材料成型与工艺

1、第一章绪论1.1概要1.1.1材料的分类根据材料的发展历史，可以分为天然材料、加工材料、合成材料、复合材料、智能材料或应变材料、纳米材料根据材料的化学结构，可分为金属材料、无机材料、有机材料根据材料的来源分为天然材料、加工材料、人工材料根据材料的成分，可以分为有机材料、无机材料、复合材料、其他材料1.1.2材料的特性密度、熔点、比热、热传导率等物理特性化学特性力学性能，如强度、刚性、弹性、塑性、硬度等。触觉质感、视觉感知质感、自然质感、人的质感等感觉物性。成形工序性表面工艺性环境耐候性经济性环境保全性1.2产品设定修订和材料产品的三要素：功能、形态、材料。1.3产品设置修订和成形工艺成形方法有

2、金属切削、铸造、注射方法等。成型过程具有时代性。1.4产品设定修订和表面处理进行表面处理的效果：保护产品，美化产品，强化产品功能，强化产品功能。1.5产品设定修订和材料选定的基本原则1.5.1使用性原则(如椅子的设定修订那样，如果是固定的使用的话，可以选择带减震垫的木制椅子，在动态环境中使用的情况下，最好选择迁移。1.5.2工艺性原则受产品品质手工艺影响最大，修订过程中忽视成形工艺性会影响美观，严重时产品无法使用。1.5.3性价比原则，将实用、美观、经济三者结合起来考虑产品的设置修订。1.5.4环境保护性原则1.6材料的发展趋势1.6.1新材料的定义和分类新材料可分为电子情报材料、替代能源材料

3、、纳米材料、先进复合材料、先进陶瓷材料、生态环境材料、新型功能材料(高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能性高分子材料)、生物医用材料、高性能结构材料、智能材料、新型建筑1.6.2新材料介绍电子情报材料：指用于微电子学、光电技术和新型零配件基础产品领域的材料。替代能源材料：包括太阳能、生质能、核电源、风能、地热、海洋能源等原始能量及二次能源中的氢能源。1.6.3纳米材料根据物理形态分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米摇滾乐体、纳米相分离液体。1.6.4先进复合材料根据用途，可分为结构复合材料、功能复合材料。结构复合材料主要用作受力结构的材料，由补强材料和基材组成。功能复合材料是具有力学、物理

4、、化学、生物等性能的复合材料。1.6.5智能材料智能材料的特性：传感功能、反馈种子文件功能、信息识别和存储功能、应答功能、自我诊断能力、自我修复能力、自身调节能力。第二章金属材料2.1金属材料的特性和分类2.1.1金属材料的特性优良的综合机械性能高强度良好的弹性、良好的塑性、良好的韧性、良好的刚性、良好的硬度独特的物理性能密度大，导电性好，魔法磁，特有颜色，音质好，抗氧化、耐腐蚀性差特有的热处理性能金属材料在固体下经过适当的加热、保温和蒸发制冷，可以调整其内部组织架构，改善材料性能采用多样化的表面处理方式，防止金属腐蚀，可采用油漆作、喷雾、电镀、氧化等能够出色的成形工艺性、切削加工、铸造、锻造

5、、冲压、焊接等丰富的人文特性历史悠久的色彩高贵成本高，材料价格高，加工成本高可持续性差。2.1.2常用金属材料的分类一般的碳结构钢优质碳结构钢(机械制造用钢)碳钢碳素工具钢碳钢工程合金结构钢(低合金结构钢)钢合金结构(1)黑色金属材料机械合金结构钢合金钢材合金工具钢：刀具钢、模具钢、修订器钢不锈钢特殊性能钢耐磨钢耐热钢灰铸铁元素锻铸铁元素铸铁元素球墨铸铁蠕墨铸铁元素合金铸铁铝合金(2)铝及铝合金铸造铝合金铝合金变形铝合金纯铜(3)铜及铜合金黄铜铜合金青铜白铜2.1.3金属的力学性能强度强度是指金属材料在静负荷作用下抵抗变形和断裂的能力。 强度指标一般用作每单位面积的负荷的力表示，符号是，单位是

