金屬及加工工藝課件

第二章金屬及加工工藝

第二章金屬及加工工藝

1金屬及加工工藝課件2金屬概述

金屬材料的性能

金屬材料的加工工藝

產(chǎn)品造型設(shè)計中常用的黑色金屬

產(chǎn)品造型設(shè)計中常用的有色金屬

金屬材料在產(chǎn)品中的運用金屬概述

金屬材料的性能

金屬材料的加工工藝

產(chǎn)品造型設(shè)32.1金屬概述金屬的生產(chǎn)和使用，開創(chuàng)了人類文明新的歷史青銅器時代鐵器文化煉金術(shù)時代輕金屬開發(fā)時代2.1金屬概述金屬的生產(chǎn)和使用，開創(chuàng)了人類文明新的歷史4煉金術(shù)是中世紀(jì)的一種化學(xué)哲學(xué)的思想和始祖，是化學(xué)的雛形。其目標(biāo)是通過化學(xué)方法將一些基本金屬轉(zhuǎn)變?yōu)辄S金，制造萬靈藥及制備長生不老藥?，F(xiàn)在的科學(xué)表明這種方法是行不通的。但是直到19世紀(jì)之前，煉金術(shù)尚未被科學(xué)證據(jù)所否定。包括牛頓在內(nèi)的一些著名科學(xué)家都曾進行過煉金術(shù)嘗試。近代化學(xué)的出現(xiàn)，使人們對制金的可能性產(chǎn)生了懷疑，到了17世紀(jì)以后，煉金術(shù)遭到了批判。煉金術(shù)的希望破滅了。煉金術(shù)是中世紀(jì)的一種化學(xué)哲學(xué)的思想和始祖，是化學(xué)的雛5常見合金簡介無聲金屬記憶合金吸附合金彩色不銹鋼合金常見合金簡介無聲金屬6（一）無聲合金

鑄鐵、錳鋼合金、鐵鉻合金在機械加工時能把大量的振動能轉(zhuǎn)化為材料的熱能散發(fā)出去，從而使振動和噪聲都迅速衰減，所以稱他們?yōu)闊o聲合金。（一）無聲合金7（二）記憶合金

鎳鈦合金，具有“記憶功能”，無論外力將其作用成什么樣子。只要遇到特定的溫度條件，就會立即喚醒記憶，恢復(fù)自己的原形，人們把它成為記憶合金。（二）記憶合金8（三）吸附合金

氫吸附合金，當(dāng)這種合金經(jīng)過加熱或減壓后，它又會重新還原成金屬和氫氣。（三）吸附合金

氫吸附合金，當(dāng)這種合金經(jīng)過加熱或減9（四）彩色不銹鋼合金

在不銹鋼表面形成一層無色透明的氧化膜對光的反射不同，從而顯示藍(lán)色、金色、紅色、綠色等，耐腐蝕性耐熱性都優(yōu)于普通的不銹鋼。（四）彩色不銹鋼合金102.2金屬材料的性能2.2.1一般特性晶格體結(jié)構(gòu)的固體，由金屬鍵結(jié)合而成電與熱的良導(dǎo)體表面色彩與光澤良好的展延性可形成合金，改善金屬的性能易于氧化

金屬材料的優(yōu)缺點2.2金屬材料的性能2.2.1一般特性11為更合理使用金屬材料，充分發(fā)揮其作用，必須掌握各種金屬材料制成的零、構(gòu)件在正常工作情況下應(yīng)具備的性能（使用性能）及其在冷熱加工過程中材料應(yīng)具備的性能（工藝性能）。

材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔點、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、磁性等）、化學(xué)性能（耐用腐蝕性、抗氧化性），力學(xué)性能也叫機械性能。

材料的工藝性能指材料適應(yīng)冷、熱加工方法的能力。

為更合理使用金屬材料，充分發(fā)揮其作用，必須掌握各種金12

機械性能是指金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的特性。

1、強度：材料在外力（載荷）作用下，抵抗變形和斷裂的能力。材料單位面積受載荷稱應(yīng)力。

2、屈服點（бs）：稱屈服強度，指材料在拉抻過程中，材料所受應(yīng)力達(dá)到某一臨界值時，載荷不再增加變形卻繼續(xù)增加或產(chǎn)生0.2%L。時應(yīng)力值，單位用牛頓/毫米2（N/mm2）表示。

3、抗拉強度（бb）也叫強度極限指材料在拉斷前承受最大應(yīng)力值。單位用牛頓/毫米2（N/mm2）表示。

2.2.2金屬材料的機械性能

2.2.2金屬材料的機械性能134、延伸率（δ）：材料在拉伸斷裂后，總伸長與原始標(biāo)距長度的百分比。

5、斷面收縮率（Ψ）:材料在拉伸斷裂后、斷面最大縮小面積與原斷面積百分比。

6、硬度：指材料抵抗其它更硬物壓力其表面的能力.

7、沖擊韌性（Ak）：材料抵抗沖擊載荷的能力.

