材料成形技术基础第2版.ppt

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1、 材料成形技术基础 （第2版）胡亚民 主编 1 1、绪论、绪论1.1 1.1 材料成形技术过程形态学模型简介材料成形技术过程形态学模型简介 1.1.1 产品和过程。产品技术的主题是“设计”“做什么”过程技术的主题是“制造”“怎么做”1.1.2 过程技术。(把产品的设计和构思制造成物化的具体产品。)过程形态学模型的研究方法 （图1.1）1.1.3 材料过程系统。1、贯通过程 质量不变过程；2、发散过程 质量减少过程；（图1.2）3、收敛过程 质量增加过程。1.1.4 能量过程系统。通过传递媒体向被加工材料提供能量。（图1.3）1.1.5 信息过程系统。通过传递媒体把形状信息加于被加工材料，使之改

2、变形状。（图1.4）（形状信息过程伴随着性能信息过程。）1.1.6 制造过程的完整模型。制造过程包涵材料过程、能量过程、信息过程。（图1.5）1.2 1.2 现代制造过程分类现代制造过程分类 1.2.1 质量不变过程。被加工材料在制造过程没有或很少改变质量。（图1.6）1、塑性变形。锻造、扎制、粉末压制。2、浇注。1.2.2 质量减少过程。被加工材料的质量在制造过程会减少。1、切削加工；3、电加工；（图1.7）2、化学腐蚀加工；4、冲压加工。（图1.8）1.2.3 质量增加过程。被加工材料的质量在制造过程会增加。1、电镀；2、快速成型。2 2、液态材料铸造成形技术过程、液态材料铸造成形技术过程

3、2.1 2.1 概述概述 铸造成形技术是指制造铸型、熔炼金属、将金属液 注入型腔凝固，获得金属工件的成形方法。（图 2.1）优点：投资小，生产周期短，技术过程灵活，能制造形状复杂的零件。缺点：工序多，难以精确控制；易产生铸造缺陷，铸件品质不稳定。类型：1）生产方式分类：砂型铸造，特种铸造。2）材料分类：铸铁，铸钢，铸铜，铸铝，铸造是制造零件毛柸常用的一种生产方式。（表 2.1）2.2 2.2 铸造成型技术过程理论基础铸造成型技术过程理论基础 2.2.1 液态金属的充型能力。液态金属充满铸型型腔，获得合格铸件的能力。影响充型能力的因素：1）金属的流动性；（图 2.2 表2.3 图2.3）2）铸型

4、的性质；3）浇注条件；4）铸件结构。R=V/S R=V/S(折算厚度)2.2.2 铸件的凝固。铸型中的合金从液态转变成固态的过程。1、金属凝固的条件。液、固两相的能量差为相变驱动力。2、金属凝固的过程。液相中不断形成晶核并长大，直至结晶终了。3、铸件的三种凝固方式。（图 2.4）1）逐层凝固；2）体积凝固；3）中间凝固。2.2.3 铸件的收缩。1、基本概念。铸件在“液态凝固固态冷却”过程中体积减小的现象。以单位体积或长度的变化量表示。（式2.1 式2.2）2、收缩的三个阶段。1）液态收缩阶段；（图2.5）2）凝固收缩阶段；3）固态收缩阶段。3、铸件的实际收缩。1）摩擦阻力；2）热阻力；3）机械

5、阻力。4、铸件的缩孔和缩松 缩孔形成 (图 2.6)缩松形成 (图 2.8)缩孔和缩松的防止：1）采用顺序凝固原则；(图 2.9)2)加压补缩。5、铸造应力。铸件在冷却过程中，因固态收缩受到阻碍而引起的内应力。1）热应力；铸造应力的防止：-合理设计铸件结构；2）相变应力；-尽量选用收缩率小的合金；-采用同时凝固工艺；3）机械阻碍应力。-合理设置浇口和冒口；-时效处理。6、铸件的变形和裂纹。当铸造残余应力超过金属的屈服强度极限时，铸件变形；当铸造残余应力超过金属的抗拉强度极限时，铸件开裂。1）变形与防止。变形：（图 2.15 图 2.16）防止：铸造应力；采用反变形法。（图 2.17）2）裂纹与

6、防止。热裂：（图 2.18）冷裂：（图 2.19）2.2.4 金属的吸气性。1、金属液吸收气体的过程。1）气体分子撞击到金属液表面，并吸附在表面；2）气体分子扩散进入金属液内部。2、气体在金属液中的溶解度。金属吸收气体的饱和浓度。（cm/100g）3、气体的析出。1）气体以分子形式扩散析出；2）于金属内形成化合物排出；3）以气泡形式从金属液中逸出。4、气孔。侵入气孔，析出气孔，反应气孔。5、气体对铸件品质的影响。（表 2.8）2.2.5 铸件化学成分的偏析。宏观偏析，微观偏析。2.3 2.3 液态金属成形件工艺过程设计液态金属成形件工艺过程设计 2.3.1 铸造工艺设计内容与步骤。1、铸造工艺

