材料知识点(精品）

材料知识点材料知识点 精品 精品 1工业造型设 与工程设 的区别产品设计主要项目工程设计工业造型 设计功能设计功能设计制定技术指标和功能原理方案实现功能原理 进行总体布局与构思造型方案结构设计结构方案配合结构方案进 行形态设计 与造型有关的结构设计工艺设计编制工艺及工装设计 面饰工艺 监督实施造型设计方案操作使用设计操作与显示的原理 结构设计操作 维修等空间设计 形态设计 人机因素设计及包 装设计维修设计装配维护保养技术设计装运安装装运及安装方式结 构设计安全设计安全防护技术设计安全防护造型 装饰设计色彩与 涂装外观保护技术方案色彩涂装方案设计一批设计师不甘心被动地 接受材料科学的研究成果 从 以人为本 的角度出发 积极评价 各种材料在设计中的价值 挖掘材料在造型设计中的潜力 有意识 地运用新材料和新技术来创造新产品 同时关注环境问题 从而出现了 材料设计 的理念 确定了材料运用已成为设计活动 中一个不可忽视的部分 材料技术材料技术与制造技术的发展 使产品设计的内涵不断外延 产品设计的进步史也是材料的发展史 材料是设计的载体 设计是材料的现体 产品的功能 形体和外观与材料的质地 感官 性能及成型工艺关 系密切 造型设计要与材料的性能特点及其加工工艺相一致 才能实现设计 的目的和要求 材料分类历史角度第一代天然石材第二代加工材料第三代合成时代 第四代复合材料第五代智能材料工程应用角度建筑工程电子工程机 械工程 材料金属材料钢铁 有色金属无机非金属材料 陶瓷高分子 材料 塑料 橡胶复合材料2专业领域角度按成分有机 无机 复合 按聚集状态固 液 气按化学结构金属键 离子键 共价键按构造 晶体 非晶体 混合按形态丝 板面 块状按组合单 一 复合人类的生存离不开材料一种崭新技术的实现 往往需要崭 新材料的支持例如实现光通讯技术 离不开1970年制成的光导纤维 材料的支持先进的技术反过来促进新材料的诞生材料在设计中的作 用 材料科技与制造技术的发展 使产品设计的内涵不断外延 过去工业设计师更多被束缚于产品的功能和内在因素 很多创意变 为空想无法实现 如今这种状况被彻底改变 材料激发了设计师的无限创意 例如 塑料材料的诞生 产品设计的进步史 也是材料的发展史 从木材 陶瓷到金属 玻璃和塑料 材料的不断创新实现着人们对 于产品的种种梦想 材料的魅力是无穷的 材料是设计的载体 设计 是材料的体现 巧妇难为无米之炊 如厨师要了解食材及其加工方法 产品的功 能 形体和外观与材料的质地 感官 性能及成型工艺关系密切 材料的感官效果 材料的力学 物理 化学性能 材料的加工工艺与性能 材料的改性和表面处理 造型设计要与材料的性能特点及其加工工 艺相一致 才能实现设计的目的和要求 材料 工艺 设计三者间的关系 材料 设计和工艺 密不可分 创新是工业设计的灵魂 新材料 新工艺和新技术正是为 产品的创新设计开辟新天地 设计离不开对材料的认识和制造成型 过程的了解 设计如何兼顾实用性 科学性 艺术性 经济性 如明 式家具与现代板式家具 设计师必须注重材料的性能特点 实用价值 与审美价值 达到功能和形式的统一如塑料儿童餐具 要设计出好的 产品 必须使材料在制成物和作用于人的过程中 真正做到 料尽 其材 物尽其用 材料的定义 材料 广义 指人的思想意识之外的所有物质 材料 狭义 指工业生产加工所使用的物质 材料的基本属性 必须有恰当的性能 可用于满足人类生产和生活的某一特定需要 须有加工和利用的可能性 必须有某种经济性材料的五个发展阶段 一 使用纯天然材料的初级阶段 旧石器时代 使用天然材料 如兽皮 甲骨 羽毛 树木 草叶 石块 泥土等 二 人类单纯利用火制造材料的阶段 距今约1万年前 20世纪初至今 横跨新石器时代 铜器时代和铁器时代 代表性的三大人造材料 陶 铜 铁 三 利用物理和化学原理合成材料的阶段 20世纪初 以合成高分 子材料的出现标志 合成高分子材料 合成塑料 合成纤维及合成橡胶等 功能高分子材料 经辐射的高分子聚合物 3 合金材料 