设计材料与工艺课程 课件 第2章 金属及其加工工艺

金属与金属成形MetalandMetalForming南京航空航天大学工业设计系010203金属的分类2.1黑色金属2.2有色金属2.3合金金属

金属成形3.1液态成形3.2塑性成形3.3

固态成形金属与金属成形目录金属材料概述1.1金属材料的定义1.2金属材料应用简史1.3金属的性能0506金属连接—焊接5.1金属焊接加工原理及特点5.2金属焊接加工方法分类5.3焊接结构材料的选择

5.4焊接结构工艺性金属的表面处理与装饰技术6.1金属材料的表面前处理6.2金属材料的表面装饰技术金属与金属成形目录金属切削4.1板材切削

4.2有屑切削4.3无屑切削

4.4火焰/激光切削0401金属材料概述OverviewofMetalMaterials金属材料是由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等二/

金属材料概述011.1金属材料的定义第一种金属材料，“青铜”是指自然铜与锡、铅等化学元素的合金。例如钟鼎一类的器物铜锡配比为6∶1，斧斤一类的工具为5∶1，青铜镜为1∶1等。名声显赫大克鼎蹴鞠纹铜镜削铁如泥青铜剑二/

金属材料概述011.2金属材料应用简史空体容器需用“合范法”。对一些造型上如器物的耳部等较突出的部分还采用可“分铸法”。到春秋晚期和战国时代，人们开始用“失蜡法”制造铜器，能浇铸出复杂多变的造型体。青铜器铸造方法曾侯乙“青铜尊盘”二/

金属材料概述011.2金属材料应用简史汉错金云纹博山炉汉，鎏金银竹节熏炉二/

金属材料概述011.2金属材料应用简史古代金属装饰工艺二/

金属材料概述011.2金属材料应用简史

最早的铁是陨石中的铁，古代埃及人称之为神物。地球上的天然铁是少见的，所以铁的冶炼和铁器的制造经历了一个很长的时期。人们在冶炼青铜的基础上逐渐掌握了冶炼铁的技术之后，铁器时代就到来了。铁的高硬度、高熔点与铁矿的高蕴含量，使得铁相对青铜来说来得便宜及可在各方面运用，所以其需求很快便远超青铜。18世纪,资本主义萌芽带来的社会化大生产也促使着金属的冶炼和材料的制造向着工厂化、规模化发展。一些效率更高的大型炼铁炉被建造起来。为提高铁的性能，需要对铁水进行再冶炼，以去除上述杂质。对铁水进行重新冶炼以调整其成分的过程叫作炼钢。二/

金属材料概述011.2金属材料应用简史高炉炼铁转炉炼钢二/

金属材料概述011.2金属材料应用简史由于金属材料的优良导电性，第二次工业革命的迅速开展并使人类步入电气时代。近代以来，合金钢以及其他金属材料飞速发展。高速钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢、电工用钢等特种钢如雨后春笋般地相继出现，其他合金如铝合金、铜合金、钛合金、钨合金、钼合金、镍合金等等加上各种稀有合金也不断发展，金属材料在全社会的经济发展中具有了不可替代的地位。金属材料的应用已不限于满足传统意义上的强度需要，而是以更加优越的性能，拓展其使用范围：一是新的加工技出现，使金属材料的加工成型更方便；二是通过不断的改善金属材料的性能，使它具有新的功能（如超高强度钢、超低碳不锈钢），能够适应更复杂的使用环境；三是新型金属材料的相继问世（如高温合金、形状记忆合金、非晶态合金、永磁合金等），大大扩展了金属材料的使用范围。二/

金属材料概述011.2金属材料应用简史二/

金属材料概述011、具有良好的反射能力、金属光泽及不透明性2．具有良好的塑性变形能力（或称延展性）3、具有良好的导电性、导热性和正的电阳温度系数1.3金属材料性能二/

金属材料概述014、可制成金属间化合物，可以与其他金属或者非金属在熔融状态下形成合金5．除少数贵重金属，几乎所有金属化学活性较高，易氧化腐蚀6、加工工艺性能优良。1.3金属材料性能知识点1金属材料的基本性能点击添加相关标题文字知识点二/

金属材料概述01思考题：1、金属材料的应用有几千年的历史，请列举几个具有代表性的金属制品，并谈谈自己对它的直观看法（可从金属制品的外观、实用性等方面进行分析）。2、结合生活中一些金属材料的应用实例（如保险丝对电路的保护、铸造的下水道盖等），试分析它们所选用材料的物理属性和化学属性特征。?THANKS南京航空航天大学工业设计系南京市秦淮区御道街29号3栋204室南京市江宁区将军路29号3栋5楼金属与金属成形MetalandMetalForming主讲人：吴讯、周海海DepartmentofIndustrialDesigninNUAA南京航空航天大学工业设计系PreparedbyXunwu，HaihaiZhou010203金属的分类2.1黑色金属2.2有色金属2.3合金金属

金属成形3.1液态成形3.2塑性成形3.3

固态成形金属与金属成形目录金属材料概述1.1金属材料的定义1.2金属材料应用简史1.3金属的性能0506金属连接—焊接5.1金属焊接加工原理及特点5.2金属焊接加工方法分类5.3焊接结构材料的选择

5.4焊接结构工艺性金属的表面处理与装饰技术6.1金属材料的表面前处理6.2金属材料的表面装饰技术金属与金属成形目录金属切削4.1板材切削

4.2有屑切削4.3无屑切削

4.4火焰/激光切削0402金属的分类Classificationofmetals二/

金属的分类02纯金属由同一类型原子组成，而金属合金有两种或两种以上化学成分组成，其中至少一种是金属。金属的种类可分：（1）黑色金属（2）有色金属（3）合金金属二/

