工艺技术_造型材料及加工工艺培训课件

造型材料及加工工艺 孔凡第1章概论 1 1设计与材料材料在人类历史中具有里程碑的意义石器时代青铜时代 司母戊方鼎 永乐大钟铁器时代 各种农具钢铁时代 铝质头盔 高楼大厦 钢筋混凝土高分子材料时代复合材料时代 信息时代 信息高速公路 司母戊方鼎 商 青铜 铸于商朝 司母戊鼎通高133厘米 横长110厘米 宽78厘米 重875公斤 纹饰华美 1 1设计与材料 永乐大钟 明 青铜 铸于1420年 为明成祖朱棣亲自设计 重46 5吨 铸有23万经文 1 1设计与材料 铁器 战国 铸铁 各种农具 1 1设计与材料 丹麦国皇头盔 铝 1 1设计与材料 纽约世贸大厦 钢结构房屋框架 铝合金贴面 1 1设计与材料 远程教学 信息高速公路 光导纤维 信息高速公路的 路面 光导纤维光导纤维 光在具有全内反射性能的玻璃纤维里进行传导 现代通信 1 1设计与材料 1 1设计与材料 人类的设计意识是与使用材料并生共存的 任何设计都需要通过材料来实现 以椅子为例 古希腊石椅明式家具 1 2产品造型设计的物质基础 产品设计三要素 材料 形态 功能材料 工艺 设计中对材料的认识 一方面 材料的发展与我们社会的进步有着紧密的联系 材料开拓了想象的空间 设计为材料提供了展示魅力的平台 另一方面 将材料看作是有生命力的对象 适度的运用会与设计作品相得益彰 1 3设计材料的分类1 按材料的来源分 1 3设计材料的分类 1 按材料的来源分第一代 天然材料第二代 加工材料第三代 合成材料第四代 复合材料第五代 智能材料 1 3设计材料的分类 2 按材料的物质结构分金属材料 黑色金属 铸铁 碳钢 合金钢等 有色金属 铜 铝及合金 无机材料 石材 陶瓷 玻璃 石膏等有机材料 木材 皮革塑料 橡胶等复合材料 玻璃钢 碳纤维复合材料等 工程材料 1 3设计材料的分类 3 按材料的形态分线材 面材 块材 1 4设计材料的基本特性 1 4 1材料特性的评价固有特性 力学 热学 电磁特性 表面特征派生特性 加工特性 感觉特性 环境特性 1 4设计材料的基本特性 1 4 1材料特性的评价 1 4 2材料的固有特性 材料的固有特性是由材料本身的组成 结构决定的 是指材料在使用条件下表现出来的性能 他受外界条件的限制 1 材料的物理性质密度力学性能 强度 弹性和塑性 脆性和韧性 刚度 硬度 耐磨性热性能 导热性 耐热性 热胀性 耐燃性 耐火性电性能 导电性 电绝缘性磁性能 铁磁性材料 顺磁性材料 抗磁性材料光性能 反射 投射 折射2 材料的化学性能耐腐蚀性抗氧化性耐候性 定义 材料在力的作用下 抵抗变形和破坏的能力 应力 应变刚度 弹性 屈服强度抗拉强度 强度 strength 拉伸试样的颈缩现象 弹性 elasticity 金属材料受外力作用时产生变形 当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能 随载荷撤除而消失的变形 弹性极限 elasticlimit Fe弹性极限载荷 N e Mpa S0试样原始横截面积 mm2 弹性变形 elasticdeformation 定义 试样在断裂前所能承受的最大应力 抗拉强度 tensilestrength 根据受力方向不同 抗拉强度 抗压强度 抗弯强度抗剪强度 抗扭强度等 定义 指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力 指标 断面收缩率 percentagereductioninarea 指试样拉断处横截面积S1的收缩量与原始横截面积S0之比 金属材料力学性能 塑性 plasticity 断后伸长率 延伸率 specificelongation 指试样拉断后的标距伸长量L1与原始标距L0之比 10 属塑性材料 