产品造型材料与工艺金属概述1课件.ppt

1、金属材料纯铁钢轻金属材料重金属材料铸铁C0.02%C2.11%4.5g/cm34.5g/cm3一、常用金属材料的分类铁铁有有哪哪些些种种类？类？v生铁是炼钢原料，碳含量大于2，含硅量不大于1.7%。故硬而脆，断口呈白色。v铸造生铁是铸造材料，碳含量大于2.11，硅含量为1.25-3.6%.碳多以石墨状态存在。断口呈灰色。v熟铁降碳至小于0.4就成了纯铁，也叫熟铁。熟铁很软。v工业纯铁 C0.02 主要用作磁铁芯炼炼 铁铁 过过 程程v铁水先在高炉中从矿石中炼出来，这时候的铁水含碳量和杂质都较高，常用来铸成生铁块或直接送到转炉去炼钢，这种铁水也可以进一步冶炼去掉些杂质（包括近一步脱碳）和使铁三碳

2、分解,，石磨状态析出，用作浇铸铸件（铸铁）。如如 何何 炼炼 钢钢？铁铁水水进进一一步步冶冶炼炼降降碳碳，含含碳碳量量进进一一步步降降低低就就成成了了钢。钢。钢钢中中也也常常加加入入其其他他合合金金元元素，素，通通过过冶冶炼炼调调节节钢钢中中的的合合金金元元素素（包包括括碳）碳）的的比比例例关关系，系，就就炼炼成成了了各各种种型型号号的的钢，钢，这这种种过过程程就就是是炼炼钢。钢。二、二、铸铸 铁铁v铸铁是碳含量大于2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。v铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，并具有许多优良的使用性能和工艺性能，所以应用非常广泛，是工程上最常用的金属材料之一。

3、v铸铁主要用于生产各种铸件。如机床的床身、发动机的汽缸体、缸套、曲轴、凸轮轴；轧机的轧辊及机器的底座等。1、铸铁的分类（按石墨化程度分类）v（1）灰口铸铁：碳主要以石墨形式存在，应用广泛。v（2）白口铸铁：碳主要以Fe3C形式存在。（很少应用）2、灰口铸铁的分类：（以石墨形态分类）（1）灰铸铁：（石墨为片状）v成分：C：2.54.0%，Si：1.02.5%，少量Mn,S,P 等。v性能：抗压不抗拉；耐磨、消振性好；v牌号：HT+数字 表示最低抗拉强度。如：HT150、HT250v应用：机床床座，床身、工作台；汽车拖拉机的汽缸、汽缸套等。v（2）球墨铸铁 （石墨为球状）v成分：C：3.84.0%

4、，Si：2.02.8%，Re:0.030.05%v性能：良好的抗拉强度，弯曲疲劳强度，塑性、韧性；优异的铸造性。（可热处理或合金化）；v应用：汽车拖拉机底盘零件；阀体、阀盖；机油泵齿轮；代替中碳钢制造柴油机、汽油机曲轴、连杆、车床主轴。牌号：QT +数字-数字 球铁球铁抗拉强度抗拉强度延伸率延伸率 如：QT400-15、QT600-3、QT800-2。（3）可锻铸铁：成分：C：2.42.8%；Si：1.22.0%；少量 Mn,S,P等元素。应用：形状复杂、承受冲击载荷的薄壁零件。（汽车的前后轮壳，减速 器的外壳等）牌号：KT(Z)+数字-数字 KT铁素体型可锻铸铁，KTZ珠光体型抗拉强度延伸率

5、 如 KT350-10、KTZ600-3性能：介于灰铸铁和球墨铸铁之间。三、三、钢钢材材料料分分类类钢碳钢合金钢按含碳量分类：低碳钢、中碳钢、高碳钢按钢的品质分类：普通碳素钢、优质碳素钢按用途分类：碳素结构钢、碳素工具钢按用途分类：碳素结构钢、碳素工具钢台金结构钢：低合金高强度钢、合金渗碳钢、合金台金结构钢：低合金高强度钢、合金渗碳钢、合金 调质钢、合金轴承钢调质钢、合金轴承钢合金工具钢：刃具钢、量具钢、模具钢特殊用途钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢等1 1、碳碳 钢钢碳碳钢：钢：以以铁、铁、碳碳为为主主要要成成分分的的合合金。金。碳碳钢钢的的分分类类和和牌牌号号按含碳量分类低碳钢 （C0.25%)

