造型材料与工艺 .doc

一）钢的分类及牌号 依据分类标准不同，钢的分类方法有多种。 如按化学成分，分为碳钢和合金钢，其中碳钢按碳含量又可分为低碳钢（wc0.25%）、中碳钢（wc=0.25%0.6%）、高碳钢（wc0.6%）；合金钢按合金元素含量也可分为低合金钢（w5%）、中合金钢（w=5%10%）、高合金钢（w10%）。1. 钢的分类 按钢的质量等级分，有普通钢、优质钢和高级优质钢。按钢的主要用途分为结构钢（包括一般工程结构钢和机器零件结构钢）、工具钢（包括刀具、模具、量具）、特殊性能钢、专业用钢等。钢的牌号（1)碳素结构钢和低合金高强度钢。这两类钢的牌号反映钢的屈服强度、钢的质量等级和脱氧方法。牌号由代表屈服点的汉语拼音字母“Q”(屈)、屈服点数值、质量等级、脱氧方法符号顺序排列组成。如：Q235一AF表示屈服点不小于235MPa、质量等级为A级的碳素结构沸腾钢（F）。碳素结构钢和低合金高强度钢在牌号上的最主要区别在屈服强度等级上，碳素结构钢的最高强度等级为275MPa，而低合金高强度钢的最低强度等级为295MPa。（2)优质碳素结构钢。优质碳素结构钢的牌号反映钢的化学成分(碳的质量分数)。牌号通常由两位数字组成，该数字表示钢中碳的平均质量分数的万分数。如45表示碳的质量分数平均为万分之四十五，即0.45的优质碳素结构钢。（3)合金结构钢。合金结构钢的牌号反映钢的化学成分(碳的质量分数和合金元素质量分数)。牌号组成形式为：数字(两位)元素符号数字元素符号数字,最前面的两位数字表示钢中碳的质量分数的万分数。元素符号和其后的数字表明钢中所含合金元素种类及其质量分数：合金元素质量分数小于1.5时，不标明含量；当合金元素质量分数为1.52.5时标2；合金元素质量分数为2.53.5时标3；依此类推。高级优质钢在牌号末尾加A，特级优质钢在牌号末尾加E。如40Cr表示碳的质量分数为万分之四十(即0.4)、WCr1.5的优质合金结构钢。（4)其它结构钢。铸钢的牌号一种用强度表示，另一种用化学成分表示。用强度表示的铸钢牌号由“ZG”(铸钢)和其后的两组数字组成，第一组数字为最低屈服强度值，第二组数字为最低抗拉强度值，如ZG200400表示最低屈服强度为200 MPa、最低抗拉强度为400 MPa的铸钢。用化学成分表示的铸钢牌号由“ZG”和其后的表示化学成分的符号组成(GBT56131995)。易切削钢的牌号反映钢的切削加工性能和化学成分特点，牌号用“Y”(易)和碳的质量分数的万分数组成，含Pb、Ca或含Mn量较高时在末尾加相应的元素符号，如Y15Pb。（5)碳素工具钢。碳素工具钢的牌号反映钢材的用途和化学成分(碳的质量分数)。牌号由代表碳素工具钢的汉语拼音字母“T”(碳)和其后的数字组成，该数字表示钢中碳的平均质量分数的千分数。如T10表示碳的平均质量分数为1.0的优质碳素工具钢。（6)合合工具钢和高速工具钢。合金工具钢和高速工具钢的牌号反映钢的化学成分。牌号组成形式与合金结构钢相似，但最前面的位数字表示钢中碳的质量分数的千分数；当钢的Wc1.0时，不标明碳的质量分数。如9SiCr表示碳的质量分数为0.9，Si、Cr的质量分数均小于1.5的合金工具钢。（7)滚动轴承钢。滚动轴承钢的牌号反映其用途和化学成分。牌号由代表滚动轴承钢的汉语拼音字母“G“(滚)和其后表示碳的质量分数、合金元素种类及质量分数的数字和元素符号组成。在使用最为广泛的高碳铬轴承钢中，合金元素铬的质量分数用千分数表示，碳的质量分数通常为0.95一1.15，不予标注。如GCr15表示碳的质量分数为1.0、铬的质量分数为1.5的高碳铬轴承钢。 2. 低合金高强度钢 在碳素结构钢基础上加入少量合金元素形成的低合金高强度钢，其强度等级较高，加工工艺性能良好，可满足桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道等大型重要钢结构对性能的要求，并且能减轻结构自重、节约钢材。 低合金高强度钢中的合金元素主要有Mn、Si、Ni、Cr、V、Nb、Ti，其中Mn、Si、Cr、Ni等元素主要起固溶强化作用，以提高基体固溶体相的强度；V、Ti、Nb等元素均为强碳化物形成元素，可形成细小弥散分布的碳化物，并可细化晶粒，从而通过弥散强化和细晶强韧化提高钢的强度、塑性和韧性。2. 