵：鐵碳-硅為主的多元鐵基合金

普通鑄鐵含碳2.S1T3%Mn0.4~1.5%P0.OTO.5%S0.02~0.2%

鑄鋼ZG45~35

鑄鋁：外觀裝飾效果最佳Al-SiAl-CuAl-MgAl-Zn

鑄銅：通過表面處理后可仿制成各式各樣的古代工藝品

3、鑄造的特點(diǎn)適應(yīng)性強(qiáng)成本低廉

4、鑄造工藝種類

(1)砂型鑄造

砂型鑄造：用型砂制做鑄型的鑄造方法，是目前鑄造使用的其本方法

A手工造型B機(jī)器造型：普通機(jī)器造型高壓造型

(2)熔模鑄造

又稱“失蠟鑄造”，它是在蠟?zāi)１砻姘栽煨筒牧?，從而獲得無分型面的鑄型的鑄造方法。

與砂型鑄造比較

熔模鑄造有如下特點(diǎn)

①鑄件的精度高且表面光潔

②能夠鑄造各種鑄造合金鑄件，尤其適用于那些高熔點(diǎn)及難切削加工合金的鑄造。

③熔模鑄件的形狀可比較復(fù)雜，鑄件上可鑄出的最小孔徑為0.5mm,鑄件的最小壁厚為0.3mm

④鑄件的重量不宜太大，一般不超過25Kg,目前生產(chǎn)的最大熔模鑄件為80kg左右

(3)金屬型鑄造

將液態(tài)金屬澆入金屬鑄型，從而獲得鑄件的鑄造方法稱為金屬型鑄造，由于金屬型可以使用

多次，所以又稱為永久型鑄造。

(4)離心鑄造

將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬在離心力的作用下填充鑄型并凝固成型的鑄造方

法稱為離心鑄造。

特點(diǎn)：工藝過程簡單、機(jī)械性能較好、便于鑄造“雙金屬”鑄件

(5)壓力鑄造

在高壓(5-150MPa)下，將液態(tài)合金高速(50T00m/s)壓入高精度的型腔內(nèi)，并在壓力下，迅速凝

固而獲得鑄件的方法。

5、鑄造方法的選擇考慮生產(chǎn)批量鑄造合金的種類

鑄件的重量、形狀、尺寸精度及表面粗糙度要求等鑄件本身的因素考慮

還要與后續(xù)加工的成本及生產(chǎn)現(xiàn)場條件等同素一起綜合考慮

6、鑄件結(jié)構(gòu)工藝性比較

7、砂型鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)

（1）力求使鑄件的外形簡單，輪廓平直，造型時(shí)只需一個(gè)分型面

（2）力求使型芯數(shù)目最少，裝配、清理方便，排氣容易

（3）結(jié)構(gòu)斜度：便于脫摸

（4）鑄件應(yīng)有合理的壁厚、壁厚盡量均勻

（5）應(yīng)盡量避免鑄件中有過大的水平面

（二）壓力加工及其工藝性

1、壓力加工的概念及方法

（1）壓力加工的概念

在外力作用下，使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料、毛坯

或零件的加工方法

（2）壓力加工方法及設(shè)備

①軋制②擠壓③拉拔④自由鍛

自由鍛是將加熱好的金屬坯料放在鍛造設(shè)備的上、下砥鐵之間，施加沖擊力或壓力，直接使坯料產(chǎn)生

塑性變形，從而獲得所需鍛件的一種加工方法。

自由鍛由于鍛件形狀簡單、操作靈活，適用于單件、小批量及重型鍛件的生產(chǎn)。自由鍛分手工自由鍛

和機(jī)器自由鍛。手工自由鍛生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，僅用于修配或簡單、小型、小批鍛件的生產(chǎn)，

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)器自由鍛已成為鍛造生產(chǎn)的主要方法，在重型機(jī)械制造中，它具有特別重要的

