第十四章 机械零件用材及成形工艺
工程材料及成型工艺实验指导书
《工程材料及成型工艺》实验指导书二零一零年九月实验须知1. 实验前应仔细阅读实验指导书和有关教材，认真做好预习。
教师发现无充分准备者，可停止其进行实验。
2. 学生应准时进入实验室，在教师讲解实验内容之前不得擅自操作实验仪器等。
各项实验内容应有始有终独立完成。
3. 实验过程保持严肃、安静、整洁、遵守操作规程、注意安全、例行节约。
若发现故障，应立即报告教师酌情处理，不要擅自拆修。
4. 实验用的一切物品（如试样、图片、试剂和工具等）不准带出实验室。
5. 实验完毕将仪器物品收拾整齐，恢复原状并作好室内外卫生工作。
6. 每次实验后须完成书面实验报告，于下次实验前交给老师，实验报告成绩作为课程考核总评成绩的一部分。
7. 实验报告统一用报告纸撰写，字迹清楚。
8. 进入实验室应遵守实验室的一切规章制度。
实验一 硬度计的结构原理及使用方法一、实验目的1、了解布氏硬度计、洛氏硬度计及维氏硬度计的基本原理及其结构；2、熟悉并掌握洛氏硬度计的使用方法； 二、实验原理概述金属材料的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。
硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。
由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同；因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性，微量塑变抗力，形变强化能力以及大量形变抗力。
由于硬度试验简单易行，又无损于零件，而且可以近似的推算出材料的其它机械性能，因此在生产和科研中应用广泛。
硬度试验方法很多，机械工业普遍采用压入法来测定硬度，压入法又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。
(一)、布氏硬度1、基本原理及结构根据 GB231-84规定，布氏硬度试验法是用直径为D 的淬火钢球（或硬质合金球），以相应的试验力F 压入被测材料的表面，保持规定的时间后，卸掉试验力，用读数显微镜测出材料表面的压痕直径d 。
计算压痕单位面积上所受的力，即为被测金属的布氏硬度值HBS （或HBW ）。
材料导论第十四章复合材料ppt课件
复合材料的种类
金属基
陶瓷基
按基体相分
聚合物基
水泥基
复 合 材
按增强相 的形态分
颗粒增强 纤维增强 晶须增强
碳纤维 玻璃纤维 有机纤维
复合纤维
料
编织物增强
按用途分
结构复合材料 承受载荷，作为承力结构使用
功能复合材料
电、磁、光、热、声、摩 擦、阻尼、化学分离性能
复合材料的特点
多相: 至少两相 复合效应：不仅保留了原组成材料的特色，而且
3、石墨/镁复合材料
这种材料密度低、线膨胀系数为零，尺寸的稳定性好，是金属基复合材料中具 有最高比强度和比弹性模量的复合材料。可在石墨纤维表面沉积TiB2，提高石 墨纤维的润湿性。
金属基复合材料
长纤维增强金属基复合材料
4、碳化硅/钛复合材料
碳化硅纤维比强度高、比模量高，高温强度高，耐热、耐氧化，与金属的反 应小，润湿性好。
主要应用于飞机发动机部件和涡轮叶片以及火箭发动机箱体材料。
5、氧化铝/铝复合材料
氧化铝纤维在氧化气氛中稳定，能在高温下保持其强度、刚度， 且硬度高，耐磨性好。这种复合材料具有高强度和高刚度，可用于 汽车发动机活塞和其他发动机零件。
金属基复合材料
1、氧化铝/铝复合材料
短纤维/晶须增强金属基复合材料 2、碳化硅/铝复合材料 3、氧化铝/镍复合材料
突出特点
性树脂基体—热塑性玻璃钢。
密度低：1.6～2.0g/cm3；
比强度高：较最高强度的合金钢还高3倍；
耐烧蚀
耐腐蚀
应用
航空航天工业：如雷达罩、机舱门、燃料箱、行李架和地板等。 火箭：发动机壳体、喷管。 汽车工业：如汽车车身、保险杠、车门、挡泥板、灯罩、内部装饰件等。 石油化工工业：如玻璃钢贮罐、容器、管道、洗涤器、冷却塔等
工程材料及成形工艺基础 ppt课件
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概述—特点、分类
特点：
优点：零件的形状复杂； 工艺灵活； 成本较低。
缺点：机械性能较低； 精度低； 效率低、劳动条件差
铸造方法
砂型铸造——90%以上；
特种铸造——铸件性能较好，精度低，效率高 金属型铸造、压力铸造、熔模铸造、离心铸造……
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概述—本章要点
本章要点 金属铸造性能 砂型铸造 铸造工艺设计要点 特种铸造
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铸件的结构工艺性
进行铸件结构设计，不仅要保证其力学性能 要求，还必需考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件 结构的要求，使铸件的结构与这些要求相适应。使 这些铸件具有良好的工艺性，以便保证铸件质量， 降低生产成本，提高生产率。
一、铸件结构应利于避免或减少铸件缺陷
铸件的结构，如果不能满足合金铸造性能的要 求，将可能产生浇不足、冷隔、缩松、气孔、裂 纹和变形等缺陷。
不用或少用型芯
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型芯稳固、排气清理方便
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3. 铸件的结构斜度
垂直于分型面的非加工面上设计出结构斜度， 斜度较大。与拔模斜度不同，结构斜度是在设计时 设计上去的，不再被加工掉。
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4. 组合铸件的应用
大型复杂铸件.
