材料成型习题解析(第五章) ppt课件
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第五章 金属基复合材料成型技术
第五章 金属基复合材料成型技术
• 5.1概述 • 金属基复合材料制造技术是影响金属基复合 材料迅速发展和广泛应用的关键问题。金属基复 合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决 于其制造方法和工艺。然而，金属基复合材料的 制造相对其他基复合材料还是比较复杂和困难。 这是由于金属熔点较高，需要在高温下操作；同 时不少金属对增强体表面润湿性很差，甚至不润 湿，加上金属在高温下很活泼，易与多种增强体 发生反应。目前虽然已经研制出不少制造方法和 工艺，但仍存在一系列问题。所以开发有效的制 造方法一直是金属基复合材料研究中最重要的课 题之一。
PVD法纤维/基体复合丝原理图
5.3.5共喷沉积技术
• 共喷沉积法是制造各种颗粒增强金属基复合材料 的有效方法，1969年由A．R．E．siager发明， 随后由Ospmy金属有限公司发展成工业生产规模 的制造技术，现可以用来制造铝、铜、镍、铁、 金属间化合物基复合材料。 • 共喷沉积工艺过程，包括基体金属熔化、液态金 属雾化、颗粒加入及与金属雾化流的混合、沉积 和凝固等工序。主要工艺参数有：熔融金属温度， 惰性气体压力、流量、速度，颗粒加入速度，沉 积底板温度等。这些参数都对复合材料的质量有 重要的影响。不同的金属基复合材料有各自的最 佳工艺参数组合，必须十分严格地加以控制。
压铸工艺中，影响金属基复合材料性能的工艺因素主要有四个： ①熔融金属的温度 ②模具预热温度 ③使用的最大压力 ④加压速度 在采用预制增强材料块时，为了获得无孔隙的复合材料，一般压力不低于 50MPa，加压速度以使预制件不变形为宜，一般为1~3cm/s。对于铝基复合材 料，熔融金属温度一般为700~800℃，预制件和模具预热温度一般可控制在 500~800℃，并可相互补偿，如前者高些，后者可以低些，反之亦然。采用压 铸法生产的铝基复合材料的零部件，其组织细化、无气孔，可以获得比一般金 属模铸件性能优良的压铸件。与其他金属基复合材料制备方法相比，压铸工艺 设备简单，成本低，材料的质量高且稳定，易于工业化生产。
• 5.1概述 • 金属基复合材料制造技术是影响金属基复合 材料迅速发展和广泛应用的关键问题。金属基复 合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决 于其制造方法和工艺。然而，金属基复合材料的 制造相对其他基复合材料还是比较复杂和困难。 这是由于金属熔点较高，需要在高温下操作；同 时不少金属对增强体表面润湿性很差，甚至不润 湿，加上金属在高温下很活泼，易与多种增强体 发生反应。目前虽然已经研制出不少制造方法和 工艺，但仍存在一系列问题。所以开发有效的制 造方法一直是金属基复合材料研究中最重要的课 题之一。
PVD法纤维/基体复合丝原理图
5.3.5共喷沉积技术
• 共喷沉积法是制造各种颗粒增强金属基复合材料 的有效方法，1969年由A．R．E．siager发明， 随后由Ospmy金属有限公司发展成工业生产规模 的制造技术，现可以用来制造铝、铜、镍、铁、 金属间化合物基复合材料。 • 共喷沉积工艺过程，包括基体金属熔化、液态金 属雾化、颗粒加入及与金属雾化流的混合、沉积 和凝固等工序。主要工艺参数有：熔融金属温度， 惰性气体压力、流量、速度，颗粒加入速度，沉 积底板温度等。这些参数都对复合材料的质量有 重要的影响。不同的金属基复合材料有各自的最 佳工艺参数组合，必须十分严格地加以控制。
压铸工艺中，影响金属基复合材料性能的工艺因素主要有四个： ①熔融金属的温度 ②模具预热温度 ③使用的最大压力 ④加压速度 在采用预制增强材料块时，为了获得无孔隙的复合材料，一般压力不低于 50MPa，加压速度以使预制件不变形为宜，一般为1~3cm/s。对于铝基复合材 料，熔融金属温度一般为700~800℃，预制件和模具预热温度一般可控制在 500~800℃，并可相互补偿，如前者高些，后者可以低些，反之亦然。采用压 铸法生产的铝基复合材料的零部件，其组织细化、无气孔，可以获得比一般金 属模铸件性能优良的压铸件。与其他金属基复合材料制备方法相比，压铸工艺 设备简单，成本低，材料的质量高且稳定，易于工业化生产。
陕西科技大学材料学院《陶瓷工艺学》课件第五章 成型与模具
9
2.3
滚压成型的工艺控制：
(1)、泥料的性能： 泥料需一定的硬度（屈服值）保证排泥的力量。 泥料需一定的延伸量和屈服值。 泥料的延伸量和屈服值与其中塑性原料的多少和种类有关 和水分的含量有关。 塑性原料太少或塑性太差或水分太少，则延伸量过小，滚压时 易开裂，模型也易损坏。 塑性原料太多或塑性太强或水分太多，则屈服值过低，滚压时 易粘滚，坯体易变形。 泥料的可塑性由配方决定，一般配方确定后，通过控制含水 率来调节可塑性以适应滚压成型 的需要。所以要严格控制含水率
5.3 成型过程： 5.4 注塑成型设备：
注塑成型机由加料、输送、压注、模型封合装置、温度和 压力控制部分。 注塑机有柱塞式和螺旋式两种。 注塑成型模具：注意： (1)、排气孔。(2)、冷却沟槽 。(3)、入口用高 耐磨性材料。
17
5.4 脱脂
