材料与工艺学ppt课件.ppt

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1、闽南理工学院,多媒体课件,金迪,材料与工艺学,材料与工艺学,讲课学时：24实验学时：24,金迪主编,联系：qq95771335信箱：,目 录,第一章 绪论第二章金属材料及其加工技术第三章工程塑料及其加工技术第四章工业陶瓷及其加工技术 第五章玻璃及其加工技术第六章木材及其加工技术第七章 涂料及其涂装工艺,石椅木椅钢管椅,1.1 设计与材料,第一章 绪论,一、材料与造型,社会进程：石器时代、陶器时代、铜器时代、铁器时代和人工合成材料时代。不同时代生活用品材质变化：,S形塑料椅,Sacco椅,玻璃椅,充气椅子,二、造型材料的种类与基本性能,造型材料分类,按结合键性质分,金属材料高分子材料陶瓷材料复合

2、材料,按用途分,结构材料功能材料,材料的基本性能,参量：性能须量化。例如冲击韧性的单位是KJ/cm2 ， 即单位面积消耗的功。,外界条件：不同外界条件会得到相同的性能。 例如:强度，高温，抗力，屈服，反复交变载荷等。如含锌30%的黄铜,在室温下抗拉强度是313MPa。,铸造性 可锻性焊接性切削加工性热处理性,材料的基本性能,使用性能,力学性能物理性能化学性能,工艺性能,1.金属材料的性能,（1）金属材料的力学性能,强度,定义：材料抵抗外力作用下变形和断裂的能力。,主要的强度指标：,屈服强度：表示材料发生明显塑性变形时的最低应力值。 用s表示，单位为MPa。,抗拉强度：指材料在拉断前所承受的最大

3、应力。用b表示，单位MPa。,塑性,定义：在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。,判据：伸长率、断面收缩率。,伸长率：指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。用表示。,断面收缩率：指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。用 表示 。,弹性,定义：金属材料在外力作用下产生变形，当外力去除后又恢复到原来形状和大小的一种特性。,弹性极限：指材料产生完全弹性变形时所能承受的最大应力值。用e 表示，单位MPa。,弹性模量：指材料承受外力时抵抗弹性变形的能力。以E来表示，单位为MPa。,硬度,定义：指材料表面抵抗局部变形或断裂的能力。,按试验方法不同分,布氏硬度（HB）,洛氏

4、硬度（HRC）,维氏硬度（HV）,疲劳强度,定义：指材料经无数次交变载荷作用而不断裂的最大应力值。对于对称循环交变应力的疲劳强度用用-1表示，单位为MPa。,国标规定：对于钢铁材料，一般规定疲劳极限对应的应力循环次数为107，有色金属及合金为108。,冲击韧性,定义：材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。用ak表示。,（2）金属材料的物理、化学性能,主要参数,密度：材料单位体积内所含的质量,熔点：金属材料由固态转变为液态的温度,导热系数：维持单位温度梯度时，单位时间 内流经物体单位面积的热量。,线膨胀系数：温度每升高1时，金属材料 的长度增量与原长度的比值。,导电性：金属材料传导电流的能力。,（

5、3）金属材料的工艺性能,铸造性：利用金属的可熔性将其熔化后，注入 铸型制成铸件的难以程度。可锻性：金属材料在锻造过程中承受压力加工 而具有的塑性变形的能力。焊接性：材料被焊接的难易程度。切削加工性：材料进行切削加工的难易程度。 热处理性：包括的指标有淬硬性、淬透性、淬 火变形和裂纹等,2.非金属材料的性能,（1）物理性能,容重,定义：材料在自然状态下,单位体积的质量(包括孔隙和空隙）。,密度,定义：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。,孔隙,用孔隙率来衡量。孔隙率指内部孔隙体积占总体积的百分比 。,材料的胀缩,产生原因：由于大气中温度、湿度的变化或其他介质的作用引起。导致结果：材料在使用过程中

6、，其胀缩受到制品结构的限制，会造成制品开裂和变形。,（2）力学性能,强度：特别是脆性材料,要用弯曲试验 确定。单位相同。,变形：除了弹性,塑性,还有蠕变和松弛。,（3）与水相关的性能,亲水性：水滴表面与材料表面夹角90度为亲水材料。,吸水性：材料吸收水分的能力。,耐水性：在水作用下,其强度不明显降低。抗渗性：抵抗压力水渗透的能力。,（4）与热相关的性能,导热性：和金属相同。热容：加热时能吸收热量,冷却时能放出热量。耐热性：长期在热环境下,抵抗热破坏的能力。耐燃性：对火和高温的抵抗不燃烧的能力。耐火性：抵抗高热而不熔化的能力。耐久性：使用过程中受载荷及大气等正常工作,不破坏不失去原有性质。,三、

7、造型材料应具备的特性,工业造型材料的基本特性包括：感觉物性、加工成型性,表面工艺性及环境耐候性等。,1.感觉物性 通过人的感觉器官对材料的综合印象。这种感觉包括自然质感和人为质感。例如:木材,天然大理石,铝合金。,2.加工成型性 选定材料应是容易加工成型的。青铜加工成型性不好；钢铁加工成型好,应多用；工程塑料成型性好。,3.表面工艺性 表面处理改变表面状态,防腐,防化学,提高寿命,美观等。表面精加工,表面覆盖装饰,表面着色等。,4.环境耐候性 适应环境条件经得起环境因素变化的能力。例如着色铝-阳极氧化；电解铝着色(适于户外) ；室内易用有机染色，钢铁加保护层。,四、造型材料的应用和发展,表现在

