固态材料的连接成形技术
固体颗粒介质成形技术
近年来 ， 德国学者在单板液压成 形的基础上 又提出 了 成 对 液压 成 形 技 术 ｌ ， 图 ３所 示 。成 对 液 压 成 形 就 是 如 在 ２块板料之间用一 隔板 把 ２块板料相 互隔开 ， 过中间 通
隔板 上 的 ２ 注 油通 道 分 别 向 上 下 ２个 型腔 注 入 液 压 油 ， 个 这 样 １ 就 可成 形 １对零 件 ， 次 不但 提 高 了生 产效 率 ， 而且 上
中图 分 类号 ：Ｈ１ Ｔ ６ 文献标识码： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ０ ０ （００ ０ ｏ ６ Ｏ １ ６～ ７ ７ ２ １ ）４一 ｏ４一 ５ ０
汽车轻量化是世界 汽车工业发展 的趋势。近几年来 ， 国内各汽车企业 开始普 遍采用 高强 度钢板 。但 高强度钢 板在成形时较普通冷轧板更容易 开裂 和起皱 ， 随着材料 且 强度 的提高 ， 回弹量也 相应增 大。因此 ， 这类 高强度 钢板 零 件的成 形对传 统 的板料 成形 方法提 出 了严 峻 的挑 战。 为此 ， 研究者们提出了软模 成形技术 。软模成形 是指采用 某种材料代替 剐性 凸模或凹模作 为成形 的传力介质 ， 再用
刚性模具作为凹模或 凸模 ， 在传力 介质作用下使板材按 刚性模具形状成形的工艺。软模 成形包括 液压成形 、 橡胶
又称为反向压力成 形 ； 采用液体 代替 凸模时 ， 液压 力以相
同于凸模作用力 的方 向作用在板料 的上表面 ， 板材直接被 压 入 凹 模 ， 紧 贴 凹 模 而 成 形 ， 又 称 为 正 向 压 力 并 故
邹
强， ： 等 固体 颗 粒介质 成 形技 术
６ ５
一 屠
ａ 橡胶 作 为凹 模 ） ｂ 橡 胶 作 为 凸模
材料成形技术基础 知识点总结
材料成形技术基础知识点总结滑移系：晶体中一个滑移面及该面上的一个华滑移方向的组合。
纤维组织：金属经冷加工变形后，晶粒形状发生改变，其变化趋势大致与金属的宏观变形一致，若变形程度很大，则晶粒呈现一片纤维状的条纹。
拉深：当凸模下降与坯料接触，坯料首先弯曲，于凸模圆角接触的材料发生胀形形变，凸模继续下降，法兰部分坯料在切向压应力，径向拉应力的作用下沿凹模圆角向直壁流动，形成筒部，进行拉深变形。
自发形核：在单一的液相中，通过自身的结构起伏形成新相核心的过程。
非自发形核：在不均匀的液体中，依靠外来杂质和容器壁面提供衬底而进行形核的过程。
焊接热循环：在焊接热源的作用下，焊件上的某一点温度随时间变化的过程。
焊接残余应力：由于焊接过程中的不均匀加热等因素而导致的焊接结构中存在残余应力。
温度场：加热和冷却过程中某一瞬间温度分布。
材料成型过程中的三种流：材料流，能量流，信息流。
液态金属在凝固和冷却到室温时发生：液态，凝固，固态三种收缩。
减小及消除焊接残余应力的措施有：热处理，温差拉伸，拉力载荷，爆炸冲击，振动法等。
液态金属结构：液态金属有许多近程有序的原子集团组成，原子集团内部原子规则排列，其结构与原固体相似；有大的能量起伏，激烈的热运动和大量的空穴；所有原子集团和空穴时聚时散，时小时大，始终处于瞬息万变的状态。
形核剂应具备哪些条件：失配度小，粗糙度大，分散性好，高温稳定性好。
加工硬化：金属经冷塑性变形后，随着变形程度的增加，金属的强度硬度增加，而塑性韧性降低，这种现象叫。
其成因与位错的交互作用有关，随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，位错反应和相互交割加剧，结果产生固定割阶，位错缠结等障碍，以致形成胞装亚结构，使位错难以越过这些障碍而被限制在一定范围内运动，这样，要使金属继续变形就需要不断增加外力才能克服位错间强大的交互作用力。
滑移变形时通常把滑移因子u为0.5或接近0.5的取向称为软取向，把u为0或接近0 的取向称为硬取向。
柔性模具成形的6大关键技术，不是只能做飞机蒙皮零件
柔性模具成形的6大关键技术，不是只能做飞机蒙皮零件传统的金属板料加工方法主要用模具在压力机上进行冷冲压成形，具有生产效率高、适用于大批量生产的优点。
随着市场竞争日趋激烈，产品的更新速度日益加快，新产品成形模具的开发往往成本高、风险大、耗时长、柔性差。
因此，迫切需要一种能够降低新产品模具开发成本和风险并缩短研制周期的新技术。
柔性模具技术就是为适应这一趋势而发展起来的一种柔性生产技术。
柔性模具技术的基本思想是采用可变形的结构或材料去代替或部分代替传统的刚性模具用来加工制造不同形状的零件。
它可以显著降低零件的制造成本，缩短零件的制造周期，是一种越来越受到人们重视的快速制造技术。
本文在国内外研究成果的基础上，总结分析了柔性模具的关键技术和发展趋势。
柔性模具成形方法1.多点刚模成形方法多点柔性模具技术又称为可重构离散模具技术，它采用若干个规则排列的、高度可调的基本体，通过其端面形成多点可调的包络面，以代替传统刚性模具。
在1985到1991年，MIT和Cyril Bath公司及海军研究实验室设计制造了一种新型的可自动调整型面的拉伸成形离散模，使用时其表面覆一层弹性垫层以防止板料表面产生凹坑。
模具的结构形式和基本单元体的结构如图1所示。
波音、空客等公司都陆续购买、引进了多台蒙皮拉伸成形柔性离散模，进行蒙皮零件的拉伸成形。
国内北京航空制造工程研究所在现有柔性多点模具基础上，针对大型柔性多点模具，采用新型的调形驱动机构及伺服轴离合复用技术，实现与冲头驱动源分合，大大减少了驱动电机的数量，并开发出了具有价格竞争力的蒙皮拉伸成形多点模系统。