铁碳合金 铝合金 铜合金等 无机非金属材料 陶瓷材料 超导材料 半导体材料 光纤材料 人造金刚石 立方氮化棚 金 属氢等高性能结构材料和功能材料 不锈钢 铁合金 超耐热钢 超硬合金 压电材料 铁电材料 热电材料 光电材料 激光材料 磁光材料 声光材料等 四 材料的复合化阶段 20世纪50年代 以金属陶瓷材料的出现为 标志 金属陶瓷 金属与陶瓷的复合材料 玻璃钢 玻璃纤维与高分子材料的复合材料 铝塑薄膜在高真空状态下将铝蒸发到各种基膜上的一种薄膜产品 梯度功能材料 组成 结构 性能随材料的空间位置而连续变化的 材料 抗菌材料如塑料玩具用抗菌材料 纺织品等 五 梯度功能材料 一般复合材料的整体材料性能是同一的 但有时 希望同一件材料两侧具有不同的性质或功能 且两侧结合完美 不 至于在苛刻的条件下因性能不匹配发生破坏 例如超音速燃烧冲压式发动机 燃烧气体的温度超过2000 燃烧 室壁另一侧要经受燃料液氢的冷却 温度 200 左右 将金属和陶瓷联合使用 陶瓷对付高温 金属对付低温 但将金属和陶瓷结合时 由于二者的界面热力学特性匹配不好 在 极大的热应力下还会被破坏 1984年平井敏雄提出梯度功能材料通过连续地改变两种材料的组成 和结构 使其内部界面消失 得到功能相应于组成和结构的变化而 渐变的非均质材料 对上述的燃烧室壁 在陶瓷和金属之间通过连续地控制内部组成和 微细结构的变化 使两种材料之间不出现界面 从而使整体材料耐 热应力强 机械强度好 金属材料1 金属材料的分类 1 按材料性能和用途分类金属结构材料金属功能材料 2 按材料加工工艺分类铸造金属材料变形金属材料粉末冶金材料 3 按材料密度分类 4 按材料构成元素分类黑色金属有色金属黑色金属 钢铁材料 有 色金属 铁以外 1 钢铁材料都是铁碳合金2 各类钢铁材料的区别主 要是含碳量不同3 铁以外的金属及其合金统称为有色金属 1 工业纯铁塑性好 强度低磁性材料 2 铸铁灰口铸铁可锻铸铁球墨铸铁 熔点低 铸造性能 切削性能 耐磨性 减振性好 工艺简单 成本低 可制造复杂结构和形状零 件 3 钢分类按构成元素分类碳素钢仅包含铁碳元素 不含合金元素 合金钢在碳素钢基础上 加入一种或几种合金元素 硅 锰 铬 镍等 碳素钢4低碳钢强度低 塑性高一般用于制造复杂零件 构件 中碳钢性能适中一般用于制造强韧性机械零件高碳钢强度硬度高耐 磨一般用于生产工具 刀具合金钢在碳素钢基础上 加入一种或几 种合金元素常用的合金元素硅 锰 铬 镍 钼 钛 硼 铝 稀 土等的一种或几种合金钢合金元素可以改善使用性能和工艺性能铬 增强耐磨性 硬度 高温强度 钛 增强耐蚀性和耐热性 锰 增强高温抗拉强度和硬度 镍 增强耐热性 低温抗冲击性 耐腐蚀性 不锈钢1 包含的主要元素 为铁 碳 铬2 铬是不锈钢中的主要合金元素3 包含足量的铬元素 实现不锈钢的防锈4 还包含铬不锈钢 铬镍不锈钢 铬镍钼不锈钢 都是以铬为主要合金元素5 在材料表面镀铬同样可以实现防锈按 钢材品种型钢钢板钢管钢丝型钢1 截面具有一定的几何形状2 圆钢 方钢 角钢 工字钢3 型钢和铝合金型材都属于型材 都是在截面 图形上作文章4 型材通常采用轧制 挤压 拔制加工2 钢板常常镀 覆其他金属 P75 镀锌钢板 镀铝钢板 镀锡钢板镀锌或镀锡防腐 蚀 保护机箱内部元件电镀or热解镀钢管1焊缝钢管1 直缝钢管2 螺旋缝管水管 煤气输送管道低压流体输送管道2无缝钢管热轧 冷 轧 挤压 冷拔强度高 力学性能好3 有色金属材料 1 铝及铝合金1 有色金属中用量最大 应用最广2 优点质轻 导 电导热性好 抗大气氧化能力强 塑性好 加工灵活 3 缺点纯铝强度 硬度不高 抗酸碱腐蚀能力差 4 针对缺点以铝为基 加入其他合金元素 可改善其强度 硬度 以表面的阳极氧化或涂覆处理 解决铝不耐磨 不耐腐蚀 5 因此铝及铝合金的应用广泛 加工工艺和表面工艺丰富按加工手 段的铝合金分类变形铝合金适合塑性加工铸造铝合金适合铸造加工 铝合金产品种类的分类铝合金型材铝合金装饰板铝箔 铝合金型材 