第3部分 材料成型方法簡(jiǎn)介

材料成型的方法有很多種，主要包括金屬液態(tài)成型、金屬塑性成型、連接成型、粉末冶金成型及非金屬材料成型等。

課堂講解——材料成型技術(shù)

課時(shí)區(qū)間1：金屬液態(tài)成型

金屬液態(tài)成型（鑄造）：將液態(tài)金屬在重力或外力的作用下充填到型腔中，待其凝固冷卻后，獲得所需形狀和尺寸的毛坯或零件。金屬液態(tài)成形的優(yōu)點(diǎn)：

● 適應(yīng)性廣，工藝靈活性大（材料、大小、形狀幾乎不受限制）。

● 最適合形狀復(fù)雜的箱體、機(jī)架、閥體、泵體、缸體等。

● 成本較低（鑄件與最終零件的形狀相似、尺寸相近）。

存在的主要問題：組織疏松、晶粒粗大，鑄件內(nèi)部常有縮孔、縮松、氣孔等缺陷產(chǎn)生，鑄件力學(xué)性能，特別是沖擊性能較低，如圖1-1所示為砂型鑄造工藝流程圖。

連接盤零件的鑄造過程如圖1-2所示。

課時(shí)區(qū)間2：金屬塑性成型

金屬塑性成型：在外力的作用下，金屬材料通過塑性變形成為具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的零件或毛坯。

金屬塑性成型的特點(diǎn)：

● 可改善金屬的組織并提高其力學(xué)性能。

● 材料的利用率高。

● 較高的生產(chǎn)率。

● 毛坯或零件的精度較高。

材料：鋼和非鐵金屬可以在冷態(tài)或熱態(tài)下壓力加工。

用途：承受沖擊或交變應(yīng)力的重要零件（如機(jī)床主軸、齒輪、曲軸、連桿等），都應(yīng)采用鍛件毛坯加工。所以壓力加工在機(jī)械制造、軍工、航空、輕工、家用電器等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。例如，飛機(jī)上的塑性成型零件的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占85%；汽車、拖拉機(jī)上的鍛件質(zhì)量分?jǐn)?shù)約占60%～80%。

金屬塑性成型的缺點(diǎn)：不能加工脆性材料（如鑄鐵）和形狀特別復(fù)雜（特別是內(nèi)腔形狀復(fù)雜）或體積特別大的零件或毛坯。

金屬塑性成型在工業(yè)生產(chǎn)中稱為壓力加工，分為自由鍛、模鍛、板料沖壓、擠壓、拉拔、軋制等。它們的成型方式如圖1-3所示。

課時(shí)區(qū)間3：連接成型

常見的連接成型工藝包括焊接、膠接和機(jī)械連接等。

焊接通常是指金屬的焊接，是通過加熱或加壓，或兩者同時(shí)并用，使兩個(gè)分離的物體產(chǎn)生原子間結(jié)合力而連接成一體的成型方法。焊接技術(shù)在機(jī)器制造、造船工業(yè)、建筑工程、電力設(shè)備生產(chǎn)、航空及航天工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。

焊接生產(chǎn)的特點(diǎn)：

● 節(jié)省金屬材料，結(jié)構(gòu)重量輕。

● 以小拼大、化大為小，制造重型、復(fù)雜的機(jī)器零部件，簡(jiǎn)化鑄造、鍛造及切削加工工藝，獲得最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

● 焊接接頭具有良好的力學(xué)性能和密封性。

● 能夠制造雙金屬結(jié)構(gòu)，使材料的性能得到充分利用。

焊接生產(chǎn)的不足：焊接結(jié)構(gòu)不可拆卸，給維修帶來不便；焊接結(jié)構(gòu)中會(huì)存在焊接應(yīng)力和變形；焊接接頭的組織性能往往不均勻，并會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷等。

電焊的焊接過程如圖1-4所示。

膠接技術(shù)使用膠粘劑來連接各種材料。與其他連接方法相比，膠接不受材料類型的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)各種材料間的連接，而且具有工藝簡(jiǎn)單、應(yīng)力分布均勻、密封性好、防腐節(jié)能等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代化生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。膠接的主要缺點(diǎn)是固化時(shí)間長(zhǎng)，膠粘劑易老化，耐熱性差。

機(jī)械連接中有螺紋連接、銷釘連接、鍵連接和鉚釘連接，其中鉚釘連接為不可拆連接，其余均為可拆連接。機(jī)械連接所采用的連接件一般為標(biāo)準(zhǔn)件，具有良好的互換性，選用方便，工作可靠，易于檢修；其不足之處是增加了機(jī)械加工工序，結(jié)構(gòu)重量大，密封性差，成本較高。