三、 铸件结构要便于后续加工 减少加工量，便于加工
1. 铸件外形尽量简单
（1）避免外部的侧凹，减少分型面或外部型芯： （2）分型面应平直： （3）凸台和筋的设计应便于造型和起模： （4）铸件的垂直壁上应考虑给出结构斜度：
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减少分型面数目
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机械工程材料成型及工艺
•机械工程材料成型及工艺
d）具有大平面的铸件，应将铸件的大平面朝下。
e）尽量减少型芯的数目，最好使型芯位于下型以便下芯 和检查，同时应保证型芯在铸型中安放牢靠、排气通畅。
•机械工程材料成型及工艺
（2）分型面的选择
分型面为铸型组元间的接合面，选择分型面应考 虑以下原则：
a）分型面应尽量采用平面分型，避免曲面分型， 并应尽量选在最大截面上，以简化模具制造和造型工 艺。
•机械工程材料成型及工艺
（二）机器造型
机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操 作的造型工序。机器造型铸件尺寸精确、表面质量好、 加工余量小，但需要专用设备，投资较大，适合大批 量生产。
机器造型方法分类： 常用的机器造型方法有：压实紧实、高压紧实、 震击紧实、震压紧实、微震紧实、抛砂紧实、射压紧 实、射砂紧实。
一、砂型铸造
用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造。砂型铸造 是应用最广泛的一种铸造方法，其主要工序包括：制 造模样，制备造型材料、造型、造芯、合型、熔炼、 浇注、落砂、清理与检验等。
砂型铸造的生产工艺流程
•机械工程材料成型及工艺
二、造型方法的选择
用造型材料及模样等工艺装备制造铸型的过程称 为造型。造型是砂型铸造的最基本工序，通常分为手 工造型和机器造型两大类。 （一）手工造型
•机械工程材料成型及工艺
活块造型
活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸 台，肋条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时， 先起出主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费 时，工人技术水平要求高。主要用于单件、小批生产 带有突出部分、难以起模的铸件。
•机械工程材料成型及工艺
刮板造型
刮板造型是用刮板代替实体模样造型，它可降低 模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低， 工人技术水平要求高。用于有等载面或回转体的大、 中型铸件的单件、小批生产、如带轮、铸管、弯头等。
机械工程材料成型及工艺6
机械工程材料成型及工艺61. 引言机械工程材料成型及工艺是机械工程学科中的重要分支，主要关注材料的加工过程和成型工艺。
在这一门课程中，学生将学习材料的物理特性、加工原理以及各种成型工艺的应用。
本文将介绍机械工程材料成型及工艺的第六部分内容。
2. 熔铸成型熔铸成型是机械工程材料成型中的一种重要方法，通过加热和熔化金属或合金，然后将其倒入模具中进行固化，最后得到所需的零件或产品。
这种成型方法广泛应用于汽车制造、航空航天等领域。
熔铸成型的工艺流程如下： - 准备模具：根据产品的形状和尺寸设计制作模具，并加热至适宜温度。
- 熔化金属：将金属或合金加热至熔化点，使其成为液态。
- 倒入模具：将熔融金属倒入预先准备好的模具中。
- 固化冷却：待金属在模具中固化并冷却后，取出所得的铸件。
熔铸成型的优点包括制造成本相对低、工艺简单等。
然而，也存在一些问题，如可能出现气孔和缩孔等缺陷。
3. 压铸成型压铸成型是机械工程材料成型中的另一种常用方法，它通过将熔融金属注入模具中，并施加高压使其充实，在冷却固化后得到所需形状和尺寸的零件或产品。
压铸成型的工艺流程如下： - 准备模具：根据产品的形状和尺寸设计制作模具，并加热至适宜温度。
- 熔化金属：将金属或合金加热至熔化点，使其成为液态。
- 注入模具：将熔融金属注入预先准备好的模具中。
- 施加高压：在金属注入模具后，施加高压使其充实。
- 固化冷却：待金属在模具中固化并冷却后，取出所得的铸件。
压铸成型具有高生产效率、产品精度高等优点，因此在汽车零部件、电子设备等领域得到广泛应用。
4. 塑料成型塑料成型是机械工程材料成型的重要分支，它通过将塑料加热至熔化点，并注入模具中，经冷却后得到所需形状和尺寸的零件或产品。