4、延伸率（δ）：材料在拉伸斷裂后，總伸長與原始標(biāo)距長142.2.3金屬材料的工藝性能

指材料承受各種加工、處理的能力的那些性能。

1、鑄造性能：指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能，主要包括流性能、充滿鑄模能力；收縮性、鑄件凝固時體積收縮的能力；偏析指化學(xué)成分不均性。

2、焊接性能：指金屬材料通過加熱或加熱和加壓焊接方法，把兩個或兩個以上金屬材料焊接到一起，接口處能滿足使用目的的特性。

金屬及加工工藝課件15

3、冷彎性能：指金屬材料在常溫下能承受彎曲而不破裂性能。4、沖壓性能：金屬材料承受沖壓變形加工而不破裂的能力。在常溫進行沖壓叫冷沖壓。檢驗方法用杯突試驗進行檢驗。

5、鍛造性能：金屬材料在鍛壓加工中能承受塑性變形而不破裂的能力。

3、冷彎性能：指金屬材料在常溫下能承受彎曲而不破裂性能162.2.4化學(xué)性能

指金屬材料與周圍介質(zhì)接觸時抵抗發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的性能。

1、耐腐蝕性：指金屬材料抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力。

2、抗氧化性：指金屬材料在高溫下，抵抗產(chǎn)生氧化皮能力。2.2.4化學(xué)性能

指金屬材料與周圍介質(zhì)接觸時抵172.3金屬材料的加工工藝

2.3.1金屬的成型加工金屬的主要成型方法：鑄造、塑性加工、焊接和切削加工等2.3.1.1鑄造加工:鑄造基本原理:金屬鑄造是將熔融態(tài)金屬澆入鑄型后，冷卻凝固成為具有一定形狀鑄件的工藝方法。工藝特點:適應(yīng)性強成本低廉鑄造方法：砂型鑄造特種鑄造

2.3金屬材料的加工工藝

2.3.1金屬的成型加工18金屬及加工工藝課件19金屬及加工工藝課件20金屬及加工工藝課件21金屬及加工工藝課件22鑄造一般按造型方法來分類，習(xí)慣上分為普通砂型鑄造和特種鑄造（熔模鑄造，金屬型鑄造，壓力鑄造，離心鑄造）。鑄造工藝可分為三個基本部分，即鑄造金屬準(zhǔn)備、鑄型準(zhǔn)備和鑄件處理。鑄造特點：（1）適應(yīng)性強（2）成本低廉鑄造一般按造型方法來分類，習(xí)慣上分為普通砂型鑄造和特種鑄造（23特種鑄造:有別于砂型鑄造的其他鑄造方法統(tǒng)稱為特種鑄造其生產(chǎn)過程易于實現(xiàn)機械化、自動化，鑄件精度較高，表面粗糙度低，但它的適應(yīng)性差。特種鑄造:有別于砂型鑄造的其他鑄造方法統(tǒng)稱為特種鑄造24熔模鑄造：打高爾夫球的人總希望用頭更大的球桿打球。鈦的比重小，強度大，可以把球頭做得更大，而不會增加球桿的總重量熔模鑄造：25熔模鑄造又稱“石蠟鑄造"，通常是在蠟?zāi)１砻嫱可蠑?shù)層耐火材料，待其硬化干燥后，將其中的蠟?zāi)Ｈ廴ザ瞥尚蜌?，再?jīng)過焙燒，然后進行澆注，而獲得鑄件的一種方法，由于獲得的鑄件具有較高的尺寸精度和表面光潔度，故又稱"熔模精密鑄造"

熔模鑄造又稱“石蠟鑄造"，通常是在蠟?zāi)１砻嫱可蠑?shù)層耐火材料，26熔模鑄造鈦合金開式葉輪

熔模鑄造鈦合金開式葉輪27金屬型鑄造:將液態(tài)金屬澆入金屬鑄型，從而獲得鑄件金屬型鑄造:將液態(tài)金屬澆入金屬鑄型，從而獲得鑄件28壓力鑄造：在壓鑄機上以較高的壓力和速度將壓室內(nèi)的金屬液壓射到模腔中，并在壓力作用下使金屬液迅速凝固成鑄件。大型鋁合金鑄件

壓力鑄造：在壓鑄機上以較高的壓力和速度將壓室內(nèi)的金屬液壓射到29壓鑄特點

高壓和高速充填壓鑄型是壓鑄的兩大特點。與其它鑄造方法相比，壓鑄有以下三方面優(yōu)點：

1.產(chǎn)品質(zhì)量好

鑄件尺寸精度高；表面光潔度好；強度和硬度較高，尺寸穩(wěn)定；可壓鑄薄壁復(fù)雜的鑄件。

壓鑄特點

高壓和高速充填壓鑄型是壓鑄的兩大特點。與其302.生產(chǎn)效率高

機器生產(chǎn)率高，平均八小時可壓鑄600～700次，小型熱室壓鑄機平均每八小時可壓鑄3000～7000次；壓鑄型壽命長，壽命可達(dá)幾十萬次，甚至上百萬次；易實現(xiàn)機械化和自動化。

2.生產(chǎn)效率高

機器生產(chǎn)率高，平均八小時可壓鑄600313.經(jīng)濟效果優(yōu)良

由于壓鑄件尺寸精確，表泛光潔等優(yōu)點。一般不再進行機械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金屬利用率，又減少了大量的加工設(shè)備和工時；鑄件價格便易。

3.經(jīng)濟效果優(yōu)良

由于壓鑄件尺寸精確，表泛光潔等優(yōu)點32缺點:

1)壓鑄時由于液態(tài)金屬充填型腔速度高，流態(tài)不穩(wěn)定，鑄件易產(chǎn)生氣孔，不能進行熱處理；

2）高熔點合金（如銅，黑色金屬），壓鑄型壽命較低；

3）不宜小批量生產(chǎn)，其主要原因是壓鑄型制造成本高，壓鑄機生產(chǎn)效率高，小批量生產(chǎn)不經(jīng)濟。缺點:

1)壓鑄時由于液態(tài)金屬充填型腔速度高，流態(tài)不穩(wěn)定，33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。立式離心鑄造示意圖1-澆包2-鑄型3-液體金屬4皮帶輪和皮帶5-旋轉(zhuǎn)軸6-鑄件7-電動機離心鑄造：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34金屬及加工工藝課件35離心鑄造的鋼管離心鑄造的鋼管362.3.1.2金屬塑性加工