6、中碳钢 (0.3%C0.6)按质量分类普通碳素钢 S0.035 P0.035%优质碳素钢 S0.030%P0.030%高级优质碳素钢 S0.02%P0.03%按硫磷杂质含量而定硫磷杂质含量越少，钢的质量越高！按用途分类l碳素结构钢：用于制造工程构件和机器零件的钢，如桥梁、船舶以及建筑用钢，齿轮、轴、连杆等，通常是低碳钢、中碳钢。l碳素工具钢：用于制造各种刃具、量具、模具等，如手工锯锯条、游标卡尺、冷作模具等，一般为高碳钢。v2、合金钢v许多工业产品对材料提出了更高的要求，如更高的强度，抗高温、高压、低温，耐腐蚀、磨损以及其它特殊物理、化学性能的要求。碳钢已不能完全满足要求。v为了提高钢的性能，

7、在铁碳合金中特意加入合金元素。所获得的钢种称为合金钢。合合金金钢钢的的分分类类合金钢的分类合金结构钢合金工具钢特殊性能钢v（1）合金结构钢合金结构钢的分类：v低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、轴承钢等。v（2）合金工具钢v工具钢的服役条件及性能要求（以车刀为例）v服役条件 vA：刀刃与工件之间发生剧烈的摩擦，造成严重的磨损vB:刀刃部分温度高（高速切削时，温度达600度）vC:冲击与振动（进刀）v失效形式：磨损，刀刃崩缺，刀具折断v性能要求：高硬度；v 红硬性；v 一定强度、塑性、韧性冷作模具钢:实际温度不超过200-3000Cv工作条件及要求：负荷重、模具形状复杂，要求模具材

8、料变形小、耐磨性高、有一定的韧性。材料中含Cr较高，v常用的有：Cr12MoV（传统）、7Cr7Mo3VSi(新钢种）。热作模具：型腔表面温度可达6000C。v常用的材料是5CrNiMo（传统）、35Cr3Mo3W2V(新钢种）等。（3）特殊性能钢v不锈钢、耐热钢、耐磨钢常用不锈钢v 不锈钢按正火状态的组织可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢。马氏体型不锈钢v成分：Wc：0.11.0%，WCr:1218%v牌号：1Cr13,2Cr13，3Cr13,4Cr13,v性能和应用：1Cr13,2Cr13：钢耐蚀性较好，且有较好的机械性能，用于汽轮机叶片（1Cr13,2Cr13称为叶片钢），结

9、构架、螺栓、螺帽等。3Cr13,4Cr13：强度和耐磨性提高，但耐蚀性降低。用于医疗工具、量具、刃具、滚珠轴承。不锈钢船用螺旋桨不锈钢船用螺旋桨 不锈钢剪刀不锈钢剪刀 铁素体型不锈钢v成分：Wc0.15%，这类钢的铬质量分数为17%30%，v牌号：1Cr17、1Cr17Ti等v性能：耐蚀性比Cr13型钢更好，强度较低、塑性很好，可用形变强化提高强度。v应用：用作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，如化工设备、容器和管道等。奥氏体型不锈钢（用量最多，占6570%；）v典型成分：Wc:0.12%；WCr；18%；WNi；8%；(称为18-8不锈钢）v牌号：1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Tiv性

10、能：耐蚀性很好，强度、硬度低，无磁性,塑性、韧性和耐蚀性比Cr13型更好。高塑性、高的低温韧性、高的加工硬化能力、焊接性能好、无磁性及高的耐腐蚀性。v应用：化工行业居多，抗磁仪表、医疗器械等。1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti不锈钢表带不锈钢表带不锈钢容器不锈钢容器 3、钢 材v由塑性加工和用冷弯焊接生产的原材料，主要有钢板、钢管、型钢和钢丝。四、四、有有色色金金属属及及其其合合金金1、有色金属（1）定义:除黑色金属(钢、铁)以外的所有金属。（2）分类：v重金属(密度3.5);Cu、Ni 等。v轻金属(密度3.5);Al、Mg 等。v贵重金属;Au金、Ag银、Pt铂 等。v稀有金属;W钨