除去有机添加剂的过程。 5.4.1 特点：时间长。 5.4.2影响 脱脂速率的因素： (1)、原料的特性。 (2)、有机添加剂的种类和数量有关。 (3)、生坯的形状、大小、厚度。
5
1.2 旋压的工艺特点与控制：
(1)、以“刮泥”的形式排泥，要求泥料屈服值低些。即泥料 的含水率稍高些，排泥阻力小。 (2)、“刮泥”成型时，与样板刀接触的坯体表面不光滑，赶 光时需加水来赶光表面。 (3)、模座转速，据制品的形状定。 转速高：深腔制品，直径 小的制品，阴模旋压。一般转速控 制230 —400r/min。泥料水分21—23%。 (4)、“中心”准。石膏模，样板刀，模座主轴对准中心。 (5)、样板刀对泥料正压力小，生坯强度低，但可加宽刀口， 减小刀口角度，增加泥料等措施进行改进。 (6)、旋压设备简单，适应性强，可旋制深凹制品。
塑压模由上模、下模组成。上下模都由石膏模和一个金属模 框组成。金属模框箍着石膏模，对石膏模起加固和保护作用，而 且能保证上下模准确定位。 (3)、模型的结构 上下模间形成一个空腔，为所要求成型制品的形状。上下模 留有一定的空隙，可排除余泥。石膏模外缘部位留有沟檐容纳余 泥。 14
2.3
滚压成型的工艺控制：
(1)、泥料的性能： 泥料需一定的硬度（屈服值）保证排泥的力量。 泥料需一定的延伸量和屈服值。 泥料的延伸量和屈服值与其中塑性原料的多少和种类有关 和水分的含量有关。 塑性原料太少或塑性太差或水分太少，则延伸量过小，滚压时 易开裂，模型也易损坏。 塑性原料太多或塑性太强或水分太多，则屈服值过低，滚压时 易粘滚，坯体易变形。 泥料的可塑性由配方决定，一般配方确定后，通过控制含水 率来调节可塑性以适应滚压成型 的需要。所以要严格控制含水率
5.3 成型过程： 5.4 注塑成型设备：
注塑成型机由加料、输送、压注、模型封合装置、温度和 压力控制部分。 注塑机有柱塞式和螺旋式两种。 注塑成型模具：注意： (1)、排气孔。(2)、冷却沟槽 。(3)、入口用高 耐磨性材料。
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5.4 脱脂
除去有机添加剂的过程。 5.4.1 特点：时间长。 5.4.2影响 脱脂速率的因素： (1)、原料的特性。 (2)、有机添加剂的种类和数量有关。 (3)、生坯的形状、大小、厚度。
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1.2 旋压的工艺特点与控制：
(1)、以“刮泥”的形式排泥，要求泥料屈服值低些。即泥料 的含水率稍高些，排泥阻力小。 (2)、“刮泥”成型时，与样板刀接触的坯体表面不光滑，赶 光时需加水来赶光表面。 (3)、模座转速，据制品的形状定。 转速高：深腔制品，直径 小的制品，阴模旋压。一般转速控 制230 —400r/min。泥料水分21—23%。 (4)、“中心”准。石膏模，样板刀，模座主轴对准中心。 (5)、样板刀对泥料正压力小，生坯强度低，但可加宽刀口， 减小刀口角度，增加泥料等措施进行改进。 (6)、旋压设备简单，适应性强，可旋制深凹制品。
塑压模由上模、下模组成。上下模都由石膏模和一个金属模 框组成。金属模框箍着石膏模，对石膏模起加固和保护作用，而 且能保证上下模准确定位。 (3)、模型的结构 上下模间形成一个空腔，为所要求成型制品的形状。上下模 留有一定的空隙，可排除余泥。石膏模外缘部位留有沟檐容纳余 泥。 14
材料成型工艺基础(第三版) (刘建华)章 (5)
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3.工艺性能
粉末的工艺性能包括松装密度、流动性、压缩性与成型 性。工艺性能也主要取决于粉末的生产方法和粉末的处理工 艺(球磨、退火、加润滑剂、制粒等)。
松装密度亦称松装比，是金属粉末的一项主要特性，指 金属粉末在规定条件下，自由充填标准容器所测得的单位体 积松装粉末的质量，与材料密度、颗粒大小、颗粒形状和粒 度分布有关。松装密度影响粉末成型时的压制与烧结，也是 压模设计的一个重要参数。
23
5.1.4 粉末冶金材料的应用及发展
粉末冶金由于在技术和经济上有优越性，在国民经济中 起到越来越大的作用。可以说，现在没有一个工业部门不使 用粉末冶金材料和制品的，从普通机械制造到精密仪器，从 日常生活到医疗卫生，从五金工具到大型机械，从电子工业 到电机制造，从采矿到化工，从民用工业到军事工业，从一 般技术到尖端技术，粉末冶金材料和制品都得到了广泛的应 用。粉末冶金材料及制品的分类与应用列于表5-1中。
30
混合好的粉末通常需要过筛，除去较大的夹杂物和润滑 剂的块状凝聚物，并且应尽可能及时使用，否则应密封储存 起来，运输时应减少震动，防止混合料发生偏析。
15
2.物理方法
常用的物理方法为蒸气冷凝法，即将金属蒸气经冷凝后 形成金属粉末，主要用于制取具有大的蒸气压的金属粉末。 例如，将锌、铅等金属蒸气冷凝便可以获得相应的金属粉末。
16
3.化学方法
常用的化学方法有还原法、电解法等。 还原法是使用还原剂从固态金属氧化物或金属化合物中 还原制取金属或合金粉末。它是最常用的金属粉末生产方法 之一，方法简单，生产费用较低。比如铁粉通常采用固体碳 还原法，即把经过清洗、干燥的氧化铁粉以一定比例装入耐 热罐，入炉加热后保温，得到海绵铁，经过破碎后得到铁粉。
4
3.工艺性能
粉末的工艺性能包括松装密度、流动性、压缩性与成型 性。工艺性能也主要取决于粉末的生产方法和粉末的处理工 艺(球磨、退火、加润滑剂、制粒等)。