作用。

⑤模鍛——模型鍛造

將加熱后的坯料放置在固定于模鍛設(shè)備上的鍛模內(nèi)鍛造成形的。

模鍛可以在多種設(shè)備上進(jìn)行。在工業(yè)生產(chǎn)中，錘上模鍛大都采用蒸汽-空氣錘，噸位在5KN~300KN

（0.5~30t）。壓力機(jī)上的模鍛常用熱模鍛壓力機(jī)，噸位在25000KN~63000KN。

模鍛的鍛模結(jié)構(gòu)有單模堂鍛模和多模膛鍛模。如圖所示為單模堂鍛模，它用燕尾槽和斜楔配合使

鍛模固定，防止脫出和左右移動(dòng)；用鍵和鍵槽的配合使鍛模定位準(zhǔn)確，并防止前后移動(dòng)。單模膛一般

為終鍛模膛，鍛造時(shí)常需空氣錘制坯，再經(jīng)終鍛模膛的多次錘擊一次成形，最后取出鍛件切除飛邊。

模鍛的生產(chǎn)率和鍛件精度比自由鍛造高，可鍛造形狀較復(fù)雜的鍛件，但要有專用設(shè)備，且模具制造

成本高，只適用于大批量生產(chǎn)。

⑥板料沖壓

工序種類：

分離工序：剪裁、沖孔、落料、修邊

變形工序：彎曲、壓延、翻邊、脹形

復(fù)合：以上兩類工序集中于同一模具中完成

其它工序：備料、修飾、輔助工序等

板料沖壓選擇設(shè)備的基本原則

零件的生產(chǎn)類型

零件的幾何尺寸大小及結(jié)構(gòu)形式

零件的材料性能及精度要求

2、沖壓材料

（1）沖壓性能

壓彎、拉延、成型、翻邊一一要求較低的屈服極限0s

分離工序一一希望稍高，以獲得良好的剪截面

好的沖壓性能要求：

6延伸率240%硬度W45HRB?！?。B（屈強(qiáng)比）W0.65

頂壓深度符合規(guī)定的范圍鐵素體晶粒度6~7級(jí)

（2）化學(xué)成分的影響

C、Si、Mn、P、S含量增加會(huì)使材料的塑性降低，脆性增加導(dǎo)致材料沖壓性能變壞。

含碳量在0.05限0.15%的低碳鋼有較好的拉延性能。

(3)金相組織

晶粒大小均勻一一拉延性能好晶粒大小不均一裂紋

深拉延用冷軋薄板晶粒度6~8級(jí)晶粒過大一粗糙表面(桔皮)

深拉延用冷軋中板晶粒度5~7級(jí)晶粒過小一塑性降低，易冷作硬化

鋼板軋制成后殘留的帶狀組織，煉鋼時(shí)殘留在鐵素體晶粒之間的游離碳化物與非金屬夾雜物對沖壓時(shí)

的塑性變形不利

(4)厚度公差、表面質(zhì)量

材料的厚薄的影響厚度不穩(wěn)定的影響

(5)表面質(zhì)量

表面氣泡、裂紋、結(jié)疤、縮孔、分層等缺陷在沖壓變形中可能擴(kuò)大裂痕、應(yīng)力集中、斷裂

表面粗糙的板在拉延、壓彎、成型中會(huì)使沖模與鋼板摩擦力增加，降低沖模壽命

2、選擇材料的原則

(1)考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)與沖壓工藝的關(guān)系(2)提高效率

(3)保證工藝的前提，以廉價(jià)材料代替貴重材料，以薄料代用厚料，以黑色金屬代替有色金屬

(4)考慮板材的尺寸規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，注意排樣，防止浪費(fèi)

底量避免圓錐體和斜

面的設(shè)計(jì)

圓柱與陰柱相貫鍛造

鼾困難，應(yīng)改成平面與

圓柱交接

盡量減少加強(qiáng)筋與表

面的凸臺(tái)

復(fù)雜形狀采用組合式

結(jié)構(gòu)

4、壓力加工工藝性

(1)自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性

(2)模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性

鍛件要有一個(gè)分模面加工面上應(yīng)留有機(jī)械加工余量

非加工面及與錘擊方向平行的面應(yīng)設(shè)計(jì)模鍛斜度，轉(zhuǎn)角要圓角過渡

盡量簡單、避免凹凸、薄壁等結(jié)構(gòu)盡量避免深孔或多孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜件采用先鍛后焊的方法