塑料成型在现代工业中应用广泛。
常见的塑料成型方法包括挤出成型、注塑成型和吹塑成型等。
•挤出成型：将塑料颗粒或粉末加热熔化，并通过挤压机将熔融塑料挤出模具形成所需形状的零件或产品。
机械工程材料及成形工艺
机械工程材料及成形工艺1. 简介机械工程材料及成形工艺是机械工程领域中的重要学科，涉及到材料的选择、性能分析以及成形工艺的研究。
在机械设计与制造过程中，合理选择材料和优化成形工艺可以提高产品的性能和质量，降低生产成本。
2. 材料选择2.1 材料特性分析在机械设计中，需要根据产品的功能要求和使用环境来选择合适的材料。
常见的材料特性包括力学性能、热学性能、电学性能、化学稳定性等。
力学性能包括强度、刚度、韧性等指标。
强度是材料抵抗外部力量破坏的能力，刚度是材料抵抗变形的能力，韧性是材料吸收冲击能量的能力。
热学性能包括导热性、膨胀系数等指标。
导热性决定了材料传导热量的速度和效率，膨胀系数决定了材料在温度变化时的体积变化。
电学性能包括导电性、绝缘性等指标。
导电性决定了材料传导电流的能力，绝缘性决定了材料阻止电流流动的能力。
化学稳定性是指材料在不同环境下的耐腐蚀性和耐热性。
不同材料对酸、碱、溶剂等介质的稳定性有所差异。
2.2 常用工程材料常用的工程材料包括金属材料、塑料材料和复合材料等。
金属材料具有良好的力学性能和导热性能，广泛应用于机械工程中。
常见的金属材料有钢铁、铝合金和铜合金等。
塑料材料具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，适用于制造轻量化和耐腐蚀要求较高的零件。
常见的塑料材料有聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等。
复合材料由两种或两种以上的不同组分组成，具有优异的综合性能。
常见的复合材料有碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料等。
2.3 材料选择方法在进行材料选择时，可以采用以下方法：•根据产品功能需求和使用环境确定所需的材料性能指标；•调研市场上已有的材料，了解其性能和应用范围；•进行材料筛选和评估，选择符合要求的候选材料；•进行实验或模拟分析，验证所选材料的性能是否满足要求；•最终确定最佳的材料选择。
3. 成形工艺3.1 成形工艺分类成形工艺是将原始材料加工成所需形状和尺寸的过程。
根据成形方式的不同，可以将成形工艺分为以下几类：•铸造：将液态金属或熔融塑料注入模具中，通过冷却凝固得到所需形状的零件。
工程材料及成形技术基础 机械零件材料及成形工艺的选用
焊接性 切削性
热处理性
3）经济性合理的原则
4）结构、材料、成形工艺相适应的原则
10.2 具体成形方法及改性工艺的选用
特点 对材料 性能要求 常用材料 铸件 流动性好 收缩率低 灰铁、球铁、 中碳钢 灰铁性能差 球铁铸钢好 锻件 塑性好 变形抗力小 中碳钢及 合金结构钢 比相同成分 的铸钢件好 冲压件 同锻件 焊接件 强度高 塑性好 低碳钢 低合金钢 接头的性能 可达到或接 近母材
4. 弹簧垫圈：其作用是防止螺栓松动，要求良好的弹性和
较高的屈服强度。由65Mn或60SiMn冲压而成，为标准件。
5. 调整环：其作用是调整轴和齿轮轴的轴向位置。 单件小批量生产采用Q235圆钢下料车削而成。 大批量生产采用优质碳素结构钢（08钢）冲压件。 6.端盖：用于防止轴承窜动， 单件、小批生产时，采用手工造型铸铁HT150或采用Q235圆钢 下料车削而成。 大批量生产时，采用机器造型铸铁件。 7.齿轮轴+轴+齿轮：均为重要的传动零件，轴杆部分受弯矩和扭矩 的联合作用，要求具有较好的综合力学性能；轮齿部分受较大 的接触应力和弯曲应力，应具有良好的耐磨性和较高的强度。 单件生产时，采用45钢自由锻件或胎模锻件毛坯 大批量生产时，采用相应钢的模锻件毛坯。
低碳钢及有 色金属薄板 强硬度提高 结构刚度好
力学性能
材料利用率
生产周期 生产成本
高
长 较低
低 自由锻短 模锻长
较高
较高
长 批量越大 成本越低
较高
较短 较高
大型水轮机空心轴，工件净重4.73t，
可有以下三种成形工艺：
（1）整轴在水压机上自由锻造， 两端法兰锻不出，采用余块，加
工余量大，材料利用率只有22.6%，
机械设计基础掌握机械设计中的常见工艺与加工方法
机械设计基础掌握机械设计中的常见工艺与加工方法机械设计基础：掌握机械设计中的常见工艺与加工方法机械设计是工程技术领域中的重要学科，它关乎到产品的设计、制造和加工等方面。
在机械设计的过程中，需要掌握常见的工艺和加工方法，以确保产品的质量和可用性。
