产品造型设计材料及工艺

1、产品造型设计材料与工艺系别：机械工程系班级：工设101姓名：车婵婵指导老师 ：李力金属材料在生产中的实例应用w1 汽车发动机的 汽缸盖 缸体w发动机缸体、缸盖的铸件是发动机生产中难发动机缸体、缸盖的铸件是发动机生产中难度最大、最重要的一环度最大、最重要的一环, 其质量对发动机的功其质量对发动机的功率、油耗等性能起着决定性的作用。率、油耗等性能起着决定性的作用。w 缸体缸盖的材质选择缸体缸盖的材质选择w纵观国内外发动机铸造生产厂家的各种不同种类的发动机缸体、纵观国内外发动机铸造生产厂家的各种不同种类的发动机缸体、缸盖材质的化学成分和技术要求缸盖材质的化学成分和技术要求,可以看出各种功率的发动机缸

2、可以看出各种功率的发动机缸体、缸盖材质体、缸盖材质w低合金灰铸铁为主：低合金灰铸铁为主：灰铸铁作为传统材料灰铸铁作为传统材料, 依然由于其具依然由于其具有成本低有成本低, 工艺性好工艺性好, 有良好的尺寸稳定性和抗热疲劳性能等优有良好的尺寸稳定性和抗热疲劳性能等优点点,仍有较大的市场仍有较大的市场, 特别在大功率发动机上还应用广泛特别在大功率发动机上还应用广泛w铝合金铝合金也占有一定的比率，也占有一定的比率，铝合金的性能：铝与铝合金的性能：铝与Si、Cu、Mg、Mn、Zn 等元素组成的铝合金，具有比纯铝较高的强度。铝合等元素组成的铝合金，具有比纯铝较高的强度。铝合金由于其质量较轻，在航天工业中

3、得到广泛应用，也可用于制金由于其质量较轻，在航天工业中得到广泛应用，也可用于制造承受较大载荷的结构件和机器零件。造承受较大载荷的结构件和机器零件。w大马力发动机的缸盖采用了大马力发动机的缸盖采用了蠕铁或球铁蠕铁或球铁。为了减轻发动机总质量为了减轻发动机总质量, 降低油耗降低油耗, 发动机缸盖材发动机缸盖材质开始逐渐使用铝镁合金等轻型材料质开始逐渐使用铝镁合金等轻型材料,特别是轿特别是轿车生产大多数厂家已采用低压铸造或金属型铸造车生产大多数厂家已采用低压铸造或金属型铸造生产发动机的铝合金缸盖生产发动机的铝合金缸盖, 部分厂家已开始将铝部分厂家已开始将铝合金应用在缸体的生产上。合金应用在缸体的生产

4、上。w缸体、缸盖形状复杂缸体、缸盖形状复杂, 壁厚相差大在工作中受壁厚相差大在工作中受到的热冲击和热疲劳作用大到的热冲击和热疲劳作用大, 因而既要求具有因而既要求具有良好的铸造能良好的铸造能, 又要求具有良好的力学性能。又要求具有良好的力学性能。汽车发动机缸体、缸盖的铸造工艺汽车发动机缸体、缸盖的铸造工艺w目前汽车发动机在设计上不仅要求降低单位功率质量目前汽车发动机在设计上不仅要求降低单位功率质量, 减小噪音减小噪音, 还要控制燃油消耗还要控制燃油消耗, 减少尾气排放减少尾气排放, 而缸体、而缸体、缸盖的铸造工艺水平对发动机的这些性能有着重要的影缸盖的铸造工艺水平对发动机的这些性能有着重要的影

5、响。由此可见响。由此可见, 发动机缸体、缸盖铸件具有以下几个特发动机缸体、缸盖铸件具有以下几个特点点。w1) 质量轻质量轻, 强度高强度高。当前发动机用材正由传统的铸铁材。当前发动机用材正由传统的铸铁材料向轻型铝镁合金转变料向轻型铝镁合金转变, 对缸体、缸盖铸件结构的要求对缸体、缸盖铸件结构的要求也不断提高。也不断提高。w2) 结构复杂结构复杂。在缸体、缸盖上。在缸体、缸盖上, 除有特殊形状的配气燃除有特殊形状的配气燃烧室外烧室外, 有进气道、排气道有进气道、排气道, 还有冷却水套、润滑油道还有冷却水套、润滑油道等等, 内腔形状复杂多变内腔形状复杂多变, 同时由于发动机装配的需要同时由于发动机

