材料成型第七章
金属塑性加工原理：第七章 滑移线场理论简介
正交对数螺线
正交圆摆线
等半径圆弧
3.滑移线场的建立
特殊滑移线场
直线滑移线场：由两族正交的直线构成的滑移线场。
简单滑移线场：一组为直线，另一组为曲线的滑滑移线场。
金属塑性加工中，许多平面应 变问题的滑移线场是由三角均 匀场和简单扇形场组合而成的， 称为简单滑移线场问题，如平 冲头压入半无限体、平冲头压 入、某些特定挤压比下的挤压、 剪切乃至切削加工。
1、亨盖应力方程（沿线特性）
亨盖应力方程给出了滑移线场内质点平均应力 的变化与滑移线转角 ω 的关系式。
m 2k 沿线 m 2k 沿线
, 在同一条滑移线上为常数
ma mb 2k(a b )
正号用于 线，负号用于 线
ma mb 2k(a b )
重要推论：
若滑移线场已经确定，且已知一条滑移线上任一点 的平均应力，则可确定该滑移线上各点的应力状态
第二节 滑移线与滑移线场的基本概念
塑性区内每点的应力状态可用平均应力 m 和最大切应力 K 表示，每点的切应力都是成双存在、互等且互相垂直的。
将塑性区内每点的最大切应力方向连接起来，得到两族相 互正交的曲线，称为滑移线，滑移线所遍及的整个塑性区构成 的场，称为滑移线场。
第一主方向顺时针转 / 4
第七章 滑移线场理论简介
主要内容
塑性平面应变状态下的应力莫尔圆与物理 平面
滑移线与滑移线场的基本概念 滑移线场的应力场理论 滑移线场在塑性成形中应用举列
重点：滑移线的基本概念；亨盖（H.Hencky)应 力方程、亨盖（H.Hencky)第一定理；应力边界条件； 常见的滑移线场；光滑平面冲头压入半无限体问题， 平面变形挤压问题。
滑移线场的建立
滑移线场的建立
第七章 成型物料的配制-高分子基础概论-北京化工大学-刘颖,信春玲课件
聚四氟乙烯（ PTFE）：
2） 性质： 出色的耐热、耐寒能力（-180～+260℃长期使 用）；摩擦系数极低，有自润滑效果；化学稳定性 极佳，俗称“塑料王”；极好的电绝缘性和介电性； 但强度低，抗蠕变性较差，尺寸稳定性差，不易加 工成型。
39
3）应用： 主要用于轴承、垫圈等自润滑材料及密封 材料；高温电缆绝缘材料、电器元件；化工管 道及零件；不粘锅涂层，医用材料等。
50
聚氨酯（ PU-polyurethane ）：
3）应用：
聚氨酯弹性体用作滚筒、传送带、软管、汽车零件、鞋 底、合成皮革、纤维、电线电缆和医用人工脏器等； 交联热固性PU可制作软质泡沫体用于车辆、居室 、服 装的衬垫 ，硬质泡沫体用作隔热 、吸音、包装、绝缘 以及低发泡合成木材； 涂料用于高级车辆、家具、木和金属防护，水池水坝和 建筑防渗漏材料，以及织物涂层等。 胶粘剂对金属、玻璃、陶瓷、皮革、纤维等都有良好的 粘着力。此外聚氨酯还可制成乳液、磁性材料等。
零件，医用材料
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聚丙烯（ PP-polypropylene)）：
——CH2—CH—— ［ ］ │ CH3
1） 结构单元：
无毒、无嗅、半透明蜡状固体，等规 立构结晶性材料，结晶度及结晶结构会影 响其力学性能及透明度。 分子极性比聚乙烯大。
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2）性质：
密度小（0.90左右），吸水性低。 力学性能（强度、模量等）高于聚乙烯，但室温 及低温冲击性差，耐寒性差。 耐热性高，熔点为165～170℃，制品可在 100℃以上进行消毒灭菌。 粘度低，好加工。 化学稳定性好，耐浓度低的酸碱，但不耐芳香族 和氯化烃溶剂。 介电常数较高，可用作受热电气绝缘件，介电强 度较高，适用作电器零件。 耐紫外线和耐候性不好，需加入稳定剂。 18 易燃烧。
材料工程基础课件-第七章 高分子材料成形与加工
挤出吹塑成形
• 挤出中空吹塑成形设备包括挤出机、管状 形坯挤出机头、吹塑模具、合模机构、液 压系统、压缩空气系统、电气控制系统等 部分。
• 挤出吹塑成形模具结构简单，投资少，操 作容易，适于多种塑料的中空吹塑成形。 缺点是壁厚不易均匀，需去除飞边。
注射吹塑成形
• 首先注射机将熔融塑料注入注射模内形成 管坯，管坯成型在周壁带有微孔的空心凸 模上，接着趁热移到吹塑内，然后从芯棒 的管道内通入压缩空气使型坯吹胀并贴于 模具的型腔壁上，最后经保压、冷却定型 后放出压缩空气，开模取出塑件。
1.5 塑料中空吹塑成形
• 中空成型形源于古老的玻璃吹瓶工艺，也称 吹塑成形。常用来成形包装容器（如各种瓶、 桶、箱）。