低合金高强度钢 低合金高强度钢的供货状态通常为热轧状态或控制轧制状态，也可根据用户要求以正火或正火加回火状态供应；Q420、Q460的C级、D级、E级钢也可按淬火回火状态供应。用户在使用时通常均不进行热处理。同碳素结构钢相类似，低合金高强度钢的强度、塑性也与钢材的尺寸有关。 幻灯片62铸件结构工艺性进行铸件结构设计时，不仅要保证其使用性能和力学性能要求，还必须考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求，铸件结构设计合理与否，对铸件的质量、生产率及其成本有很大的影响。（一）砂型铸造工艺对铸件结构设计的要求 铸件结构应尽可能使制模、造型、造芯、合箱和清理等过程简化，避免不必要的浪费，防止废品的产生，并为实现机械化、自动化生产创造条件。 （二）合金铸造性能对铸件结构设计的要求 缩孔、裂纹、气孔和浇不足等铸件缺陷的产生，有时是由于铸件结构设计不够合理、未能充分考虑合金铸造性能的要求所致。（三）砂型铸造铸件最小壁厚的设计 每种铸造合金都有其适宜的壁厚，如果选择适当，既能保证铸件的力学性能，又能防止某些铸造缺陷的产生。 一、焊缝布置 在布置焊缝时，应考虑以下几个方面。1. 焊缝位置应便于施焊，有利于保证焊缝质量 2. 焊缝布置应有利于减小焊接应力和变形 （1）尽量减少焊缝数量。（2）尽可能分散布置焊缝。（3）尽可能对称分布焊缝。3. 应尽量避开最大应力和应力集中部位4. 焊缝应尽量避开机械加工面一、胶接的特点与应用 胶接，也称粘接，是利用化学反应或物理凝固等作用，使一层非金属的胶体材料具有一定的内聚力，并对与其界面接触的材料产生粘附力，从而由这些胶体材料将两个物体紧密连接在一起的工艺方法。胶接的主要特点是：（1）能连接材质、形状、厚度、大小等相同或不同的材料，特别适用于连接异型、异质、薄壁、复杂、微小、硬脆或热敏制件。（2）接头应力分布均匀，避免了因焊接热影响区相变、焊接残余应力和变形等对接头的不良影响。（3）可以获得刚度好、重量轻的结构，且表面光滑，外表美观。（4）具有连接、密封、绝缘、防腐、防潮、减震、隔热、衰减消声等多重功能，连接不同金属时，不产生电化学腐蚀。（5）工艺性好，成本低，节约能源。胶接也有一定的局限性，存在的主要问题是胶接接头的强度不够高，大多数胶粘剂耐热性不高，易老化，且对胶接接头的质量尚无可靠的检测方法。 胶接在航空航天工业中是非常重要的连接方法，主要用于铝合金钣金及蜂窝结构的连接，除此以外，在机械制造、汽车制造、建筑装潢、电子工业、轻纺、新材料、医疗、日常生活中，胶接的应用也非常广泛。1.塑料的特性 （1）易成形、成本低 （2）高强度、质量轻 （3）耐腐蚀、性稳定 （4）透明性好、着色性强 （5）绝缘性强、耐磨性高 （6）减震消音、透光保温 2.塑料的缺陷 （1）耐热性差 （2）易变形 （3）有“老化”现象 塑料的主要成形方法1.注塑成形2.挤出成形3.压制成形4.吹塑成形5.压注成形6.发泡成形7.铸塑成形8.真空成形塑料制品的结构工艺性 1.形状 塑料制品的形状应易于成形，即在开模取出塑件时尽量避免采用复杂的分型与侧面抽芯。 2.壁厚通常，产品应具有均匀的壁厚，壁与壁的连接处尽量用圆弧连模，从而避免壁厚的突然剧变。3.脱模斜度为使塑件顺利脱模并防止脱模时擦伤或擦毛塑件，塑件的内外表面沿脱模方向应具有合理的斜度，称为脱模斜度。4.圆角 （1）可提高产品的成形性。（2）可增加产品的强度。（3）可防止产品变形。 5.加强肋和角板 加强肋和角板能有效增加产品的刚性与强度。 6.嵌件 在塑料产品设计时，可采用各种形状和材质的嵌件，其中金属嵌件应用最广7.分模线阴模与阳模的接合线称为分模线（PL），位于产品的外围。 8.孔洞在塑料制品上开孔洞或者切口可使其与其它零件组合从而得到更多的功能并且更具吸引力 1.工业设计中常用的塑料 （1）ABS塑料 （2）聚丙烯塑料（PP） （3）聚乙烯塑料（PE） 橡胶的加工 橡胶加工基本过程包括塑炼、混炼、压延或挤出、成形和硫化等基本工序，每个工序针对制品有不同的要求，分别配合以若干辅助操作。 1. 塑炼 将橡胶生胶在机械力、热、氧等作用下，从强韧的弹性状态转变为柔软而具有可塑性的状态，即增加其可塑性（流动性）的工艺过程称为塑炼。 2. 塑炼 混炼是将塑炼胶或已具有一定可塑性的生胶，与各种配合剂经机械作用使之均匀混合的工艺过程。 3. 压延与压出 4. 成形 根据制品的形状把压延或压出的各种胶片、胶布等裁剪成不同规格的部件，然后进行贴合制成半成品，这一过程被成为橡胶的成形。 