金属的分类022.1黑色金属二/

金属的分类02铁铁用于铸造或锻造，铸铁中至少含有2%的碳以及1%—3%的硅。2.1黑色金属二/

金属的分类02铁的种类（按含碳量不同可分为)：生铁、钢、熟铁。熟铁：一般含碳量小于0.2%的叫熟铁或纯铁，含量在0.2-1.7%的叫钢，含量在1.7%以上的叫生铁。熟铁软，塑性好，容易变形，强度和硬度均较低，用途不广；生铁含碳很多，硬而脆，几乎没有塑性；钢具有生铁和熟铁两种优点，为人类广泛利用。2.1黑色金属二/

金属的分类02灰铁：灰铁用于汽车发动机汽缸。齿轮、调速轮、刹车盘和鼓轮，以及大型机床底座。由于碳在铁的晶阵中过饱和溶解，灰铁具有极好的抗疲劳性和减振性。石墨在液体铁水中有“润滑”作用，使铁水流动性变好，适合于浇注铸件，所以灰口铁又叫铸造铁。白口铁：碳化铁是白色的，又硬又脆，含量过多时，铁会像石头一样。失去可塑性。用这种铁做的零件，切削困难，所以白口铁主要用来炼钢，故又叫炼钢铁。2.1黑色金属二/

金属的分类02钢：碳钢、合金钢。钢是含碳量在0.021%-2.11%之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。不锈钢：不锈钢含有至少10．5％的铬作为其主要的合金元素。由于金相结构不同，精炼的不锈钢可以分为四类：奥氏体不锈钢，铁素体不锈钢、马氏体不锈钢以及沉积硬化不锈钢。其不生锈的特性就是来源于合金中铬的成分，铬在合金的表面形成了一层坚牢的、具有自我修复能力的氧化铬薄膜。

P形模具钢：用于塑料模具和压铸模具。2.1黑色金属二/

金属的分类022.1黑色金属高碳钢在经热处理或冷拔硬化后，具有高的强度和硬度、高的弹性极限和疲劳极限，切削性能尚可，但焊接性能和冷塑性变形能力差。低碳钢强度低、硬度低而软，又称软钢。其冷成形性良好，可采用卷边、折弯、冲压等方法进行冷成形。这种钢还具有良好的焊接性。不锈钢耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀，具有良好耐腐蚀性能和较高的硬度。塑性较好，但表面装饰涂覆性能较差。二/

金属的分类022.2有色金属二/

金属的分类02铜：铜易于成形和连接、具有极佳的导电性和导热性、富有魅力的颜色，以及极好的抗腐蚀性。2.2有色金属铜花瓶二/

金属的分类022.2有色金属二/

金属的分类02镁：镁是一种对于产品设计非常重要的金属，因为它是日常应用中最轻的结构金属。典型的压力铸造铸件有飞机发动机部件、赛车车轮以及运动器械。2.2有色金属镁合金外壳笔记本电脑二/

金属的分类02铝：柔韧可塑易，于制成合金，高强度-重量比，出色的防腐蚀性，易导电导热，可回收。2.2有色金属二/

金属的分类02铬：铬作为装饰性的光洁电镀金属而为工业设计师所熟知，同时它也具有抗腐蚀性。铬用于淬火钢可增加其耐磨性和耐腐蚀性。2.2有色金属Zippo纤巧经典铬二/

金属的分类022.2有色金属二/

金属的分类02钛：钛用于外科植入片以及航海设备和化学设备。钛片、钛板在成形时会产生加工硬化。非常高的强度重量比，优良的抗腐蚀性。2.2有色金属二/

金属的分类02铝镁合金：铝镁合金一般主要元素是铝，再掺入少量的镁或是其它的金属材料来加强其硬度。因本身就是金属，其导热性能和强度尤为突出。铝镁合金质坚量轻、密度低、散热性较好、抗压性较强，能充分满足3C产品高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔撞及电磁屏蔽和散热的要求。其硬度是传统塑料机壳的数倍，但重量仅为后者的三分之一，通常被用于中高档超薄型或尺寸较小的笔记本的外壳。而且，银白色的镁铝合金外壳可使产品更豪华、美观，而且易于上色，可以通过表面处理工艺变成个性化的粉蓝色和粉红色，为笔记本电脑增色不少，这是工程塑料以及碳纤维所无法比拟的。因而铝镁合金成了便携型笔记本电脑的首选外壳材料，目前大部分厂商的笔记本电脑产品均采用了铝镁合金外壳技术。缺点：镁铝合金并不是很坚固耐磨，成本较高，比较昂贵，而且成型比ABS困难(需要用冲压或者压铸工艺)，所以笔记本电脑一般只把铝镁合金使用在顶盖上，很少有机型用铝镁合金来制造整个机壳。2.3合金金属小米90分智能金属旅行箱二/

金属的分类02钛合金：钛合金材质的可以说是铝镁合金的加强版，钛合金与镁合金除了掺入金属本身的不同外，最大的分别之处，就是还渗入碳纤维材料，无论散热，强度还是表面质感都优于铝镁合金材质，而且加工性能更好，外形比铝镁合金更加的复杂多变。其关键性的突破是强韧性更强、而且变得更薄。就强韧性看，钛合金是镁合金的三至四倍。强韧性越高，能承受的压力越大，也越能够支持大尺寸的显示器。因此，钛合金机种即使配备15英寸的显示器，也不用在面板四周预留太宽的框架。至于薄度，钛合金厚度只有0.5mm，是镁合金的一半，厚度减半可以让笔记本电脑体积更娇小。钛合金唯一的缺点就是必须通过焊接等复杂的加工程序，才能做出结构复杂的笔记本电脑外壳，这些生产过程衍生出可观成本，因此十分昂贵。目前，钛合金及其它钛复合材料依然是IBM专用的材料，这也是IBM笔记本电脑比较贵的原因之一。2.3合金金属紫金版钛马4.0指尖陀螺二/

