材料成形基础范文（精选10篇）
材料成形基础 第1篇
关键词：课程体系,多媒体课件,网络课程,实践教学,试题库
随着社会的发展和对人才要求的提高,厚基础、宽口径是人才培养的需要,人才培养的模式需要不断变化才能适应当今社会对人才的需求。金属材料成形基础(金属工艺学)是机械类和近机类各专业的一门主干技术基础课,是学生在学习过程中由基础课向专业课过渡的桥梁。该课程是一门理论与工程实际紧密结合的课程,在教学中,部分内容仅靠板书及语言很难表达清楚,而且由于新工艺、新方法不断出现,使近年来本课程的教学内容不断增多,而教学学时却一再压缩,从以前的70学时减少到现在的48学时,因此内容多和学时少的矛盾非常突出。为此,我们研制了该课程的多媒体C A I课件,将图形、动画、音像、文字有机地结合起来,通过大量设计实例,展示各种成形方法的应用,为学生创造一种轻松、活泼的学习环境,从而培养学生的形象思维能力,提高学生的创新意识和设计能力,提高教学质量和教学效益。同时建立起一套课程数据库,如试题库以完善考核系统;建设了课程网站,充分利用多媒体技术和网络的普遍性、即时性和便利性在教学上的优势。
一、CAI多媒体课件的设计与制作
1. 运行平台
本课件使用的是Office中的Power Point软件。Power Point的功能强大,操作极其简便,具有各种配套模板,方便的插入Flash动画、视频动画和超链接,使课件丰富多彩。同时便于修改,以满足不同教师的教学特点和教学要求。本课件共制作了800余幅幻灯片。
2. 动画制作
本课件的动画,全部用Flash MX制作,直接插入到Power Point中播放。在课件的每一章都插入了大量的动画,将课程中很多不易理解的机构、机械、图形、工艺过程等用动画表示出来,再现了真实的运动情况,效果很好。
3. 图形制作
本课件绘制了大量的图形,这些图形一部分由制作人在Power Point软件中直接绘制;一部分是利用CAXA软件绘制;一部分零件图是扫描图;还有一部分是拍摄的图片。
二、课程网站的建设
1. 课程网站的构建
金属材料成形基础精品课程网站系统采用浏览器/服务器(Browser/Server)3层架构模式,客户端运行环境为Windows95/98/2000/XP+IE5.5以上版本,服务器端采用Windows 2000 Server+IIS5.0+ASP框架,后台数据库采用SQL2000Server、Access 2000,远程教学系统采用ASP开发。网站内容包括教学大纲、网络课堂、电子教案、实践教学、创新实践、课程试卷、在线实习、在线答疑、在线测试、素材库等模块。
2. 系统各主要模块的开发与实现(1)网络教程的开发设计
网络教程是金属材料成形基础精品课程网站系统的重要组成部分,其直接面对学生,是学生在网上学习的主要工具。所以网络教程在开发理念上应注重体现一流教学内容、一流教学方法和教学过程的可视化。该网络教程与其它流行的课件,如Windows Dreamreaver、Authoware等相比,最大的特色在于真正实现了网络化,即教程的动态管理,根据教学要求,教师在后台可随时修正和添加教程内容,同时,更加注重教程的可视化,方便以学生为中心的自主学习。
(2)在线实习的开发设计
金属材料成形基础是一门实践性很强的技术基础课,必须要有大量的实习内容支撑,才能使学生更好地掌握教学内容。为达到此目的,该模块应用大量的现场生产录像和学生实习现场录像,如铸造生产有砂型铸造(手工造型、自动化造型生产线)、熔模铸造、压力铸造等,压力加工有自由锻造、模型锻造、板料冲压等,焊接生产有手工电弧焊、埋弧自动焊、等离子弧焊等,切削加工有车、铣、刨、磨、齿轮加工、电火花加工等。学生通过在网上观看这些工艺方法的生产过程,使其更加易于理解和掌握学习内容。
(3)多媒体课件的开发设计
多媒体课件即电子教案,是课程网站的重要组成部分,作者综合使用了Power Point、Flash、Photoshop、Fireworks4种软件,其中Power Point用于制作电子教案,Flash用于模拟工艺方法和加工、生产过程,Photoshop和Fireworks用于处理图片资料。这样制作出的课件更加形象、生动,更具备可视化教学的特点。
(4)在线测试的开发设计
为使学生随时了解自己对教学内容的掌握情况,我们开发了在线测试模块。该模块采用A S P开发,数据库采用SQL2000 Server。主要实现客观题(选择题和判断题)自动随机的出题和阅卷,并按教学进度和内容编写。该模块同样实现了动态管理,在后台教师可以随时对考题进行添加和修改。
(5)在线答疑的开发设计
为使学生随时解决学习过程中的疑问和问题,我们开发了在线答疑模块。该模块是教师和学生交流的重要平台,模块采用ASP开发,数据库采用SQL2000Server,同样实现了动态管理,学生随时可以将学习中碰到的问题提出,教师回复后在页面中显示。
(6)素材库的开发设计
为了便于管理素材,同时也便于和其他院校同行之间的交流,本网站特意建立了精品课程素材库,该模块同样采用ASP开发,数据库采用SQL2000 Server。其素材包括各章节的图片和动画。
三、课程试题库的开发与建设
1. 试题库的运行与架构
试题库采用Delphi程序语言编写,Delphi是一个运行在Windows环境下的可视化编程工具软件,可以用来创建各种各样的Windows应用程序。我们自行编写的试题库覆盖面大,占用空间小、应用灵活、操作极其简便。同时具有方便地更改题型的功能,便于各个学校根据自己的实际情况随意更改。
2. 试题库的建立(1)程序UI设计
程序用户界面(U I)的优秀与否直接关系到软件的友好度;而本软件从第一版到第二版最大的改进也是在U I上。本软件目前的U I设计风格为窗口+菜单+工具栏式。程序主界面中展示了程序最主要的功能,即:浏览/增/删/改题目等。至于其它的功能,如查询/题型管理/自动出卷/手动出卷/输出到W o r d等,集成到了一个个弹出窗口模块中。而这些弹出窗口模块,均可从界面顶部的菜单栏或工具栏中调出。
主界面的设计上,采用左右二列式,左列列出了系统中的所有题型,用户可点击选择;右边上半页则列出了本题型中所有题目的列表,下半页则显示了目前选中的题目的内容。
(2)功能的实现
由于采用了A D O连接数据库,本软件在开发中使用了ADOData Set与ADOCommand组合,大部分的功能都可由操作这两个控件实现。例如增加题目,其核心实现为以下一句:
ADOData Set1.Insert;
相应的修改为:
ADOData Set1.Post;
这两个功能之所以不采用S Q L实现,是因为程序主界面中采用了DBGrid等交互性控件。
至于查询功能,可通过精心构造特殊的S Q L中的Select查询语句实现。
试题库的功能有:题目浏览与增/删/改功能;题型管理;手动和自动配卷;试卷输出与方案再编辑;Word输出等。
四、课程实践教学
1. 建立了完整的金工实习实践教学体系
我校工程训练中心作为实习教学基地,经过长时间发展,目前已有建筑面积为10000多平米的教学实习场所,有实习设备200多台套,总价值400余万元,已设置有包括车工、铣工、钳工、铸造、焊接、锻造、热处理、特种加工、数控加工等在内的多个实习工种,可以同时容纳1000余人进行实习。中心每年接纳我校本科学生实习多达2400余人,完成实习教学工作量超过5.2万人·天,涉及专业为机设、机电、机制、车辆、交通、热动、材成、金材、非金材、冶金、工设、包装、工业、测仪、食科、环设、化工、环境、制药等。
2. 组织金工实习创新制作比赛
从2005年至今,连续3年组织实施了金工实习创新制作比赛。工程训练中心利用金工实习的时间,克服缺乏场地、设备、人员等困难,2005年组织车动学院和机电学院的48名学生进行了首届金工实习创新制作比赛,赛后共评出一等奖2名,二等奖4名,此后每年组织40~60名学生进行金工实习创新制作比赛,每次赛后评出一等奖3名,二等奖6名,三等奖9名。金工实习创新制作比赛得到了校教务处、学生处、团委及各学院的大力支持,并获得了有关部门和专家的好评。
五、结束语
通过几年的探索,金属材料成形基础课程形成了以下特色:
1. 建立了一套完整的适合于机械类、近机类专业
学生学习的金属材料成形基础课程教学体系,该体系包括精品课程网站、多媒体课件、网络课程、实践教学体系、课程考核体系等。
2. 在教学手段上利用了先进的多媒体和网络技
术,在教学内容上进行了进一步优化,在注重传统基础知识和常规教学方法和手段的同时,充分利用先进的多媒体和网络技术等教学手段进行教学,并且增加各种工艺方法的新工艺新技术,如快速成形技术、冲压新技术、数控加工等,提高了教学效果。
3. 建立了课程配套的网络课程。
4. 已建成简便灵活、功能强大的课程试题库。
5. 建立了完整的金工实习实践教学体系。
参考文献
[1]徐晓峰,成国煌,张柯柯.金属材料成形基础精品课程网站的开发[J].中国现代教育装备,2008,4:74～75
[2]徐晓峰,成国煌,张万红.“金属材料成形基础”试题库的开发与应用[J].中国现代教育装备,2008,7:74～75
[3]成国煌,徐晓峰.机械制造基础(金属工艺学)课程改革与实践[J].河南科技大学学报(社会科学版),2007(增刊):36～37
[4]陈波,张卓,高秀娥.题库管理系统的研究与实现[J].大连大学学报,2006,27(2):68～71
材料成形基础 第2篇
1.淬火的主要目的是为了提高钢的硬度，因此，淬火钢就可以不经回火而直接使用。（×）2.钢中的含碳量对钢的力学性能具有重要的影响，40钢与45钢相比，后者的强度和硬度高，而塑性较差。（√）
3.浇注温度是影响铸造合金充型能力和铸件质量的重要因素，提高浇注温度有利于获得形状完整、轮廓清晰、薄而复杂的铸件，因此，浇注温度越高越好。（×）
4.气孔是气体在铸件中形成的孔洞。气孔不仅降低了铸件的力学性能，而且还降低了铸件的气密性。（√）
5.灰口铸铁组织中由于存在着大量片状石墨，因而抗拉强度和塑性远低于铸钢。但是片状石墨的存在，对灰口铸铁的抗压强度影响很少，所以灰口铸铁适合于生产承受压应力的铸件。（√）
6.铸造生产的显著特点是适合于制造形状复杂，特别是具有复杂内腔的铸件。（√）
7.为了避免缩孔、缩松或热应力、裂纹的产生，铸件壁厚应该尽可能均匀，所以设计零件外壁和内壁，外壁和筋，其厚度应该相等。（×）
8.采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它增加了造型的复杂程度，并耗费了许多金属液体，同时增大了铸件产生变形和裂纹的倾向。（√）
9.芯头是砂芯的一个组成部分，它不仅能使砂芯定位、排气，还能形成铸件内腔。（×）10.浇注位置选择原则之一是将铸件的大平面朝下，主要目的是防止产生缩孔缺陷（×）11.分型面是为起模或取出铸件而设置的，砂型铸造、熔模铸造和金属型铸造所用的铸型都有分型面。（×）
