材料成形工艺知识点

一．铸造成型

1.1收缩：铸造合金在液态、凝固态和固态的冷却过程中，由于温度降低而引起的体积减小的现象，称为收缩。

缩松缩孔：铸件在冷却和凝固过程中，由于合金的液态和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部分出现空洞。容积大而集中孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。

影响缩孔和缩松的因素及防止措施：

因素：浇筑温度，合金的结晶范围，铸型的冷却能力越大

防止措施：用顺序凝固方法

1.1.5铸造应力怎么产生的：

铸件凝固后在冷却过程中，由于温度下降将继续收缩。有些合金还会发生固态相变而引起收缩或膨胀，这导致铸件的体积和长度发生变化，若这种变化受到阻碍，就会在铸件内产生应力，称为铸造应力。

1.2砂型铸造

剖面示意图：上型下型，明冒口，出气冒口，浇口杯，型砂，砂箱，直浇道，横浇道，暗冒口，内浇口，型腔，型芯，分型面。

工艺流程！

1.3金属型铸造

金属型铸造又称硬模铸造，它是将金属液浇入金属型中，以获得金属铸件的一种工艺方法。（永久型铸造）

1.4熔模铸造：熔模铸造又称失蜡铸造，通常是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，而获得铸件的一种方法。熔模铸造工艺（重点）

1.5压力铸造：在高压作用下，使得液态或半液态金属以较高的速度充填压铸模型腔，并在压力下成形和凝固。

1.6铸造工艺设计

1.6.2铸件结构的工艺性。

1.铸造结构形式：结构外形应方便起模，尽可能减少和简化分型面，铸件的内腔应尽量不用或少用型芯。

2.合理的铸件壁厚：铸件壁厚过小，易产生浇不到、冷隔等缺陷；壁厚过大，易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷。壁厚应均匀。

3.铸件壁的链接：连接处或者转角处应有结构圆角。，厚壁与薄壁间的链接要逐步过渡。

4.铸件应尽量避免有过大的平面

1.6.4型芯设计的作用是形成铸件的内腔、孔洞、形状复杂阻碍取模部分的外形以及铸型中有特殊要求的部分。

1.6.5浇注系统设计：浇口杯，直浇道，横浇道，内浇道。

金属型的浇筑位置一般分为三种：顶注式、底注式和侧注式。

基本要求：

1.防止浇不足缺陷

2．液态金属平稳地流入型腔

3.能把混入合金液中的熔渣挡在浇筑系统中

4能够合理地控制和调节铸件各部分的温度分布，减少或消除缩松缩孔

5.结构简单，体积小

1.6.6冒口的作用：以为液态金属浇入铸型后的冷却过程中，大部分金属要产生体积收缩，其液态收缩和凝固收缩将导致铸件最后凝固的区域产生缩孔与缩松。这样冒口中的液态金属将补偿凝固过程中的体积收缩，使收缩形成的孔洞移入冒口，最后切去冒口，就可获得致密的铸件。

二．塑性成型

2.1.1塑性成形特点

1.组织、性能好

2材料利用率高

3.尺寸精度高

4.生产效率高，适于大批量生产

2.1.2塑性成形分类

按成形温度：热成型，冷成型，温成型

按成形特点:体积成形，板料成形

2.2塑性成形理论基础

2.2.1塑性和塑性指标

塑性：是指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力。

2.2.4金属塑性成形的基本规律

1体积不变定理：金属固态成形加工中金属变形后的体积等于变形前的体积。

2.最小阻力定理：金属在塑性变形过程中，其质点都将沿着阻力最小的方向移动。

2.3锻造

2.3.1锻造的分类

1.自由锻造：利用冲击力或压力。

2模型锻造：热态金属胚料放在具有一定形状和尺寸的锻模模膛内

3胎膜锻造：在自由锻设备上用胎膜终锻成形

4特种锻造：在专用设备或在特殊模具内使金属成形

2.3.2锻造工艺

1自由锻工艺：生产效率低、金属损耗大和劳动条件差，精度和表面质量差，故适用于形状简单的单件小批量毛坯成形，特别是重、大型锻件的生产

过程：绘制锻件图，坯料质量及尺寸的计算，选择锻造工序

重点：：(P116)表2-1锻件分类及所用工序

2.模锻工艺：生产率较高，生产出的锻件形状复杂程度高，机械加工余量少，尺寸精确，锻件纤维分布合理，力学性能好。但加工成本高，只适用于大批量生产。

（1）模锻件图的制定

（2）开式模锻：变形金属的流动不完全受模腔限制的一种锻造方式

（3）闭式模锻：变形过程中，金属始终被封闭在型腔内不能排出，迫使金属充满型槽而不形成飞边。

2.4板料成形：借助常规或专用冲压设备，使板料在专用模具中直接受力分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的工艺，板料成形又称为冷成型，简称冲压。