7、设计的内容。大批量生产或大型铸件：铸件图，铸造工艺过程图，铸型装配图，操作技术规程等。小批量生产或一般产品：铸件图，铸造工艺过程图。2、铸造工艺设计步骤。（依据零件图按步骤设计）1）结构工艺过程分析；4）浇注系统设计；2）铸造工艺过程方案的拟定；5)冒口、冷铁的设计；3）砂芯设计；6）绘制铸造工艺过程图。2.3.2 铸造成形方案的拟定。1、确定铸型位置。1）铸件的重要表面向下；（图 2.25 图2.26）2）铸件的宽大平面向下或倾斜浇注；（图 2.27）3）铸件的薄壁部分向下；（图 2.28）4）铸件的厚大部分向上。（图 2.29）2、选择分型面。1）使全部或大部分铸件处于同一半型内，避免错型

8、；（图 2.30）2）减少分型面的数目；（图 2.31）3）分型面尽量选用平面；（图 2.32）4）使型腔和主要型芯位于下腔。3、确定主要工艺过程参数。1）加工余量；2）最小铸出孔；（表 2.12）3）起模斜度；（图 2.34）4）铸造圆角；5）铸造收缩率。2.3.3 浇注系统及其设计。1、浇注系统概述。引导金属液进入铸型的系列通道。1）功能。将液态金属导入型腔；调节铸件温度分布；挡渣并排除型腔内的空气；保证金属液充满型腔。2）结构。浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道。（图 2.35）3）形式。顶部注入式、中间注入式、底部注入式、阶梯注入式。（图 2.36）2、浇注系统的设计。1）要求。阻止熔渣、

9、气体、非金属夹杂物进入型腔；防止型腔和型芯被冲蚀；降低浇注温度；在设定的部位把金属液引入型腔；减小浇注系统的体积，节约材料。2）设计。正确选择浇注系统的类型及浇口开设的位置；确定浇注系统各部分的合理尺寸。2.3.4 冒口、冷铁的设计 1、冒口。铸型中储存金属液，补偿铸件收缩的技术“空腔”。1）类型。（图 2.37）2）作用：补缩铸件，集渣、通气、排气；3）满足的条件：凝固时间应大于或等于铸件的凝固时间；有足够的金属液补充铸件的收缩。2、冷铁。用来加快铸件局部冷却速度的一种激冷物。作用：调节铸型的局部温度和铸件的凝固顺序。2.3.5 铸造工艺过程图的绘制 铸造工艺过程图提供了铸件和其制造过程的全

10、部信息。铸造技术符号和表示方法。（表 2.14）2.4 2.4 液态金属成形件的结构设计液态金属成形件的结构设计 2.4.1 保证铸件质量的铸件结构设计 1、铸件的最小壁厚。（表 2.15）2、铸件的临界壁厚（最大壁厚）。3、铸件的内壁厚度。4、铸件壁的过渡和连接。1）壁厚的过渡。（表 2.17）2）接头的连接。（图 2.39）5、肋。（图 2.45）6、铸造斜度。（表 2.20）7、凸台。2.4.2 适应铸造工艺过程的铸件结构设计 铸件结构设计要保证铸件的质量，并且有利于 模型制造、造型、制芯、合型和清理等操作方便。1、减化或减少分型面；（图2.46 图 2.47）2、尽量不用和少用型芯；（

11、表 2.21）3、铸件结构应方便起模；（表 2.22）4、有利于型芯的固定和排气；（图 2.48）5、避免变形和裂纹；（表 2.23）6、有利于防止夹渣、气孔；（图 2.49）7、有利于铸件清理。（图 2.50 图 2.51）2.5 2.5 常用铸造合金及其熔炼常用铸造合金及其熔炼 2.5.1 常用铸造合金的铸造性能及结构技术特征 两大类常用铸造合金：黑色铸造合金 铸铁、铸钢。有色铸造合金 铸造铝合金、铜合金、镁合金等。1、铸铁。使用最广泛的铸造合金。灰铸铁。铸造性能优良。特点：铁液流动性好、收缩量小、技术过程简单，力学性能不好。球墨铸铁。铸造性能一般。特点：铁液流动性不好、收缩量小、技术过程

12、简单，力学性能好。可锻铸铁。铸造性能不好。特点：铁液流动性好、收缩量大、技术过程复杂，力学性能好。2、铸钢。铸造性能不好。钢液流动性不好，易产生冷隔、浇不足、夹渣、气孔等缺陷；铸钢凝固时收缩量大，易产生缩孔、裂纹等缺陷。尽量不采用铸造的方式使用钢材。3、铸造铝合金。铝硅合金的铸造性能好，流动性好，收缩量小；其他系列合金的铸造性能不好，流动性不好，收缩量大。4、铸造铜合金。铝青铜和铝黄铜的铸造性能好，流动性好，收缩量大；锡青铜的铸造性能不好，流动性不好，收缩量大。2.5.2 铸造合金的熔炼 熔炼应满足的技术要求：1）熔炼出的金属液要符合材质性能要求；2）金属液应有足够的温度；3）有足够的熔化能力