12.压力加工是利用金属产生塑性变形获得零件或毛坯的一种方法。在塑性变形的过程中，理论上认为金属只产生形状的变化而其体积是不变的。（√）
13.板料弯曲时，弯曲后两边所夹的角度越小，则弯曲部分的变形程度越大。（×）
14.板料冲压落料工序中的凸凹模间隙是影响冲压件剪断面质量的关键。凸、凹模间隙越小，则冲压件毛刺越小，精度越高。（×）
15.氩弧焊采用氩气保护，焊接质量好，适于焊接低碳钢和非铁合金等。（√）
16.焊接中碳钢时，常采用预热工艺，预热对减少焊接应力十分有效，同时，预热也可防止在接头上产生淬硬组织。（√）
17.电阻焊是利用电流通过工件及其接触处所产生的电阻热作为焊接热源，将工件接触处加热到塑性状态或熔化状态，并在压力作用下，形成焊接接头的一种压力焊方法。（√）18铸造生产中，模样形状就是零件的形状。（×）19.铸型中含水分越多，越有利于改善合金的流动性。（×）20.铸件在冷凝过程中产生体积和尺寸减小的现象称收缩。（√）
二、单选题：（每题1分，共30分）
1、将模型沿最大截面处分开，造出的铸型型腔一部分位于上箱，一部分位于下箱的造型方法称（C）A.挖砂造型
B.整模造型
C.分模造型
D.刮板造型
2、灰口铸铁体积收缩率小的最主要原因是由于（A）
A.析出石墨弥补体收缩
B.其凝固温度低
C.砂型阻碍铸件收缩
D.凝固温度区间小
３、65Mn钢是常用的合金弹簧钢，“65”的意义是：（B）
A.钢中的含碳量为6.5% B.钢中的含碳量为0.65% C.钢中的含锰量为6.5% D.钢中的含锰量为6.5%
4、对于重要结构、承受冲击载荷或在低温下工作的结构，焊接时需要采用碱性焊条，原因是碱性焊条的（D）A.焊缝抗裂性好 B.焊缝冲击韧性好 C.焊缝含氢量低
D.A、B、C
5、确定分型面时，尽量使铸件全部或大部分放在同一砂箱中，其主要目的是（C）A.利于金属液充填型腔
B.利于补缩铸件
C.防止错箱
D.操作方便
6、各种铸造方法中，最基本的方法是（C）
A.金属型铸造
B.熔模铸造
C.砂型铸造
D.压力铸造
7、酸性焊条得到广泛应用的主要原因是（D）
A.焊缝强度高
B.焊缝抗裂性好
C.焊缝含氢量低
D.焊接工艺性好
8、经过热变形的锻件一般具有纤维组织，通常应使锻件工作时的最大正应力与纤维组织方向（A）A.平行 B.垂直 C.呈45°角 D.呈任意角度均可
9、确定浇注位置时，应将铸件的重要加工表面置于（B）A.上部
B.下部
C.竖直部位
D.任意部位
10、铸件形成缩孔的基本原因是由于合金的（D）
A.液态收缩
B.固态收缩
C.凝固收缩
D.液态收缩和凝固收缩
11、单件生产直径1米的皮带轮，最合适的造型方法是（C）A.整模造型
B.分开模造型
C.刮板造型
D.活块造型
12、控制铸件同时凝固的主要目的是（A）
A.减少应力
B.消除缩松
C.消除气孔
D.防止夹砂
13、自由锻件控制其高径比（H/D）小于2.5的工序是（C）。A.拨长
B.冲孔
C.镦粗
D.弯曲
14、金属材料承受三向压应力的压力加工方法是（B）A.轧制
B.挤压
C.冲压
D.拉拔
15、绘制自由锻锻件图时，为简化锻件形状，便于锻造，需加上（A）A.敷料
B.余量
C.斜度
D.公差
16、锻造前加热时应避免金属过热和过烧，但一旦出现，（C）
A.可采取热处理予以消除
B.无法消除 C.过热可采取热处理消除，过烧则报废。
17、设计和制造机器零件时，应便零件工作时所受切应力与流线方向（B）
A.一致
B.垂直
C.不予考虑
D.随意
18、下列钢中锻造性较好的是（C）
A.中碳钢
B.高碳钢
C.低碳钢
D.合金钢
19、冲孔模或落料模是属于（C）
A.跳步模
B.连续模
C.简单模
D.复合模 20、在锤上模锻中，带有飞边槽的模膛是（B）A.预锻模膛
B.终锻模膛
C.制坯模膛
D.切断模膛
21、模锻件与自由锻的尺寸精度相比为（C）
A.相等
B.相差不大
C.前者比后者要高
D.前者比后者要低
22、锤上模锻时，用来减小坯料某一部分的横截面积以增加坯料另一部分的横截面积，使坯料的体积分配符合锻件要求的模膛称为（B）
A.拔长模膛
B.滚压模膛
C.弯曲模膛
D.成型模膛
23、自由锻造时，以下工序哪些属于基本工序的是（A）
A.拔长 B.压肩
C.校直
D.平整
24、锻造生产中，生产批量为单件或小批量生产时，优先选用的锻造方法为（A）
A.自由锻
B.胎膜锻
C.模锻
25、以下钢种焊接性能最好的是（A）
A.低碳钢
B.中碳钢
C.高碳钢
26、大批量生产汽车油箱的焊接方法是（D）
A.手工电弧焊
B.气焊
C.点焊
D.缝焊
27、使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸的模膛称为（A）A.终锻模膛 B.预锻模膛 C.切断模膛 D.弯曲模膛
28、焊接方法按其焊接过程的特点，可以归纳为以下三大类（A）
A.熔化焊、压力焊、钎焊
B.平焊、仰焊、横焊
C.电阻焊、氩弧焊、气体保护焊
29、工件接电源的正极，焊条接负极，这种接法叫（B）
A.反接法
B.正接法
C.Y接法
D.Δ接法
30、焊接热影响区中，晶粒得到细化、机械性能也得到改善的区域是（A）
A.正火区
B.熔合区
C.过热区
D.部分相变区
三、名词解释（每题3分，共12分）
1.焊接电弧
焊接电弧是由焊接电源供给的，具有一定电压的两个电极间或电极与焊件间，在气体介质中所发生的强烈而持久的放电现象。
2.分型面 分型面是指上、下两半铸型相互接触的表面。3.起模斜度
铸件上为了便于起模，在垂直于分型面的壁上留有一定的斜度，称为起模斜度。4.可锻性
衡量金属材料经受压力加工时获得优质零件难易程度的工艺性能。
四、分析题（共38分）
1.分析采用顺序凝固原则防止铸件中产生缩孔的原理。对图示铸件如何实现顺序凝固？（10分）
顺序凝固原则—在铸件可能出现缩孔的部位厚壁处，通过设置冒口、冷铁或补贴等，使铸件远离冒口的部分最先凝固，然后向冒口方向逐步凝固，冒口最后凝固，从而保证铸件各个部位的凝固收缩均能得到液态金属的补缩，而将缩孔转移到冒口中。冒口是多余部分，清理铸件时去掉。（5分，酌情扣分）
如图所示铸件，凝固顺序为Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→冒口。
.冷铁：冷铁的作用是对铸件热节部位进行激冷（加快热节部位的冷却速度）。一般设在厚壁处。（图示5分，酌情扣分）
2.指出图示铸件结构不合理的部位，并说明理由并改正。（每题7分，共28分）
图中偶数轮辐，收缩受阻，易引起轮缘变形或轮辐产生裂纹。可以改成图1：弯曲轮辐，可借助于本身的微量变形减缓内应力，收缩时受阻力小。或者改成图2：奇数轮辐，用轮缘的微量变形减缓内应力，收缩受阻力小
图1
图2
（说明4分，图示只要给出其中之一给满分3分，酌情扣分）（2）铸件支架
这个铸件的结构为中空结构，需要使用悬臂芯固定，而且降低了排气性，应将其改为工字形截面结构，避免使用悬臂芯。
（说明3分，图示4分，酌情扣分）（3）工字梁
焊缝部位应该尽量避开最大应力处。因此焊缝部位不应该在中间。正确的见下图
（说明3分，图示4分，酌情扣分）
（4）自由锻件
本件中一部分为锥体结构，不符合自由锻的要求，应该改为圆柱结构，简化自由锻工艺，又不影响使用。
陶瓷材料成形工艺的研究新进展 第3篇
关键词 陶瓷，胶态成形，固体无模成形，气态成形，胶态注射成形
1前 言
陶瓷作为一种重要的结构材料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，无论在传统工业领域还是在新兴的高技术领域都有着广泛的应用。然而陶瓷所固有的高强度、高硬度等优点却同时给陶瓷件的成形、加工带来了很多困难。因此，研究各种陶瓷的成形技术变得至关重要。
粉料成形技术的目的是为了得到内部均匀和高密度的坯体，提高成形技术是提高陶瓷产品可靠性的关键步骤[1]。成形是陶瓷生产过程的一个重要步骤，其过程就是将分散体系（粉料、塑性物料、浆料）转变为具有一定几何形状和强度的块体，也称素坯。成形的方法很多，本文主要介绍胶态成形工艺、固体无模成形工艺、陶瓷胶态注射成形技术这几种主要的陶瓷成形工艺的成形原理、基本工艺及特点。不同形态的物料适合不同的成形方法，而究竟选择哪一种成形方法则取决于对制品各方面的要求和粉料的自身性质（如颗粒尺寸、分布、表面积）。
2胶态成形工艺
2.1 挤压成形（Extrusion）[2～3]
将粉料、粘结剂、润滑剂等与水均匀混合，然后将塑性物料挤压出刚性模具即可得到管状、柱状、板状以及多孔柱状成形体。其缺点主要是物料强度低、容易变形，并可能产生表面凹坑、起泡、开裂以及内部裂纹等缺陷。挤压成形用的物料以粘结剂和水作为塑性载体，尤其需用粘土以提高物料相容性，故其广泛应用于传统耐火材料如炉管、护套管以及一些电子材料的成形生产。
2.2 压延成形（Sheet Forming）[3～4]
将粉料、添加剂和水混合均匀，然后将塑性物料转到滚柱压延，而成为板状素坯。压延法成形密度高，适于片状、板状物件的成形。
2.3 注射成形（Injection Molding）
陶瓷注射成形是借助高分子聚合物在高温下熔融、低温下凝固的特性来进行成形的，成形之后再把高聚物脱除。注射成形的优点是可成形形状复杂的部件，并且具有高的尺寸精度和均匀的显微结构；缺点是模具设计加工成本和有机物排除过程中的成本比较高。在克服传统注射成形缺点的基础上，水溶液注射成形（Aqueous Injection Molding）和气相辅助注射成形（Gas-assisted Ceramic Injection Molding）相应发展起来[5～6]。水溶液注射成形采用水溶性的聚合物作为有机载体，很好地解决了脱脂问题。水溶液注射成形技术可以很容易地实现自动控制，比起传统的注射成形来说降低了成本。气体辅助注射成形是把气体引入聚合物熔体中而使成形过程更容易进行，该技术开辟了许多新的应用途径，比如适用于腐蚀性流体,另外高温高压下流体的陶瓷管道也可以应用此方法生产[7]。
2.4 注浆成形（Slip Casting）
SC工艺利用石膏模具的吸水性，将制得的陶瓷浆料注入多孔质模具，由模具的气孔把浆料中的液体吸出，而在模具中留下坯体[8]。注浆成形工艺成本低、过程简单、易于操作和控制，但成形形状粗糙，注浆时间较长，坯体密度、强度也不高。人们在传统注浆成形的基础上，相继发展了新的压滤成形（Pressure Filtration）和离心注浆成形（Centrifugal Casting），借助于外加压力和离心力的作用，来提高素坯的密度和强度，避免了注射成形中复杂的脱脂过程，但由于坯体均匀性差，因而不能满足制备高性能、高可靠性陶瓷材料的要求。
2.5 流延成形（Tape Casting）[2]