• 中空吹塑成型是把熔融状态的塑料型坯置于 模具内，压缩空气注入型坯中将其吹涨，使 吹涨后制品的形状与模具内腔的形状相同， 冷却定形后得到需要的产品。
• 根据成形方法的不同，可分为以下三种形式： 挤出吹塑、注射吹塑和拉伸吹塑。
真空成形
阴模成形 阳模成形
压力成形
将裁成一定尺寸和形状的片材，夹在模 具的框架上，让其在高弹态的适宜温度加 热软化，片材一边受热、一边延伸，而后 凭借施加的压力，使其紧贴模具的型面， 取得与型面相仿的形样，经冷却定型和修 整后即得制品。
压力成形
一次成型：通过加热使塑料处于粘流态的条件下 （温区：粘流温度Tf或熔融温度Tm以上），经过流 动、成型和冷却硬化(或交联固化)，而将塑料制成各 种形状的产品的方法； 如：挤出成型、注射成型、模压成型、压延成型 二次成型：是将一次成型所得的片、管、板等塑料成 品，加热使其处于类橡胶状态(在材料的Tg～Tf或Tm 间)，通过外力作用使其形变而成型为各种较简单形 状．再经冷却定型而得产品。 如：中空吹塑成型、热成型、拉幅薄膜成型
材料成型原理上册第七章
温度不够高或气体难以分解时
焊接温度下氢、氧等气体的溶解
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第七章 液态金属与气相的相互作用
二、气体的溶解度
溶解度 —— 在一定温度和压力条件下，气体溶
入金属的饱和浓度。
温度与压力
溶解度S的 影响因素
气体种类 合金成分
第七章 液态金属与气相的相互作用 20
1．温度和压力的影响
理想气体溶解度的平方根定律：
烧也会产生大量气体。
第七章 液态金属与气相的相互作用 14
高温下合金元素与铸型水蒸气反应产生氢气 ：
mMe nH2O MemOn nH2
造型材料中的碳及有机物燃烧，产生CO和CO2气体：
2C O2 2CO
CO 1 O2 CO 2 2
砂型组分分解： CaCO CaO CO 3 2
{Po2} > Po2 时，金属被氧化； {Po2} = Po2 时，处于平衡状态； {Po2} < Po2 时，金属被还原。
第七章 液态金属与气相的相互作用
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金属氧化物的分解压是温度 的函数，它随温度的升高而
增加。
除了 Ni 和 Cu 外，在同样 即最不稳定。FeO为纯凝聚 相时，其分解压为：
放热反应
不能形成稳定氢化物
第七章 液态金属与气相的相互作用
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氮、氢在铁中的溶解度
在铁的气化温度附近， 气体溶解度陡降。 氮、氢在液态铁中的溶解 度随温度升高而增大。 氮、氢在金属凝固 时溶解度陡降。 氮、氢在奥氏体中的 溶解度大于铁素体。
（ PN2 ＝PH2 = 0.1MPa ）
第七章 液态金属与气相的相互作用 24
材料成型第七章
第七章 金属的塑性成形方法 ------锻造
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1
第一节 锻造
锻造概念：把金属坯料加热至塑性状态，并施加静压力或冲 击力，使之变形，而获得制件的加工方法。 • 锻造要求 • 加热温度(对钢铁而言)：始锻温度 1050℃；终锻温度800 ℃左右; • 加热目的：提高塑性变形能力，降低塑性变形抗力，使坯料 容易压力成形； • 设备： • 施压设备:压力机、水压机(提供静压力)；锻锤(提供冲击 力)； • 加热设备:煤气炉、燃油炉、感应炉； • 分类： 自由锻造;模锻;胎模锻造
. 吨位一般为1000-31500t
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水压机
水压机:吨位（静压力）大，大型锻件生产的自由锻造设备。最大 吨位达3.5万吨。
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模锻模具（锻模）
• 锻模工作条件 • 受高温高压冲击；受很大张、压应力的作用；强烈摩擦力； • 锻模性能要求 • 高温强度、硬度；一定冲击韧性；较高热疲劳抗力；较好的
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1 自由锻造
• 自由锻造
• 自由含义：在水平方向 上自由变形，在垂直方 向上受压成形.