11、、Ti钛、Ra镭、Nb铌 等。v半金属;Si、Te碲、B硼 等。2、铝及铝合金v 铝及铝合金是工业用量最大有色金属，由于其优良特性，铝及铝合金在电气工程、航空及宇航工业、一般机械和轻工业中都有广泛的应用。铝铝及及铝铝合合金金有有以以下下特特点：点：密度小、比强度高v 纯铝的密度为 2.7g/cm3,仅为铁的1/3。铝合金的密度与纯铝相近。铝合金（强化后）的强度与低合金高强钢的强度相近，铝合金比强度比一般高强钢高得多。v有优良的物理、化学性能v 铝的导电性好，仅次于银、铜和金，在室温时的导电率约为铜的64%。铝及铝合金有相当好的抗大气腐蚀能力，铝及铝合金磁化率极低，接近于 非铁磁性材料。v加工性

12、能良好 v 铝及铝合金(退火)的塑性很好，可以冷成形。切削性能也很好。超高强铝合金成形后可通过热处理获得很高的强度。铸铝合金的铸造性能极好。铝铝合合金金的的分分类类铝合金变形铝合金铸造铝合金不能热处理强化铝合金（防锈铝合金）能热处理强化铝合金铝纯 铝硬铝合金锻铝合金超硬铝合金飞机用座椅轨道及航空零件飞机用座椅轨道及航空零件 铝合金型材料铝合金型材料铝合金散热器铝合金散热器 铜及铜合金具有下列性能：铜及铜合金具有下列性能：3、铜合金优异的物理、化学性能 纯铜导电性、导热性极佳，铜合金的导电、导热性也很好。铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力很高。铜是抗磁性物质。良好的加工性能。塑性很好，容易冷、热成形

13、；铸造铜合金有很好的铸造性能。具有某些特殊机械性能 例如优良的减摩性和耐磨性(如青铜及部分黄铜)，高的弹性极 限和疲劳极限(如铍青铜等)。色泽美观 铜铜及及铜铜合合金金的的分分类类铜合金轴承合金黄铜锡青铜铜纯 铜(紫铜)铝青铜白铜铍青铜普通黄铜特殊黄铜青铜特殊青铜纯纯 铜铜 纯铜呈紫红色，常称紫铜，铜的含量在纯铜呈紫红色，常称紫铜，铜的含量在99.9%99.9%以上。工以上。工业纯铜分为四种：业纯铜分为四种：T1T1、T2T2、T3T3、T4T4。编号越大，纯度越低。编号越大，纯度越低。纯铜用于制作电导体及配制合金。纯铜的强度低纯铜用于制作电导体及配制合金。纯铜的强度低,不宜作不宜作结构材料。

14、结构材料。黄黄 铜铜（铜铜锌锌合合金金）以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。按照化学成分，黄铜分普通黄铜和特殊黄铜两种。普通黄铜：普通黄铜：铜和锌二元合金。用字母铜和锌二元合金。用字母H H表示，如表示，如H62,H62,表示含铜量约表示含铜量约为为62%62%，含锌量约为，含锌量约为38%38%。型号有：型号有：H96 H90 H85 H70 H68 H65 H63 H62 H59 H96 H90 H85 H70 H68 H65 H63 H62 H59 特殊黄铜：特殊黄铜：在铜锌合金中加入其他元素（如锡、镍、锰、铅、硅、在铜锌合金中加入其他元素（如锡、镍、锰、铅、硅、铝、铁等）的合金，表示方

15、法是在铝、铁等）的合金，表示方法是在H H后面加除锌外的主要加入元素的符后面加除锌外的主要加入元素的符号及含量。如：号及含量。如：HNi65-5HNi65-5表示铜含量约为：表示铜含量约为：65%65%，镍含量约为，镍含量约为5%5%，其余，其余量为锌含量。量为锌含量。白白 铜铜（铜铜镍镍合合金金）以镍为主要合金元素的铜合金称为白铜（在固态下，铜与以镍为主要合金元素的铜合金称为白铜（在固态下，铜与镍无限固溶）。也分为普通白铜和特殊白铜。镍无限固溶）。也分为普通白铜和特殊白铜。普通白铜：普通白铜：铜和镍的二元合金（即二元白铜）表示方法是用字铜和镍的二元合金（即二元白铜）表示方法是用字母母B B加