流延成形是将粉料与塑化剂混合得到流动的粘稠浆料，然后将浆料均匀地涂到转动着的基带上，或用刀片均匀地刷到支撑面上，形成浆膜，干燥后得到一层薄膜，带膜厚度一般为0.01～1nm。60年代中期，Wentworth等首次将流延法用于铁电材料的浇注成形。此外，它还被广泛用于多层陶瓷、电子电路基板、压电陶瓷等器件的生产中[9]。
2.6 凝胶注模成形（Gel Casting）[10]
凝胶注模成形是20世纪90年代开发出的一种新型胶态成形工艺，由美国橡树岭国家实验室Mark A.Janney教授等人首先发明。它将传统陶瓷工艺和化学理论有机结合起来，将高分子化学单体聚合的方法灵活地引入到陶瓷的成形工艺中，通过将有机聚合物单体及陶瓷粉末颗粒分散在介质中制成低粘度、高固相体积分数的浓悬浮体，并加入引发剂和催化剂，然后将浓悬浮体（浆料）注入非多孔模具中，通过引发剂和催化剂的作用使有机聚合物单体交联聚合成三维网状聚合物凝胶，并将陶瓷颗粒原位粘结而固化成坯体。
目前的研究重点主要还是如何在结构陶瓷的成形上选择低毒性凝胶体系，清华大学的谢志鹏等将琼脂糖凝胶大分子用于陶瓷的原位凝固成形[11]，成功制备出涡轮转子等异形陶瓷坯体。目前生物大分子壳聚糖已经用于凝胶注模陶瓷坯体。研究表明，角澡胶可和多种树脂组合并用于凝胶注模的成形。无毒体系Na-alginae（藻酸钠）-CaIO3-PVP已应用于铝陶瓷的成形[12]。Omatete[13]等发明了一种使用羟基-甲基-丙烯酰胺（Hydroxy Methyl Acrylamide，HMAM）单体的体系，其特点是固相高、湿坯易脱模，成形制品密度可达理论值的99%，有较大的研究价值。美国东北大学Montgomery等人发明了热可逆转变凝胶注模成形工艺（TRG），当温度高于某值时，其混合物料呈液态，反之则呈凝胶的固态。
凝胶注模成形作为一种新型的胶态成形方法，可实现净尺寸成形形状复杂、强度高、微观结构均匀、密度高的坯体成形，烧结成瓷的部件较干压成形的陶瓷部件有更好的电性能。该技术已广泛应用于电子、光学、汽车等领域，但需要具体解决的问题有：高固相低粘度浆料的制备、素坯干燥新方法和固相含量高带来的浆料中气泡排除问题，以及制备薄膜、厚膜时，坯体的开裂、变型、氧阻凝带来的表面起皮等问题[14]。
2.7 直接凝固注模成形（Direct Coagulation Casting）
直接凝固注模成形[15～17]是瑞士苏黎世高校的L.Gaucker教授T.Graule博士发明的一种近净尺寸原位凝固胶态成形方法。这种方法利用了胶体化学的基本原理。其成形原理如下：对于分散在液体介质中的微细陶瓷颗粒，所受作用力主要有胶粒双电层斥力和范氏引力，而重力、惯性等影响很小。根据胶体化学DLVO理论,胶体颗粒在介质中总势能Ut是双电层排斥能Ur和范氏吸引能Ua之和,即Ut=Ur+Ua。当介质pH值发生变化时颗粒表面电荷随之变化。在远离等电点IEP,颗粒表面形成的双电层斥力起主导作用，使胶粒呈分散状态，即可得到低粘度、高分散、流动性好的悬浮体。此时增加与颗粒表面电荷相反的离子浓度，可使双电层压缩；或者改变pH值靠近等电点，均可使颗粒间排斥能减少或为零；而范氏引力占优势，使总势能显著下降，浆料体系将由高度分散状态变成凝聚状态，若浆料具有足够高的固相含量(＞50vol%)，则凝固的浆料将有足够高的强度以便成形脱模。
该成形方法已经成功地应用于成形氧化铝、氧化锆、碳化硅和氮化硅复杂形状的部件。该工艺的主要优点为不需要或只需少量的有机添加剂(＜1%)，坯体不需脱脂，坯体密度均匀，相对密度高(55～70%)，可以成形大尺寸形状复杂的陶瓷部件。
2.8 水解辅助固化成形（Hydrolysis Assisted Solidification）[30]
水解辅助固化成形（简称HAS）结合了水泥性物质的硬化、直接凝固注模成形（DCC）和凝胶注模成形（GC）的优点，此方法建立于AlN等物质在热激发下的加速水解反应。反应式为：
AlN + 3H2O = Al(OH)3 + NH3
AlN加入陶瓷浆料之后发生热水解，浆料中的水被消耗，固相体积分数增高。同时氨气的产生使浆料的pH值移向高pH值点，对于Al2O3浆料来说pH值移向了其等电点，可引起陶瓷浆料的固化。另一方面，作为AlN的水解产物的Al(OH)3在加热时可以胶态化，从而起到辅助固化、增加坯体强度的目的。HAS工艺的优势在于工艺简单、浆料流变性好、固化快、密度高。主要缺点在于需额外的设备收集和中和氨，而且该工艺不适合于所有陶瓷，目前适用于制备含有氧化铝，或至少将其作为次要相的陶瓷材料，如氧化铝陶瓷、氧化铝增韧氧化锆陶瓷、Sialon陶瓷等[18]。
2.9 电泳浇注成形（EFD）
EFD体系是将一个外部电场作用于浆料上，促进带电粒子的迁移（电泳），随后沉积在相反电极上[19]。EFD工艺中，颗粒必须保持稳定分散状态，从而可以各自独立向电极运动，进而颗粒可以分别沉积，不发生团聚。悬浮颗粒必须具有高的电泳移动能力，沉积过程中，由于颗粒移动时双电层发生变形，即靠近基体的离子和颗粒浓度增加，稳定性条件发生变化。当电泳和静电力仍超过范德华力，颗粒开始堆积，从而开始形成吸引颗粒网络。而胶态参数（Zeta电位、粘度和电泳迁移率）和电导率在EFD工艺中非常重要。
EFD工艺由于其简单性、灵活性、可靠性而逐步应用于多层陶瓷电容器、传感器、梯度功能陶瓷、薄层陶瓷试管以及各种材料的涂层等。
3固体无模成形工艺
3.1 层片叠加成形法(Laminated Object Manufacture)
LOM法是美国的Helisys公司开发并实现商业化的一项工艺，其成形工艺如图1所示。LOM公司利用激光在x-y方向的移动来切割每一层薄片材料。每完成一层的切割，控制工作平台在z方向的移动以叠加新一层的薄片材料。激光的移动由计算机控制。层与层之间的结合可以通过粘结剂或热压焊合。由于该方法只需要切割出轮廓线，因此成形速度较快，且非常适合制造层状复合材料。Helisys和Peak Engineering等公司将其用于陶瓷的成形，用于叠加的陶瓷材料一般为流延薄材。Curtis Criffin等采用LOM法制成了Al2O3部件，结果表明其性能与采用传统干压工艺成形的相差不大[20～21]。
3.2 熔化沉积成形(Fused Deposition of Ceramics)
FDC技术是由FDM(Fused Deposition Modelling)技术发展而来的。FDM技术是由Stratasys公司成功开发并实现商业化的。在FDM中，通过计算机控制，将由高分子或石蜡制成的细丝送入熔化器，在稍高于其熔点的温度下熔化，再从喷嘴挤至成形平面上。通过控制喷嘴在x-y方向和工作平台z方向的移动可以实现三维部件的成形。Rutgers大学和Argonne国家实验室将这种技术应用于陶瓷生产，并称之为Fused Deposition of Ceramics（FDC）。Stephen等对Si3N4、Al2O3的成形进行了研究，但由于细丝缺乏足够的柔韧性而不能连续进给，而且部件密度较低，需要进一步研究来加以解决[20～23]。
3.3 立体印刷成形(Stero Lithography)
立体印刷成形以光敏树脂为原料，采用计算机控制下的紫外激光，以预订原型各分层截面的轮廓为轨迹进行逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应后固化，从而形成一个薄层截面。当一层固化后，向上（或下）移动工作台，在刚刚固化的树脂表面布放一层新的液态树脂，再进行新一层扫描、固化。新固化的一层牢牢地粘合前一层，如此重复至整个原型制造完毕。Michelle L.Criggith等研究了SiO2、Si3N4、Al2O3的成形，Brady等用SL法制备了PZT材质的压电陶瓷件。
3.4 三维打印成形(3-D Printing)
三维打印成形工艺是由美国麻省理工学院开发出来的，首先将粉末铺在工作台上，通过喷嘴把粘结剂喷到选定的区域，将粉末粘结在一起，形成一个层，然后工作台下降，填粉后重复上述过程直至做出整个部件。J.Grau等人[25]采用三维打印技术制备了Al2O3陶瓷膜。J.YOO等人用三维打印法结合热等静压工艺制备出致密的Al2O3陶瓷件。此外，Specific Surface公司使用该技术制造了复杂的陶瓷过滤器。
3.5 喷墨打印成形(Ink-jet Printing)
喷墨打印成形技术是由Brunel大学的Evans和Ediris ingle研制出来的，是将待成形的陶瓷粉与各种有机物配置成陶瓷墨水，通过打印机将陶瓷墨水打印到成形平面上成形。该工艺的关键是配制出分散均匀的陶瓷悬浮液，目前使用的陶瓷材料有ZrO2、TiO2、Al2O3等[26]。
3.6 选区激光烧结(Selective Laser Sintering)
SLS以堆积在工作平台上的粉末为原料，用高能CO2激光器从粉末上扫描，将选定区内的粉末烧结，做出部件的每一个层。对于塑性物料，激光完全烧结高分子粉末，得到最终成形件。陶瓷的烧结温度很高，很难用激光直接烧结。可以将难熔的陶瓷粒子包裹上高分子粘结剂并应用到SLS设备上，通过激光熔化粘结剂以烧结各个层，从而制备出陶瓷生坯，通过粘结剂去除及烧结后处理的过程就得到最终的陶瓷件。Marcus等利用这种技术制成了Al2O3齿轮[27]和其他零部件。
4气相成形
利用气相反应生成纳米颗粒，如能使颗粒有效而且致密地沉积到模具表面，累积到一定厚度即成为制品，或者先使用其它方法制成一个具有开口气孔的坯体，再通过气相沉积工艺将气孔填充致密，用这种方法可以制造各种复合材料。由于固相颗粒的生成与成形过程同时进行，因此可以避免一般超细粉料中的团聚问题。由于在成形过程中不存在排除液相的问题，从而避免了湿法工艺带来的种种弊端[28]。
5陶瓷胶态注射成形新工艺
材料成形基础 第4篇
1 科学发展观与材料成形技术基础课程的关系
从人类社会的发展历史来看, 可以说科学发展史也是一部材料成形技术的发展史。科学发展与材料成形技术发展相辅相成, 人类社会的发展与科学技术的发展是密不可分的, 可以说材料技术成形的发展史是科学发展史的一个缩影。材料成形技术基础课程主要包括液态成形 (铸造) 、塑性成形 (锻造、冲压、轧制和挤压等) 、连接成形 (焊接和胶接等) 、非金属材料成形 (塑料成形和橡胶成形等) 、粉末冶金成形 (烧结和压制等) 等内容。
如图1所示。
从图1可以看到, 人类社会的发展经历着从石器时代、青铜时代、铁器时代、现代制造等。人类文明的发展经历着从石器时代、青铜器时代、铁器时代、现代社会等。与此相应的材料成形技术的发展也是以手工成形的石器时代、铸造成形为主的青铜器时代、铸造和锻造为主的青铜器时代和铁器时代、现代先进材料成形技术等。以青铜器为例, 我国商朝的司母戊鼎就是中国作为古代文明发展的标志, 在当时需要300多人同时从事铸造技术工作, 并且几千年来一直保存完好, 体现了铸造的熔炼水平和工艺水平, 是我们中华古代文明与科学技术发展的里程碑。铜陵车马则是我国古代铸造成形和焊接技术的结晶, 反映了我国当时的冶炼、凝固、扩散焊等材料成形技术水平, 是我们中华古代文明与科学技术发展的标志。秦始皇兵马俑内的铜陵车马则是世界科学技术发展史上的一个奇迹, 浓缩了古代铸造和焊接技术的结晶。