李明哲从90年代初期就开始进行离散模冲压技术的研究，开发了专用成形设备，取得了一系列的成果，在建筑结构件与装饰件、高速列车流线型车头覆盖件、船体外板及人脑颅骨修复体等产品的成形上发挥了重要作用。
图2（a）是利用片层式离散模进行的拉弯成形实验装置。
离散模应用拉弯成形时，由于型材拉弯零件截面复杂不同于板料拉形，因此需要模块化的结构。
1-材料成形理论基础
材料成形工艺基础1第一章 材料成形理论基础液态成形--铸造 固态成形--锻造 固态连接--焊接21第一节 液态成形基础1、液态金属的结构液态金属在结构上更象固态而不是汽态，原子之间 仍然具有很高的结合能。
液态金属的结构特征 液态金属内存在近程有序的原子集团。
这种原子集团是不稳定 的，瞬时出现又瞬时消失。
所以，液态金属结构具有如下特 点： l）液态金属是由游动的原子团构成。
2）液态金属中的原子热运动强烈，原子所具有的能量各不相 同，且瞬息万变，这种原子间能量的不均匀性，称为能量起 伏。
3）由于液态原子处于能量起伏之中，原子团是时聚时散，时 大时小，此起彼伏的，称为结构起伏。
3第一节 液态成形基础1、液态金属的性质液态金属是有粘性的流体。
粘度的物理本质是原子间作 相对运动时产生的阻力。
表面张力：在液体表面内产生的平行于液体表面、且各 向均等的张力421.2铸件的凝固组织合金从液态转变成固态的过程，称为一次结晶 或凝固。
当液态金属冷却至熔点以下，经过一定时间的孕 育，就会涌现一批小晶核，随后这些晶核按原子规则 排列的各自取向长大，与此同时又有另一批小晶核生 成和长大，直至液体全部耗尽为止。
51.2铸件的凝固组织合金从液态转变成固态的过程，称为一次结晶 或凝固。
一次结晶从物理化学观点出发，研究液态金属的 生核Formation of stable nuclei 、长大Growth of crystals、结晶组织的形成规律。
凝固从传热学观点出发，研究铸件和铸型的传热过 程、铸件断面上凝固区域的变化规律、凝固方式与 铸件质量的关系、凝固缺陷形成机制等。
631.2铸件的凝固组织凝固组织分宏观和微观。
宏观组织：铸态晶粒的形态、大小、取向、分布 微观组织：晶粒内部的亚结构的形状/大小/相 对分布/缺陷等 晶粒越细小均匀，金属材料的强度和硬度越高，塑 性和韧性越好。
71.3铸件的凝固方式和控制铸件的工艺原则铸件的凝固方式逐层凝固方式(skin-forming solidification) 糊状凝固方式(mushy solidification) 中间凝固方式(middle solidification)。
金属材料八大成形工艺
金属材料八大成形工艺金属材料成形方法是零件设计的重要内容，也是制造者们极度关心的问题，金属成形工艺的八大工艺：铸造、塑性成形、机加工、焊接、粉末冶金、金属注射成型、金属半固态成型、3D打印。
01铸造液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，通常称为金属液态成形或铸造。
工艺流程：液体金属→充型→凝固收缩→铸件工艺特点：1）可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。
2）适应性强，合金种类不受限制，铸件大小几乎不受限制。
3）材料来源广，废品可重熔，设备投资低。
4）废品率高、表面质量较低、劳动条件差。
铸造分类：（1）砂型铸造（sand casting）砂型铸造：在砂型中生产铸件的铸造方法。
钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。
工艺流程：技术特点：1）适合于制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯；2）适应性广，成本低；3）对于某些塑性很差的材料，如铸铁等，砂型铸造是制造其零件或，毛坯的唯一的成形工艺。
应用：汽车的发动机气缸体、气缸盖、曲轴等铸件（2）熔模铸造(investmentcasting)熔模铸造：通常是指在易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方案。
常称为“失蜡铸造”。
工艺流程：优点：1）尺寸精度和几何精度高；2）表面粗糙度高；3）能够铸造外型复杂的铸件，且铸造的合金不受限制。
缺点：工序繁杂，费用较高应用：适用于生产形状复杂、精度要求高、或很难进行其它加工的小型零件，如涡轮发动机的叶片等。
（3）压力铸造(die casting)压铸：是利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内，金属液在压力作用下冷却凝固而形成铸件。
工艺流程：优点：1）压铸时金属液体承受压力高，流速快2）产品质量好，尺寸稳定，互换性好；3）生产效率高，压铸模使用次数多；4）适合大批大量生产，经济效益好。
材料成形原理--固态成形部分
机械学院--固态成形部分《材料成形原理》习题解（1）绪论1、什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？答：在外力的作用下使金属材料发生永久的塑性变形而不破坏其完整性的能力称为金属的塑性。
金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法称为塑性成形。