松装密度亦称松装比，是金属粉末的一项主要特性，指 金属粉末在规定条件下，自由充填标准容器所测得的单位体 积松装粉末的质量，与材料密度、颗粒大小、颗粒形状和粒 度分布有关。松装密度影响粉末成型时的压制与烧结，也是 压模设计的一个重要参数。
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5.1.4 粉末冶金材料的应用及发展
粉末冶金由于在技术和经济上有优越性，在国民经济中 起到越来越大的作用。可以说，现在没有一个工业部门不使 用粉末冶金材料和制品的，从普通机械制造到精密仪器，从 日常生活到医疗卫生，从五金工具到大型机械，从电子工业 到电机制造，从采矿到化工，从民用工业到军事工业，从一 般技术到尖端技术，粉末冶金材料和制品都得到了广泛的应 用。粉末冶金材料及制品的分类与应用列于表5-1中。
30
混合好的粉末通常需要过筛，除去较大的夹杂物和润滑 剂的块状凝聚物，并且应尽可能及时使用，否则应密封储存 起来，运输时应减少震动，防止混合料发生偏析。
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2.物理方法
常用的物理方法为蒸气冷凝法，即将金属蒸气经冷凝后 形成金属粉末，主要用于制取具有大的蒸气压的金属粉末。 例如，将锌、铅等金属蒸气冷凝便可以获得相应的金属粉末。
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3.化学方法
常用的化学方法有还原法、电解法等。 还原法是使用还原剂从固态金属氧化物或金属化合物中 还原制取金属或合金粉末。它是最常用的金属粉末生产方法 之一，方法简单，生产费用较低。比如铁粉通常采用固体碳 还原法，即把经过清洗、干燥的氧化铁粉以一定比例装入耐 热罐，入炉加热后保温，得到海绵铁，经过破碎后得到铁粉。
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《材料成型工艺学》课件
2.1×105MPa）。
解：H0=2.5mm，H=1.0mm，h=0.7mm
−
2.5−1.0
0 −ℎ
2.5−0.7
0 = 0 = 2.5 = 60%, 1 =
= 2.5 = 72%
0
0
ҧ = 0.40 + 0.61 = 0.4 × 60% + 0.6 × 72% = 67.2%
= ×(+) = . s-1
= 85 ∙ 0.124 ∙ （10）0.167 ∙ （
=85× 9.350.124
=122.4MPa
∙ 10 × 35.4%
）−2.5410来自00.167∙
1050 −2.54
1000
，计算轧
K = 1.15 = 1.15 × 122.4 = 140.8MPa
3 在φ750/φ1050×1700mm热轧机上，轧制Q235普碳钢，其变形抗力模型采用下
0.124
0.167
∙ （10）
∙（
）−2.54 ，某道次轧制温度
式计算： = 85 ∙
1000
为1050℃，轧件轧制前厚度H=65mm，轧后厚度h=42mm，板宽B=1200mm，轧
制速度v=2m/s。应力状态系数
例题2:在φ850mm轧机上,轧制Q235普碳钢,某道次轧制温度为1100℃,
轧件轧制前厚度H=93mm，轧后厚度h=64.2mm,板宽B=610mm,轧
制速度v=2m/s。试用西姆斯公式计算轧制力，并求此时轧制力矩多大。
(忽略宽展,变形速率 =
）
+
解：
l = ∙ ∆ℎ =
ℎത
0.85
= =
解：H0=2.5mm，H=1.0mm，h=0.7mm
−
2.5−1.0
0 −ℎ
2.5−0.7
0 = 0 = 2.5 = 60%, 1 =
= 2.5 = 72%
0
0
ҧ = 0.40 + 0.61 = 0.4 × 60% + 0.6 × 72% = 67.2%
= ×(+) = . s-1
= 85 ∙ 0.124 ∙ （10）0.167 ∙ （
=85× 9.350.124
=122.4MPa
∙ 10 × 35.4%
）−2.5410来自00.167∙
1050 −2.54
1000
，计算轧
K = 1.15 = 1.15 × 122.4 = 140.8MPa
3 在φ750/φ1050×1700mm热轧机上，轧制Q235普碳钢，其变形抗力模型采用下
0.124
0.167
∙ （10）
∙（
）−2.54 ，某道次轧制温度
式计算： = 85 ∙
1000
为1050℃，轧件轧制前厚度H=65mm，轧后厚度h=42mm，板宽B=1200mm，轧
制速度v=2m/s。应力状态系数
例题2:在φ850mm轧机上,轧制Q235普碳钢,某道次轧制温度为1100℃,
轧件轧制前厚度H=93mm，轧后厚度h=64.2mm,板宽B=610mm,轧
制速度v=2m/s。试用西姆斯公式计算轧制力，并求此时轧制力矩多大。
(忽略宽展,变形速率 =
）
+
解：
l = ∙ ∆ℎ =
ℎത
0.85
= =
【材料成型原理——锻压】第五章 屈服准则
塑性状态 时 ，12等(效 1应力 2始)2终是(一2 不变3 )的2 定(值 3，即 1 )2 c
用单向拉伸屈服时的应力状态 ( s ,0,0)
到常数C
1
2
( s
0)2
(0 s )2
s c
代入上式即可得
则Mises屈服准则表达式为
s
即
( 1
2)2
( 2
3 )2
( 3
1)2
1
12
2
s
或
2 2
3 2 2
x
y
