产品造型材料与工艺讲义

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。产品设计中中如何运用用锻造工艺艺？在产品的艺艺术造型上上较少应用用，一般从从功能出发发，构成产品品的外形，，如汽车发发动机连杆杆、日用品品小锁头、、农具等。。自由锻不能能加工形状状复杂的锻锻件；外形复杂的的零件需要要用模锻获获得；锻造加工后后零件表面面光滑、内部组织致致密均匀，机械强度高高；锻造加工后后可直接形形成产品外外形，尺寸寸比铸造精精确，一般般只做少量量切削加工工即可。锻造加工产产品举例锻造法兰盘盘手锤冲压加工冲压烤漆饰饰品冲压加工冲压加工成成型是利用用冲模使板板材产生分分离或变形形的加工方方法。通常常在冷态下下进行，又又叫冷冲压压。冷冲压工艺艺是产品上上外形零件件的加工主主要的手段段之一，冷冲压工艺艺对当今的的大批量生生产很有意意义，由于产品品需要频繁繁的变换造造型，在这这种竞争的的形势下，，采用冷冲冲压工艺具具有特殊的的意义。板料冲压板料冲压特特点：（1）可冲压出形形状复杂的的零件，废料较少。（2）产品品具有足够够高的精度度和较低的的表面粗糙糙度，互换换性能好。。（3）能获获得质量轻轻，材料消耗少少，强度和刚度度较高的零零件。（4）冲压压操作简单单，工艺过过程便于机机械化和自自动化，成成品率很高高，故零件件成本低。。板料冲压冲压成品需需进行很多多工序，其其基本工序序有分离工工序和变形形工序两大大类：分离工序使坯料的一一部分与另另一部分相相互分离的的工序，如如落料、冲冲孔、切断断、修整等等。变形工序使坯料的一一部分相对对于另一部部分产生位位移而不破破裂的工序序。如拉深深、弯曲、、翻转、成成型等。冲压材料的的合理选择择（1）冷冲冲压适用的的板材厚度度一般不超超过6mm厚。材料料一般用塑塑性较高的的低碳钢、、铜、铝、、及其合金金，此外非非金属材料料也常用于于冲压加工工，如胶木木、云母、、石棉板、、皮革等等等。（2)在保保证工艺的的前提下，，应尽量以以廉价材料料代替贵重重材料，以薄料代替替厚料，以黑色金金属代替有有色金属，，这样，可可使占制品品成本60％－80％的材料料费用大大大降低，以以利提高产产品的市场场竞争能力力。（3）设计计零件的外外廓尺寸尽尽量考虑板板材的尺寸寸规格标准准，使毛坯坯排样时废废料浪费最最少。反之之，选择材材料尺寸时时，应考虑虑尽量为毛毛坯尺寸的的整数倍为为好。冲压设备1.剪切下下料设备是是冷冲压压工艺中准准备工序使使用的设备备，手工制制作模型时时使用更多多。分为:手工剪刀设设备和工具具小剪刀中小型剪刀刀设备：振振动剪刀、、斜口剪刀刀、钣金铣铣床；大型剪切设设备2、弯曲成成型设备：：板料折弯弯压力机、、卷板机、、拉型机3、压制设设备冲压产品的的设计特点点1形状状简单、对对称，尽可可能采用圆圆形或矩形形，受力均均匀产品表面均均由上下模模具切、拉拉、挤而成成，故产品品形状设计计应简单，，符合模具具的一端（（型腔）或或两端（通通模）是开开放式的特特点，应能能制造。2为保保证模具强强度和寿命命，尽量避避免长槽或或长悬臂的的结构设计计形成产品表表面的冲压压深度不能能过长，过过长时是分分几次压成成的，产品品的拉、挤挤成型表面面不应设计计过长。（（如：氧气气瓶）在型腔内可可设计复合合型腔特点点的形貌（（孔窝、凸凸台等）以以及通孔等等。如：汽汽车车身3既充充分利用冲冲压件有薄薄、匀、轻轻、强的特特点，又要要满足冲压压产品需要要较强刚度度的要求在产品上灵灵活设计加加强筋、肋肋、起伏或或翻边（如如：盆、锅锅等）等以以提高其刚刚性。并且且这些在制制造时可一一次成型，，是其他方方法难以做做到的。4对拉伸伸件，尽量量设计成回回转体，尤尤其是柱形形最好一般不设计计成空间曲曲面如汽车车覆盖件；；工件结构构特别复杂杂需多次冲冲才能压完完成时，可可以分解冲冲压后焊接接，降低模模具费用和和加工周期期5注意意最小拐角角、折弯等等与板厚有有关的设计计（查手册册）。