2 科学发展观指导材料成形技术基础课程教学
社会科学技术的发展与进步离不开材料成形技术的发展, 以科学发展观指导材料成形基础的教学。坚持以人为本, 实现经济社会的全面、协调、可持续发展, 是科学的发展观的基本内涵, 也是指导材料成形技术基础课程教学发展的重要基础。
胡锦涛主席在中国共产党第十七次代表大会中上的报告─高举中国特色社会主义伟大旗帜为夺取全面建设小康社会新胜利而奋斗, 体现了科学发展观与时俱进与可持续发展等的特点。材料成形技术基础课程的教学中也要发挥与时俱进的特点, 将社会的科学技术的最新进展与材料成形技术的发展紧密关联起来。2007年, 中国第二重型机械厂成功地自主研发生产了100吨的钢锭。在此之前, 由于国外对大型钢锭技术的垄断, 不对中国进行出口。目前国内钢厂所用的大型轧棍仅仅是80年代由日本和德国出口到中国的几对, 自此以后不再出口到中国, 并且相关的资料和文献也找不到。大型钢锭的成功铸造生产, 不仅仅是铸造技术水平的提高, 还可以相应的带动轧制等塑性成形技术的发展。2003年10月15日我国自主研制的“神舟五号”载人飞船在酒泉卫星发射中心载人航天发射场由“长征二号F”运载火箭成功发射, 产生了中国第一位登上太空的航天员杨利伟。2008年9月25日晚中国自行研制的第三艘载人飞船“神舟七号”成功发射升空, 航天员翟志刚顺利出舱实施中国首次空间出舱活动, 并挥舞着国旗向祖国和人民致意问好。从“神舟五号”到“神舟七号”的成功升空的后面, 则是科学技术发展和材料成形技术发展的结晶, 都是我国材料成形技术的最新进展。如体现了新材料的制备 (包括铸造和粉末冶金等) 和特种条件下材料的成形技术 (冲压和焊接等) 等。此外, 我国在上海浦东启动的生产大飞机项目计划, 将是科学技术发展与材料成形技术发展的大集成。
科学发展观指导材料成形技术基础课程教学的发展要适应社会发展的需要, 做到学有所用。学习知识的目的最终是为了适应社会服务社会, 回报社会。目前, 重庆理工大学推行的3+1教学模式 (就是在毕业的前半年, 由用人单位和已经签订合同的同学, 由学校的指导老师和企业的工程师等共同辅导学生做毕业设计) , 一方面可以使学生更快的适应企业的需要, 与原来方式相比较, 相当于提前熟悉和掌握了实际的知识和技能;另一方面, 可以加强学校和企业的合作。更重要的是, 可以让知识得到不断更新, 科学发展, 学生学有所用, 从而避免让企业认为我们所学的理论知识是10年以前或者更久的, 不能适应的当代企业的需要。与此同时, 聘请一些企业的有技术和经验的工程师到学校给学生做讲座, 加强学生对知识的理解。如我们聘请重庆志成机械厂的总工程师的, 技术员给学生讲低压铸造和重力铸造的结构和性能特点等;聘请长安汽车集团股份有限责任公司的资深设计师和工程师讲述汽车覆盖件的成形特点等, 这样既结合了企业的生产实际, 又加强了学生的兴趣和对知识的理解。实践是检验真理的唯一标准。为了提高学生的实践动手能力, 实现理论和实践相结合, 经常带领学生到企业参观实习, 并且利用教育部汽车零部件检测重点实验室和重庆市模具工程技术中心的平台, 尽可能的让学生参与到材料成形技术实践过程中, 一方面加深对知识的应用, 另外一方面在实践中去发现问题, 解决问题。
坚持可持续发展, 统筹人与自然和谐发展, 处理好经济建设、人口增长与资源利用、生态环境保护的关系, 推动整个社会走上可持续发展的道路。我国人口众多, 能源、水、土地、矿产等资源相对不足, 生态环境承载能力弱, 随着经济快速增长和人口不断增加, 矛盾越来越尖锐, 形势也越来越严峻。例如材料成形过程中的污染是一个严重问题。如2004年我国水泥产量约10亿吨, 排放8亿吨CO2, 80万吨SO2, 160万吨NOx和800万吨粉尘, 还有大量污水。此外, 一吨钢出2吨CO2, 炼焦和有色金属冶炼排放更多的SO2、固体废渣、粉煤灰、煤矸石、尾矿等, 每年都以亿吨计, 累计起来已有百亿吨, 占地面积几百万亩。固体废渣目前在水泥工业用量很大, SO2一般可回收制硫酸, 当前人们最关心的是CO2, 因为它是造成温室效应的祸首。因此, 材料成形技术的发展对可持续性发展起着至关重要的作用。目前, 新型材料核能材料、储氢材料和仿生材料等的发展, 为可持续性发展作出了突出的贡献。
3 结语
发展是硬道理。发展就要与时俱进, 就要创新。发展、创新, 要以科学的发展观为指导。在机遇和挑战并存材料成形技术基础课程教学中, 材料成形技术基础课程教学有着广阔的服务空间和领域, 我们要与时俱进, 跟上材料成形技术进步的步伐, 结合材料成形技术基础课程教学的实际, 以科学发展观为指导, 将科学发展观的可持续发展贯穿到材料成形技术基础课程教学中来。
参考文献
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[4]包纪平, 姜金贵.基于科学发展观的绿色GDP研究[J].现代管理科学, 2008, 9:84.
工程材料及成形公益基础试题 第5篇
1、 常见的金属晶体结构：、
2、 晶体缺陷可分为：。
3、 点缺陷包括：、、。
线缺陷包括：位错。位错的最基本的形式是：刃型位错、螺型位错。
面缺陷包括：晶界、亚晶界。
4、合金的相结构可分为：
5、弹性极限： 屈服极限： 抗拉强度 ：b 弹性模量：
6、低碳钢的应力应变曲线有四个变化阶段：、颈缩阶段。
7、洛氏硬度HRC 压印头类型： 、总压力：
8、疲劳强度表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。
9、冲击韧度用在冲击力作用下材料破坏时单位面积所吸收的能量来表示。
10、过冷度影响金属结晶时的 和。
11、以纯铁为例 α – Fe
γ – Fe、δ – Fe为12、热处理中，冷却方式有两种，一是连续冷却，二是等温冷却。
13、单晶体的塑性变形主要通过 滑移 和 孪生 两种方式进行。
14、利用再结晶退火消除加工硬化现象。
15、冷变形金属在加热时的组织和性能发生变化、将依次发生、和
16、普通热处理分为：退火、正火、淬火、回火。
17、退火可分为:完全退火、球化退火、扩撒退火、去应力退火。
18、调质钢 含碳量一般为中碳、热处理为淬火+高温回火。
19高速钢的淬火温度一般不超过1300℃、高速钢的淬火后经550~570℃三次回火。
三次回火的目的：提高耐回火性，为钢获得高硬度和高热硬性提供了保证。
高速钢的淬火回火后的组织是：回火马氏体、合金碳化物、少量残余奥氏体。
20、铸铁的分类及牌号表示方法。P142
二、名词解释
1、点缺陷：是一种在三维空间各个方向上尺寸都很小，尺寸范围约为一个或几个原子间距的缺陷。包括空位、间隙原子、置换原子等。
2、线缺陷：是指三维空间中在两维方向上尺寸较小，在另一维方向尺寸相对较大的缺陷。属于这类型缺陷的主要是各种类型的位错。
3、面缺陷：是指三维空间中在一维方向上尺寸很小，另外两维方向上尺寸很大的缺陷。常见的面缺陷是金属中的晶界、亚晶界。
4的物理部分。
5、同素异构转变：同种金属体材料中，不同类型晶体结构之间的转变称为同素异构转变。
6、匀晶相图：两组元在液态和固态中均为无限互溶最后形成单相固溶体的相图称为匀晶相
图。如Cu—Au、Au—Ag、Fe—Cr和W—Mo等合金系相图都是匀晶相图。
(L→α)
7、共晶相图 ：两组元在液态无限互溶，在固态有限溶解(或不溶)，并在结晶时发生共晶
转变所构成的相图称为二元 共晶相图。(L→α+β)
8、包晶相图：两组元在液态下无限互溶，在固态有限溶解，并在结晶时发生包晶转变的相
图，称为包晶相图。(L+α→β)
9、冷作硬化：金属经过冷态下的塑性变形后其性能发生很大的变化，最明显的特点是强度
随变形程度的增大而大为提高，其塑性却随之有较大的降低，这种现象称为
形变强化。(加工硬化、冷作硬化)
10、热处理：是金属材料在固态下，通过适当的方式进行加热、保温和冷却，改变材料内部
组织结构，从而改善材料性能的一种工艺方法，也称之为金属材料的改性处
理。
11、退火：是将钢加热到预定温度，保温一定时间后缓慢冷却(通常随炉冷却)，获得接近
于平衡组织的热处理工艺。
12、正火：正火是将钢加热到Ac3(亚共析钢)或Accm(共析钢和过共析钢)以上30~50℃，
保温适当时间后在静止空气中冷却的热处理工艺。
13、淬火：是将钢加热到Ac3或Ac1以上30~ 50℃，经过保温后在冷却介质中迅速冷却的
热处理工艺。
14、回火;就是把经过淬火的零件重新加热到低于Ac1的某一温度,适当保温后，冷却的室
温的热处理工艺。
15、调质处理：淬火和高温回火相结合的热处理方法称为调质处理。
16、铸造：是将液态金属或合金浇注到与零件的形状，尺寸相适应的铸型内，待其冷却凝固
后，获得毛坯或零件的方法。
17、塑性加工：利用金属材料在外力作用下所产生的塑性变形，获得所需产品的加工方法称
为塑性加工。
18、焊接：是一种永久性连接金属材料的工艺方法，焊接过程的实质是利用加热或加压等手
段，借助金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来。
三、问答题
1、晶粒大小如何控制?
答：方法有三种①增加过冷度②变质处理③机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。
2、过冷奥氏体的转变可分为哪几种基本类型?各种类型的组织分别是什么?
答：过冷奥氏体的转变可分三种
①珠光体型转变(扩撒型转变)：普通片状珠光体(P)、索氏体(S)、托氏体(T)。
②贝氏体型转变(过渡型或半扩撒型转变)：上贝氏体(B上)、下贝氏体(B下)。
③马氏体型转变(无扩撒型转变)：板条状马氏体、片状马氏体。(钢中出现何种形态的马氏体主要取决于含碳量)
3、 球化退火的定义及主要适用于什么情况，主要目的是什么?
答：(1)球化退火是将钢加热到Ac1以上10~30℃，保温较长时间后以及其缓慢的速度冷却
到600℃以下，再出炉空冷的热处理工艺。
(2)主要适用于共析和过共析钢及合金工具钢的退火，使钢中的网状二次渗碳体和珠光体
中的片状渗碳体球化，降低材料硬度，改切削加工
性能，并可减小最终淬火变形和开裂，为以后的热处理做准备。
(3)目的是为了使珠光体中的渗碳体变为球状，降低硬度，提高塑性，大大有利于冷拔、
冷冲压等冷变形加工。
4、 亚共析钢和过共析钢淬火温度为什么不能过高又为什么不能过低?