16、镍的含量表示，如：加镍的含量表示，如：B5B5表示镍含量为约表示镍含量为约5%5%，其余约为铜，其余约为铜含量。型号有：含量。型号有：B0.6 B19 B25 B30 B0.6 B19 B25 B30 特殊白铜：特殊白铜：即三元上的白铜加入的元素主要有铁、锰锌铝。表即三元上的白铜加入的元素主要有铁、锰锌铝。表示方法是加第二个主要元素符号及铜含量以外的成分数字组表示方法是加第二个主要元素符号及铜含量以外的成分数字组表示。如示。如BMn3-12BMn3-12表示镍含量约为表示镍含量约为3%3%，锰含量约为，锰含量约为12%12%。性能：有较好的强度和优良的塑性，能进行冷、热变形。冷变形 能提高强度

17、和硬度；抗蚀性很好；电阻率较高。用途：制造船舶仪器零件、化工机械零件及医疗器械、乐器、饰品 等。青青 铜铜（铜铜锡锡合合金金）青铜原指铜锡合金，常用的锡青铜中含锡在10以下铸造和机械性能好，曾用作制造大炮，故称炮铜。压力加工锡青铜，其牌号“Q”加锡元素和数字表示。铸造锡青铜是以铸锭供应，同样在牌号前加“Z”字。如锡青铜，QSn1.5-0.2（0.2其它合金元素含量为0.2%）由于锡的价格较高，现在已经出现了多种无锡青铜，如硅青铜、铝青铜等，可作为锡青铜的代替品。现在的青铜定义是除以锌（黄铜）和镍（白铜）铜合金以外的 其他铜基合金。这些主要合金有铝、硅、铅、铍、锰等。青铜品种多，应用广。青铜品种

18、多，应用广。铜铜在在工工业业设设计计中中的的应应用用 电子、电工器材 雕塑与工艺品 日用品 水管 乐器 电镀材料与装饰材料 器皿、容器4、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。镁合金外壳笔记本电脑 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。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.而且，银白色的镁铝合

19、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。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。高高熔熔点点金金属属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。Zippo 纤巧经典铬5、铬高高熔熔点点金金属属镀铬手机铬质Roller 台灯高高熔熔点点金金属属6、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。IBM ThinkPa

20、d Z60tIBM ThinkPad Z60t笔记本笔记本 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。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。五、五、金金 属属 成成 形

21、形金属成型分类液态状体成型 液体状态成型又称铸造，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。塑性状体成型 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。1 1、液态金属成形（铸造）、液态金属成形（铸造）适应性广适应性广。适应铸铁，碳钢，有色金属等材料；铸件。适应铸铁，碳钢，有色金属等材料；铸件大小，

22、形状和重量几乎不受限制；壁厚大小，形状和重量几乎不受限制；壁厚1mm1mm到到1m 1m。可复杂成形可复杂成形。适合形状复杂，尤其是有复杂内腔的毛。适合形状复杂，尤其是有复杂内腔的毛坯或零件。坯或零件。成本较低成本较低。与其它工艺方法相比，铸造成型生产成本。与其它工艺方法相比，铸造成型生产成本低，低，不足点不足点：容易产生组织缺陷，力学性能偏低，质量不：容易产生组织缺陷，力学性能偏低，质量不稳定。因此，铸件多数做为毛坯用。稳定。因此，铸件多数做为毛坯用。（1 1）铸铸造造工工艺艺特特点点三三个个相相关关的的概概念念铸 型 模 型 型 腔 带有型芯的砂型示意图型腔示意图铸造工艺的应用铸造工艺的应

23、用（2 2）铸铸造造设设计计原原则则 v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。v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。v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。铸铸造造分分类：类：一次铸型一次铸型消失模铸造消失模铸造永久铸型永久铸型一一次次铸铸型型（损损耗耗型型铸铸模）模）砂砂型型铸铸造造潮潮砂砂型型 是是把把潮潮湿湿的的砂砂子子压压实实在在有有木木模模样样或或金金属属

24、两两半半模模的的砂砂箱箱中。中。所所装装配配的的铸铸型型可可以以带带型型芯芯或或无无型型芯，芯，熔熔化化金金属属浇浇铸铸到到最最终终形形成成的的型型腔腔中，中，取取出出零零件件时时铸铸型型即即被被破破坏。坏。干干砂砂型型 主主要要用用于于大大型、型、重重型型铸铸件件中，中，它它比比湿湿砂砂型型更更坚坚固。固。一一次次铸铸型型（损损耗耗型型铸铸模）模）v砂型铸造一次铸型一次铸型 （损耗型铸模）（损耗型铸模）砂砂型型铸铸造造自动化的铸型制造砂型铸造的钢铸件消消失失模模铸铸造造熔 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。熔模制造的铝铸