6、装配的需要, 其其外形结构也十分复杂。外形结构也十分复杂。w3) 形状准确形状准确, 尺寸精度高尺寸精度高。根据缸体缸盖个特点就决定了它的成根据缸体缸盖个特点就决定了它的成形工艺是铸造成形形工艺是铸造成形w砂型铸造砂型铸造w浇注系统的设计浇注系统的设计w对于缸体、缸盖铸件的浇注方式对于缸体、缸盖铸件的浇注方式, 目前主要采用卧浇工艺目前主要采用卧浇工艺,缸缸体、缸盖的组芯立浇工艺是目前生产工艺的体、缸盖的组芯立浇工艺是目前生产工艺的补充补充, 也是未来也是未来生产缸体、缸盖铸件的发展方向生产缸体、缸盖铸件的发展方向w冒口的设计冒口的设计w冒口应尽量放在铸件最后凝固的热节点的上边或旁边冒口应尽量

7、放在铸件最后凝固的热节点的上边或旁边, 冒口冒口位置还应考虑放在铸件最高最厚的地方同时冒口的安放应尽位置还应考虑放在铸件最高最厚的地方同时冒口的安放应尽量不阻碍铸件的收缩量不阻碍铸件的收缩, 且最好不放在加工面上。且最好不放在加工面上。w制芯工艺制芯工艺w发动机缸体缸盖是采用砂芯最多的铸件之一发动机缸体缸盖是采用砂芯最多的铸件之一, 对汽缸体铸件对汽缸体铸件质量起着至关重要的作用质量起着至关重要的作用 。一、铸造工艺方案确定一、铸造工艺方案确定铸造工艺方案确定主要包含三方面内容：砂箱中铸件数量及排列、浇注位置、分型面选定。1、砂箱中铸件数量及排列、砂箱中铸件数量及排列 砂箱中铸件数量一般是根据

8、工艺要求和生产条件来决定，根砂箱中铸件数量一般是根据工艺要求和生产条件来决定，根据单件铸件尺寸和砂箱内框尺寸（长宽高）大小来定，同时要据单件铸件尺寸和砂箱内框尺寸（长宽高）大小来定，同时要考虑合理的吃砂量、砂铁比考虑合理的吃砂量、砂铁比。2 浇注位置确定 浇注位置是根 据铸件结构特点、尺寸、重量、技术要求、铸造合金特性、铸造方法以及生产车间条件决定的。3、分型面选定 缸盖类大部分是用砂芯包围而成，其分型面基本选在内腔水道闷头孔中心线位置；缸体类分型面选在缸孔中心线平面上。气孔在铸件内部、表面或近于表面处有大小不等的光滑孔眼。一般为圆球形或近似于球形的团球形孔洞，孔壁光滑。缩孔形状为不规则的封闭

9、或敞露的孔洞，孔壁粗糙并带有枝晶状，常出现在铸件最后凝固的部位（热节处）。披缝是铸件表面上厚薄不均匀的片状金是铸件表面上厚薄不均匀的片状金属突起物，常出现在铸件分型面属突起物，常出现在铸件分型面和芯头部位。和芯头部位。砂眼在铸件表面或内部有充塞着型砂的孔眼。毛刺是铸件表面上刺状金属突起物，常出现在型和芯的裂缝处，形状极不规则。浇不足浇不足由于金属液未完全充由于金属液未完全充满型腔而产生的铸满型腔而产生的铸件缺肉件缺肉。变形由于收缩应力或型壁变形、开裂引起的铸件外形和尺寸与图纸不符。缺损在铸件清理或搬运时，损坏了铸件的完整性。掉砂铸件表面的块状金属突起物，其外形与掉落的砂块很相似。在铸件其它部位

10、则往往出现砂眼或残缺。冲砂铸件表面上有粗糙不规则的金属瘤状物，常位于浇口附近。在铸件其它部位则往往出现砂眼。冷隔是铸件上未完全融合的缝隙或洼坑，其交接边缘呈圆角，多出现在远离浇口的铸件宽大上表面和薄壁处、金属流股汇合处或激冷部位。粘砂在铸件表面上、全部或部分覆盖着金属与砂的混合物，或一层烧结的型砂，致使铸件表面粗糙。w 锻造成形工艺w坯料在锻模内制成模锻件w锻件修整w 为保证和提高锻件质量，尚需经过一系列修整工序，主要修整工序有以下几种：w 1)切边和冲孔w 模锻成形的零件，一般都有飞边及冲孔连皮，须在压力机上将它们切除。切边和冲孔既可在热态下进行，也可在冷态下。大中型模锻件一般在热态下进行，

