产品造型材料与工艺.ppt

第三讲,第二章金属材料及其加工技术,第一节常用金属材料及其特性第二节金属材料成型与工艺性第三节金属表面处理与装饰技术,第一节常用金属材料及其特性,2.1.1金属材料的特性及分类2.1.2钢铁材料2.1.3有色金属及其合金2.1.4造型设计中金属材料的选用,2.1.1金属材料的特性及分类,金属的微观特性金属键：由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。由于电子的自由运动，金属键没有固定的方向，因而是非极性键。金属键有金属的很多特性。例如一般金属的熔点、沸点随金属键的强度而升高。其强弱通常与金属离子半径成逆相关，与金属内部自由电子密度成正相关（便可粗略看成与原子外围电子数成正相关）。金属晶体中，价电子弥散在整个体积内，所有金属离子皆处于相同的环境之中结合键没有饱和性、方向性和选择性,金属的宏观特性良好的导电性和导热性；正的电阻温度系数；且绝大多数金属具有超导性；良好的反射能力、不透明性及金属光泽；良好的塑性变形能力（延展性）反映出金属的本质：有特殊光泽优良的导电性和导热性是良好的塑性变形固体物质,2.1.1金属材料的特性及分类,金属材料的性能使用性能使用过程中表现出来的性能机械(力学)性能：强度、塑性、弹性、刚度等物理性能：导热性、导电性、热膨胀性、磁性等化学性能：抗蚀性、抗氧化等工艺性能制造和加工过程中表现出来的性能如铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等,2.1.1金属材料的特性及分类,常用金属材料的分类,2.1.1金属材料的特性及分类,第一节常用金属材料及其特性,2.1.1金属材料的特性及分类2.1.2钢铁材料2.1.3有色金属及其合金2.1.4造型设计中金属材料的选用,2.1.2钢铁材料,钢铁材料可分为三大类：纯铁(c=2.11%),2.1.2钢铁材料,钢(0.02%=c2.11%)碳钢按含碳量：低碳钢、中碳钢、高碳钢按品质：普通碳素钢、优质碳素钢按用途：碳素结构钢、碳素工具钢合金钢合金结构钢：合金弹簧钢、合金轴承钢等合金工具钢：刃具钢、模具钢、量具钢特殊用途钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢,钢的分类与编号，见表3-2、表3-3,镀锌板,指表面镀有一层锌的钢板。镀锌是一种经常采用的经济而有效的防腐方法。全世界锌产量的一半左右均用于此种工艺。,采用优质SECC镀锌钢板，耐腐蚀效果突出。全尺寸主板托盘配合深抽工艺，强度更高不易变形，能够有效保护配件安全。全卷边工艺，不易伤手。,多彩王牌DLC-MK807机箱,工艺：镀锌板折弯+烤漆+文字图案丝印,铸铁(2.11%c)按碳存在的不同形式灰口铸铁：碳以石墨形式存在，断口呈灰色白口铸铁：碳以渗碳体形式存在，断口白色按石墨的形态：灰口铸铁：钢基+片状石墨，强度、塑性、韧性不如钢，减震性好、缺口敏感性低，适于制各种承受压力和要求消震的床身、机架、箱体、缸体、壳体可锻铸铁：铸态白口铸铁热处理成，高强度、塑性、冲击韧性，制汽车后桥外壳、管接头、低压阀门球墨铸铁：铁水+球化剂，铸造性优良，取代了可锻铸铁，制造受力复杂、负荷大、耐磨的铸件，如曲轴、凸轮轴、齿轮、蜗轮蜗杆、活塞、工作缸等,铸铁(2.11%c)脆、不受拉，主要用于承受压力的壳体、箱体、基座、床脚床身。肌理粗糙；价格低廉。,第一节常用金属材料及其特性,2.1.1金属材料的特性及分类2.1.2钢铁材料2.1.3有色金属及其合金2.1.4造型设计中金属材料的选用,2.1.3有色金属及其合金,铝及铝合金铜及铜合金,铝及铝合金（表3-6、表3-7、表3-8）,纯铝：纯度98%99.996%，2.7kg/m3密度小、导电、导热性优良；主要用于科研及制造电容器铝合金：纯铝强度低，加入合金以提高强度变形铝合金：以压力加工方法生产的管、线、型等半成品1.