13、，4）低能耗，噪音小，不污染环境。熔化的方式：1）精炼熔化 熔化后对材料的化学成分进行较大的调整；2）无精炼熔化 材料在熔化过程中仅引起某些元素的变化。1、铸铁的熔炼。冲天炉熔炼 利用焦炭燃烧产生的高温熔炼铸铁。结构简单，操作维修方便，电能消耗低，生产率高。冲天炉工作原理 （图 2.52）应用广泛。2、铸钢的熔炼。1）电弧炉炼钢 用电极与炉料间产生的电弧高温熔化金属材料。适应于浇注各种类型铸钢件。三相电弧炉工作原理 （图 2.53）2）感应电炉炼钢 利用感应电流产生的热量熔化金属材料。适用于中、小型合金钢铸件。单相无芯感应电炉工作原理 （图 2.54）3）平炉炼钢。仅用于重型铸钢件的生产。3、

14、铸造有色合金的熔炼。有色金属熔点低，易氧化，常用坩锅炉熔炼，金属型浇注。1）焦碳坩锅炉。结构简单，温度不易控制，生产能力小。（图 2.55）2）电阻坩锅炉。结构复杂，温度容易控制，生产能力大。（图 2.56）2.6 2.6 铸造成形技术过程铸造成形技术过程 2.6.1 砂型铸造 以型砂为造型材料制备铸型的铸造技术。砂型铸造在铸造生产中占有很大比重，占铸件总产量的8090%。优点：适应性广，技术灵活性大，生产准备过程简单。缺点：铸件的尺寸精度差，表面粗糙度高，内部质量不好。砂型铸造的技术流程 （图 2.57）1、手工造型和制芯。全部用手工完成紧砂、起模、修整、合箱等操作。常用的手工造型方法。（图

15、 2.58）2、机器造型。全部或部分由机器完成造型工作。震实造型。（图 2.59）高压造型。（图 2.61）拋砂造型。（图 2.62）2.6.2 特种铸造 在砂型铸造的基础上，改变铸造方法形成的另一种铸造技术。优点：铸件的尺寸精度高，表面粗糙度低；生产过程易于实现机械化、自动化。缺点：适应性差，生产准备工作量大，需要复杂的技术装备。1、熔模铸造（失蜡铸造）（图 2.68）2、金属型铸造 （图 2.69）3、压力铸造 （图 2.72）4、离心铸造 （图 2.75 图 2.76）5、实型铸造（消失模铸造）（图 2.77）2.6.3 铸造方法的选择 （表 2.29）3 3、固态材料塑性成形过程、固态

16、材料塑性成形过程3-1 3-1 概述概述 金属的塑性成形过程是指在外力作用下，使金属材料 产生预期的塑性变形，以获得零件的加工方法。3.1.1 固态成形的基本条件 被成形的金属材料应具备一定的塑性；要有外力作用于固态金属材料上。所有在外力作用下产生塑性变形而不破坏的材料，都可以进行质量不变的固态塑性成形。可塑性成形的塑性材料：低碳钢、中碳钢、大多数有色金属。不可塑性成形的脆性材料：铸铁、铸铝合金。3.1.2 金属塑性成形的方法 1、轧制。(图 3.1)将金属通过轧辊之间的间隙，进行压延变形以成为型材的方法。2、挤压。(图 3.2)将金属置于挤压模内，用压力把金属从模孔中挤出成形的方法。3、拉拔

17、。(图 3.3)将金属材料拉过拉拔模孔，使金属拔长的加工方法。4、自由锻造。(图 3.4)将加热后的金属材料置于上、下砧铁间，受到冲击力或压力的作用而变形的加工方法。5、模型锻造。将加热后的金属材料置于锻模模腔内，受到冲击力或压力的作用而变形的加工方法。6、板料冲压。金属板料在冲压模之间受压，产生分离或变形的加工方法。3.1.3 成形过程分类 1、冷变形过程 金属在常温下变形，变形时的温度低于该金属的再结晶温度。优点：产品的尺寸精度高，表面质量好；金属变形后有加工硬化现象，强度、硬度升高。缺点：加工硬化现象使金属的塑性和韧性下降；冷变形需要重型和大功率的设备。2、热变形过程 金属在加热状态下变

18、形，变形时的温度高于该金属的再结晶温度。优点：金属的热变形塑性良好，可使工件进行大量的塑性变形；热变形使金属内部组织致密细小，力学性能提高；热变形使金属内部形成纤维组织，材料的力学性能具有方向性。缺点：金属表面氧化严重，工件的精度和表面质量不好；设备投资大，劳动强度大。金属固态塑性成形过程不仅能得到强度高、韧性好的产品，而且生产效率高，材料消耗少。3.2 3.2 金属塑性成形过程的理论基础金属塑性成形过程的理论基础 3.2.1 金属塑性变形的能力 金属的可锻性受金属本身的性质和变形条件的综合影响。1、金属本身的性质 化学成分的影响。同类金属的化学成分不同，其塑性也不同。纯金属的塑性比合金的好；

19、低碳钢的塑性比中碳钢、高碳钢好；碳素钢的塑性比合金钢好。内部组织的影响。金属的组织结构不同，其可锻性差异较大。纯金属、固溶体等单相组织比多相组织的塑性好；均匀细小的晶粒比粗晶粒组织和柱状晶状组织可锻性好。2、变形加工条件 变形温度的影响。提高金属变形时的温度，其塑性增加，变形抗力降低，可锻性好；金属加热时，随着温度的变化，其性能变化很大，（图 3.5）（图 3.6）变形速率的影响。单位时间内的变形程度。（图 3.7）应力状态的影响。变形方法不同，所产生的应力大小和性质也不同。在金属塑性成形过程中，应创造条件，提高金属的塑性，降低变形抗力，便于塑性加工。3.2.2 金属塑性变形的基本规律 1、体