8、以下几个方面：,基础材料向高质量,低成本方向发展。新型结构材料向高温高比强度方向发展。复合材料是高性能材料的一个重要发展趋势。信息功能材料及其他新材料。新材料-立体集成电路,智能传感器,光集成电路,显示材料,敏感材料,超导材料。,1.2工业造型材料的美学基础,工业造型材料美学是研究材料的审美特性和创美规律及材料的加工方法和使用方法的学科。材料美学具体化就是质感设计。,一、质感,定义：是用来标志人对物体材质的生理,心理活动的。,质感包括两个不同层次的概念:形式要素机理（即物面的几何细部特征）;内容要素质地（即物面的理化类别特征）。,两个基本属性,生理属性,如软硬,干湿,冷暖,凹凸等,物理属性,如

9、材质,类别,性质,机能等,肌理：物体表面的组织结构。它是质感最主要的特征。包括触觉肌理（如材料表面的凸凹、粗细）和视觉肌理（如金属氧化的表面、木纹等）。,质感与产品：是紧密联系在一起的,产品设计对材料进行加工处理形成具有物质功能又具有精神功能的产品。,触觉质感：靠手,皮肤接触感知物体表面特征。,触觉的构成,生理构成：视觉,压觉,痛觉,位置觉等,心理构成：快适和厌憎,物理构成,视觉质感：靠眼睛的视觉感知物体表面特征。,二、造型质感设计形式与原则,质感设计基本原则如下:,(一)配比原则：用材上有总体与局部,局部与局部的配比关系,按形式美基本法则进行配比,获得美的质感效果。,调和法则-使整体各部位物

10、面质感统一和谐。 例如塑料不与 木材搭配,机床上不与木材搭配。,对比法则-整体各部位物面质感有对比的变化,形成材质对比, 工艺对比。例如金属与非金属,人造材料与天然材料。,(二)主从原则：产品设计要有重点,主辅分开,主体在造型中起决定作用。,(三)适合原则：要考虑材质的功能和价值,质感应与适用性相符。如体育金质奖杯配檀香基座好。,三、质感设计在造型设计中的作用,提高适用性：如在方向盘上包上一层柔软造革,增加装饰性：如家电,汽车的涂装工艺。,达到多样性和经济性：材料表面装饰用塑料贴面板代替木材,表现真实性和价值性：良好的质感决定整体设计的真实性和价值性,1.3产品造型设计与工艺性,一、造型设计与

11、加工工艺,工艺方法： 如手工弯钢板不如机器弯钢板 。再如门结构，采用铸造方法造型的门,厚度大,表面平整性和边缘直线性都较差,且生产周期长。,工艺水平：结构,材料和工艺方法相同,但工艺水平不同,其效果也不同。,新工艺的采用：如精密铸件,精密模锻,挤压,轧制,工艺方法综合运用：同种材料运用不同处理方法可得到不同效果。,二、造型设计与装配工艺,基本原则：,1.避免装配时的机械加工,2.应使装配方便,3.应使拆卸方便,4.应有正确的装配基面,5.选合适的调整补偿环,6.应便于起吊,7.自动装配对零件结构的要求,易于定位,避免工件互相缠结,避免零件相互错位,三、造型设计与装饰工艺,1.线形装饰,明线装饰

12、：采用与主体材料不同装饰材料(色彩,材质)。汽车装饰条宽度20mm,中部及底部装饰条宽度 35mm-45mm。多采用铝合金材质。,暗线装饰：色彩与主体完全一致,2.色带装饰,喷涂装饰色带,单色带贴装,印刷色带的贴装,3.面板装饰,面板位置明显,重要,要简洁,大方,美观。,面板构图规律,(1)要避免单调和呆板的对称性分割，。,(2)采用非对称性分割 ，。,(3)利用斜线分割，。,(4)应用曲线分割，。,2.面板功能表现形式,(1)用线包围区分,(2)用括线区分,(3)用空格区分,(4)用色区区分,第二章 金属材料及其加工技术,2.1 常用金属材料及特性,一、金属材料的特性及分类1.金属材料的特性

13、具有良好的反射能力、金属光泽及不透明性具有良好的塑性变形能力具有良好的导电性、导热性2.常用金属材料的分类,有色金属,黑色金属,轻金属,重金属,分类：按化学成分分为碳钢和合金钢按含碳量分为低碳钢，中碳钢，高碳钢按质量分为普通钢，优质钢，高级优质钢按用途分为结构钢，工具钢，特殊用途钢,二、钢铁材料,分类,工业纯铁,钢,铸铁,（一）工业纯铁,C0.02%，塑性好，但强度低 (=180-230MPa)。,（二）钢,分类：普通碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢,1.碳钢,(1)碳及杂质对钢性能影响,碳的影响:随着含碳量增加,HB,。当含碳量0.9%时,随着C,HB;,。杂质的影响: P;,低温脆性;S

