產(chǎn)品造型材料與工藝-第四講課件

產(chǎn)品造型材料與工藝第四講第二章金屬材料及其加工技術(shù)第一節(jié)常用金屬材料及其特性第二節(jié)金屬材料成型與工藝性第三節(jié)金屬表面處理與裝飾技術(shù)2.2.1鑄造加工及其工藝性2.2.2壓力加工及其工藝性2.2.3連接技術(shù)及其工藝性2.2.4切削加工（機(jī)械加工）及其工藝性2.2.5特種加工及其工藝性第二節(jié)金屬材料成型與工藝性2.2.2壓力加工及其工藝性壓力加工的特點(diǎn)：是一種重要的塑性成型方法，要求金屬具有良好的塑性優(yōu)點(diǎn)：金屬塑性變形后，能壓合鑄坯的內(nèi)部缺陷，提高金屬機(jī)械性能，保證強(qiáng)度和韌性，節(jié)省金屬材料和加工工時(shí)缺點(diǎn)：只適用于塑性金屬材料，不能加工脆性材料如鑄鐵、青銅，不能加工形狀太復(fù)雜的零件比如具有復(fù)雜外形和內(nèi)腔的零件壓力加工的種類壓力加工的基本生產(chǎn)方式有軋制、擠壓、拉撥、鍛造(自由鍛和模鍛)和板料沖壓。軋制、擠壓、拉撥用于金屬型材、板材、管材和線材制造而板料沖壓和鍛造用于毛胚和零件。鍛造加工

先將材料預(yù)熱，使其塑性增強(qiáng)，然后用汽錘、壓力使金屬材料成型的加工方法，最原始的鍛造如鐵匠的小火爐、手錘等。鍛造要求材料具有兩方面的性能可鍛性，即承受住重錘的鍛打、沖擊而不易碎裂，具有良好的韌性。要求定型性好，彈性要適度。若彈性過(guò)大，則材料在重錘鍛打時(shí)承受外力會(huì)發(fā)生變形，但外力撤出之后又恢復(fù)原型，難以成型。預(yù)熱升溫，實(shí)際上就是一種強(qiáng)化定型性能的措施。鍛造使金屬產(chǎn)生的加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手段之一,對(duì)于純金屬和奧氏體不銹鋼等不能采用熱處理強(qiáng)化的合金尤為重要。鍛造加工鍛造分為兩種：自由鍛：是將近坯料放在上下地鐵之間，以沖擊力或壓力使其變形的加工方法。模鍛：金屬坯料在具有一定形狀的鍛模模膛內(nèi)受沖擊力或壓力的加工方法。自由鍛模鍛鍛造產(chǎn)品的適用材料