金属的分类022.3合金金属Q460低合金高强度钢，受力强度为460兆帕。知识点1金属的分类及其在工业设计中的运用。点击添加相关标题文字知识点二/

金属的分类02思考题：1、如果没有金属，生活将会怎样？工程塑料能够完全取代金属吗？2、产品覆盖件所选用的金属越贵重，其造型意象越高档，您觉得对吗？反之成立吗？?THANKS南京航空航天大学工业设计系南京市秦淮区御道街29号3栋204室南京市江宁区将军路29号3栋5楼金属与金属成形MetalandMetalForming主讲人：吴讯、周海海DepartmentofIndustrialDesigninNUAA南京航空航天大学工业设计系PreparedbyXunwu，HaihaiZhou010203金属的分类2.1黑色金属2.2有色金属2.3合金金属

金属成形3.1液态成形3.2塑性成形3.3

固态成形金属与金属成形目录金属材料概述1.1金属材料的定义1.2金属材料应用简史1.3金属的性能0506金属连接—焊接5.1金属焊接加工原理及特点5.2金属焊接加工方法分类5.3焊接结构材料的选择

5.4焊接结构工艺性金属的表面处理与装饰技术6.1金属材料的表面前处理6.2金属材料的表面装饰技术金属与金属成形目录金属切削4.1板材切削

4.2有屑切削4.3无屑切削

4.4火焰/激光切削0403金属成形metalforming二/

金属成形03金属的成形方式主要有：（1）液态成形（2）塑性成形（3）固态成形液体态状成型又称铸造，金属受热熔化并浇铸到铸型中。该工艺是一种获得所需要的金属工件的有效方法。塑性状态成型又称锻造，棒料和预成形的零件被加热到接近熔点温度，使得它们容易变形。各种锻造工艺通常劳动强度较大，但这一工艺的优点是提高了零件的强度。固体状体成型，在固体状态下，通常局限于板料、棒料和管材，并通常在室温下进行。这些工艺通常劳动强度较大，但计算机控制加工和板料加工方面的新发展已经大大减少了时间和成本。二/

金属成形03液态成形(铸造)是最早的制造工艺之一。对于加工一个复杂物体这常常是一种最经济的方法，为减少后续加工为目的，应按照要求的厚度浇铸金属。三个相关的概念铸型模型型腔3.1液态金属成形型腔示意图二/

金属成形033.1液态金属成形二/

金属成形03铸造设计原则

1、铸件需要有拔模斜度，分模面应该简单，不能过于复杂，同时不能位于拐角或边缘处。

2、设计要保持铸件壁厚是均匀的或是均匀变化的，厚度的突变将改变冷却速率并会导致翘曲变形、热裂和收缩；同时，要考虑提供补偿量。

3、铸件设计要避免有尖角和棱的出现，采用过渡曲线和圆角以确保金属液的均匀流动。要避免有较大的平面，因为较大的平面趋向于产生翘曲变形并且常常导致表面缺陷。3.1液态金属成形二/

金属成形033.1.1一次铸型（损耗型铸模）砂型铸造是把潮湿的砂子压实在有木模样或金属两半模的砂箱中。所装配的铸型可以带型芯或无型芯，熔化金属浇铸到最终形成的型腔中，取出零件时铸型即被破坏。干砂型主要用于大型、重型铸件中，它比湿砂型更坚固。真空模塑又称为V法造型，是新发展的一种革新工艺，适用于大型铸件，该工艺借助真空吸力将加热的塑料薄膜吸附在铸型上。树脂砂壳型由细砂混合热固塑料制成，将这种混合物被吹附在金属模型上，制成一个薄壳。所装配铸型可以是带型芯或无型芯，熔化金属浇铸在最终形成的型腔中，取出零件时铸型即被破坏。3.1液态金属成形二/

金属成形033.1.1一次铸型（损耗型铸模）3.1液态金属成形真空模塑的砂型砂型的重力填充二/

金属成形033.1.1一次铸型（损耗型铸模）3.1液态金属成形自动化的铸型制造砂型铸造的钢铸件二/

金属成形033.1.1一次铸型（损耗型铸模）3.1液态金属成形自动化的铸型制造砂型铸造的钢铸件二/

金属成形033.1.2实型铸造（消失模铸造）陶瓷壳型铸造一种改良的新工艺，用一层薄的陶瓷涂在泡沫塑料的模样上，用干砂做背衬，有使用真空来压实砂粒形成一个坚固的铸型；或者是在浇铸金属之前，先加热消除模样，消除所产生的杂质气体。3.1液态金属成形二/

金属成形033.1.2实型铸造（消失模铸造）熔模铸造又称失蜡铸造．精密铸造或整体型铸造，其铸型是由70%—80%的石膏和20%～30%的加强纤维制成的。工艺步骤A用蜡制作所要铸造零件的模型；B附加横浇道和浇口并把蜡模焊在浇注系统上(制成蜡模组)；C在熔模组表面浸涂上涂层料,模组留有直浇道和浇口杯；D当上涂层料固定后，熔模组被翻转、培烧，熔化的蜡从铸型中排出，留下一个空腔。3.1液态金属成形二/