指标 金属材料力学性能 塑性 硬度 hardness 定义 硬度是指材料抵抗其它更硬物体压入其表面的能力 常用硬度试验方法 布氏硬度测试法 洛氏硬度测试法 维氏硬度测试法 布氏硬度试验原理 用一定直径的压头 球体 以相应试验力压入待测表面 保持规定时间卸载后 测量材料表面压痕直径 以此计算出硬度值 布氏硬度标注 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值 符号后面的数字按顺序分别表示球体直径 载荷及载荷保持时间 如 120HBS10 1000 30表示直径为10mm的钢球在1000kgf 9 807kN 载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120 布氏硬度特点 优点 测量误差小 因压痕大 数据稳定 重复性强 缺点 压痕面积较大 测量费时 应用 常用于测量较软材料 灰铸铁 有色金属 退火正火钢材的硬度 不适于测量成品零件或薄件的硬度 洛氏硬度HR RockwillHardness 洛氏硬度试验原理 用锥顶角为120 的金刚石圆锥或直径1 588mm的淬火钢球 以相应试验力压入待测表面 保持规定时间卸载后卸除主试验力 以测量的残余压痕深度增量来计算出硬度值 洛氏硬度符号 试验条件和应用举例 70 85HRA20 70HRC25 100HRB 洛氏硬度标注 HRA HRB HRC分别测得的硬度 不可直接比较大小例如 50HRC40HRC 维氏硬度试验原理 与布氏硬度试验原理基本相同 只是压头改用了金刚石四棱锥体 以一定的试验力将压头压入试样表面 保持规定时间卸载后 在试样表面留下一个四方锥形的压痕 测量压痕两对角线长度 以此计算出硬度值 维氏硬度试验原理 用压痕两对角线的平均长度来计算 HV F S 维氏硬度试验原理 维氏硬度标注 与布氏硬度基本相同 在后面要标注试验条件 试验力和保持时间 10 15S不标 例 580HV30表示用30kgf 294 2N 试验力保持10 15S测定的维氏硬度值为580 维氏硬度特点 优点 适用范围广 从极软到极硬材料都可测量 测量精度高 可比性强 能测较薄工件 缺点 测量操作较麻烦 测量效率低 应用 广泛用于科研单位和高校 以及薄件表面硬度检验 不适于大批生产和测量组织不均匀材料 韧性 Toughness 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力 定义 冲击试验机 冲击试样和冲击试验示意图 金属的夏比冲击试验 试样冲断时所消耗的冲击功Ak为 Ak mgH mgh J g 疲劳现象 零件在循环应力的作用 即使工作时承受的应力低于材料的屈服点或规定残余伸长应力 在经受一定的应力循环后也会发生突然断裂 这种现象称为疲劳 疲劳强度 Fatigue 表示金属材料在无数次交变载荷作用而不破坏的最大应力 疲劳极限 1 疲劳曲线 钢材的循环次数一般取N 107 有色金属的循环次数一般取N 108 提高疲劳极限途径 改善零件的结构形状 降低表面粗糙度值 采取表面强化 疲劳极限 1 1943年美国T 2油轮发生断裂 1 4 3材料的派生特性 材料的加工特性 材料的感觉特性 材料的环境特性和材料的经济性 课程内容 材料的工艺特性 材料的感觉特性 材料的环境特性金属材料的性能及加工技术 常用金属材料特性 分类 加工技术高分子材料的性能及加工技术 塑料 橡胶的性质 分类及其加工技术木材的性能及加工技术无机非金属材料的性能及加工技术 玻璃 陶瓷的分类及加工工艺复合材料的性能及加工技术 复合材料的性质 分类及成型加工技术发展中的新材料 纳米材料 绿色材料 智能材料 新能源材料材料的选择原则 金属材料 图1 2德国Chrion四轴数控加工中心图1 3和谐号动