本文将介绍几种常见的机械设计工艺和加工方法。
一、常见的机械设计工艺1.焊接工艺焊接是一种将两个或多个材料通过加热或加压形成的连接方式。
常见的焊接工艺包括电弧焊、气焊、激光焊等。
在机械设计中，焊接常用于通过连接金属部件来增强结构的强度和刚度。
2.铸造工艺铸造是一种将液体金属或合金倒入模具中，待冷却后得到所需零件的工艺。
常见的铸造工艺包括压铸、砂型铸造、失蜡铸造等。
铸造在机械设计中广泛应用于制造复杂形状的零件。
3.冲压工艺冲压是一种使用冲压模具对金属板材进行塑性变形的工艺。
常见的冲压工艺包括剪切、冲孔、弯曲、拉伸等。
冲压工艺可以实现大批量、高效率、高质量的零件加工，广泛应用于汽车、电子设备等领域。
4.机加工工艺机加工是一种通过机床进行切削、钻孔、铣削、车削等方式对工件进行加工的工艺。
常见的机加工工艺包括车铣削、钻孔、磨削等。
机加工工艺可以实现高精度、高表面质量的零件加工，适用于各种材料的加工。
二、常见的机械设计加工方法1.数控加工数控加工是一种利用计算机控制机床进行加工的方法。
通过预先编写刀具路径和加工参数，计算机可以自动控制机床进行加工操作。
数控加工具有高精度、高效率的特点，广泛应用于各种机械零件的生产。
2.激光加工激光加工是一种利用激光束对材料进行切割、焊接、打孔等加工的方法。
激光加工具有无接触、高精度、高速度的特点，适用于金属、非金属等各种材料的加工。
3.电火花加工电火花加工是一种利用脉冲电火花对导电材料进行切削、打孔等加工的方法。
电火花加工具有精密、细微的特点，适用于硬质合金、高硬度材料的加工。
4.激光快速成型激光快速成型是一种利用激光熔化金属粉末，逐层堆积形成三维结构的制造方法。
精选材料成型工艺
3.纯铁的同素异晶转变
1.2.2 铁碳合金的基本组织
a 、合金的基本概念
1、合金
合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质。
2、组元
组成合金的基本的物质称为组Байду номын сангаас。
3、相
相是指在金属组织中化学成分、晶体结构和物理性能相同的组分。
4、组织
参考书目
金属工艺学（上、下册） 邓文英 主编 高等教育出版社 机械工程与技术 Serope Kalpakjian/ Steven R.Schmid 机械工业出版社Manufacturing Engineering and Technology — Hot processesManufacturing Engineering and Technology — Machining制造技术 P N Rao 机械工业出版社Manufacturing Technology — Foundry, Forming and WeldingManufacturing Engineering and Technology — Metal Cutting & Machine Tools
指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
1 强度与塑性
拉伸试验：F<Fe：弹性变形Fe：弹性极限载荷Fe <F< Fs：发生部分塑性变形Fs： 屈服载荷， S：屈服点Fs <F< Fb：明显塑变，抗力增加F> Fb：载荷下降，变形增加Fk：断裂，强度极限载荷。
1、铁素体（F）：碳与α-Fe形成的间隙固溶体 性能---强度和硬度低，塑性和韧性好。
机械工程材料成型及工艺
机械工程材料成型及工艺在机械工程中，材料成型主要包括以下几个方面：锻造、压力加工、冷成型、热成型、焊接和铸造等。
这些成型方式根据材料的性质和产品的设计要求选择不同的加工方法和工艺。
锻造是一种通过加热和施加压力来改变原始材料形状的方法。
它可以改变材料的内部结构和物理性质，提高材料的强度和韧性，并将其加工成各种形状的零件。
锻造分为冷锻和热锻两种方式，冷锻适用于一些具有良好延展性的材料，而热锻主要适用于高硬度的合金材料。
压力加工是通过施加压力来使材料发生塑性变形的方法。
它主要包括拉伸、压缩、弯曲、剪切等加工过程。
压力加工可以使材料具有更高的强度、硬度和韧性，并且可以通过精确的控制来获得各种形状和尺寸的零件。
冷成型是指在常温下对金属材料进行塑性加工的方法。
它主要包括冲压、拉伸、挤压、弯曲等加工过程。
冷成型可以保持材料的硬度和强度，同时可以通过模具和设备的精确控制来得到高精度的成型零件。
热成型是指在高温下对金属材料进行塑性加工的方法。
它主要包括热挤压、热压缩、热拉伸、热弯曲等加工过程。
热成型可以使材料的塑性增加，改善材料的流动性和可塑性，从而得到复杂形状的零件。