用塑性加工将坯锭加工成不同断面形状和尺寸规格 铝合金装饰板 铝合金板材 辊压 冷弯工艺 特定性状 阳极氧化 喷漆 覆膜 精加工 色彩 肌理 铝合金装饰板 铝箔1 包装材料 应用 广泛2 压延方法压制成 3 防潮 遮光 保香 反射紫外线54 可 与其他材料复合 生成复合薄膜 改善其性能 增加应用途径 2 钛及钛合金1 属于轻金属 质轻2 耐腐蚀 耐高温性能突出3 应用领域非常广 航空 交通 化工等4 在电子产品中也有相当应用以上钛 钛合金 产品的综合分析1 都与人手接触频繁2 需要经常携带 持握3 都属 于时尚产品 注重外观耐磨 耐腐蚀 质轻 独特的金属光泽 材料热成型镍钛记忆合金 特点热学形状记忆功 能记忆钛眼镜架镜腿任意弯折 扭曲 超弹性随时复原形状 耐重 击坚固 安全补充知识纯钛用于镜框 镜架Titan P或Ti P PURETITANIUM纯钛用于镜框Front Titan P或F Ti P纯钛用于镜脚Temple Titan P或T Ti P钛合金用于镜框 镜架Titan C或Ti C钛合金用于镜框Front Titan C或F Ti C钛合金用于镜脚Temple Titan C或T Ti C 3 铜及铜合金历史上应用最早的有色金属纯铜1 玫瑰色 氧化后 紫色 紫铜2 质地柔软 延展性好 加工性和焊接性较好3 导电 导热性好 抗磁性强铜合金的分类6 4 镁及镁合金航空 纺织 无线电 仪表 冶金等工业优点 密 度小 疲劳极限高 能承受较大冲击载荷 耐蚀性较高 切削加工 性良好缺点 铸造性能较差 对应力集中敏感 屈服点低 弹性系 数小4 复合金属材料用压力加工方法或其它方法 将两种以上金属 或合金压合在一起 铝 铜 铝 铜 铝作导体可节约铜高频装置 无线电装置 导线 线圈 电缆 钢 铂 镍 铂作耐蚀材料或耐磨材料化工设备 仪表零件 及其它结构材料 造 型设计中金属材料的选用 金属材料设计是造型设计的重要组成部分 它包括 材料的选用 材料加工工艺的制定 造型设计中 金属材料的选用是一个复杂的决 策问题 它需要 首先要掌握金属材料理论及其应用知识 明确目标及限制条件 进行必要的试验和选材方案对比造型设计中金属的选材原则 根据使 用性能选材 变形失效弹性变形和塑性变形影响形状 尺寸精度 重要螺栓 弹簧 精密丝杠等 应选高弹性模量材料 断裂失效 塑性断裂明显塑性变形后断裂 应选高强度材料 低应力 脆性断裂无宏观塑性变形下断裂 如高强度的锤杆 应选强韧性材 料 疲劳断裂交变应力作用下的裂纹形成 扩展造成断裂 如齿轮 应表面强化处理 表面损伤失效磨损 腐蚀 表面疲劳 选材的经济性原则材料价格 加工费用等 其他因素环保 市场等根据工艺性能选材 铸造性能 金属构件承载不大 受力简单而结构复杂 尤其是具有复杂内腔结 构 铸造性能铸造铝合金和铜合金 灰口铸铁 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7 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金属材料成型与工艺性 铸造加工及其工艺性 压力加工及其工艺性 焊接技术及其工艺性 切 削加工 机械加工 及其工艺性 特种加工及其工艺性 铸造加工及 其工艺性铸造 将熔融的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 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 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 快速凝固铸造加工及其工艺性 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 通常分为手工造型利用简单的器 械进行砂型 芯 的制作机器造型利用造型机和制芯机进行砂型 芯 