材料成形工艺基础很全
产品设计工程学基础-材料及成型工艺基础-概述
2、材料的分类
材料及成型工艺基础
材料 概述
二、材料认知
学会用材料去思考、去设计.
2、材料的分类
按化学结构分
金属材料: 化学结构为金属键 的钢铁、铜、金等. 无机材料: 化学结构为离子键 的石、玻璃、陶瓷等. 有机材料: 化学结构为共价键, 主要有塑料、橡胶、有机纤维 (皮、木材)等高分子材料 复合材料: 有多相材料复合而 成,如玻璃纤维增强塑料(玻璃 钢).
材料及成型工艺基础
材料 概述
一、设计与材料
形态需求 功能需求
1、材料:设计的物质基础
材料（Material）是产品功能和形态的物质载 体, 一件完美的 产品必定是功能、形态(结构)和材 料(工艺)的和谐统一.
感知特性
形态美感
物质性能
产品功能
设计
材料
材料及成型工艺基础
产品
材料 概述
一、设计与材料
2、材料发展与设计变革
材料 概述
一、设计与材料
• 材料使用与时代划分
人们在研究中国历史时 依据对材料的使用将人
类历史划分旧石器时 代、新石器时代、 陶器时代 、青铜器 时代、铁器时代…而
如今随着新材料的不断 涌现和多种材料的综合 使用, 已很难依据材料来 进行历史的划分.
材料的开发、使用和发展贯穿着人类历史发展的 始终, 拓展着人类的生产能力, 推动着人类文明 的进步和发展, 改变着人类的生活,也深深地影响 着设计的创新与发展.
3 新材料的开发
是指基于全新概念和 方法所开发的材料.如 纳米材料与纳米加工 技术的的开发等……
材料及成型工艺基础
材料 概述
练习:材料感觉特性的测定
依据每组感觉特性，将玻璃、陶瓷、木材、金属、 塑料、橡胶、皮革等7种材料进行有序排列。
材料成型原理与工艺
04
材料成求极高，需要具备轻质、高强度、 耐高温等特性。材料成型原理与工艺的发展为航空航天领域 提供了更多的选择，如钛合金、复合材料等。
这些新型材料的应用有助于减轻飞机和航天器的重量，提高 其性能和安全性。
汽车工业领域的应用
随着环保意识的提高和新能源汽车的 兴起，汽车工业对轻量化材料的需求 越来越大。
件。
锻造工艺
01
02
03
04
自由锻造
利用自由锻锤或压力机对坯料 进行锻打，形成所需形状和尺
寸的锻件。
模锻
利用模具对坯料进行锻打，使 坯料在模具中形成所需形状和
尺寸的锻件。
热锻
将坯料加热至高温后进行锻打 ，使材料易于塑性变形。
冷锻
在常温下对坯料进行锻打，适 用于塑性较差的材料。
焊接工艺
熔化焊
压力焊
材料成型原理与工艺的发展使得汽车 零部件的制造更加高效、精确，如铝 合金、镁合金等轻质材料的广泛应用 ，有助于降低汽车能耗和排放。
能源领域的应用
能源领域如核能、太阳能等需要大量的特殊材料，如耐高 温、耐腐蚀的材料。
材料成型原理与工艺的进步为能源领域提供了可靠的材料 解决方案，如高温合金、耐腐蚀涂层等，有助于提高能源 利用效率和安全性。
材料成型原理与工艺
• 材料成型原理概述 • 材料成型工艺介绍 • 材料成型原理与工艺的发展趋势 • 材料成型原理与工艺的应用前景
01
材料成型原理概述
材料成型的基本概念
材料成型是通过物理或化学手 段改变材料的形状，以达到所 需的结构和性能的过程。
材料成型涉及多种工艺和技术， 如铸造、锻造、焊接、注塑等。
泡沫金属
通过在金属基体中引入孔洞，制备 出具有轻质、高比强度的泡沫金属 材料。
材料成型工艺基础
材料成型工艺基础材料成型工艺是制造业中非常重要的一环，它涉及到各种材料的成型加工，包括金属、塑料、陶瓷等材料。
在现代工业生产中，材料成型工艺的发展对产品质量、生产效率和成本控制都有着重要的影响。
因此，了解材料成型工艺的基础知识对于从事相关行业的人员来说是至关重要的。
首先，材料成型工艺的基础包括材料的物理性能和化学性能。
材料的物理性能包括硬度、强度、韧性、塑性等，而化学性能则包括材料的化学成分、腐蚀性等。
了解材料的这些基本性能对于选择合适的成型工艺以及调整工艺参数都有着重要的指导作用。
其次，材料成型工艺的基础还包括成型工艺的分类和特点。
根据成型工艺的不同特点，可以将它们分为传统成型工艺和先进成型工艺。
传统成型工艺包括锻造、铸造、焊接等，而先进成型工艺则包括注塑成型、激光切割、3D打印等。