金属成形033.1.2实型铸造（消失模铸造）熔模铸造又称失蜡铸造．精密铸造或整体型铸造，其铸型是由70%—80%的石膏和20%～30%的加强纤维制成的。工艺步骤A用蜡制作所要铸造零件的模型；B附加横浇道和浇口并把蜡模焊在浇注系统上(制成蜡模组)；C在熔模组表面浸涂上涂层料,模组留有直浇道和浇口杯；D当上涂层料固定后，熔模组被翻转、培烧，熔化的蜡从铸型中排出，留下一个空腔。3.1液态金属成形熔模制造的铝铸件二/

金属成形033.1液态金属成形二/

金属成形033.1.3永久铸型石墨型铸造石墨型是用石墨加工的整体型，它是难熔材料并且不像金属型那样需要陶瓷涂料。使用的金属通常是锌合金，铸件的重量从28.35g-4.54kg。3.1液态金属成形用石墨型铸造的零件二/

金属成形033.1.3永久铸型金属型铸造金属型通常是用铁铸成或是用各种不同的金属机加工制成的。型芯可以是金属的、砂子的或是砂壳的，铸件材料限于铝、锌、某些黄铜、青铜或铅。铸型在型腔填充之前通常要涂一层陶瓷涂料。3.1液态金属成形金属型铸造中铝的重力填充二/

金属成形033.1.3永久铸型低压铸造在低压铸造中，金属液2—7kg的空气压力下，从加热坩埚中通过升液管被压入铸型，填充底部时消除了典型重力填充铸造时所产生的湍流现象。铸件凝固后，减小压力，使剩余金属流回到坩埚里。低压铸造的优点包括密度增加，晶粒组织均匀，这样确保了铸件质量的稳定性和良好的公差。3.1液态金属成形低压铸造工艺示意图叶轮低压金属型铸造二/

金属成形033.1.3永久铸型压力铸造压力铸型(模具)是用P形工具钢加工的。熔化的铝、镁或锌合金在高压下被注入水冷模中然后开模，顶出零件。通常由剪切模去除飞边，并精整。压力铸型有两类设备：冷室压铸机和热室压铸机。3.1液态金属成形冷室压铸机示意图热室压铸机示意图采用压力铸造工艺制造的铝镁合金轮架二/

金属成形033.1.3永久铸型真空压力铸造用于生产对精度和强度高要求的铸件。该工艺中，将钢模放入一个封闭罩里，并浸在金属液中。在该腔内抽真空使金属流入浇道和进入型腔中。3.1液态金属成形真空压力铸造工艺采用真空成型铸造的高尔夫击球头二/

金属成形03

塑性成型是将金属棒料加热（但低于临界温度火溶点）成型的加工工艺。该工艺的目的不仅使金属成形而且需要控制晶粒组织以提高零件的强度。该工艺有些比较昂贵，但它能够实现其他加工工艺所不可能实现的出众的性能。3.2塑性成形二/

金属成形033.2塑性成形二/

金属成形033.2.1轧制在热轧中，预热的棒料或方坯通过一系列的轧辊挤压，变薄或变形为板料、片料或结构形状。晶粒先被压碎然后拉长，在回复阶段晶粒会再生长，形成粗糙的表面（红色显示晶粒改变）。3.2塑性成形一/

金属成形033.2.1轧制在冷轧中，预先热轧过的板料通过轧辊(冷态下)进一步压平，碾碎并拉长晶粒。但在加热或退火阶段，晶粒细化，形成光滑、细致的表面。该工艺改善了钢板性能但增加了20%的成本（红色显示晶粒改变）。3.2塑性成形二/

金属成形033.2.2锻造3.2塑性成形镦锻—头部分别在凸模和凹模中成型。二/

金属成形033.2.3挤压将加热的圆形坯料放入压力腔内，通过液压；中头迫使其穿过凹模，成型出长的侧轮廓。3.2塑性成形零件通过从挤压件上切下得到二/

金属成形033.2.3挤压3.2塑性成形二/

金属成形033.2.3挤压3.2塑性成形二/

金属成形033.2.4冲挤在冲挤中，大型的冲压机适用于薄壁和无拔模斜度的小零件及中等尺寸的零件。3.2塑性成形二/

金属成形033.2.5拉拔如图示，用拉力使大截面的金属坯料强行穿过一定形状的模孔，以获得所需断面形状、尺寸的小截面毛坯或制品的工艺过程。

拉拔生产主要用来制造各种管材、棒材、线材和异形材等。可拔制的金属材料：有低碳钢、有色金属及合金。3.2塑性成形二/

金属成形03

固态成形是成型金属板料、棒料、线材和管材的工艺，通常在室温下进行。有些情况下，如果是厚料，延展性差，或在成型过程中发生冷却硬化时，就需要对这些材料加热。板料通常限于厚度小于0．64cm的金属。板料成型又称为钣金。3.3固态成形二/

金属成形033.3.1板料冲压板料冲压常简称冲压，是在压力作用下利用模具使金属板料分离或产生塑性变形，从而获得所需工件的工艺方法。

冲压通常在常温下进行，故又称为冷冲压。3.3固态成形二/

金属成形033.3.1板料冲压冲压加工生产的特点：（1）主要是对金属板材进行加工，制件一般不需进行再处理；（2）冲压生产率高，材料利用率高；（3）制件精度高、产品一致性高，可在平面方向制成复杂产品；（4）模具和设备要求高、适合大批量生产。3.3固态成形二/