的制作砂型成形方法8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9 铸件精度较高 可以少加工或不加工 但是 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 蜡模制造包括压型制造 蜡模压制和蜡模组装三步 结壳在腊模上涂挂耐火材料 制成一定强度的耐火型硬壳 脱腊将附有型壳的蜡模组浸泡于85 95 的热水中 蜡料熔化 造型加固型壳 防止浇注时变形或破裂 将脱蜡后的型壳置于铁箱 之中 周围用粗砂填充 焙烧为进一步去掉水分 残余蜡料及杂质 浇注前必须将型壳送入 热炉内加热800 1000 进行焙烧 可增强强度 型腔更干净 浇铸焙烧出炉后趁热 600 700 进行浇注 可提高合金充型能力 防止浇不足 冷隔等缺陷 落砂清理冷却后将型壳破坏取出铸件 去掉浇口毛刺等 熔模铸造 失蜡铸造 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 3 mm 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 比压约为500一1500N cm2 快速地 充型时间约为0 001 0 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 10 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 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 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 材料的可铸性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 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 由铸造零件的工艺看 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 在浇注需要良好的金 属充型能力要求的前提下 铸型的型腔不可能做的太复杂 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 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 外形轮廓尺寸是渐变的 无分明 的棱角 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 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 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 铸造产品 由于是液态金属在模具中冷凝而成 过程中有一系列的物理化学反 应生成 会使产品产生变形 砂眼等缺陷 应在设计中巧妙处理 压力加工及其工艺性定义 压力加工利用外力使坯料产生塑性变形 获得所需尺寸 形状和性能的产品 毛坯或零件 成型方法 压力加工中作用在金属坯料上的外力主要有两种性能冲击力和压力 锤类设备产生冲击力使金属变形 扎机与压力机对金属坯料施加静压 力使之变形 压力加工的特点是一种重要的塑性成型方法 要求金属 具有良好的塑性 优点金属塑性变形后 能压合铸坯的内部缺陷 提 高金属机械性能 保证强度和韧性 节省金属材料和加工工时 缺点 只适用于塑性金属材料 不能加工脆性材料如铸铁 青铜 不能加 工形状太复杂的零件比如具有复杂外形和内腔的零件压力加工的种 类 压力加工的基本生产方式有轧制 挤压 拉拨 锻造 自由锻和 模锻 和板料冲压 轧制 挤压 拉拨用于金属型材 板材 管材和线材制造 而板料冲压和锻造用于毛胚和零件 锻造加工 先将材料预热 使其塑性增强 然后用汽锤 压力使金属 材料成型的加工方法 