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关于企业员工满意度的调查研究 第一章 绪 论 1.1 课题背景自人类使用工具以来，怎样选择性能更好的材料一直是个热门课题。而复合材料是应用最多、最广，前景最好的材料。早在千年之前，我们祖先就懂得在铜中加入锡等其他金属制成强度更好，寿命更长的青铜器。这就是早期的复合材料的制备和应用。本文主要研究Al2O3/Al复合材料的性能，制备和成形工艺。Al2O3/Al复合材料属于金属基中的铝基复合材料。由于其特有的高比强度、高比模量以及良好的耐磨性、抗氧化性等优点在当今航天、航空等高科技领域有广泛的应用。目前Al2O3/Al复合材料的主要制备方法有直接氧化法、多种氧化物原位反应制备法、XDTM法等。怎样充分利用Al2O3/Al复合材料一直是人们研究的热点。经过资料的查阅和比较，热挤压成形工艺是一种比较好的成型方法。在挤压过程中充分利用了原料，而且成形速度快，挤压成型工件形态好，成型件质量高，很适合Al2O3/Al复合材料的工件制备。热挤压属于模锻中的一种，它是在热锻温度下借助于材料塑性好的特点，对金属进行各种挤压成型。目前，热挤压主要用于制造普通等截面的长形件、型材、管材、棒料及各种机器零件等。热挤压可以在小吨位压力机上进行生产。而且模具设计较为简单，对模具性能要求较低，加工制造容易，生产运行安全，模具安装更换方便，生产锻件种类较多。灵活性大，适合于中小企业的大、中、小批量生产，特别是采用热挤压工艺可以生产大尺寸深孔类锻件，是其它工艺无法比的。 总结大全Al2O3/Al复合材料工件的热挤压成形在一个挤压模具中进行。而这模具也是本次论文设计的重点。在热挤压模具的设计中，需要充分考虑挤压件的性能、尺寸、挤压温度等以及热挤压过程中的变形和力学性能。本文将进行详细设计，得出最佳挤压模具。1.2 复合材料的发展人类发展的历史证明，材料是社会进步的物质基础，是人类进步的里程碑。综观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要材料的发展和利用，都会把人类支配和利用自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产力和人类生活带来巨大的变化。当前以信息、生命和材料三大学科为基础的世界规模的新技术革命风涌兴起，它将人类的物质文明推向一个新的阶段。近30年来，科学技术的飞速发展，特别是尖端技术的突飞猛进，对材料的性能提出越来越高、越来越严和越来越多的要求。在许多方面，传统材料的单一材料已经不能满足实际需要。这些都促进了人们对材料的研究。 复合材料的历史一般可以分为两个阶段，即早期复合材料和现代复合材料。这里不包括具有复合材料特征的天然物质，如木材、骨骼、贝壳和海带等。 现代复合材料的发展只有60多年的历史，它的主要特征是基体采用合成材料。1940年，世界上第一次用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂制造了军用飞机雷达罩。1942年，用手糊工艺制造成第一艘玻璃钢渔船。20世纪60年代70年代，玻璃纤维增强塑料（简记GFRP，俗称玻璃钢）制品已经广泛应用于航空、机械、化学、体育和建筑工业中。这种复合材料中玻璃纤维的用量为30%60%，所用基体材料主要有不饱和聚酯树脂、环氧树脂和酚醛树脂。玻璃钢的比强度（拉伸强度/密度）比钢还要高，而且耐腐蚀性能好，被称为第一代复合材料。 开题报告 t 20世纪80年代以后，由于人们丰富了复合材料的设计、制造和测试等方面的知识与经验，如：层合板力学性能的准确计算；短纤维或连续纤维的纱束、垫、毡或编织物、编织布及浸料的制作；模压、缠绕、拉挤、注射等成型工艺的出现；性能标准化及玻璃纤维、树脂等原材料的不断改进，使玻璃纤维增强塑料的发展达到了成熟阶段。但是，与现代高新技术所要求的性能相比，它的许多性能尤其是模量合适用温度尚嫌不足。 针对玻璃纤维模量较低的主要缺点，20世纪50年代60年代相继开发了硼纤维、碳纤维合芳纶纤维。这些纤维具有比玻璃纤维高得多的弹性模量合耕读的密度，这些纤维不称为高级纤维此外用硼纤维、碳纤维和芳纶纤维增强塑料复合材料的最高适用温度可达150以上，它们兼具高比刚度合高比强度特性，称为第二代现代复合材料。 用聚酰亚胺做基体，以上述高级纤维做增强体的复合材料，适用温度高，但不超过200；用金属（铝、镁、钛、金属间化合物）做基体的复合材料，使用温度范围是175900；用陶瓷（碳化硅、氮化硅、碳等）做基体的复合材料，使用温度是10002000。20世纪70年代，开发了耐热性能更高的氧化铝纤维和碳化硅纤维，还开发了各种晶须（碳化硅晶须和氧化铝晶须），使现代复合材料的性能向耐热、高韧性和多功能方向发展，称为第三代复合材料。 第二代和第三代复合材料统称为高级复合材料或高性能复合材料（也称先进复合材料）。高级复合材料是具有特殊优异性能的材料，其制造过程涉及先进技术。