14、,FeS+Fe共晶体熔点987,热脆。,（2）碳素结构钢,1）牌号,表示方法：Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号。Q表示“屈服强度”，单位是MPa；质量等级符号为A、B、C、D。由A到D，其P、S含量依次下降，质量提高。脱氧方法符号: 沸腾钢F；镇静钢Z；半镇静钢b；特殊镇静钢TZ,举例：Q235AF表示屈服强度为235MpaA级沸腾钢。,2）用途,用于桥梁、建筑、各种型钢和铆钉、螺钉、螺母等。,（3）优质碳素结构钢,1）牌号,用两位数字表示。其中两位数字表示平均含碳量的万分数。,举例：45钢表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。高级优质钢在钢号后加字母A，如20A。,2）分

15、类,较高含锰量的优质碳素结构钢,正常含锰量的优质碳素结构钢,3）用途,广泛用于制造机器零件，故又称机械制造用钢。如08钢（WC=0.08%）、10钢（WC=0.1%）用于制作冲压成形的机器外壳、容器、罩子等；45钢（WC=0.45%）制作轴、齿轮、连杆等。,（4）碳素工具钢,1）牌号,用“T+数字+字母”表示，其中，“T”表示碳的汉语拼音字头，数字表示平均含碳量的千分数。例如T8，表示平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。含锰量较高者，在钢号后标以“锰”或“Mn”，如“碳8锰”或“T8Mn”；若在钢号后面加“A”，则表示为高级优质碳素工具钢。如T12A，表示平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢

16、。,制造各种量具、刃具等。如T7钢（WC=0.7%）主要用于制造手钳、剪刀、凿子、手锤等；T10钢（WC=1%）用于制作钻头、手用钢锯条、简单冷作模具等；T12钢用于制作铰刀、锉刀、量具等 。,2）用途,2.合金钢,定义：为了改善钢的性能，在钢中加入一种或数种合金元素的钢。,分类：合金结构钢：调质钢、弹簧钢、轴承钢 合金工具钢：刃具钢、磨具钢、量具钢特殊性能钢：不锈钢、耐热钢等。,(1)合金元素在钢中的作用,常加入的元素有：Si、Mn、Cr、Ni、W、Ti、Al、Cu、稀土元素等。,溶入固溶体中或碳化物中,固溶强化,提高合金钢的硬度,强度和耐磨性；改善热处理工艺，提高淬透性和回火稳定性,细化晶

17、粒,提高性能;改变钢的平衡状态,会使奥氏体区加大减小消失。,（1）合金结构钢,牌号：用“两位数字+元素符号+数字”表示。两位数字表示平均含碳量的万分数，元素符号为主加元素，数字表示该合金元素的百分数，平均质量分数少于1.5%时不标数,平均质量分数为1.5%2.49%、2.5%3.49%时,相应地标以2、3。滚动轴承钢用“G+Cr+铬含量”，其中，“G”表示“滚动轴承钢”。*铬含量以千分之一为单位。如“GCr15”的平均含铬量为1.5%。,举例：例如50Mn2，表示平均含碳量为0.5%，含锰量为2%左右的合金结构钢；高级优质钢在牌号后加字母A，如60Si2MnA。特级优质钢在牌号后加字母E，如3

18、0CrMnSiE。,按用途分为,工程合金结构钢-低合金高强度结构钢,机器合金结构钢,合金弹簧钢,合金渗碳钢,合金调质钢,合金轴承钢,（3）合金工具钢,牌号：用“含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+”表示。当含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如9SiCr,表示平均含碳量为0.9%，含硅、铬量为1%左右的合金工具钢。当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。,分类：按用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。但实际应用界限并非绝对,(4)特殊性能钢,牌号与合金工具钢相同，当C0.03-0.08%时,前面用0 表示。如0Cr13 C0.08%，Cr=13%。,不

19、锈钢,马氏体不锈钢 1Cr13，2Cr13等,铁素体不锈钢 1Cr17，1Cr17Ni等,奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9，1Cr18Ni9Ti,耐热钢,珠光体钢 15CrMo 12CrMoV马氏体钢 1Cr13 1Cr11MoV奥氏体钢 1Cr18Ni9Ti,耐磨钢： ZGMn13,(三）铸铁,定义：铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。,1.铸铁的成分、组织和性能,成分：C=2.5-4%、Si=1-3% 、Mn=0.5-1.4%等。,性能：具有良好的铸造性、耐磨性、吸振性及切削加工 性能，而且价格低廉，生产设备简单。,C的两种存在形式：一是游离碳（石墨G），二是化合碳（Fe3C）。,2.铸铁

20、的分类,（1）按碳存在的形态：灰口铸铁、麻口铸铁、白口铸铁,（2）按石墨的形状：灰口铸铁；可锻铸铁；球墨铸 铁；合金铸铁。,3.铸铁的牌号性能和用途,（1）灰口铸铁组织：看作是在“钢的基体“上散布着片状石墨。性能：抗压不抗拉；耐磨、消振性好；缺口敏感性低、切削加工性好等。牌号：用“HT+数字”表示。“HT”表示“灰铁”，后面的数字表示最低抗拉强度。如HT150、HT250等。（2）可锻铸铁组织： F + 团絮状G ， P + 团絮状G,性能：介于灰铸铁和球铁之间，具有较高的强度，以及较好的塑性和韧性。名为可锻，实不可锻。牌号：用“KT+ H、Z+三位数字+二位数字”表示，“KT”是“可铁”两字