最原始的锻造如铁匠的小火炉 手锤等 锻造要求材料具有两方面的性能11 可锻性 即承受住重锤的锻打 冲击而不易碎裂 具有良好的韧性 要求定型性好 弹性要适度 若弹性过大 则材料在重锤锻打时承受外力会发生变形 但外力撤 出之后又恢复原型 难以成型 预热升温 实际上就是一种强化定型性能的措施 锻造使金属产生的加工硬化是强化金属的重要手段之一 对于纯金 属和奥氏体不锈钢等不能采用热处理强化的合金尤为重要 可锻造的固体坯料可以是铁碳合金 铝合金 铜合金等 锻造时金属需加热到的温度 铁碳合金 钢 约为1150 1250 铝合金约为430 500 铜合金约为800 900 锻造分为两种 自由锻是将近坯料放在上下地铁之间 以冲击 力或压力使其变形的加工方法 模锻金属坯料在具有一定形状的锻模模膛内受冲击力或压力的加工 方法 锻造产品的适用材料 从化学成分看 一般纯金属的锻造性好 碳钢的锻造性随其含碳量的增高而降低 合金钢的锻造性低于相同含碳量的碳钢 合金钢中合金元素含量愈高 杂质愈多 锻造性愈差 当合金中含有可形成碳化物的元素 如铬 钨 锡 钒 铁等 则 其锻造性显著下降 从合金的组织结构看 纯金属和固溶体 奥氏体 的锻造性能一般较好 铸态组织和粗晶组织塑性较差 锻造性能不如锻轧组织和细晶组织 产品设计中如何运用锻造工艺 在产品的艺术造型上较少应用 一 般从功能出发 构成产品的外形 如汽车发动机连杆 日用品小锁 头 农具等 自由锻不能加工形状复杂的锻件 外形复杂的零件需要用模锻获 得 锻造加工后零件表面光滑 内部组织致密均匀 机械强度高 锻造加工后可直接形成产品外形 尺寸比铸造精确 一般只做少量 切削加工即可 冲压加工 冲压加工成型是利用冲模使板材产生分离或变形的加工方 法 通常在冷态下进行 又叫冷冲压 12 冷冲压工艺是产品上外形零件的加工主要的手段之一 冷冲压工 艺对当今的大批量生产很有意义 由于产品需要频繁的变换造型 在这种竞争的形势下 采用冷冲压工艺具有特殊的意义 板料冲压板料冲压特点 1 可冲压出形状复杂的零件 废料较少 2 产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度 互换性能好 3 能获得质量轻 材料消耗少 强度和刚度较高的零件 4 冲压操作简单 工艺过程便于机械化和自动化 成品率很高 故零件成本低 冲压成品需进行很多工序 其基本工序有分离工序和变形工序两大 类 分离工序使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序 如落料 冲孔 切断 修整等 变形工序使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序 如拉深 弯曲 翻转 成型等 冲压材料的合理选择 1 冷冲压适用的板材厚度一般不超过6mm厚 材料一般用塑性较高的低碳钢 铜 铝 及其合金 此外非金属材 料也常用于冲压加工 如胶木 云母 石棉板 皮革等等 2 在保证工艺的前提下 应尽量以廉价材料代替贵重材料 以薄 料代替厚料 以黑色金属代替有色金属 这样 可使占制品成本60 80 的材料费用大大降低 以利提高产品的市场竞争能力 3 设计零件的外廓尺寸尽量考虑板材的尺寸规格标准 使毛坯排 样时废料浪费最少 反之 选择材料尺寸时 应考虑尽量为毛坯尺寸的整数倍为好 冲压设备 1 剪切下料设备是冷冲压工艺中准备工序使用的设备 手 工制作模型时使用更多 分为 手工剪刀设备和工具小剪刀 中小型剪刀设备振动剪刀 斜口剪刀 钣金铣床 大型剪切设备 2 弯曲成型设备板料折弯压力机 卷板机 拉型机 3 压制设备冲压产品的设计特点 1形状简单 对称 尽可能采用圆 形或矩形 受力均匀13 产品表面均由上下模具切 拉 挤而成 故产品形状设计应简单 符合模具的一端 型腔 或两端 通模 是开放式的特点 应能制 造 2为保证模具强度和寿命 尽量避免长槽或长悬臂的结构设计 形成产品表面的冲压深度不能过长 过长时是分几次压成的 