产品造型材料与工艺-第四讲

产品造型材料与工艺第四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连接技术及其工艺性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2.2.2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2.2.2压力加工及其工艺性压力加工的特点：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。锻造加工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℃锻造加工锻造分为两种：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。自由锻模锻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。产品品设设计计中中如如何何运运用用锻锻造造工工艺艺？？在产产品品的的艺艺术术造造型型上上较较少少应应用用，，一一般般从从功功能能出出发发，构构成成产产品品的的外外形形，，如如汽汽车车发发动动机机连连杆杆、、日日用用品品小小锁锁头头、、农农具具等等。。自由由锻锻不不能能加加工工形形状状复复杂杂的的锻锻件件；；外形形复复杂杂的的零零件件需需要要用用模模锻锻获获得得；；锻造造加加工工后后零零件件表表面面光光滑滑、、内部部组组织织致致密密均均匀匀，机械械强强度度高高；；锻造造加加工工后后可可直直接接形形成成产产品品外外形形，，尺尺寸寸比比铸铸造造精精确确，，一一般般只只做做少少量量切切削削加加工工即即可可。。锻造造加加工工产产品品举举例例锻造造法法兰兰盘盘手锤锤冲压压加加工工冲压压烤烤漆漆饰饰品品冲压压加加工工冲压压加加工工成成型型是是利利用用冲冲模模使使板板材材产产生生分分离离或或变变形形的的加加工工方方法法。。通通常常在在冷冷态态下下进进行行，，又又叫叫冷冷冲冲压压。。冷冲冲压压工工艺艺是是产产品品上上外外形形零零件件的的加加工工主主要要的的手手段段之之一一，，冷冲冲压压工工艺艺对对当当今今的的大大批批量量生生产产很很有有意意义义，由由于于产产品品需需要要频频繁繁的的变变换换造造型型，，在在这这种种竞竞争争的的形形势势下下，，采采用用冷冷冲冲压压工工艺艺具具有有特特殊殊的的意意义义。。板料料冲冲压压板料料冲冲压压特特点点：：（1））可冲冲压压出出形形状状复复杂杂的的零零件件，废料料较较少少。（2））产产品品具具有有足足够够高高的的精精度度和和较较低低的的表表面面粗粗糙糙度度，，互互换换性性能能好好。。（3））能能获获得得质质量量轻轻，，材料料消消耗耗少少，强度度和和刚刚度度较较高高的的零零件件。。（4））冲冲压压操操作作简简单单，，工工艺艺过过程程便便于于机机械械化化和和自自动动化化，，成成品品率率很很高高，，故故零零件件成成本本低低。。板料料冲冲压压冲压压成成品品需需进进行行很很多多工工序序，，其其基基本本工工序序有有分分离离工工序序和和变变形形工工序序两两大大类类：：分离离工工序序使坯坯料料的的一一部部分分与与另另一一部部分分相相互互分分离离的的工工序序，，如如落落料料、、冲冲孔孔、、切切断断、、修修整整等等。。变形形工工序序使坯坯料料的的一一部部分分相相对对于于另另一一部部分分产产生生位位移移而而不不破破裂裂的的工工序序。。如如拉拉深深、、弯弯曲曲、、翻翻转转、、成成型型等等。。冲压压材材料料的的合合理理选选择择（1））冷冷冲冲压压适适用用的的板板材材厚厚度度一一般般不不超超过过6mm厚厚。。材材料料一一般般用用塑塑性性较较高高的的低低碳碳钢钢、、铜铜、、铝铝、、及及其其合合金金，，此此外外非非金金属属材材料料也也常常用用于于冲冲压压加加工工，，如如胶胶木木、、云云母母、、石石棉棉板板、、皮皮革革等等等等。。（2)在在保保证证工工艺艺的的前前提提下下，，应应尽尽量量以以廉廉价价材材料料代代替替贵贵重重材材料料，，以薄薄料料代代替替厚厚料料，以以黑黑色色金金属属代代替替有有色色金金属属，，这这样样，，可可使使占占制制品品成成本本60％％－－80％％的的材材料料费费用用大大大大降降低低，，以以利利提提高高产产品品的的市市场场竞竞争争能能力力。。