塑性成形的特点是（1）组织、性能好；（2）材料利用率高；（3）如在模具中成型，尺寸精度高，生产效率高。
第六章1、如何完整的表示受力物体内任一点的应力状态？原因何在？答：为了完整的表示受力物体内任一点的应力状态，围绕该点切取一平行于坐标轴的六面体作应力单元体，用三个微分面上的应力来完整的描述该点的应力状态。
在一般情况下表示一点的应力状态须用九个应力分量来描述，由切应力互等定理，只须用六个应力分量来描述，如果以主轴作坐标系，一点的应力状态只须用三个应力分量来描述。
应力单元体，应力张量，应力莫尔圆，应力椭球面都是点的应力状态的表达方法。
2、叙述下列术语的定义或含义：张量：张量是矢量的推广，可以定义由若干个当坐标系改变时满足转换关系的分量所组成的集合为张量应力张量：在一定的外力条件下，受力物体内任一点的应力状态已被确定，如果取不同的坐标系，表示该点的应力状态的九个应力分量将有不同的数值，而该点的应力状态并没有变化，因此，在不同坐标系中的应力分量之间应该存在一定的关系。
符合数学上张量之定义，表示该点的应力状态的九个应力分量构成一个二阶张量，称为应力张量。
应力张量不变量：应力状态特征方程式中的系数J1、、J2、J3、不随坐标而变，所以将J1、、J2、J3、称为应力张量的第一、第二、第三不变量。
主应力：切应力为零的微分面称为主平面，主平面上的正应力称为主应力。
主切应力：切应力达极大值的微分面称为主切应力平面，主切应力平面上的切应力称为主切应力。
最大切应力：三个主切应力中绝对值最大的一个。
主应力简图：只用主应力的个数及符号来描述一点应力状态的简图。
材料的成形加工与凝固技术
历程 中至 少要 经历 …次凝 固过 程 锻 件 和型材在 生 产过 程 中首先 要铸造成 坯 ，进 而进行 塑性 变形及热
处 理 。铸 件 生 产 过 程 更 是 完 全 由 凝 固 过 程 控 制 的 。 除 此 之 外 ，凝 固 过 程 控 制 成 为 新 材 料 研 制 的 重 要 手
近 年 来 受 到 广 泛 重 视 的凝 固过 程 研 究 的新 课 题 及 其 由此 可能 带 来 的技 术 进 步 。
［ 键词 ］ 关
材料 ； 戚形加 ＿； 丁 凝固技术 ［ 献标 识码 ］ Ａ 文 ［ 章 编 号 ］ １０ —１ ２ （０２ ６ ００ — ４ 文 ９ ７ ２ ０）０ — ０１ ０ ０ ４ 其 次 ， 金 属 材 料 的 制 备 、成 形 与 加 工 ，历 来 是 能 源 、原 材 料 消 耗 巨 大 ， 环 境 污 染 严 重 的 工 业 领 域 。
［ 稿 日期 ］ ２ ０ Ｉ 收 ０１ ２—０ ６ 【 基金 项 目］ 国 家重 点 基 础 研 究 资 助项 目 ‘ ０ ０ ６ ２ ２ Ｇ２０ ０ ７ ０ ）
论一直伴 随着 工业 技 术 的 进 步 在不 断 发 展 ， 自 ２ ０
世纪 ６ ０年 代 以 来 其 发 展 速 度 加 快 。 正 如 美 国 麻 省 理 工 学 院 材 料 系 主任 Ｅ ｇ ｒ 授 在 第 三 届 环 太 平 洋 ａｅ 教 先 进 材 料 与 加 工 国 际 会 议 主 题 报 告 中 所 指 出 的 ，材
金属及 其制 品在 其质量 大 幅度提高 的 同时 ，销售价 格却 在不 断 下降 ，ｌ６一 ｌ９ ９０ ９５年 的 ３ ５年 中 ，下降 幅度 达 到 ５％ ；ｂ １ ３ ．材料 制 备 、成 形 与加 工过 程体
金属材料半固态凝固及成形技术进展
关 键 词 ：金属材 料 ；半 固态 ；凝固 ；成形
中 图分 类 号 ：Ｔ ２４ ３；Ｔ ２ ９ ２ Ｇ ４ ． Ｇ ４ ．
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１７ ６ ４—３ ６ （ ０ ０ ０ ０ ２ ０ ９ ２ ２ １ ） ７— ０ ７— ７
ＫＡＮＧ ｎ ｌｎ， Ｓ Ｙｏ ｇ ｉ ＯＮＧ ｎ ｏ， ＹＡＮＧ ｉ ｑ ｎ Ｒｅ ｂ Ｌ ｕ ｉ ｇ， ＺＨＡＮＧ ａ Ｆｎ
（ ｔｔ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｏ ｖ ｎ ｅ ｔｌ ａ ｄＭａｅ ａｓ ｃ ｏｌｏ ｔｒａｓＳ ｉｎ ｅａ ｄ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ＳａｅＫｅ ａ ｏａｏ ｆｒＡｄ ａ ｃ ｄ Ｍｅａｓ ｎ ｔｒ ｌ，Ｓ ｈ ｏ ｆＭａｅ ｌ ｃｅ ｃ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇ． ｙ ｉ ｉ ｉ
来越广泛的关 注 ，对半 固态凝 固成形 技术 的研究 已成为 近 年 国内外金属材料领域竞相开展 的一个方 向。 从 １９ ９ ０年至 ２０ ０ ８年 ，国际上先 后 召开 了 １ ０届合 金 及 复合 材料 半 固态加 工学 术研 讨会 ，２ １ ０ ０年 ９月 将在 北
Ｕ ｉ ｒｉ ｆ ｃ ｎ ｅａｄＴ ｃｎｌｇ ｅ ｉｇ ｅ ｉｇ１ ０ ８ ，Ｃ ｉａ ｎｖ ｓｙｏ ｉ ｃ ｎ ｅ ｈｏｏｙＢ ｉｎ ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ ｈｎ ） ｅ ｔ Ｓｅ ｊ ｊ