焊接是将两个或多个材料通过加热或施加压力使其在原子层面上相互结合的方法。
它主要用于连接零件、修复损坏的零件和制造复合材料等方面。
焊接的方式有多种，包括电弧焊、气体焊、激光焊等，可根据不同的需求选择适当的焊接方式。
铸造是通过将熔融的金属或合金注入到模具中，经过冷却和凝固后得到特定形状的零件或产品的方法。
铸造是一种常用的成型方式，可以生产大批量、复杂形状的零件，同时也可以制造出内部空腔的零件。
总之，机械工程材料成型及工艺是实现产品设计和制造的重要环节。
不同的成型方式和工艺可根据材料的性质和产品的要求灵活选择，通过合理的加工和控制，可以获得高精度、高质量的零件和产品。
机械零件用材料及成型工艺的选择PPT文档共45页
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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机械零件用材料及成型工艺的选择
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
工程材料与成型工艺
1—工件； 工件； 2—橡胶或塑料； 橡胶或塑料； 3—高压容器； 高压容器； 4—高压泵
3.1 粉末压制
3.烧结 烧结 目的：使型坯获得一定的物理与机械性能的工序 使型坯获得一定的物理与机械性能的工序 烧结规范： 烧结规范：
烧结温度： ① 烧结温度：Ｔ烧=(2/3～3/4)T熔。 ～ 保温时间：时间太短，不利于成分、组分均匀化； ② 保温时间：时间太短，不利于成分、组分均匀化； 保温时间过长，易造成晶粒粗大等缺点。 保温时间过长，易造成晶粒粗大等缺点。 保护气氛：在真空炉内进行烧结。 ③ 保护气氛：在真空炉内进行烧结。
具寿命可提高5~8倍，切削速度比高速钢高十几倍 倍 具寿命可提高
应用： 切削刀具、 应用：用作切削刀具、金属成形工具、矿山工具、表 切削刀具 金属成形工具、矿山工具、
面耐磨材料及高刚性结构部件。 面耐磨材料及高刚性结构部件
3.2 粉末压制产品及应用
1.普通硬质合金 普通硬质合金 钨钴类硬质合金 组成： 组成：由WC和Co组成 和 组成 牌号： 数字。 数字－钴的含量。 牌号：YG+数字。 数字－钴的含量。如YG6 数字 应用：适宜制作切削脆性材料的刀具，如切削铸铁、 应用：适宜制作切削脆性材料的刀具，如切削铸铁、电木等 钨钛钴类硬质合金 组成： 组成。 组成：由WC、TiC和Co组成。 、 和 组成 牌号：YT+数字。数字－ TiC的含量。如YT15。 牌号： 数字。数字－ 的含量。 。 数字 的含量 应用： 应用：适宜制作切削高韧度钢材的刀具
3.1 粉末压制
2.压制 压制 目的：将松散的粉料制成具有一定形状，尺寸的压坯。 目的：将松散的粉料制成具有一定形状，尺寸的压坯。 方法：钢模压制、流体等静压制、三向压制、粉末锻 方法：钢模压制、流体等静压制、三向压制、
机械工程材料及成形工艺-非金属成形和快速成形
压制成形原理
塑料压制模具
塑料压制成形机
压制件示例
合成压制的琥珀蜜蜡
塑料压制件
4、吹塑成形
——吹塑成形（属于塑料的二次加工）是借助压缩空气 使空心塑料型坯吹胀变形，并经冷却定型后获得塑料制 件的加工方法
第二节 快速成形
快速成形ＲＰ技术是一种用材料逐层堆积出制件的制造方法，是和 种材料成形的新工艺。它是基于离散堆积成形思想的新型成形技术， 集成计算机、数控、激光和新材料等最新技术而发展起来的先进的产 品研究与开发技术。
一、快速成形的原理与应用
特点： 可以制造任意复杂形状的三维实体；利用计算机技术实 现设计与制造高度一体化； 成形过程无需专用夹具、 模具、刀具，缩短了制作周期与配成本。 应用： 主要适合于新产品开发、快速单件及小批量零件制造、 复杂形状零件的制造、模具与模型设计与制造、也适合 于难加工材料的制造、外形设计检查、装配检验和快速 反求工程等
FDM快速成形件示例
3D打印技术（快速成形的应用）
3D打印实况
工业级3D打印机 小型3D打印机
3D打印技术（快速成形的应用）
3D打印件
END
谢谢！
一、塑料的成形
塑料制品的成形方法：注射、挤压、压制、浇注等
1、注射成形
——也称注塑成形，是利用注射机将熔化的塑料快速注入 模具中，并固化得到各种塑料制品的方法。
特点：具有能一次成形形状复杂的制件、尺寸精确、生 产率高等优点，但设备和模具费用较高
应用：约占塑料件生产的30%左右 • 用于热塑性塑料（氟塑料除外）成形；一部分热固性塑 料的成形。 • 适用于大批量塑料件的生产。
机械工程材料成型及工艺分析