5. 硫化 由塑性橡胶转化为弹性或硬质橡胶的过程，称为硫化橡胶制品的结构工艺性 橡胶制品的结构设计，应当符合橡胶成形工艺和模具设计的要求。 1. 脱模斜度 橡胶制品零件的脱模斜度的设计可参考以下原则：零件的轴向尺寸越大、壁厚越薄、直径越小，脱模斜度越小。在不影响制品使用的前提下，脱模斜度可设计的大一些 。 2. 壁厚 为减少橡胶制品的内应力和收缩变形，制品的壁厚应均匀，通常不小于1mm。设计壁厚时，在确保制品强度要求的前提下，尽可能使壁薄一些，以减轻制品零件的质量，减少胶料的消耗。 3. 圆角 橡胶制品各个部分的交接处应尽量设计成圆角，这样既有利于成形时胶料的流动，又可提高制品模具的使用寿命。 4. 孔 对于各种类型的孔洞，都应当给定并明确指出脱模斜度的方向和大小。如果不允许有较大的脱模斜度，则应注明。 5. 嵌件 6. 文字与图案木材及成形工艺（一）木材常用的成形工艺 1.木材的加工流程 （1）配料。 （2）构件的加工。 （3）装配。 （4）木制品的表面涂饰。 2.木材的加工方法 （1）木材的锯割。 （2）木材的刨削。 （3）木材的凿削。 （4）木材的铣削。 （二）木制品的结合形式 1榫结合 这是由榫头插入榫孔构成的结合。根据结合部位的尺寸、位置、构建在结构中的作用等的不同，榫头有各种形式，各种榫又视制品结构的需要，有明榫和暗榫之分。 2胶结合 胶结合是木制品常用的一种结合形式，其特点是制作简便、结构牢固、外型美观，产品形式不受手工工艺的局限。 3螺钉结合 螺钉的结合强度取决于木材的硬度和钉的长度，并与木材的纹理有关。 4板材拼接常用的结合形式（三）木材常用的表面处理 1木材表面涂覆前处理 （1）干燥。 （2）去毛刺。 （3）清除污物。 （4）去树脂。 （5）漂白。 （6）染色。 2木材表面贴覆表面贴覆是将面饰材料通过黏合剂粘贴在木制品表面而成一体的一种装饰方法。树脂基复合材料成形 一、热固性树脂基复合材料的成形 热固性树脂基复合材料以热固性树脂为基体，以无机物、有机物为增强材料。 1.手糊成形2.喷射成形 3.层压成形 4.铺层法成形5.缠绕法成形6.模压成形7.离心浇注成形8.挤拉成形二、热塑性树脂基复合材料的成形 热塑性树脂基复合材料由热塑性树脂和增强材料组成。热塑性树脂基复合材料成形时，基体树脂不发生化学变化，而是靠树脂的物理状态的变化来完成。其过程主要由加热熔融、流动成形和冷却硬化三个阶段组成。已成形的坯件或制品，在加热熔融后还可以二次成形。粒子及短纤维增强的热塑性树脂基复合材料可采用挤出成形、注射成形和模压成形，其中，挤出成形和注射成形占主导地位。1.颗粒增强金属基复合材料成形 （1）粉末冶金法。（2）铸造法。（3）加压浸渍法（4）挤压或压延成形法。2.纤维增强金属基复合材料成形 （1）扩散结合法（2）熔融金属渗透法。（3）等离子喷涂法。3.层合金属基复合材料成形（1）轧合。（2）双金属挤压。（）爆炸焊合。陶瓷基复合材料成形(1) 粉末冶金法。（2）料浆浸渗法。（3）料浆浸渍热压成形法。（4）化学气相渗透工艺。切削加工质量要求 零件的加工质量指标包括加工精度和表面质量两方面。 一、加工精度 加工精度是指零件在加工后尺寸、形状和相互位置等参数的实际数值与设计时确定的数值相符合的程度。加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。 尺寸精度是指零件实际加工的尺寸与设计给定的尺寸相符合的程度，它是由尺寸公差控制的。公差是尺寸允许的变动量，公差越小，精度越高。 形状精度与位置精度是指零件表面实际形状和位置与理想形状和位置相符合的程度。 二、表面粗糙度 表面粗糙度指零件加工表面存在的由较小间距的峰谷组成的微量高低不平度。它与零件的耐磨性、配合性质、抗腐蚀性有密切关系，会影响到机器的使用性能、寿命和制造成本，是切削加工的重要质量要求之一。 产品结构工艺性结构工艺性是指产品零部件在保证产品使用性能的前提下，在结构设计方面应符合加工方便、生产率高、劳动量少、材料消耗少、生产成本低的原则。结构工艺性包括切削加工、装配结构工艺性等。 零件结构设计的一般原则有： （1）合理确定零件的技术要求：不需要加工的表面，不要设计成加工面；要求不高的表面不要设计成高精度和较小表面粗糙度的表面，以免增加材料消耗和制造费用。 （2）遵循结构设计的标准化：尽量采用标准化