6、MPa。 工程中常用的强度指标是屈服强度(s )和极限拉伸强度(b )。塑性塑性是指金属材料不会因外力而断裂的塑性形变能力。 工程中常用的塑性指标是伸长率和断面收缩率。硬度硬度是指材料表面抵抗比其硬的物体的压入的能力。2.1.4金属的过程性能铸造性能(铸造性能):指金属材料通过铸造方法得到合格铸造件的性能。 铸造性能主要包括流变性、收缩性和偏析。锻造性能：金属材料在冲压加工时不产生裂纹，可改变形状的性能。 包括能够在热状态或冷状态下进行锤锻、轧制、拉伸、挤出等加工。 锻炼性的好坏主要是金属材料的化学成分。焊接性能：指金属材料对焊接加工的适应性能。 主要指在一定的焊接工艺条件下，难以得到优质的熔

7、接接头。切削加工性：金属材料用刀具切削加工成为合格工件的难易度。 切削加工性的好坏，多以加工后的工件的表面粗度、容许切削速度及手工工具的磨损程度来测定。第三章金属的加工成形工艺3.1铸造工艺根据不同的铸造模型材料，可分为砂模铸造、金属型铸造、陶瓷型铸造、熔融型铸造、石膏模铸造、消失型铸造。3.1.1铸造工艺特点适用性强，可铸造各种合金铸造件，铸造成本低廉3.1.2常用铸造金属铸铁元素铜铸造铝压铸其他(金白银白金)3.1.3常用的浇铸工艺(1)砂模铸造制造工艺：模型制作芯模制作砂制作砂型制作浇注落砂清扫、检查。(2)熔融铸造熔铸工艺：压铸件蜡型、组合蜡型、接合脱蜡、浇注、落砂和清扫。3.2冲压加

8、工工艺3.2.1锻造基本方法：自由锻造、模锻、手锻。3.2.2冲压机(1)特点：可冲压出复杂形状的零配件，材料利用率高冲压零配件尺寸精度高，表面粗度低，更换性能好可得到强度高、刚性高、重量轻的冲压零配件冲压操作简单，工艺机械化，自动化容易，生产效率高制作冲压模具复杂，要求高，成本高。(2)冲压设备：切割材料的设备、弯曲成形设备、冲压设备。(3)冲压模具：单纯型、连续型、复合型。(4)基本工序：分离过程：剪切、冲孔和冲孔、修整变形工序：弯曲拉深翻边成形缩口3.3切削加工工艺装配工人金属切削加工车削加工机械加工铣削加工数控加工3.4快速成型技术3.4.1快速成形技术的特点：(1)先进技术的集成度高

9、(2)新产品的制造方法(3)立竿见(4)成本低，生产投入少(5)零配件精度低，力学性能差，能使用的材料有限(6)只适用于中小零配件的制作。3.4.2快速成型技术的分类光固化成形法、层叠实体制造法、激光选择区烧结法、熔融堆积法，第四章塑料及其成型工艺4.1概要4.1.1塑料的组成合成树脂、添加剂(填料、塑化剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、固化剂)4.1.2塑料的分类通用塑料按使用特性分类的工程塑料分类特种塑料热塑性塑料不同热性能的热固性塑料按加工方法分类的分类：压模、层合板、注射、挤出、吹塑、铸造塑料、反应注射塑料等。4.1.3塑料的一般特性(1)塑料的优点：重量轻，比刚度高电绝缘性、隔热性能好；优

10、异的化学稳定性能减摩、耐磨性能好许多塑料具有透光性和保温性减振消音性能好形成鲜艳的颜色，有光泽防水性、气密性好成形加工容易，可大量生产。(2)塑料的缺点：塑料不耐高温，低温容易变脆塑胶制品容易变形机械性能容易蠕变，破损后难以修复塑料“老化”现象是塑胶制品的严重缺陷污染环境。4.2常用塑料的特性及应用4.2.1聚氯乙烯(1)聚氯乙烯特性：白色粉末状，具有良好的化学稳定性和良好的力学性能，电绝缘性能优异，价格便宜。 其缺点是耐高温，硬质制品脆性大，容易因光和热而劣化。(2)聚氯乙烯的应用压延成型品挤制成型品注塑制品用其他方法成型产品。4.2.2聚乙烯管(1)聚乙烯管特性：纯聚乙烯管为乳白色蜡状固体