20、积不变定律 金属在固态成形加工中，材料变形后的体积等于变形前的体积。2、最小阻力定律 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。3.3 3.3 锻造方法锻造方法 锻造方法充分利用热变形的优点，在机械制造中 用来生产高强度、高韧性的毛坯或半成品。3.3.1 自由锻造 1、自由锻造成形的过程特征 成形过程中，坯料整体或局部塑性成形，材料在水平方向可以自由流动，不受限制。要求被成形的材料在成形温度下具有良好的塑性；锻件的形状取决于操作者的技术水平；锻件精度低，表面质量差，适应于形状简单的小批量生产。2、自由锻造成形过程 绘制锻件图。依零件图为基础绘制；坯料质量及尺寸计算。依体积不变定律

21、计算；选择锻造工序。确定锻造温度和冷却规范；自由锻造典型过程举例。1）盘类锻件的锻造过程。（表 3.4）2）轴类锻件的锻造过程。（表 3.5）3、自由锻件结构技术特征 自由锻件上应避免椎体、曲面、椭圆形、工字形等结构；（图 3.15）自由锻件上应避免加强筋、凸台等结构；（图 3.16）锻件结构复杂时，可以将几个简单的锻件连接成整体件。3.3.2 模型锻造 1、模型锻造成形的过程特征 模型锻造时坯料是整体塑性成形，坯料三向受压。模锻热成形，要求被成形的材料在高温下具有较好的塑性；模锻冷成形，要求被成形的材料具有足够的室温塑性；模锻锻件的形状取决于成形过程、模具条件和锻造力；模锻锻件的精度好，表面

22、质量好，适用于大批量生产。2、模型锻造成形过程 绘制模锻锻件图；坯料质量及尺寸计算；模锻工序的确定；轮盘类模锻件（图 3.22）长轴类模锻件（图 3.23）修整工序。切边、冲孔、校正、热处理、清理。3.3.3 胎模锻造 胎模锻造是在自由锻造设备上，使用不固定 在设备上的称为胎模的单腔模具，直接将已加热 的坯料用胎膜锻造成形的方法。优点：与自由锻造相比，锻件质量好，生产效率高，节约金属。与模型锻造相比，操作灵活，胎膜简单，生产准备周期短。缺点：与模型锻造相比，锻件质量不好，胎膜寿命低，劳动强度大。胎膜锻造广泛应用于中、小批量的中、小型锻件的生产。胎膜的种类：（图 3.36）3.4 3.4 板料成

23、形方法板料成形方法 利用压力和模具使板料分离或塑性变形，以获得零件。优点：板料成形的零件质量小，力学性能好；生产过程为少切削或无切削加工，节约材料，生产率高。缺点：成形模具复杂，设计和制作费用高，生产周期长。板料成形所用的原材料要有足够好的塑性。板料成形广泛用于机械制造和金属制品行业。板料成形适用于大批量生产。板料成形按特征分为;分离过程和成形过程两大类。3.4.1 板料分离过程 分离过程用于生产有孔的、形状简单的薄板件，制品质量好。1、落料与冲孔。使板料按封闭轮廓分离。金属板料冲裁成形过程。（图 3.37）凸凹模间隙。凸凹模的间隙影响冲裁件的断面质量、模具寿命、冲裁力和尺寸精度。应合理选择。

24、凸凹模刃口尺寸确定。考虑冲裁件的公差和模具的寿命。冲孔 凸模取最大尺寸 落料 凹模取最小尺寸 冲裁力计算。冲裁力是选用设备和设计模具的重要依据。（依据相关资料计算）2、切断。用剪刃将板料沿不封闭轮廓进行分离，主要用于下料。3、修整。对冲裁件断面进行修整，以提高其尺寸精度和表面质量。3.4.2 板料成形过程 成形过程是使板料发生塑性变形而制作工件。1、拉伸。（图 3.39）（图 3.40）过程特点。一维成形，拉伸应力状态，尺寸精度好；材料要求。有足够的塑性，多次拉伸要对工件退火；机械设备。液压机和机械压力机；应用。广泛用于生产各种壳类和桶状零件 2、弯曲与卷边。弯曲 （图 3.43）卷边 （图

25、3.45）3、翻边。（图 3.46）4、成形、收口。成形 （图 3.47）收口 （图 3.48）5、滚弯。（图 3.49）6、冲压过程实例。（图 3.50）（图 3.51）3.4.3 冲模的分类及构造。冲模是板料成形中必备的模具，冲模结构是否合理对产品的质量、生产效率和模具寿命都有很大影响。1、简单模。在一次行程中只能完成一个冲压过程。（图 3.52）2、连续模。在一次行程中能完成两个以上冲压过程。（图 3.53）3、复合模。在一次行程中，在模具的同一部位能 同时完成数道冲压工序。（图 3.54）3.4.4 板料冲压件结构技术特征 板料冲压件通常都大批量生产，设计冲压件时，不仅要保证它的使用性