Ａｂ ｔ ｃ ：Ｔ ｅ ｈｓ ｒ ａ ｄ ｃ ｒ ｎ ｉ ａ ｏ ０ ｓｍｉ ｏ ｄ ｓｌ ｉｃ ｔ ｎ ａ ｄ ｆｒ ｉｇ ｔｃ ｎ ｌｇ ｅｅｇ ｎ ｒ ｌ ｉ ｒ． ｓ ｒ ｔ ｈ ｉ ｏｙ ｎ ｕｒ ｔ ｔ ｔ ｎ ｆｒ ｅ — ｌ ｏ ｄｆ ａ ｏ ｎ ｍ ｎ ｅ ｈ ｏ ｙ ｗ ｒ ｅ ｅａ ｙ ｎ ｏ ａ ｔ ｅ ｓｕ ｉ ｓｉ ｉｉ ｉ ｏ ｏ ｌ ｔ
材料成型技术基础和机械制造工艺基础复习资料
材成型技术基础和机械制造工艺基础1. 在机械性能&是指塑性2. 熔模铸造的主要牛产过程有：压制蜡模，结壳，脱模，造型，焙烧和浇注。
3. 常用的特种铸造方法有：熔模铸造，金属型铸造，压力铸造，离心铸造，低压铸造和4. 影响液态金属充型能力的因素有金属的流动性、铸型性质、浇注条件、铸件结构四个5.6. 根据石墨的形状特征不同，可以将铸铁分为：萱通灰口铸铁，可锻铸铁和球墨铸铁等7. 铸件中可能存在的气孔有侵入气孔，析出气孔，反应气孔三种。
8. 金属粉末的基本性能包括成分、粒径分布、颗粒形状和大小以及技术特征等。
9. 砂型铸造常用的机器造型方法有震实造型、微震实造型、高压造型、抛砂造型等。
10晶）11 .合金的（液态收缩）和（凝固收缩）是形成铸件缩孔和缩松的基本原因。
1213按铸造应力产生的原因不同可分为（热应力）。
和（机械应力）14铸件顺序凝固的目的是（防止缩孔15控制铸件凝固的原则有二个，即（同时凝固固和16 .焊接变形的基本形式有：收缩变形，角变形，弯曲变形，波浪变形和扭曲变形。
17 .影响陶瓷坏料成型形因素主要有：胚料的可塑性，泥浆的流动性，泥浆的稳定性。
18熔化焊接用焊条通常由焊芯和药皮组成，其中焊芯的主要作用为（作为电源的一个电弧、熔化后作为填充材料，与母材一起构成焊缝金属等。
19 .焊条药皮由：稳弧剂，造渣剂，造气剂，脱氧剂，合金剂和粘结剂组成20 .焊接的主要缺陷有气孔，固体夹杂，裂纹，未熔合，未焊透，形状缺陷等。
21焊条的药皮由稳弧剂，造渣剂，造气剂，脱氧剂，合金剂和粘接剂组成。
22 与埋弧自动焊相比，手工电弧焊的有点在于可焊的空间位置多23 .熔模铸造的主要牛产过程有压制蜡模，结壳，脱壳，造型，焙烧和浇注24影响陶瓷坯料成形因素主要有胚料的可塑性，泥浆的流动性，泥浆的稳定性。
25影响金属焊接的主要因素有温度、压力。
26粉末压制生产技术流程为粉末制取、配混、压制成型、烧结、其他处理加工。
材料成型试题及答案
材料成型试题及答案 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】材料成型复习题（样卷）一、名词解释1落料和冲孔：落料和冲孔又称冲裁，是使坯料按封闭轮廓分离。
落料是被分离的部分为所需要的工件，而留下的周边是废料；冲孔则相反。
2 焊接：将分离的金属用局部加热或加压，或两者兼而使用等手段，借助于金属内部原子的结合和扩散作用牢固的连接起来，形成永久性接头的过程。
3顺序凝固：是采用各种措施保证铸件结构各部分，从远离冒口的部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，实现由远离冒口的部分最先凝固，在向冒口方向顺序凝固，使缩孔移至冒口中，切除冒口即可获得合格零件的铸造工艺同时凝固：是指采取一些工艺措施，使铸件个部分温差很小，几乎同时进行凝固获得合格零件的铸造工艺。
4．缩孔、缩松：液态金属在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩，因而在铸件最后凝固部位出现大而集中的孔洞，这种孔洞称为缩孔，而细小而分散的孔洞称为分散性缩孔，简称缩松。
5.直流正接：将焊件接电焊机的正极，焊条接其负极；用于较厚或高熔点金属的焊接。
6 自由锻造：利用冲击力或压力使金属材料在上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间产生变形，从而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件的成形过程。
7模型锻造：它包括模锻和镦锻，它是将加热或不加热的坯料置于锻模模膛内，然后施加冲击力或压力使坯料发生塑性变形而获得锻件的锻造成型过程。
8.金属焊接性：金属在一定条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料对焊接加工的适应性。
9，粉末冶金：是用金属粉末做原料，经压制后烧结而制造各种零件和产品的方法。
10钎焊：利用熔点比钎焊金属低的钎料作填充金属，适当加热后，钎料熔化将处于固态的焊件连接起来的一种方法。
11直流反接：将焊件接电焊机的负极，焊条接其正极；用于轻薄或低熔点金属的焊接。
二、判断题（全是正确的说法）1、铸件中可能存在的气孔有侵入气孔、析出气孔、反应气孔三种。
第三章 固态材料塑性成形 材料成型技术基础
检验 锻件
1）绘制锻件图
锻件图是以零件图为基础结合自由锻过程 特征绘制的技术资料。 锻件图是组织生产过程、制定操作规范、 控制和检查产品品质的依据。
锻件图绘制时要考虑的因素：
(1) 敷料 敷料是为了简化锻件形状、便于锻造而增 添的金属部分。自由锻适宜于锻制形状简单的锻件，对零 件上一些较小的凹挡、台阶、凸肩、小孔、斜面和锥面等 应进行适当的简化，以减少锻造的困难，提高生产率。 (2) 加工余量 自由锻件的精度低、表面品质较差，需 再经切削加工才能成为零件，应留足加工余量。锻件加工 余量的大小与零件的形状、尺寸、加工精度和表面粗糙度 等因素有关，通常自由锻件的加工余量为4～6mm。 (3) 锻件公差 锻件名义尺寸的允许变动量。自由锻 件的公差一般为±1～±2mm 。