防锈铝合金：含锰、镁等，不可热处理强化，耐蚀性好，用于制造高耐蚀性薄板容器2.硬铝：含铜、镁等，强度、硬度高（与高强钢相近），塑性低、韧性差，用于制造飞机大梁、螺旋桨、铆钉。如2A12作机器人关节3.超硬铝合金：含锌、铜等，强度接近超高强度钢,制电器柜骨架等4.锻铝：含镁、硅、铜等，热塑性、耐蚀性好，适于锻造，用于航空等形状复杂、要求强度较高的锻件铸造铝合金：要求有良好的铸造性能，分为铝硅、铝铜、铝镁、铝锌四系。制造形状复杂强度不高的零件，如仪器仪表壳体、气缸体。,铜及铜合金,1.纯铜（紫铜）：纯度99.5%99.95%,极好的塑性,抗蚀、导电、导热性、抗磁性极好，用于电工导体和防磁器械,8.9g/cm32.黄铜：含锌铸铁铸钢锻造性能承载较大、受力复杂的构件热锻性：低碳钢中碳钢高碳钢焊接性能体积较大，要求气密性好，能承受一定压力，如输气管道、蒸汽锅炉等钢材最适合焊接，含碳和合金元素越多，焊接性能越差；铝合金、铜合金焊接性较差，灰口铸铁基本不能焊接,2.2.1铸造加工及其工艺性2.2.2压力加工及其工艺性2.2.3焊接技术及其工艺性2.2.4切削加工（机械加工）及其工艺性2.2.5特种加工及其工艺性,第二节金属材料成型与工艺性,2.2.1铸造加工及其工艺性,铸造将熔融金属液体浇注到与零件形状相对应的铸造模型腔中，待冷却后得到实体毛坯或零件的工艺过程铸造加工的特点：适应性强：不受零件体积、重量大小、形状、结构复杂程度的限制，不受合金种类限制成本低廉：原材料消耗及切削加工费低、动力消耗少、接近成品零件铸造组织存在一定缺陷：缩孔、疏松、气孔、沙眼等导致力学性能不如锻件；工艺过程较难控制：废品率较高，工人劳动强度大等,2.2.1铸造加工及其工艺性,铸件性能：合金性能铸型性能工艺控制铸造方法分类砂型铸造：用型砂做铸型的铸造方法，使用率90%特种铸造：砂型铸造以外的其他铸造方法，包括熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造等,铸造方法分类,凝固方式：重力场凝固非重力场凝固压力铸造离心铸造挤压铸造电磁场快速凝固,无论哪种铸造，其工艺过程中的基本内容和成型原理都是相同的，只是过程的方法依不同铸造而有所不同各种铸造的基本过程：,2.2.1铸造加工及其工艺性,砂型铸造,造型制芯金属液态砂型成形最基本的工序，通常分为：,手工造型：,机器造型：,利用简单的器械进行砂型（芯）的制作,利用造型机和制芯机进行砂型（芯）的制作,砂型成形方法,手工造型的特点：,操作方便灵活，适应性强生产率低劳动强度大铸件质量不易保证,适用于单件小批量生产,砂型成形方法,机器造型的特点：,生产效率高劳动条件好劳动强度低铸件的表面质量好、尺寸精度高,适用于成批大量生产,砂型铸造,动画演示,砂型铸件的结构设计应注意：,力求外形简单，轮廓平直，只需一个分型面力求铸件的内腔铸造时，型芯数目最少，方便装配、清理、排气起模方向应设计结构斜度铸件应有合理的壁厚力求铸件壁厚均匀，防止局部积聚变形，造成裂纹、缩孔、缩松等缺陷尽量避免铸件中有过大的水平面，防止由于横截面突然增大，导致金属液面上升缓慢，致使型腔顶部受到长时间烘烤，造成夹砂缺陷、产生气孔等；将平面改为倾斜面,金属型铸造,金属型铸造特点,可以“一型多铸”铸件的力学性能提高因为金属型铸件的冷却速度较快、组织比较致密铸件精度较高，可以少加工或不加工成本高、周期长；铸造透气性差、无退让性，易产生冷隔、浇不足、裂纹等缺陷；铸件熔点不宜太高，重量也不宜