每种成型工艺都有其独特的特点和适用范围，了解这些特点对于选择合适的成型工艺和优化工艺流程都至关重要。
另外，材料成型工艺的基础还包括成型模具的设计和制造。
成型模具是进行材料成型加工的重要工具，它的设计和制造质量直接影响到成型工艺的效率和产品质量。
因此，了解成型模具的设计原理和制造工艺对于提高成型工艺的水平和质量都至关重要。
最后，材料成型工艺的基础还包括成型工艺的控制和优化。
成型工艺的控制包括工艺参数的设定、设备的调试以及生产过程的监控等，而成型工艺的优化则包括提高生产效率、降低生产成本、改善产品质量等。
了解成型工艺的控制和优化方法对于提高生产效率和产品质量都有着重要的意义。
总之，材料成型工艺的基础知识对于从事相关行业的人员来说是非常重要的。
只有深入了解材料成型工艺的基础知识，才能更好地选择合适的成型工艺，优化工艺流程，提高生产效率和产品质量。
希望本文所述内容能对相关行业的从业人员有所帮助。
材料成型工艺基础(第三版) 第9章
图9-2 光固化成型过程
它使用的成型材料是对某特种光束敏感的树脂。其基本原 理为：在液槽内盛有液态的光敏树脂，激光束或紫外光光点在 液面上按计算机切片软件所得到的轮廓轨迹，对液态光敏树脂 进行扫描固化，形成连续的固化点，从而构成模样的一个薄截 面轮廓。一个层面扫描完成后，进行下一层扫描，新固化的层 黏结在前一层上，直至完成整个三维零件，如图9-2所示。
具体工作原理如图9-1所示，激光扫描器在计算机控制下按加 工零件各分解层面的形状对成型材料有选择性地扫描，从而形 成一层片，再进行下一层的扫描，新层黏结在前一层上，直至 整个零件制造完成。
图9-1 快速成型技术的工作原理 (a)三维模型；(b)二维截面；(c)激光扫描；(d)叠加三维制件
零件是点、线、面集合的空间实体，快速成型过程就是将 体-面-线离散与点-线-面叠加的过程。由于它把复杂的三维制 造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具 的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率 和制造柔性。
当激光在模样几何形状所确定的区域内移动时，就能将粉末烧 结，从而生成模样的截面形状，并与下面已成型的部分黏结在 一起。每层烧结都是在先制成的那层顶部进行，一层截面烧结 完成以后，铺上新的一层材料粉末，选择性地烧结下层截面。 未烧结的粉末在制完模样后，可用刷子或压缩空气去除。
9.1.2 快速成型技术的分类及特点
快速成型工艺的种类很多，可按照材料的不同进行分类， 快速成型材料包括液态材料、离散颗粒和实体薄片。液态材料 的快速成型方法有液态树脂固化成型和熔融材料凝结成型，而 液态树脂固化又包括逐点固化和逐面固化；熔融材料凝结成型 又包括逐点凝结和逐面凝结。离散颗粒材料快速成型方法包括 激光熔融颗粒成型和黏结剂黏结颗粒成型两种方法。实体薄片 材料快速成型方法有薄片黏结堆积成型和采用光堆积成型两种。
材料成型技术基础知识点总结
材料成型技术基础知识点总结第一章铸造铸造是一种制造零件的方法，它将液态金属填充到型腔中，待其凝固冷却后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件。
填充铸型的过程称为充型，而液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力被称为充型能力。
影响充型能力的因素包括金属液本身的流动能力（合金流动性）、浇注条件（浇注温度、充型压力）以及铸型条件（铸型蓄热能力、铸型温度、铸型中的气体、铸件结构）。
流动性是熔融金属的流动能力，是液态金属固有的属性。
影响合金流动性的因素包括合金种类（与合金的熔点、导热率、合金液的粘度等物理性能有关）、化学成份（纯金属和共晶成分的合金流动性最好）以及杂质和含气量（杂质增加粘度，流动性下降；含气量少，流动性好）。
金属的凝固方式包括逐层凝固方式、体积凝固方式或称“糊状凝固方式”以及中间凝固方式。
收缩是液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象。
收缩能使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷。