塑性成形应避免在脆性区 （蓝脆区与热脆区）加热
2）变形速度
变形速度↑，使金属晶体的临界剪应力升 高，断裂强度过早达到，塑性降低；再结晶来 不及克服加工硬化，可锻性↓； 变形速度↑，变形产生的热效应提高温度， 可锻性↑。
3）应力状态 塑性变形时，三各方向的压应力的数目越多， 则金属表现的塑性越好；拉应力的数目越多， 则塑性越差。且同号应力状态下引起的变形抗 力大于异号应力状态下的变形抗力。
举 例
双联齿轮，批量为10件/月，材料为45钢。
该双联齿轮属小批量生产，采用自由锻。
φ25mm的孔，放加工余量后小于φ20mm，无法锻 出。不采用锻孔，该孔由机械加工成形。
退刀槽用敷料。
半径上工余量放3.5mm，高度上工余量放3mm。
锻件公差取±1mm。
2）坯料尺寸计算
坯料质量可按下式计算： G坯料=G锻件+G烧损+G料头 式中 G烧损——加热时坯料表面氧化烧损 的质量(通常第一次加热取被加热金属的2%～ 3%，以后各次加热取1.5%～2%) G料头——锻造中被切掉或冲掉的那 部分金属质量
第三章固态成形技术
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3.2.2 塑性变形基本规律
⑴体积不变规律
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（又叫质量恒定定理 ）
⑵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。(最小周边法则 ） （3）加工硬化
材 料 科 学 与 工 程 系 Department of Materials Science & Engineering
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3.3.1 自由锻造
2）计算坯料质量和尺寸
①确定坯料质量： G坯料=G锻件+G烧损+G料头 式中：G坯料——坯料质量。 G锻件——锻件质量。 G烧损——加热时坯料因表面氧化而烧损的 质量，第一次加热取被加热金属质量分数的 2%~3%，以后各次加热取1.5%~2.0%； G料头——锻造过程中被冲掉的那部分金属 的质量，如冲孔时坯料中部的料芯，修切端部产 生的料头等。
材料成形技术基础
第三章 固态材料塑性成形过程
材 料 科 学 与 工 程 系 Department of Materials Science & Engineering
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主要内容
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节 概述
金属塑性成形过程的理论基础 锻造方法 板料成形方法
其它他塑性成形简介
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3.3.1 自由锻造
典型锻件的锻造比
锻件名称 计算 部位 锻造比 锻件 名称 计算 部位 锻造比
碳素钢轴类 最大 零件 截面
合金钢轴类 最大 零件 截面 热轧辊 冷轧辊 齿轮轴 辊身 辊身 最大 截面
2.0~2.5
2.5~3.0 2.5~3.0 3.5~5.0 2.5~3.0
材料成型技术基础--名词解释
名词解释一、二章(绪论+铸造成型)：1缩孔、缩松：液态金属在凝固的过程中，由于液态收缩和凝固收缩，因而在铸件最后凝固部位出现大而集中的孔洞，这种孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。
2顺序凝固：指采用各种措施保证铸件结构各部分，从远离冒口部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，实现由远离冒口的部分最先凝固再向冒口方向顺序凝固的凝固方式。
3同时凝固：由顺序凝固的定义可得。
4偏析：铸件凝固后截面上不同部位晶粒内部化学成分不均匀的现象称为偏析。
5:宏观偏析：其成分不均匀现象表现在较大尺寸范围，也称为区域偏析。
6微观偏析：指微小范围内的化学成分不均匀现象。
7流动性：液态金属自身的流动能力称为“流动性”。
8充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力叫充型能力。
9正偏析：当溶质的分配系数K>1的合金进行凝固时，越是后来结晶的固相，溶质的浓度越低，这种成分偏析称之为正偏析。
10逆偏析：当溶质的分配系数K<1的合金进行凝固时，越是后来结晶的固相，溶质的浓度越高，这种成分偏析称之为逆偏析。
11：自由收缩：铸件在铸型中收缩仅受到金属表面与铸型表面的摩擦阻力时，为自由收缩。
12：受阻收缩：如果铸件在铸型中的收缩除了受到金属表面与铸型表面的摩擦阻力，还受到其他阻碍，则为受阻收缩。
13：析出性气孔：溶解于熔融金属中的气体在冷却和凝固的过程中，由于溶解度的下降而从合金中析出，当铸件表面已凝固，气泡来不及排除而保留在铸件中形成的气孔。
14：反应性气孔：浇入铸型的熔融金属与铸型材料、芯撑、冷铁或熔渣之间发生化学反应所产生的气体在、铸件中形成的孔洞，称为反应气孔。
15：侵入性气孔：浇注过程中熔融金属和铸型之间的热作用，使型砂和型芯中的挥发物挥发生成，以及型腔中原有的空气，在界面上超过临界值时，气体就会侵入金属液而不上浮逸出而形成的气孔。