按变形性质可分为分离工序与成形工序

分辨：：（P123）表2-3常用的冲压工序

2.4.1板料冲裁过程

冲裁是利用模具使板材产生分离的冲压工序，包括落料、冲孔、切断、修边、切口等。

2.4.2板料成形工艺

主要有拉深、弯曲、翻边等

拉深：也称拉延，是利用模具将冲裁后得到的平板毛坯制成各种开口的空心零件，或将已制成的开口空心件加工成其他形状空心件的加工方法。

弯曲：是将板料、棒料、型材或管材等弯成一定形状和角度的零件的冲压工序。分为压弯、拉弯、折弯、滚弯等。

2.5旋压成形（了解）

2.6（图！）轧制，挤压，拉拔（了解）

2.6.1轧制：金属坯料在旋转轧辊的作用下产生连续塑性变形，从而获得所要求截面形状并改变其性能的加工方法。常见的有辊锻、横轧及斜轧等。

2.6.2挤压：对挤压模具中的金属锭坯施加强大的压力作用，使其发生塑性变形从挤压模具的模口中流出，或充满凹凸模型腔，而获得所需形状与尺寸制品的塑性成形方法。

可生产断面极其复杂的或具有深孔、薄壁以及断面的零件。

2.6.3拉拔：是在拉力作用下，迫使金属坯料通过拉拔模孔，以获得相应形状与尺寸制品的塑性加工方法。

最适合于连续高速生产断面非常小的长制品，例如丝材、线材等。

第三章：焊接

3.1焊接过程中需要对焊接区域进行加热，使其达到或超过材料的熔点（熔化焊）或热塑性温度（固态焊），随后在冷却过程中形成焊缝和焊接接头。这种加热和冷却过程成为焊接热过程，焊接热过程具有局部性、瞬时性和不稳定性等特征。

3.1.4焊接热循环

在连续移动热源焊接温度场中，焊接区某点所经受的急剧加热和冷却的过程叫做焊接热循环。焊接热循环具有加热速度快、温度高、高温停留时间短和冷却速度快等特点。由于具有局部性，距离焊缝中心越近的点，其加热速度和所达到的最高温度越高。反之，其加热速度和最高温度越低，冷却速度越慢。不同的热循环会引起金属内部组织不同的变化，从而影响性能。

3.1.5焊接接头的不均匀性

用焊接方法连接的接头称为焊接接头，简称接头。焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区。咋困熔合区，存在显著的物理化学的不均匀性。（接头性能的薄弱环节）

焊接接头的基本形式有：

对接（使用最多，应力分布均匀，焊接质量容易保证）：接口边缘加工成坡口（除保证焊透外，还能起到调节母材金属和填充金属比例的作用）

搭接（便于组装，受剪切力作用，应力分布不均，重量大，不经济）、

丁形接头或十字接头（船体应用多）、

角接（便于组装，外形美观，但承载能力较差，只能起连接作用，不能传递工作载荷）、端接等（P166）图3-19

3.1.6焊接残余应力与变形

焊接加热时，焊接区受到周围母材的约束作用无法自由热膨胀，只能随焊件同步变形，因此焊接区因膨胀受阻而产生压应力，当压应力超过材料屈服限后发生不可逆的压缩塑性变形

P169图3-22焊接变形示意图，文字图对应即可

3.2熔焊（按热源分：电弧，电阻热，高能束）

电弧焊（焊条电弧焊，埋弧焊，钨极气体保护电弧焊，熔化极气体保护焊）

焊条电弧焊：以外部有涂层（药皮）的焊条作电极和填充金属，电弧是在焊条的端部和被焊工件表面之间燃烧。涂层在电弧热作用下一方面可以产生气体以保护电弧，另一方面可以产生熔渣覆盖在熔池表面，防止熔化金属与周围气体的相互作用。熔渣的更重要作用是与熔化金属产生物理化学反应或添加合金元素，改善焊缝金属性能。

埋弧焊：是以连续送进的焊丝作为电极和填充金属，焊接时，在焊接区的上面覆盖一层颗粒状焊剂，电弧在焊剂层下燃烧，将焊丝端部和局部母材熔化，形成焊缝。

3.2.5常用金属材料的熔焊（了解不同材料的焊接现象）

1.高强度钢及超高强度钢：易产生冷裂纹。

2不锈钢的焊接：氩弧焊，埋弧焊脆化和裂纹，焊接要采用较低的预热温度，以防止过热脆化，减少高温停留时间。

3.高温合金的焊接：问题是热裂纹

4.铝合金的焊接：易氧化成氧化铝薄膜，热量散失快，较大的焊接应力、变形和裂纹倾向

5钛合金的焊接：接头脆化、冷裂纹、气孔

3.3钎焊

3.3.1钎焊基本原理：利用比母材熔点低的金属作钎料，经过加热使钎料熔化并湿润母材，在毛细管作用下填充接头接触面的间隙，液态钎料与母材之间互扩散而形成冶金结合的链接方法。