合金的收缩可分为三个阶段：液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
液态收缩和凝固收缩通常以体积收缩率表示，是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。
合金的固态收缩通常用线收缩率来表示，是铸件产生内应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。
影响收缩的因素包括化学成分（碳素钢随含碳量增加，凝固收缩增加，而固态收缩略减）、浇注温度（浇注温度愈高，过热度愈大，合金的液态收缩增加）、铸件结构（铸型中的铸件冷却时，因形状和尺寸不同，各部分的冷却速度不同，结果对铸件收缩产生阻碍）以及铸型和型芯对铸件的收缩也产生机械阻力。
缩孔和缩松是铸件凝固结束后常常在某些部位出现孔洞，按照孔洞的大小和分布可分为缩孔和缩松。
缩孔的形成主要出现在金属在恒温或很窄温度范围内结晶，铸件壁呈逐层凝固方式的条件下。
缩松的形成主要出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件壁中，是被树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。
合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件的壁越厚，缩孔的容积就越大。
材料成形技术基础
电子制造
材料成形技术在电子设备的封装和连接中起着重要 作用。
航空航天
艺术雕塑
材料成形技术用于制造航空航天部件和航天器结构。 材料成形技术被艺术家用于创作各种雕塑作品。
材料成形技术的挑战与发展趋势
1 高性能材料
随着科技的进步，材料成形技术需要适应高性能材料的特性和要求。
材料成形技术基础
材料成形技术是制造业中最常用的加工技术之一，它涉及到各种成形工艺、 成形材料以及成形工艺流程。
成形技术定义
成形技术是通过施加力或应用热量将原始材料转化为所需形状和尺寸的加工方法。
主要成形技术分类
1 压力成形技术
将材料置于模具中，并施加压力使其变形， 如冲压、铸造等。
2 热成形技术
2 节能环保
开发符合节能环保要求的成形工艺和材料，减少资源消耗和环境污染。
3 数字化制造
利用数字化技术实现材料成形过程的自动化和智能化。
3
成形操作
按照成形工艺要求进行操作，施加力或应用热量使材料变形。
常见的成形材料
金属
如铝、钢等，用于制造汽车零部件、电子设备等。
塑料
如聚乙烯、聚丙烯等，广泛用于塑料制品的生产。
陶瓷
如瓷器、陶器等，用于制作装饰品、器皿等。
复合材料
如碳纤维增强复合材料，用于制造航空航天部件。
材料成形技术的应用领域
汽车制造
通过加热材料使其变软或熔化，然后形成所 需形状，如热压、热挤压等。
3 凝固成形技术
通过材料凝固过程中的相变来实现成形，如 注射成型、凝胶成型等。
4 仿生如3D打印、 模具复制等。
成形工艺流程
1
材料成型工艺基础
材料成型工艺基础
材料成型工艺是指将原材料通过一系列工艺加工操作，变成形状和尺寸符合要求、性能稳定的零件或产品的过程。
常见的材料成型工艺有：
1. 热压成型：将材料加热至一定温度，然后放入模具中进行压制成型。
常见的热压成型工艺有热挤压、热拉伸、热压铸等。
2. 冷压成型：将材料放入模具中进行压制成型，常见的冷压成型工艺有冷挤压、冷拉伸等。
3. 注塑成型：将熔化的塑料注入模具中，通过加压和冷却固化成型。
常见的注塑成型工艺有射出成型、吹塑成型、挤出成型等。
4. 粉末冶金成型：将粉末材料放入模具中，在高压下压制成型，通过烧结或烤模固化成型。
常见的粉末冶金成型工艺有烧结成型、热等静压成型、烤模成型等。
5. 造型成型：将液态、半固态或塑性的材料通过造型工具或手工造型进行成型。
常见的造型成型工艺有砂型铸造、蜡型铸造、压铸等。
以上是常见的材料成型工艺，每种工艺都有各自的特点和适用范围，应根据材料的性质、需求和经济性等因素选择适合的工艺。
合工大材料成型技术基础复习知识点(全面)(可打印修改) (2)
材料成型技术基础第2章铸造1、铸造的定义、优点、缺点：铸造指熔融金属、制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成型方法。