它主要应用于尖端科学领域，如航空航天，也应用于汽车、体育、建筑、医疗及其他领域。 随着科技的不断进步近年来又相继开发出了各种新型材料，如：功能梯度复合材料、机敏复合材料和智能复合材料等。在航天、舰艇、汽车、建筑、机器人和医药等领域显示出了广阔前景。 1.3 金属基复合材料的制备技术1.3.1 金属基复合材料复合材料种类繁多，本文主要讲述Al2O3/Al复合材料，属于金属复合材料。金属基复合材料(Metal Matrix Composite)是采用特殊的工艺手段，将不同种类、不同形态的陶瓷，非金属增强相均匀分布在连续的金属基体中而获得的一类新型材料。它的性能兼备了金属基体与增强相的优点，具有高的比强度和比刚度，耐高温、耐磨损，并具有高的热稳定性和体积稳定性，以及材料的可设计性，因而最先在航空、航天领域得到应用。自70年代以来，金属基复合材料的研究主要集中在寻求多品种、更廉价的增强体上，如晶须、陶瓷短纤维、颗粒等，并为发展制备技术、解决增强相和基体复合时的界面反应问题做了大量的研究；80年代后，在降低工艺成本的同时，由于新型高性能纤维的出现，如CVD法SiC纤维，仿丝SiC纤维，Sofil Al2O3/Al纤维以及表面带的TiB、TiC涂层的石墨纤维，并发展了可以将铝、钛、镍金属间化合物等高性能金属作为基体的成型工艺，进一步推动了金属基复合材料的发展；90年代以来，随着原位反应(In Situ)，机械合金化(MA)，共喷沉积等制备技术的发展，铁基、镍基、高温合金和金属间化合物基复 思想汇报 合材料以及功能复合材料，纳米复合材料，仿生复合材料的研究开发正日益受到重视。随着新制备技术的不断完善和低成本化，金属基复合材料的应用已从航空、航天领域大量进入一般工业和民用领域，如能源、石油、化工、汽车、工程机械、电子、文体用品等等，预期在21世纪，金属基复合材料将进一步普及应用和市场化。1.3.2 金属基复合材料的常用制备技术金属基复合材料(MMC)的应用开发在很大程度上取决于材料制备技术的难度和成本的降低。因此研究发展有应用意义的制备技术一直是最重要的课题之一。MMC制备技术的难点主要在于：1. 为了保证金属基体有足够的流动性，充分渗透到增强相之间的间隔中并与之复合，需要在高温下进行；而高温下增强相与基体发生的界面反应有时是有害的。2. 金属基体与增强相之间润湿性差，必须采取工艺措施加以改善。3. 必须保证增强相接设计要求的含量、方向，均匀分布于基体中。增强相种类繁多，有各类陶瓷、玻璃、金刚石、石墨等，其形态有单丝、集束纤维、纤维制品，短纤维、晶须、颗粒等。它们在尺寸、形状、物理化学特性上有很大差别，有时必须通过表面处理，优化基体合金成分、优化工艺参数或工艺方法的途径来解决制造技术的难题，采用真空压力铸造，或挤压铸造方法制备MMC是优化工艺的一个典型例子。在压力(或负压)下液态金属很容易浸渗到陶瓷纤维晶须间隙中，瞬时成形，不必对增强相进行预处理便可解决润湿和防止过渡界面反应问题。 简历大全按其制备过程中金属基体的状态可以把金属基复合材料的制备方法归纳为固态法、液态法和表面复合法。实际上，有液相存在的粉末冶金方法，以及近年得到发展的在固液两相区的流变铸造方法可以归纳为部分液态法。液态方法或部分液态方法，仍然是金属基复合材料最主要的制备方法。应当指出，现代高新技术材料已打破了传统的材料分类(如金属、高分子、陶瓷等)的界限，现代高新技术材料的制备技术也打破了传统工艺技术(如铸造、锻压、焊接等)的界限，或者说，许多新的制备技术已难以用传统工艺类型来加以归纳。21世纪先进复合材料的制备技术往往是多种工艺的组合或衍生，而单纯用传统铸造技术来制造的零部件比例将会不断减小。所以传统产业包括铸造产业在内，势必面临着技术创新，观念更新的严峻课题。1.4 本论文的主要内容复合材料一直是人们热论的课题，Al2O3/Al复合材料耐高温，耐磨，并且强度、刚度也很高，是航空航天等高新技术行业的不可缺少的材料。在Al2O3/Al复合材料的成形工艺本文采取热挤压技术。通过对Al2O3/Al复合材料的特性研究设计出热挤压模具。并用AutoCAD软件加以绘制设计图纸。 总结大全 第二章 Al2O3/Al复合材料以及常用的制备方法 2.1 引言 当今世界经济飞速发展，随着科技的进步和发展，对材料的性能提出越来越高、越来越严和越来越多的要求。在许多方面传统的单一材料已经不能满足实际需要。这就促使了人们对高性能的新型材料的重视和研究，而主要是对复合材料的研究。 2.2 复合材料的定义 复合材料（Composite Materials）一词，国外于20世纪50年代开始适用，国内适用大约开始于60年代，复合材料是一类成分复杂的多元多相体系，很难准确地给予定义。比较简明的定义是，复合材料是有两种或两种以上的不同性能、不同形态的组分材料通过复合工艺组合而成的一种多相材料，它既保持了原组分材料的主要特点，又显示了原组分材料所没有的新性能。复合材料具有如下特征： 1. 细观上是非均相材料，组成材料间有明显的界面。