11、中小型模锻件一般在冷态下进行。w 锻件修整w 2)校正w 在切边、冲孔和其他工序中都可能引起模锻件变形，因此对许多模锻件，特别是形状复杂的模锻件，在切边和冲孔之后都应进行校正。校正可在锻模的终锻模膛或专用校正模具上进行。w 3)热处理w 模锻件的热处理有正火和退火。其日的是消除锻件的粗大晶粒、锻造应力和改善力学性能等。w 4)精压w 模锻件的精压有两种，即平面精压和体积精压凸轮轴的金属性能w特种铸铁、球墨冷硬铸铁、可锻铸铁通过冷硬铸造法生产的凸轮轴十分常见。是凸轮轴的重用金属材料w特种铸铁：在普通铸铁基础上加入某些合金元素，就可使铸铁具有某种特殊性能，如耐磨性、耐热性或腐蚀性等，从而形成一类具

12、有特殊性能的合金铸铁。合金铸铁可用来制造在高温、高磨擦或耐蚀条件下工作的机器零件。 w球墨冷硬铸铁：具有较高的强度，并有一定的塑形和韧性。可用来制造受力复杂，力学性能要求高的零件，如曲轴，凸轮轴w可锻铸铁：可锻铸铁中石墨成团絮状。由于石墨有较大程度改善，减弱了石墨对基体的割裂作用，是力学性能尤其是塑形、韧性显著提高。凸轮轴的常见缺陷w常见的加工缺陷为凸轮桃片型线不合格，基园及跳动超差，桃片未加工到位。桃片基圆或基圆跳动超差后，气门开闭的时间不对，在冷试时会导致进排气的压力低或者产生泄露。连杆材料的连杆材料的金属性能金属性能w传统连杆加工工艺中其材料一般采用45钢、40Cr或40MnB等调质钢，

13、但现在国外所广泛采用的先进连杆裂解的加工技术要求其脆性较大，硬度更高，因此，以德国汽车企业生产的新型连杆材料如C70S6高碳微合金非调质钢、SPLITASCO系列锻钢、FRACTIM锻钢和S53CV-FS锻钢等40MnB合金钢w45钢、中碳优质高强度钢，淬透性低，一般正火态使用；只有要求高的零件才进行ML4调质。冷塑性一般；切削性：退火，正火比调质时，适于氢焊和氩孤焊，不适于气焊。w40Cr、40MnB有较高的强度、硬度、耐磨性及良好的韧性，是一种取代40Cr钢较成功的新钢种。中碳调制钢，冷镦模具钢。该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。正火可促进组织球化，

14、改进硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在温度550570进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能。该钢的淬透性高于45钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。 wC70S6高碳微合金非调质钢、SPLITASCO系列钢、FRACTIM锻钢、S53CV-FS锻钢，是用来生产胀断连杆的,要求有较高的抗拉强度，但对应力集中很敏感。所以，在连杆外形、过渡圆角等方面需严格要求，还应注意表面加工质量以提高疲劳强度，否则高强度合金钢的应用并不能达到预期果。 较高的抗扭曲和较好的韧性,若韧性偏低胀断时容易掉渣,但韧性高了又不易胀断,因此还要有一定的脆性,以利于胀断。生产胀断连杆关键是控制好钢水成分及轧材组织

15、 连杆锻造模锻生产过程中常见质量问题w连杆锻造模锻生产过程中经常出现的问题有：材料裂纹，材料淬透性、力学性能不合格；加热温度范围大，产生过热或过烧；辊坯表面质量不合格，辊坯出毛边，有龟裂纹；辊坯几何形状不符合设计尺寸，锻件错差、充不满、氧化坑；锻件表面有各种类型的折迭和折纹；厚度超差，切边变形，残余飞刺超差，硬度超差，金相不合格；重量超差，各种类型的磕、碰伤。w我们在生产生活中遇到的塑料产品很多，可以说，塑料已经成为我们生产生活中的一个重要组成部分。w但是我想问大家一个问题：w你知道我们常用的塑料产品的成形方法吗？w下面我就分类举例分析一下我我们常用塑料产品的成形方法及结构设计的特点与合理性。