优点：铸造的工艺适应性强，铸件的结构形状和尺寸几乎不受限制；工业上常用的合金几乎都能铸造；铸造原材料来源广泛，价格低廉，设备投资少；铸造适于制造形状复杂、特别是内腔形状复杂的零件或毛坯，尤其是要求承压、抗振或耐磨的零件。
缺点：铸件的质量取决于成形工艺、铸型材料、合金的熔炼与浇注等诸多因素，易出现浇不到、缩孔、气孔、裂纹等缺陷，且往往组织疏松，晶粒粗大。
2、充型能力的定义、影响它的三个因素：金属液的充型能力指金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力。
影响因素：①金属的流动性；②铸型条件；③浇注条件。
3、影响流动性的因素；纯金属和共晶成分合金呈逐层凝固流动性最好；影响充型能力的铸型的三个条件；浇注温度和压力对充型能力是如何影响的：影响流动性的因素：①合金成分：纯金属和共晶成分的合金，结晶过程呈逐层凝固方式，流动性好；非共晶成分的合金，呈中间凝固方式，流动性较差；凝固温度范围过大，铸件断面呈糊状凝固方式，流动性最差。
结晶温度范围越窄，合金流动性越好。
②合金的质量热容、密度和热导率：合金质量热容和密度越大、热导率越小，流动性越好。
影响充型能力的铸型的三个条件：①铸型的蓄热系数：铸型从其中金属液吸收并储存热量的能力。
蓄热系数越大，金属液保持液态时间短，充型能力越低。
（在型腔喷涂涂料，减小蓄热系数）②铸型温度：铸型温度越高，有利于提高充型能力。
③铸型中的气体：铸型的发气量过大且排气能力不足，就会使型腔中气压增大，阻碍充型。
浇注温度和压力对充型能力的影响：①浇注温度：提高浇注温度，延长保持液态的时间，从而提高流动性。
温度不能过高，否则金属液吸气增多，氧化严重，增大了缩孔、气孔、粘砂等缺陷倾向。
②充型压力（流动方向上的压力）：充型压力越大，流动性越好。
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顺序凝固原则（定向凝固）
• 所谓顺序凝固，就是在铸件上可能出现 缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措 施，使铸件上远离冒口的部位先凝固， 尔后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒 口本身的凝固。
• 实现顺序凝固的措施。合理设计冒口和 安放冷铁。
铸件上可能产生缩孔或缩松的部位
织缺陷多，力学性能低。
液态合金的充型
• 液态合金填充铸型的过程，简称充型。 • 充型能力 液态合金充满铸型型腔，获得
形状完整，轮廓清晰铸件的能力，称为 液态合金的充型能力。 • 影响充型能力的因素
1、合金的流动性 2、浇注条件 3、铸型填充能力
充型能力不强，则易产生浇不足、冷隔等。
合金的充型能力之一
•时效处理：有内应力的铸件在加工前置于 露天半年以上，或550~650ºC去应力退火。
铸件的裂纹与防止
• 热裂 热裂是铸件在高温下产生的裂纹。 其形状特征是：裂纹短，缝隙宽，形状 曲折，缝内呈氧化色。
– 合金性质 铸造合金的结晶特点和化学成分 对热裂的产生均有明显的影响
– 铸型阻力 铸型(包括型芯)的退让性对热力 的形成有重要影响。
同时凝固原则
• 尽量减少铸件各处的温度差，使铸件不 同壁厚各处在同一时间内凝固。
• 浇口开在薄壁处，在厚壁处安放冷铁， 力求使铸件各处同时冷却。
•同时凝固原则与顺序凝固原则对比
铸件的变形
• 铸件冷却到室温后，热应力保留在铸件中 •
•残余应力
•薄壁处受压力，厚壁处受拉力
•变形
防止变形的措施
• 设计铸件时尽可能壁厚均匀，形状对称。 • 采取同时凝固。 • 设计“反变形”量。
12~ 4.2 5.4~6.3
12.9
灰–口凝固收缩 铸–铁固态3收.50缩 1400 3.5
6.9~ 0.1 3.3~4.2
7.8
铸件中的缩孔与缩松
• 缩孔和缩松的形成 液态合金在冷凝过 程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减 的容积的得不到补足，则在铸件最后凝 固的部位形成一些孔洞