2. 组分材料性能差距很大。3. 组成复合材料后性能有较大的改进。4. 组分材料的体积分数大于10%。按这种定义，复合材料所包含的范围很广，草泥墙、钢筋混凝土、帘子线轮胎等均属于复合材料的范畴。材料大辞典对复合材料给出了比较全面完整的定义：复合材料是由机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料，它既能保留原组成材料的主要特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得新的优异性能，与一般材料的简单混合有本质的区别。该定义强调了复合材料具有可设计的重要特点。在工业上，复合材料通常是指高强度、高模量、脆性的增强剂和低模量韧性的基本材料经过一定的成型加工方法而制成综合性能优良的材料。现代材料科学所讨论的复合材料一般是指纤维增强、薄片增强、颗粒增强或自增强的聚合物基、陶瓷基或金属基复合材料，而Al2O3/Al复合材料就是铝基复合材料属于金属基复合材料。2.3 Al2O3/Al复合材料2.3.1 铝基复合材料的特点航空航天工业的发展为金属复合材料的发展提供了广阔的前景，作为研究和应用较成熟的铝基复合材料更是人们关注的焦点之一。由于铝基具有良好的塑性和韧性，再加之它所具有的易加工性、工程可靠性及价格低等特点，为其在金属基复合材料工程上应用创造了有利条件。铝基复合材料具有高的比强度和比刚度，在航空航天工业中主要用来替代中等温度下使用的昂贵的钛零件及桁架结构材料。目前铝基复合材料的研究主要包括以下几个方面：1. 研制强度高、刚性大、质量小的构件，替代更多的航空航天结构材料。2. 开发铝基复合材料制造技术，研制可靠、耐用的材料及构件。3. 改进铝基复合材料制造技术，促使制造成本降低。Al2O3/Al复合材料已成功应用于许多领域，它综合了氧化铝纤维高温抗氧化性好的特性和铝合金的优点。主要用作增强材料和耐高温绝热材料，用于超声速飞机、火箭发动机喷管和垫圈材料。综合归纳Al2O3/Al复合材料有如下性能特点：1. 高比强度、比模量加入30%50%氧化铝纤维作为铝基复合材料的主要承载体，复合材料的比强度、比模量城北地高于基体合金的比强度和比模量。由此制成的构件质量小、刚性高，是航空航天技术领域中理想的结构材料。2. 导热、导电性能好金属基复合材料中金属基体占很高的体积百分比，一般在60%以上，因此仍然能保持金属的导热、导电性能。其中铝是金属中导热、导电性能较好的金属之一。良好的导热性可以有效地传热，减少构件受热后产生的温度梯度，迅速散热，这对尺寸稳定性要求高的构件和高集成度的电子器件尤为重要。良好的导电性可以防止飞行器构件产生静 电聚集的问题。3. 热膨胀系数小、尺寸稳定性好铝基复合材料中的增强物氧化铝纤维具有很小的热膨胀系数，又具有很高的模量，可以通过调整增强物的含量获得不同的热膨胀系数，可以满足工况要求，获得导热性好、热膨胀系数小、尺寸稳定性好的铝基复合材料。4. 优良的高温性能铝的高温性能比聚合物基高很多，氧化铝纤维在高温下具有很高的高温度和模量，因此铝基复合材料具有比铝更高的温度性能，纤维强度在高温下基本不下降，Al2O3/Al复合材料的高温性能可以保持到接近铝的熔点，并比铝的性能高出许多。氧化铝纤维增强铝基复合材料在500高温下仍具有560MPa的高温强度，而铝基体在300下强度已经下降到100MPa以下。因此Al2O3/Al复合材料被选用在发动机等高温零部件上，可大幅度地提高发动机的性能和效率。除此之外，Al2O3/Al复合材料还具有良好的耐磨性、疲劳性、和断裂韧性。总之Al2O3/Al复合材料具有高比强度、高比模量、良好的导热性和导电性、耐磨性、高温性能、低的热膨胀性能、高的尺寸性能等优异的综合性能，使其在航天、航空、汽车、电子先进武器系统中均具有广泛的应用前景，对武器装备的提高将发挥巨大的作用。2.3.2 氧化铝纤维1. 氧化铝纤维的特性以氧化铝为主要纤维组分的陶瓷纤维统称为氧化铝纤维。氧化铝纤维是多晶体纤维，除Al2O3/Al 主要成分外，还含有少量的SiO2 、B2O3或Zr2O3、MgO。这类纤维高温抗氧化性能优良，可应用在1400的场合，是近年来备受重视的无机纤维。它强度较高，具有良好的电学性能和抗辐射等一系列特点。其原料是容易得到的金属氧化物粉末、无机盐或铝凝胶等，生产过程简单，设备要求不高，不需要惰性气体保护等，与其它高温陶瓷纤维相比较有高的性价比和很大的商业价值，是广泛应用于军事、民用复合材料的重要增强体品种。氧化铝纤维的拉伸强度最高可达3.2GPa，拉伸模量达420GPa，长时间使用温度在1000以上。由于Al2O3/Al纤维中的成分都是高温下稳定的氧化物，故其高温抗氧化性好。其他元素的加入可以控制晶粒在高温下长大，保证高温下的力学性能。Al2O3/Al纤维由于制备方法不同，性能差异较大。主要是因为Al2O3/Al从中间过度态向稳定态的α- Al2O3/Al转变，转变为温度为10001100，在此温度下结构和密度的变化导致强度显著下降。