從化學(xué)成分看：一般純金屬的鍛造性好。碳鋼的鍛造性隨其含碳量的增高而降低。合金鋼的鍛造性低于相同含碳量的碳鋼。合金鋼中合金元素含量愈高,雜質(zhì)愈多,鍛造性愈差。當(dāng)合金中含有可形成碳化物的元素（如鉻、鎢、錫、釩、鐵等）,則其鍛造性顯著下降。從合金的組織結(jié)構(gòu)看：純金屬和固溶體（奧氏體）的鍛造性能一般較好。鑄態(tài)組織和粗晶組織塑性較差，鍛造性能不如鍛軋組織和細(xì)晶組織。產(chǎn)品設(shè)計(jì)中如何運(yùn)用鍛造工藝？在產(chǎn)品的藝術(shù)造型上較少應(yīng)用，一般從功能出發(fā)，構(gòu)成產(chǎn)品的外形，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿、日用品小鎖頭、農(nóng)具等。自由鍛不能加工形狀復(fù)雜的鍛件；外形復(fù)雜的零件需要用模鍛獲得；鍛造加工后零件表面光滑、內(nèi)部組織致密均勻，機(jī)械強(qiáng)度高；鍛造加工后可直接形成產(chǎn)品外形，尺寸比鑄造精確，一般只做少量切削加工即可。沖壓加工沖壓加工沖壓加工成型是利用沖模使板材產(chǎn)生分離或變形的加工方法。通常在冷態(tài)下進(jìn)行，又叫冷沖壓。冷沖壓工藝是產(chǎn)品上外形零件的加工主要的手段之一，冷沖壓工藝對(duì)當(dāng)今的大批量生產(chǎn)很有意義，由于產(chǎn)品需要頻繁的變換造型，在這種競(jìng)爭(zhēng)的形勢(shì)下，采用冷沖壓工藝具有特殊的意義。板料沖壓板料沖壓特點(diǎn)：（1）可沖壓出形狀復(fù)雜的零件，廢料較少。（2）產(chǎn)品具有足夠高的精度和較低的表面粗糙度，互換性能好。（3）能獲得質(zhì)量輕，材料消耗少，強(qiáng)度和剛度較高的零件。（4）沖壓操作簡(jiǎn)單，工藝過(guò)程便于機(jī)械化和自動(dòng)化，成品率很高，故零件成本低。板料沖壓沖壓成品需進(jìn)行很多工序，其基本工序有分離工序和變形工序兩大類：分離工序使坯料的一部分與另一部分相互分離的工序，如落料、沖孔、切斷、修整等。變形工序使坯料的一部分相對(duì)于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工序。如拉深、彎曲、翻轉(zhuǎn)、成型等。沖壓設(shè)備1.剪切下料設(shè)備是冷沖壓工藝中準(zhǔn)備工序使用的設(shè)備，手工制作模型時(shí)使用更多。分為:手工剪刀設(shè)備和工具小剪刀中小型剪刀設(shè)備：振動(dòng)剪刀、斜口剪刀、鈑金銑床；大型剪切設(shè)備2、彎曲成型設(shè)備：板料折彎壓力機(jī)、卷板機(jī)、拉型機(jī)3、壓制設(shè)備沖壓產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特點(diǎn)1形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱，盡可能采用圓形或矩形，受力均勻