xy
xy
s
平面变形时， yz zy 0,
( ) / 2 ( ) / 2
z
3
Hale Waihona Puke xy12
，故式（1）（2）简化为
1 2
2 3
s
或
(
x
y)2
4
2
xy
43
2 s
• 屈屈服服准准则则的的数数学学表表达达式式可可以以用用几几何何图图形形形形象象化化的的表表示示出出来来。
• 。在 1 2坐 3标系中，屈服准则都是空间曲面，叫做屈服表
面闭服。曲表在如线面把，。屈叫如服做把准屈屈则服坐服表轨标准示迹系则在。中表各，示种屈在平服各面准种坐则平标都面系是坐中空标，间系则曲中它面，们，则都叫它是做们封屈都 • 两是向封应闭力曲状线态，的叫屈做服屈轨服迹轨迹。
•以希两以斯向屈应3服带力0准入状带则密态入希的密斯屈希屈服斯服轨屈准迹服则准公则式公即式可即得可到得两到向两应向力应状力态状的态密的
密希斯屈服准则
2 1
1 2
2 2
2 s
• 上式在
1
坐标平面上是一个椭圆，它的中心在原点，
用单向拉伸屈服时的应力状态 ( s ,0,0)
到常数C
1
2
( s
0)2
(0 s )2
s c
代入上式即可得
则Mises屈服准则表达式为
s
即
( 1
2)2
( 2
3 )2
( 3
1)2
1
12
2
s
或
2 2
3 2 2
x
y
xy
xy
s
平面变形时， yz zy 0,
( ) / 2 ( ) / 2
z
3
Hale Waihona Puke xy12
，故式（1）（2）简化为
1 2
2 3
s
或
(
x
y)2
4
2
xy
43
2 s
• 屈屈服服准准则则的的数数学学表表达达式式可可以以用用几几何何图图形形形形象象化化的的表表示示出出来来。
• 。在 1 2坐 3标系中，屈服准则都是空间曲面，叫做屈服表
面闭服。曲表在如线面把，。屈叫如服做把准屈屈则服坐服表轨标准示迹系则在。中表各，示种屈在平服各面准种坐则平标都面系是坐中空标，间系则曲中它面，们，则都叫它是做们封屈都 • 两是向封应闭力曲状线态，的叫屈做服屈轨服迹轨迹。
•以希两以斯向屈应3服带力0准入状带则密态入希的密斯屈希屈服斯服轨屈准迹服则准公则式公即式可即得可到得两到向两应向力应状力态状的态密的
密希斯屈服准则
2 1
1 2
2 2
2 s
• 上式在
1
坐标平面上是一个椭圆，它的中心在原点，
《材料成型技术》课件
锻造
通过对金属进行加热和冷却，使其在压力下改变形 状，常用于制造零件和工具。
挤压
将材料穿过模具的缝隙，使其变形成所需形状，常 用于制造管道、线材等。
铸造
将液态材料注入模具中，待冷却后得到所需形状， 广泛应用于汽车、航空等行业。
成型
通过热塑性材料的加热和压力，将其形成所需形状， 常见于塑料制品生产。
常见的材料成型技术
局限性
• 材料限制 • 工艺复杂性 • 有限的成型尺寸
材料成型技术的发展趋势
1
智能化制造
通过引入自动化和智能化技术，提高生产效率和质量。
2
新材料应用
开发和使用新型材料，提高产品性能和使用寿命。
3
环保节能
减少能源消耗和废弃物产生，实现可持续发展。
总结和展望
材料成型技术在各个领域都扮演着重要角色，随着科学技术的进步，我们可以期待在未来看到更多创新和突破。
《材料成型技术》PPT课 件
材料成型技术是一门研究材料加工和加工工艺的学科，涵盖了大量不同类型 的材料和方法，对各个领域的工业和科研都具有重要的意义。
什么是材料成型技术
材料成型技术是通过加热、压力、变形等方式将原材料转变为所需形状和尺寸的工艺。它包括了常见的加工方法， 如锻造、铸造、挤压等。
不同类型的材料成型技术
航空航天领域对高强度和轻质的材料需求较高， 成型技术为其提供了多种解决方案。
3 电子产品
4 建筑领域
成型技术在电子产品制造中的应用包括电路板、 塑料外壳等部件的生产。
通过材料成型技术可以生产建筑中常见的构件， 如钢结构、玻璃幕墙等。
材料成型技术的优势与局限性
优势
• 高效生产 • 多样化的产品形状 • 成本效益
塑料成型工艺第五章 压注成型
树脂应具有较长的适用期，在固化温度下具 有良好的反应性当树脂注射完成后能够快速固化， 以缩短制品的成型周期。
树脂对增强材料有良好的浸润性、匹 配性和黏附性。 树脂应具备低挥发、低收缩率和固化时 放热量少的特点。 2.压注成型用树脂的种类 不饱和聚酯树脂 环氧树脂 双马来酰亚胺树脂 乙烯基酯树脂
二、压注成型用增强材料
1.压注成型对增强材料的要求 2.压注成型增强材料的种类 （1）短切玻璃毡 是通过短切玻璃纤维在传输 带上随机沉积而成，属于非机织增强材料。只 适用于需少量裁剪的简单部件。 （2）连续玻璃纤维毡 由连续玻璃纤维纱不切 断而加入胶粘剂制成的毡状物，平面呈各向同 性。
（3）二维纺织物 由两组或两组以上的纤维纱在 织布机上按一定的经纬纱比例织出的增强材料。 （4）玻璃纤维复合毡 将各层增强片材间用线缝 合形成的复合毡。 三、预成型体的加工 1.工艺要求 （1）浸渍特性 （3) 抗冲刷性 （5）操作性能 （2）纤维的浸透
§5.4 压注成型工艺过程及工艺参数
一、压注成型的工艺过程
预 热 加 加 保 保 卸 热 压 温 压 压 与压缩成型区别是： 压缩：加料—合模 压注：合模—加料
预或 压压 锭塑 料粉
合 模
挤 塑
固 化
开 模
脱 模 清模
制 品
§5.4 压注成型工艺过程及工艺参数