金屬塑性加工原理及特點金屬塑性加工是指在外力作用下，使金屬坯料產(chǎn)生預(yù)期的塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和機械性能的毛坯或零件的加工方法。利用金屬塑性成型過程不僅能得到強度高、材料消耗少等優(yōu)點，使其在各行業(yè)中成為不可缺少的材料成型方法。2.3.1.2金屬塑性加工37金屬塑性加工過程鍛造：利用手捶、鍛捶、或壓力設(shè)備上的模具對加熱的金屬坯料施力，使金屬材料在不分離條件下產(chǎn)生塑性變形，以獲得形狀、尺寸和性能符合要求的零件。鍛造按成型是否用模具通常分為：自由鍛和模鍛鍛造按加工方法分為：手工鍛造和機械鍛造冰斧的前、后鎬由機械鍛壓合金鋼制造而成金屬塑性加工過程38鍛造圓鋼鍛造圓鋼39鍛造中空軸鍛造中空軸40精密鍛造模精密鍛造模41

2軋制將金屬靠摩擦力的作用，連續(xù)通過軋機上兩個相對回轉(zhuǎn)軋輥之間的空隙，進行壓延變形成為型材的加工方法。按軋制溫度分：熱軋和冷軋熱軋是將材料加熱到再結(jié)晶溫度以上進行軋制，它變形抗力小，變形量大，生產(chǎn)效率高，適合軋制較大斷面尺寸，塑性較差或變形量較大的材料。

42金屬及加工工藝課件43金屬及加工工藝課件44熱連軋鋼板產(chǎn)品熱連軋鋼板產(chǎn)品45是以熱軋卷為原料，在室溫下在再結(jié)晶溫度以下進行軋制而成，包括板和卷。其中成張交貨的稱為鋼板，也稱盒板或平板；長度很長、成卷交貨的稱為鋼帶，也稱卷板。

冷軋板卷冷軋板卷46冷軋廠產(chǎn)品卷板冷軋廠產(chǎn)品卷板47平板平板48彩板彩板49產(chǎn)品產(chǎn)品503.擠壓將金屬坯料置于一封閉的擠壓模內(nèi)，用強大的擠壓力將金屬從模孔中擠出成型，從而獲得符合?？捉孛娴呐髁匣蛄慵募庸し椒?。3.擠壓51冷擠壓產(chǎn)品

冷擠壓產(chǎn)品

524、拉拔:用拉力使大截面的金屬坯料強行穿過一定形狀的拉拔模的?？?，以獲得所需斷面積形狀和尺寸的小截面毛坯或制品的工藝過程。4、拉拔:53

拉拔產(chǎn)品

各種規(guī)格的金屬絲

拉拔產(chǎn)品

各種規(guī)格的金屬絲

545.沖壓金屬板料在沖壓模之間受壓力產(chǎn)生分離或產(chǎn)生塑性變形的加工方法。優(yōu)點：改善金屬的內(nèi)部組織，提高金屬的機械性能。生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品尺寸均勻一致，表面光潔。

缺點：只適用于加工塑性金屬材料，對于脆性材料如鑄鐵、青銅等則無能為力；不適于加工形狀太復(fù)雜的零件。5.沖壓55沖壓加工方法適應(yīng)范圍廣，從1克重的表針到幾百噸重的發(fā)電機大軸均可生產(chǎn)。廣泛應(yīng)用于航空、汽車、儀器儀表、電器等工業(yè)部門和生活日用品的生產(chǎn)。沖壓的軸承沖壓加工方法適應(yīng)范圍廣，從1克重的表針到幾百噸重的56生活日用品生活日用品57沖壓的消聲器沖壓的消聲器58五金沖壓雜件五金沖壓雜件592.3.1.3金屬的焊接加工金屬焊接加工原理及特點將分離的金屬用局部加熱或加壓等手段，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，形成永久接頭的過程稱為焊接。與鉚接比較：焊接具有節(jié)省材料、減輕質(zhì)量、接頭的密封性好，可承受高壓，簡化加工與裝配工序等優(yōu)點

金屬及加工工藝課件602金屬的焊接加工方法分類：按其過程特點分為三大類：熔焊、壓焊和釬焊。熔焊。熔焊是將母材接頭加熱到溶化溫度以上，使他們在液態(tài)下相互熔合，從而冷卻凝固在一起的焊接方法。熔化焊接由于加熱方式及熔煉方式的區(qū)別，有以下幾種類型。2金屬的焊接加工方法分類：61氣焊

氣焊

62

電子束焊接:是利用高壓靜電場把熱陰極發(fā)射的電子會聚成電子束，經(jīng)電磁聚焦成一能量密度極高的小斑點，轟擊被焊工件，使焊縫兩側(cè)的金屬迅速熔化，實現(xiàn)焊接目的的一種工藝技術(shù)。電子束焊接:是利用高壓靜電場把熱陰極發(fā)射的電子會聚成63熔焊機熔焊機64壓焊：在壓力作用下，被焊的分離金屬結(jié)合面處產(chǎn)生塑性變形而使金屬連接成整體的工藝。冷壓焊是在室溫下，借助壓力使待焊金屬生產(chǎn)塑性變形而實現(xiàn)固態(tài)焊接的方法。壓焊：在壓力作用下，被焊的分離金屬結(jié)合面處產(chǎn)生塑性變形而使金65鋁壓焊機(圖)鋁壓焊機(圖)66釬焊:釬焊是一種在金屬與金屬表面之間及陶瓷與金屬表面之間形成冶金接合的工藝.釬焊與錫焊的不同之處在于，釬焊只是焊料熔化，基體材料不熔化。為確保釬焊合金材料比基體金屬的熔點低，釬焊合金可含有溫度抑制材料例如硅和/或硼。釬焊:釬焊是一種在金屬與金屬表面之間及陶瓷與金屬表面之間67釬焊機(圖)釬焊機(圖)682.3.1.4金屬的切削加工金屬切削加工的原理：利用切削刀具在切削機床上將金屬工件的多余加工量切去，從而獲得符合要求的幾何形狀、尺寸精度和表面粗糙度的加工方法。金屬切削加工的分類：鉗工和機械加工（簡稱機加工）兩部分。機械加工又包括：車削、銑削、刨削、磨削、鉆削、鏜削等。2.3.1.4金屬的切削加工69