產(chǎn)品表面均由上下模具切、拉、擠而成，故產(chǎn)品形狀設(shè)計(jì)應(yīng)簡(jiǎn)單，符合模具的一端（型腔）或兩端（通模）是開(kāi)放式的特點(diǎn)，應(yīng)能制造。2為保證模具強(qiáng)度和壽命，盡量避免長(zhǎng)槽或長(zhǎng)懸臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形成產(chǎn)品表面的沖壓深度不能過(guò)長(zhǎng)，過(guò)長(zhǎng)時(shí)是分幾次壓成的，產(chǎn)品的拉、擠成型表面不應(yīng)設(shè)計(jì)過(guò)長(zhǎng)。（如：氧氣瓶）在型腔內(nèi)可設(shè)計(jì)復(fù)合型腔特點(diǎn)的形貌（孔窩、凸臺(tái)等）以及通孔等。如：汽車車身3既充分利用沖壓件有薄、勻、輕、強(qiáng)的特點(diǎn)，又要滿足沖壓產(chǎn)品需要較強(qiáng)剛度的要求在產(chǎn)品上靈活設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋、肋、起伏或翻邊（如：盆、鍋等）等以提高其剛性。并且這些在制造時(shí)可一次成型，是其他方法難以做到的。4對(duì)拉伸件，盡量設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)體，尤其是柱形最好一般不設(shè)計(jì)成空間曲面如汽車覆蓋件；工件結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜需多次沖才能壓完成時(shí)，可以分解沖壓后焊接，降低模具費(fèi)用和加工周期5注意最小拐角、折彎等與板厚有關(guān)的設(shè)計(jì)（查手冊(cè)）。如：小支撐板等沖壓成型產(chǎn)品舉例沖壓即能制造尺寸很小的儀表零件，又能夠制造像汽車大梁、壓力容器一類的大型零件。尺寸和形狀精度即可滿足一般要求，也可制造精度在微米級(jí)、形狀復(fù)雜的零件。沖壓在汽車（車身、底盤、油箱、散熱器片等）、機(jī)械、家用電器、日用品（水壺、鋁鍋、廚具等）、電機(jī)、儀表（支架、擋板、殼體等）、航空航天、兵器制造中具有十分重要的地位。在罐裝食品、飲品的封裝等方面應(yīng)用廣泛。藝術(shù)造型上，常做標(biāo)牌、鎖具、燈具、筆、服裝上的裝飾品等。以殼體類零件居多,沖壓產(chǎn)品尺寸精確，表面光潔度好，一般沖壓后不再或很少進(jìn)行機(jī)械加工.沖壓（拉伸）件2.2.1鑄造加工及其工藝性2.2.2壓力加工及其工藝性2.2.3連接技術(shù)及其工藝性2.2.4切削加工（機(jī)械加工）及其工藝性2.2.5特種加工及其工藝性第二節(jié)金屬材料成型與工藝性2.2.3連接技術(shù)及其工藝性連接分為機(jī)械連接、冶金學(xué)的連接、化學(xué)的連接三種。機(jī)械連接：用螺紋連接、配合連接或者用鉚釘、鉚接、鉸鏈、卷邊等方法把連接件固定起來(lái)。冶金學(xué)的連接：熔化金屬進(jìn)行接合，即焊接?；瘜W(xué)的接合：是最近急速發(fā)展起來(lái)的，是用粘合劑粘接。2.2.3連接技術(shù)及其工藝性（一）機(jī)械連接：