金属成形033.3.1板料冲压材料：板料冲压的原材料主要是塑性好的金属板材材，低碳钢薄板材、有色金属及合金板材。坯料厚度一般在4mm以下。

主要制品：冲压加工，广泛应用在航空、汽车、电器等工业上和生活日用品的生产。如生活铝制品、铝、镁合金材质的电器壳体等。3.3固态成形二/

金属成形033.3.1板料冲压冲压工艺的分类：冲压加工因制件的形状、尺寸和精度的不同，所采用的工序也不同。根据材料的变形特点可将冷冲压工序分为分离工序和成形工序两类。

分离工艺——是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到强度极限σb以后，使坯料发生断裂而产生分离。分离工序主要有剪裁、冲孔、落料等。

成形工艺——是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到屈服极限σs，但未达到强度极限σb，使坯料产生塑性变形，成为具有一定形状、尺寸与精度制件的加工工序。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边、旋压等。3.3固态成形二/

金属成形033.3.1板料冲压3.3固态成形分类成形方法简图特点及应用范围板料成形分离工序落料用模具沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是零件。用于制造各种平板零件或者成形工序制坯冲孔用模具沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是废料。用于冲制各类零件的孔形成形工序弯曲把板料沿直线弯曲成各种形状，板料外层受拉伸力，内层受压缩力。可加工形状复杂的零件二/

金属成形033.3.1板料冲压3.3固态成形分类成形方法简图特点及应用范围板料成形成形工序拉深法兰区坯料载切向压应力、径向拉应力作用下向直壁流动，制成筒形或带法兰的筒形零件胀形平板毛坯或者管坯载双向拉应力作用下产生双向伸长变形。用于成形凸包、凸筋或鼓凸空心零件翻边在预先冲孔的板料或未经冲孔的板料是上，载双向拉应力作用下产生切向伸长变形，冲制带有直边的空心零件高速送料冲压板材冲孔动画二/

金属成形033.3.1板料冲压拉深的工艺措施：（1）凹凸模必须有合理的圆角（2）合理的凹凸模间隙（3）合理的拉深系数（d/D）（4）润滑，为了减小摩擦，以降低拉深件壁部的拉应力，减少模具的磨损3.3固态成形二/

金属成形033.3.1板料冲压

拉深中，冲头将金属挤压到一个相匹配的模腔中，金属板料成形出一个空心的形状。在深度拉深中，通常经过一些连续的步骤完成，空腔的深度是直径的2倍或2倍以上。3.3固态成形二/

金属成形033.3.1板料冲压3.3固态成形3.3.2弯曲（折弯）工艺折弯工艺是将管材或板料按设计要求弯成一定的角度和一定的曲率，形成所需形状零件的冲压工序。多用于工业产品的箱、柜、盒和一些结构产品，同工业设计产品关系密切。二/

金属成形033.3.2弯曲弯曲是坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序。弯曲件的工艺性是指弯曲工件的形状、尺寸、精度、要求、材料选用以及技术要求等是否符合弯曲加工的工艺要求。良好的工艺性不仅能够简化模具设计，简化弯曲工艺过程和提高生产率，而且能够提高弯曲件的精度，避免各种弯曲缺陷使之易于成型，提高材料利用率和降低成本。为防止弯裂，弯曲的最小半径为（0.25～1）t，t为金属板料的厚度。材料的塑性越好，其弯曲半径越小。弯曲时还应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直。3.3固态成形二/

金属成形033.3.2弯曲根据弯曲变形区斜载后产生回弹的规律，可采用改变弯曲件局部结构—在弯曲变形区压制加强肋的方法，改善弯曲回弹现象。3.3固态成形二/

金属成形033.3.2弯曲弯曲件的弯曲半径不能小于材料允许的最小弯曲半径rmin否则可以采用在弯角内侧开槽的方法。3.3固态成形二/

金属成形033.3.2弯曲为保证弯曲件的直边部分平直，弯曲件的直边高度应不小于2t；否则须在弯曲圆角处预先压槽后再弯曲。3.3固态成形二/

金属成形033.3.2弯曲弯曲件的形状一般要求弯曲件形状对称，弯曲半径左右一致，则弯曲时坯料受力平衡而无滑动。3.3固态成形二/

金属成形033.3.2弯曲金属板弯曲3.3固态成形小猪储蓄罐用激光从不锈钢板上切下并使用压弯成型机成型。二/

金属成形033.3.2弯曲金属板弯曲3.3固态成形用于纯弯曲的摩擦成型模滚轧弯曲示意图二/

金属成形033.3.2弯曲V形模弯曲V形模弯曲是最昂贵的弯曲加工工艺，因为它使用与凸模和凹模(或工具)相匹配的一套装置，并且有复杂的计算机控制系统。模具可以生产不同精度的弯曲件，通常是为特殊用途而设计的。3.3固态成形V形模弯曲示意图二/

金属成形033.3.2弯曲典型弯曲件的工序安排一次弯曲：3.3固态成形第一次弯曲二/

金属成形033.3.2弯曲典型弯曲件的工序安排二次弯曲3.3固态成形第一次弯曲第二次弯曲二/

金属成形033.3.2弯曲典型弯曲件的工序安排

三次弯曲3.3固态成形第一次弯曲第二次弯曲第三次弯曲二/

金属成形033.3.2弯曲典型弯曲件的工序安排

四次弯曲3.3固态成形第一次弯曲第二次弯曲第三次弯曲第四次弯曲二/

金属成形033.3.2弯曲弯曲工艺应用3.3固态成形二/

金属成形033.3.2弯曲弯曲工艺应用3.3固态成形二/

金属成形033.3.2弯曲弯曲工艺应用3.3固态成形二/

金属成形033.3固态成形3.3.2弯曲

管材弯曲管材和棒料的弯曲模。静模或动模决定了弯曲半径，随动支撑块移动管材或对棒料进行弯曲二/

金属成形033.3固态成形3.3.2弯曲

管材弯曲二/

金属成形033.3固态成形3.3.2弯曲

管材弯曲二/

金属成形033.3固态成形3.3.3旋压成型

旋压通常用于生产对称的杯形或盘形件。旋压示意图采用旋压工艺制作的灯罩知识点2金属各种液态成型方法及原则知识点3金属各种塑性成型方法及原则知识点4金属各种固态成型方法及原则点击添加相关标题文字知识点二/