添加Si、B、Mg可以控制这种转变并实现Al2O3/Al自发形核，有利于提高纤维耐热性。氧化铝纤维主要用作增强材料和耐高温绝热材料，用于增强Al、Ti、SiC和其他氧化物陶瓷基体，纤维与基体之间有良好的相容性。 思想汇报2. 连续氧化铝纤维的制备方法Al2O3纤维的制备方法很多，生产连续氧化铝纤维的工艺主要有以下几种。（1） 溶液纺丝法。用烷基铝加水聚合成聚铝氧烷聚合物，将它溶解在有机溶剂中，再加入硅酸脂或有机硅聚合物，将混合液浓缩成纺丝液进行干法纺丝，得到先驱体纤维，再在600空气中裂解成Al2O3/Al和SiO2组成的无机纤维，而后在1000以上烧结，得到微晶聚集态的连续Al2O3/Al纤维。纤维直径10μm，拉伸迁都为3.2GPa，模量为330GPa。此法称住友法。特点是纺丝性好，可获得连续长纤维。（2） 混合液纺丝法。将金属氧化物粉末与聚合物（如橡胶、热塑性塑料、石蜡和琼脂等）溶液混合成一定黏度的溶液，用挤压纺丝的方法从纺丝孔径挤出纤维，再以350/h的速率升至1650，保温1h得到组成为95.5% Al2O3/Al、3.5% SiO2、0.6% FeO2的氧化铝纤维。纤维强度为2.2GPa2.3 GPa，空隙率为28%，直径为200μm。另外在制备混合液时还可以加入1%的烧结助剂MgO和TiO2，有助于纤维的烧结。（3） 基体纤维浸渍溶液法。用无机铝盐溶液浸渍有机基体纤维，然后高温烧结除去基体纤维而得到陶瓷纤维。溶液多为水溶液，基体纤维多为亲水性良好的黏胶纤维。实验发现，无机盐是以分子状态分散于有机纤维中，而不是 黏附于纤维的表面，这有利于纤维的生产。Al2O3/Al纤维的强度主要取决于基体纤维的间隙率和铝盐晶粒的大小。采用此法可以得到强度较高的连续纤维。它与混合液纺丝法相比，工艺简单，很易推广。2.3.3 Al2O3/Al复合材料的常用制备方法制备Al2O3/Al复合材料的方法很多，常见的有直接氧化法和多种氧化物原位反应制备法和反应合成法， 法等。根据所需材料的性能选择不同制备方法。1. 直接氧化法直接氧化法是各种反应自生复合材料制备工艺中最令世人瞩目的工艺，它利用大气与添加有特殊元素的A1-Mg-Si合金在高温下反应，自生出彼此相联的Al2O3/Al，并与未反应的Al合金形成Al2O3/Al复台材料。利用该工艺可经济地大批量生产高韧性高、尺寸精度的复杂大型陶瓷制品，可一举解决当今陶瓷制造的全部难点高成本、难加工高脆性和难于大型化。由于该工艺1986年才由美国开发成功，对此工艺尚未进行详尽深人系统的研究，对于工艺参数对其氧化生长的影响更缺乏系统深人的研究。目前许多国家正积极研究该项目，使其在Al2O3/Al复台材料的制备中不断推广。2. 多种氧化物原位反应制备法金属基复合材料原位反应合成技术与传统的复合材料制备工艺相比，原位反应生成陶瓷颗粒的方法能有效克服外加颗粒制备方法所存在的颗粒偏聚、润湿性差、界面结合强度低、颗粒尺寸大等问题。目前，在原位法制备铝基复合材料的研究中，用来增强基体的陶瓷颗粒主要有TiC以及Al2O3两大类。生成TiC的原位反应为Ti+C反应体系，而生成Al2O3颗粒的的反应为金属氧化物MO+A1反应体系。相比于Ti昂贵的成本，采用氧化物等廉价原料来获得原位增强颗粒的方法更有实际意义。与A1发生还原反应生成陶瓷颗粒的金属氧化物主要有CuO，TiO2，SiO2，ZnO，Fe2O3等。在一定的温度下，通过一系列复杂的化学反应制得Al2O3/Al复合材料。 总结大全3. XDTM法XDTM法是反应生成法中的一种，它是将反应物粉末和金属粉末按一定比例混合。并冷压或热压成型，而后再将坯块加热到一定温度，使粉末反应物发生放热反应生成所需的陶瓷增强相，从而获得这种粒子增强的金属基复合材料。利用反应：3Si + 4A1 = 3Si + 2Al2O3/Al （2.1）生成了Al2O3/Al复合材料。2.4 本章小结本章从复合材料的基本知识出发分析复合材料的特性，进一步了解Al2O3/Al复合材料的优越性和常用的制备方法。常见的制备方法有直接氧化法和多种氧化物原位反应制备法和反应合成法，XDTM法等。 开题报告 t 第三章 热挤压工艺 3.1 引言 热挤压工艺是一种常见的挤压工艺，在工业中有广泛的应用。在热挤压过程中，金属形态发生改变，由于受到挤压力的作用对工件起到致密化作用从而提高材料的机械性能。3.2 常见的挤压工艺挤压是金属压力加工的一种少切削和无切削加工工艺。将挤压模具装在压力机上，利用压力机的往复运动，在室温、中温或高温下使金属在三向应力状态下发生塑性变形，从而挤出所需尺寸、形状及性能的零件。按照挤压坯料的温度可分为：1. 冷挤压冷挤压一般指在回复温度以下的挤压，对于黑色金属常指在室温中对坯料进行的挤压。冷挤压能够得到强度大、刚性好而质量轻的零件。在冷挤压过程中金属的变形剧烈，故产生冷作硬化，且金属纤维完整，这就大大提高了金属的强度指标。挤压出来的零件精度等级高、表面粗糙度低。