如：小支撑撑板等冲压成型产产品举例冲压即能制制造尺寸很很小的仪表表零件，又又能够制造造像汽车大大梁、压力力容器一类类的大型零零件。尺寸寸和形状精精度即可满满足一般要要求，也可可制造精度度在微米级级、形状复复杂的零件件。冲压在汽车车（车身、、底盘、油箱、散热器片片等）、机机械、家用用电器、日日用品（水水壶、铝锅锅、厨具等等）、电机机、仪表（（支架、挡板、壳体等）、航空空航天、兵兵器制造中中具有十分分重要的地地位。在罐装食品品、饮品的的封装等方方面应用广泛。。艺术造型上上，常做标标牌、锁具具、灯具、、笔、服装装上的装饰饰品等。以壳体类零零件居多,冲压产品品尺寸精确确，表面光光洁度好，，一般冲压压后不再或或很少进行行机械加工工.冲压壳体冲压（拉伸伸）件冲压饰品2.2.1铸造加加工及其工工艺性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。连连接接技技术术及及其其工工艺艺性性焊接接方方法法的的分分类类：：熔焊焊：将工工件件需需要要焊焊接接的的部部位位加热热至至熔熔化化状状态态，一一般般须须填填充充金金属属并并形形成成共共同同的的熔熔池池，，待待冷冷却却凝凝固固后后，，使使分分离离工工件件连连接接成成整整体体。。最最常常用用有有电弧弧焊焊、气焊焊、、电电子子束束焊焊、、激激光光焊焊。特点点：：是是金属属的的熔熔化化与与结结晶晶，类似似于于小小型型铸铸造造过程程，，焊焊接接时时填填充充金金属属的的目目的的是是使焊焊接接接接头头符符合合标标准准尺尺寸寸、、外外形形，渗入入有有益益元元素素以以加加强强强强度度，熔熔焊焊的的能能量量可可以以是是电电能能、、化化学学能能和和机机械械能能。。熔焊焊电弧弧焊焊：焊焊接接电电弧弧是是在在电电极极与与工工件件间间的的气体体介介质质中中长长时时间间而而有有力力的的放放电电现现象象，即即在在局局部部气气体体介介质质中中有有大大量量电电子子流流通通过过的的导导电电现现象象。。手工工电电弧弧焊焊：利利用用焊焊条条与与工工件件间间产产生生的的电弧弧热热，将将工工件件和和焊焊条条熔熔化化而而进进行行焊焊接接的的．．特点点：：只适适合合较较大大的的焊焊缝缝，，焊焊接接表表面面有有明明显显的的疤疤痕痕，，如如要要美美化化效效果果需需再再进进行行表表面面处处理理。。焊缝缝密密气气、、密密水水性性能能好好，，机机械械强强度度，，力力学学性性能能不不低低于于母母材材。。主要要用用在在毛毛坯坯生生产产和和制制造造各各种种金金属属结结构构件件（（如如高高炉炉炉炉壳壳、、建建筑筑构构架架、、锅锅炉炉与与受受压压容容器器、、汽汽车车车车身身、、桥桥梁梁、、矿矿山山机机械械、、大大型型转转子子轴轴、、缸缸体体等等））压焊焊压焊：在在压力力（（或或同同时时加加热热））作作用用下下，被被焊焊的的分分离离金属属结结合合面面处处产产生生塑塑性性变变形形（有有的的伴伴随随有有熔熔化化结结晶晶过过程程））而而使使金金属属连连接接成成整整体体。。常常见见的的如如电阻阻焊焊（点点焊焊、、缝缝焊焊、、对对焊焊））。。特点点：：金属属待待焊部部位位发发生生塑塑性性变变形形，挤挤碎碎或或挤挤掉掉结结合合面面的的氧氧化化物物及及其其他他杂杂质质纯净净的的金金属属紧紧密密接接触触，，形形成成原原子子间间的的引引力力而而牢牢固固结结合合。加热的目的：：增加原子的的动能，以提提高塑性和降降低顶锻力压焊电阻焊原理：四个阶段，加压同时加热热、焊接、维持持、停止。特点：焊接面积很小小，牢固（两材材料熔合），，表面不容易看看见,外观好好。设备简单，经经济，成本低低。大部分用于焊焊接金属冲压件。钎焊熔点低于被焊焊金属的钎料料熔化后，填充到被被焊金属结合合面的空隙之