第四章产品造型材料成型与加工工艺课件.ppt

工业设计工程基础第四章产品造型材料成型及加工工艺引言nINTRODUCTION 材料的成型工艺指的是将原材料或半成品加工成产品的方法、技术等在选择合理的材料之后，成型加工过程是影响产品批量化生产成本的重要因素本章主要按照材料分类介绍相应的成型及加工工艺、表面处理与热处理技术以及材料成型新技术与新工艺目录 4.1 金属材料成型4.2 有机高分子材料成型4.3 无机非金属材料成型 4.4 复合材料成型4.5 表面处理与热处理技术4.6 材料成型新技术与新工艺4.1金属材料成型 金属材料成型加工行业是制造业的重要组成部分，金属材料成型加工技术是汽车、电力、石化、造船及机械等支柱产业的基础制造技术金属液态成型、塑性成型、连接成型以及切削加工等材料加工技术是国民经济可持续发展的主体技术据统计，全世界75%的钢材经塑性加工成型，45%的金属结构用连接得以成型例如汽车中65%以上结构仍由钢材、铝合金、铸铁等材料通过以上几种加工方法成型的4.1金属材料成型4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺4.1.24.1.2 金属塑性成型工艺4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺4.1.44.1.4 金属切削加工工艺4.1.5 4.1.5 金属材料成型案例4.1金属材料成型 金属液态成型是将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其凝固冷却后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的方法。

金属液态成型又称为铸造，该工艺是获得所需要的金属工件或产品的有效方法4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺金属液态成型工艺常用铸造金属材料：铸铁、铸钢、铸铝、铸铜等铸造成型工艺的特点：优点：灵活性大，适应性强不受零件大小、形状和结构复杂程度的限制，在大件的生产中，铸造的优越性尤为显著成本低廉铸造使用的原材材料成本低，单件小批量成产时，设备投资少缺点：容易出现铸造缺陷（缩孔、疏松、气孔、砂眼等），工序繁多，废品率较高4.1金属材料成型（1）砂型铸造 在铸造生产中，将液体金属浇入砂质铸型中，待凝固冷却后将铸型破坏，取出铸件的方法称为砂型铸造4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺金属液态成型工艺4.1金属材料成型（2）特种铸造 砂型铸造适应性广，应用最为普遍，但随着科学技术的发展，对铸造提出了更高的要求，要求生产出更加精确、性能更好、成本更低的铸件为适应这些要求，出现了许多新的铸造方法，这些方法统称为特种铸造方法，即特种铸造 4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺金属液态成型工艺特种铸造特种铸造4.1金属材料成型（2）特种铸造熔模铸造 熔模铸造又称“失蜡铸造”，通常是指用易熔材料(通常用蜡料)制成校样，在蜡模表面涂上数层耐火材料，待其硬化干燥后，将其中的蜡模熔去而制成型壳，再经过焙烧，然后进行浇注，从而获得铸件的一种方法。

4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺金属液态成型工艺a） 蜡模 b） 蜡模组 c） 壳型 d）铸件 4.1金属材料成型（2）特种铸造金属型铸造 金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺金属液态成型工艺4.1金属材料成型（2）特种铸造压力铸造 压力铸造（简称压铸）的实质是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺金属液态成型工艺a）合型 b）压铸 c）开型 4.1金属材料成型（2）特种铸造消失模铸造 用聚苯乙烯发泡的塑料模代替木模，用干砂(或树脂砂、水玻璃砂等)代替普通型砂进行造型，并直接将高温液态金属浇到铸型中的塑料模上，使塑料模燃烧、气化、消失而形成铸件的方法称为消失模铸造4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺金属液态成型工艺1-件1 2-件2 3-注道 4-压板 5-压块 4.1金属材料成型（2）特种铸造其他特种铸造方法 除以上四种常用的特种铸造方法外，实际生产中还经常用到离心铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、挤压铸造和连续铸造等多种铸造工艺方法。

4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺金属液态成型工艺4.1金属材料成型4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺4.1.24.1.2 金属塑性成型工艺4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺4.1.44.1.4 金属切削加工工艺4.1.5 4.1.5 金属材料成型案例4.1金属材料成型 金属塑性成型是在外力作用下通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法金属材料经塑性成型后，其组织、性能获得改善和提高塑性成型是无切屑成型方法，因而能使工件获得良好的流线形状及合理的材料利用率塑性成型方法可使工件尺寸达到较高精度，具有很高的生产效率金属塑性成型可分为：自由锻、模锻、板料冲压、挤压、拉拔、轧制等4.1.2 4.1.2 金属塑性成型工艺金属塑性成型工艺4.1金属材料成型4.1.2 4.1.2 金属塑性成型工艺金属塑性成型工艺a）自由锻 b）模锻 c）板料冲压 d）挤压 e）轧制 f）拉拔 4.1金属材料成型（1）自由锻 自由锻是将加热好的金属坯料放在锻造设备的上下砥铁之间，施加冲击力或压力，直接使坯料产生塑性变形，从而获得所需锻件的一种加工方法 自由锻分为手工锻造和机器锻造两种。