21、汉语拼音字母的字首，H代表“黑心可锻铸铁”，Z代表珠光体可锻铸铁，随后加两组数字分别表示最低抗拉强度(Mpa)和最低延伸率(%)。如KTH300-06。（3）球墨铸铁定义：在浇铸前向铁水中加入一定的球化剂进行球化处理，并加入少量孕育剂以促进石墨化，获得具有球状石墨的铸铁。牌号：“QT”+“数字”+“数字”，“QT”代表球墨铸铁，牌号中的两组数字分别表示抗拉强度和伸长率的最低值， QT700-2。,三、有色金属及合金,有色金属的强度较低，但其具有一些特殊的物理化学性能：如铝、镁、钛及其合金密度小；铜、铝及其合金导电性好；镍、钼及其合金能耐高温等。因此，工业上除大量使用黑色金属外，有色金属也得到广

22、泛的应用。,(一) 铝及铝合金,1.纯铝,特点：=2.7，轻金属，T 熔 =660，导电导热性好 ,塑性好，易形成Al2O3，氧化保护膜。,分类：工业纯铝：L1 L2.L4 ， 数字越大纯度越低。 工业高纯铝：L01 L02.L04 ，纯度99.93%，数字越大纯度越高。,2.铝合金,纯铝的强度、硬度低，不适于制作受力的机械零件。向铝中加入适量的合金元素制成铝合金，可改变其组织结构，提高性能。,（1）铝合金的分类,铸造铝合金：组织中有共晶组织存在，塑性、韧性差，但是流动性好，适宜于铸造。变形铝合金：此类铝合金的塑性好，适合于压力加工 。,(2)变形铝合金,也称形变铝合金，包括防锈铝合金、硬铝合

23、金、超硬铝合金及锻铝合金等。,牌号：用LF+序号表示，即用“铝防”汉语拼音字首“LF”加顺序号表示。,1） 防锈铝合金,性能：主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。锰和镁的主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。,用途：常用于制造耐蚀性高的油罐、油箱、管道等，也在航空工业中得到广泛应用。,卫星天线（LF2）,2）硬铝合金,牌号：用LY +序号表示。硬铝的汉语拼音字头,性能：主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量锰。,用途：常用的硬铝合金如LY11、LY12等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、铆钉等。,3）超硬铝合金,牌号： LC +序号。,性能：是Al-Cu-Mg-Zn合金。是

24、目前强度最高的铝合金，比强度更高，故称超硬铝。,用途：常用合金有LC4、LC9等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机的大梁、起落架等。,飞机翼梁(腹板为硬铝合金),飞机主起落架,4）锻铝合金,牌号：LD +序号。,性能：镁和硅的作用是形成强化相Mg2Si，力学性能与锻铝相似。用途：用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等。,（3）铸造铝合金,牌号：用“ZL+三位数字”表示。其中，“ZL”表示铸铝汉语拼音字首，其中第一位数字表示合金的类别(1为A1Si系、2为A1Cu系、3为AlMg系、4为AlZn系)；后二位数字为合金顺序号，顺序不同，其化学成分也不同。,（二）

25、铜及铜合金,1.纯铜,性能：纯铜呈紫红色，故又称紫铜，其密度为8.9g/cm3，熔点为1083；具有优良的导电性和导热性；强度不高，硬度较低，塑性好。牌号：T1,T2,T3,T4，数字越大，纯度越低。,2.黄铜,分类：普通黄铜和特殊黄铜。,（1）普通黄铜,定义：以锌为主要元素的铜合金。,定义：铜锌二元合金。,牌号：由“H+数字”组成。其中“H”是“黄”字汉语拼音字首，数字是表示的Cu的质量百分数。如H62表示Cu的平均质量分数为62%，其余为Zn的普通黄铜。铸造黄铜在牌号前冠以“Z”字。,常见牌号及用途：H68,H70-称为“七三”黄铜，用于制作弹壳。H59,H62-称为“六四”黄铜，制造螺栓

26、，螺母等,（2）特殊黄铜,定义：在普通黄铜的基础上添加合金元素形成的。常加入的元素有Sn、Pb、Al等，相应称为锡黄铜，铅黄铜，铝黄铜等。,牌号：由“H+主添加合金元素符号（Zn除外）+数字-数字”组成。其中“H”是“黄”字汉语拼音字首，第一组数字是表示的Cu的质量百分数，第二组数字是表示的主添加合金元素的质量百分数，有时还有第三组数字，用以表示其它元素的质量分数（%）。如HSn62-1表示Cu62%，Sn1%，其余为Zn的加工锡黄铜。,3.青铜,定义：青铜原指铜锡合金，现将除Zn、Ni以外的合金元素为主加元素的铜合金称为青铜。,（1）锡青铜,牌号：如QSn4-3表示成分为4%Sn、3%Zn、