25、件工工 艺艺 步步 骤骤A.A.用蜡制作所要铸造零件的模型；用蜡制作所要铸造零件的模型；B.B.附加横浇道和浇口并把蜡模焊在附加横浇道和浇口并把蜡模焊在 浇注系统上制成蜡模组；浇注系统上制成蜡模组；C.C.在熔模组表面浸涂上涂层料在熔模组表面浸涂上涂层料,模模 组留有直浇道和浇口杯；组留有直浇道和浇口杯；D.D.当上涂层料固定后，熔模组被翻当上涂层料固定后，熔模组被翻 转、培烧，熔化的蜡从铸型中排转、培烧，熔化的蜡从铸型中排 出，留下一个空腔。出，留下一个空腔。熔模制造工艺示意图机壳机壳船舶配件船舶配件熔熔模模铸铸造造工工艺艺的的特特点：点：1、可不考虑脱模问题，无分型面。2、铸件形状精度高，

26、表面光洁，不必加工或少加工。3、能够铸造各种合金铸件。4、适用于中小型、薄壁、复杂的铸件，铸件重量 一般不超过25kg。5、熔模铸造工序多，生产周期长。陶瓷壳型铸造陶瓷壳型铸造陶瓷型的制造方法可分为两大类：一类是全部采用陶瓷浆料制造铸型法；另一类就是采用底套（相当于砂型的背砂层）表面再灌陶瓷浆料以制陶瓷型的方法。陶瓷壳型铸造示意图陶瓷壳型铸造得到的零件永永 久久 铸铸 型型 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。用石墨型铸造的零件永永 久久 铸铸 型型 金属型铸造中铝的重力填充金属型铸造

27、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。金属型铸造工艺的特点：金属型铸造工艺的特点：1.1.铸件的铸件的表面光洁度和尺寸精度表面光洁度和尺寸精度均优于砂型铸件，且铸均优于砂型铸件，且铸件的组织结构致密，力学性能较高。件的组织结构致密，力学性能较高。2.2.适用于中小型有色金属（如铝、铜、镁及其合金）铸适用于中小型有色金属（如铝、铜、镁及其合金）铸件和铸铁铸件的生产。件和铸铁铸件的生产。永永 久久 铸铸 型型低压铸造在低压铸造中，金属液27kg的空气压力下，从加热坩埚

28、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。叶轮 低压金属型铸造低压铸造 工艺示意图低压铸造特点低压铸造特点 浇注压力和速度可调，适应各种铸型、合金和铸件大小。底注式平稳充型，无飞溅、气体卷入和型壁冲刷等弊病，铸件合格率提高。压力下结晶，组织致密，轮廓清晰，表面光洁，少切削或零切削，机械性能高，对薄壁件铸造尤其有利。金属利用率高达90-98%。永永 久久 铸铸 型型 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。采用压力铸造工

29、艺制造的铝镁合金轮架低低压压铸铸造造与与压压力力铸铸造造v低压铸造组织致密，力学性能较好，但生产率较低。v压力铸造生产率高，适宜于薄壁铸件，但铸件中缩松，不致密，不使用于气密性要求高的铸件。v在选择气密性要求高的铸件时用低压铸造，生产批量大，无致密性要求的中小件有色金属铸件用压力铸造。永永 久久 铸铸 型型 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。真空压力铸造工艺采用真空成型铸造的高尔夫击球头2 2、塑塑 性性 成成 形形 金属塑性加工又称金属压力加工，是指在外力作用下使金属坯料发生塑性变形，从而

30、获得具有一定形状、尺寸和机械力学性能的坯件或零件的加工方法，金属材料塑性加工按加工方法有：锻造、轧制、冲压、冲挤和拔制加工。塑性成型（1 1）轧轧制制 如图示，利用两个旋转轧辊的压力使金属坯料通过一个特定空间产生塑性变形，以获得所要求的截面形状并同时改变其组织性能。通过轧制可将钢坯加工成不同截面形状的原材料，如圆钢、方钢、角钢、T字钢、工字钢、槽钢、钢轨等。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）。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