二、压注成型的工艺参数 1.成型压力 经浇注系统压力有消耗，Ｐ压注＝(2～3)Ｐ压缩， 要保证塑料10～30秒内充满型腔。 2.成型温度 为了保证物料具有良好的流动性，料温必须 适当地低于交联温度的10-200C。压注成型时塑料 经过浇注系统能从中获得一部分摩擦热，因而模 具温度一般可比压缩成型时低10-300C。
4、分析充模不满、收缩率大、表面凹陷的原因。
树脂对增强材料有良好的浸润性、匹 配性和黏附性。 树脂应具备低挥发、低收缩率和固化时 放热量少的特点。 2.压注成型用树脂的种类 不饱和聚酯树脂 环氧树脂 双马来酰亚胺树脂 乙烯基酯树脂
二、压注成型用增强材料
1.压注成型对增强材料的要求 2.压注成型增强材料的种类 （1）短切玻璃毡 是通过短切玻璃纤维在传输 带上随机沉积而成，属于非机织增强材料。只 适用于需少量裁剪的简单部件。 （2）连续玻璃纤维毡 由连续玻璃纤维纱不切 断而加入胶粘剂制成的毡状物，平面呈各向同 性。
（3）二维纺织物 由两组或两组以上的纤维纱在 织布机上按一定的经纬纱比例织出的增强材料。 （4）玻璃纤维复合毡 将各层增强片材间用线缝 合形成的复合毡。 三、预成型体的加工 1.工艺要求 （1）浸渍特性 （3) 抗冲刷性 （5）操作性能 （2）纤维的浸透
§5.4 压注成型工艺过程及工艺参数
一、压注成型的工艺过程
预 热 加 加 保 保 卸 热 压 温 压 压 与压缩成型区别是： 压缩：加料—合模 压注：合模—加料
预或 压压 锭塑 料粉
合 模
挤 塑
固 化
开 模
脱 模 清模
制 品
§5.4 压注成型工艺过程及工艺参数
二、压注成型的工艺参数 1.成型压力 经浇注系统压力有消耗，Ｐ压注＝(2～3)Ｐ压缩， 要保证塑料10～30秒内充满型腔。 2.成型温度 为了保证物料具有良好的流动性，料温必须 适当地低于交联温度的10-200C。压注成型时塑料 经过浇注系统能从中获得一部分摩擦热，因而模 具温度一般可比压缩成型时低10-300C。
4、分析充模不满、收缩率大、表面凹陷的原因。
材料成型工程第五讲轧制压力及力矩计算
3 实际应用时需要哪
些考虑？
在实际应用中，轧制压 力和力矩的计算需要考 虑材料的硬度、厚度、 轧辊与材料之间的摩擦 系数等因素。
3 轧制压力有哪些影响因素？
轧制压力会受到材料的硬度、厚度、轧辊与材料之间的摩擦系数等因素的影响。
轧制力矩的概念
什么是轧制力矩？
如何计算力矩？
轧制力矩指施力在力臂上产生 的力矩，它与轧制力直接相关。
力矩计算公式为：M=F x L， 其中F为施力，L为力臂长度。
控制力矩的重要性？
精确计算力矩可提高轧制精度， 并延长轧辊和设备的使用寿命。
轧制压力的计算方法
计算轧制压力方法
可以使用冯卡门压力公式，也可以使用史密斯公式。
史密斯公式
史密斯公式由轧制力学家史密斯提出，适用于计算轧机的高度降低（虚变形）和辊材中心的 弯曲变形。
公式示例
例如，可以使用史密斯公式（P=0.5 x E x b x v / h）来计算轧制压力，其中E为杨氏模量，b 为轧制宽度，v为轧制速度，h为厚度。
石油钻井行业实例
在石油钻井行业中，需要钻机 钻头的高强度和抗磨损能力， 同时也需要考虑钻机的功率和 扭矩。
案例分析
1
案例一
一家工厂生产高品质的轧制板材，他们之前遇到了轧制板材成型不彻底的问题。通过 研究轧制压力和力矩的计算公式，他们成功提高了轧制板材的成型度。
2
案例二
一位工程师希望提高钢材的硬度和厚度，以便将其应用于重载设备中。通过仔细计算 轧制压力和力矩，并加入先进的钢材轧制方法，他取得了成功。
轧制压力及力矩计算
在材料成型工程中，轧制是一种重要的成型方式，正确计算轧制压力及力矩 对于加工优质的轧制板材非常重要。
轧制压力的定义
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材料成型工艺基础 习题讲解
（第五章）
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1
1.铸件的工艺性指的是什么？从简化铸造工艺角度 应对铸件结构有哪些要求？
• （1）结构工艺性是指从制造工艺的便利程度、成 本高低、缺陷概率等角度评价机械设计方案的一 个指标。
• （2）从简化铸造工艺方面看，对铸件结构设计的 要求主要有：
• 从造型的角度看：内外表面的局部凸起要尽量设 置在分型面上，避免曲面分型；外表和内腔以分 型面为基准，逐步减少投影面积，以便于拔模， 规避设置活块。 从铸件避免因热应力而开裂的 角度，壁厚要均匀，避免突变或尖角过渡，对热 节点（转角、交叉点）处要特别注意。 从铸造 缺陷规避的角度，回避需大面积加工的平面。
修改方法：将孔的凸台结构延长至分图
下
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上
11
4.从合金的铸造性能方面考虑，为避免有关 铸造缺陷，对铸件的结构有哪些要求？
• （1）、铸件壁厚的设计
•
①、铸件的壁厚应合适
• ②、铸件的壁厚应均匀
• ③、铸件内壁厚度应略小于外壁厚度
• ④、铸件的壁厚应符合顺序凝固原则
下
造型方法： 手工造型
上
该凸台采用
分模或假箱
造型
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22
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上 下
23
上 下
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24