三章（固态材料塑性成型）1金属塑性变形：是指在外力作用下，使金属材料产生预期的变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。
连接成形
工件的纵、环焊缝的批量生产。
气袋 a)焊剂垫
焊剂 b) 焊剂-铜垫
铜垫
钢垫板 c) 钢垫板 平板对接焊接工艺 d) 锁底对接
30～70
30～70
环缝自动焊示意图
气体保护焊
气体保护焊是利用保护性气体防止外界有害气体对熔
池进行侵害的特殊焊接方法。它适于一些化学性质活泼的
金属焊缝的焊接作业。
氩弧焊
CO2气体保护焊示意图
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二氧化碳气体保护焊 1）焊接过程：用二氧化碳气体保护熔池。 常分为自动和半自动。 2）特点及应用 （1）特点 ☆生产率高 ； ☆焊接质量好； ☆成本低，二氧化碳价低； ☆操作性能好； ☆飞溅大、烟雾大，易产生气孔，设备贵。 （2）应用 适用机车、造船、机械化工等。
不可拆
• 焊接是现代工业生产中应用最广泛的一种连接金 属的工艺方法。 • 焊接主要用于制造金属结构、机器零件、部件和 工具等。
• 焊接实质与分类 – 实质：通过加热或加压或既加热又加压使原子扩散 与结合，从而形成一个整体。 – 分类：（按特点分）
• 1、熔化焊：利用局部加热的方法，把工件结合处加热为 熔化态，形成熔池，冷却结晶，形成牢固接头。电弧焊 、气焊、电渣焊。 • 2、压力焊：焊接时不管加热与否，都要施加一定压力， 使两焊件产生一定塑性变形，在压力下形成牢固接头。 电阻焊、摩擦焊、冷压焊、爆炸焊。 • 3、钎焊：对被焊件和充填金属加热，焊件不熔化，钎料 熔化，填充于被焊金属连接处。原子扩散形成接头。锡 焊、铜焊。
焊接变形的基本形式
序 号 变形形式 图 例 变形特征 产生原因
1
收缩变形
沿焊缝长度和宽 度方向缩短
由焊缝纵向收缩 和横向收缩引起
材料成形技术基础知识点总结
铸造：将熔融的液体浇注到与零件的形状相适应的铸型型腔中,冷却后获得逐渐的工艺方法。
1、铸造的实质利用了液体的流动形成。
2、铸造的特点A 适应性大(铸件分量、合金种类、零件形状都不受限制)；B 成本低C 工序多，质量不稳定，废品率高D 力学性能较同样材料的锻件差。
力学性能差的原因是：铸造毛胚的晶粒粗大,组织疏松, 成份不均匀3、铸造的应用铸造毛胚主要用于受力较小，形状复杂(特别是腔内复杂)或者简单、分量较大的零件毛胚。
1、铸件的凝固(1)铸造合金的结晶结晶过程是由液态到固态晶体的转变过程.它由晶核的形成和长大两部份组成。
通常情况下,铸件的结晶有如下特点：A 以非均质形核为主B 以枝状晶方式生长为主.结晶过程中，晶核数目的多少是影响晶粒度大小的重要因素，因此可通过增加晶核数目来细化晶粒. 晶体生长方式决定了最终的晶体形貌，不同晶体生长方式可得到枝状晶、柱状晶、等轴晶或者混合组织等.(2)铸件的凝固方式逐渐的凝固方式有三种类型:A 逐层凝固B 糊状凝固C 中间凝固2、合金的铸造性能(1)流动性合金的流动性即为液态合金的充型能力，是合金本身的性能。
它反映了液态金属的充型能力，但液态金属的充型能力除与流动性有关，还与外界条件如铸型性质、浇注条件和铸件结构等因素有关，是各种因素的综合反映。
生产上改善合金的充型能力可以从一下各方面着手：A 选择挨近共晶成份的趋于逐层凝固的合金,它们的流动性好；B 提高浇注温度，延长金属流动时间；C 提高充填能力D 设置出气冒口，减少型内气体，降低金属液流动时阻力。
(2)收缩性A 缩孔、缩松形成与铸件的液态收缩和凝固收缩的过程中.对于逐层凝固的合金由于固液两相共存区很小甚至没有，液固界面泾渭分明，已凝固区域的收缩就能顺利得到相邻液相的补充，如果最后凝固出的金属得不到液态金属的补充，就会在该处形成一个集中的缩孔。
适当控制凝固顺序，让铸件按远离冒口部份最先凝固，然后朝冒口方向凝固, 最后才是冒口本身的凝固(即顺序凝固方式) ,就把缩孔转移到最后凝固的部位—- 冒口中去，而去除冒口后的铸件则是所要的致密铸件。
材料成形工艺第一章 材料成形工艺的发展概况、作用、特点及发展趋势
四、材料成形工艺的分类
根据材料种类和成形方法的不同，材料成形工艺大致的分 类如图１-１所示。此外，若按制件的机械加工余量及公差大小， 还可分为一般铸锻成形和精密成形。
材料成形固态金属塑性成形体积金属成形自由锻胎模锻模 锻开式模锻闭式模锻特种模锻板料金属成形弯曲冲裁拉深特种 成形液态金属铸造成形重力作用下铸造金属型铸造砂型铸造熔 模铸造消失模铸造外力作用下铸造离心力铸造压力铸造挤压铸 造反重力铸造金属材料连接成形压焊电阻焊摩擦焊熔焊电弧焊 (熔焊的主要方法)钎焊钎焊高分子材料成形塑料成型挤出成型 注射成型中空成型压缩成型橡胶成形压铸成形压制成形注压成 形压出成形分类的作用主要是为了制订成形方案和模具、模型 与工装设计。显然，类型相同和相近的工艺其成形工艺方案、 模具或模型与工装设计方法相同或相近。
目前，精化毛坯应用广泛，例如精密铸件、精密锻件、板料 精密冲裁件等。精密成形较为普遍的方法是，将零件上难于进行 切削加工的、形状复杂的部分采用精密成形工艺，使其完全达到 最终形状与尺寸精度，而其余容易采用切削加工的部分，仍采用 切削加工方法使其达到最终要求。近年来，有的齿轮加工就采用 这一方法，即齿形采用精铸或精锻，而小花键孔和一些窄的台阶 面均采用切削加工，效果良好。