• 垂直方向（Z向）: 受力；
• 水平方向（X、Y 向）:自由变形。
• 设备 ：锻锤(空气锤、 蒸汽空气锤)(产生冲击 力)；
• 液压机(水压机,油压 机)(提供静压力)
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P
耐磨性 工作温度：400~600 ℃ 钢种：热作模具钢—５CrNiMo； 4Cr5MoSiV(H11)； 4Cr5MoSiV1(H13)等。
热处理：淬火＋高温回火
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锻模制造工艺
高分子材料成形工艺学电子教案(应宗荣)《高分子材料成形工艺学》各章小结汇总.doc
简要介绍塑料、化学纤维、橡胶、胶黏剂和涂料五类高分子材料各自的分类及品种。
简要介绍塑料、化学纤维、橡胶、胶黏剂和涂料五类高分子材料各自的部分特异性品质指标。
高分子材料的成形有黏流态成形、塑性成形和玻璃态成形三种形式。
高分子材料成形基本过程包括成形物料准备及配制、成形和后处理三个部分。
重点介绍塑料、化学纤维和橡胶成形的典型工艺流程图。
成形制品时选择材料及其成形工艺需遵循适用、经济和可行三大基本原则。
第一篇高分子成形基础理论第一章高分子材料的成形品质1•高分子材料的可成形性高分子材料的可成形性包括可挤出性、可纺性、可模塑性和对延性。
可挤出性主要取决于液态聚合物的流动性，流动性愈大，可挤出性愈好。
可挤出性与聚合物的内在性质、成形加工条件和加工设备的结构有关。
可挤出性可采用熔融指数、流动速率和流变性能进行评价。
可纺性是作为成纤聚合物的必要条件。
胀人型是正常的纺丝细流类型，液滴熨、漫流型和破裂型是纺丝过程必须避免出现的挤岀细流情形。
可纺性与流体黏度、表面张力、挤出速度和喷丝孔直径有关。
成纤聚合物应同时具有良好的热和/或化学稳定性及必要的物理力学性能。
可纺性理论认为断裂机理至少有内聚破坏和毛细破坏两种。
实际纺丝生产屮通常采用最大稳定纺丝速度或断头次数来判定聚合物的可纺性。
可模塑性主要取决于聚合物的流变性、模塑条件、热性质和其它物理力学性质等，对于热固性聚合物还与交联反应性能有关。
流动性愈大，可模塑性愈好。
可以采用测定聚合物流变性能评价可模塑性，但是生产上通常采用螺旋流动试验来判断可模塑性。
可延性収决于聚合物自身性质和塑性形变条件。
聚合物拉伸曲线有凸形曲线（a型）、先凸后凹形曲线（b型）和凹形曲线（c型）三种基本类型，b型曲线和c型曲线具有可延性。
通常采用拉伸试验机测试聚合物的表观拉伸应力一应变曲线评价可延性。
2•高分子成形的形变学特性从粘弹性、松弛特性和应力硬化3个角度讨论高分子成形的形变学特性。
线型聚合物是典型黏弹性材料，总形变由普弹形变、高弹形变和粘性形变三部分所组成。
材料成型概论第二章材料成型的基础220110427资料
挤压模具
结构钢—工程结构钢、机械结构钢
工程结构钢：大多规定了钢的最低抗拉强度、最低屈 服强度,使钢具有一定的综合力学性能，保证材料设计 和使用中结构部件的最低安全要求。 工程结构钢分为： 1.通用工程结构钢—碳素结构钢、低合金高强度结构钢 2.专用工程结构钢—压力容器用钢、锅炉用钢、桥梁用 钢；焊接用钢、汽车大梁用钢；地质钻探钢管用钢、 钢轨、铆螺钢；船用钢、管线钢、锚链钢等。
金属压力加工产品标准和技术要求
内容包括： 3 验收试验标准—验收规则、做试验时的取样部位、
试样形状和尺寸、试验条件和试验方法。 4 交货标准—钢材交货时的包装和标志方法，以及资
料证明书内容等。
2.2.1 钢铁材料的种类及编号
工程上常采用的分类方法主要有：
按主要性能及用途分类 按化学成分分类 按合金元素种类分类 按质量等级分类 按冶炼方法分类 按金相组织分类
材料成型概论
第一章 材料成型概述 第二章 材料塑性成型的基础 第三章 轧制成型 第四章 挤压成型 第五章 拉拔成型 第六章 锻造成型 第七章 冲压成型 第八章 陶瓷成型
2.2 金属材料的种类及编号
2.2.1 钢铁材料的种类及编号 2.2.2 铝 铝合金及铜 铜合金 2.2.3 钛及钛合金
高级优质钢 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.025 ≤0.025
特级优质钢 ≤0.025 ≤0.020 ≤0.025 ≤0.015
3. 钢材按用途分类
工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆
结构钢
滚动轴承钢
刃具钢
工 具 钢 模具钢
量具钢
特 殊 性 不锈钢 能 钢 耐热钢
耐磨钢
2.钢材按质量分类
钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。
材料成型传输原理课后答案(吴树森版)
第一章流体的主要物理性质1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质？答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。
它包括液体和气体。
流体的主要物理性质有：密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。
1-2某种液体的密度ρ=900 Kg／m3，试求教重度γ和质量体积v。
解：由液体密度、重度和质量体积的关系知：∴质量体积为1.4某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2MN／m2时体积为995cm3，当压为多少?强为1MN／m2时体积为1000 cm3，问它的等温压缩率kT公式(2-1):解：等温压缩率KTΔV=995-1000=-5*10-6m3注意：ΔP=2-1=1MN/m2=1*106Pa将V=1000cm3代入即可得到K=5*10-9Pa-1。