銑床鉆床磨床車床銑床車床70牛頭刨BH607

鏜床牛頭刨BH607

鏜床712.3.2金屬的表面處理技術(shù)表面處理的功效：一方面是保護產(chǎn)品；另一方面起到美化、裝飾產(chǎn)品.通過各種方法處理而顯示不同顏色、不同表面紋理的不銹鋼薄片組成的馬賽克屏風(fēng)。通過各種方法處理而顯示不同顏色、不同表面紋理的不銹鋼薄片組成的馬賽克屏風(fēng)。2.3.2金屬的表面處理技術(shù)721.金屬材料的表面前處理金屬表面的機械處理（切削、研磨、噴砂）：金屬表面的化學(xué)處理金屬表面的電化學(xué)處理油污及某些吸附物，較薄的氧化層可先后用溶劑清洗、化學(xué)處理和機械處理，或直接用化學(xué)處理。電化學(xué)除銹是在酸或堿溶液中對金屬制品進行陰極或陽極處理除去銹層。

1.金屬材料的表面前處理732金屬材料的表面裝飾技術(shù)金屬表面處理的分類:

2金屬材料的表面裝飾技術(shù)74金屬材料的表面裝飾也稱作表面被覆處理.表面覆蓋一層皮膜，從而改變材料表面的物理化學(xué)性質(zhì)，賦予材料的表面肌理、色彩等。1

金屬表面著色工藝。采用化學(xué)、電解、熱處理等方法，使金屬表面形成各種色澤的膜層、鍍層或涂層。2

金屬表面的肌理工藝。通過鍛打、刻畫、打磨、腐蝕等工藝在金屬表面制作出肌理效果。金屬材料的表面裝飾也稱作表面被覆處理.75琺瑯著色：琺瑯飾品是先將金、銀、銅、鈦等飾品用金屬制成底胎，再將琺瑯彩釉料點繪于金屬胎上的凹坑花紋處，然后至入高溫窯爐中經(jīng)800度爐火高溫?zé)Y(jié)成一體而成?，m瑯著色：琺瑯飾品是先將金、銀、銅、鈦等飾品用金屬制成底胎，76金屬及加工工藝課件77金屬及加工工藝課件78金屬及加工工藝課件79金屬及加工工藝課件80金屬及加工工藝課件81金屬及加工工藝課件82用來承載琺瑯的金屬基板只能采用金和銅，其中銅僅能用于不透明琺瑯制品。如果要制作的是透明或是彩色琺瑯制品，選用的金屬需要在高溫下，表面特性不能改變；該金屬也不能在高溫下和原料接觸中產(chǎn)生任何化學(xué)反應(yīng)。以銀為例，產(chǎn)生黃色的鉛，在高溫下和銀作用后會變?yōu)殚偕?，甚至是橄欖色。用來承載琺瑯的金屬基板只能采用金和銅，其中銅僅能用于不透明琺83掐絲琺瑯:約在元朝時由傳教士自中亞傳入中國，由于當(dāng)時中國在基礎(chǔ)技術(shù)如鑄銅等冶金技術(shù)以及玻璃和琉璃的制作知識上原本就相當(dāng)先進，所以在中國人吸收了這種琺瑯的制造技術(shù)后，又經(jīng)改良和不斷發(fā)揚光大。明朝景泰年間這種琺瑯的制造盛極一時，填色的色料由國外進口的琺瑯彩換成了帶有中國獨有的藍(lán)色琺瑯色料，當(dāng)時的成品常以一種特有的藍(lán)色為基調(diào)，景泰藍(lán)也因而得名，并在中文里成為掐絲琺瑯的代名詞。掐絲琺瑯:約在元朝時由傳教士自中亞傳入中國，由于當(dāng)時中國在基84電解著色法:是指鋁或鋁合金經(jīng)陽極氧化后浸入到更貴的金屬鹽溶液里，通過使用交流電進行極化或用直流電進行陰極極化來進行著色的一種方法。電解著色法:是指鋁或鋁合金經(jīng)陽極氧化后浸入到更貴的金屬鹽溶液85金屬及加工工藝課件86金屬及加工工藝課件87金屬及加工工藝課件88熱處理著色工藝:將金屬制件置于氧化氣氛中進行加熱處理，使其表面生成氧化膜。由于氧化膜有色干擾特點，故隨著加熱時間不同，氧化膜厚度不同，表面會呈現(xiàn)不同的顏色。熱處理著色工藝:將金屬制件置于氧化氣氛中進行加熱處理，使其表89金屬及加工工藝課件90鎏金：是把金和水銀合成的金汞劑，涂在銅器表層，加熱使水銀蒸發(fā)，使金牢固地附在銅器表面不脫落的技術(shù)。鎏金：是把金和水銀合成的金汞劑，涂在銅器表層，加熱使水銀蒸發(fā)91金屬及加工工藝課件92金屬及加工工藝課件93金屬及加工工藝課件94金屬及加工工藝課件95金屬及加工工藝課件96表面裝飾性的鍍鉻層，使得水龍頭具有精致細(xì)膩如鏡面一般的拋光效果。將造型和材料表面效果完美的結(jié)合在一起，水流出來的時候，水龍頭表面能倒映出水的姿態(tài)。表面裝飾性的鍍鉻層，使得水龍頭具有精致細(xì)膩如鏡面一般的拋光效97金屬表面處理工藝在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用