表面粗糙度一般在 μm以下，精度等级可达IT7 IT8级。不过冷挤压挤压力很大，所需设备吨位很高，模具易磨损，对模具和工件的材料要求也很高。2. 温挤压温挤压是将坯料加热到金属再结晶温度以下、回复温度以上某个适当的温度范围内进行的挤压。对于黑色金属，又以600为界，划分为低温挤压和高温挤压。与冷挤压不同，温挤压时可以不进行预先软化退火和各个工序之间的退火，也可不进行表面处理，这就使得组织连续生产成为可能，可以减少许多辅助工序。是一种比较经济的加工工艺。3. 热挤压热挤压是将坯料加热至金属再结晶温度以上的某个温度范围内进行的挤压。黑色金属的挤压温度一般在1000以上，铝的热挤压温度则在450以上。由于坯料加热至金属再结晶温度以上的某个温度，材料的变形抗力大为降低。但是由于加热时产生氧化、脱碳等缺陷，必然会降低产品的尺寸精度和表面质量。Al2O3/Al 复合材料的抗氧化性、耐磨性能良好，因此采取该挤压工艺对产品的尺寸精度和表面质量的影响不是很大。根据挤压力方向的不同又可分为正挤压、反挤压和复合挤压。正挤压是指挤压时金属流动方向与上凸模运动方向相一致，如图3.1所示。反挤压是指挤压时金属流动方向与上凸模运动方向相反，如图3.2所示。复合挤压是指挤压时金属流动方向一部分与上凸模运动方向一致，另一部分与上凸模的运动方向相反，如图3.3所示。图3.1 正挤压 图3.2 反挤压图3.3 复合挤压 上述都是常用的普通挤压方法，但在科技飞速发展的今天光这些挤压技术是不够的，为了满足某些特殊领域对工件的要求产生了许多挤压新技术新工艺，称之为特殊挤压。 1.静液挤压静液挤压是一种日益兴起的材料加工及变形的工艺方法，可对其它工艺难加工或不可能加工的材料进行加工。此工艺最早在1950年左右进入实验阶段，近二三十年来取得了实质进展，进入了工业化应用。其中室温静液挤压技术及设备最为引人注目，该技术可将被加工材料的强度提高50%80% ，并能保证足够的塑性和韧性。目前，在室温静液挤压技术研究方面，俄罗斯处于世界领先地位，已实现了生产过程的自动化。此外，瑞士、法国、德国、英国等西方国家也在积极发展此项技术。静液挤压的工艺原理如图3.4 所示。被挤压材料置于周围充满介质的，由挤压杆、高压缸、坯锭、模子组成的封闭体中。当挤压杆接受施压主机提供的动力后，开始在挤压缸中运动，当介质的压力达到足以克服锭坯材料的变形抗力及变形区中的摩擦力时，材料便从模孔中挤出，从而形成所需形状和尺寸的制品 。图3.4 静液挤压基本原理图1.挤压杆 2.斜切密封环 3.挤压筒 4.坯锭 5.制品 6.型密封圈 7.模子 8.高压液体 开题报告 2. 连续挤压 由于常规的型材挤压的挤压筒长度是有限的，因此其挤压的整个生产过程是不连续的，在挤压周期中非生产性间隙占的时间较长，影响了生产效率，并由于这些间断性的生产，使得挤压产品产生了料头和料尾，产品的成品率下降。为了提高生产效率饿产品成品率，20世纪70年代以来，产生了如Conform连续挤压法、连续铸挤、静液连续挤压法、轧挤压等多种连续挤压工艺。所有这些工艺中，Conform连续挤压法是应用得最广、自动化程度最高的方法。3. 复合材料挤压复合材料由于具有独特的力学性能，在宇航、电子、汽车、军事、机械等工业领域中起到越来越重的作用，因此复合材料的挤压也得到不断发展。本文就是着重研究Al2O3/A l基复合材料的热挤压。3.3 热挤压工艺热挤压是对金属材料进行少无切削的加工方法之一，是将金属材料加热到一定温度后，加入加热的模具内，经冲压机床的往复运动，在压力作用下使金属材料产生塑性变形，从而获得所需要的尺寸形状和良好的力学性的压制件。热挤压工艺的主要过程为：坯料制备→坯料加热→挤压成形（预成形，终成形）→后续工序（冲孔、校正或精压）→挤压件热处理（退火、正火）→表面处理→精加工(切削)。 总结大全3.3.1 热挤压技术特征 1. 热挤压工艺是对金属少切割的加工方法之一，能节省大量的金属原材料，生产效率高，经济效率高。 2. 热挤压工艺能对任何形状的制件进行挤压，特别是对中间小四面大，深孔的杯形等锻件更易加工。3. 热挤压技术是一种先进的热加工工艺，当金属材料经加热挤压后，细化了其内部晶粒，使金属的致密度得到了加强从而大大地提高了其表面抗蚀能力。4. 采用热挤压成形工艺加工时，首先将金属材料加热然后放进模具内，通过压力机冲压的作用使金属材料发生塑性变形，形成良好的压制件。5. 采用热挤压成形工艺时，金属材料经过加热一一挤压，产生变形。其变形后的金属纤维组织呈现由内向外的连续分布状态，这样一来就加强了制件的力学性能。6. 热挤压成形工艺适应性好，能广泛应用。该工艺实际上类似精密锻造，但热挤压工艺对模具和压力机的要求比较简单。目前热挤压的开发主要在两方面进行。一是用于传统工艺无法满足成形或工艺要求而高压变形的优点却能充分发挥的材料，主要包括脆性金属、金属基复合材料、多层复合金属和高温难变形合金。二是用于简化操作工艺，提高加工温度，以降低生产成本，提高生产效率。