課時(shí)區(qū)間4：粉末冶金成型

粉末冶金成型是采用成型和燒結(jié)等工序，將金屬粉末或金屬與非金屬粉末的混合物制成金屬制品的工藝技術(shù)。由于粉末冶金的生產(chǎn)工藝與陶瓷的生產(chǎn)工藝在形式上類似，因此其工藝方法又被稱為金屬陶瓷法。粉末冶金工藝的基本工序是：

（1）原料粉末的制取和準(zhǔn)備。粉末可以是純金屬或其合金、非金屬、金屬與非金屬的混合物及其他各種化合物等。

（2）將金屬粉末及各種添加劑均勻混合后制成所需形狀的坯塊。

（3）將坯塊在物料主要組元熔點(diǎn)以下的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，使制品具有最終的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。

粉末冶金成型的工藝過程如圖1-5所示。

粉末冶金成型方法與金屬液態(tài)成型方法相比，其優(yōu)點(diǎn)主要是：

● 可避免或者減少偏析、機(jī)加工量大等缺點(diǎn)。用粉末冶金法生產(chǎn)零件制品時(shí)，金屬的總損耗只有1%～5%。

● 材料某些獨(dú)特的性能或者顯微組織只能用粉末冶金方法來實(shí)現(xiàn)。例如，多孔材料、氧化物彌散強(qiáng)化合金、硬質(zhì)合金等。另外，可用來制取高純度的材料，而不給材料帶來污染。

● 一些活性金屬、高熔點(diǎn)金屬制品用其他工藝成型是十分困難的。這些材料在普通工藝過程中，隨著溫度的升高，材料的顯微組織及結(jié)構(gòu)受到明顯的損害，而粉末冶金工藝卻可避免。

課時(shí)區(qū)間5：非金屬材料成型

非金屬成型是指對(duì)金屬以外的材料進(jìn)行成型的方法。其成型材料主要包括塑料、橡膠、陶瓷、復(fù)合材料等。非金屬材料成型特點(diǎn)是：可以是流態(tài)成形，也可以是固態(tài)成形；可以制成形狀復(fù)雜的零件。

塑料除了用注塑、擠塑、壓塑、吹塑成型，還可以用澆注和粘接等方法成型。

● 注塑成型：也稱注塑，是熱塑性塑料成型的重要方法。它是將粒狀或粉狀塑料加入到注射機(jī)的料筒中，經(jīng)加熱熔化呈流動(dòng)狀態(tài)，然后在注射機(jī)的柱塞或螺桿快速而又連續(xù)的壓力下，從料筒前端的噴嘴中以很高的速度注入到閉合的模具中，并充滿模腔，隨后經(jīng)冷卻或加熱（熱固性塑料）固化后，開模得到制品。注塑成型原理如圖1-6所示。

● 擠塑成型：也叫擠出成型，是使加熱或未經(jīng)加熱的塑料，在擠出機(jī)的螺桿或柱塞的擠壓作用下通過一定形狀的口模而連續(xù)成型，所得的制品為具有恒定端面形狀的連續(xù)型材，如管材、板材、薄膜和中空制品等。擠塑成型設(shè)備主要是擠出機(jī)和擠出模具，如圖1-7所示為單螺桿式擠出機(jī)。

● 壓縮成型：壓縮成型是將粉狀、粒狀或纖維狀的塑料放入加熱的模具型腔中，然后合模加壓使其成型固化，最后脫模成為制品的成型方法，如圖1-8所示為熱固性塑料壓縮成型工藝過程。

● 吹塑成型：吹塑是用壓縮空氣使進(jìn)入型腔的塑料型胚膨脹形成中空制品的方法。具體地說，就是通過將擠出或注射的管胚或型胚，趁熱于半熔融的類橡膠狀態(tài)時(shí)置于各種形狀的模具中，并及時(shí)在管胚或型胚中通入壓縮空氣將其吹脹，使其緊貼于型腔壁上成型，經(jīng)冷卻脫模后，即可得到中空制品，如圖1-9所示為注射吹塑成型工藝過程。

● 橡膠成型：橡膠成型就是將混煉膠制成所需形狀、尺寸和性能的過程，是橡膠半成品的成型過程。常用的橡膠成型方法有壓延成型、注射成型、模壓成型等。

● 陶瓷成型：陶瓷可以用注漿成型，也可用注射、壓注等方法成型，如圖1-10所示為實(shí)心的陶瓷注漿成型過程。

非金屬材料的成型通常是在溫度較低的情況下，成型工藝較簡(jiǎn)便。非金屬材料的成型一般要與材料的生產(chǎn)工藝相結(jié)合。例如，陶瓷應(yīng)先成型再燒結(jié)，復(fù)合材料常常是將固態(tài)的增強(qiáng)料與呈流態(tài)的基料同時(shí)成型。