拋光研磨工藝的應(yīng)用使得這些枕頭看起來并不如我們想象的那樣堅硬，外觀柔和而靈活，簡直就像我們平常見到的普通枕頭。金屬表面處理工藝在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用

拋光研磨工98采用1mm厚的優(yōu)質(zhì)鋼材組成，鋼材經(jīng)過回火處理，具有良好的韌性，彈性優(yōu)越，就有強烈的視覺效果。給人華麗、精致和現(xiàn)代感。為了椅子發(fā)亮的表面在搬運和使用中不留下滑痕，其表面覆蓋有一層塑料膜。采用1mm厚的優(yōu)質(zhì)鋼材組成，鋼材經(jīng)過回火處理，具有良好的韌性99椅子由9部分鍍鎳鋼絲網(wǎng)焊接而成。，各部分的邊緣相交焊接點同時覆蓋環(huán)氧樹脂，底部四邊采用鋼條加固，以支撐椅子的框架。椅子由9部分鍍鎳鋼絲網(wǎng)焊接而成。，各部分的邊緣相交焊接點同時100電鑄工藝則是通過在模具表面緩慢積淀一層具有一定厚度的金屬層來實現(xiàn)造型。電鑄工藝則是通過在模具表面緩慢積淀一層具有一定厚度的金屬層來101設(shè)計師對產(chǎn)品采用的鋁材料應(yīng)用了陽極氧化工藝處理，使得水壺得到新鮮氧化膜，具有多孔狀結(jié)構(gòu)，使膜層具有極好的吸附性，對各種染料表現(xiàn)出極強的吸附能力，因而再進過一定的工藝處理，就可染上鮮艷的色彩。

設(shè)計師對產(chǎn)品采用的鋁材料應(yīng)用了陽極氧化工藝處理，使得水壺得到102鍛打出肌理效果鍛打出肌理效果103肌理效果肌理效果104肌理效果肌理效果105金屬材料是現(xiàn)代工業(yè)的支柱，金屬材料的工藝性能優(yōu)異，能夠按照設(shè)計師的構(gòu)思實現(xiàn)產(chǎn)品的多種造型。廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計中，是設(shè)計師快速實現(xiàn)設(shè)計構(gòu)思的重要途徑。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，肯定會有越來越多的處理工藝被發(fā)明出來。這些都會對產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展做出重要影響。金屬材料是現(xiàn)代工業(yè)的支柱，金屬材料的工藝性能優(yōu)異，能夠按照設(shè)106第二章金屬及加工工藝

第二章金屬及加工工藝

107金屬及加工工藝課件108金屬概述

金屬材料的性能

金屬材料的加工工藝

產(chǎn)品造型設(shè)計中常用的黑色金屬

產(chǎn)品造型設(shè)計中常用的有色金屬

金屬材料在產(chǎn)品中的運用金屬概述

金屬材料的性能

金屬材料的加工工藝

產(chǎn)品造型設(shè)1092.1金屬概述金屬的生產(chǎn)和使用，開創(chuàng)了人類文明新的歷史青銅器時代鐵器文化煉金術(shù)時代輕金屬開發(fā)時代2.1金屬概述金屬的生產(chǎn)和使用，開創(chuàng)了人類文明新的歷史110煉金術(shù)是中世紀(jì)的一種化學(xué)哲學(xué)的思想和始祖，是化學(xué)的雛形。其目標(biāo)是通過化學(xué)方法將一些基本金屬轉(zhuǎn)變?yōu)辄S金，制造萬靈藥及制備長生不老藥?，F(xiàn)在的科學(xué)表明這種方法是行不通的。但是直到19世紀(jì)之前，煉金術(shù)尚未被科學(xué)證據(jù)所否定。包括牛頓在內(nèi)的一些著名科學(xué)家都曾進行過煉金術(shù)嘗試。近代化學(xué)的出現(xiàn)，使人們對制金的可能性產(chǎn)生了懷疑，到了17世紀(jì)以后，煉金術(shù)遭到了批判。煉金術(shù)的希望破滅了。煉金術(shù)是中世紀(jì)的一種化學(xué)哲學(xué)的思想和始祖，是化學(xué)的雛111常見合金簡介無聲金屬記憶合金吸附合金彩色不銹鋼合金常見合金簡介無聲金屬112（一）無聲合金

鑄鐵、錳鋼合金、鐵鉻合金在機械加工時能把大量的振動能轉(zhuǎn)化為材料的熱能散發(fā)出去，從而使振動和噪聲都迅速衰減，所以稱他們?yōu)闊o聲合金。（一）無聲合金113（二）記憶合金

鎳鈦合金，具有“記憶功能”，無論外力將其作用成什么樣子。只要遇到特定的溫度條件，就會立即喚醒記憶，恢復(fù)自己的原形，人們把它成為記憶合金。（二）記憶合金114（三）吸附合金

氫吸附合金，當(dāng)這種合金經(jīng)過加熱或減壓后，它又會重新還原成金屬和氫氣。（三）吸附合金

氫吸附合金，當(dāng)這種合金經(jīng)過加熱或減115（四）彩色不銹鋼合金

在不銹鋼表面形成一層無色透明的氧化膜對光的反射不同，從而顯示藍(lán)色、金色、紅色、綠色等，耐腐蝕性耐熱性都優(yōu)于普通的不銹鋼。（四）彩色不銹鋼合金1162.2金屬材料的性能2.2.1一般特性晶格體結(jié)構(gòu)的固體，由金屬鍵結(jié)合而成電與熱的良導(dǎo)體表面色彩與光澤良好的展延性可形成合金，改善金屬的性能易于氧化