热挤压工艺自开始研制到进入工业化应用，已经显示了其独特作用功效和良好的应用前景。3.3.2 热挤压时金属的综合分析1. 金属的流 动状态在利用热挤压工艺时，为了保证制件的质量以及为了提高生产效率，必须首先对金属材料的流动状况进行仔细分析，观察流动最难到位的角落是否能充满型腔，还有就是看挤压金属的最后交合处是否能完全融洽，且没有拼缝痕迹。由于本文只设计正挤压模具，因此只对正挤压时金属的流动性做出研究探讨，反挤压、复合挤压等将不再述说。正挤压时金属的流动性，金属流动是根据凹模形状，凸模位置的不同有所差异，当上模刚开始冲压时，靠近凸模端面的一部分金属产生变形，变形区只是入模角的一部分。中心部分流动最快，因此中间的分流线间的距离比端部的长，当入模角接近180°时，则出现如图3.5a所示的s处流动死区，入模角较小时，不会出现死区，如图3.5b所示。（a） （b） 图3.5 金属流动性 简历大全 2. 热挤压一次成形时金属的变形程度 所谓变形程度，是指金属毛坯经冲压成制件后的变形量的大小。其变形程度可用以下三种表示方法。断面缩减率、挤压比或对数面积比。其中挤压比比较常用。断面缩减率 （3.1）挤压比 ， 越大，热挤压变形程度越大。 （3.2）对数面积比 （3.3）式中：变形前毛坯横断面积( )；变形后制件横断面积( )；变形前毛坯横断面直径( )；变形后制件横断面直径( )； ； =400 ； =25 分别代入公式（3.1）、（3.2）、（3.2）得：93.75% ， 16 ， 2.77；工件的挤压比很大。3.3.3 热挤压成形的压力1. 计算冲压力的重要意义在于一个合适的挤压力是保证选择压力机吨位，设计模具的重要依据，其计算式为： (3.4) 所需要的总压力(N) ；P单位冲压力(N/ )；1.3安全系数；F凸模部分的投影面积；2. 影响压力的因素（1） 随材料强度而变抗拉和屈服强度升高，变形抗力加大，所需挤压力升高。（2） 随材料的组织和化学成分而变按铁→铜→铝→锡→铅的排列顺序，所需挤压力逐渐减小。另外对于同一种金属而言，其纯度越高，所需单位挤压力越小。（3） 随变形程度的不同变化如图3.6所示，正挤压时，单位挤压力随变形程度的增加而增大。反挤压时，单位挤压力在断面缩减率 4050%时达到最小，小于50%时，单位挤压力随断面缩减率的增大而增加。（4） 随变形方式的不同而变化如图3.6所示，在同一断面缩减率下，反挤压单位挤压力比较高。（5） 随着模具几何形状的不同而变化模具的几何形状合理，工件表面光洁，所需单位挤压力就小。反挤压凸模顶角和正挤压的入模角是影响单位挤压力的重要因素。（6） 随挤压速度的不同而变化由于各金属材料的物理性能、化学性能和力学性能不一样，挤压速度和挤压力的关系是不一致的。（7） 随冲压温度的不同而变化金属材料被加热后，其内部的力学性能变化了，此时对材料加热的温度越高，所需冲压力就越小。 开题报告 3.3.4 加热、冷却及热处理1. 加热的目的和方法毛坯在热挤压成形前加热是整个工艺过程中一个不可缺少的环节，其目的是为了提高金属的塑性，降低金属变形抗力，使金属容易成形，加热产生的高温使金属的分子急剧扩散，内部成分均匀分布，会使压制的金属具有良好的力学性能。同时在加热过程中，在金属允许的内应力和导温性能允许下，迅速加热到预定的温度，金属材料成形容易。但加热温度过高会造成金属表层的氧化和脱碳，严重的还会产生过热和过烧现象，所以加热温度最好设定在低于金属材料的熔化温度。常用的加热方法采取煤油火焰加热法和电加热法。可以采取控制好加热温度，采用少或无氧化加热设备缩短加热和保温时间，规范操作等措施来防止过热、过烧、氧化、脱碳等现象的发生。2. 摩擦与润滑金属材料在外力作用下会产生相对运动，使金属材料内部或外部与模具问产生摩擦。由于摩擦的存在，会影响制件的产品质量和模具的使用寿命。因此为了减少摩擦就必须使用润滑剂。润滑剂不仅仅局限于减少相互问的摩擦降低挤压力，还具有脱模剂的作用，保证制件顺利脱模，提高模具使用寿命，同时还具有冷却和绝缘作用。3. 冷却与热处理裂纹和白点的产生是由于冷却方式不当而引起的，因此加工完后，必须严格执行规范的冷却方式。在制件的工艺过程中，由于制件各部分的终止挤压温度，冷却速度和变形程度的差异，导致制件的内部组织不均匀。存在残余应力和表面硬度的不均匀现象以及白点等内部缺陷。为了保证制件质量，便于机械加工，就必须对制件进行有效的热处理，最常用的热处理工艺为退火处理、正火处理、等温回火处理和调制处理等。3.4 本章小结挤压技术应用广泛，种类繁多，热挤压技术是挤压技术中一种比较常见的挤压方法。在挤压过程有着需加热工件，高温对润滑剂要求高等特殊性。因此相比冷挤压技术要相对复杂。本章对热挤压工艺进行了比较详细的分析。这对于后续对热挤压模具的设计起着至关作用。 第四章 热挤压模具设计4.1 引言挤压成形的过程中，挤压设备通过挤压模具对挤压坯料施加挤压力使其他变形，而被挤压材料对模具施以反作用力以反抗变形。