产品 的拉 挤成型表面不应设计过长 如氧气瓶 在型腔内可设计复合型腔特点的形貌 孔窝 凸台等 以及通孔等 如汽车车身 3既充分利用冲压件有薄 匀 轻 强的特点 又要满 足冲压产品需要较强刚度的要求 在产品上灵活设计加强筋 肋 起伏或翻边 如盆 锅等 等以提 高其刚性 并且这些在制造时可一次成型 是其他方法难以做到的 4对拉伸件 尽量设计成回转体 尤其是柱形最好 一般不设计成空间曲面如汽车覆盖件 工件结构特别复杂需多次冲 才能压完成时 可以分解冲压后焊接 降低模具费用和加工周期 5 注意最小拐角 折弯等与板厚有关的设计 查手册 如小支撑板等冲压成型产品举例 冲压即能制造尺寸很小的仪表零件 又能够制造像汽车大梁 压力容器一类的大型零件 尺寸和形状精度即可满足一般要求 也可制造精度在微米级 形状 复杂的零件 冲压在汽车 车身 底盘 油箱 散热器片等 机械 家用电器 日用品 水壶 铝锅 厨具等 电机 仪表 支架 挡板 壳 体等 航空航天 兵器制造中具有十分重要的地位 在罐装食品 饮品的封装等方面应用广泛 艺术造型上 常做标牌 锁具 灯具 笔 服装上的装饰品等 以壳体类零件居多 冲压产品尺寸精确 表面光洁度好 一般冲压 后不再或很少进行机械加工 连接技术及其工艺性 连接分为机械连 接 冶金学的连接 化学的连接三种 机械连接用螺纹连接 配合连接或者用铆钉 铆接 铰链 卷边等 方法把连接件固定起来 冶金学的连接熔化金属进行接合 即焊接 化学的接合是最近急速发展起来的 是用粘合剂粘接 一 机械连接 机械连接分为可拆卸连接和永久性连接两种 可拆卸连接有螺栓与螺母连接 双头螺柱连接 螺钉连接 销连接 等 永久性连接有铆钉连接 压扩 卷边 咬缝等接合方法 铆接 通过铆钉和加压 使两部分分离的金属形体形成不可拆连接 的连接方法 铆钉必须是塑 韧性好 强度高的材料 如铝及其合金 最常用 铜等 使用时应计算铆钉所承受的剪切力 使其不超过许用值 铆接的特点 接头处可见明显的铆钉头突起 不适合需要连接后表面平滑的外形 接头处是紧密压合 密气和密水性能不好 不适合密闭容器的连接 举例 日用品 铝锅把和锅体的连接 工业 桥梁行架发射塔 铰链连 接 可拆连接 形式 能使两个相互连接的物体转动一定角度的连接零件 连接方式用铰链和螺钉 主要用于经常开启的连接 如机床仪表箱的外盖 箱体的外盖 铁 门 工艺品的外盖 家具等 螺纹连接 属于可拆连接 有过孔螺纹连接 全螺纹孔连接 特点可拆连接 拆装方便 连接件 相对位置固定 连接强度高 螺孔的设置距离和高度应能使用工具 配合连接 形式一般用在需有相对转动或运动的两个零件之间 14 特点一般可拆 连接强度大 转动效果好 应用方面轴和轴承 固定物体和回转物体的连接 组合部件的连接 等 二 焊接通过加热 加压 或两者共同作用 用或不用填充材料 使两部分分离的金属形体形成原子结合的一种永久性连接方法 一般情况 低碳钢的焊接性能较好 焊接过程中不出现裂纹 气孔 夹渣等 焊后接头强度与母材相近 高碳钢 铸铁等较差 在灯饰 金属家具等产品的加工过程中 都会用到 焊接方法的分类 熔焊将工件需要焊接的部位加热至熔化状态 一般 须填充金属并形成共同的熔池 待冷却凝固后 使分离工件连接成 整体 最常用有电弧焊 气焊 电子束焊 激光焊 特点是金属的熔化与结晶 类似于小型铸造过程 焊接时填充金属 的目的是使焊接接头符合标准尺寸 外形 渗入有益元素以加强强 度 熔焊的能量可以是电能 化学能和机械能 熔焊 电弧焊焊接电弧是在电极与工件间的气体介质中长时间而有力 的放电现象 即在局部气体介质中有大量电子流通过的导电现象 手工电弧焊利用焊条与工件间产生的电弧热 将工件和焊条熔化而 进行焊接的 特点 只适合较大的焊缝 焊接表面有明显的疤痕 如要美化效果需再进 行表面处理 焊缝密气 密水性能好 机械强度 力学性能不低于母材 主要用在毛坯生产和制造各种金属结构件 如高炉炉壳 建筑构架 锅炉与受压容器 汽车车身 桥梁 矿山机械 大型转子轴 缸 体等 压焊 