金屬材料的優(yōu)缺點2.2金屬材料的性能2.2.1一般特性117為更合理使用金屬材料，充分發(fā)揮其作用，必須掌握各種金屬材料制成的零、構(gòu)件在正常工作情況下應(yīng)具備的性能（使用性能）及其在冷熱加工過程中材料應(yīng)具備的性能（工藝性能）。

材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔點、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、磁性等）、化學(xué)性能（耐用腐蝕性、抗氧化性），力學(xué)性能也叫機械性能。

材料的工藝性能指材料適應(yīng)冷、熱加工方法的能力。

為更合理使用金屬材料，充分發(fā)揮其作用，必須掌握各種金118

機械性能是指金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的特性。

1、強度：材料在外力（載荷）作用下，抵抗變形和斷裂的能力。材料單位面積受載荷稱應(yīng)力。

2、屈服點（бs）：稱屈服強度，指材料在拉抻過程中，材料所受應(yīng)力達(dá)到某一臨界值時，載荷不再增加變形卻繼續(xù)增加或產(chǎn)生0.2%L。時應(yīng)力值，單位用牛頓/毫米2（N/mm2）表示。

3、抗拉強度（бb）也叫強度極限指材料在拉斷前承受最大應(yīng)力值。單位用牛頓/毫米2（N/mm2）表示。

2.2.2金屬材料的機械性能

2.2.2金屬材料的機械性能1194、延伸率（δ）：材料在拉伸斷裂后，總伸長與原始標(biāo)距長度的百分比。

5、斷面收縮率（Ψ）:材料在拉伸斷裂后、斷面最大縮小面積與原斷面積百分比。

6、硬度：指材料抵抗其它更硬物壓力其表面的能力.

7、沖擊韌性（Ak）：材料抵抗沖擊載荷的能力.

4、延伸率（δ）：材料在拉伸斷裂后，總伸長與原始標(biāo)距長1202.2.3金屬材料的工藝性能

指材料承受各種加工、處理的能力的那些性能。

1、鑄造性能：指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能，主要包括流性能、充滿鑄模能力；收縮性、鑄件凝固時體積收縮的能力；偏析指化學(xué)成分不均性。

2、焊接性能：指金屬材料通過加熱或加熱和加壓焊接方法，把兩個或兩個以上金屬材料焊接到一起，接口處能滿足使用目的的特性。

金屬及加工工藝課件121

3、冷彎性能：指金屬材料在常溫下能承受彎曲而不破裂性能。4、沖壓性能：金屬材料承受沖壓變形加工而不破裂的能力。在常溫進行沖壓叫冷沖壓。檢驗方法用杯突試驗進行檢驗。

5、鍛造性能：金屬材料在鍛壓加工中能承受塑性變形而不破裂的能力。

3、冷彎性能：指金屬材料在常溫下能承受彎曲而不破裂性能1222.2.4化學(xué)性能

指金屬材料與周圍介質(zhì)接觸時抵抗發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的性能。

1、耐腐蝕性：指金屬材料抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力。

2、抗氧化性：指金屬材料在高溫下，抵抗產(chǎn)生氧化皮能力。2.2.4化學(xué)性能

指金屬材料與周圍介質(zhì)接觸時抵1232.3金屬材料的加工工藝

2.3.1金屬的成型加工金屬的主要成型方法：鑄造、塑性加工、焊接和切削加工等2.3.1.1鑄造加工:鑄造基本原理:金屬鑄造是將熔融態(tài)金屬澆入鑄型后，冷卻凝固成為具有一定形狀鑄件的工藝方法。工藝特點:適應(yīng)性強成本低廉鑄造方法：砂型鑄造特種鑄造

2.3金屬材料的加工工藝

2.3.1金屬的成型加工124金屬及加工工藝課件125金屬及加工工藝課件126金屬及加工工藝課件127金屬及加工工藝課件128鑄造一般按造型方法來分類，習(xí)慣上分為普通砂型鑄造和特種鑄造（熔模鑄造，金屬型鑄造，壓力鑄造，離心鑄造）。鑄造工藝可分為三個基本部分，即鑄造金屬準(zhǔn)備、鑄型準(zhǔn)備和鑄件處理。鑄造特點：（1）適應(yīng)性強（2）成本低廉鑄造一般按造型方法來分類，習(xí)慣上分為普通砂型鑄造和特種鑄造（129特種鑄造:有別于砂型鑄造的其他鑄造方法統(tǒng)稱為特種鑄造其生產(chǎn)過程易于實現(xiàn)機械化、自動化，鑄件精度較高，表面粗糙度低，但它的適應(yīng)性差。特種鑄造:有別于砂型鑄造的其他鑄造方法統(tǒng)稱為特種鑄造130熔模鑄造：打高爾夫球的人總希望用頭更大的球桿打球。鈦的比重小，強度大，可以把球頭做得更大，而不會增加球桿的總重量熔模鑄造：131熔模鑄造又稱“石蠟鑄造"，通常是在蠟?zāi)１砻嫱可蠑?shù)層耐火材料，待其硬化干燥后，將其中的蠟?zāi)Ｈ廴ザ瞥尚蜌ぃ俳?jīng)過焙燒，然后進行澆注，而獲得鑄件的一種方法，由于獲得的鑄件具有較高的尺寸精度和表面光潔度，故又稱"熔模精密鑄造"

熔模鑄造又稱“石蠟鑄造"，通常是在蠟?zāi)１砻嫱可蠑?shù)層耐火材料，132熔模鑄造鈦合金開式葉輪

熔模鑄造鈦合金開式葉輪133金屬型鑄造:將液態(tài)金屬澆入金屬鑄型，從而獲得鑄件金屬型鑄造:將液態(tài)金屬澆入金屬鑄型，從而獲得鑄件134壓力鑄造：在壓鑄機上以較高的壓力和速度將壓室內(nèi)的金屬液壓射到模腔中，并在壓力作用下使金屬液迅速凝固成鑄件。大型鋁合金鑄件