（3））设设计计零零件件的的外外廓廓尺尺寸寸尽尽量量考考虑虑板板材材的的尺尺寸寸规规格格标标准准，，使使毛毛坯坯排排样样时时废废料料浪浪费费最最少少。。反反之之，，选选择择材材料料尺尺寸寸时时，，应应考考虑虑尽尽量量为为毛毛坯坯尺尺寸寸的的整整数数倍倍为为好好。。冲压压设设备备1.剪剪切切下下料料设设备备是是冷冷冲冲压压工工艺艺中中准准备备工工序序使使用用的的设设备备，，手手工工制制作作模模型型时时使使用用更更多多。。分分为为:手工工剪剪刀刀设设备备和和工工具具小小剪剪刀刀中小小型型剪剪刀刀设设备备：：振振动动剪剪刀刀、、斜斜口口剪剪刀刀、、钣钣金金铣铣床床；；大型型剪剪切切设设备备2、、弯弯曲曲成成型型设设备备：：板板料料折折弯弯压压力力机机、、卷卷板板机机、、拉拉型型机机3、、压压制制设设备备冲压压产产品品的的设设计计特特点点1形形状状简简单单、、对对称称，，尽尽可可能能采采用用圆圆形形或或矩矩形形，，受受力力均均匀匀产品品表表面面均均由由上上下下模模具具切切、、拉拉、、挤挤而而成成，，故故产产品品形形状状设设计计应应简简单单，，符符合合模模具具的的一一端端（（型型腔腔））或或两两端端（（通通模模））是是开开放放式式的的特特点点，，应应能能制制造造。。2为为保保证证模模具具强强度度和和寿寿命命，，尽尽量量避避免免长长槽槽或或长长悬悬臂臂的的结结构构设设计计形成成产产品品表表面面的的冲冲压压深深度度不不能能过过长长，，过过长长时时是是分分几几次次压压成成的的，，产产品品的的拉拉、、挤挤成成型型表表面面不不应应设设计计过过长长。。（（如如：：氧氧气气瓶瓶））在型型腔腔内内可可设设计计复复合合型型腔腔特特点点的的形形貌貌（（孔孔窝窝、、凸凸台台等等））以以及及通通孔孔等等。。如如：：汽汽车车车车身身3既既充充分分利利用用冲冲压压件件有有薄薄、、匀匀、、轻轻、、强强的的特特点点，，又又要要满满足足冲冲压压产产品品需需要要较较强强刚刚度度的的要要求求在产产品品上上灵灵活活设设计计加加强强筋筋、、肋肋、、起起伏伏或或翻翻边边（（如如：：盆盆、、锅锅等等））等等以以提提高高其其刚刚性性。。并并且且这这些些在在制制造造时时可可一一次次成成型型，，是是其其他他方方法法难难以以做做到到的的。。4对对拉拉伸伸件件，，尽尽量量设设计计成成回回转转体体，，尤尤其其是是柱柱形形最最好好一般般不不设设计计成成空空间间曲曲面面如如汽汽车车覆覆盖盖件件；；工工件件结结构构特特别别复复杂杂需需多多次次冲冲才才能能压压完完成成时时，，可可以以分分解解冲冲压压后后焊焊接接，，降降低低模模具具费费用用和和加加工工周周期期5注注意意最最小小拐拐角角、、折折弯弯等等与与板板厚厚有有关关的的设设计计（（查查手手册册））。。如：：小小支支撑撑板板等等冲压压成成型型产产品品举举例例冲压压即即能能制制造造尺尺寸寸很很小小的的仪仪表表零零件件，，又又能能够够制制造造像像汽汽车车大大梁梁、、压压力力容容器器一一类类的的大大型型零零件件。。尺尺寸寸和和形形状状精精度度即即可可满满足足一一般般要要求求，，也也可可制制造造精精度度在在微微米米级级、、形形状状复复杂杂的的零零件件。。冲压压在在汽汽车车（（车车身身、、底盘盘、油箱箱、散散热热器器片片等等））、、机机械械、、家家用用电电器器、、日日用用品品（（水水壶壶、、铝铝锅锅、、厨厨具具等等））、、电电机机、、仪仪表表（（支架、挡板、壳体等）、、航空空航天天、兵兵器制制造中中具有有十分分重要要的地地位。。在罐装装食品品、饮饮品的的封装装等方方面应用广广泛。。艺术造造型上上，常常做标标牌、、锁具具、灯灯具、、笔、、服装装上的的装饰饰品等等。以壳体体类零零件居居多,冲压压产品品尺寸寸精确确，表表面光光洁度度好，，一般般冲压压后不不再或或很少少进行行机械械加工工.冲压壳壳体冲压（（拉伸伸）件件冲压饰饰品铸铸造加加工及及其工工艺性性2.2.2压力加加工及其工工艺性2.2.3连接技技术及其工工艺性2.2.4切削加加工（机械加工）及其其工艺性2.2.5特种加加工及其工工艺性第二节金金属材料成成型与工艺艺性2.2.3连接技技术及其工工艺性连接分为机机械连接、、冶金学的的连接、化化学的连接接三种。