钢淬火和回火的概念、目的和一般 应用；淬火温度的选择理由；淬透性和 淬硬性的区别，影响淬透性和淬硬性的 因素，回火的分类和一般应用；回火脆 性的概念和分类和防止。
机械工程材料成型及工艺分析
本次课的内容
钢的表面热处理 常见热处理缺陷及防止 小结
机械工程材料成型及工艺分析
一、钢的表面热处理
机械工程材料成型及工艺分析
例题二
在一批45钢制的螺栓中（要求头部热处 理后的硬度为43~48HRC）混入少量20钢和 T12钢，若按45钢工艺进行淬火、回火处 理，试问能否达到要求？分别说明为什么？
机械工程材料成型及工艺分析
例题三
现有三个形状、尺寸、材质（低碳钢） 完全相同的齿轮，分别进行普通整体淬 火、渗碳淬火和高频感应淬火，试用最 简单的办法将它们区分开。
概念：指仅对工件表层进行热处理以改变其组 织和性能的工艺；
分类：表面淬火和化学热处理； 应用范围：主要是某些在冲击载荷、交变载荷
及摩擦条件下工作的机械零件，如曲轴、凸轮 轴、齿轮等； 工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”的力学 性能。
机械工程材料成型及工艺分析
表面淬火
1. 定义:是一种不改变钢表层化学成分,但改变 表层组织的局部热处理工艺，即通过快速加热 使钢的表层奥氏体化,然后急冷,使表层形成马 氏体组织,而心部仍保持不变。 2. 目的:获得高硬度的表面层，以提高工件的 耐磨性和疲劳强度。
机械工程材料成型及工艺分析
火焰加热表面淬火
1) 火焰加热表面淬火的基本方法
机械工程材料成型及工艺分析
2）火焰加热表面淬火的特点:
* 设备简单, 操作方便, 成本低； * 淬火质量不稳定； * 适于单件、小批量及大型零件的生产。
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南阳理工学院
工程材料
三、材料的失效形式
1.材料性能降低 2.过量变形
弹性变形失效
没有明显特征，测量尺寸可反映出来
南阳理工学院
工程材料
三、材料的失效形式
过量弹性变形原因：零件刚度不够
南阳理工学院
工程材料
三、材料的失效形式
塑性变形失效
有明显特征。如键的扭曲。 过量塑性变形的原因：过载或者零构件本身抵抗塑性 过量塑性变形的原因：过载或者零构件本身抵抗塑性 变形的能力不够； 变形的能力不够； 反映塑性变形能力的力学指标：A 反映塑性变形能力的力学指标：A、Z，屈服强度Rel ，屈服强度Rel
南阳理工学院
工程材料
四、材料失效分析
1.失效分析的目的及作用 1.失效分析的目的及作用 2.材料失效的原因 2.材料失效的原因 3.失效分析的思路 3.失效分析的思路 4.失效分析中的检验方法 4.失效分析中的检验方法
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四、材料失效分析
1.失效分析的目的及作用
失效分析目的是找出材料失效原因，研究 材料失效规律、失效速度、失效周期，找出引 起材料失效的关键因素及提高材料寿命的措施， 从选材和选择工艺方法角度预防零部件的早期 失效。
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三、材料的失效形式
疲劳断裂：
零件在交变载荷下经过长时间工 作而发生断裂的现象称为疲劳断裂。 交变载荷：载荷大小和方向随时 间发生周期变化的载荷。 疲劳断裂过程： 裂纹萌生→ 裂纹萌生→疲劳裂纹扩展 →最后断裂。
疲劳断裂宏观断口 1-最后断裂区；2-前沿线；3-裂纹扩展区 最后断裂区；2 前沿线；3
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二、材料及成形工艺选择 的步骤、方法、依据
1.选材步骤
分析零件使用环境、受力情况，确定技术条件（零件应具 有的主要力学性能指标），作为选材依据。 根据力学计算及材料特点，正确选材。 结合材料成本、材料成形工艺性、零件复杂程度、生产批 量、现有生产条件等，选择合适成形工艺。 综合材料成形成本、热处理成本、使用可靠性，优化选出 最合适材料 经过试验、调整，最终确定合理材料及成型工艺方法。
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二、材料及成形工艺选择 的步骤、方法、依据
复习：各种成形工艺方法特点
轧材 塑性变形 比相同成分 的铸件好 形状简单， 横向尺寸变 化较少 较低 短 较低 结构上的毛 坯料
3.成形工艺的选择