31、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）。（2 2）锻锻造造 自由锻 不使用模具的锻造称为自由锻。是利用手锤、锻锤或压力设备上的模具对加热的金属坯料施力，是金属材料在不分离条件下产生塑性变形，以获得形状、尺寸和性能符合要求的零件。在现代金属装饰工艺中，仍常用手工锻造。即是以在现代金属装饰工艺中，仍常用手工锻造。即是以手工锻打的方式，在金属板上锻锤出各种高低凹凸不平手工锻打的方式，在金属板上锻锤出各种高低凹凸不平的浮雕效果。如图片所示的锻铜浮雕。的浮雕效果。如图片所示的锻铜浮雕。模模 锻锻 使用模具的锻造称为模锻。模锻成型是将金

32、属坯料放在具有一定形状的锻模模膛内，施以冲击压力或静压力，而使金属产生变形的加工方法，如图示。空 气 锤 挤挤 压压 将金属放入挤压筒内，用强大的压力使坯料从模孔中挤出，从而获得符合模孔截面形状的坯料或零件的加工方法，如图示。适合于挤压的金属材料主要有低碳钢、有色金属及其合金。挤压加工的特点：要得到多种截面形状的型材。零件通过从挤压件上切下得到挤压产品挤压产品 拉拉 拔拔 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。冲冲 挤挤在冲挤中

33、，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。冲挤工艺示意图冲挤的铝件3 3、固固 态态 成成 形形 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。板料成型又称为钣金。板板料料冲冲压压 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，故又称为冲压通常在常温下进行，故又称为冷冲压冷冲压。n 冲压加工生产的特点：主要是对金属板材进行加工，制件一般不需进行再处理；冲压生产率高，材料利用率高；制件精度高、产品

34、一致性高，可在平面方向制成复杂产品；模具和设备要求高、适合大批量生产。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。普通冷轧板、镀锌钢板、热浸镀锌钢板、不锈钢。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。冲压工艺的分类：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分离工序和和成形工序成形工序两

35、类。两类。分离工艺分离工艺是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到强度极限达到强度极限b b以后，使坯料发生断裂而产生分离。分离工序以后，使坯料发生断裂而产生分离。分离工序主要有主要有剪裁、冲孔、落料剪裁、冲孔、落料等。等。成形工艺成形工艺是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到屈服极限达到屈服极限s s，但未达到强度极限，但未达到强度极限b b，使坯料产生塑性变，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。成形工序主要有序主要有弯曲、拉深、

36、翻边、旋压弯曲、拉深、翻边、旋压等。等。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弯曲弯曲成成形形工工序序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冲孔冲孔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落料落料分分离离工工序序板板料料成成形形特点及应用范围特点及应用范围简简 图图成形成形方法方法分类分类基本塑性形成方法分类基本塑性形成方法分类 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翻边翻边 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

37、凸包、凸筋或鼓凸空心零件胀形胀形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拉深拉深成成形形工工序序高速送料冲压高速送料冲压板材冲孔动画板材冲孔动画拉深中，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。冲 床冲压制品示例弯弯曲曲（折折弯弯）工工艺艺 折折弯弯工工艺艺是是将将管管材材或或板板料料按按设设计计要要求求弯弯成成一一定定的的角角度度和和一一定定的的曲曲率率，形形成成所所需需形形状状零零件件的的冲冲压压工工序序。多多用用于于工工业业产产品品的的箱箱、柜柜、盒盒

38、和和一一些些结结构构产产品品，同同工工业业设设计计产产品品关关系系密密切切。弯弯曲曲件件的的形形状状 一一般般要要求求弯弯曲曲件件形形状状对对称称，弯弯曲曲半半径径左左右右一一致致，则则弯弯曲曲时时坯坯料料受受力力平平衡衡而而无无滑滑动动。典典型型弯弯曲曲件件的的工工序序安安排排一次弯曲二次弯曲第一次弯曲第二次弯曲三次弯曲第一次弯曲第二次弯曲第三次弯曲四次弯曲第一次弯曲第二次弯曲第三次弯曲第四次弯曲弯弯曲曲工工艺艺应应用用管管 材材 弯弯 曲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管管 材材 弯弯 曲曲管管 材材 弯弯 曲曲利用弯曲工艺制造的椅子固固态