机械连接：用螺纹连连接、配合合连接或者者用铆钉、、铆接、铰铰链、卷边边等方法把把连接件固固定起来。。冶金学的连连接：熔化金属属进行接合合，即焊接接。化学的接合合：是最近急急速发展起起来的，是是用粘合剂剂粘接。2.2.3连接技技术及其工工艺性（一）机械械连接：机械连接分分为可拆卸卸连接和永永久性连接接两种。可可拆卸连接接有螺栓与与螺母连接接，双头螺螺柱连接，，螺钉连接接，销连接接等。永久久性连接有有铆钉连接接，压扩、、卷边，咬咬缝等接合合方法2.2.3连接技技术及其工工艺性铆接通过铆钉和和加压，使使两部分分分离的金属属形体形成成不可拆连连接的连接接方法。铆钉必须是是塑、韧性性好，强度度高的材料料，如铝及及其合金（（最常用））、铜等。。使用时应应计算铆钉钉所承受的的剪切力，，使其不超超过许用值值。铆接的特点点：接头处可见见明显的铆铆钉头突起起，不适合合需要连接接后表面平平滑的外形形。接头处处是紧密压压合，密气气和密水性性能不好，，不适合密密闭容器的的连接。举例.日用用品:铝铝锅把和和锅体的连连接；工业业:桥梁梁行架发发射塔2.2.3连接技技术及其工工艺性铰链连接:可拆连接形式：（能能使两个相相互连接的的物体转动动一定角度度的连接零零件）连接方式：：用铰链和和螺钉主要用于经经常开启的的连接，如如机床仪表表箱的外盖盖、箱体的的外盖、铁铁门、工艺艺品的外盖盖、家具等等。2.2.3连接技技术及其工工艺性螺纹连接，属于可拆连连接。有过过孔螺纹连连接,全全螺纹孔连连接特点：可拆连接、、拆装方便便，连接件件相对位置置固定，连连接强度高高。螺孔的的设置：距距离和高度度应能使用用工具。2.2.3连接技技术及其工工艺性配合连接形式：一般用在需需有相对转转动或运动动的两个零零件之间。。特点：一般可拆，，连接强度度大，转动动效果好。。应用方面面：轴和轴轴承、固定定物体和回回转物体的的连接、组组合部件的的连接等。。2.2.3连接技技术及其工工艺性（二）焊接接通过加热、、加压,或或两者共同同作用(用用或不用填填充材料)使两部分分分离的金金属形体形成原子结结合的一种永久久性连接方方法。一般情况，，低碳钢的焊焊接性能较较好，焊接过程程中不出现现裂纹、气气孔、夹渣渣等，焊后后接头强度度与母材相相近，高碳钢，铸铸铁等较差差。在灯饰，，金属家具具等产品的的加工过程程中，都会会用到。2.2.3连接技技术及其工工艺性焊接方法的的分类：熔焊：将工件需要要焊接的部部位加热至熔化化状态，一般须填填充金属并并形成共同同的熔池，，待冷却凝凝固后，使使分离工件件连接成整整体。最常常用有电弧焊、气焊、电子子束焊、激激光焊。特点：是金属的熔化化与结晶，类似于小型型铸造过程，焊接接时填充金金属的目的的是使焊接接头头符合标准准尺寸、外外形，渗入有益元元素以加强强强度，熔焊的能能量可以是是电能、化化学能和机机械能。熔焊电弧焊：焊接电弧弧是在电极极与工件间间的气体介质中中长时间而而有力的放放电现象，即在局部部气体介质质中有大量量电子流通通过的导电电现象。手工电弧焊焊：利用焊条条与工件间间产生的电弧热，将工件和和焊条熔化化而进行焊焊接的．特点：只适合较大大的焊缝，，焊接表面面有明显的的疤痕，如如要美化效效果需再进进行表面处处理。焊缝密气、、密水性能能好，机械械强度，力力学性能不不低于母材材。主要用在毛毛坯生产和和制造各种种金属结构构件（如高高炉炉壳、、建筑构架架、锅炉与与受压容器器、汽车车车身、桥梁梁、矿山机机械、大型型转子轴、、缸体等））压焊压焊：在压力（或同同时加热））作用下，被焊的分分离金属结合面面处产生塑塑性变形（有的伴随随有熔化结结晶过程））而使金属属连接成整整体。常见见的如电阻焊（点焊、缝缝焊、对焊焊）。特点：金属待焊部位发生生塑性变形形，挤碎或挤挤掉结合面面的氧化物物及其他杂杂质纯净的金属属紧密接触触，形成原原子间的引引力而牢固固结合。加热的目的的：增加原原子的动能能，以提高高塑性和降降低顶锻力力压焊电阻焊原理理：四个阶段，，加压同时加加热、焊接、维维持、停止止。特点：焊接面积很