26、能要求,还应具有良好的冲压 结构技术特征。冲压件设计时应注意：1、冲压件的精度和表面质量；2、冲压件的形状和尺寸；（图 3.55）（图 3.56）3、结构设计应尽量简化成形过程和节省材料。（图 3.58）3.5 3.5 其他塑性成形简介其他塑性成形简介 3.5.1 挤压成形 1、零件的挤压方式。（图 3.62）正挤压。挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向一致。反挤压。挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向相反。径向挤压。挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向垂直。复合挤压。挤压时金属的流动方向一部分与凸模的运动 方向一致,另一部分则相反。挤压设备为机械压力机或液压机。2、挤压的特点及应用。冷挤压。

27、金属材料在室温下的挤压。（图 3.63）挤压件的精度高、表面质量好，材料力学性能好，材料利用率高，生产效率高；冷挤压的变形抗力大，材料需要预处理。温挤压。把坯料加热后进行挤压。（图 3.64）材料不需要预处理，便于自动化生产。挤压件的精度、表面质量不如冷挤压好。热挤压。金属材料在锻造温度下的挤压。变形抗力低，可挤压高强度的金属材料。加热温度高，挤压件的精度、表面质量不好3.5.2 辊轧成形 辊轧成形生产毛坯或零件，具有原材料省、生产率高、产品质量好、成本低等优点。1、辊锻。与轧制过程相似的一种锻造过程。（图 3.65）2、辊环轧制。用来扩大环形坯料的内径或外径的一种轧制过程。（图 3.66）3

28、、横轧过程。轧辊轴线与坯料轴线互相平行的轧制方法.(图 3.67）(图 3.68）（图 3.69）（图 3.70）3.5.3 超塑性加工 1、金属的超塑性概念。金属材料塑性的高低用延伸系数“”来判断。有些金属材料在特定的条件下，1001000 超塑性材料。黑色金属都可以进行超塑性加工。2、超塑性成形的特点。超塑性状态下的金属在拉伸变形过程中，变形应力极低；可获得形状复杂、薄壁的工件，工件尺寸精确；超塑性成形的工件，具有均匀而细小的晶粒组织，力学性能均匀一致；在超塑性状态下，金属材料的变形抗力小，可使用中、小型设备加工。3、超塑性成形的应用。板材深冲；（图 3.71）超塑性挤压；超塑性模锻。3.

29、5.4 摆碾 （图 3.72）4 4、粉末压制和常用复合材料成形过程、粉末压制和常用复合材料成形过程4.1 4.1 粉末压制成形过程粉末压制成形过程 *用金属粉末作原料，经压制成形后烧结而制成 各种类型的零件和产品。*颗粒状材料兼有液体和固体的双重特性，整体的流动性和每个颗粒本身的塑性。特点：可制取极硬和特殊性能材料（硬质合金、磁性材料)；材料利用率很高，接近100%；生产成本低；材料价格高，设备和模具投资大，适宜于大批量生产。生产技术流程：添加剂添加剂 制品制品 原材料原材料 配混配混 压制成形压制成形 烧结烧结 其他处理其他处理 制品制品4.1.1 金属粉末的制取及其特性 1、金属粉末的制

30、取。矿物还原法。金属矿石被还原后得到海绵状金属料，将金属料粉碎后获得粉末。电解法。用金属盐的水溶液或熔盐电解析出金属颗粒或 海绵状金属，再利用机械法粉碎。雾化法。将熔化的金属液雾化后冷却得到金属粉末。(图 4-1)机械粉碎法。球磨法，利用钢球对金属块或金属粒球磨，用来制备脆性金属粉末。2、金属粉末的特性。金属粉末的特性对粉末的压制、烧结过程 及产品的性能都有重大影响。成分。主要金属含量大于98%99%。颗粒的形状和大小。形状以球状或粒状为好；大小用筛选法来表示，粉粒愈细愈好。粒度分布。大小不同的粉粒级别的相对含量。粉末粒度组成的范围广，制品的性能也好。技术特征。1）松装密度。单位容积自由松装粉

31、末的质量。2）流动性。50g粉末在流动仪中自由下降至流完所需的时间。3）压制性。压缩性 以压制前后粉末体积的压缩比表示。成形性 用压坯的强度作为成形性试验的指标。4.1.2 粉末混配 *根据产品配料计算并按粒度分布把 各种金属粉末及添加物进行混合。*添加剂可以改善混合粉的成形技术特征。加入润滑剂可改善混合粉的流动性，增加可压制性。*混合粉的特性用混匀度表示，混合越均匀，越有利于制品的性能。4.1.3 压制成形 压制成形过程：称粉称粉 装粉装粉 压制压制 保压保压 脱模脱模 1、钢模压制。用机械压力将钢模内的粉末成形为压坯。（图 4.2）应用最广泛。2、流体等静压制。用高压流体从各个方向对粉末施

32、加压力。（图 4.3）3、三向压制。单向钢模压制和等静压制的综合方法。（图 4.4）只能成形形状规则的零件。压坯的密度和强度大小对烧结体的质量有直接的影响，密度大、强度高的压坯烧结后产品的质量也好。4.1.4 压坯烧结 在烧结过程中。通过高温加热使粉粒之间的原子扩散，将压坯中粉粒的接触面结合起来，成为坚实的整块。1、烧结过程：固相烧结 烧结时，粉粒在高温下仍然保持固态。液相烧结 烧结温度超过了某种组成粉料的熔点，高温下出现固、液相共存状态。*烧结温度对制品性能有重要影响。较高的温度可促使粉粒间原子扩散，使烧结体的硬度和强度升高。*烧结保温时间也影响制品质量。小件保温时间短，大件时间长。*粉粒比