答：(1)亚共析钢的淬火温度为Ac3+(30-50)℃。淬火后的组织为均匀细小的马氏体。
如果加热温度过高，将导致马氏体晶粒粗大并引起工件变形;如果加热温度过低(< Ac3)，淬火组织为马氏体和铁素体，严重影响淬火钢的整体性能，造成强度和硬度不足。
(2)过共析钢的淬火温度为Ac1+(30-50)℃。淬火后的组织为均匀细小的马氏体和粒
状二次渗碳体，有利于增加钢的硬度和耐磨性。如果加热温度过高，则二次渗碳体将全部溶入奥氏体，使马氏体转变温度降低，淬火组织中残余奥氏体增多，而粒状渗碳体减少，使钢的硬度和耐磨性降低，并增加变形和开裂的倾向。
5、 铸铁性能特点?
答：(1)力学性能低，铸铁的抗拉强度和塑性都较低，这是由于石墨对钢基体的割裂作用和
所引用的应力集中效应造成。
(2)耐磨性和消振性好，是因为铸铁中的石墨有利于润滑及贮油。
(3)工艺性能好，由于铸铁含碳量高，接近共晶成分，熔点比钢低，因而铸铁流动性好。
6、指出下列合金钢的类型、用途、碳和合金元素的主要作用及热处理特点?
(1) 40CrNiMo;(2)60Si2Mn;(3)9SiCr;(4)65Mn.
答：(1) 40CrNiMo 类型：调质钢;用途：齿轮
C：中碳 大多在0.4%左右;含碳过低影响钢的强度，过高则刃性不足。 Cr、Ni：提高淬透性，耐回火性，强化基体，提高屈强比。
Mo：阻止第二类回火脆性。
热处理特点：采用调质处理，将淬火和高温回火相结合的热处理方法，
处理后的组织为回火索氏体，具有良好的综合力学性能。
(2)60Si2Mn类型：弹簧钢;用途：机车板簧、测力弹簧等
C：中高碳(0.45%~0.85%)含碳量过高时，塑性、韧性降低，疲劳强度下降。
Si、Mn：提高淬透性，耐回火性，强化基体，提高屈强比。
热处理特点：淬火加中温回火，处理后的组织为回火托氏体。具有高高弹性
极限、屈服点和屈强比，并具有足够的韧性。
(3)9SiCr类型：合金工具钢; 用途：板牙、丝锥、绞刀、搓丝板、冷冲模
C：高碳 (0.65%~1.35%)保证高硬度和高耐磨性，若要兼顾耐冲击性能，
含碳量取下限;若要强调耐磨性则含碳量取上限。
Si、Cr：可提高钢的淬透性和耐回火性，强化铁素体。
热处理特点：正常淬火加低温回火，热处理后的组织为回火马氏体、未溶碳化
物和残余奥氏体。具有高硬度、高耐磨性和一定的韧性。
(4)65Mn 类型：弹簧钢 用途：弹簧、阀簧
C：中高碳(0.45%~0.85%)含碳量过高时，塑性、韧性降低，疲劳强度下降。
Mn：提高淬透性，耐回火性，强化基体，提高屈强比。
热处理特点：淬火加中温回火，处理后的组织为回火托氏体。具有高高弹性
极限、屈服点和屈强比，并具有足够的韧性。
7、 P160 (6-5)热处理工序的主要作用?指出最终组织是什么?
杆类零件加工工艺路线：下料→锻造→退火→机加工→淬火+高温回火→机加工
答：退火的目的是为了改善锻造组织，细化晶粒;降低硬度，便于切削加工，为调质处理作
组织准备。
在840+10℃加热，油淬，经(540+10℃)回火(水冷)防止第二次回火脆性; 其组织为回火索氏体;硬度为30~80HRC。
四、看图回答问题
1、铁碳合金相图P46
(1)、五个重要的成份点:
P：0.0218%、碳在α – Fe中的最大溶解度;
S：0.77%、共析点;
E：2.11%、碳在γ – Fe中的最大溶解度;
C：4.3%、共晶点;
K：6.69%渗碳体。
(2)、四条重要的线: ECF:共晶线ES：Acm线 GS：A3线
PSK: 共析线又称A1线PQ：碳在铁素铁中的固溶线
(3)、三个重要转变: 包晶转变反应式：L+δ——A
共晶转变反应式：L——A+ Fe3C
共析转变反应式：A——F + Fe3C
(4)、二个重要温度:ECF 1148 ℃ 、PSK727 ℃ 。
(5)、公式：F + Fe3C → P (珠光体)
A + Fe3C →Ld(高温莱氏体)
2、共析碳钢连续冷却转变P57(图2.45)
V1 炉冷 P
V2 空冷 S
V3 油冷 T+M+A
V4 水冷 M+A
3、 各种淬火方法示意P81(图4.10)
1— 单介质淬火法
2— 双介质淬火法
3— 马氏体分级淬火方法
4— 贝氏体等温淬火法
4、铸铁壁之间避免锐角连接
不合理 合理
5、铸件壁或筋的连接形式
材料成形基础 第6篇
一、注重培养学生的学习兴趣
兴趣是学习最好的源动力, 作为教师首先要培养和引发学生的学习兴趣, 变单边教学为双边教学。实践中我们将激励教学法和互动教学法结合为一体, 首先是切实有效地激发学生的学习兴趣。上好第一堂绪论课可谓是重中之重, 因为每一门专业课都有一个引入问题, 良好的引入可以给学生以兴趣、好奇以及探究的信心;其次是每次课的新课引入部分是课堂教学过程中由一个问题转移到另一个问题, 从一个知识点过渡到另一个知识点的纽带, 是课堂教学不可缺少的重要组成部分。比如, 在讲述本课程的绪论部分, 可以这样引入:越王勾践剑在1965年出土的时候, 已历经2000多年, 仍然寒光闪烁、锋利无比, 20余层纸一划而破, 它的生产过程到现在仍然是一个谜。我们可以就此讲到其生产所涉及的材料、成分、防锈处理、铸造等专业知识, 以及现代人对其生产过程的研究和理解。从而让学生对本课程产生浓厚兴趣, 并产生进一步学习的强烈愿望;再有, 当讲到金属材料的热处理方法这一节内容时, 可以提出这样一个问题:厨房用的菜刀为什么有的卷刃, 有的崩刃, 而肉店使用的剁刀可以剁骨却毫发无伤, 这里面的奥秘何在?这样一提问, 学生的兴趣顿时高涨, 注意力非常集中地听完了这堂课。等热处理方法这节内容上完, 学生就有所体会了, 于是可以安排一定的讨论时间, 让学生自己讨论哪些零件需要热处理加工, 以及需要哪些热处理加工方法, 这样活跃了课堂气氛, 教学效果也相当好。
要引起学生的思考和兴趣, 设问式教学方法也是课堂教学中经常采用的。比如在讲“纯金属的结晶”一节时, 可以这样提出问题:同学们, 为什么我们见到的金属都是固态的?金属是怎样由液态转变为固态的?凝固过程中金属内部到底发生了哪些变化?金属凝固时的温度 (结晶温度) 和加热时的熔化温度是同一个温度吗?为什么把金属的凝固过程称为结晶?由此看出采用设问式教学方法的教学过程也是一个问题不断提出, 思维不断得到锻炼的螺旋式发展上升的过程。上述实例以金属的结晶为主线, 引出金属状态的改变、形核、长大及转变温度等一系列相关问题, 整个课堂由这些问题组成, 环环相扣。授课过程中教师的教学思路清晰, 学生的思维得到了训练, 师生间加入了和谐的互动, 产生教学共振, 提高了学生的参与兴趣。
另外, 单调的、平铺直叙式的课堂教学往往使学生产生疲劳, 为吸引学生注意力, 增加课堂教学的趣味性, 可以适当插讲一些与课程内容相关小故事, 以及当今科技前沿的最新进展, 可以丰富教学内容, 培养学生的使命感和责任感, 也对提高教学效果起到了较好的作用。
二、运用比较加深学生的理解与记忆
1. 异同比较法
本课程的特点是基本概念较多, 而且大多数概念是学生初次接触。对概念的理解和记忆也是教学的重要内容。理解概念是记忆概念的前提, 但理解还不等于记忆。教学中对性质相同或相近的概念进行比较, 找出它们的共性和相互间的差异性, 既可以看到物质的整体又不忽视物质的个别特征, 从而加深对概念的认识, 以此促进记忆。例如, 马氏体、奥氏体、铁素体这三种组织都属于固溶体, 这是它们的相同点;但铁素体和奥氏体是间隙固溶体, 而马氏体是过饱和固溶体, 另外马氏体和铁素体的溶剂是-Fe, 而奥氏体的溶剂是-Fe, 这就是它们的不同点。再如, 在讲解“时效硬化”这一概念后, 可把已学过的“固溶强化”和“形变强化”这两个概念与它写在一起进行比较讲解, 总结出这三个概念均指在一定条件下使金属材料的强度、硬度升高, 但它们使材料强化的条件又各不相同:固溶强化是通过溶入溶质原子形成固溶体, 产生晶格畸变而使合金强化;形变强化是金属由于塑性变形而引起;而时效硬化是铝合金淬火后随时间延长而使强度升高。通过异同点的比较可使学生在较短的时间内掌握这3个基本概念, 并能很容易地记住它们。
2. 相反相成比较法
有一些概念具有相关相反的关系, 讲解时可以把它们放在一起, 通过对照比较的方法进行分析, 以提高记忆效果。如“热变形”和“冷变形”两者正好相反, “热变形”是金属在再结晶温度以上进行的塑性变形, “冷变形”则是在再结晶温度以下进行的塑性变形。再如“碳钢”和“铸铁”也可看作一组概念, “碳钢”是含碳量小于2.11%的铁碳合金, 而“铸铁”是含碳量大于2.11%的铁碳合金。另外“晶体和非晶体”也属于这一类。对这类相反相成的概念进行分析比较, 可以使学生同时掌握一组概念, 而且相得益彰, 加深理解记忆。
3. 列表比较法
列表法是我们在教学中常用的一种比较方法, 它是教师在分别讲解的基础上指导、帮助学生引线串珠, 将零散的、孤立的知识组成系统, 以提高记忆效果。其主要优点是条理清晰, 对比鲜明, 易于掌握。我们在教学中注意运用列表这一特点, 在讲完每章内容后设计出每章的知识系统图、结构图进行小结, 明显地增强了学生的记忆效果。例如, “钢的分类和编号”这一节的特点是材料牌号多、内容庞杂、易于混淆, 学生难以掌握, 采用列表法可取得较好的教学效果。在表格中概括了常用合金结构钢和工具钢的知识体系, 明确列出常用合金结构钢和合金钢的名称、牌号、记忆方法 (牌号的特点) 、用途等, 可明显看出常用各种合金钢这几方面的差异, 便于对它们进行比较, 并揭示了材料牌号在数字上的规律。再有在讲解“零件表面加工方法的选择”一章时, 将各种加工方法所能达到的尺寸公差等级、表面粗糙度等级进行列表比较, 可以加深学生的理解记忆, 取得较好的教学效果。
三、用实例阐释教材内容, 注重教学生动性
课程的教学内容广而杂, 反映在教材中就是标题多、分析少, 概念抽象, 解释简单。弥补这一缺陷的有效方法就是在讲课过程中, 适时穿插一些生活上、生产上的实例和贴切的比喻。如学生在学习铁碳合金相图时, 常常对钢铁材料组织中的含碳量会随温度发生变化的现象不易理解, 这时就可用饱和食盐水作类比, 升温时食盐的溶解度升高能够溶解更多的溶质, 降温时溶解度降低食盐又会析出。通过这一类比学生很快就会明白, 钢铁材料组织中的含碳量随温度发生变化的关键在于固溶体的含碳量会随温度的变化而变化。又如在讲解铸铁中的石墨形态对力学性能影响时, 以已经出现裂纹的锣需要在裂缝尖端钻两个圆孔就可止裂为例, 引出应力集中的概念。实例的应用常给学生留下深刻的印象, 运用得当能起到事半功倍的效果。
用生活实例还可以使抽象问题简单化, 进而触类旁通, 增强学生的思维理解能力。如在学习锻造内容时, 学生对金属坯料在外力作用下发生塑性变形, 产生组织致密, 强度、硬度增大的现象不好理解。教学中可以制作馒头为例, 和面时越是揉搓时间长, 制成的的馒头内部层状纤维越致密, 吃起来越筋 (韧性好) 。再从这种现象演化到金属坯料来, 学生就容易理解发生塑性变形后组织致密, 强度、硬度增大的机理。