上
下
凹槽用吊砂 形成
该凹槽用砂 垛形成
造型方法：手 工造型
带轮的齿采 用机加工
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25
该凹槽只能 用砂芯形成， 对于单件小 上 批量生产是 不合理的。 因此，该分 下 型方案不合 理。
•
a、尽量使铸件能自由收缩以减少其铸造应力
•
b、采用对称结构，防止变形
• ②、合理设计加强筋
•
a、增加铸件的刚度和强度，防止铸件变形
•
b、减少铸件壁厚，防止铸件产pp生t课缩件孔、裂纹等
12
• ③、尽量避免过大的水平壁
5.铸件的浇注位置和分型面的选择原则有哪 些？
• 铸件浇注位置的选择 ： • 1.铸件的重要面应朝下或位于侧面 • 2.多个加工面，无法保证一些重要面时，须加大其加工
• 用途：铸造工艺图是操作者在造型操作过程中具体的指导 文件。铸造工艺图上规定了分型画、分模面、浇冒系统位 置及形状大小、工艺余量、砂芯轮廓形状和尺寸、铸肋、 造型方法及其他有关的技术要求。造型操作者可按照工艺 图制造砂型和砂芯，以及装配铸型和合型，同时铸造工艺 图也是检查人员进行检查验收的依据。
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• 铸件分型面的选择： • 1.便于起模，使造型工艺简化 • a.分型面应在铸件最大截面处，以方便
取模
• b.分型面的选择应尽量减小型芯和活块 的数量，以简化制模、造型、合型工序
• c.分型面应尽量平直 • d、尽量减少分型面 • 2.使型腔和主要芯位于下箱，便于下芯、
合型和检查型腔尺寸
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14
6.铸造工艺参数包括哪些内容？芯头的作用 及主要形式是什么？
• 机械加工余量 • 拔模斜度 • 收缩率 • 型芯头尺寸
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15
• 芯头的作用：
保证型芯能稳定地固定在型腔中，并 承受型芯本身所受的重力、液态金属 对型芯的浮力和冲击力等。此外，型 芯还利用芯头向外排气。
• 芯头的主要形式：
余量 • 3.铸钢件、球墨铸铁件，应有利于实现定向凝固 • 4.铸件的大平面应朝下 • 5.为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷，应将面
积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位 置 • 6.采用砂芯的铸件，要考虑便于砂芯的安放、调整和排 气 • 7.对于易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在分型面附 近的上部或侧部 • 8.尽量将铸件重要加工面或大部分加工面、加工基准面 放铸在件同精一度个和砂增箱加中清，理以工避作免量ppt课产件生错箱、披缝和毛刺，降低13
芯头按其在铸型中的位置分为：垂直 芯头
和水平芯头
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16
7.何谓铸造工艺图？包括哪些内容？有什么 用途？
• 铸造工艺图是在零件图上用各种工艺符号及参数表示出铸 造工艺方案的图形。
• 内容包括：浇注位置，铸件分型面，型芯的数量、形状、 尺寸及其固定方法，加工余量，收缩率，浇注系统，起模 斜度，冒口和冷铁的尺寸和布置等。
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26
9.试选择下图所示支座零件大量生产时的造型方法、浇注 位置及分型面，画出铸造工艺图
• （2）、铸件壁的连接
•
①、铸件壁的连接处应有结构圆角，不允许转角处无圆角，避免产生热节
，应力集中
• ②、两壁斜向相交时，应避免锐角接头，以防应力集中，产生裂纹缺陷
• ③、厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡
• ④、壁的连接应避免十字交叉
• （3）、避免变形和裂纹的结构
• ①、铸件结构应尽量减小铸件收缩受阻和有利于减小变形
下
上
下
上
不合理的结构: (1)非加工表面没有结构斜度；
(2)壁的转角处应该有结构圆角
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8
下
上
修改图
不合理的结构：开口处尺寸较小，必须用型 芯才能形成内腔。
单件小批量生产时，尽量少用型芯。因此，
其修改方法：扩大了其开口，可用吊砂形成
内腔，从而省去型芯。
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9
下
上
下
上
修改图
不合理的结构: (1)孔的凸台结构不便于取模， 必须要用活块
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4
Ⅰ Ⅱ
答:应使分型面尽量为平直面。图a需用挖砂，机器造型时模板分型面处加工费事。
方案Ⅰ：分型面为曲面，不利于分型。 方案Ⅱ：分型面在最大截面处，且为平面，方案可行。.
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5