16、第一类塑料产品这类塑料产品成形方法-注射成形w注射成型又称注塑成型，是热塑性塑料的主要成型方法之一，也适应部分热固性塑料的成型。其原理是将粒状或粉状的原料加入到注射机的料斗里，原料经加热熔化呈流动状态，在注射机的螺杆或活塞推动下，经喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔，在模具型腔内硬化定型。注射成型原理图w注射成型的模具具有一个型腔，其形状与需要加注射成型的模具具有一个型腔，其形状与需要加工成型的零件形状相反。熔融的塑料通过模具中工成型的零件形状相反。熔融的塑料通过模具中心的浇注口进入，填充模具，溶液在模具内部形心的浇注口进入，填充模具，溶液在模具内部形成了中空的形状。注射成型的模具有冷流道二板成

17、了中空的形状。注射成型的模具有冷流道二板模具、冷流道三板模具、热流道模具几种模具、冷流道三板模具、热流道模具几种。 此类产品分形面简单，易于成形;壁厚均匀，且壁厚较小，便于稳定产品的质量;有一定的脱模斜度，是塑件能顺利脱模；都有圆角设计，这就提高了制品的成形性，增加了制品的强度，也可放置制品变形；一些为了加强制品的刚性和强度设计有加强肋和角板。这使产品的生产周期变短，整修的工作量变小，生产成本降低，且外观整洁。此类塑料产品结构的工艺性及合理性此类塑料产品结构的工艺性及合理性w注射成型工艺的优点有：能一次成型外形复杂、尺寸精确的塑料制件；可利用一套模具，成批地制得规格、形状、性能完全相同的产品；

18、生产性能好、成型周期短、可实现自动化或半自动化作业；原材料损耗小、操作方便、成型的同时产品可取得着色鲜艳的外表等。w目前，为了适应多种成型需要，开发了反应注射成型、气体辅助注射成型、流动注射成型、结构发泡注射成型、排气注射成型、共注射成型等工艺。第二类塑料产品单丝单丝电缆包层电缆包层这类塑料产品成形方法-挤出成型w挤出成型又称挤塑成型，主要适合热塑性塑料的成型，也适合部分流动性较好的热固性和增强塑料的成型。其成型过程是利用转动的螺杆，将被加热熔融的热塑性原料，从具有所需截面形状的机头挤出，然后由定型器定型，再通过冷却器使其冷硬固化，成为所需截面的产品。挤出模口模的截面形状决定了挤出制品的截面形

19、状，但挤出后的制品由于冷却、受力等各种因素的影响，制品的截面形状和模头的挤出截面形状并不是完全相同的。挤出成型原理示意图此类塑料产品结构的工艺性及合理性w这类产品形面简单，易于成形;壁厚均匀，且壁厚较小，便于稳定产品的质量，有圆角设计，这就提高了制品的成形性，增加了制品的强度，也可放置制品变形保护套管w挤出成型工艺的优点有：设备成本低；占地面积小、生产环境清洁、劳动条件好；操作简单、工艺过程容易控制、便于实现连续自动化生产；生产效率高；产品质量均匀、致密；通过改变机头口模可成型各种断面形状的产品或半成品。 第三类塑料产品w1模压成型w模压成型又称压缩模塑，是热固性塑料和增强塑料成型的主要方法。

20、其工艺过程是将原料在已加热到指定温度的模具中加压，使原料熔融流动并均匀地充满模腔，在加热和加压的条件下经过一定的时间，使原料形成制品。酚醛、尿素甲醛和密胺都是典型的模压材料。这类塑料产品成形方法这类塑料产品成形方法-压制成型压制成型v压制成型主要用于热固性塑料的成型，根据成型物料的性状和加工设备及工艺的特点，压制成型可分为模压成型和层压成型两种。模压成型原理示意图模压成型原理图模压成型三步流程图w锅垫热压成型示意图w2层压成型 w层压成型是以片状或纤维状材料作为填料，在加热、加压条件下把相同或不同的材料的两层或多层结合成为一个整体的方法。层压成型工艺由浸渍、压制和后加工处理三个阶段组成。此类塑料产品结构的工艺性及合理性w此类产品有一定的脱模斜度，是塑件能顺利脱模；有圆角设计，这就提高了制品的成形性，增加了制品的强度，也可放置制品变形；一些为了加强制品的刚性和强度设计有加强肋和角板；分模线简单并设计在不显眼的地方；有嵌件设计，增强了产品的局部强度、硬度、耐磨性、导磁导电性，是产品的尺寸形状稳定，提高了制造精度，同时也弥补了产品结构工艺性不足带来的缺陷，也降低了塑料的消耗，降低了生产成本。压制成形的优点w模压成型制品质地致密、尺寸精确、外观平整光洁、无浇口痕迹、稳定性较好。w层压成型的制品质地密实、表面平整光洁。第四类塑料