另外我们在教学中还发现, 学生在学习“铸件的内应力”一节时普遍感到铸件内部形成的内应力的机理和由于内应力产生的变形的结果感到难以理解。我们在讲解中将加热到塑性状态的金属材料比作橡皮泥, 可以任意变形而不致在其内部引起残余应力;而将处于弹性状态的金属材料比作一根弹性模量很大的弹簧, 以此为例说明由于在同一时期铸件的各部分收缩量不同而引起铸件内部各部分相互牵制造成内应力, 这样铸件内部的各部分的应力状态就易于讲解清楚, 学生也容易接受。而在后期由于内应力的作用铸件各部分要回到原来的平衡状态进而缓解应力, 这样铸件由于内应力产生的变形自然和受到外力作用下工件的变形状态不同。
四、运用现代化教学手段及方法
对于金属材料成形原理部分较深奥的课程内容, 利用多媒体及音像等的辅助教学对提高教学效果十分有效。目前一些原理课程教学多是全部由教师讲授, 且讲得过细。这种教学方式造成了学生只是被动地听课, 缺少主动地创造性思维, 是一种单向灌输式的教学方式。应将这种僵化的灌输式的教学改为教师讲授与学生分析研究相结合, 并应用音像、多媒体教学、网上课堂、试题库等先进的教学手段实现交互式教学, 使学生由被动变主动, 可以改善教学效果, 提高教学质量。
多媒体教学集语言、文字、声音、图形、图像、影像、动画等多种媒体信息于一体, 图文并茂, 形象生动, 把平面的图形立体化, 化繁为简, 化静为动, 达到了抽象概念具体化, 微观概念宏观化的良好效果, 使学生具有亲临其境、亲历其中的体验, 对学生思维能力、想象能力和创新能力的培养和提高发挥了积极作用。如在“特种铸造”一章的讲解中, 其概念多、工艺过程繁杂, 在传统教学中利用挂图, 花费大量的精力和时间讲解说明也难以达到良好的教学效果。而利用多媒体课件教学, 通过教师和课件中声音、动画、视频等多种形式的引导、启发, 进行生动的课堂教学, 激发了学生的学习热情, 发挥了学生的想象力和创造力, 达到良好的教学效果。
再有, 在讲解“刀具的标注角度”部分内容时, 通过计算机多媒体视频、动画等的合成, 生动地再现了三个辅助平面和刀具五个角度之间的关系, 鲜明的直观性大大增强了学生的感性认识, 减少了传统演示教学所带来的不便, 提高了学生的学习效率。多媒体课件丰富多彩的教学环境, 新颖活泼的教学方式极大地调动了学生学习的积极性, 促进了学生和教师的交流。
除此之外, 我们还建立了网络课堂和试题库, 开发推出了金属材料成形基础精品课程网站。网络课堂主要有教学安排、网络教程、电子教案、在线实习、在线测试、在线讨论与答疑、素材库等模块组成。这样可以充分利用多媒体技术和网络的普遍性、即时性和便利性在教学上的优势, 利用一切可视化手段, 如文本、动画、视频、声音等多媒体的有效组合, 引导学生自主学习, 帮助学生理解和掌握课程的重点和难点, 激发学生自主学习的积极性和兴趣, 同时实现优质教学资源的网络共享。
参考文献
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《材料成形原理》教改初探 第7篇
材料成形原理是材料成型及控制专业的主要基础理论课程之一, 主要阐述凝固成形、焊接成形和塑性成形等近代金属材料成形技术中共有的物理现象、 内在规律与物理化学冶金学本质。其教学目标是:通过介绍材料成形技术的基本原理和理论基础等的方法, 使学生对材料成形原理有深入的实质性理解, 为开发材料成形技术、分析和解决材料成形过程中的质量缺陷问题奠定坚实的理论基础。如何使学生理解材料成形原理、掌握专业知识, 教师在授课过程中教学内容、教学方法和评价方式起着至关重要的作用。因此, 本文结合我院材料成型及控制专业的实际教学情况以及作者在教学过程的切身体会, 谈谈在材料成形原理教改中的尝试。
二、教学内容的改革
材料成形原理课程是在学生已具有工程力学、材料科学基础、材料物理、材料化学和材料导论等的基本知识的基础上进行的, 课程主要学习内容是:液态金属的结构和性质、单相及多相合金的结晶、铸件宏观组织及控制、特殊条件下的凝固与成形、凝固缺陷及控制、金属材料熔化焊接的基本理论、金属材料焊接性的基本能力、焊接裂纹的危害和分类及防治措施、塑性变形的机理、变形条件对金属塑性和变形抗力的影响、塑性变形时的力学条件等, 内容丰富且庞杂。因此, 我们对液态成形、焊接成形和塑性成形的共性部分进行凝练, 对个性部分做有选择的论述, 并适当地介绍比较成熟的相关新理论, 减少了与材料科学基础课程的重复内容。本课程主要阐述材料成形过程中材料的组成、结构与性能的内在关系, 强化在材料成形过程中通过控制和改善材料组织与性能获得健全优质产品的方法和途径。本课程主要围绕液态成形、焊接成形和塑性成形展开教学内容。重点理解金属材料的性能很大程度上取决于材料的结构, 通过控制和改善材料组织, 获得良好的性能;同时, 金属材料的性能又反过来指导优化材料的成形工艺等。如何抓住以上教学主线, 让学生全面掌握金属材料成形过程中, 成分、结构与性能各自特性及相互关系, 是材料成形原理课程的主要教学目标。
在教学过程中, 始终围绕教学主线, 避免过多地讲解相关理论, 适时将成型的基本理论与实际生产相结合, 与学生进行分析和讨论, 解决材料液态成型过程中的相关问题, 使学生更好地理解本课程的主题思想, 并启发学生的学习积极性和主动性, 培养学生分析问题和解决工程实际问题的能力。例如在讲解铸件的宏观组织时, 分别介绍了根据液态金属的成分、铸型的性质, 浇注及冷却条件的不同, 可以得到不同的凝固组织 (表层急冷晶区、中间柱状晶区和内部等轴晶区) 及其性能。通过使用具体的例子生动形象地说明了成分、组织结构与金属材料制品性能的关系, 从而使本课程的主题思想一目了然, 使教学内容由庞杂繁多变得简单易懂, 通过理论结合实际, 强化了学生的专业知识。
随着社会的发展和科技技术不断进步, 新材料、 新工艺和新方法不断出现, 材料成形原理的内容也在不断地更新和完善, 促使教师在讲解成形原理时, 要注意结合本学科前沿研究领域和最新发展动态、介绍重点科技成果, 增加教学信息量, 大大丰富和活化教学内容, 使学生掌握更多、更新的专业知识。
三、教学方法的改革
随着科学技术的发展, 多媒体技术已应用到教学过程中, 集合了文字、图形、声音、动画等元素, 具有很强的形象性和通用性, 增强了教学的直观性和生动性, 对提高教学效果、减轻老师的板书负担发挥了很大的作用。然而, 单纯地采用多媒体教学的不足日渐凸显, 如教学信息量大、讲课节奏加快、学生来不及记笔记等, 影响教学效果。另外, 材料成形原理是一门理论性很强的课程, 需要学生在课堂上接受大量的理论知识, 传统的教学方式已经无法完全满足学生门的需求, 在课堂教学中, 笔者引进一些新的教学方法, 这样做不仅改变传统的枯燥的教学模式, 还能使够激发学生的学习动机和兴趣, 调动学生学习的积极性和主动性, 进一步提高教学质量和学习效率。
1.多媒体教学中融入传统的教学方法。根据材料成形原理课程的特点, 在制作多媒体课件时, 并不是大幅的摘抄教材, 只需要把教学构思和一些不便板书的内容制作进去, 如概念、图表、动画、视频等。而对一些关键的公式推导和概念的解释说明等, 用图形或图像表达非常困难, 这时通过板书、深入浅出的讲解和生动形象的比喻使学生就能更容易接受和掌握。同时, 学生除了学习新知识外, 更为重要的是学到了一种思维方法、分析问题和解决问题的方法。然后与多媒体结合, 边播放画面, 教师边讲解, 对于在重点或难点问题, 通过教师的解释往往起到画龙点晴的作用。 另外, 对学生进行提问, 使教师与学生之间进行双向的信息交流, 使原来的“满堂灌”方式变成双向交流的教学模式。使学生更容易接受和掌握知识, 提高教学效果, 有利于学生综合素质的培养和提高。
2.案例教学法。在教学过程中, 将课堂的理论教学与实际问题有机结合, 调动学生学习的积极性、主动性和创造性, 学会如何将书本知识运用于实际问题, 培养和提高其表达能力、思维能力和分析解决问题的能力。比如在讲授“凝固缺陷与控制”一节中的“缩松” 部分的时候, 就把科研实验中的风电用球墨铸铁的缩松形貌的图片列出, 让学生可以从多个方面分析缩松形成的原因以及防治措施, 这既大大激发了学生学习的兴趣, 又培养和锻炼了学生的发散思维。学生在实例中理解理论知识, 提高学生的学习兴趣, 增强了课堂教学的说服力, 培养学生独立的思考能力和创新能力。
3.讨论式教学法。在教学过程中, 如果采用“教师讲”、“学生听”的“填鸭式”教学, 很难唤起学生的兴趣和积极性, 不易发挥学生参与课堂的主体作用, 挤占了学生自学和独立思考的时间和空间。在材料成形原理课程中, 通过课堂讨论的方式将有大量的基本概念、基本原理和基本规律传递给学生。既能调动学生学习的积极性, 又能锻炼学生的自学能力、思维能力和表达能力。例如在讲授“金属的塑性和影响因素”一节中“变形温度对塑形影响”时, 引导学生将所学知识分析讨论不同变形温度下对金相组织和力学性能的影响, 激发学生的学习兴趣, 集思广益、加深对该问题的认识。
4.现场教学法。现场教学法最显著的特点在于可以直接接触认识对象并亲身参与实践活动, 能够为学生提供丰富的直接经验, 有助于学生理解和掌握理论知识, 培养运用知识于实践的能力。材料成形原理课程的原理性非常强, 即使在课堂中进行视频播放讲解, 学生在理解上还是比较困难的。如讲授到焊接缺陷的时候, 如果没有现场教学的话, 学生可能感觉到比较抽象和枯燥, 可以带学生到实验室, 通过现场操作演示, 使学生可以直观地了解焊缝的制备过程。同时, 对于出现的焊接缺陷 (气孔、夹渣、热裂纹、焊瘤和咬边等) , 在教师适当引导下, 充分发挥学生的主动性, 分析问题可能的原因, 进一步调节焊接电流、焊接电压和焊接速度等参数, 重新进行实验操作, 直到得到良好的焊缝。这样既可以增强学生的动手能力, 还可加深对焊接成形的理解, 更重要的是拓宽了学生的视野, 提高学生综合应用知识的能力, 进而激发学生的创新意识与能力, 为其后续的工作和科研奠定了良好的理论和实践基础。
四、改善课程考核方法
在材料成形原理课程的考试考核上, 采取了综合考核方法。除了学生的期末笔试成绩外, 还包括课堂提问、课后作业、实验成绩、小论文等多种评价手段。 新的考核方式既锻炼了学生自主创新、知识综合运用的能力, 又培养了学生查阅分析信息资料、收集分析数据和撰写科技论文的能力。此外, 除突出基本知识和重点知识点外, 考试中还增加了一些主观题, 目的是综合考查学生应用知识的能力。通过考核方式的改革, 有助于学生掌握和运用所学知识, 培养学生分析问题、解决问题的方法及能力, 使学生学习的积极性和主动性都大大提高。
五、结束语