金属成形03思考题：1、金属成型需要设计拔模斜度吗？为什么？2、请你选择身边的一款金属覆盖件产品，说明其成型工艺。3、请比较各种成型工艺之间的成本高低。?THANKS南京航空航天大学工业设计系南京市秦淮区御道街29号3栋204室南京市江宁区将军路29号3栋5楼金属与金属成形MetalandMetalForming主讲人：吴讯、周海海DepartmentofIndustrialDesigninNUAA南京航空航天大学工业设计系PreparedbyXunwu，HaihaiZhou010203金属的分类2.1黑色金属2.2有色金属2.3合金金属

金属成形3.1液态成形3.2塑性成形3.3

固态成形金属与金属成形目录金属材料概述1.1金属材料的定义1.2金属材料应用简史1.3金属的性能0506金属连接—焊接5.1金属焊接加工原理及特点5.2金属焊接加工方法分类5.3焊接结构材料的选择

5.4焊接结构工艺性金属的表面处理与装饰技术6.1金属材料的表面前处理6.2金属材料的表面装饰技术金属与金属成形目录金属切削4.1板材切削

4.2有屑切削4.3无屑切削

4.4火焰/激光切削0404金属切削MetalCutting二/

金属切削04二/

金属切削044.2有屑切削钳工：利用各种手工工具对金属进行切屑加工。划线、錾切、锯割、锉削、钻孔、攻丝等。机械加工：操纵机床对工件进行切削加工。车、钻、镗、刨、铣、磨二/

金属切削044.3无屑切削二/

金属切削044.3无屑切削化学加工示意图典型的化学加工减重设计化学加工二/

金属切削044.3无屑切削喷砂磨损加工在喷砂磨损加工中，在清洁干燥的高压空气(或者气体)中混合有砂粒或者研磨的粉末，使它们通过硬质合金或者蓝宝石喷口喷射在工件上，速度可达305m／s。喷砂磨损加工可以切削任何材料，伴有微热，它不会影响操作员的安全。喷砂磨损加工还可以喷削非常薄而脆的材料而不使其破裂，因为它只产生很小的冲击力。但加工的过程很缓慢，并且需要进行广泛的粉尘收集。喷沙磨损加工二/

金属切削044.3无屑切削高压水加工高压水加工工艺中，纯水(含有研磨剂)形成一股细小一致的水流射向工件，速度可达1036m/s，这是一种清洁、光滑的加工方法，其加工速度很快。这种工艺可用于沿任何方向切削任何材料，没有放热和碎屑产生，几平没有什么废料，而且通常无需再进行精加工。高压水加工工艺示意图二/

金属切削044.4火焰、激光切割氧炔焰切割在氧炔焰切割中，乙炔气体和氧气在焊枪头上的切割附加室中混合，并用一个专门的尖端点火。当金属被加热到临界熔化温度时，氧气流被增强，它氧化金属并割穿板面。用这种工艺可以轻易的切削15cm厚的钢板。缺点是需要笨重的气罐和笨拙的气管。优点是它便于携带，不需要其他的能源。使用氧炔焰切割加工二/

金属切削044.4火焰、激光切割激光束加工在激光束加工中，激光使用高聚焦和高密度的能量熔化和蒸发工件的一部分。激光束加工用于加工金属和非金属材料，并可用于钻0．005cm的微孔，深度和直径比可达50:1。激光束加工设备昂贵，消耗大量的电能。激光加工示意图二/

金属切削044.4火焰、激光切割电子束加工电子束加工的能量源是高速电子。它的应用方法和激光束加工相似，但它需要真空装置。电子束加工机使用高压将电子加速到光速的80％。这一过程会产生危险的X射线，该设备很昂贵。电子束加工示意图知识点5金属切削的各种方式点击添加相关标题文字知识点二/

金属切削04思考题：1、有屑切削和无屑切削的各自优缺点。?THANKS南京航空航天大学工业设计系南京市秦淮区御道街29号3栋204室南京市江宁区将军路29号3栋5楼金属与金属成形MetalandMetalForming主讲人：吴讯、周海海DepartmentofIndustrialDesigninNUAA南京航空航天大学工业设计系PreparedbyXunwu，HaihaiZhou010203金属的分类2.1黑色金属2.2有色金属2.3合金金属

金属成形3.1液态成形3.2塑性成形3.3

固态成形金属与金属成形目录金属材料概述1.1金属材料的定义1.2金属材料应用简史1.3金属的性能0506金属连接—焊接5.1金属焊接加工原理及特点5.2金属焊接加工方法分类5.3焊接结构材料的选择