39、态成成型型设设计计指指南南v1、冲裁v（1）避免钣金外部、内部尖角v（2）避免过长的悬臂和狭槽v（3）钣金冲孔优先选用圆孔v（4）避免孔与钣金折弯边距离太近E1.5t+Rv2、折弯v（1）折弯高度H2t+Rv(2)大于最小折弯半径有效克服反弹v（3）折弯方向v（4）保证折弯间隙，避免折弯干涉v（5）保证折弯强度v（6）减少折弯工序v（7）避免复杂折弯v3、降低成本的考虑v（1）钣金件的形状v（2）减小钣金外形尺寸v（3）外形尽量简单v（4）合理利用钣金结构，减少零件数量六、金属表面处理技术六、金属表面处理技术 金属表面处理有双重功效，即防护功效和装饰功效。金属及其它材料或制品的表面要受到外界腐

40、蚀性介质侵蚀作用，会引起制品表面失光、变色、锈斑等。故对制品材料表面需进行保护处理并同时考虑其装饰性。（1 1）铝及铝合金的氧化与着色处理）铝及铝合金的氧化与着色处理A A、铝及铝合金的氧化处理、铝及铝合金的氧化处理 使铝及铝合金表面通过使铝及铝合金表面通过电化学电化学或或化学反应化学反应，在其表面可，在其表面可形成具有一定厚度、硬度、耐腐蚀性和耐磨性的形成具有一定厚度、硬度、耐腐蚀性和耐磨性的AIAI2 2O O3 3覆盖膜覆盖膜保护层。且该保护层附着力强，不会从基体上剥落，又易着保护层。且该保护层附着力强，不会从基体上剥落，又易着色。再者，该氧化物覆盖膜具有色。再者，该氧化物覆盖膜具有多孔

41、性，吸附力强多孔性，吸附力强，是作为，是作为电镀和涂装工艺的良好底层。电镀和涂装工艺的良好底层。铝及铝合金表面形成金属氧化物保护膜的方法有：铝及铝合金表面形成金属氧化物保护膜的方法有：1、金属材料的表面处理电化学氧化法阳极氧化法 把铝及铝合金放入电解液池中作为阳极，通以直流电。阳极的铝制品表面发生氧化反应：铝及铝制品的化学氧化铝及铝制品的化学氧化 将铝制品置入碱溶液中，铝与碱溶液发生将铝制品置入碱溶液中，铝与碱溶液发生 化学反应，很快在制品表面形成化学反应，很快在制品表面形成 AIAI2 2O O3 3或或AI(OH)AI(OH)3 3薄膜。其厚度薄膜。其厚度0.50.4um0.50.4um。

42、化学氧化工艺与电化学氧化工艺的比较：化学氧化工艺与电化学氧化工艺的比较：硬度、耐磨性、抗蚀性要差一些，即膜要软些。硬度、耐磨性、抗蚀性要差一些，即膜要软些。吸附力强吸附力强 生产率高、成本低，不耗电，不需专门设备，适生产率高、成本低，不耗电，不需专门设备，适 用于大批量生产。用于大批量生产。刚得到的新鲜氧化膜层，它具有多孔性，吸附力强，刚得到的新鲜氧化膜层，它具有多孔性，吸附力强，容易染上各种颜色，具有很好的装饰效果。着色方法有：容易染上各种颜色，具有很好的装饰效果。着色方法有：v化学染色、电解着色及电解整体着色。v化学染色是利用氧化膜层的多孔性与化学活性吸附各种色素而使氧化膜着色。v电解着色

43、是将阳极氧化后的铝及其合金在含有金属盐的水溶液中进行交流电解,在氧化膜多孔层的底部沉积金属、金属氧化物或金属化合物,而呈现各种色彩。v电解整体着色指铝及其合金在阳极氧化的同时被着色,其特点是氧化与着色一步完成,着色膜具有良好的耐光性、耐热性、耐蚀性及耐磨性。图片所示为经阳极氧化处图片所示为经阳极氧化处理后再着色的铝壶制品：理后再着色的铝壶制品：（2 2）钢钢铁铁的的氧氧化化与与磷磷化化处处理理A A、钢钢铁铁的的氧氧化化处处理理又又称称“发发蓝蓝”处处理理 就就是是将将去去油油污污的的钢钢件件浸浸在在浓浓碱碱（N Na ao oH H）中中煮煮沸沸，则则在在钢钢铁铁表表面面生生成成稳稳定定的的