T注意：式中V是指液体变化前的体积1.6 如图1.5所示，在相距h＝0.06m的两个固定平行乎板中间放置另一块薄板，在薄板的上下分别放有不同粘度的油，并且一种油的粘度是另一种油的粘度的2倍。
当薄板以匀速v＝0.3m/s被拖动时，每平方米受合力F=29N，求两种油的粘度各是多少?解：流体匀速稳定流动时流体对板面产生的粘性阻力力为平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡，即代入数据得η=0.967Pa.s第二章流体静力学2-1作用在流体上的力有哪两类，各有什么特点?解:作用在流体上的力分为质量力和表面力两种。
质量力是作用在流体内部任何质点上的力，大小与质量成正比，由加速度产生，与质点外的流体无关。
而表面力是指作用在流体表面上的力，大小与面积成正比，由与流体接触的相邻流体或固体的作用而产生。
2-2什么是流体的静压强，静止流体中压强的分布规律如何?解：流体静压强指单位面积上流体的静压力。
静止流体中任意一点的静压强值只由该店坐标位置决定，即作用于一点的各个方向的静压强是等值的。
2-3写出流体静力学基本方程式，并说明其能量意义和几何意义。
解:流体静力学基本方程为：同一静止液体中单位重量液体的比位能可以不等，比压强也可以不等，但比位能和比压强可以互换，比势能总是相等的。
材料成型基本原理完整版
第一章：液态金属的结构与性质1雷诺数Re：当Re>2300时为紊流，Re<2300时为层流。
Re=Du/v=Duρ/η，D为直径，u 为流动速度，v为运动粘度=动力粘度η/密度ρ。
层流比紊流消耗能量大。
2表面张力：表面张力是表面上平行于切线方向且各方向大小相同等的张力。
润湿角：接触角为锐角时为润湿，钝角时为不润湿。
3压力差：当表面具有一定的曲度时，表面张力将使表面的两侧产生压力差，该压力差值的大小与曲率半径成反比，曲率半径越小，表面张力的作用越显著。
4充型能力：充型过程中，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，即液态金属充型能力。
5长程无序、近程有序：液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性，表现出长程无序特征；而相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停游荡着的局域有序的原子集团，液体结构表现出局域范围内的近程有序。
拓扑短程序：Sn Ge Ga Si等固态具有共价键的单组元液体，原子间的共价键并未完全消失，存在着与固体结构中对应的四面体局域拓扑有序结构。
化学短程序：Li-Pb Cs-Au Mg-Bi Mg-Zn Mg-Sn Cu-Ti Cu-Sn Al-Mg Al-Fe等固态具有金属间化合物的二元熔体中均有化学短程序的存在。
6实际液态金属结构：实际金属和合金的液体由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子团簇空穴所组成，同时也含有各种固态液态和气态杂质或化合物，而且还表现出能量结构及浓度三种起伏特征，其结构相对复杂。
能量起伏：液态金属中处于热运动的原子的能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停的变化，时高时低，这种现象成为能量起伏。
结构起伏：由于能量起伏，液体中大量不停游动的局域有序原子团簇时聚时散，此起彼伏而存在结构起伏。
浓度起伏：游动原子团簇之间存在着成分差异，而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发生着变化，这一现象成为浓度起伏。
【材料成型原理——锻压】第七章 真实应力应变曲线
7.3.拉伸真实应力-应变曲线塑性失稳点的特性
如某一瞬间的轴向力为P，试样断面积为F，真实 应力为S，则有：
因为
故
P SF
ln l ln F0 ,可得如下关系式
铝合金，青铜，镍等，则没有明显的屈服点，这时的屈
服应力规定用
时的应力表示。
0.2%
试样在屈服点以上继续拉伸，应力随变形程度的增加
而上升，直到最大拉力点b，这时的条件应力即强度极 限。 b点以后继续拉伸，试样断面出现局部收缩，形成 所谓缩颈。此后，应力逐渐减小，曲线下降，直至k点 发生断裂。
下面介绍一下材料的另一个特性——包申格效应
式中 l —试样的瞬时长度； dl —瞬时的长度改变量。
l l 当试样从
拉伸至
0
时1 ，总的真实应变为
l l1d l1 dl ln 1
l l0
l0 l
0
在出现缩颈以前，试样处于均匀拉伸状态，因此上述三种应变
间存在以下关系
ln l1 l0
ln(l0
l0
l
)
ln(1
（*) ）
或 e 1
7.1 拉伸图和条件应力－应变曲线 1.拉伸图及条件应力－应变曲线
下图所示为退火低碳钢的拉伸图。图的纵坐标表示载 荷，横坐标表示标距的伸长。
将拉伸图的纵坐标除以试样原始断面积，即得条件应力
0
P P0
将拉伸图的横坐标除以试样标距长度，即得相对伸长
l
l0
根据上两式可由拉伸图作出条件应力－应变曲线。
S B n
第《7》章缠绕成型工艺汇总
7 缠绕成型工艺 7.1 概述
7.2 芯模 7.3 缠绕规律 7.4 缠绕工艺设计
1
第七章 缠绕成型工艺
7.1 概述
7.1.1 纤维缠绕工艺的分类
决定产品形状的模具
缠绕工艺： 将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠
绕到芯模上，然后固化脱模成为复合材料制品的工艺过程。
小车
芯模
绕线筒
预浸槽 张力控制器
吐丝嘴
2
基本纤维缠绕机
第七章 缠绕成型工艺
胶液配制 纱团 集束 浸胶
烘干
络纱
湿 法
张力控制
缠 绕
纵、环向缠绕
成 型
芯模制造
工
艺
固化
胶纱纱锭 干
张力控制 法 缠
加热粘流 绕 成
纵、环向缠绕 型 工 艺
脱模 打模喷漆 成品
缠绕工艺流程图 3
第七章 缠绕成型工艺
7.1.1.1 干法缠绕
特点：
与湿法相比，增加了烘干工序，除 去了溶剂。与干法相比，无需整套的预 浸设备，缩短了烘干时间，使缠绕过程 可在室温下进行。提高了制品质量。
6
第七章 缠绕成型工艺
7.1.2 纤维缠绕制品的优点
原因：
(i) 材料表面缺陷是影响其强度的重要因素。表面积越大， 缺陷率越高。缠绕纤维直径很细，降低了微裂纹存在几率； 所用纤维主要是无捻粗纱由于没有经过纺织工序，强度损 失大大减少。 (ii) 避免了布纹经纬交织点与短切纤维末端的应力集中 (iii) 可以控制纤维的方向和数量，使产品实现等强度结构 (ⅳ) 增强材料纤维含量高达80%
将无捻粗纱(或布带)经浸胶后直接缠绕到芯 模上的成型工艺过程。
特点：
材料成型原理各章重点
第一章重点总结第一节了解即可，没有出过题。
第二节1.纯金属的液态结构（11页第三段）2.实际金属的液态结构（11页第四段第五行，从“因此，实际液态金属-----”到段末）3.名词解释温度起伏，结构起伏，能量起伏（11页三、四段中）4.13页第一段“X射线衍射-----”第三节5.影响液态金属粘度的因素（14页）（1）化学成分，难熔化合物的液体粘度较高，熔点低的共晶成分合金粘度低（2）温度，液体金属的粘度随温度的升高而降低。
（3）非金属夹杂物，非金属夹杂物使液态金属粘度增加6.粘度在材料成形过程中的意义1）对液态金属净化的影响（2）对液态合金流动阻力的影响（3）对凝固过程中对流的影响7.名词解释，表面张力（15页最下面一句“总之，一小部分---”）8.表面张力产生的原因，（16页第一段）9.影响表面张力的因素（见2005年A卷二大题1小题）第四节10.流变铸造及特点（21页第一段“即使固相体积分数达到---”至最后，及21页最后一段，22页第一段）11.半固态金属表观粘度的影响因素（21页2 3 4段）第二章重点总结1铸造概念（22页第一段第一句）第一节2.液态金属充型能力和流动性有何本质区别（见2006年A卷第2题）3.两种金属停止流动机理（1）纯金属和窄结晶温度范围合金的停止流动机理（22页最后一段）（2）款结晶温度范围合金停止流动机理（23页第二三段）4.影响充型能力的因素及促进措施（1）金属性质方面的因素1.合金成分2.结晶潜热3.金属比热容4液态金属粘度5表面张力（2）铸型性质方面的因素1铸型蓄热系数，蓄热系数越大，铸型的激冷能力就越强2.铸造温度（3）浇注条件方面因素1.浇注温度2充型压头3浇注系统结构（4）铸件结构方面因素1折算厚度2铸件复杂程度（每点后最好总结一句话）第二节5.金属凝固过程中的流动（第二节1、2段）第三节6.了解存在三种传热；对流传热，传导传热，辐射传热即可第四节7.了解存在三种计算凝固时间的方法1理论计算法2平方根定律3折算厚度法即可第三章重点第一节1为什么过冷是液态合金结晶的驱动力（见2006年A卷第1题）2. 何为热力学能障和动力学能障？凝固过程中是如何克服这两个能障的？（见2005年D卷第3题）第二节 3.形核条件(40页第一段)4.名词解释，匀质形核，非匀质形核（41页最上部）5，2007年B卷第1题6.记住公式3-17 7.2006年A卷第3题第三节8.晶体宏观长大方式晶体宏观长大方式取决于界面前方液体中的温度分布，即温度梯度（1）平面方式长大固-液界面前方液体中的温宿梯度大于0，液相温度高于界面温度，称为正温度梯度分布。
《高分子材料成型加工》课后习题参考答案
绪论习题与思考题 (1)第一章习题与思考题 (3)第四章习题与思考题 (5)第五章习题与思考题 (6)第六章习题与思考题 (9)第七章习题与思考题 (15)第八章习题与思考题 (17)第九章习题与思考题 (20)第十章习题与思考题 (22)绪论习题与思考题2．分别区分“通用塑料”和“工程塑料”，“热塑性塑料”和“热固性塑料”，“简单组分高分子材料”和“复杂组分高分子材料”，并请各举2～3例。
答：通用塑料：一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。
通用塑料有：PE，PP，PVC，PS等；工程塑料：是指拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6kJ/m2 ,长期耐热温度超过100℃的，刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀等，可代替金属用作结构件的塑料。
工程塑料有：PA，PET，PBT，POM等；工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。
日本业界将它定义为“可以做为构造用及机械零件用的高性能塑料，耐热性在100℃以上，主要运用在工业上”。
热塑性塑料：加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。
聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚砜、聚苯醚，氯化聚醚等都是热塑性塑料。