壓力鑄造：在壓鑄機上以較高的壓力和速度將壓室內(nèi)的金屬液壓射到135壓鑄特點

高壓和高速充填壓鑄型是壓鑄的兩大特點。與其它鑄造方法相比，壓鑄有以下三方面優(yōu)點：

1.產(chǎn)品質(zhì)量好

鑄件尺寸精度高；表面光潔度好；強度和硬度較高，尺寸穩(wěn)定；可壓鑄薄壁復(fù)雜的鑄件。

壓鑄特點

高壓和高速充填壓鑄型是壓鑄的兩大特點。與其1362.生產(chǎn)效率高

機器生產(chǎn)率高，平均八小時可壓鑄600～700次，小型熱室壓鑄機平均每八小時可壓鑄3000～7000次；壓鑄型壽命長，壽命可達(dá)幾十萬次，甚至上百萬次；易實現(xiàn)機械化和自動化。

2.生產(chǎn)效率高

機器生產(chǎn)率高，平均八小時可壓鑄6001373.經(jīng)濟效果優(yōu)良

由于壓鑄件尺寸精確，表泛光潔等優(yōu)點。一般不再進行機械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金屬利用率，又減少了大量的加工設(shè)備和工時；鑄件價格便易。

3.經(jīng)濟效果優(yōu)良

由于壓鑄件尺寸精確，表泛光潔等優(yōu)點138缺點:

1)壓鑄時由于液態(tài)金屬充填型腔速度高，流態(tài)不穩(wěn)定，鑄件易產(chǎn)生氣孔，不能進行熱處理；

2）高熔點合金（如銅，黑色金屬），壓鑄型壽命較低；

3）不宜小批量生產(chǎn)，其主要原因是壓鑄型制造成本高，壓鑄機生產(chǎn)效率高，小批量生產(chǎn)不經(jīng)濟。缺點:

1)壓鑄時由于液態(tài)金屬充填型腔速度高，流態(tài)不穩(wěn)定，139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。立式離心鑄造示意圖1-澆包2-鑄型3-液體金屬4皮帶輪和皮帶5-旋轉(zhuǎn)軸6-鑄件7-電動機離心鑄造：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140金屬及加工工藝課件141離心鑄造的鋼管離心鑄造的鋼管1422.3.1.2金屬塑性加工

金屬塑性加工原理及特點金屬塑性加工是指在外力作用下，使金屬坯料產(chǎn)生預(yù)期的塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和機械性能的毛坯或零件的加工方法。利用金屬塑性成型過程不僅能得到強度高、材料消耗少等優(yōu)點，使其在各行業(yè)中成為不可缺少的材料成型方法。2.3.1.2金屬塑性加工143金屬塑性加工過程鍛造：利用手捶、鍛捶、或壓力設(shè)備上的模具對加熱的金屬坯料施力，使金屬材料在不分離條件下產(chǎn)生塑性變形，以獲得形狀、尺寸和性能符合要求的零件。鍛造按成型是否用模具通常分為：自由鍛和模鍛鍛造按加工方法分為：手工鍛造和機械鍛造冰斧的前、后鎬由機械鍛壓合金鋼制造而成金屬塑性加工過程144鍛造圓鋼鍛造圓鋼145鍛造中空軸鍛造中空軸146精密鍛造模精密鍛造模147

2軋制將金屬靠摩擦力的作用，連續(xù)通過軋機上兩個相對回轉(zhuǎn)軋輥之間的空隙，進行壓延變形成為型材的加工方法。按軋制溫度分：熱軋和冷軋熱軋是將材料加熱到再結(jié)晶溫度以上進行軋制，它變形抗力小，變形量大，生產(chǎn)效率高，適合軋制較大斷面尺寸，塑性較差或變形量較大的材料。

148金屬及加工工藝課件149金屬及加工工藝課件150熱連軋鋼板產(chǎn)品熱連軋鋼板產(chǎn)品151是以熱軋卷為原料，在室溫下在再結(jié)晶溫度以下進行軋制而成，包括板和卷。其中成張交貨的稱為鋼板，也稱盒板或平板；長度很長、成卷交貨的稱為鋼帶，也稱卷板。

冷軋板卷冷軋板卷152冷軋廠產(chǎn)品卷板冷軋廠產(chǎn)品卷板153平板平板154彩板彩板155產(chǎn)品產(chǎn)品1563.擠壓將金屬坯料置于一封閉的擠壓模內(nèi)，用強大的擠壓力將金屬從模孔中擠出成型，從而獲得符合?？捉孛娴呐髁匣蛄慵募庸し椒?。3.擠壓157冷擠壓產(chǎn)品

冷擠壓產(chǎn)品

1584、拉拔:用拉力使大截面的金屬坯料強行穿過一定形狀的拉拔模的?？祝垣@得所需斷面積形狀和尺寸的小截面毛坯或制品的工藝過程。4、拉拔:159

拉拔產(chǎn)品

各種規(guī)格的金屬絲

拉拔產(chǎn)品

各種規(guī)格的金屬絲

1605.沖壓金屬板料在沖壓模之間受壓力產(chǎn)生分離或產(chǎn)生塑性變形的加工方法。優(yōu)點：改善金屬的內(nèi)部組織，提高金屬的機械性能。生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品尺寸均勻一致，表面光潔。