11、粉末，无味、无臭、无毒。 聚乙烯管源丰富，价格低廉，具有优良的电绝缘行为和化学稳定性，成型加工容易。(2)聚乙烯管的应用低密度聚乙烯管；聚乙烯板；超高分子量聚乙烯。4.2.3多晶甲基乙烯(1)多晶甲基乙烯的特性：高极限拉伸强度、刚性、硬度、耐应力裂纹性、透明行和耐热性、具有突出伸长性的耐弯曲疲劳性。(2)多甲基乙烯的应用：大量用于包装录音带、绳索、编织品袋的生产。 在汽车业中也被广泛使用4.2.4聚丙乙烯(1)聚丙乙烯特性：质地坚硬，刚性强，化学性能和电绝缘性能优良。(2)聚丙乙烯的应用通用级PS；冲击水平PS发泡PS。4.2.5 ABS树脂(1)ABS的特性：抗冲击强度高，其他力学性能不高，

12、但无明显力学缺陷。 ABS能经得住水、无机盐、碱以及弱酸和稀酸。(2)ABS的应用：通用萨尔塔型、挤压型、高流动型、耐热型、耐寒型、阻燃型和电镀型。4.2.6聚甲基丙烯酸甲酯(1)聚甲基丙烯酸甲酯的特性：高透明、无毒、无味，光滑面有水晶感。(2)聚甲基丙烯酸甲酯的应用本体法PMMA悬浮法PMMA4.2.7聚酰胺粉(1)聚酰胺粉特性：具有优良的耐磨耗性和良好的耐疲劳性。(2)聚酰胺粉的应用：可以用注射、挤出、吹塑、挤压等方法成型。 在齿轮方面被广泛使用。4.2.8聚碳酸酯(1)聚碳酸酯的特性：自身透明，具有优良的抗冲击强度和抗蠕变性，具有良好的耐寒性和良好的耐热性。(2)聚碳酸酯的应用：电子设备

13、侧、机械侧、建筑装饰侧等。4.2.9聚甲醛(1)聚甲醛的特性：高刚性、高硬度、优异的耐磨性能和高耐冲击性。(2)聚甲醛的应用：汽车工业、机械制造、精密仪器、电子、电通讯、日用产品等方面。4.2.10酚醛树脂(1)酚醛树脂的特性：原料易得，合成方便，价格便宜。(2)酚醛树脂的应用：成型品层压品。4.2.11不饱和多酯类化合物树脂(1)不饱和聚酯类化合物树脂的特性：透明、易着色、刚性、硬度和电性能好。(2)不饱和多酯类化合物树脂的应用UP玻璃钢铸件4.2.12环氧树酯(1)环氧树酯特性：粘性高，化学性能优良，防水防潮防锈耐热耐磨。(2)环氧树酯的应用：主要用于玻璃钢制品的制造和铸造成型。4.2.1

14、3氨基树脂(1)尿素甲醛树脂(2)清洁海绵甲醛树脂4.2.14特种塑料(1)高吸水性树脂磁性塑料(3)发光塑料4.3塑料的成型工艺4.3.1概要(1)塑料成形加工的方法固体机械加工法弹性塑料成形法。(2)塑料成形加工的特点塑料的粘性流动弛豫现象和内部应力膨胀效果吸湿性收缩性相容性。(3)塑胶制品的一般生产过程食谱设计混练造粒成型。4.3.2压塑成型(1)压塑成型：将粉状、粒状、碎屑状或纤维状的材料放入加热模槽中，关闭阳模进行加热加压，使塑料可塑化流动到密闭的模槽中，使其充满整个模腔。 加热或蒸发制冷模具，使塑料硬化，脱模，获得产品。(2)层合板成形：将同一或不同材料的2层或多层在加热、加压条件下一体化的方法。4.3.3挤制成型挤制成型是通过在挤制成型机中加热、