44、F Fe e2 2O O4 4的的过过程程。F Fe e2 2O O4 4 氧氧化化膜膜呈呈蓝蓝黑黑色色，又又黑黑又又亮亮，具具有有防防护护作作用用和和装装饰饰的的效效果果。“发发蓝蓝”膜膜是是提提高高黑黑色色金金属属防防护护能能力力的的一一种种简简便便而而又又经经济济的的方方法法。发蓝层特点：发蓝层特点：仅有几微米厚（仅有几微米厚（0.51.0um0.51.0um），基本上不改变工件原有），基本上不改变工件原有尺寸，不影响零件装配。尺寸，不影响零件装配。其耐蚀能力一般。为提高防护能力和润滑，可将氧化其耐蚀能力一般。为提高防护能力和润滑，可将氧化后的钢件再用肥皂液浸渍和烘干，然后再浸油，取出后

45、使后的钢件再用肥皂液浸渍和烘干，然后再浸油，取出后使用。用。该工艺氧化时间短，成本低。该工艺氧化时间短，成本低。钢铁氧化处理工艺应用：钢铁氧化处理工艺应用：机械零件、精密仪器、武器、日用品（铁锅）的表面防护和机械零件、精密仪器、武器、日用品（铁锅）的表面防护和装饰。装饰。（3 3）铜铜及及铜铜合合金金的的氧氧化化处处理理 同钢铁发蓝原理相同，通过化学或电化学方法在铜及铜合金表面生成稳定的黑色氧化膜的过程。2 2、金金属属材材料料的的表表面面装装饰饰 材料表面装饰技术是保护和美化产品外观的手段，是指通过用镀层技术和热喷涂把具有一定性能的材料或金属及其合金，沉积在制品表面上，形成一定厚度的覆盖层，

46、又称皮膜的方法。（1 1）镀镀层层技技术术 镀层工艺中最普通的方法有两种：电镀和化学镀 电镀：电镀原理：是利用电化学中阴极沉积原理，即把被镀制品作阴极，通以直流电，使要镀金属的金属盐溶液中的金属阳离子在制品表面上获得电子变成原子沉积在表面上形成镀层。如，镀镍：如，镀镍：用镍板作电镀槽的阳极，与直流电源正极相连，镀件用镍板作电镀槽的阳极，与直流电源正极相连，镀件作阴极与电源负极相连，用镍金属盐溶液作电镀液，作阴极与电源负极相连，用镍金属盐溶液作电镀液，构成导电回路。构成导电回路。接通直流电源时，接通直流电源时，阳极：阳极：阴极：阴极：?NieNiNieNi2222沉积在镀件上沉积在镀件上形成镀层

47、。形成镀层。电镀装置原理图电镀装置原理图电镀生产线镀金镀银（2 2）涂覆技术）涂覆技术静电喷涂装饰型地漏三通最通常的如刷漆、喷漆、喷塑等。（3 3）搪瓷被覆（珐琅）技术）搪瓷被覆（珐琅）技术表面经涂饰搪瓷涂层的灯具 搪瓷被覆又称珐琅被覆，珐琅被覆是用玻璃质材料在金属制品表面形成一被覆层，然后在800。C左右进行烧制而成。铁、铜、铝、不锈钢以及金、银都可被覆珐琅。3 3、其其它它面面饰饰工工艺艺v表面锻打 使用不同形状的锤头在金属表面进行锻打，从而形成不同形状的点状肌理。v表面抛光 利用机械或手工以研磨材料将金属表面磨光的方法。表面抛光分为磨光、镜面、丝光、喷砂等效果。v表面蚀刻 利用化学酸进行

48、腐蚀而得到的一种斑驳、沧桑的装饰效果。（1）金属的肌理加工喷砂精抛精抛镜面抛肌理加工应用喷砂精抛精抛拉丝工艺精细机加工精细机加工（2）层压塑料薄膜 如铝塑板（3）热浸涂层 金属材料热浸镀金属保护层的方法。将去油污后的制品，浸渍于液态金属中，经短时间取出后就在制品表面沾上一薄膜金属保护层。工业上被广泛采用的热浸镀金属有：Sn、Zn、Al、Pb等，例如，罐头盒材料马口铁，即低碳钢铁皮。经热浸镀金属锡Sn后，得到热镀锡层，具有很好的耐蚀能力。又如，白铁皮、白铁丝，经热镀铝后形成具有极好的抗氧化能力的铝层。实验一：“容器的设计”工作量要求：幅面为A3的展示版面（包括构思草图、产品效果图、产品使用说明等内容）:产品实物模型。造型材料：金属线材为主成形工艺：以固态成形为主材料连接：以钎焊为主表面处理：涂覆着色（喷漆）谢 谢！