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6
上 下
答：两箱造型
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7
3. 试确定下图铸件的分型面，修改不合理的 结构，并说明修改理由。
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2
2.下题中的铸件在单件小批生产时应采用什 么造型方法？
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3
Ⅱ
Ⅰ Ⅲ
A
A
Ⅳ
答：方案Ⅰ:φ 125两圆台凸起妨碍拔模，轴头孔型芯头复杂，安放有困难； 方案Ⅱ:底部A处妨碍拔模，有错箱可能； 方案Ⅲ:两箱造型，仅有错箱可能，方案可行； 方案Ⅳ:分型面处有圆弧，需要挖砂，顶部圆台妨碍拔模。
17
8.试选择下图所示零件单件小批生产时的 浇注位置、分型面和造型方法。画出铸造 工艺图。
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18
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上 下
单件生产
19
上
下 小批生产
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20
Ⅰ
Ⅱ
方案Ⅱ型芯稳定，但φ 18凸台必须采用四个活块方可制出,方案Ⅰ采用分开模造型 ， 用克方服案了Ⅰ方。案Ⅱ的缺点，且铸件全部位于pp下t课箱件 ，铸件质量好，在大批量生产中应采21
（第五章）
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1.铸件的工艺性指的是什么？从简化铸造工艺角度 应对铸件结构有哪些要求？
• （1）结构工艺性是指从制造工艺的便利程度、成 本高低、缺陷概率等角度评价机械设计方案的一 个指标。
• （2）从简化铸造工艺方面看，对铸件结构设计的 要求主要有：
• 从造型的角度看：内外表面的局部凸起要尽量设 置在分型面上，避免曲面分型；外表和内腔以分 型面为基准，逐步减少投影面积，以便于拔模， 规避设置活块。 从铸件避免因热应力而开裂的 角度，壁厚要均匀，避免突变或尖角过渡，对热 节点（转角、交叉点）处要特别注意。 从铸造 缺陷规避的角度，回避需大面积加工的平面。
修改方法：将孔的凸台结构延长至分图
下
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4.从合金的铸造性能方面考虑，为避免有关 铸造缺陷，对铸件的结构有哪些要求？
• （1）、铸件壁厚的设计
•
①、铸件的壁厚应合适
• ②、铸件的壁厚应均匀
• ③、铸件内壁厚度应略小于外壁厚度
• ④、铸件的壁厚应符合顺序凝固原则
下
造型方法： 手工造型
上
该凸台采用
分模或假箱
造型
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上 下
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上
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凹槽用吊砂 形成
该凹槽用砂 垛形成
造型方法：手 工造型
带轮的齿采 用机加工
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该凹槽只能 用砂芯形成， 对于单件小 上 批量生产是 不合理的。 因此，该分 下 型方案不合 理。
•
a、尽量使铸件能自由收缩以减少其铸造应力
•
b、采用对称结构，防止变形
• ②、合理设计加强筋
•
a、增加铸件的刚度和强度，防止铸件变形
•
b、减少铸件壁厚，防止铸件产pp生t课缩件孔、裂纹等
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• ③、尽量避免过大的水平壁
5.铸件的浇注位置和分型面的选择原则有哪 些？
• 铸件浇注位置的选择 ： • 1.铸件的重要面应朝下或位于侧面 • 2.多个加工面，无法保证一些重要面时，须加大其加工
• 用途：铸造工艺图是操作者在造型操作过程中具体的指导 文件。铸造工艺图上规定了分型画、分模面、浇冒系统位 置及形状大小、工艺余量、砂芯轮廓形状和尺寸、铸肋、 造型方法及其他有关的技术要求。造型操作者可按照工艺 图制造砂型和砂芯，以及装配铸型和合型，同时铸造工艺 图也是检查人员进行检查验收的依据。
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• 铸件分型面的选择： • 1.便于起模，使造型工艺简化 • a.分型面应在铸件最大截面处，以方便
取模
• b.分型面的选择应尽量减小型芯和活块 的数量，以简化制模、造型、合型工序
• c.分型面应尽量平直 • d、尽量减少分型面 • 2.使型腔和主要芯位于下箱，便于下芯、
合型和检查型腔尺寸
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6.铸造工艺参数包括哪些内容？芯头的作用 及主要形式是什么？
• 机械加工余量 • 拔模斜度 • 收缩率 • 型芯头尺寸
