(先进制造技术实验报告.docVIP

实验一 材料成形技术 机械工程材料种类很多, 主要包括金属材料、非金属材料和复合材料。金属材料又包括钢铁材料和非铁金属材料。由于金属材料来源丰富, 性能优良, 在现代工业、农业、国防以及日常生活中得到广泛应用, 所以是最重要的机械工程材料, 约占各种机械产品所用材料的90%以上。 金属材料的力学性能指材料在外力作用下表现出来的特性, 如弹性、强度、硬度、韧性和塑性等。 金属材料的物理、化学性能包括密度、熔点、导电性、导热性、磁性、热膨胀性、耐热性和耐蚀性等。机械零件的用途不同, 对材料的物理、化学性能要求也不同。 金属材料成形的方式有铸造、塑性成形、连接成形、粉末冶金等。 铸造指熔炼金属、制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后, 获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成形方法。按工艺方法不同, 可分为砂型铸造和特种铸造两大类。 与其它金属成形方法相比, 铸造的工艺适应性强, 铸件的结构形状和尺寸几乎不受限制, 质量可以从几克至几百吨; 工业上常用的合金几乎都能铸造; 铸造原材料来源广泛, 价格低廉, 设备投资较少; 但铸件的质量取决于成形工艺、铸型材料、合金的熔炼与浇注等诸多因素, 易出现浇不到、缩孔、气孔、裂纹等缺陷, 且往往组织疏松, 晶粒粗大。一般情况下, 铸件的性能远不及塑性成形件。不过近年来, 随着铸造技术的迅速发展, 制件的质量和性能已大大提高, 应用越来越广泛。铸造适于制造形状复杂、特别是内腔形状复杂的零件或毛坯, 尤其是要求承压、抗振或耐磨的零件。铸造是现代工业的基础, 铸件在机械产品中占有很大的比例。 金属塑性成形是利用外力使金属产生塑性变形, 使其改变形状、尺寸和改善性能, 获得型材或锻压件的加工方法, 包括锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。钢和大多数非铁金属及其合金均具有一定的塑性, 都可采用塑性成形。塑性成形使金属组织致密、晶粒细小、力学性能提高; 坯料形状和尺寸接近成品零件, 材料利用率高, 切削工作量较小, 生产效率高; 但制件形状较简单模具投资较高。 塑性成形是生产金属型材、板材、线材等的主要方法。此外, 承受较大负荷或复杂载荷的机械零件, 如机床主轴、内燃机曲轴、连杆以及工具、模具等通常需采用塑性成形。 连接成形是将若干个构件连接为一体的成形方法, 按连接的机理不同, 可分为焊接、胶接和机械连接等三大类。 1. 焊接 即通过加热或加压, 或两者并用, 并且用或不用填充材料, 使工件达到结合的一种方法。根据焊接过程的特点不同, 可将焊接方法分为熔焊、压焊、钎焊等三大类。 焊接省工省料、效率高, 适于焊接的材料广泛, 目前已基本取代铆接成为金属连接成形的主要方法。但焊接部位可能产生气孔、裂纹等焊接缺陷, 焊件上常存在焊接应力和焊接变形, 某些高熔点金属、活泼金属及异种材料焊接尚有一定困难。 焊接不仅是传统制造领域的基本加工手段之一, 而且在微电子工业、表面工程、新材料工程中也发挥着独特的作用。 2. 胶接 又称为粘接, 是用胶粘剂将被粘物表面连接在一起的方法。胶接工艺简便、生产效率高、成本低, 在工业生产中应用越来越广泛。 机械连接 即通过构件间产生的机械作用力实现连接的方法, 按紧固件不同, 可分为螺纹联接、铆接等类型。机械连接质量可靠、易于检修, 在工业中应用广泛。 .粉末冶金是制取金属粉末并通过成形和烧结等工艺将金属粉末( 或与非金属粉末) 的混合物制成制品的加工方法, 既可以制取用普通熔炼方法难以制取的特殊材料, 又可以制造各种精密的机械零件, 省工省料。但其模具和金属粉末成本较高, 批量小时或制品尺寸过大时不宜采用。随着粉末冶金生产技术的发展, 粉末冶金制品的应用范围将日益扩大。 各种加工方法的不同点 材料组织 强度 适用范围 铸造 组织疏松，晶粒较大 受制于工艺、材料的限制，一般比塑性成形差 外形较复杂零件 塑性成形 组织致密，晶粒细小 力学性能好 力学性能要求较高的零件 连接成形 不改变零件组织 连接强度可靠 拆装频繁的部件 粉末冶金 不改变零件组织 取决于工艺、材料 普通熔炼难以制取的零件 金属热处理 金属热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺, 热处理只改变金属材料的组织和性能, 而不能改变其形状和大小, 这是与铸造、锻造、焊接、切削加工等工艺的不同之处。经过适当热处理, 可改善或提高金属材料的力学性能与工艺性能, 故热处理是挖掘金属材料潜力的重要手段。 钢的普通热处理 1. 退火 即工件加热到适当温度, 保持一定时间, 然后缓慢冷却的热处理工艺。其目的是降低硬度, 提高塑性、韧性, 以利压力加工或切削加工; 细化晶粒、改善组织、提高力学性能; 消除内应力以减少工件