33、表面积大，容易氧化。烧结必须在真空和保护气氛中进行。2、烧结中容易产生的问题 翘曲。烧结时没有支承好压坯，或压坯中的密度不均匀造成。过烧。烧结温度过高或保温时间过长，会引起翘曲、压坯胀大。分解反应及多晶转变。出现不正常组成或不均匀现象。黏结剂烧掉。有机黏结剂烧掉后，留下碳在制品中，影响其性能。4.1.5 烧结后的其他处理或加工 对于一些要求较高的粉末冶金制品，烧结后还需要进行其他处理与加工，以满足要求。1、渗透。把低熔点合金渗入到多孔烧结制品的孔隙中去的方法。渗透法制品的组织均匀细致，塑性与抗冲击能力好。2、复压。将烧结后的粉末压制件再放到压形模中压一次。复压可起校形作用。3、粉末金属锻造。将

34、金属粉末制成一定形状的预成型坯，然后将预成型坯锻造成所需的零件。4、精压。对于烧结后的制品，进行锻造或冲压整形。提高密度，保证尺寸精度。5、其他后续处理。机械加工，喷砂处理，热处理等。4.2 4.2 粉末压制产品及应用粉末压制产品及应用 在现代工业中，许多具有特殊性能的材料或 在特殊工作条件下的零部件由粉末压制来制造。4.2.1 粉末压制机械结构零件 应用广泛。例：（表 4.3）4.2.2 粉末压制轴承材料 1、多孔含油轴承材料。利用粉末压制方法制做的多孔性浸渗 润滑油的减摩材料。用作轴承、衬套等。2、金属塑料减摩材料。由粉末压制多孔制品和聚四氟乙烯、二硫化钼等固体 润滑剂复合制成。这是一种性

35、能良好的无油润滑减摩材料。4.2.3 多孔性材料及摩擦材料 1、多孔性材料。多孔性材料采用金属球形雾状粉或金属纤维制造。用于过滤器、热交换器等典型产品。2、摩擦材料。这种材料的性能要求摩擦系数大，耐磨性、耐热性好。用于刹车片、离合器片等用于制动或传递扭矩零件。4.2.4 硬质合金。用高硬度的金属碳化物和金属粘接剂粉末制成。具有很高的硬度，用来制作金属切削刀具。常用的硬质合金：钨钴类（YG）。主要成分为碳化钨（WC）、钴（Co）。钨钴类硬质合金有较好的强度和韧性，适宜切削脆性的铸铁。钨钴钛类（YT）。主要成分为碳化钨、钴、碳化钛（TiC）。钨钴钛类硬质合金硬度高、耐热性好，适宜切削高韧性的钢材。

36、4.2.5 粉末压制钢结硬质合金及高速钢 1、钢结硬质合金。钢结硬质合金是一种工模具材料。其特点有：基本组成是碳化物加合金钢，是碳化物分布在钢基体上的金属基复合材料；由于有钢的组织，所以具有机械加工性能，可以热处理；具有合金钢和硬质合金的基本性能。2、粉末压制高速钢。用雾化法生产的高速钢粉粒制成；组织结构细、均匀，成分不存在偏析；比普通高速钢切削寿命高。4.2.6 耐热材料及其他材料 1、难熔金属耐热材料。难熔金属是指熔点超过2000以上的金属。这些金属与其他金属制成粉末冶金耐热材料，广泛用于高温场合。2、耐热合金材料。粉末冶金耐热合金材料的组织细致、均匀，抗高温蠕变强度与抗拉强度好。3、其他

37、材料。金属陶瓷材料，原子能工程材料。4.3 4.3 粉末压制零件或制品的结构特征粉末压制零件或制品的结构特征 结构技术特征是指制品的结构是否适应 所采用的成形过程或制造方法。使制品在整 个生产过程中达到优质、高产、低耗。粉末压制成形零件结构设计：压制件应能顺利地从压模中取出；（图 4.6）应避免压制件出现窄尖部分；（图 4.7）零件的壁厚应均匀，台肩尽可能少，长径比小。（图 4.8）4.4 4.4 陶瓷制品成形过程简介陶瓷制品成形过程简介 （表 4.5）4.5 4.5 常用复合材料成形过程简介常用复合材料成形过程简介 纤维复合材料成形过程 4.5.1 纤维制取方法 熔体抽丝法。将所制材料熔化成

38、液体，从液体中 以极快的速度抽出细丝。（玻璃纤维）拔丝法。将金属坯料在有气氛保护的高温 状态下反复拉拔成细丝。(金属细丝）4.5.2 纤维复合材料成型方法 基体材料与增强物组合起来形成复合材料。成形方法按基体材料在成形时的状态，分为两大类。1、固态法。基体材料与增强物在成形过程中均处于固体状态。2、液态法。基体材料在成形时处于液体状态，增强物处于固体状态，复合后，用基 体材料的固化而获得零件或制品。应用广泛。液态成形方法：喷射成形法。（图 4.9）压制成形法。（图 4.10）缠绕成形法。（图 4.11）连续成形法。（图 4.12）层压成形法。（图 4.13）5.5.固态材料的连接过程固态材料的