缺點：只適用于加工塑性金屬材料，對于脆性材料如鑄鐵、青銅等則無能為力；不適于加工形狀太復(fù)雜的零件。5.沖壓161沖壓加工方法適應(yīng)范圍廣，從1克重的表針到幾百噸重的發(fā)電機大軸均可生產(chǎn)。廣泛應(yīng)用于航空、汽車、儀器儀表、電器等工業(yè)部門和生活日用品的生產(chǎn)。沖壓的軸承沖壓加工方法適應(yīng)范圍廣，從1克重的表針到幾百噸重的162生活日用品生活日用品163沖壓的消聲器沖壓的消聲器164五金沖壓雜件五金沖壓雜件1652.3.1.3金屬的焊接加工金屬焊接加工原理及特點將分離的金屬用局部加熱或加壓等手段，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，形成永久接頭的過程稱為焊接。與鉚接比較：焊接具有節(jié)省材料、減輕質(zhì)量、接頭的密封性好，可承受高壓，簡化加工與裝配工序等優(yōu)點

金屬及加工工藝課件1662金屬的焊接加工方法分類：按其過程特點分為三大類：熔焊、壓焊和釬焊。熔焊。熔焊是將母材接頭加熱到溶化溫度以上，使他們在液態(tài)下相互熔合，從而冷卻凝固在一起的焊接方法。熔化焊接由于加熱方式及熔煉方式的區(qū)別，有以下幾種類型。2金屬的焊接加工方法分類：167氣焊

氣焊

168

電子束焊接:是利用高壓靜電場把熱陰極發(fā)射的電子會聚成電子束，經(jīng)電磁聚焦成一能量密度極高的小斑點，轟擊被焊工件，使焊縫兩側(cè)的金屬迅速熔化，實現(xiàn)焊接目的的一種工藝技術(shù)。電子束焊接:是利用高壓靜電場把熱陰極發(fā)射的電子會聚成169熔焊機熔焊機170壓焊：在壓力作用下，被焊的分離金屬結(jié)合面處產(chǎn)生塑性變形而使金屬連接成整體的工藝。冷壓焊是在室溫下，借助壓力使待焊金屬生產(chǎn)塑性變形而實現(xiàn)固態(tài)焊接的方法。壓焊：在壓力作用下，被焊的分離金屬結(jié)合面處產(chǎn)生塑性變形而使金171鋁壓焊機(圖)鋁壓焊機(圖)172釬焊:釬焊是一種在金屬與金屬表面之間及陶瓷與金屬表面之間形成冶金接合的工藝.釬焊與錫焊的不同之處在于，釬焊只是焊料熔化，基體材料不熔化。為確保釬焊合金材料比基體金屬的熔點低，釬焊合金可含有溫度抑制材料例如硅和/或硼。釬焊:釬焊是一種在金屬與金屬表面之間及陶瓷與金屬表面之間173釬焊機(圖)釬焊機(圖)1742.3.1.4金屬的切削加工金屬切削加工的原理：利用切削刀具在切削機床上將金屬工件的多余加工量切去，從而獲得符合要求的幾何形狀、尺寸精度和表面粗糙度的加工方法。金屬切削加工的分類：鉗工和機械加工（簡稱機加工）兩部分。機械加工又包括：車削、銑削、刨削、磨削、鉆削、鏜削等。2.3.1.4金屬的切削加工175

銑床鉆床磨床車床銑床車床176牛頭刨BH607

鏜床牛頭刨BH607

鏜床1772.3.2金屬的表面處理技術(shù)表面處理的功效：一方面是保護產(chǎn)品；另一方面起到美化、裝飾產(chǎn)品.通過各種方法處理而顯示不同顏色、不同表面紋理的不銹鋼薄片組成的馬賽克屏風(fēng)。通過各種方法處理而顯示不同顏色、不同表面紋理的不銹鋼薄片組成的馬賽克屏風(fēng)。2.3.2金屬的表面處理技術(shù)1781.金屬材料的表面前處理金屬表面的機械處理（切削、研磨、噴砂）：金屬表面的化學(xué)處理金屬表面的電化學(xué)處理油污及某些吸附物，較薄的氧化層可先后用溶劑清洗、化學(xué)處理和機械處理，或直接用化學(xué)處理。電化學(xué)除銹是在酸或堿溶液中對金屬制品進行陰極或陽極處理除去銹層。

1.金屬材料的表面前處理1792金屬材料的表面裝飾技術(shù)金屬表面處理的分類:

2金屬材料的表面裝飾技術(shù)180金屬材料的表面裝飾也稱作表面被覆處理.表面覆蓋一層皮膜，從而改變材料表面的物理化學(xué)性質(zhì)，賦予材料的表面肌理、色彩等。1

金屬表面著色工藝。采用化學(xué)、電解、熱處理等方法，使金屬表面形成各種色澤的膜層、鍍層或涂層。2

金屬表面的肌理工藝。通過鍛打、刻畫、打磨、腐蝕等工藝在金屬表面制作出肌理效果。金屬材料的表面裝飾也稱作表面被覆處理.181琺瑯著色：琺瑯飾品是先將金、銀、銅、鈦等飾品用金屬制成底胎，再將琺瑯彩釉料點繪于金屬胎上的凹坑花紋處，然后至入高溫窯爐中經(jīng)800度爐火高溫?zé)Y(jié)成一體而成。琺瑯著色：琺瑯飾品是先將金、銀、銅、鈦等飾品用金屬制成底胎，182金屬及加工工藝課件183金屬及加工工藝課件184金屬及加工工藝課件185金屬及加工工藝課件186金屬及加工工藝課件187金屬及加工工藝課件188用來承載琺瑯的金屬基板只能采用金和銅，其中銅僅能用于不透明琺瑯制品。如果要制作的是透明或是彩色琺瑯制品，選用的金屬需要在高溫下，表面特性不能改變；該金屬也不能在高溫下和原料