与熔焊的区别：

1 熔焊焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法称为熔焊。常用的熔焊方法有电弧焊、气焊、电渣焊等。

2 钎焊焊接过程中，采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法称为钎焊。常用的钎焊方法有火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊和真空钎焊等。

3 不同：a 焊接温度与母材熔化温度之间的关系熔焊时焊缝区母材熔化，参加冶金过程；钎焊在母材熔化温度以下进行的焊接

b 钎焊常被整体加热，接头的残余应力比熔焊小的多，易于保持工件的精密尺寸

c 钎料的选择范围宽，熔焊没有这种选择余地

d 钎焊只涉及数十微米的界面范围，不涉及母材深层次的结构，因此特别有利于异种金属，M与M，M与nM的连接，熔焊是做不到的

e 钎焊的焊缝强度较低，一般低于母材的力学强度。而熔焊只要焊丝成分得当，焊后热处理工艺适合，强度回接近或超过母材的强度

3.4.2摩擦焊：是以机械能为热源的固相焊接。是利用两表面间机械摩擦所产生的热来实现金属的链接的。

3.5焊接结构制造

焊缝布置：

a．焊缝位置便于施焊，有利于保证焊缝质量

b．焊缝布置应有利于减少焊接应力和变形（减少数量，对称分布，避开最大应力位置）3.5.4焊接结构制造工艺

P211图3-79

第四章：粉末材料成型(特点，用途)

粉末材料成型是通过混粉、压坯、烧结和后处理等工艺将金属或其他粉末材料制造成各种多

孔、半致密或全致密零件与制品的技术。

第五章：快速成型技术

5.2.1立体印刷工艺的基本原理

立体印刷技术的工艺基础是液态光敏树脂的光聚合反应，它是由计算机控制的激光器或紫外灯发出一定波长和强度的紫外激光光束。在该紫外光的照射下，液态光敏树脂的相对分子质量急剧增大，材料从液态转变成固态。

5.3．1选择性激光烧结工艺的基本原理

成形前，用红外线板将粉末材料加热至低于烧结点的某一温度。成形时，由CAD模型各层切片的平面几何信息生成激光扫面器在每层粉末上的数控运动指令。铺粉滚筒将材料粉末均匀铺撒在已成形的原型或零件的上表面，并用平整滚筒滚平、压实。激光束在计算机的控制下，以给定的速度和能量在刚铺的新层上扫描出成形件的截面轮廓。材料粉末在高强度的激光照射下温度升至熔化点，被烧结固化在一起，得到成形件的新截面层，并与下面已成形的部分连接。未被激光扫描烧结的粉末仍留在原处起支撑作用。当一层截面烧结完成后，工作台下移一个层的厚度，铺粉滚筒再铺上新的一层材料粉末，压实后再有选择地烧结新一层截面。如此循环

第六章：工程材料的表面技术

6.3热喷涂

热喷涂是用专用设备把某种固体物质加热融化或软化并加速喷射到工作表面，形成一种覆盖物薄层（涂层）以获得所需性能的工艺方法。

热喷涂原理：喷涂材料加热-加速-熔化-再加速-撞击基体-冷却凝固-形成涂层

性能：涂层厚度较易控制，耐磨，耐蚀，耐热抗氧化，耐辐射，隔热，密封，导电，绝缘涂层的组成结构：涂层，氧化物夹杂，孔隙或空洞，颗粒间的粘接，变形颗粒，基体粗糙度，涂层与基体结合面

第八章：聚合物及其复合材料成形工艺

8.2聚合物成形工艺

8.2.2挤出成形：将粉末或颗粒状的塑料由剪切摩擦热使其熔融而呈流动状态，并在压力下挤出成形。（主要用于热塑料的成形和热固性塑料）

8.2.3注射成形：将粉末或颗粒状塑料原料加热至融化状态，经喷嘴注入模具中、冷却后打开模具即可得到所需要的塑料制品。

8.2.4吹塑成形：利用压缩空气使加热到塑性变形状态的片状或管状塑料型坯在模具中吹制成中间胀大，颈口缩小的中空制件。（仅限热塑性塑料）

第九章：材料成形质量检验

9.2.1射线检验：利用射线易于穿透物体，并在穿透物体过程中受到吸收和散射而衰减的性质，在感光材料上获得与材料内部结构和缺陷相对应、黑度不同的图像，从而探明物质内部缺陷种类、大小、分布状况，并作出评价的无损检验方法。