太大主要用于：大批量的有色金属铸件，如内燃机的铝活塞、气缸体、缸盖、油泵壳体等,熔模铸造（失蜡铸造）,在蜡模表面包以造型材料，待其硬化，将其中的蜡模熔去，从而获得无分型面的铸型的铸造方法蜡模制造结壳脱蜡造型焙烧浇铸落砂清理蜡模制造结壳脱腊造型焙烧浇铸落砂清理,熔模铸造（失蜡铸造）,钢水浇注方向,熔模铸造（失蜡铸造）的特点,铸件的精度高且表面光洁适用于各种铸造合金铸件，尤其是高熔点及难切削的合金的铸造熔模铸件的形状可以比较复杂，最小孔径0.5mm，壁厚0.3mm铸件的重量不宜太大，一般=25kg,最大80kg左右工艺过程复杂，不易控制，使用和消耗的材料较贵，适用于形状复杂、精度较高或难以机加工的小型零件，如发动机叶片和叶轮等,压力铸造,在高压下(约为500一1500Ncm2)快速地(充型时间约为0.0010.2s)将液态或半液态合金压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的方法。工作流程：注入金属：先闭合铸型，用手工将定量勺内金属液通过压室上的注液孔向压室内注入压铸：压射冲头向前推进，金属液被压入铸型中。取出铸件：铸件凝固后，抽芯机构将型腔两侧型芯同时抽出，铸型开型，铸件借助冲头的前伸动作离开压室，在继续开型中，顶杆顶出铸件。优点：铸件表面质量高，可铸出复杂形状薄壁件或镶嵌件，生产率高。主要适合于有色金属合金，如锌合金、铝合金、镁合金。,压力铸造,低压铸造：介于重力铸造和压力铸造之间的一种方法，所用压力为2-7N/cm2。主要用于生产质量高的铝镁合金铸件,汽车铝合金轮毂,离心铸造：将液态合金浇入高速旋转（250-1500r/min）的铸型中，使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶。主要用于生产圆筒形铸件。,实际生产过程,铸造质量的好坏主要决定于合金的充型能力，影响合金充型能力的主要因素是合金的流动性、浇注条件和铸型的结构。,材料的可铸性,材料的可铸性,决定某材料是否可铸造成型，应考虑材料的波动性，收缩性和偏析性，是否合乎要求流动性：指材料熔融后易于流动，不粘滞的性能。流动性好的材料易于充满砂型，能铸成较薄、较细，形状复杂的铸件收缩性：指材料经冷却后，体积收缩程度的大小，收缩性小的材料拎却后体积变化小，不易出现疏松、变形、裂纹等缺陷，灰口铸铁最好偏析性：材料冷却后，各种成分分布的均匀程度。由于合金不是一种成分，如果偏析、拎却过程中会有一部分先析出，致使材料性能下降，影响强度和加工性能。,铸造产品设计的特点,产品的外形是由模型的型腔决定的，无论是砂型还是金属型或蜡型，浇注需要良好的金属充型能力，铸型的型腔不可太复杂、太有棱角以及太细小因此从总体上看，铸造产的特点是外观线条圆润且有力度感，棱角不够分明。,铸造产品设计的特点,在艺术造型上多用于表现敦厚、圆润、古典、尊贵的效果如：佛像、灯座、纪念章、青铜器餐具、艺术品等在工业上由于铸铁性脆，耐压不耐拉，广泛用于在工作中承受较大的压力、有震动、需有自润滑功能的机器零部件以及有复杂外形结构又很难用其他方法造型的零件如：机床底座、车床床身导轨、汽车小零件等,铸造产品设计时应注意哪些问题？,1.外形轮廓尺寸是渐变的，无分明的棱角；2.由于金属流动性的限制，造型的细部不能反映，也不能铸造太薄的产品以及在造型上有急剧转弯的部位；3.由于铸造后要有退模工序，则金属型铸造不能铸造复杂的形状；4.所设计的产品应在整体上体现铸造产品的特点，在不重要的地方做其它处理,重型餐具选材：铝材成型工艺：铸造加工、压力加工连接工艺：焊接、配合造型设计:一改铝制厨具光滑细密的风格，采用铸造成型，表面有看似粗糙的纹理，让他们看起来更像是工业制品,