(3)沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性

落料沖孔零件

落料的外形盡量簡單對稱、有規(guī)則，排樣時(shí)盡量將廢料降低到最少

沖孔時(shí)，孔徑、孔距不得小于材料厚度；零件外緣凸起或凹進(jìn)的尺寸不得小于厚度的1.5倍

輪廓的轉(zhuǎn)角要有圓角半徑

彎曲零件彎曲半徑不能小于材料許可的最小彎曲半徑平直部分H>2t

孔的位置離邊緣距離L>(1.5~2)t

拉深零件

拉深件高度不宜過大，凸緣不宜過寬，底部轉(zhuǎn)角應(yīng)有圓角過渡

（三）金屬焊接技術(shù)及其工藝性

1、金屬的焊接方法

采用焊接工藝的優(yōu)點(diǎn)采用焊接工藝與鉀接相比

可以節(jié)省金屬材料、節(jié)省制造工時(shí)

接頭密封性好對，某些結(jié)構(gòu)可以采用鑄焊或鍛焊聯(lián)合結(jié)構(gòu)，取代整鑄或整鍛結(jié)構(gòu),從而做到以小拼大,

以簡拼繁

它不僅節(jié)省金屬材料，還簡化了坯料準(zhǔn)備工藝，從而降低了制造成本，便于制造雙金屬結(jié)構(gòu)

2、金屬材料的焊接性

（1）概念

工藝焊接性使用焊接性

在不需要采用復(fù)雜工藝措施的條件下，能獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭一一焊接性好

（2）影響焊接性的主要因素

金屬材料的化學(xué)成分

焊接工藝方法：氣焊工藝一亞弧焊一等離于焊、電子束焊、激光焊

M+Cu

（3）估算鋼材焊接性的碳當(dāng)量法。當(dāng)=C+等+0+；"+酎4-------

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3、焊接結(jié)構(gòu)工藝性

（1）焊縫的可焊到性（2）焊縫布置

3、焊接結(jié)構(gòu)工藝性

改善焊接勞動(dòng)條件注意節(jié)省材料盡量避免仰焊焊縫

（四）機(jī)械加工零件的結(jié)構(gòu)工藝性

1、金屬機(jī)械加工的種類

①鉗工基本的加工方法有劃線、饕切、鋸割、鋰削、鉆孔、攻絲、套扣和刮研等。

②機(jī)械加工

通過人操縱機(jī)床對工件進(jìn)行切削加工的的主要方法是車、鉆、銃、包U、磨和齒輪加工等。是

作為零獲得零件更高的精度和更高的光潔表面的最終手段。

2、金屬切削機(jī)床的分類

（1）按加工性質(zhì)和刀具進(jìn)行分類

車床、銃床、鉆床、像床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、刨插床、拉床、切斷機(jī)床

超、聲波及電加工機(jī)床和其他機(jī)床

（2）按照它們的萬能程度分類

通用機(jī)床（萬能機(jī)床）：普通車床、臥式鎮(zhèn)床

專門化機(jī)床（專能機(jī)床）：精密絲桿車床、凸輪軸車床專用機(jī)床：機(jī)床主軸箱專用鑲床

六、金屬表面處理與裝飾技術(shù)

轉(zhuǎn)化膜——氧化膜

化學(xué)氧化膜

電化學(xué)轉(zhuǎn)化膜鋁酸鹽膜

轉(zhuǎn)化膜層

磷酸鹽膜

.化學(xué)轉(zhuǎn)化膜

1、金屬材料的表面處理

（1）鋁及鋁合金的氧化與著色處理

＞電化學(xué)氧化：在酸性電解液里

多孔性氧化膜——防護(hù)、裝飾

＞化學(xué)氧化：堿溶液和含堿金屬的鹽溶液Al（0H）3

＞氧化膜的著色：化學(xué)染色法、整體著色法、電解著色、干涉著色法

基材通過電化學(xué)作用，獲得銀白色的人工氧化膜，常稱陽極氧化材；由于氧化膜是一種以針孔為中心

的兩層六棱體蜂窩狀結(jié)構(gòu)組成的，對針孔進(jìn)行“封閉”處理，即成為商品“陽極氧化材”。

在“陽極氧化”處理之前，為消除鋁加工過程的擠壓痕跡，常進(jìn)行機(jī)械（“磨砂處理或“拋丸”處理）、

化學(xué)（酸蝕、堿蝕）處理兩種方式，消除痕跡；之后還可以再進(jìn)行機(jī)械拋光、化學(xué)拋光.等以適應(yīng)不

同場合的需求。

常見商品有“噴砂鋁型材”、“氧化拋光鋁型材”等。

經(jīng)過噴砂處理的鋁型材，其疲勞壽命顯著延長，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的危險(xiǎn)性大為下降。