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• 芯头的作用：
保证型芯能稳定地固定在型腔中，并 承受型芯本身所受的重力、液态金属 对型芯的浮力和冲击力等。此外，型 芯还利用芯头向外排气。
• 芯头的主要形式：
余量 • 3.铸钢件、球墨铸铁件，应有利于实现定向凝固 • 4.铸件的大平面应朝下 • 5.为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷，应将面
积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位 置 • 6.采用砂芯的铸件，要考虑便于砂芯的安放、调整和排 气 • 7.对于易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在分型面附 近的上部或侧部 • 8.尽量将铸件重要加工面或大部分加工面、加工基准面 放铸在件同精一度个和砂增箱加中清，理以工避作免量ppt课产件生错箱、披缝和毛刺，降低13
芯头按其在铸型中的位置分为：垂直 芯头
和水平芯头
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7.何谓铸造工艺图？包括哪些内容？有什么 用途？
• 铸造工艺图是在零件图上用各种工艺符号及参数表示出铸 造工艺方案的图形。
• 内容包括：浇注位置，铸件分型面，型芯的数量、形状、 尺寸及其固定方法，加工余量，收缩率，浇注系统，起模 斜度，冒口和冷铁的尺寸和布置等。
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9.试选择下图所示支座零件大量生产时的造型方法、浇注 位置及分型面，画出铸造工艺图
• （2）、铸件壁的连接
•
①、铸件壁的连接处应有结构圆角，不允许转角处无圆角，避免产生热节
，应力集中
• ②、两壁斜向相交时，应避免锐角接头，以防应力集中，产生裂纹缺陷
• ③、厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡
• ④、壁的连接应避免十字交叉
• （3）、避免变形和裂纹的结构
• ①、铸件结构应尽量减小铸件收缩受阻和有利于减小变形
下
上
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不合理的结构: (1)非加工表面没有结构斜度；
(2)壁的转角处应该有结构圆角
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上
修改图
不合理的结构：开口处尺寸较小，必须用型 芯才能形成内腔。
单件小批量生产时，尽量少用型芯。因此，
其修改方法：扩大了其开口，可用吊砂形成
内腔，从而省去型芯。
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上
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修改图
不合理的结构: (1)孔的凸台结构不便于取模， 必须要用活块
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Ⅰ Ⅱ
答:应使分型面尽量为平直面。图a需用挖砂，机器造型时模板分型面处加工费事。
方案Ⅰ：分型面为曲面，不利于分型。 方案Ⅱ：分型面在最大截面处，且为平面，方案可行。.
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答：两箱造型
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3. 试确定下图铸件的分型面，修改不合理的 结构，并说明修改理由。
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2.下题中的铸件在单件小批生产时应采用什 么造型方法？
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Ⅰ Ⅲ
A
A
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答：方案Ⅰ:φ 125两圆台凸起妨碍拔模，轴头孔型芯头复杂，安放有困难； 方案Ⅱ:底部A处妨碍拔模，有错箱可能； 方案Ⅲ:两箱造型，仅有错箱可能，方案可行； 方案Ⅳ:分型面处有圆弧，需要挖砂，顶部圆台妨碍拔模。
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8.试选择下图所示零件单件小批生产时的 浇注位置、分型面和造型方法。画出铸造 工艺图。
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单件生产
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下 小批生产
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方案Ⅱ型芯稳定，但φ 18凸台必须采用四个活块方可制出,方案Ⅰ采用分开模造型 ， 用克方服案了Ⅰ方。案Ⅱ的缺点，且铸件全部位于pp下t课箱件 ，铸件质量好，在大批量生产中应采21