27、其余为铜的青铜。,常用牌号：QSn4-3、ZQSn10等。应用：用于制作弹簧、轴瓦、衬套等耐磨零件。,（2）特殊青铜（无锡青铜）,铝青铜： QAl5、QAl7、QAl9-4等。主要用于制造齿轮、轴承、摩擦片等耐磨零件。铍青铜: QBe2、QBe1.9等.用于制造重要的精密弹簧、膜片等弹性元件等。被称为“有色弹性材料之王 ”。,4.轴承合金,分类：滑动轴承和滚动轴承滑动轴承的构成：轴承体和轴瓦轴承合金：制造轴瓦和内衬的耐磨合金。,轴承合金的性能要求:良好的力学性能;良好的导热性和耐蚀性;良好的耐磨性和磨合性等。,轴承合金的组织：在软的基体上，弧立地分布着硬质点，属于此组织的有锡基和铅基轴承合金。

28、在较硬的基体分布着软的质点，属此有铜基及铝基轴承合金。,四、在造型设计中金属材料的选用,材料设计包括选用和材料加工。金属材料是重要内容。对产品质量,可靠性,寿命,外观起决定作用。,选用依据有以下几点:,定义：在外力作用下产生过度弹性及塑性变形,失去正常工作所必须的形状尺寸精度。如轴,齿轮,弹簧.易产生变形失效。对此应选屈服强度,屈强比,弹性极限,弹性模量高的材料。,2.断裂失效,（一）根据使用性能选材1.变形失效,塑性断裂失效:塑性变形后断裂。是构件承受的应力超过了材料的强度极限引起的。应选高强度的材料。低应力脆性断裂: 高强度材料如转子轴,锤杆存在裂纹源,在低应力下不发生塑变即断裂。应选强韧

29、性好的材料。疲劳断裂:交变应力作用下,疲劳裂纹扩展而成。是零部件主要失效形式。如轴,齿轮,弹簧。应选用疲劳强度较高的材料。,3.表面损伤失效 磨损失效: 因接触物相对摩擦磨损,不能继续工作称为磨损失效。如齿轮齿面,刀具刃口。为此选用与配合件性质不同且表面硬度高摩擦系数小或有自润滑能力的材料。表面腐蚀失效:因化学或电化学作用,构件表面被腐蚀,形状尺寸发生变化。对此防腐处理。表面疲劳损伤失效:因交变接触应力引起。应减少构件的表面粗糙度和表面强化处理。,（二）根据工艺性能选材,铸造性:对受力不大,结构复杂的选择铸造成型。锻造性:受力大。自由锻不复杂；复杂进行锻造成型。焊接性:体积大,要求气密性好的采

30、用焊接成型。,（三）选材的经济性,在满足使用要求的前提下，选用材料时还应注意降低零件的总成本。,2.2 金属材料成型与工艺性,金属材料常用的加工工艺方法：铸造、压力加工、焊接、切削加工等。工艺性能：是指金属材料所具有的能够适应各种加工工艺要求的能力。,一、铸造加工及其工艺性,定义：把熔化的金属液浇注到与零件形状相适应的铸型中，使其凝固获得铸件和毛坯的方法。,分类：,砂型铸造,特种铸造,熔模铸造金属型铸造离心铸造压力铸造,特点：,适应性广-不受零件大小形状及结构复杂程度限制。不受合金种类限制。成本低廉-原材料便宜,切削加工余量少,设备投资少,工艺简单。但力学性能低,晶粒粗大,有缩孔缩松,工人劳动

31、强度大。,(二)砂型铸造,手工造型,机器造型,造型方法,特点：操作灵活，适应性强，成本低，但生产率低等。,应用：新产品试制等。,1.手工造型,2.机器造型,定义：将手工造型中的紧砂和起模实现了机械化。特点：生产率高，尺寸精度高，节约金属；改善了劳动条件；设备投资较大。应用：只适用于中、小铸件成批或大量的生产。,1.熔模铸造,定义：指用易熔材料（如蜡料）制成模样，在模样上涂覆若干层耐火材料制成型壳，熔出模样后经高温焙烧，即可浇注的铸造方法。又称失蜡铸造。,应用：各种铸造合金，特别适于高熔点、难加工合金的小型铸件的成批、大量生产。,特点：铸件尺寸精度高，表面光洁；可铸造形状复杂零件；适于铸造小尺寸

32、的各类合金铸件，特别是少切削或 无切削精密铸件。铸件尺寸不能太大，质量一般小于25Kg。,(三)特种铸造,熔模铸造,2.金属型铸造,定义：指在重力作用下将金属液浇注入金属铸型获得铸件的方法。 也称永久型铸造。,应用范围：主要用于有色金属件的大批量生产。例如：铝活塞、汽缸体等。,自己活着，就是为了使别人活得更美好。雷锋,特点：可重复使用，生产效率高，劳动条件好，但成本高；铸件精度高，表面粗糙度较低；铸件的力学性能好。,金属型铸造,3.离心铸造,定义：将金属液浇入高速旋转（2501500r/min）的铸型中，并在离心力作用下充型和凝固的铸造方法。,应用：主要用于大批量生产空心回转体铸件。例如铸铁管