压焊在压力 或同时加热 作用下 被焊的分离金属 结合面处产生塑性变形 有的伴随有熔化结晶过程 而使金属连接 成整体 常见的如电阻焊 点焊 缝焊 对焊 特点 金属待焊部位发生塑性变形 挤碎或挤掉结合面的氧化物及其他杂 质 纯净的金属紧密接触 形成原子间的引力而牢固结合 加热的目的增加原子的动能 以提高塑性和降低顶锻力电阻焊 电阻 焊原理四个阶段 加压同时加热 焊接 维持 停止 特点 焊接面积很小 牢固 两材料熔合 表面不容易看见 外观好 设备简单 经济 成本低 大部分用于焊接金属冲压件 钎焊 熔点低于被焊金属的钎料熔化后 填充到被焊金属结合面的空 隙之中 钎料凝固而将两部分金属连接成整体 常见有锡焊 铜焊 银焊 特点被焊金属不熔化 钎料熔化 依靠熔化的钎料对被焊金属的润 湿性 浸润与附着能力 和毛细作用与被焊金属形成结合 从而将 分离的金属连接 热源火 电加热 例 锡焊 设备简单 电烙铁 工业化生产也有焊机 焊接温度不高 主要用于电子元器件焊接 铜器焊接 原理用比被连接金属熔点低的钎料 银 锡等 使其加热时熔化 流入接头缝中 使焊缝实现原子级的结合 为使焊缝结实 事先用打磨 酸洗 或钠 钾 锂 及硼化物 氟 化物 硼酸等处理表面 粘合剂粘接粘接金属材料是近几年随着化学工业的高速发展起来的 一种新方法 常用合成树脂类粘接剂 粘接剂的粘接力极大 粘接方便易行 在任何位置都可以粘接 所 以应用越来越多 粘接的外观质量更理想 但是在受热条件下不能使用 15在造型设计 中如何设计 运用合适的连接方法 冰箱的连接设计举例 冰箱的 主要连接 门与箱体的连接 把手与门的连接 背面的钢板与箱体的连接 内部的塑料腔体与外壳的连接 冰箱连接中常用的方法 点焊 铰链连接 螺纹连接 铆接 配合连接 轴连接 粘结 切削加工及其工艺性切削加工用刀具从金属材料上切去多余的 金属 从而获得符合要求的几何形状 尺寸精度和表面粗糙度的机 械零件的加工方法 主要包括车 镗 刨 铣 磨 钳等机床加工和 少量的手工工具加工 车削主要加工回转体表面 镗削主要加工内圆表面 刨削主要加工面积较大的长条平面 铣削主要加工组合型面等切削加工中的术语 切削运动切削时刀具与工件之间的相对运动称为切削运动 主运动使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动 进给运动为保持切削的连续进行 以逐渐切削出整个工件表面所需 的运动车削加工成型原理车削包括粗车 精车 车削的成型运动主运动工件绕卡盘回转轴线的旋转运动 进给运动 车刀沿卡盘回转轴线的纵向走刀运动和垂直于卡盘回转轴线的横向 吃刀运动 车削加工特点 车削主要加工回转体表面 套类零件的内圆表面 圆锥外 内 表面 螺纹外 内 表面 内 外沟槽 成型表面 攻丝 钻孔等 铣削加工成型及原理16 铣削主要加工小的平面 圆柱面 曲面和复 杂型面等 在理论上 如采用三轴联动可以加工除底面 安装表面 以外五个 面的任意自由曲面 如人脸轮廓的雕刻 铣削的成型运动 主运动刀具绕自身轴线的回转运动 进给运动工件的直线或曲线运动 依具体情况而定 铣削是平面加 工中应用最普遍的方法 可以铣削平面 沟槽 弧形面 螺旋槽 齿轮 凸轮和特形面 铣削加工特点 铣刀由多个刀齿组成 各刀齿依次切削 没有空行程 且铣刀高速 回转 与刨削相比 铣削生产率高 在中批以上生产中多用铣削加 工平面 其他切削方式 钻削用于扩孔 锪孔 铰孔或进行攻丝等加工及孔系的加工 镗削完成精度高 孔径大或孔系的加工 此外 还可铣平面 沟槽 钻孔 扩孔 铰孔和车端面 外圆 内外环形槽及车螺纹等 刨床主要用于加工平面 沟槽和成型面 磨削磨削各种加工表面 工件形状 外圆磨床可磨削工件的外圆柱面 外圆锥面 内圆柱面及锥度较大 的内外圆锥面 内圆磨床可磨削内圆柱面 内圆锥面及端面等 平 磨床可用来磨削工件的平面 各种常见切削加工方法中主运动和进给运动的分析及其特点切削加 工时 主运动只有一个 通常是速度最高 消耗功率最大的运动 进给运动可以是一个或多个 