(热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间无化学键产生，加热时软化流动、冷却变硬的过程是物理变化；)热固性塑料：第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应一交链固化而变硬，这种变化是不可逆的，此后，再次加热时，已不能再变软流动了。
正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺寸的制品。
这种材料称为热固性塑料。
(热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为三维的网状结构，不仅不能再熔触，在溶剂中也不能溶解。
)酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛、不饱和聚酯、有机硅等塑料，都是热固性塑料。
《材料成型理论基础》课程大纲
《材料成型理论基础》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：材料成型理论基础英文名称：Fundamentals for Materials Processing二、课程编码及性质课程编码：0809554课程性质：专业核心课，必修课三、学时与学分总学时：56学分：3.5四、先修课程工程材料学、传热学、流体力学、材料成形工艺基础五、授课对象本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设，也可以供材料科学与工程专业和电子封装技术专业学生选修。
六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程是本专业的核心课程之一，其教学目的主要包括：1．让学生对液态成形、连接成形、固态塑性成形及高分子材料成形的基本过程有较全面、深入的理解，掌握其基本原理和规律。
2．了解液态金属的结构和性质；掌握液态金属凝固的基本原理，冶金处理及其对产品性能的影响。
3．掌握材料成形中化学冶金基本规律和缺陷的形成机理、影响因素及防止措施。
4．掌握塑性成形过程中的应力与应变的基础理论，金属流动的基本规律及其应用。
5．了解高分子材料的组织转变及流动、成形的基本规律。
表1 课程目标对毕业要求的支撑关系七、教学重点与难点：教学重点：1）本课程以材料成形工艺的理论基础为主线，根据成形加工过程中材料所处或经历的状态，分为液态凝固成形、固态塑性成形、连接成形、塑料注射成形等几类，学习材料在成形过程中的组织结构、性能、形状随外在条件的不同而变化的规律性知识。
2）本课程着重利用前期所学的物理、化学等基础理论，以及传热学、流体力学等专业基础理论知识，学习液态成形、塑性成形、连接成形等基本材料成形技术的内在规律和物理本质，包括共性原理，同时也要注重个性规律性认识。
3）课程将重点或详细介绍三种主要材料成形方法中的主要基础理论和专门知识，阐述这些现象的本质，揭示变化的规律。
而对次要成形方法的基本原理或发展状况等只作简要介绍或自学。
4）重点学习的章节内容包括：第4章“单相合金与多相合金的凝固”（6学时）、第5章“铸件凝固组织的形成与控制”（6学时）、第7章“焊缝及其热影响区的组织和性能”（6学时）、第8章“成形过程的冶金反应原理”（6学时）、第11章“应力与应变理论”（4学时）、第12章“屈服准则”（6学时）。
材料成型加工与工艺学-习题解答(7-8)
第六章压制成型2. 简述热固性塑料模压成型的工艺步骤。
将热固性模塑料在以加热到指定温度的模具中加压，使物料熔融流动并均匀地充满模腔，在加热和加压的条件下经过一定的时间，使其发生化学反应而变成具有三维体形结构的热固性塑料制品。
(1)计量(2)预压(3)预热(4)嵌件安放(5)加料(6)闭模(7)排气(8)保压固化(9)脱模冷却(10)制品后处理4. 在热固性塑料模压成型中，提高模温应相应地降低还是提高模压压力才对模压成型工艺有利？为什么？在一理论的操作温度下，模温提高时，物料的黏度下降、流动性增加，可以相对应的降低模压；但假设继续升高模温会使塑料交联反应速度增快、固化速率升高此时便需要提高模压。
一般而言提高温度应提高模压压力。
8. 试述天然橡胶硫化后的物理性能的变化，并解释之。
橡胶在硫化的过程中，交联密度发生了显着的变化。
随着交联密度的增加，橡胶的密度增加，气体、液体等小分子就难以在橡胶内运动，宏观表现为透气性、透水性减少，而且交联后的相对分子质量增大，溶剂分子难以在橡胶分子之间存在，宏观表现为能使生胶溶解的溶剂只能使硫化胶溶胀，而且交联度越大，溶胀越少。
硫化也提高了橡胶的热稳定性和使用温度范围。
天然橡胶在硫化过程中，随着线型大分子逐渐变为网状结构，可塑性减小，拉伸强度、定伸强度、硬度、弹性增加，而伸长率、永久变形、疲劳生热等相应减小，但假设硫化时间再延长，则出现拉伸强度、弹性逐渐下降，伸长率、永久变形反而会上升的现象。
10. 橡胶的硫化历程分为几个阶段？各阶段的实质和意义是什么？(1) 焦烧阶段又称硫化诱导期，是指橡胶开始前的延迟作用时间，在此阶段胶料尚未开始交联，胶料在模型内有良好的流动性。
对于模型硫化制品，胶料的流动、充模必须在此阶段完成，否则就会发生焦烧，出现制品花纹不清、缺胶等缺陷。
焦烧阶段的长短决定了胶料的焦烧性能和操作安全性。
(2) 预硫化阶段焦烧期以后橡胶开始交联的阶段。
在此阶段，随着交联反应得进行，橡胶的交联程度逐渐增加，并形成网状结构，橡胶的物理机械性能逐渐上升，但尚未到达预期的水平，但有些性能如撕裂性能、耐磨性能等却优于正硫化阶段时的胶料。
材料成型PPT
激光焊接原理图
机 器 人 激 光 切 割 车 门
三、 电子束焊接