33、、汽缸套、铜套等。,特点：工艺过程简单；力学性能较好；便于制造“双金属”铸件；,离心铸造,（四）铸造方法选择,各种铸造方法各有优缺点。砂型铸造应用广，表2-7。,练习：试选铸造方法：床身,活塞，汽轮机叶片,汽缸套，摩托车汽缸体，齿轮铣刀，大口径污水管。,(五)铸件的结构工艺性,1.铸造方法对铸件结构的要求,对铸造结构复杂的要求对铸件尺寸精度和表面粗糙度的要求对铸型重量和壁厚的要求,2.各种铸造合金对铸件结构的要求,不同铸造合金铸造性能不同,对结构要求不同。球墨铸铁的铸造性稍差,有较大缩孔倾向,设计铸型要壁厚均匀。,3.砂型铸件的结构设计,减少分型面,力求外形简单，图2-4。,减少型芯或不用型芯

34、,装配清理,排气方便，图2-5。,结构斜度:不加工面应设计结构斜度，图2-6，表2-8。,铸件应有合理的壁厚，表2-9，图2-7。,铸件壁厚应力求均匀:不同壁厚要圆角过渡。应避免壁与壁的交叉和锐角连接，图2-8，表2-10。,应尽量避免铸件有过大水平面，图2-9、图2-10。,二、 压力加工及其工艺性,压力加工：在外力作用下,使金属产生塑性变形,获得一定形状尺寸的原材料及毛坯、零件的加工方法。,（一）压力加工方法简介,压力加工分为轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻、板料冲压。1.轧制定义：在上下轧辊之压力下产生连续塑性变形。主要生产型材,圆钢,角钢,T字钢,钢轨。,2.挤压定义：在挤压模内用大的压

35、应力使之变形。挤压方式：正挤压；反挤压；复合挤压；径向挤压。,3.拉拔定义：坯料在拉力作用下，通过模孔而使截面减小变形，适于线材，型材。,4.自由锻,定义：利用冲击力或压力使金属坯料在上下砥铁之间,施以冲击力和静压力使其产生变形的加工方法。,定义:在外力作用下使坯料在模型内成型,从而获得与模膛形状一致的锻件。,5.模型锻造,6.板料冲压,定义：利用冲模使板料产生分离或变形获得所需零件和毛坯的压力加工方法。,特点：形状复杂,废料少;精度,光度高,互换性好;重量轻,强度刚度高;操作简便生产率高;适于低碳钢,高塑性合金钢,有色金属,汽车,拖拉机等。,（二）金属材料的可锻性,定义：金属材料进行压力加工

36、的难易程度。,衡量指标：塑性和变形抗力。,影响可锻性的因素:,1.化学成分和组织结构化学成分-纯金属塑性好,可锻性好;铁合金中随含碳量的增加使塑性下降,可锻性变差;S、P的增加使可锻性变差。金属组织结构-单一组织可锻性好; 固,纯机械混合物; AF+P; 面心立方体心立方; 碳化物弥散好于网状; 细晶粗晶。,2.变形条件,变形温度：提高变形温度可增大金属材料的塑性并降低变形抗力。但要避免过热和过烧。加工硬化严重会造成裂纹。变形速度：单位时间内变形程度。当小于Va时,随着v 塑性抗力，可锻性；当大于Va时,机械能转成热能,塑性，v，塑性，抗力，可锻性。 应力状态: 拉拔时变形材料呈两向压应力和一

37、向拉应力状态。模锻时金属材料呈三向压应力状态。变形中三向应力状态中的压应力数目越多,塑性越好,抗力稍大,可锻性好。,（三）压力加工零件的结构工艺性,不仅要有良好使用性能,还要考虑加工工艺特点,使零件便于加工,降低成本,提高生产率。,1.自由锻件的结构工艺性,2.模锻件结构工艺性1）合理的分模面2）加工余量、园角、斜度3）避免高筋、薄壁突起,4）避免深孔、多孔5）采用锻造焊接结构,3.冲压件结构工艺性1）落料和冲孔的要求,2）弯曲件要求,3）拉深件要求4）冲压结构的合理应用,三、焊接技术及其工艺性,焊接：通过加热或加压或同时加热又加压,使原子扩散与结合,从而形成一个整体。,焊接实质：用加热或加压

38、等手段，借助于金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来。,（一）金属的焊接方法,分类：根据焊接过程特点的不同，焊接方法可以分为三大类。,志不强者,智不达 墨翟,压力焊,摩擦焊,超声波焊,爆炸焊,扩散焊,高频焊,钎焊,软钎焊,硬钎焊,熔焊,电弧焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊,手弧焊,气体保护焊,埋弧焊,电阻焊,特点： 1.与铆接比，工艺简单省金属；,2. 气密、水密性能好。,球形储气罐,3.由小拼大，异材焊。,4.易于控制效率高。,(二)金属材料的焊接性,1.焊接性,定义：指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。,它包括两方面内容： 接合性能：即在一定的焊