手工锻造只能生产小型锻件，生产率也较低；机器锻造能生产大型锻件，生产效率高，是自由锻的主要方法 自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等 4.1.2 4.1.2 金属塑性成型工艺金属塑性成型工艺4.1金属材料成型（2）模锻 使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形，获得所需形状、尺寸以及内部质量的锻件的加工方法称为模锻 模锻时，金属的变形在模膛内进行，故能较快获得所需形状模锻生产效率较高模锻件的尺寸较精确，表面质量较好，加工余量较小模锻件减少了切削加工工作量，在批量足够的条件下，能降低零件成本模锻操作简单，劳动强度低 4.1.2 4.1.2 金属塑性成型工艺金属塑性成型工艺4.1金属材料成型（3）板料冲压 板料冲压简称冲压，是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受力而变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术 板料、模具和设备是冲压加工的三要素板料冲压的坯料厚度一般小于4mm，通常在常温下进行冲压，故又称为冷冲压 4.1.2 4.1.2 金属塑性成型工艺金属塑性成型工艺4.1金属材料成型（3）板料冲压分离工序 分离工序统称为冲裁，它是使板料的一部分与另一部分分离的加工工序。

4.1.2 4.1.2 金属塑性成型工艺金属塑性成型工艺4.1金属材料成型（3）板料冲压弯曲工序 将金属材料弯曲成一定角度和形状的工艺方法称为弯曲 4.1.2 4.1.2 金属塑性成型工艺金属塑性成型工艺a）弯曲过程一 b）弯曲过程二 c）弯曲过程三 d）弯曲过程四 4.1金属材料成型（3）板料冲压拉深工序 将拉深工艺是用平面板坯制作杯形件的冲压成型工艺，又称拉延 4.1.2 4.1.2 金属塑性成型工艺金属塑性成型工艺1-凸模 2-毛坯 3-凹模 4-工件 4.1金属材料成型4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺4.1.24.1.2 金属塑性成型工艺4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺4.1.44.1.4 金属切削加工工艺4.1.5 4.1.5 金属材料成型案例4.1金属材料成型（1）焊接 焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程促使原子和分子之间产生结合和扩散的方法是加热或加压，或同时加热又加压 焊条：气焊或电焊时熔化填充在焊接工件的接合处的金属条由药皮和焊芯两部分组成 焊芯一般是一根具有一定长度及直径的钢丝焊接时，焊芯有两个作用：一是传导焊接电流，产生电弧把电能转换成热能，二是焊芯本身熔化作为填充金属与液体母材金属熔合形成焊缝。

药皮是决定焊缝质量的重要因素，有以下几方面的作用：一、提高电弧燃烧的稳定性二、保护焊接熔池三、保证焊缝脱氧、去硫磷杂质四、为焊缝补充合金元素五、提高焊接生产率，减少飞溅 4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成型工艺4.1金属材料成型（1）焊接4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成型工艺根据焊接过程中加热程度和工艺特点的不同，常用的焊接方法可以分为三大类 4.1金属材料成型（1）焊接熔焊 熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成型工艺1-焊接小车 2-控制盘 3-焊丝盘 4-焊剂漏斗 5-焊接机头 6-焊剂7-渣壳 8-焊缝 9-焊接电缆 10-焊接电源 11-控制箱 4.1金属材料成型（1）焊接压焊 压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合从而成型的工艺，又称固态焊接 常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，两工件在轴向压力作用下连接成为一体 4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成型工艺4.1金属材料成型（1）焊接压焊 4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成型工艺a）点焊 b）缝焊 c）电阻对焊 d）闪光对焊1-电极 2-焊件 3-变压器 4.1金属材料成型（1）焊接钎焊 钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。

4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成型工艺4.1金属材料成型（2）胶接 胶接，也称粘接，是利用在连接面上产生的机械结合力、物理吸附力和化学键合力而使两个物体胶接件起来的工艺方法胶接主要用到的材料是胶粘剂，胶粘剂性能的好坏直接影响胶接的质量 胶接能连接材质、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、硬脆或热敏制件胶接的一般工艺过程有：确定部位、表面处理、配胶、涂胶、固化、检验等 4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成型工艺4.1金属材料成型（3）机械连接 在采用焊接和胶接来连接制品都不可行的情况下，可采用机械连接的方法金属材料最常用的机械连接方法是紧固法，紧固法的关键部件是紧固件紧固件是将两个或两个以上零件（或构件）紧固连接成为一件整体时所采用的一类机械零件的总称紧固件包括：螺栓、螺柱、螺钉、螺母、垫圈、销等 最常用的机械连接方式主要有螺栓连接和铆钉连接 4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成型工艺4.1金属材料成型（3）机械连接4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺金属连接成型工艺a） 螺栓连接 b）铆钉连接 4.1金属材料成型4.1.1 4.1.1 金属液态成型工艺4.1.24.1.2 金属塑性成型工艺4.1.3 4.1.3 金属连接成型工艺4.1.44.1.4 金属切削加工工艺4.1.5 4.1.5 金属材料成型案例4.1金属材料成型 金属切削加工时使切削工具和工件间有一定的相对运动，切除多余材料，使加工对象成为具有一定形状、尺寸精度和表面质量要求的零件的机械加工方法就称为切削加工。

切削工具与工件间的相对运动称为切削运动，各种切削加工机床为了实现某些表面的加工，都有特定的切削运动4.1.4 4.1.4 金属切削加工工艺金属切削加工工艺a）车削 b）钻削 c）铣削 d）刨削 e）滚齿 4.1金属材料成型（1）外圆表面加工 对于一般金属零件，外圆表面加工的主要方法是车削和磨削车削外圆 车削加工是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动来加工工件的，工件旋转为主运动，而刀具作直线的进给运动磨削外圆 外圆磨削是外圆精加工的主要方法之一，通常半精车后在外圆磨床、万能外圆磨床或无心磨床上进行，用砂轮作刀具以较高的线速度对工件表面进行加工 4.1.4 4.1.4 金属切削加工工艺金属切削加工工艺4.1金。