5.4焊接结构工艺性金属的表面处理与装饰技术6.1金属材料的表面前处理6.2金属材料的表面装饰技术金属与金属成形目录金属切削4.1板材切削

4.2有屑切削4.3无屑切削

4.4火焰/激光切削0405金属连接——焊接MetalConnectionMetalConnection-Welding二/

金属连接——焊接045.1金属焊接加工原理及特点

将分离的金属用局部加热或加压等手段，借助于金属内部原子的结合与扩散作用牢固地连接起来，形成永久性接头的过程叫做焊接。

材料的化学成分是影响材料焊接性的最基本因素。同一种金属材料，采用不同的焊接工艺方法，焊接性也不同。二/

金属连接——焊接045.2金属焊接加工方法分类熔焊：熔焊是将母材接头加热到熔化温度以上，使它们在液态下相互熔合，从而冷却凝固在一起的焊接方法。压焊：在压力（加热或不加热）作用下，被焊的分离金属结合面处产生塑性变形，使金属连接成整体的工艺称为压焊。钎焊：熔点低于被焊金属的钎料熔化后，填充到被焊金属结合面的空隙之中，钎料凝固而将两部分金属连接成整体的焊接工艺称为钎焊。二/

金属连接——焊接045.2金属焊接加工方法分类二/

金属连接——焊接045.2金属焊接加工方法分类5.2.1熔焊

氧乙炔焊：氧乙炔焊中，氧气和乙炔气体在焊炬中混合后并被点燃，被连接的金属板料加热到熔点温度以上以至它们熔在一起。二/

金属连接——焊接5.2金属焊接加工方法分类5.2.1熔焊

金属保护电弧焊：金属保护电弧焊又称焊丝电弧焊，是最通用的电弧焊方法之一。在工件和涂有焊剂的电极之间产生电弧。产生的热量使要焊接的金属和焊剂熔化，焊剂用来防止金属液被氧化。金属保护电弧焊示意图04二/

金属连接——焊接5.2金属焊接加工方法分类5.2.1熔焊

气体保护电弧焊：用惰性气体保护焊接部位防止氧化。氩弧焊，是使用氩气作为保护气体的一种焊接技术。又称氩气体保护焊。就是在电弧焊的周围通上氩气保护气体，将空气隔离在焊区之外，防止焊区的氧化。04二/

金属连接——焊接055.2金属焊接加工方法分类5.2.1熔焊

等离子电弧焊：等离子电弧焊是一种较新的工艺，它提供了更高的焊接速度、更好的焊接质量和对于工艺变量更小的敏感性。等离子电弧焊示意图等离子体焊接不锈钢网二/

金属连接——焊接055.2金属焊接加工方法分类5.2.1熔焊

激光束焊：激光束焊工艺把高能连续激光束聚焦定向、定形，并精确聚焦在工件上。它适合于焊接一种窄而深的焊缝。激光束焊能够用于厚度达2.5cm的各种不同材料，并且能够在另外—些焊接工艺不能进入的位置使用。吉列剃须刀有两个带有22个微小点焊(直径0.5mm)的窄刀刃，是由激光束焊制造的。二/

金属连接——焊接055.2金属焊接加工方法分类5.2.2压焊加热加压二/

金属连接——焊接055.2金属焊接加工方法分类5.2.2压焊

电阻点焊：电阻点焊是一种较简单、快捷和经济的工艺。它通用于板料的搭架，广泛用于自动化工业生产中。在该工艺中，金属板料被夹在通有定量电流的两个电极之间。焊接时被连接的板料在连接点处会产生一些小的压痕,可以调整电极压力以减少或消除最终表面上的压痕。电阻点焊示意图二/

金属连接——焊接055.2金属焊接加工方法分类5.2.2压焊电阻点焊点焊低碳钢棒成型二/

金属连接——焊接055.2金属焊接加工方法分类5.2.2压焊

超声波焊：超声波焊用于搭接薄板和线材的焊接以及锡纸包装的密封。10—75kHz的高频转变成机械振动，通过传感器传递给工件。超声波焊接示意图二/

金属连接——焊接055.2金属焊接加工方法分类5.2.2压焊

爆炸焊：爆炸焊用于不同金属的连接。该工艺使用几百万磅压力的爆炸来复合不具备冶金相容性的厚板和平板。放置在要连接的材料上的爆炸物爆炸的巨大能量机械地将两个表面锁合在一起。爆炸焊接示意图二/

金属连接——焊接055.2金属焊接加工方法分类5.2.3钎焊钎焊主要用于电子线路元件和密封罐头及其类似产品。在该工艺中，被称为钎剂的有色金属填充材料和钎剂焊接金属，其使用温度应该低472摄氏度。被连接的板料的熔点必须高于钎料，且有冶金相容性。当受热时，钎料流入焊缝，焊缝必须被钎剂所覆盖以防止氧化，并且随着它的冷却使钎料将零件结合在一起。钎焊接示意图二/

金属连接——焊接055.3焊接结构材料的选择(1)选择焊接性较好的材料。一般含碳量少于0.25%的碳素钢和含碳量少于0.20%的低合金钢都具有良好的焊接性，应尽量采用。(2)同一构件焊接时尽量选用同种金属材料。异种材料焊接时，往往由于两者的物理、化学及热性能等的不同，其焊接性具有很大的差异，焊接难度较大，甚至难于用熔焊的方法进行焊接。二/

金属连接——焊接055.4焊接结构工艺性5.4.1焊缝的布置焊缝布置应尽量分散，且不宜过长二/

金属连接——焊接055.4焊接结构工艺性5.4.1焊缝的布置焊缝应避开最大应力和应力集中的部位。二/

金属连接——焊接055.4焊接结构工艺性5.4.1焊缝的布置焊缝位置应便于焊接操作。焊缝应尽量放在平焊位置，尽量避免仰焊，减少横焊，并减少和避免大构件的翻转。二/