原子能、导弹、宇航技术， 原子能、导弹、宇航技术，大量使用了一些稀 有金属和难熔金属，前述焊接方法因能量不足保护 有金属和难熔金属，前述焊接方法因能量不足保护 不好，难以满足焊接质量，直到1956年真空电子束 不好，难以满足焊接质量，直到 年真空电子束 焊的发明，才解决了这些稀有和难熔金属的焊接问题。 焊的发明，才解决了这些稀有和难熔金属的焊接问题。 利用高速（16万千米 ）、集中 万千米/秒 集中（ 利用高速（16万千米/秒）、集中（106— 108W/cm2）的电子束轰击焊件表面，电子动能变为 ）的电子束轰击焊件表面， 工件热能。 工件热能。 热影响区宽度0.05—0.75mm，（低碳钢电弧焊 ，（低碳钢电弧焊 热影响区宽度 ，（ 仅熔合区就有 就有0.1—1mm，还说“融合区虽然很窄”） 仅熔合区就有 ，还说“融合区虽然很窄”
焊接原理：电子束经聚焦和加速，然后撞击工件， 焊接原理：电子束经聚焦和加速，然后撞击工件，动能转化
为热能的一种熔焊方法。 为热能的一种能、节料； 特点 ： 质量好 ； 速度快 ， 变形小 ； 节能 、 节料 ； 适应 性强。设备造价高，工件尺寸受真空室限制； 性强 。 设备造价高 ， 工件尺寸受真空室限制 ； 工件的 焊前准备要求很高。 应用：适用于厚板件、微型器件、真空密封件、 应用：适用于厚板件、微型器件、真空密封件、精密零件和异
激光焊接是近年发展起来的一种高能量的焊接方法。它 用激光来加热，并能穿透透明介质，焊接到透明介质容 器里的方法也被利用到医学中。 激光焊接时不需要真空保护，因而目前得到了非常广泛 的应用。 激光焊接具有焊接速度快、能量密度高、灵活性大，可 精确控制，穿透能力强，焊缝的深度比大，热输入量低， 焊接变形小可在大气中焊等优点，不需要真空环境或气 体保护，整个焊接过程速度很快，焊接热影响区和焊接 变形小，特别适合精密结构件和热敏感器件的焊接。
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1 自由锻造
• 自由锻造 • 自由含义：在水平方向 上自由变形，在垂直方 向上受压成形. • 垂直方向（Z向）: 受力； • 水平方向（X、Y 向）:自由变形。 • 设备 ：锻锤(空气锤、 蒸汽空气锤)(产生冲击 力)； • 液压机(水压机,油压 机)(提供静压力)
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平锻机
平锻机 即卧式曲柄压力机， 主滑块为水平直线运 动。 主要用于锻造带凸缘的 长轴类锻件（汽车半轴）、 环形锻件 （轴承套圈，双联齿 轮锻件等）。 吨位一般为1000-31500t
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水压机
水压机:吨位（静压力）大，大型锻件生产的自由锻造设备。最大 吨位达3.5万吨。
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热模锻压力机(曲柄压力机)
工作过程：电动机的转动经带轮和齿轮传至连杆，带动滑块沿 导轨作上下往复运动。锻模分别装在滑块下端和工作台上。
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热模锻压力机
优点：一次往复行程完成一个工步变形。坯料变形比，因此锻件的公差、机械加工余量和模锻斜度都比锤上模锻 的小；作用力的性质为静压力，金属在模膛内流动缓慢，对锻造 十分有利；生产率高，易实现机械化和自动化；锻造时震动和噪 音小。 吨位：滑块运行到接 近下死点所产生的最大压 力。 东风公司锻造厂用于热模 锻的曲柄压力机的吨位有 2000t、4000t、8000t。 最大吨位为 12000t(1200MN)。
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自由锻造的工序组成及综合应用
• 工序组成 • 基本工序：改变坯料的形状和尺寸以获得锻件的工 序（镦粗、拔长、弯曲、扭转、锻接、冲孔、扩 孔）； • 辅助工序：为基本工序操作方便而进行的预先变形 (压钳口,压钢锭棱边,切肩)； • 修整工序：为提高锻件质量，使之完全达到锻件图 的工序(端面平整,弯曲校直)；
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模锻成型件的结构设计
截面相差过 大
过扁、过薄
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复习题
1.自由锻造和模膛锻造有何区别？分别说明其一般工序或工步 的安排。 2.模膛锻造中，对锻模材料有何性能要求？一般选用哪些材料 和热处理工艺？ 3.锻造（包括自由锻造和模膛锻造）要用到哪些设备? 如何确 定锻锤和压力机的吨位？ 4.编制自由锻造工艺包含哪些内容？编制模膛锻造工艺包含哪 些内容？ 5.举例说明如何选择锻模分模面。分析飞边槽和冲孔连皮的作 用。 6.东风公司锻造厂在锻造生产自动线上生产汽车前梁等锻件的 锻造工步是如何安排的?试以工步流程布置框图予以说明。 7. 分析锻件结构设计的工艺性。请在教材或参考书中自选典型 图例加以说明和改进创新（至少五例）。
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镦粗: 减少坯料高度而增大其横截面积的工序.
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拔长: 使坯料横截面积减少而长度增加的工序.
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弯曲:
弯成一定角度.