铸造 锻件 冲压件 焊件 成形特点 液态下成形 固态下成形 塑性变形 固态下连接 稍低于锻件 比铸件好 强度硬度高， 接头性能接 力学性能 刚度好 近母材 可生产结构 形状较简单 结构轻巧， 尺寸结构一 形状可稍复 般不受限制 结构特点 相当复杂的 零件 杂 材料利用率 高 生产周期 长 生产成本 较低 各种结构零 适用范围 件和机械零 件
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低 较长 较高 传动零件， 工具，模具 等各种零件
较高 短 量大成本低 以薄板成形 的各种零件
较高 较短 较高 各种金属结 构件，也用 于毛坯生产
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二、材料及成形工艺选择 的步骤、方法、依据
3.成形工艺的选择
一些材料的成形工艺类型是确定的： 材料选铸铁， 材料选铸铁 ， 则选铸造成形；材料选薄 板，则选板料冲压成形；材料选ABS塑料件， 则选板料冲压成形；材料选ABS塑料件， 则选注塑成形；材料选陶瓷件 ， 则应选陶瓷 则选注塑成形；材料选陶瓷件， 成形工艺等。 成形工艺等。
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二、材料的失效及判断
2.材料失效的判断
①从材料性能角度：σ< ①从材料性能角度：σ< [σ] ；
其中：σ 其中：σ—表示材料具有的广义性能，如各种力学性能、耐 热性能、耐蚀性能等； [σ] —表示广义的许用性能，如各种许用应力、各种许 用耐热性能、许用耐腐蚀性能等
② 从变形量角度：f > [f ]。 从变形量角度：f ]。
使用介质：
海水、大气、酸碱盐的腐蚀影响零件形状尺寸
其它方面
声、光、磁影响零件性能。
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二、材料的失效及判断
1.材料的失效 1.材料的失效 2.材料失效的判断 2.材料失效的判断
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二、材料的失效及判断
1.材料的失效
零件失去设计要求的功能（性能、形状、尺寸） 称为失效。 ①完全破坏不能使用； ②虽然能工作但不能起到预定作用，如机床主轴、量 具磨损超差； ③损伤不严重，但继续工作不安全：轴、齿轮产生微 小裂纹。
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一、选材的基本原则
2.工艺性原则
零件形状复杂、尺寸较大、力学性能要求不高时，采用铸 造方法，要求流动性好、收缩性小等； 零件形状不复杂、尺寸不大、力学性能要求高时，采用锻 造成形，要求材料的塑性要好； 零件有特殊力学性能要求时，采用热处理强化，要求淬透 性好，变形、开裂倾向小; 采用切削加工时，软硬要适当。
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一、材料的使用条件
材料通过制造的零件实现其价值。 零件的功能：
（1）在一定压力、温度、介质下，保持规定形状和尺寸； （2）实现规定的机械运动； （3）传递力和能。
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一、材料的使用条件
受力情况
工程材料担负传递动力，同时受到各种各样载荷 的作用。
使用环境温度
冷、热影响材料的受力情况及尺寸
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主 要 内
容
第一节 第一节 第二节 第三节
材料的失效形式 选材的基本原则和方法 典型零件的材料及成形 工艺选择
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第一节 材料的失效形式
一、材料的使用条件 材料的使用条件 二、材料的失效及判据 材料的失效及判据 三、材料的失效形式 四、材料失效分析 材料失效分析
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四、材料失效分析
3.失效分析的步骤
保护现场，搜集失效零件残骸，观测并记录损 坏部位；了解零件工作环境。了解失效经过， 观察相关零件的损坏情况，判断损坏的顺序。 检测：化学分析
断口分析 显微分析 应力分析 力学性能测试 断裂力学分析
综合分析：综合以上各种材料，判断出引起材 料失效的原因，提出改进措施。 写出失效分析报告。