39、接工艺条件下，形成焊接缺陷的敏感性。使用性能：即在一定的焊接工艺条件下，焊接接头对使用要求的适应性。,2.影响焊接性的主要因素,1)金属材料的化学成分。 钢随含碳量增加可焊性变差。,2)焊接工艺方法。气焊焊铝及铝合金不好;氩弧焊质量好。3)焊接材料:焊条焊丝焊剂直接影响质量,焊补铸铁时,一般焊条质量差,镍基焊条质量可改观。4)焊接的结构型式:厚度刚度大的件,易于产生应力和裂纹。5)环境条件:温度低易于产生应力裂纹,高温易蠕变。6)工艺参数:焊接电流,焊接速度,预热,缓冷。,3.估算钢焊接性的碳当量法,碳当量法是简便估算法:,C当越大，钢材热影响区的淬硬和冷硬倾向就越大，焊接性就越差。根据经验:

40、C当0.4，焊接性良好； C当0.4-0.6，焊接性中等； C当0.6，焊接性较差。,（三）焊接结构工艺性,1.焊接方便,（2）焊缝布置,（3）节省材料,（4）改善劳动条件容器尽量在外面焊接。（5）避免仰焊焊缝,四、 切削加工及工艺性,定义：利用刀具切削掉多于金属，获得符合要求的几何形状，尺寸及表面粗糙度的机械零件。,（一）金属切削加工的分类,1.钳工,定义：利用各种手工工具对金属材料进行切削加工。,基本的加工方法：划线，锯割，锉削，钻孔，攻丝等。,2.机械加工,定义：通过工人操纵机床对工件进行切削加工。,主要方法：车，钻，铣，刨，磨等。,（二）金属切削机床分类,按加工方式，加工对象分为大类：

41、车床，钻床，镗床，磨床，齿轮加工机床，螺纹加工机床，铣床，刨床，拉床，特种加工机床，锯床，其他机床等。金属切削机床按照万能程度分类：1）通用机床（万能机床）：加工多种零件的不同工序。2）专门化机床：不同尺寸的这一类或几类零件的某一种或某几种特定加工工序。3）专用机床：某一种或某几种零件的特定工序。,（三）工件材料的切削加工性,1.衡量切削加工难以程度的标准,U60：一定耐用度下允许切削速度的大小。 U60越大，切削性越好。R：表面粗糙度。 R越小，切削性越好。,2.改善金属材料切削加工性的措施,低碳钢和中碳钢通过冷拔降低塑性，提高U60；通过热处理改善材料的显微组织；在不影响材料使用性能的前提

42、下，可加入一些有利于切削的合金元素，易切钢。,（四）切削加工零件结构工艺性,1.零件结构应该使加工方便1）便于装卡,2）减少工件安装次数,3）减少刀具调整次数,4）采用标准刀具,5）尽量避免内表面的加工,6）便于加工时的进刀和退刀,2.零件的结构应有力于提高刀具的刚度、寿命和减少切削加工量（1）减少切削加工量,2）应有力于提高刀具的刚度、寿命,3）使用型材，减少加工量,2.3金属表面处理与装饰工艺,一、金属材料的表面处理,定义：金属材料表面的原子层与某些特定介质的阴离子反应后在金属材料表面生成膜层。该层为转化膜。,转化膜：分为电化学转化膜和化学转化膜两类。,(一)铝及合金的氧化与着色处理,1.

43、铝及合金的电化学氧化,过程：铝作阳极氧化,零件作阴极,1)氧化膜的性质氧化膜的多孔性 吸附性 硬度,绝缘性和绝热性 作有机涂层的底色,2.铝及其合金的化学氧化,过程：把工件置于含有碱金属和碱金属的铬酸盐溶液中,铝和溶液互相作用。生成氧化铝和氢氧化铝的薄膜。强度低,作底层。,3.铝及其合金氧化膜的着色1）化学染色法：把氧化后的制件用有机染料或无机染料的水溶液来染色。 2）整体着色法：是无机着色方法。可产生金黄色,古铜色,灰色和黑色 3）电解着色法：氧化膜在金属盐的着色液中电解着色 4）干涉着色法：在氧化,电解着色间加一扩孔步骤,(二）钢铁的氧化与磷化处理,1.钢铁的氧化处理(发黑处理),在浓碱液

44、中煮沸,表面生成四氧化三铁，又称发蓝、发黑，不氢脆,可对弹簧,薄钢片等高强钢发蓝处理。,2.钢铁的磷化处理,浸入磷酸盐溶液中,生成磷酸盐膜，是氧化过程。有色金属也都可磷化。耐蚀,吸附油,不影响焊接,绝缘性好。,(三)铜及铜合金的氧化处理,1.过硫酸盐碱性溶液氧化法过程：过硫酸盐碱性溶液由氢氧化钠和过硫酸盐组成。经60-65浸煮五分钟后,生成黑色氧化膜。,2.铜氨溶液化学氧化法：适于黄铜件,膜为蓝黑色。3.古铜色化学氧化铜镀层：镀铜后在硫酸中活化再以过硫酸盐碱性溶液氧化。4.碱性溶液电化学氧化法：工件为阳极,在氢氧化钠中通电。,二、金属材料的表面装饰,1.镀层装饰技术,在金属表面形成有色金属特性