39、连接过程 固态材料的连接分为永久性和非永久性两种：1、永久性连接主要通过焊接和粘接过程实现。2、非永久性连接过程使用特制的连接件或紧固件 （铆钉、螺栓、销）将零件连接起来。5.1 5.1 焊接成形过程焊接成形过程 将分离的金属用局部加热或加压，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。优点：节省材料，接头密封性好，可承受高压；简化加工与装配工序，容易实现机械化和自动化生产。缺点：焊接结构有残余应力和变形，焊接接头性能不均匀，焊接质量检验困难。焊接用于机械制造中的毛坯生产和制造各种金属结构件。5.1.1 焊接成形过程特性和理论基础 1、焊接方法的分类及特点 液态焊

40、接：母材被加热到熔化温度以上，它们在液态下 溶合,冷却时便凝固在一起。（熔化焊接）固态焊接：1）将母材加热到高塑性状态或表面薄层熔化后，用压力将母材接头焊接。（压力焊接）2）在母材接头间加入低熔点合金，局部加热使合金熔化、凝固，将母材接头焊接。（钎焊）焊接方法。（图 5.1）熔化焊接的主要类型。1）气焊 2）电弧焊 3）电渣焊 4）真空电子束焊接 5）激光焊 压力焊接的主要类型。1）电阻焊 2）摩擦焊 3）冷压焊 钎焊是不同金属间的合金化过程 2、电弧焊的冶金过程及特点 电弧焊的冶金过程。电弧焊的冶金过程同电弧炉的冶炼金属相似，在熔池中产生一系列的物理变化和化学反应。（图 5.2）电弧焊的冶金

41、过程特点。焊接的冶金过程与一般冶炼过程比较，有如下特点：1）熔池金属的温度高于一般的冶炼温度，金属蒸发、氧化和吸气现象严重。2）熔池体积小，处于液态的时间很短，冷却速度快，易产生气孔和夹渣等缺陷。电弧焊冶金过程采取的技术措施 1）采取保护措施，限制有害气体进入焊接区；2）渗入有用的合金元素，保护焊缝金属材料的化学成分；3）进行脱氧、脱硫和脱磷。3、焊接接头的金属组织和性能。熔化焊接是在局部进行的，短时间的高温冶 炼及凝固过程；同时周围未熔化的基体金属会受 到短时间的热处理。因此，焊接过程会引起焊接 接头组织和性能的变化。焊接工件上温度的变化与分布。（图 5.3）焊接接头的组织和性能。熔化焊的焊

42、接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成。1）焊缝 由熔池金属结晶形成的焊件结合部分。柱状晶粒组织。焊缝金属的力学性能不低于基体金属。2）熔合区 焊接接头中焊缝与母材交接的过渡区。过热粗晶组织。塑性、韧性极差，是裂纹和脆性破坏的源点。3）热影响区 在热的作用下，焊缝两侧的母材发生组织变化的区域。过热粗晶组织。焊接结构钢或中碳钢，易在此区域产生裂纹。改善焊接接头组织和性能的方法 采用正确的焊接方法和焊接过程，用焊接后的热处理 来改善接头的组织结构以提高接头的力学性能。4、焊接应力与变形。焊接应力和变形产生的原因。*焊接中对焊件的不均匀加热 是产生应力和变形的根本原因。（图 5.5）*焊接应力超过材料的

43、屈服强度极限，将产生塑性变形；*焊接应力超过材料的抗拉强度极限，会产生裂纹。焊接变形的基本方式 （图5.6）防止和减少焊接变形的措施 1）合理设计焊件结构。在保证结构承载能力下，减少焊缝数量、长度和截面积；在结构中所有的焊缝处于对称位置。2）采取必要的技术措施。（图 5.7，图 5.9，图 5.10，图 5.11，图 5.12）焊接变形的矫正方法。1）机械矫正法 2）火焰加热矫正法 （图 5.13）减小与消除焊接应力的措施 1）减小焊接变形；2）焊前预热；3）焊后热处理；4）选择合理的焊接顺序。（图 5.14）5、焊接缺陷及防治措施 焊接接头的缺陷 （表 5.2）焊接缺陷的防止。针对缺陷产生的

44、原因采取措施。6、焊接结构件设计 焊缝的布置。焊接结构件的焊缝布置是否合理，对焊接质量和生产率有很大影响。（表 5.3）焊接接头及坡口形式的选择。（图 5.16）5.1.2 熔化焊接 用局部加热的方法，使两工件接合处形 成共同的熔池，凝固后将分离的工件结合起来。熔化焊焊接强度高，应用广泛。1、手工电弧焊 焊接过程。手工操作；焊条。碱性焊条，酸性焊条；特点。设备简单，操作灵活，能进行全位置焊接；操作难度大，焊接质量低，用于小批量生产。2、埋弧自动焊。电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的自动电弧焊。焊接过程。（图 5.22，图 5.23）焊丝与焊剂。焊丝 HO8A，焊剂 熔炼焊剂 特点。生产效率高，焊接质量