二、材料成形工艺的作用和地位
材料成形工艺在汽车、拖拉机与农用机械、工程机械、动力机 械、起重机械、石油化工机械、桥梁、冶金、机床、航空航天、 兵器、仪器仪表、轻工和家用电器等制造业中，起着极为重要 的作用。它是实现这些行业中的铸件、锻件、钣金件、焊接件、 塑料件和橡胶件等生产的主要方式和方法。 材料成形工艺是整个制造技术的一个重要领域，金属材料约有 70%以上需经过铸、锻、焊成形加工才能获得所需制件，非金 属材料也主要依靠成形方法才能加工成半成品或最终产品。
金属加工工艺复习资料
⾦属加⼯⼯艺复习资料题型：填空（20*0.5）判断（10*1）名词解释（6*3）简答（8*5）问答（18）实验分析（4）第1-2章：⼀、名词解释1、缩孔、缩松：液态⾦属在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现⼤⽽集中的孔洞，称缩孔；细⼩⽽分散的孔洞称分散性缩孔，简称为缩松。
2、顺序凝固和同时凝固：顺序凝固是采⽤各种措施保证铸件结构上各部分，从远离冒⼝的部分到冒⼝之间建⽴⼀个逐渐递增的温度梯度，实现由远离冒⼝的部分最先凝固，向冒⼝的⽅向顺序地凝固，使缩孔移⾄冒⼝中，切除冒⼝即可获得合格的铸件。
同时凝固是指采取⼀些技术措施，使铸件各部分温差很⼩，⼏乎同时进⾏凝固。
因各部分温差⼩，不易产⽣热应⼒和热裂，铸件变形⼩。
3、宏观偏析、微观偏析：宏观偏析也称为区域偏析，其成分不均匀现象表现在较⼤尺⼨范围，主要包括正偏析和逆偏析。
微观偏析指微⼩范围内的化学成分不均匀现象，⼀般在⼀个晶粒尺⼨范围左右，包括晶内偏析（枝晶偏析）和晶界偏析。
4、流动性、充型能⼒：流动性指熔融⾦属的流动能⼒,它是影响充型能⼒的主要因素之⼀。
液态合⾦充满铸型型腔,获得形状完整,轮廓清晰铸件的能⼒,称合⾦的充填铸型能⼒，简称合⾦的充型能⼒。
5、正偏析、逆偏析：如果是溶质的分配系数k>1的合⾦，固液界⾯的液相中溶质减少，因此愈是后来结晶的固相，溶质的浓度愈低，这种成分偏析称之为正偏析。
当溶质的分配系数k<1的合⾦进⾏凝固时，凝固界⾯上将有⼀部分溶质排向液相，随着温度的降低，溶质的浓度在固浓界⾯处的液相中逐渐增加，愈是后来结晶的固相，溶质浓度越⾼，这种成分偏析称之为逆偏析。
6、⾃由收缩、受阻收缩：铸件在铸型中的收缩仅受到⾦属表⾯与铸型表⾯之间的摩擦阻⼒时，为⾃由收缩。
如果铸件在铸型中的收缩受到其他阻碍，则为受阻收缩。
7、析出性⽓孔、反应性⽓孔、侵⼊性⽓孔：溶解于熔融⾦属中的⽓体在冷却和凝固过程中，由于溶解度的下降⽽从合⾦中析出，当铸件表⾯已凝固，⽓泡来不及排除⽽保留，在铸件中形成的⽓孔，称析出⽓孔。
材料成形过程技术综合概述
1.2.3.1 焊接成形的基本问题
➢ (冶金)原理: 焊接热过程;物化冶金过 程;应力应变过程。
➢ 工艺及质量控制: 焊接方法的工艺特点; 工艺参数，焊接缺陷及检测。
➢ 设备与控制: 焊接电源;控制系统;配套 设备。
1.2.3.2 焊接技术的发展
真空状态）等； ⑶ 直接产生于加工材料中的质量力
实现机械基本过程的能源主要是电能源和化学能
二、 能 量 流 程 (续)
基本过程为热过程的能量流程
热基本过程所需热量通常由电能、化学能或机械能 转化而得。
热量可在加工材料内部直接产生（直接加热）； 也可在加工材料外部产生，然后再通过传导、对流、 辐射等传递给加工材料（间接加热）。
1.2.1 凝固成形
凝固成形： 熔炼化学成分合格的金属，并 将熔融液态金属浇注、压射或吸入预制的型 腔中，凝固成为一定形状和性能的毛坯和零 件。凝固成形工艺有铸造、液态冲压和液态 模锻等。
铸造成形工艺的特征是质量不变过程， 它包括液态金属充填型腔和冷却凝固两个基 本过程。充填主要是机械过程，而凝固是热 过程。
1.2.2 塑 性 成 形
塑性成形：利用金属在外力作用下所产生的塑性 变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的 原材料、毛坯或零件的工艺方法。称为塑性成形， 亦称压力加工。
常见方法：轧制、挤压、拉拔、体积成形和板料 冲压等。
塑性成形属直通过程，主要基本过程是塑性 变形；能量类型主要是电能和化学能。形状信息 是由含有一定形状信息量的工模具和工模具与被 加工材料的相对运动共同产生，性能信息来自材 料自身性质和成形过程中的转变特性。
发散流程 对应于质量减少过程，其特点是零件最终的几 何形状局限在材料的初始几何形状内。也就是说，材料改变 是通过去除一部分材料形成的。相应的加工方法有传统的切 削加工，电火花加工、电解加工、热切割和冲裁等。发散流 程的材料只能是固态。
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钎 焊 钎料被加热到熔化（液态）
钎料的结晶或凝固
金属焊接成形的实质：将分离的金属用局部加热或加压等手段，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。
特点与应用：在焊接广泛应用之前，金属结构件的连接靠铆接。与铆接比较，焊接具 有节省材料、减轻重量；接头的密封性好，可承受高压；简化加工与装配工序，缩短 生产周期，易于实现机械化和自动化生产等优点。广泛应用于机械制造中的毛坯生产 和制造各种金属结构件，如高炉炉壳、建筑构件、锅炉与受压容器、汽车车身、桥梁、 船舶、飞机等。此外，焊接还用于零件的修复焊补等。
5）焊接缺陷