金属连接——焊接055.4焊接结构工艺性5.4.2焊接接头基本形式二/

金属连接——焊接055.4焊接结构工艺性5.4.2焊接接头基本形式对接接头坡口形式知识点6金属焊接点击添加相关标题文字知识点二/

金属连接——焊接05思考题：1、列举生活中的运用焊接工艺的金属覆盖件产品?THANKS南京航空航天大学工业设计系南京市秦淮区御道街29号3栋204室南京市江宁区将军路29号3栋5楼金属与金属成形MetalandMetalForming主讲人：吴讯、周海海DepartmentofIndustrialDesigninNUAA南京航空航天大学工业设计系PreparedbyXunwu，HaihaiZhou010203金属的分类2.1黑色金属2.2有色金属2.3合金金属

金属成形3.1液态成形3.2塑性成形3.3

固态成形金属与金属成形目录金属材料概述1.1金属材料的定义1.2金属材料应用简史1.3金属的性能0506金属连接—焊接5.1金属焊接加工原理及特点5.2金属焊接加工方法分类5.3焊接结构材料的选择

5.4焊接结构工艺性金属的表面处理与装饰技术6.1金属材料的表面前处理6.2金属材料的表面装饰技术金属与金属成形目录金属切削4.1板材切削

4.2有屑切削4.3无屑切削

4.4火焰/激光切削0406金属的表面处理技术SurfaceTreatmentTechnologyofMetals二/

金属的表面处理技术06金属表面处理金属材料表面处理与装饰技术作用与功效（1）保护产品；（2)

装饰产品。金属材料表面处理的步骤（1）金属表面前处理（机械处理、化学处理、电化学处理）（2）金属表面装饰技术（着色工艺、肌理工艺）电阻点焊示意图二/

金属的表面处理技术066.1金属材料的表面前处理机械处理机械处理是通过切削、研磨、喷砂等加工清理制品表面的锈蚀及氧化皮等，将表面加工成平滑的或具有凹凸模样。化学处理化学处理的作用主要是清理制品表面的油污、锈蚀及氧化皮等。电化学处理电化学处理则主要用以强化化学除油和侵蚀的过程，有时也可以用于弱侵蚀时活化金属制品的表面状态。二/

金属的表面处理技术066.2金属材料的表面装饰技术6.2.1金属表面肌理工艺1、表面锻打2、表面抛光3、表面蚀刻二/

金属的表面处理技术066.2金属材料的表面装饰技术6.2.1金属表面肌理工艺

二/

金属的表面处理技术066.2金属材料的表面装饰技术6.2.1金属表面肌理工艺产品采用了表面蚀刻的工艺，使得餐具的表面具有斑驳、沧桑的肌理效果。丰富了设计的细节，使得勺子在满足人们使用的同时，也满足了大家的日益挑剔的视觉要求。

加工过程：首先在金属表面涂上一层沥青。接着将设计好的纹饰在沥青上刻画，将需要腐蚀的部分露出来。下面就可以进行腐蚀了。小型作品一般选择浸入化学酸溶液中进行腐蚀。由于化学酸具有极强的腐蚀性，在操作中一定要注意安全。二/

金属的表面处理技术066.2金属材料的表面装饰技术6.2.1金属表面肌理工艺

抛光处理的不锈钢餐具喷砂处理的不锈钢杂志架二/

金属的表面处理技术066.2金属材料的表面装饰技术6.2.1金属表面肌理工艺

不锈钢壶体经焊接与5个受控刀头的抛光处理，形态新颖，光可鉴人全钢质炉架、整张钢板制成的P705-5炉具，有很强的整体性，美轮美奂二/

金属的表面处理技术066.2金属材料的表面装饰技术6.2.1金属表面肌理工艺肌理加工应用喷砂精抛镜面抛二/

金属的表面处理技术066.2金属材料的表面装饰技术6.2.2金属表面着色工艺

涂覆着色：采用浸涂、刷涂、喷涂等方法，在金属表面涂覆有机涂层。静电喷涂最通常的如刷漆、喷漆、喷塑等。二/

金属的表面处理技术066.2金属材料的表面装饰技术6.2.2金属表面着色工艺

化学着色：在特定的溶液之中，通过金属表面与溶液发生化学反应，在金属表面生成带色的基体金属化合物膜层的方法。本品是一种氧化着色剂，通过GLQ—312B对铜、铜合金及电镀铜表面的氧化，得到所须的古黑色调，本品上色均匀，时间短，损耗低，易操作，不需要添加任何设备，采用进口原料，质量稳定，可以完全替代电镀古铜色。广泛应用于灯饰、工艺品、拉链、服装的仿古吊牌、水暖等行业。二/

金属的表面处理技术066.2金属材料的表面装饰技术6.2.2金属表面着色工艺

电解着色：在特定的溶液中，通过电解处理方法，使金属表面发生反应而生成带色膜层。二/

金属的表面处理技术066.2金属材料的表面装饰技术6.2.2金属表面着色工艺

阳极氧化染色：在特定的溶液中，以化学或电解的方法对金属进行处理，生成能吸附染料的膜层，在染料作用下着色，或使金属与染料微粒共析形成复合带色镀层。应用范围只限于铝、锌、镉、镍等几种金属。二/

金属的表面处理技术066.2金属材料的表面装饰技术6.2.2金属表面着色工艺

阳极氧化着色采用了铝镁合金，其前表面则采用了拉丝处理，其后又阳极氧化着色二/

金属的表面处理技术066.2金属材料的表面装饰技术6.2.2金属表面着色工艺

阳极氧化着色二/

金属的表面处理技术06