45、好，节省金属材料；操作灵活性差。3、气体保护电弧焊。利用外加气体作为电弧介质并 保护电弧和焊接区的电弧焊。(图 5.25）4、气焊。利用氧炔焰产生的高温作为热源的熔化焊接方法。5.1.3 压焊 1、电阻焊。利用电流通过焊接接头的接触面时产生的 电阻热将焊件局部加热到熔化或高塑性状态，在压力下形成焊接接头的焊接方法。（图 5.29）优点：生产效率高，焊件变形小，劳动条件好；焊接时不需要填充金属；易于实现机械化、自动化。缺点：焊接强度低，设备复杂，耗电量大。广泛用于薄钢板的焊接。2、摩擦焊。利用工件接触面摩擦产生的热量为热源，将工件端面加热到高塑性状态，然后在压力 下使金属连接在一起的焊接方法。（

46、图 5.33）优点：生产率高，焊接质量好，可焊接的金属范围广，设备简单，耗电量小。广泛应用于圆形工件、棒料及管材的对接5.1.4 钎焊 1、钎焊过程。低熔点钎料熔化后充满固态焊件的 间隙之内，被焊金属和钎料在间隙内相 互扩散、凝固，形成钎焊接头。2、钎焊的分类。硬钎焊 使用熔点高于450的钎料进行的钎焊。硬钎焊接头强度高，工作温度高，常用于硬质合金刀片和刀体的焊接。（铜焊）软钎焊 使用熔点低于450的钎料进行的钎焊。软钎焊接头强度低，工作温度低，常用于仪表中线路的焊接。（锡焊）3、钎焊的特点及应用。优点：焊件加热温度低，应力和变形小；对材料的组织和性能影响小，易于保证焊件尺寸。缺点：焊件接头的

47、强度低，工作温度低。5.1.5 常用金属材料的焊接 1、金属材料的焊接性。金属材料对焊接加工的适应性称为金属材料的焊接性。衡量焊接性的主要指标：在一定的焊接条件下，接头产生缺陷的倾向性或敏感性。焊接接头在使用中的可靠性。2、铜、铝的焊接。铜、铝的焊接性能差。3、铸铁的焊补。铸铁含碳量高，焊接性能极差。*铸铁件的铸造缺陷可以焊补。4、低碳钢的焊接。塑性好，对焊接热过程不敏感，焊接性能良好。*焊接时不需要采取特殊的技术措施。5、中碳钢的焊接。热影响区易产生淬硬组织和裂纹,焊接性能不好。*采取“焊前预热，焊后缓冷”的技术措施。6、普通低合金钢的焊接。含碳量低，并且含有锰，焊接性能良好。*采取“焊前预

48、热，焊后热处理”的技术措施。7、奥氏体不锈钢的焊接。奥氏体不锈钢的焊接性能良好。*焊接时不需要采取特殊的技术措施。5.1.6 塑料的焊接 1、热气焊。利用热气体对塑料表面加热，并对焊接区域 施加焊接压力来进行焊接的方法。2、超声波焊接。PVC 焊接 使塑料的焊接面在超声波能量的作用下作 高频机械振动而发热熔化，同时施加焊接压力，把塑料焊接在一起。（图 5.34）3、热工具焊。利用发热工具对被焊塑料的表面加热，其表面熔化后，在压力作用下进行焊接。热工具焊是应用最广泛的塑料焊接方法。5.2 5.2 黏接过程黏接过程 借助黏接剂在固体表面上的黏合力，将两个物体连接在一起的方法。黏接能部分代替焊接、铆

49、接和螺栓连接，应用广泛。5.2.1 黏结剂 两大类：*天然黏结剂。（动物骨胶、植物淀粉）组分简单，使用范围窄。*合成黏结剂。组分复杂，使用范围广。1、黏结剂的组成。黏料。黏料是黏结剂的主要成分，它决定着黏结剂的性能。合成黏结剂的黏料主要有：合成树脂 环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂 合成橡胶 丁腈橡胶。硬化剂。使黏结剂固化的组分，它使线型结构的树脂变成体型结构。硬化剂的性能和用量将直接影响黏结剂的性能。*技术性能（施工方法、硬化条件）*使用性能（黏接强度，耐热性 ）附加物。根据需要加入的填料和添加剂，能改善黏结剂的性能。2、黏结剂的选择。选用的原则：1）黏结剂必须能与被黏接材料的性质相容；2）黏

50、结剂的性能应能满足黏接接头的使用性能。选用时应注意的问题：1）合成黏结剂属于黏弹性材料，它的力学性能会随环境温度变化；2）为了提高黏接接头的抗疲劳强度，应选用变形能力大的黏结剂。3）合成黏结剂的胶层在使用中会吸附 空气中的水分，黏接强度降低。3、常用黏结剂及应用 环氧黏结剂。通过环氧树脂的环氧基与固化剂的活性基团 发生反应，形成胶联体系，达到黏接目的。优点：可黏材料的范围广，黏接强度高，使用方便，尺寸稳定。缺点：接头的脆性大，耐热性不高。应用广泛。（AB 胶）丙稀酸脂黏结剂。以丙烯酸脂为主要单体，通过自由 基聚合反应或离子型聚合反应来制备。优点：胶层密封性好，绝缘性好，耐腐蚀、耐水。应用广泛。