⑵鋼鐵的氧化與磷化處理磷酸鹽化學(xué)處理磷酸鹽膜高電阻膜層

（3）銅及銅合金的氧化處理

①過硫酸鹽堿性溶液氧化法

過硫酸甲堿溶液：NaOH+K2s2。8-60?65°C浸煮5min—形成黑色氧化膜

②銅氮溶液化學(xué)乳化法：

適合含銅量為52%~68%的制件，氧化膜為藍(lán)黑色，質(zhì)量比過硫酸鹽溶液氧化的差，可再涂清漆

③古銅色化學(xué)氧化銅鍍層:制件鍍銅后，在硫酸溶液中活化，再用過硫酸鹽溶液氧化的方法氧化，可

再機(jī)械拋光或滾光后再浸涂清漆。

④堿性溶液電化學(xué)氧化法：以銅制件為陽極，置入氫氧化鈉熱溶液中，鋼或鍍鍥鋼板為陰極，通直

流電，形成黑色氧化膜。

2.鍍層裝飾技術(shù)

3.涂層裝飾技術(shù)

在制品表面形成以有機(jī)物為主體的涂層，并干燥成膜的工藝，稱為涂裝技術(shù)

①保護(hù)作用：防止制品表面受腐蝕、被劃傷、臟污，提高制品的耐久性。

②裝飾作用：將制品表面裝飾成涂層所具有的色彩、光澤和肌理，使制品外觀在視覺感受上

成為美觀悅目的制品0

③特藐作用：使制品具有隔熱、絕緣、耐水、耐輻射、阻尼、殺菌、吸收雷達(dá)波、隔音、導(dǎo)

電等特殊功能。

涂裝工藝一般包括制件表面涂裝前處理、徐敷涂料及涂層干燥三大步驟

4.搪鏡被覆技術(shù)

5.表面精整加工

將金屬材料的表面加工成平滑、光亮美觀或具有凹凸換樣的表面狀態(tài)的過程稱為表面精整加工。

表面精整加工除直接具有裝飾效果外，作為電鍍和涂裝的前處理也是重要的

切削與研削加工

研磨

機(jī)械研磨電解研磨化學(xué)研磨

蝕刻

利用化學(xué)藥品的作用使被加工金屬表面的持定部位浸蝕溶解而形成凹凸模樣

將整個(gè)金屬表面用耐藥品浸蝕的膜（稱隔離膜式掩蔽膜）覆蓋f把表面上要求凹下去的部位的膜用機(jī)

械的或化學(xué)的方法除去一用藥水使裸露部分的金屬溶解而形成凹部例：銅版畫、照相制版法

5.其它表面裝飾方法

層壓塑料薄膜熱浸涂層：熱浸作為一種涂覆方法只適用于低熔點(diǎn)金屬暫時(shí)性防護(hù)涂層

防銹油防銹紙可剝性塑料等一些非金屬材料

第三章塑料及其工藝性

第一節(jié)塑料基本知識(shí)

一塑料的概念

（-）樹脂和塑料的概念

樹脂

天然樹脂

（i）種類：松香，蟲膠，瀝青等（H）特點(diǎn)：無明顯的熔點(diǎn)；可溶

人造樹脂：人工合成

塑料

化學(xué)方法合成主要成分一一樹脂+加入添加劑

（-）高分子和低分子的區(qū)別

?分子中所含的原子數(shù)分子量分子長度

分子結(jié)構(gòu):從低分子化合物到高分子化合物的轉(zhuǎn)變——聚合

（三）塑料的特征和用途

1.重量輕2.優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性3.優(yōu)良的電絕緣性能4.比強(qiáng)度高