機(jī)械連接分為可拆卸連接和永久性連接兩種?？刹鹦哆B接有螺栓與螺母連接，雙頭螺柱連接，螺釘連接，銷連接等。永久性連接有鉚釘連接，壓擴(kuò)、卷邊，咬縫等接合方法

2.2.3連接技術(shù)及其工藝性鉚接

通過(guò)鉚釘和加壓，使兩部分分離的金屬形體形成不可拆連接的連接方法。鉚釘必須是塑、韌性好，強(qiáng)度高的材料，如鋁及其合金（最常用）、銅等。使用時(shí)應(yīng)計(jì)算鉚釘所承受的剪切力，使其不超過(guò)許用值。鉚接的特點(diǎn)：接頭處可見(jiàn)明顯的鉚釘頭突起，不適合需要連接后表面平滑的外形。接頭處是緊密壓合，密氣和密水性能不好，不適合密閉容器的連接。舉例.日用品:鋁鍋把和鍋體的連接；工業(yè):橋梁行架發(fā)射塔2.2.3連接技術(shù)及其工藝性鉸鏈連接:可拆連接形式：（能使兩個(gè)相互連接的物體轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度的連接零件）連接方式：用鉸鏈和螺釘主要用于經(jīng)常開(kāi)啟的連接，如機(jī)床儀表箱的外蓋、箱體的外蓋、鐵門、工藝品的外蓋、家具等。2.2.3連接技術(shù)及其工藝性螺紋連接，屬于可拆連接。有過(guò)孔螺紋連接,全螺紋孔連接特點(diǎn)：可拆連接、拆裝方便，連接件相對(duì)位置固定，連接強(qiáng)度高。螺孔的設(shè)置：距離和高度應(yīng)能使用工具。2.2.3連接技術(shù)及其工藝性配合連接形式：一般用在需有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)零件之間。特點(diǎn)：一般可拆，連接強(qiáng)度大，轉(zhuǎn)動(dòng)效果好。應(yīng)用方面：軸和軸承、固定物體和回轉(zhuǎn)物體的連接、組合部件的連接等。2.2.3連接技術(shù)及其工藝性（二）焊接通過(guò)加熱、加壓,或兩者共同作用(用或不用填充材料)使兩部分分離的金屬形體形成原子結(jié)合的一種永久性連接方法。一般情況，低碳鋼的焊接性能較好，焊接過(guò)程中不出現(xiàn)裂紋、氣孔、夾渣等，焊后接頭強(qiáng)度與母材相近，高碳鋼，鑄鐵等較差。在燈飾，金屬家具等產(chǎn)品的加工過(guò)程中，都會(huì)用到。2.2.3連接技術(shù)及其工藝性焊接方法的分類：熔焊：將工件需要焊接的部位加熱至熔化狀態(tài)，一般須填充金屬并形成共同的熔池，待冷卻凝固后，使分離工件連接成整體。最常用有電弧焊、氣焊、電子束焊、激光焊。特點(diǎn)：是金屬的熔化與結(jié)晶，類似于小型鑄造過(guò)程，焊接時(shí)填充金屬的目的是使焊接接頭符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸、外形，滲入有益元素以加強(qiáng)強(qiáng)度，熔焊的能量可以是電能、化學(xué)能和機(jī)械能。熔焊電弧焊：焊接電弧是在電極與工件間的氣體介質(zhì)中長(zhǎng)時(shí)間而有力的放電現(xiàn)象，即在局部氣體介質(zhì)中有大量電子流通過(guò)的導(dǎo)電現(xiàn)象。手工電弧焊：利用焊條與工件間產(chǎn)生的電弧熱，將工件和焊條熔化而進(jìn)行焊接的．特點(diǎn)：只適合較大的焊縫，焊接表面有明顯的疤痕，如要美化效果需再進(jìn)行表面處理。焊縫密氣、密水性能好，機(jī)械強(qiáng)度，力學(xué)性能不低于母材。主要用在毛坯生產(chǎn)和制造各種金屬結(jié)構(gòu)件（如高爐爐殼、建筑構(gòu)架、鍋爐與受壓容器、汽車車身、橋梁、礦山機(jī)械、大型轉(zhuǎn)子軸、缸體等）壓焊壓焊：在壓力（或同時(shí)加熱）作用下，被焊的分離金屬結(jié)合面處產(chǎn)生塑性變形（有的伴隨有熔化結(jié)晶過(guò)程）而使金屬連接成整體。常見(jiàn)的如電阻焊（點(diǎn)焊、縫焊、對(duì)焊）。特點(diǎn)：金屬待焊部位發(fā)生塑性變形，擠碎或擠掉結(jié)合面的氧化物及其他雜質(zhì)純凈的金屬緊密接觸，形成原子間的引力而牢固結(jié)合。加熱的目的：增加原子的動(dòng)能，以提高塑性和降低頂鍛力壓焊電阻焊原理：四個(gè)階段，加壓同時(shí)加熱、焊接、維持、停止。特點(diǎn)：焊接面積很小，牢固（兩材料熔合），表面不容易看見(jiàn),外觀好。設(shè)備簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，成本低。大部分用于焊接金屬?zèng)_壓件。釬焊熔點(diǎn)低于被焊金屬的釬料熔化后，填充到被焊金屬結(jié)合面的空隙之中，釬料凝固而將兩部分金屬連接成整體。常見(jiàn)有：錫焊、銅焊、銀焊。特點(diǎn)：被焊金屬不熔化，釬料熔化，依靠熔化的釬料對(duì)被焊金屬的潤(rùn)濕性（浸潤(rùn)與附著能力）和毛細(xì)作用與被焊金屬形成結(jié)合，從而將分離的金屬連接。熱源：火、電加熱。例，錫焊設(shè)備簡(jiǎn)單（電烙鐵），工業(yè)化生產(chǎn)也有焊機(jī)。焊接溫度不高，主要用于電子元器件焊接，銅器焊接。原理：用比被連接金屬熔點(diǎn)低的釬料（銀、錫等），使其加熱時(shí)熔化流入接頭縫中，使焊縫實(shí)現(xiàn)原子級(jí)的結(jié)合。為使焊縫結(jié)實(shí)，事先用打磨、酸洗、或鈉、鉀、鋰、及硼化物、氟化物、硼酸等處理表面。粘合劑粘接

粘接金屬材料是近幾年隨著化學(xué)工業(yè)的高速發(fā)展起來(lái)的一種新方法，常用合成樹(shù)脂類粘接劑。粘接劑的粘接力極大，粘接方便易行，在任何位置都可以粘接，所以應(yīng)用越來(lái)越多。粘接的外觀質(zhì)量