速度较低 消耗功率较小 切削加工产品的适用材料1很容易切削材料一般有色金属如5 5 5铜铝合金 9 4铝铜合金 铝镁合金2容易切削材料宜切削钢退火15Gr 自动机钢3 容易切削材料较易切削钢正火30钢 4普通材料一般钢及铸铁45钢 灰铸铁5普通材料稍难切削材料2Gr13调质 85钢6较难切削材料较难 切削材料45Gr调质 65Mn调质7较难切削材料难切削材料50GrV调质 1Gr18Ni9Ti 某些钛合金8较难切削材料很难切削材料某些钛合金 铸造镍基高温合金切削加工零件的结构工艺性 详见课件 1 应 便于装夹 2 应减少工件的安装次数 3 应减少刀具的调整次数 4 应 采用标准工具 减少刀具种类17 5 应尽量避免零件内表面的加工 6 应便于加工时的进刀和退刀 7 零件的结构应有利于提高刀具的刚 度 寿命 8 应尽可能减少加工表面数和缩小加工表面面积 9 应使 用型材 减少加工量切削加工产品的设计有哪些特点 形体的结构 工艺性 结构工艺性是指所设计的外形结构能通过可以实现的加工途径加工 出来 能通过车 铣 刨 磨等切削方法加工出来 即符合机床的 成型规律 很多造型是利用机床的成型规律来反映造型的美感的 如欧式床的床头圆球装饰 蜡烛灯台等都是以圆形为主调的 既是 功能的需要 也是造型美的需要 同时也是结构工艺性的需要 在表面肌理上 质感的要求在造型设计中占有十分重要的作用 利用切削加工方法 可获得许多种质感 并且它们有时也是功能的需要 特种加工及其工艺性特种加工直接利用电能 化学能 声能 光能 热能等 或再同时使用机械能等形式 去除坯料或工件上多余的 材料 以获得所要求的几何形状 尺寸精度和表面质量的加工方法 目前常用的有 电火花加工 电能 电化学加工 电能 超声波加工 声能 激光加工 光能 等 电火花加工利用工具电极与工件电极在绝缘体中靠近时形成的脉冲 放电 瞬时产生大量热能 使工件局部金属熔化甚至气化 并在放 电爆炸力的作用下 把熔化的金属抛出 从而达到蚀除金属的目的 常见的电火花加工有成型 穿孔 电火花切割 电火花磨削 雕刻 等 电火花型腔加工加工脉冲电压加于两极之间 在某一间隙最小处或 介质绝缘强度最低处击穿介质 在该局部产生火花放电 瞬时高温 使工具与工件表面都蚀除掉一小部分金属 各自形成一个小凹坑 脉冲放电结束后 经过一段间隔 工作液恢复绝缘后 第二个脉冲 电压又加上 又会击穿放电 蚀出第二个小凹坑 之后依此重复 电火花线切割激光加工利用单色性好 方向性强 相干性好 有良 好的聚焦性能的激光 经聚焦后的高强度 高密度和高温度 1万 小光斑照射被加工材料时在瞬间熔化或气化 且产生强烈的冲击 波爆炸式地除去材料 可加工坚硬的金属和非金属材料 加工速度高 自动化程度高 属 非接触式加工 无机械加工变形 主要用于加工宝石轴承 陶瓷 玻璃硬质合金不锈钢材料上的小孔 孔径一般为0 01 1mm 最小孔径可达0 001mm 孔深可达50 100mm 还可用于激光切割和激光打标等 超声波加工利用工具作超声频振动 冲击磨料进行撞击和抛磨工件 从而达到加工目的 磨料SiC Al2O3 B4C 碳化硼 金刚石等 精度正负0 01 0 05mm 光洁度0 1 0 01微米级 缺点加工工具的制造 安装比较复杂 加工工具自身容易磨损 从 而对加工尺寸 形状和精度有一定的影响 超声波加工适用于各种不导电的硬脆材料 易碎材料包括陶瓷 玻 璃 钨铬钴合金 硅 石墨 复合材料和宝石等 易于加工出各种 复杂形状的 不能承受较大机械应力的薄壁 薄片零件 超声波加工 硬质材料切削的量子飞跃采用高频超声波轧纹 压花复合先进工艺 经加工后的产品具有柔软 耐水洗 牢度高 节省电能 效率高 等特点 非金属材料 金属材料18 高强度 高硬度 一定塑性韧性 难以达到满足一些特殊性能的要求 耐高温性 耐腐蚀性 非金属 材料 独特性能 成形方法多样化低温成形工艺简便成形工艺与材料的制 备工艺有机结合 原料丰富 制造加工容易 节约能源高分子材料 塑料属高分子材料 高分子材料又