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应用：单件、小批量生产,大型锻件的唯一锻造方法；
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工序应用（盘类、轴类、曲轴类等）
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(4) 确定变形工序 镦粗、拔长、弯曲、冲孔等。依零件不同而不同。
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(5)编写锻造工艺卡（以带中心孔的盘类锻件例）
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自由锻件的结构工艺性
避免锥体和斜面结构
几何体间的交接处 不应形成空间曲线
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自由锻件的结构工艺性
截面变化大的锻件， 采用组合连接
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拔长模膛
滚压模膛
弯曲模膛
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结构特点：圆角和斜度较大，没有飞边槽
作用：使坯料变形到接近锻件的形状和尺寸， 这样再 进行终锻时，金属容易充满模膛，同时 减少终锻模膛的磨损，延长锻模的使用寿命；
模锻模膛分预锻模膛和终锻模膛
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(1) 预锻模膛
预锻模膛的作用是： 使坯料变形到接近于锻件 的形状和尺寸，终锻时， 金属容易充满终锻模膛。 同时减少了终锻模膛的磨 损，以延长锻模的使用寿 命。 预锻模膛和终锻模膛的区别是前者的圆角 和斜度较大，没有飞边槽。
自由锻件上不应设计 出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面
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2 模锻
• 在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯 料在模膛内受压成形。在变形过程中由于模腔对金属坯料流 动的限制，因而锻造终了时得到和模膛形状相符的锻件，这 种加工方法称模锻。
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模锻工艺优点 生产率较高；对操作技术要求不高；锻件尺寸、形状准确、加工余 量少；能锻造形状较复杂件 应用：能锻制难以形成的复杂锻件，如汽车连杆、前梁、曲轴等。
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锻模模膛及其功用
• 模膛按功用的不同可分为：制坯模膛和模锻模膛； • 制坯模膛：通常对于形状复杂的模锻件，为了使坯 料基本接近模锻件形状，使金属能合理分布和很好 地充满模膛，预先在制坯模膛中制坯；
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制坯模膛——改变坯料横截面积与形状，为最终成形做准 备。包括： 拔长模膛：减小横截面积，增加长度。 滚压模膛：改变各横截面上坯料分布，滚圆。 弯曲模膛：改变坯料轴线呈弯曲坯料。
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(3)飞边与冲孔连皮
飞边——坯料沿分模面锻 挤出来的部分多余金属， 于飞边槽内积聚而成。 飞边槽的作用： 容纳多余金属形成飞边； 飞边先冷却，增加坯料流 动阻力，便于金属充满模 膛。
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冲孔连皮： 对于通孔锻 件，孔的中部垂直横截 面上下预留一薄层金属 而不贯通，称为冲孔连 皮，以防止上、下模的 冲孔凸模不至直接相撞。 飞边与冲孔连皮通 过切边与冲孔而至终 消除 。
标注模锻斜度 当模膛宽度b小而深度h大时，模锻斜度要取大 些。内壁斜度要略大于外壁斜度(a 2> a 1)。
标注模锻圆角半径 锻件上所有转角处都应做成圆角。一般内圆 角半径（R）应大于其外圆半径（r）。
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模锻圆角半径
内壁斜度β应比外壁 斜度α大一级 内圆角半径R 是外圆角半径 r的３－４倍
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模锻工艺与锻模设计
(1) 绘制模锻件图—锻模设计的依据
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选择模锻件的分模面
分模面即是上下锻模在模锻件上的分界面。制订模锻锻件图 时，必须按以下原则确定分模面位置： 要保证模锻件能从模膛中取出，分模面应选在模锻件最大尺寸 的截面上。 按选定的分模面制成锻模后，应使上下两模沿分模面的模膛轮 廓一致，以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象，及时调整 锻模位置。 最好把分模面选在模膛深度最浅的位置处。这样可使金属很容 易充满模膛，便于取出锻件，并有利于锻模的制造。 选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。 最好使分模面为一个平面，使上下锻模的模膛深度基本一致， 差别不宜过大，以便于制造锻模。
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模锻工艺
坯料加热 切边
辊锻制坯 冲孔
弯曲 校正
预锻 调质
终锻 清理 入库
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模锻成形件的结构工艺性
模锻零件必须具有一个合理的分模面，以保证模锻件易于从锻 模中取出、敷料最少、锻模容易制造。 零件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计出模锻斜度。非 加工表面所形成的角都应按模锻圆角设计。 为了使金属容易充满模膛和减少工序，零件外形力求简单、平 直和对称，尽量避免零件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、 凸起等结构。 在零件结构允许的条件下，设计时尽量避免有深孔或多孔结构。 在可能条件下，应采用锻-焊组合工艺，以减少敷料，简化模 锻工艺。
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模锻模具（锻模）
• • • • 锻模工作条件 受高温高压冲击；受很大张、压应力的作用；强烈摩擦力； 锻模性能要求 高温强度、硬度；一定冲击韧性；较高热疲劳抗力；较好的 耐磨性 工作温度：400~600 ℃ 钢种：热作模具钢—５CrNiMo； 4Cr5MoSiV(H11)； 4Cr5MoSiV1(H13)等。
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留出冲孔连皮 锻件上直径小于25mm的孔，一般不锻出，或只压出球形
凹穴。大于25mm的通孔，也不能直接模锻出通孔，而必须在
孔内保留一层连皮。 冲孔连皮的厚度s与孔径d有关，当d =30～80mm时，s
=4～8mm。
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(2) 模锻工步的确定及模膛种类的选择
长轴类锻件，如台阶轴、曲 轴、连杆、弯曲摇臂等；一般为 拔长、滚挤、弯曲、预锻、终锻 成型。
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(2) 终锻模膛
终锻模膛的作用是：是使坯 料最后变形到锻件所要求的形状 和尺寸，因此它的形状应和锻件 的形状相同。 终锻模膛的尺寸应比锻件 尺寸放大一个收缩量。钢件收 缩量取1.5%. 沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的 阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。
主讲内容
第七章 金属的塑性成形方法 ------锻造
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第一节 锻造
锻造概念：把金属坯料加热至塑性状态，并施加静压力或冲 击力，使之变形，而获得制件的加工方法。 锻造要求 加热温度(对钢铁而言)：始锻温度 1050℃；终锻温度800 ℃左右; 加热目的：提高塑性变形能力，降低塑性变形抗力，使坯料 容易压力成形； 设备： 施压设备:压力机、水压机(提供静压力)；锻锤(提供冲击 力)； 加热设备:煤气炉、燃油炉、感应炉； 分类： 自由锻造;模锻;胎模锻造
盘类模锻件，如齿轮、法 兰盘等。一般为镦粗、预锻、 终锻成型。 模锻工步确定以后，再根 据已确定的工步选择相应的制 坯模膛和模锻模膛。