如果模具的承载能力大于挤压力，就可以顺利地挤出工件，如果模具的承载能力小于挤压力，将使模具损坏。为了使挤压能够顺利进行，必须合理地设计挤压工艺；合理地选择挤压模具结构；设法降低挤压工艺力，提高模具的承载能力。本章对材料尺寸为 40mm35mm的坯料进行挤压，挤压成直径为 10mm的工件。综合考虑Al2O3/2A50铝基复合材料的特性和工件的尺寸及在挤压过程的工艺特性设计出热挤压模具。4.2 热挤压工件的分析挤压件的材料为Al2O3/2A50铝基复合材料，采用热正挤压。该材料综合性能比较好，应用范围广。研究表明，对于综合性能要求较高的一类功能件，如拉杆、接头、导体、触头座等，一般采用铝基复合材料挤压棒(管)经切削加工制成，Al2O3/2A50铝基复合材料就是其中常用材料之一。Al2O3/2A50铝基复合材料在热态下具有良好的可塑性，可通过铸造、挤压等变形工艺改善组织，提高性能，且可以热处理强化，工艺性较好，因而成为高压开关类零部件的首选材料。材料为增强颗粒体积分数为30%的Al2O3增强2A50铝基复合材料，采用挤压铸造 作文 法制备。Al2O3/粒平均粒径约为0.15μm；挤压前材料尺寸为 40mm35mm。热挤压温度为480500 ，热挤压速度(模具出口速度)为330mm/s。挤压后加工出拉伸试样。工件的挤压挤压件如图4.1所示。图4.1 挤压工件4.3 热挤压工艺设计4.3.1 润滑剂的选择热挤压时，坯料处于高温状态，任何适应于冷挤压的润滑剂都会在高温下产生分解，不仅起不到润滑作用，还会因其性质的改变而增加了坯料的表面与模具的摩擦力。在高温下理想的润滑剂应具备以下条件：1. 润滑剂应有良好的耐压性能。在高温下理想的润滑膜仍能吸附在接触表面上，保持润滑效果。2. 应有良好的耐热性能，热挤压用的润滑剂在适用时应不分解、不变质。3. 润滑剂不应对金属和模具有腐蚀作用。4. 润滑剂应对人无毒，不污染坏境。5. 润滑剂要求适用、清理方便，来源丰富，价格便宜等。目前，常用的热挤压润滑剂主要有以石墨为主润滑成分的各类石墨润滑剂，以及以玻璃为主要润滑成分的玻璃润滑剂。此外也有用其他金属包覆坯料，以达到润滑和防止氧化及开裂的特殊润滑方法。如以纯铝包覆铝合金。胶体石墨主要成分有（质量分数）石墨35%、云母5%、钙60%或鳞状石墨25%、Mo 15%、云母5%、铝粉55%。使用时用涂刷法进行润滑。本次设计选用石墨粉末压制成的石墨饼做润滑剂，同时在挤压时可以起到挤出工件的作用。 总结大全4.3.2 许用变形程度的计算采用热挤压成形工艺，需对材料的许用变程度进行验证，许用变形程度用断面收缩率 来表示。挤压过程中毛坯的变形程度为：； =97% ； 完全满足要求； 式中： 断面收缩率（%）；许用断面收缩率（%）；A。 挤压前毛坯与凸模的接触面积(mm2)；A1 挤压后毛坯与凸模的接触面积(mm2)；4.3.3 挤压力的计算在此热挤压中，凸模下行，挤压力克服金属的变形阻力及毛坯与模具之间的摩擦力，金属开始流人型腔，工件头部预先成形；凸模继续下行，当杆部成形结束时，挤压力达到最大。挤压力计算采用经验公式，正挤压力的计算： （4.1） 式中：k校正系数（根据实验情况定）；P正挤压时的挤压力(kN)；D正挤压模凸模的工作直径，mm；d正挤压模凹模的工作直径，mm；挤压终了温度时金属材料的抗拉强度，MPa；查表可得2A50在490 时强度极限 =355 MPa ，k=0.4，D=40 mm，d=10mm，挤压力为P=273kN，完全在3150 kN万能液压机的公称压力范围之内。4.4 热挤压模具材料选择及模具设计挤压时金属出于三向压应力状态，使凸模、凹模等模具工作部分零件的单位负荷非常大。根据热挤压时对模具的强度和可靠性等方面的研究，选择合适的材料，设计出最佳模具结构。4.4.1 热挤压模具材料选择由于热挤压模具在高温下工作的特点，决定了其凸模、凹模等模具工作部分零件材料的特殊性。热挤压用模具材料必须具有高温抗变形能力、高温耐磨性、抗热疲劳能力、抗回火能力和良好的加工性等性能，使热挤压模具在高温下保持一定的强度、硬度、韧性和耐磨性，提高模具寿命，降低模具成本。目前，国内适用较多的热挤压模具材料主要牌号见表4-1.表中6Cr4Mo3Ni2WV和7W4Cr2MoNiV是基本钢。所谓基体钢，就是保证淬火组织中碳化物几乎全部溶解于基体中，而未溶碳化物的量不超过5%，消除了夹杂状态的碳化物，经过适当热处理后，既具有与高速钢相似的强度和硬度，又有与超高强度钢相似的韧性，能承受较大的冲击力。经对比使用，这两种基体钢的使用寿命是3Cr2W8V钢的23倍。表4-1 国内常用热挤压模具材料 思想汇报 凹模硬度要求凸模 硬度要求 3Cr2W8V4Cr5W2VSi45Cr5W3MoVSi65Cr4W3Mo2VNb5CrNiMo40Cr4852 HRC4650 HRC4750 HRC4650 HRC4448 HRC4246 HRC3Cr2W8V6Cr4Mo3Ni2WV7W4Gr2MoNiV4Cr4MoWVSi6Cr4Mo3Ni2WV4852 HRC5155 HRC5356 HRC4750 HRC4750 HRC 作文 本工艺采用一次挤压成形，采用通用模架，凹模设计为三层组合结构。