5.優(yōu)良的耐磨性、自滑潤性和吸震性6.粘結(jié)能力強(qiáng)7.著色范圍廣8.卓越的成型性能

二、塑料的成分

樹脂+助劑

樹脂

在塑料中起決定作用

1.是塑料中主要的必不可少的成分2.賦予塑料的可塑性和流動(dòng)性

3.將塑料的其它成分粘和在一起4.決定塑料的性能和主要性能，如物理，化學(xué)，機(jī)械與電性能

助劑（添加劑）為了使復(fù)合物（塑料）或其制品具有某種特性而加入的一些物質(zhì)

1.填充劑2.增強(qiáng)劑3.增塑劑4.穩(wěn)定劑5.著色劑6.潤滑劑7.防靜電劑&阻燃劑

9.驅(qū)避劑10.其它助劑

（1）增塑劑

作用：提高樹脂的可塑性，柔韌性、彈性及其它的性能

①加入增強(qiáng)劑后，樹脂分子之間距離變大

②削弱了分子間的吸引力

③分子容易滑移，從而在較低的成型溫度下具有良好的可塑性和柔韌性

對增塑性的要求

①與樹脂的相溶性好

②揮發(fā)性低：減少外逸、游離、萃取和滲出

③對熱和化學(xué)試劑的溫度性好，耐光，耐熱，耐化學(xué)試劑

④毒性：污染小、無毒，無臭，不燃，吸濕性小

（2）穩(wěn)定劑

⑴作用：防止或抑制聚合物受外界因素（光、熱、細(xì)菌、霉菌以致簡單的長期存放等）所引起的破壞

作用。

⑵穩(wěn)定劑種類

①光穩(wěn)定劑：包括紫外線吸收劑和光屏蔽劑（光能轉(zhuǎn)移劑）

作用：抑制和防止樹脂受到紫外線或光的照射而發(fā)生光化降解，使其性能變化：外表開裂，

起霜，變色，退光起泡以至完全粉化。

②熱穩(wěn)定劑：抑制樹脂在加工過程中受熱的作用而降解，以提高塑件的使用壽命。例：PVCHCLf

（大量生產(chǎn)）一樹脂分子結(jié)構(gòu)破壞

③抗氧劑

許多樹脂在正?；蜉^高溫度下（貯存、使用過程或制造加工中）受到氧化作用生產(chǎn)降解，使

塑料性能惡化。

作用：加入抗氧劑可以延緩或抑制氧化工程

④轉(zhuǎn)變降解催化劑的物質(zhì)：通過加入適量的此類螯合劑，可以消除在制造工程中殘存于樹脂中的重金

屬離子等降解催化劑。

（3）填充劑

目的：改善塑料的性能，以便擴(kuò)大塑料的使用范圍，降低成本

填充劑的要求：

一般為粉末狀的物質(zhì)，加入在塑料組成的40%以下。

但是近年來發(fā)展起來的高填充低發(fā)泡制品，其填充劑的加入量可能超過40%的范圍。

（4）增強(qiáng)劑：提高機(jī)械性能

目的：加入聚合物中，使其機(jī)械性能得到增強(qiáng)提高的纖維狀或?qū)訝畈牧希ㄈ缬械膶⑵浞Q為填料）

纖維狀材料：棉花，亞麻，石棉纖維，玻璃纖維等

層狀填料：紙張，棉布，麻布，玻璃布，木片等

（5）著色劑|

給予塑料以色彩或特殊光學(xué)性能的材料

作用：使制品鮮艷,美觀；改變塑料的耐候性能、提高抗御紫外線的能力。

例：本色聚甲醛（POM）表面粉化、龜裂、機(jī)械性能下降

用碳黑著色可防止光老化

又例：要使塑料具有特殊的光學(xué)性能，可在塑料中加入珠光料，磷光色料合熒光料或金屬絮片等。

（6）潤滑劑

作用：改善塑料熔體的流動(dòng)性，減小或避免對于設(shè)備合模具的磨損和粘附，以及提高塑件表面光潔度。

在模具與坯料之間形成一層薄膜，可使加工出的塑件表面光亮美觀。

（7）防靜電劑

在塑料中加入少量防