– 缩孔 它是集中在Βιβλιοθήκη 件上部或最后凝固的 部位容积较大的孔洞
合金的流动性
• 合金的流动性是指熔融合金的流动能力。
– 流动性好，充型能力强，便于浇注出轮廓清 晰、薄而复杂的铸件。
• 合金的流动性与合金的化学成份有关。
Fe-C合金的流动性与状态图的关系
• 在流动性曲线上，对应着纯金属、共晶成分和金属间化 合物的地方出现最大值，而最大结晶温度范围附近出现 最小值。
Lesson 1 铸造工艺基础
• 液态合金的充型 • 铸件的凝固收缩 • 铸造内应力，变形和裂纹 • 铸件中的气孔 • 铸件的质量控制
铸造的特点
• 可以生产出形状复杂的零件，特别是具 有复杂内腔的零件。
• 适应性广。 • 成本低。 • 铸件的尺寸和形状与零件非常接近。可
以减少切削加工量。 • 缺点：工序多，质量不易控制，内部组
铸造合金的收缩
合金 含碳量 浇注 液态 凝固 固态 总收缩
• 种铸类造（合%金）从浇温度注，收凝缩固直收到缩至冷收却缩到（室%）
铸温造的过程中，其体积或尺寸缩减的现象， 碳称钢为收0.缩35 。收161缩0 是铸1.6件产生3 缩孔7、.8 缩松12.、46
白裂口纹、变形的根源。
铸–铁液态3收.00缩 1400 2.4
温度
固
液
表层
中心
铸件的凝固方式之三
• 中间凝固
温度
– 大多数合金属 于这种方式。
固
凝固方式与铸件质量的关系：
逐层凝固有利于充型，可防 止缩孔和缩松。
表层
液 中心
影响铸件凝固方式的因素
• 合金的结晶温度
– 结晶温度范围越小，糊状凝固区越小。
• 铸件的温度梯度
温度梯度越大，糊状凝固区越小。 – 合金的性质 – 铸型的蓄热能力 – 浇注温度
铸件中的偏析
• 铸件内部化学成份不均匀的现象，称为 偏析。
偏析类型 1、晶内偏析 结晶温度宽的合金易产生晶内偏析 2、区域偏析 合金中各成份因熔点的不同，引起 不同时凝固。
常见的铸造缺陷（JB302-62简化）
类别
孔 眼
裂 纹
名称 气孔 缩孔 缩松 渣眼 砂眼 铁豆 热裂
冷裂
类别
形 状、 尺 寸 和 重 量 不 合 格
名称 类别
名称
多肉
浇不足
表面 缺陷
落砂
粘砂 夹砂 冷隔
抬箱 成份 化学成份不合格
错箱 偏芯 变形
组织 金相不合格
和性
偏析
能不 过硬（白口） 合格
物理、机械性能
不合格
铸造合金的分类
• 铸钢 • 铸铁
– 灰口铸铁 – 白口铸铁 – 可锻铸铁 – 球墨铸铁
• 铸造铝合金 • 铸造铜合金 •…
灰口铸铁的特性
• 冷裂 冷裂是在低温下行成的裂纹。其形 状特征是:裂纹细小，呈连续直线状，有 时缝内呈轻微氧化色。
铸件中的气孔
气孔的来源
1、侵入气孔
侵入气孔是由于砂型表面层聚集的气体侵入金 属液中而形成的。
2、析出气孔
溶解于金属液中的气体在冷凝过程中，因气体 溶解度下降而析出，在铸件中形成的气孔。
3、反应气孔
浇入铸型中的金属液与铸型材料、型芯撑、冷 铁或熔渣之间，因化学反应产生气体而形成 的气孔。
• 力学性能较低。 • 良好的铸造性能。 • 良好的切削加工性。 • 减振性。 • 耐磨性 • 缺口敏感低。
流动动性的测定
• 流动性实验
合金的充型能力之二
浇注条件
• 浇注温度
– 浇注温度越高，充型能力越好。但温度过高。 会出现其他铸造缺陷。
• 充型压力
– 压力越大，充型能力越好。
合金的充型能力之三
铸型填充条件
• 铸型的蓄热能力
– 散热越快的铸型，充型能力越差。
• 铸型温度
– 金属型铸造和熔模铸造时，铸型温度越高， 充型能力越好。
凝固等温线法
内切圆法
•等 温 线 未 画 到的部位
•内切圆大的部位可能产生缩 孔或缩松
铸造内应力
内应力的形成 • 热应力 它是由于铸件的壁厚不均匀，
各部分冷却速度不同，以致在同一时期 内铸件各部分收缩不一致而引起的。薄 壁处受压应力，厚壁处受拉应力。
•机械应力 它是合金的线收缩受到铸型或型 芯机械阻碍而形成的内应力。
• 铸型中气体
– 铸型中的气体压力增大，液态合金的流动困 难，充型能力差。
铸件的凝固方式之一
• 逐层凝固
– 纯金属和共晶 成份的合金， 结晶温度是一 固定值。凝固 过程由表面向 中心逐步进行
温度
固 表层
液 中心
铸件的凝固方式之二
• 糊状凝固
– 结晶温度范围 很宽的合金， 从铸件的表面 至心部都是固 液两相混存。