45、的镀层。增加耐蚀,耐磨,增强色彩,光泽。镀层装饰金属有Cu,Ni,Cr,Fe,Zn,Sn,Al等及其合金。,2.涂层装饰技术,表面以有机物为主体的涂层，干燥成膜。作用：保护;装饰;特殊作用,如隔热绝缘。,3.搪瓷被覆技术,用玻璃质材料在金属制品表面形成被覆层,然后在800烧制。铁,铜,铝,金等都可用此法。,三、其他面饰工艺,(一)表面精加工,1.切削与研削。2.研磨(机械研磨,电解研磨,化学研磨)。3.蚀刻。,(二)其他表面装饰方法,1.层压塑料薄膜,过程：用层压法把塑料薄膜粘结在钢板上,制成薄膜钢板。薄膜材料有：丙烯酸树脂膜,氯乙烯膜,聚乙烯膜,聚氟乙烯膜。,2.热浸涂层定义：把金属件浸入熔

46、融金属液中获得涂层。常用的方法有热浸锌层，热浸锡层，热浸涂铅。3.暂时性防护涂层 其主要材料是防锈油防锈纸,可剥性塑料。,第三章 工程塑料及其加工技术,3.1 常用塑料及性能,一、高分子化合物及工程塑料,定义：是以高分子化合物为主要组分的材料，又称为高分子化合物或聚合物。,高分子化合物的组成：由简单的结构单元重复连接而成。如由乙烯合成聚乙烯: CH2=CH2+CH2=CH2+-CH2-CH2-CH2-CH2- ,单体：组成聚合物的低分子化合物，聚乙烯的单体聚合度：高分子链中链节的重复次数.如聚乙烯：链节：大分子链中重复结构单元(聚乙烯中,高分子化合物的合成,加聚反应:分子与分子相连，形成一条大

47、分子链。缩聚反应:低分子化合物聚合，在生成高分子化合物的同时，有水、氨气等低分子物质析出。,高分子材料多采用习惯命名。常用的有：在原料单体名称前加“聚”字，如聚乙烯、聚氯乙烯在原料单体名称后加“树脂”，如环氧树脂等。采用商品名称，如尼龙、涤纶等。采用英文字母缩写，如聚乙烯用PE等。,二、工程塑料的分类及其性质,塑料：是一种以有机合成树脂为主要组成的高分子材料，它通常可在加热、加压条件下塑制成型，故称为塑料。,塑料的组成：合成树脂+添加剂。,1.分类,按受热时行为,热塑性塑料,热固性塑料,按使用范围,通用塑料,工程塑料,特种塑料,2.性能,1)重量轻。2)耐腐蚀性好。3)绝缘性好。4)比强度高。

48、5)减磨耐磨性好。 塑料还具有高弹性,吸震,隔热等优点。但塑料的强度,硬度及弹性模量低于金属;同时还具有易老化,热膨胀系数大,耐热性差等缺点。,三、工程塑料及其在产品中的应用,聚乙烯（PE）:结构最简单的塑料。性能：半透明材料，分为高压聚乙烯、中压聚乙烯和低压聚乙烯。其无毒。,应用：化工用管道，电线、电缆包皮，承载小的齿轮、轴承；瓶、食品包装、保温瓶壳、茶杯、奶瓶等。,保鲜膜,聚丙烯（PP）：最轻且价廉的塑料 。性能：力学性能、耐热性（150）最高，密度最低，但低温脆性大。无毒无味。应用：电视机、收音机、电话机、电扇、电机罩等壳体等；微波炉餐具、椅子、安全帽；PP膜可作香烟、食品的包装膜等。,

49、PP,PP,聚苯乙烯（PS）：最鲜艳且成形性特好的塑料. 特点：极易染成鲜艳颜色、透明度好，有光泽，成型性突出，电绝缘性好，脆性大，户外长期使用易变黄变脆。应用：各类电器配件、壳体、一般光学仪器、灯罩、玩具、建筑广告装饰板、磁带盒、笔杆、饭盒等。,聚氯乙烯（PVC）:是一种热塑性的全能塑料。性能：强度、硬度均高于PE，绝缘性和耐蚀性好，但热稳定性、耐寒性差，一般在-1560 使用。因其有毒，不能包装食品（因添加剂导致）。应用：适用于如输油管、容器、阀门管件等耐蚀结构件及农用薄膜、雨衣、桌布，化妆品的硬质外包装，电线绝缘护套、插头插座壳、玩具等用途最广的通用塑料。,农用薄膜,ABS塑料:强韧易成

50、形的白色塑料。性能：综合性能好，价格低、坚韧、质硬、刚性好的材料。 应用：电视机、洗衣机、计算机等壳体；汽车上仪表盘、方向盘、挡泥板、手柄以及小轿车车身等。,ABS,聚碳酸酯(PC)：誉称“透明金属”。性能：优良的抗冲击性和透明度，集刚、硬、韧、透明为一体的典型塑料。阻燃性好，自熄性材料，透明无毒。 应用：光盘、灯罩、防护玻璃、手机壳体、精密仪器中齿轮、相机零件、太空杯、餐具等。,PC挡风板,太空杯,聚酰胺(PA)：强韧而耐磨耐油的塑料。商品名称为尼龙或锦纶。性能：优良的耐磨性、减摩性和自润滑性。优异的耐油性和气体阻隔性；耐疲劳性好；吸湿性较大。 应用：机械行业中应用广泛，如轴承、齿轮、凸轮等