对各种焊接缺陷的特征、成因（见P327表10-4）、危害及防止措施应有一基本了解。
§10-2 各种常用焊接方法及其特点
表10-1各种焊接方法及其特点
焊接方法
埋弧焊
电
弧 熔焊 化 焊
气 氩弧焊 体 保 CO2保 护 护焊 电 弧 焊
工作原理
利用焊丝与焊件间产生 的电弧将覆盖其上的颗粒 状焊剂熔化，使电弧与外 界隔绝，焊丝自动进给， 不断熔化，冷凝后形成焊 缝
工艺特点
①自动化程度高，生产率高 ②焊缝质量好 ③节省焊接材料和电能 ④焊件变形小 ⑤改善劳动条件
应用
成批焊接中厚板、 长直焊缝和较大直径 焊件的环缝平焊
用保护性气体(氩气、二 氧化碳气体等)，将空气和 熔化金属机械隔开，防止
熔化金属氧化和氮化，焊
丝进给，不断熔化，冷凝 后形成焊缝
①采用氩弧焊，熔池可见性好，方便操作， 易实现自动和平自动化 ②适于薄板及有色件 ③焊缝质量高 ④CO2有氧化性，焊丝中需加脱氧元素
目前，焊接技术一般还存在一些问题，主要有焊接结构的残余应力和变形、焊接接 头性能不够均匀、焊接品质检验比较困难等。
§10-1 焊接成形过程
2）电弧焊的冶金过程及特点
焊接过程中的冶金反应不同于一般冶炼过程，有如下特点： ①焊接电弧和熔池液态金属的温度远高于一般的冶炼温度，金属的氧化、吸气和蒸 发现象严重； ②接头熔池体积小，周围又是温度较低的冷金属，因此，接头熔池处于液态的时间 很短，冷却速度极快，这样一方面不利于焊缝金属化学成分的均匀和气体、渣质的排 除，从而产生气孔和夹渣等缺陷；另一方面，使焊接构件形成较大的热（内）应力，造 成构件变形甚至开裂。 电弧焊工艺采取的技术措施： ①形成有效保护，限制空气侵入焊接区。如焊条药皮、焊剂、惰性保护气体等； ②添加合金元素以保证焊缝的成分及进行脱氧、脱硫和脱磷。如通过焊条药皮或焊 剂中添加合金元素、脱氧剂、脱硫剂等； ③从构件设计和焊接工艺采取措施，以减小焊接应力，防止焊件变形和开裂。
§10-1 焊接成形过程
低碳钢焊接接头的组织变化
ห้องสมุดไป่ตู้
§10-1 焊接成形过程
焊接应力产生的结果，就会导致变形，应力和变形的存在影响了焊接件的尺寸精度和 表面质量，降低了承载能力，甚至产生裂纹。因此，应通过合理的结构设计和必要的工艺 措施两方面来减小或消除焊接应力与变形，如通过采用合理的焊接顺序(拼板时，应先焊 错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝)，焊接前预热，加热适当的部位(减小焊缝热胀冷缩的 阻碍)，锤击焊缝，去应力退火等措施。
3）焊接接头组织与性能
焊接接头包括两部分：一部分是在焊接时经过熔化、凝固的金属，叫焊缝；另一部分 是紧靠焊缝受到加热、冷却作用发生组织变化的金属，称为热影响区。这两部分的组织 性能，决定了最终焊接接头的性能。
§10-1 焊接成形过程
（1）焊接工件上温度的变化与分布 在电弧热作用下，焊接接头金属都经历由常温状态迅速加热到一定温度，然后再快速 冷却到常温的过程；且离焊缝越近的点其加热速度越大，被加热的最高温度也越高，冷 却速度也越大。 （2）焊接接头的组成（焊缝、熔合区和热影响区）和性能
4）焊接应力与变形
焊接过程中，焊缝就相当于一个加热的杆件，焊缝周围部分可看成是具有一定的刚性 拘束，焊缝(杆件)受热时不能自由伸长，冷却时不能自由收缩，这样最终在焊缝处产生 拉应力，而周围金属产生压应力。刚性约束越大，最终产生的应力越大。
若焊接构件刚性不足，承受不了焊接应力就会产生变形，焊件通过变形可削弱焊接应 力状态。如果焊接应力超过焊接材料的强度极限，焊接件不仅发生变形，而且还会产生 裂纹，尤其是低塑性材料更易开裂。
厚大件的直缝焊接
单件小批量生产 板厚一般≥3mm，对 于1～2mm也可焊， 但品质不易保证 全位置焊和短、曲焊 缝
§10-2 各种常用焊接方法及其特点
电 对焊 阻 点焊 焊 滚焊 压
①焊缝和热影响区温度分布不均匀性以及焊接本身的特点，导致了焊缝区细小柱状 晶组织的产生以及热影响区经历了不同规范的“热处理”，这就引起了焊接接头的性能变 化；
②结合相图分析热影响区的组织，得出焊接的薄弱环节在熔合区和过热区； ③为提高焊接接头的性能，应减小热影响区的宽度。如采用合适的母材，正确的焊 接工艺、焊接方法以及焊后热处理等措施。
第10章固态材料的连接成形技术
10
目录
§10-1焊接成形过程 §10-2常用焊接方法及其特点
§10-3常用金属材料的焊接 §10-4固态粘接成形过程
§10-5塑料的焊接
固态材料的连接可分为永久性的或非永久性的两种。永久性连接主要通过
焊接和粘接过程实现。非永久性连接过程使用特制的连接件或紧固件(如铆钉、 螺栓、键、销等)将零件或构件连接起来。
所有金属材料除仰 焊外的全位置焊
电渣焊 手工电弧焊
利用电流通过熔渣而产 生电阻热来进行焊接
利用与焊条焊件间产生 电弧使药皮燃烧时产生大 量C02和熔渣起保护，焊 条进给，不断熔化，冷凝 后形成焊缝
①很厚工件可一次焊成 ②生产率高，焊缝金属比较纯净 ③焊缝金属组织粗大，焊后须正火
①适应性强 ②设备简单 ③灵活方便
本章主要讨论固态材料的永久性连接成形。焊接的部分应用。
南京长江大桥
烟管式锅炉
硝酸生产装置
铁素 体不
美F-22战机
§10-1 焊接成形过程
1、焊接成形过程特征和理论基础
1）焊接成形原理及特点
焊接成形原理：
焊接方法类别 接头处材料状态
连接原理
熔化焊 被加热到熔化（液态）
结晶或凝固
压力焊 被加热到半熔化（液态+高塑态） 结晶或凝固+塑变