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四、材料失效分析
2.材料失效原因
零件设计
选材
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铸造钢锭
挤压棒料
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四、材料失效分析
2.材料失效原因
材料加工工艺
锻造时的过热、过烧 热处理中的脱碳 材料成型方法不当：高碳钢的毛坯准备形式 切削加工时的粗糙度太差、刀痕过深等
零件安装使用
安装时的过紧、过松 使用中的保养
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第三节 典型零件的材料及成形工艺选择
一、轴杆类零件选材实例 轴杆类零件选材实例 二、齿轮类零件选材实例 零件选材实例 三、箱体类零件选材实例 箱体类零件选材实例 零件
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一.轴类零件选材实例
轴类零件包括：各种传动轴、 机床主轴 、 丝杠、 轴类零件包括：各种传动轴 、 机床主轴、 丝杠 、 光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴、连杆、拔叉等。 光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴、连杆、拔叉等。 轴的工作条件 传递扭矩，同时还承受一定的交变弯曲应力。 传递扭矩，同时还承受一定的交变弯曲应力。 轴颈承受较大的摩擦。 轴颈承受较大的摩擦。 有时承受一定的冲击载荷或过量载荷。 有时承受一定的冲击载荷或过量载荷。 轴的失效形式： 疲劳断裂、过载断裂、磨损和过量变形
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二、材料及成形工艺选择 的步骤、方法、依据
2.选材依据
负荷情况 材料使用温度 受腐蚀情况 耐磨损情况
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二、材料及成形工艺选择 的步骤、方法、依据
常用零件的负荷及性能要求
零 件 螺栓 传动轴 应力 载荷 其他 拉应力 静载荷 切应力 弯应力 循环 轴颈处摩 扭应力 冲击 擦，振动 压应力 弯应力 扭应力 弯应力 复杂应 力 失效形式 过量变形、 断裂 主要力学性能要求 屈服强度、抗剪强度 综合力学性能
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二、材料及成形工艺选择 的步骤、方法、依据
举例： 如图套筒扳手 方案一：材料选用45钢，工艺路线： 方案一：材料选用45钢，工艺路线： 棒料→车削→插齿→ 棒料→车削→插齿→调质处理 方案二：材料：20钢，工艺路线： 方案二：材料：20钢，工艺路线： 棒料→挤压成型→ 棒料→挤压成型→淬火处理
其中： f —表示材料具有的广义变形量，如应变量、磨损 量、腐蚀量等； [f ] —表示广义的许用变形量，如各种许用变形量、 许用磨损量、许用腐蚀量。
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三、材料的失效形式
1.材料性能降低 1.材料性能降低 2.过量变形 2.过量变形 3.断裂 3.断裂 4.零件表面损伤 4.零件表面损伤
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一、选材的基本原则
3.经济性原则
原材料价格 原材料利用率 材料成形成本 加工费用 安装调试费、维修费、管理费。
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二、材料及成形工艺选择 的步骤、方法、依据
1.选材步骤 1.选材步骤 2.选材依据 2.选材依据 3.成形工艺的选择 3.成形工艺的选择
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二、材料及成形工艺选择 的步骤、方法、依据 选择成形工艺时还要考虑如下因素：
零件力学性能要求：铸造件＜锻造件 零件使用性能要求：铝合金铸件要求耐压、 防漏时， 零件使用性能要求：铝合金铸件要求耐压、 防漏时， 选低压铸造而不选压力铸造 零件的生产批量； 零件形状复杂程度及精度要求 现有生产条件 充分考虑利用新工艺、新技术、 充分考虑利用新工艺、新技术、新材料的可能性