实际生产证明，该模具结构简单、使用方便。通过改变凸模与顶件器，可以挤压出不同头部形状和杆部直径及长度的零件。 由于凸模截面积小，单位挤压力高，又长时间工作在高温状态，易变形，因此，应采用热强度较高的3Cr2W8V材料，热处理硬度4852 HRC。凹模采用多层预紧结构，凹模内圈材料选3Cr2W8V，热处理硬度4852 HRC。中圈，外圈受力相对交小选用5CrNiMo，热处理硬度4448 HRC。凹模预紧圈要求不高，材料选45钢就可以了，热处理硬度4045 HRC。凸模定位板、上下垫板和模板要求不是很高，采取45钢即可。设计合理的人模角度和工作带宽度，便于金属流动，以尽量减小金属与模具间的摩擦力，降低挤压力。凹模尺寸与顶件器应有斜度，工作中保持凹模与制件有一定的摩擦力，又不影响开模后制件脱模，同时应注意模具的预热。保证锥面摩擦的均匀，以避免在挤压过程中拉杆头部的偏移。在反挤过程中要保证坯料与模具的清洁度和间隙尺寸，减少成层和气泡。热挤压前必须对凸模、凹模等模具工作部分零件进行预热，以减小模具的温度应力，防止模具早期失效。预热温度一般控制在250350。可以采用煤气喷灯或设置在模具上的电加热器进行预热。在生产中，经常采用加热后的坯料放在模膛中对模具预热。由于本文设计的热挤压模具的凹模部分有加热设备，因此直接用加热体加热模具再进行挤压。4.4.2 热挤压模凸模设计图4.2是热挤压实心件用凸模，它与下端面与坯料接触，对坯料施加压力。热挤压模的圆柱部分长度不宜过大，以保证不失稳，具体尺寸与挤压时的工作行程、卸料板厚度以及凹模引导部分长度有关。凸模的上平面较下平面部分大，以减少模具座的单位挤压力，并增加凸模的稳定性。凸模的工作直径d0主要决定于热挤压模凹模的内腔直径D。凸模工作端的形状，在产品零件允许的情况下，倒圆角，以便凸模容易插入凹模。热挤压凸模各部尺寸的计算详细见表4-2。 图4.2 热挤压凸模 表4-2凸模各部件数值 参数公式 设计值 凸模工作直径d0凸模圆柱部分直径d凸模圆柱颈部分直径d1凸模帽盖部分直径d2凸模圆柱部分高度h凸模帽盖部分高度h1凸模工作部分高度H凸模工作端圆角半径Rd0=D-(0.10.15) 总结大全 1.7）dd2=d1+（0.20.5）dh=（0.71.5）d1h1=（0.20.3）dH 7dR=0.051.540mm39mm42mm68mm30mm10mm160mm0.25mm 简历大全 根据帽盖的尺寸和形状设计出凸模压板，凸模压板均布打四个 18mm的孔，用M1655螺钉连接上垫板和上模板。具体尺寸如图4.3所示。图4.3 凸模压板凸模垫板根据凸模压板来设计，根据凸模压板的尺寸，凸模垫板均布打四个 18mm的孔，为了跟上模板更紧固配合，再均布打四个M615沉头螺钉的螺纹孔。如图所示4.4所示。图4.4 凸模垫板上模板不仅要更凸模压板和垫板连接，并且需跟上工作台也要连接起来。根据查表选用M24120螺栓连接上工作台。如图4.5所示。图4.5 上模板 作文 4.4.3 热挤压模凹模设计 1. 热挤压用凹模的凹模内圈结构在热挤压过程中，由于凹模模腔受到变形金属的径向压力，使凹模内腔壁部出于强烈的切向受拉的应力状态。为了防止凹模的破裂，必须设法减少或消除这个切向应力。一般来说，消除或减少切向应力的最有效方法是在凹模外壁做出一定的锥度，然后在凹模外面用一个具有同样锥度的压紧圈将凹模压紧。热挤压凹模兼有容纳变形金属与控制金属流动的双重作用。图4.6（a）为热挤压凹模的基本形式，由于转角处产生的应力集中现象十分严重，往往在转角处发生破裂。图4.6（b）所示是常用热挤压组合凹模，设计时，将模具从可能产生应力集中的地方分割，使整体凹模变成组合凹模，可以大大提高凹模寿命。 开题报告 （a）（b） 图4.6 凹模结构热挤压模凹模的工作直径d主要决定于挤压件的外径，d值基本上等于挤压件的外径加上收缩量。凹模模腔的入口处应带有圆角半径，方便坯料放入凹模和热挤压模的安装与调整。凹模模腔的高度应根据坯料高度、凹模引导部分的长度及入口处的圆角半径来决定。应使凸模在与坯料接触前至少已进入凹模68mm。凹模内径尺寸根据工件尺寸设计。工件毛坯为 40mm 35mm，挤压成 10mm Lmm 的工件。因此凹模工作直径应相应增加0.020.05mm余量。内壁挤压时为了减小摩擦力和增强工件表面质量取表面粗糙度为0.8μm。挤压口为了能顺利挤出如图4.7所示。图4.7 凹模内圈 总结大全 凹模模腔内的承压表面应设计成锥形，其锥角（也即凹模中心角）将直接影响正挤压工作是否能够顺利进行，锥角一般为90120，该角度越大，凹模承受的压力越大。凹模模腔内的所有过渡部分均应采用圆角圆滑过渡。本文为了减小凹模承受的挤压力取锥角为90。如图4.8所示。 图4.8 凹模中心角 凹模工作孔的直径d根据挤压件杆部直径而定。为了减少摩擦，