材料成形原理课程作为一门重要的专业基础课程, 该如何教学, 笔者经过近几年的教学实践和探索, 不断改进教学内容、教学方法和评价方式等方面, 加深了学生对材料成形原理的基本概念、基本理论和基本规律的理解, 激发学生的学习兴趣, 提高了教学质量和教学水平, 对学习以后专业课程打下坚实的基础。同时, 该课程的教学改革也促进了教师教学水平的提高, 完善了教师综合素养。
参考文献
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复合材料构件模压成形技术研究 第8篇
复合材料用量已经成为衡量飞行器是否先进的标志,尤其是直升机。复合材料在直升机上的应用从壁板、地板、整流罩等次承力结构迅速扩展到桨叶、平尾、尾梁筒体、斜梁等主承力结构,甚至出现了全复合材料直升机。随着复合材料应用的不断深入,复合材料构件热压罐成型、模压成型、缠绕成型、树脂传递模塑成型(Resin Transfer Moulding, RTM)等一系列工艺技术也得到深入研究与应用。但迄今为止,手工铺层+热压罐固化和模压成型仍然是国内直升机复合材料构件生产最重要的两种工艺方法。
针对热压罐成型,文献[1]对先进树脂基复合材料制造技术现状以及发展趋势进行了综述。热压罐成型作为其中最为重要的复合材料成型技术与数字化、自动化技术相融合将进一步提高复合材料构件质量、生产效率 并降低生产成本。文献[2]分析了复合材料热压罐固化变形机理,综述了基于工艺仿真的固化变形预测研究进展。文献[3]研究了金属模具与复合材料构件之间由于热不匹配而产生固化残余应力造成复合材料构件固化变形情况。文献[4]提出了保持热压罐成型温度场均匀性的优化方法。文献[5]总结了复合材料热压罐成型模具设计准则,提出了低成本、工艺性好的模具设计方法。针对复合材料模压成型,文献[6]分析了影响模压成型工艺质量的主要因素;文献[7]研究了模压成型工艺中加压点的优化选择。文献[8]建立了非稳态温度场与固化动力学数学模型。
综上所述,复合材料热压罐成型工艺的研究较为深入,而模压成型工艺研究相对较少,主要针对某个工艺参数展开。本文针对这一现状,系统研究复合材料构件模压成型技术。论述了融合数字化、自动化技术的模压成型工艺过程,着重研究了模压成型模具的数字化设计制造技术。
1 模压成型工艺流程
复合材料构件采用“增材”制造模式,即构件由各个铺层铺叠而成。铺层在固化前与固化后存在一定的厚度差异;此外,铺层设计包括铺层顺序、剪口、展开边界、激光铺层投影数据等依赖设计数模但与设计数模存在一定差异。因此,复合材料构件模压成型首先应进行工艺数模设计。在工艺数模的基础上进行成型模具设计;完成模具制造后,开始进行构件的铺贴、合模固化并对固化后的构件修边、打磨;最后对构件进行检验。整个模压成型工艺流程如图1所示。
2 工艺数模设计
工艺数模是复合材料构件制造的基础数据,是成型模具的设计依据。工艺数模设计主要有贴模面设计、工艺铺层的详细设计、铺层展开与排样、铺层书和激光投影数据生成等。其中,工艺铺层的详细设计着重确定铺层边界、顺序、剪口以及铺层搭接或对接的选择等; 激光投影数据生成则需在铺层边界生成过程中,计算各个边界点的法矢,以便激光投影时能自动选择激光投影头,以提高投影质量。
3 模压成型模具设计制造
3.1 模具设计
复合材料构件模压成型模具通常采用“阴模+阳模”的闭合结构形式。为了提高模具的工艺性,阴模通常采用分块组合的结构形式。阴模一般作为构件的铺贴面,要求精度高、表面质量好,以保证复合材料构件成型后的形状满足设计要求。模压成型中,阴、阳模需要承受和传递热压床产生的成型压力,要求具有较好的强度和刚度。模压成型模具设计主要涉及模具材料选择、结构热膨胀补偿、模具强度以及模具结构的详细设计等。
3.1.1 模具材料选择
普通45#钢是模压成型模具常用的材料,具有成本低、加工性好、强度高、刚性好等优势,但无论是碳纤维复合材料还是玻璃纤维复合材料,都与普通钢的热膨胀系数差异较大。当构件几何形状复杂时,按经验公式无法得到准确的结构补偿,需要多次试验并修正模具才能得到适当的补偿量。因此普通钢适合用作形状比较规则的复合材料构件的模压模具材料。
INVAR钢是一种特殊的模具材料,其热膨胀系数低且接近碳纤维复合材料,用作模具时基本不用考虑结构补偿,但INVAR钢可加工性差,成本高,刚性差。因此常作为成型精度要求高,几何形状复杂的复合材料构件的模具材料,如直升机的复合材料主、尾桨叶。
3.1.2 模具结构热膨胀补偿
当模具与复合材料构件热膨胀系数差异较大时,复合材料构件冷却的收缩量与模具收缩量不一致,从而导致构件几何尺寸偏差。该偏差可以通过下述方法消除。首先利用主元分析(Principle Component Analysis, PCA) 确定构件设计数模的主方向,进而确定主方向上构件的长度L。以L作为基准计算模具的补偿量,公式如下:
其中, △ α为模具与复合材料热膨胀系数的差值, △ t为固化温度与环境温度的差值。以△ L/ L作为缩放系数对构件数模进行修正,以修正后的数模作为模具型腔的设计基准。对几何形状复杂的构件,可通过工艺仿真技术结合工艺试验的方式来确定模具结构的补偿量。
3.1.3 模具强度
目前,成型模具较多依赖设计者的经验,较少或基本没有采用有限元分析软件来实现模具结构的轻量化设计。这与直升机制造业任务量大,模具设计人员数量少的现状直接相关。为了保证模具的强度和刚度,通常模具都较大且笨重,存在极大的减重和结构优化空间。因此,基于有限元分析的模具优化设计是直升机制造业复合材料构件低成本制造技术中可以深入发掘的技术。
3.1.4 模具结构设计
在上述工作完成的基础上,开始模具的详细设计。模具的详细设计应充分考虑工艺性、可操作性和自动化程度。根据复合材料构件的工艺数模,首先设计模具的型腔;特别地,需要充分考虑起模的可操作性,合理设置分模面。对不使用激光投影的模具,铺层的切割线决定了产品的外形尺寸精度,设计时应适当扩展,为修配留出加工量。对使用激光投影的模具,需在模具型腔外的显著位置设置用于校正激光头的靶标点。根据模具结构,设置适当的流胶槽。为了便于工人操作,降低劳动强度和提高效率,模具设计应综合考虑模具使用安全、便利,如设置适量的起模槽和站位线等。
3.2 模具制造
复合材料构件模压成型模具要求贴模面精度高、表面质量好。先进制造技术如高效数控加工、热表面处理等的应用为制造出高质量的模具奠定了基础。
3.2.1 模具数控加工
模压成型模具通常采用分块组合形式,装配精度高,而模具形腔是复合材料构件几何形状的保证。近年来,高速数控铣削、车铣复合、宽行加工和自适应加工等先进加工技术发展迅速,并且在模具加工上广泛应用。这些技术具有较高的材料去除率和低刀具磨损,加工面质量高等特点,有效保证了模压成型模具的质量并显著缩短了模具的制造周期。
3.2.2 热处理与表面处理
热处理可以有效消除模具加工中产生的残余应力, 提高模具的疲劳寿命和刚度。先进的表面的处理技术如激光表面强化,超音速火焰喷涂等可以改变模具型腔表面的组织性能,从而使得模具型面具有较高的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和脱模性。
3.2.3 模具型面的数字化检测
模具制造技术的不断进步对检测设备的要求也越来越高。随着三维测量技术的发展,检测设备多种多样, 精度也不断提高[9]。根据检测设备是否和被测对象的表面接触,检测方法分为接触式检测法和非接触式检测法。接触式检测中,应用最为广泛、最具有代表性的检测设备是三坐标测量机(CMM)。CMM具有测量精度高,测量范围广等优点,但该设备的测量速度较慢,并且在测量过程中存在接触压力,容易损坏模具的型面。非接触式检测主要有光学式和非光学式两种。代表性的设备为GOM公司的Atos流动式光学测量系统,图2为Atos检测过程示意。
无论是利用接触式检测设备还是非接触式检测设备,从模具型面上采样得到衡量模具型面精度的离散点后,均需与模具设计数模比对,才能得出模具的数值精度。具体流程如图3所示。
4 复合材料构件制造
完成复合材料构件工艺数模设计和成型模具制造后,采用手工铺贴或自动铺覆的方式完成铺层操作。对于手工铺层,需间隔几层后就抽真空压实,以减少层间空气和避免架桥。完成铺层操作后,合模,根据复合材料构件的树脂体系确定固化参数(固化时间、固化温度、加压点等),进而选择适当的热压床来完成构件的固化成型。最后对成型的构件进行修边、打磨等后加工操作,并进行几何形状与固化质量的检验。目前多采用超声C扫描检测复合材料构件的成型质量。
5 结束语
作为直升机制造业中广泛采用的一种复合材料构件成型技术,模压成型可充分利用先进的数字化设计制造技术来完成工艺数模和成型模具的设计与制造,同时融合企业积累的宝贵经验来高质量、高效率、低成本地完成复合材料构件的模压制造。随着复合材料构件成型工艺仿真的进一步发展,模压成型工艺将会得到更好的提升,从而促进复合材料在直升机制造领域应用的进一步发展。
摘要：针对模压成型这一种重要的复合材料构件成型方法,研究了模压成型工艺流程,复合材料构件工艺数模设计方法以及成型模具的设计、制造和检测方法,对复合材料构件的模压制造过程进行了介绍。
基于JSP的材料成形题库网站设计 第9篇
1 开发工具的介绍及分析
随着计算机技术的快速发展, 开发工具也日益多样化, 其中最具代表性的主要包括CGI, PHP, Python, ruby, ASP和JSP等。
CGI (Common Gateway Interface) 由于其极佳的跨平台性能, 几乎成为早期动态网页的唯一的实现方式, 但是对开发人员的技术要求高以及严重的可拓展性等问题[1]。ASP (动态服务器页面Active Serve Page) 由微软公司开发的代替CGI的一种应用, 简单方便的实现了数据库与其他程序的交互。由于其语言相容性高, 隐秘安全性好, 易于学习。但是其运行方式为逐行解释, 运行效率低, 缺乏有效的跨平台能力, 只能运行于微软的服务器产品上[2]。PHP (Hypertext Preprocessor, 超文本预处理器) 是一种通用的开源脚本, 吸收了C语言, Java等的特点。由于其开源免费模式, 快捷高效的运行方式, 跨平台兼容的形式得到广泛的使用, 但是由于缺乏规模支持, 多层结构支持和不统一的数据库接口提供的缺点, 使得其更适合于小型商务站点[3]。Ruby是由日本人开发的一种面向对象程序设计的脚本语言, 以其优雅的语言, 不需要注释就可以读懂以及减少编程时候不必要的琐碎时间的宗旨, 更加注重人性化的特点横扫日本, 快速发展[4]。
JAVA服务器页面 (Java Server Pages) 是由Sun Microsystems公司倡导、许多公司参与一起建立的一种动态技术标准.通过在传统的页面HTML文件中插入Java程序片段构成JSP网页。开发软件JSP具有如下特点:
(1) 系统的多平台支持;相比于ASP, JSP具有更为广泛的的平台支持性, 基本上所有平台的任意环境中可以进行开发。 (2) 将内容的显示与生成分离;这样既有助于保护网站的安全, 又可以保证任何基于HTML的WEB浏览器的完全可用性。 (3) 代码的安全性和隐秘性;由于JSP页面是基于Java语言为内置脚本语言, 包含有Java技术的所有优势, 包括良好存储管理与安全性[5], JSP的特点如图1所示。
2 网站系统内容与结构设计
材料成形题库网站的主要目的是对课程内容进行简介, 对教学大纲进行分析, 对主要知识点进行强调, 对习题进行搜集和解答, 对教学进度进行反馈。按照系统开发的基本观点对网站进行分析, 将设计库简化为逻辑设计和效果设计两部分。
2.1 逻辑设计
在进行逻辑设计之前, 需要明确网站内容上的要求。从内容上可以将网站划分为:
(1) 教学大纲讲解区:对于材料成形课程进行详细的讲解; (2) 习题搜集和解答区:对于材料成形课程的习题进行搜集, 同时公布详细的习题解答过程; (3) 教学进度与反馈区:主要实现教师与学生之间信息交流与反馈。学生可以通过本区对课程内容, 习题难点进行提问;老师可以通过本区域进行课程时间调整的相关通知;可以通过本区对学生的问题进行解答。对于本题库的主要操作包括查询、修改和删除数据。
其中数据查询是题库的主要功能, 为了快捷的实现与教材同步, 本题库采用了基于章节为分类的直接查询模式。在该模式下系统会将内容一章节的形式直接显示, 用户可直接选择所需要的章节, 查找相应的知识点下的习题, 在完成相应习题的训练后, 可以直接对照习题详解进行巩固。
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3 总结与展望
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目前, 远程教育正在通过网络快速的发展, 因而迫切的需要一个能够支持教师远程教育, 加强学生与教师之间的联系的教学交流平台的出现, 本习题库作为一个习题交流的雏形, 可以与远程教育课程相互结合, 实现了在线预习、学习、复习、练习甚至是在线测试, 从根本上完成在线教育的一体化进程。
参考文献
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材料成形基础 第10篇
粉末冶金材料与致密钢的主要区别就是基体组织中含有孔隙, 密度低于致密钢, 密度直接影响粉末冶金材料的力学性能和物理化学性能。图1是密度与粉末冶金烧结钢力学性能之间的关系[1], 当密度大于7.2g/cm3时, 其各项力学性能指标随着密度的增加而呈几何级数增加[2]。因此, 要获得高性能的粉末冶金材料, 就必须提高材料的密度。传统的粉末致密化方法有复压复烧、热压、热等静压、粉末锻造、浸渗等, 但由于存在一些缺点, 应用受到一定的限制。近年来, 世界各国的粉末冶金研究机构和学者开发出了一些新的粉末冶金成形技术, 如:粉末注射成形技术、粉末温压成形技术、粉末高速压制成形技术、粉末动磁压制技术、爆炸压制成形技术、模壁润滑技术、放电等离子烧结等。本文着重对有关高密度粉末成形技术的研究进展做一综合评述。
2 粉末注射成形技术
粉末注射成形技术[3] (Powder Injection Molding, 简称PIM) 是粉末冶金工艺与塑料成形技术相结合发展起来的一种金属粉末成型工艺技术。其工艺方法是:将微细金属或陶瓷粉末与流动性物质混炼均匀, 使粉末具有一定的流动性, 利用注射成形机, 像成形塑料那样将金属粉末或陶瓷粉末注射成形, 然后将成形坯中的流动性物质除去, 并在高温下烧结使成形坯致密化, 最后通过一定的后续处理得到最终产品[4], 其工艺过程如图2所示。
粉末注射成形法与传统粉末模压成形法相比, 有以下特点: (1) 能够成形三维复杂形状的金属粉末制品, 特别适合制造用常规粉末冶金方法不能或难以成形的特殊形状零件。 (2) 制品密度高且均匀分布, 相对密度在95%以上, 具有优异的力学性能。 (3) 具有高的尺寸精度和表面光洁度, 尺寸精度为±0.3%, 粗糙度为Ra1~5, 材料利用率在95%以上, 甚至可以达到100%, 可实现零件的近净成形。 (4) 材料适应性广, 自动化程度高, 当零件产量超过5000件时, 粉末注射成形与其它工艺相比, 成本至少降低30%。
粉末注射成形原理和塑料注射成形原理相同, 都是以流变力学为基础, 通过在金属粉末中加入一定比例的粘结剂, 粘结剂体积百分比含量达到40%~70%, 粉末颗粒被粘结剂均匀包覆, 使混合物料具有很好的流变性。注射成形时, 混合物料被加热成具有流变性的热塑性熔体, 加热温度一般在323~473K, 在注射机螺杆推力的作用下, 物料均匀充满模具型腔, 由于粉末之间充满粘结剂, 因此物料是不可压缩的, 型腔内物料受力均匀, 相当于等静压制, 注射成形压坯密度均匀且各向同步均匀收缩, 可避免在脱脂和烧结过程中出现开裂, 为烧结致密化创造了有利条件。
注射成形压坯在烧结过程中会产生30%~40%的体积收缩, 即使是固相烧结, 密度也在95%以上, 而且孔隙是独立存在。虽然压坯的致密化是在烧结过程实现的, 但关键是压坯具有密度均匀且各向同步均匀收缩的特性, 另外, 粉末注射成形所用的粉末是超细粉, 尺寸在0.5~20μm, 因此其烧结性能非常好, 烧结压坯具有很高的密度, 粉末注射成形产品力学性能达到熔铸钢性能的80%以上。
自1972年美国人R·E·Wiech, Jr博士发明金属粉末冶金注射成形法以来, 该项技术取得了快速发展。主要是在两个关键技术方面取得突破, 一方面是开发出了超高压水雾化和高压惰性气体雾化制粉技术, 极大地提高了超细粉的生成效率, 使粉末冶金注射成形原料成本大大降低;另一方面开发出了新型粘结剂和粉末注射成形工艺, 将脱脂时间由数十小时缩短到几个小时, 提高了注射成形的生产效率。促进了粉末注射成形技术的产业化发展。据美国BBC-Research市场技术研究报告[5], 2009年金属注射成形全球市场份额约为9.849亿美元, 预计到2014年将增加到19亿美元, 年平均增长14%。
目前, 粉末冶金注射成形能够生产长度小于100mm, 厚度小于20mm、重量0.2~200g的零件, 其典型代表制品有火箭推进器、陶瓷涡轮芯片芯子、导弹尾翼、汽车磁传感器座等, 其典型零件如图3所示。粉末注射成形的材料应用领域不断扩大, 已从早期的铁基、硬质合金、陶瓷等结构材料发展到镍基、钴基、金属间氧化物、钛合金和铌等功能材料, 如热沉材料、磁性材料和形状记忆合金。
近年来, 粉末微注射成形技术逐渐兴起, 成为世界各国研究的热点。该项技术主要用于制造具有微观结构表面和微型结构的零件, 其成形原理与传统粉末注射成形相同, 不同之处是所用的粉末平均粒径为1~2μm, 粘结剂粘度较低, 强度更高, 脱脂和烧结工艺条件更加苛刻。目前, 该技术还处在实验室研究阶段。
3 粉末温压成形技术
粉末温压成型技术[6] (Warm Compaction) 是1990年代出现的一种新的粉末冶金成形技术。所谓温压技术就是将表面经过聚合物处理的铁基粉末和模具加热到403~423K左右, 按传统的粉末模压方式进行压制成型, 并采用普通烧结工艺对压坯进行烧结致密化的制造技术[6], 成形时温度波动范围控制在±2℃, 粉末和模具的加热是通过对粉末输送系统和模具系统进行加温并控制实现的。图4为粉末温压成形工艺流程图。
温压成形工艺技术特点是: (1) 高密度, 高强度。一次压制密度可达 (7.2~7.6) ×103kg/m3, 与传统粉末一次压制相比密度提高 (0.15~0.3) ×103kg/m3。零件力学性能和磁性能明显高于传统粉末压制烧结件的性能, 拉伸强度提高10%, 疲劳性能提高10%~15%, 冲击韧性可提高100%, 烧结态极限抗拉强度≥1200MPa。 (2) 生坯强度高。其生坯强度达到30N/mm2, 可以对生坯进行机械加工, 降低了刀具磨损和压坯废品。 (3) 生产成本相对较低。温压成形过程与传统压制成形过程基本相同, 在普通粉末压机上添加加热保温系统就可以进行温压生产, 压制压力和脱模压力均较低, 模具寿命相对提高, 除了所用粉末价格较高, 其它成本相对较低。研究表明[6], 其生产成本比传统粉末压制工艺高20%, 但比粉末锻造、粉末复压复烧、粉末侵渗等工艺分别降低80%、30%、20%。 (4) 压坯密度分布均匀。如温压工艺生产的齿轮的齿部与根部密度差比传统粉末压制工艺低 (0.1~0.2) ×103kg/m3。 (5) 可以制造形状复杂、尺寸精度高的零件。温压产生的弹性后效较小, 一般在0.1%~0.16%, 脱模力比传统压制低30%, 烧结收缩率在0.025%~0.08%, 零件尺寸精度容易控制。
温压成形致密化机理有多种观点, 主要的观点有以下两种:一种是加拿大的Capus[7]认为温压改进了粉末颗粒的重排, 促使小颗粒填充到达颗粒的间隙中, 同时还增强了粉末颗粒的塑性变形, 从而提高了压坯密度;另一种是比利时的Degoix等人[8]认为温压时聚合物处于粘流态, 提高了压制过程中粉末颗粒之间的润滑效果, 减少了摩擦阻力, 使有效压力提高, 从而提高了压坯密度。国内许多学者对温压成形机理进行了大量研究[9,10], 比较一致的观点认为, 温压改善了粉末颗粒的重排和塑性变形。
该项技术自1994年由美国Hoeganaes公司推出后, 很快被应用到实际生产中, 1996年美国福特公司开发出了12kg重的温压汽车转矩涡轮毂[11], 并应用在福特卡车上。日本日立粉末金属公司采用温压技术生产出了小节锥半角斜伞齿轮, 取代了机械加工锻钢工艺[12]。2000年法国Federal Mogul公司开发出了粉末温压连杆, 使用性能与锻造件相近[13]。我国近十多年来, 在国家863计划项目资助下, 中南大学、北科大、华南理工等单位也在温压技术上取得了突破性进展。
2000年, 德国Fraunhofer研究所开发出了粉末流动温压 (AncorMaxTD) 技术[14]。该项技术集中了粉末压制成形技术、温压成形技术和注射成形技术三者的特点, 其核心技术是提高了混合粉末的流动性, 其特点是将粗粉 (100μm) 和细粉 (0.5~20μm) 及热塑性润滑剂按一定比例进行混合, 在353~403K温度下压制成型。可生产带有垂直于压制方向的凹槽、孔和螺纹等形状非常复杂的高密度、高强度粉末冶金零件[15]。如美国Hoeganaes公司利用该工艺制造出了用于汽车传动装置上的行星齿轮组中的斜齿轮, 其烧结密度达到了7.40×103kg/m3以上。
粉末温压成形技术生产的零件具有较高的力学性能和相对较低的制造成本, 可以与锻造、轧制材料-切削加工零件相竞争, 具有比较广阔的应用前景。被誉为“开创铁基粉末冶金零部件应用新纪元”的新型粉末冶金成形技术, 为粉末冶金技术开创了一个新时代。
4 粉末高速压制成形技术
高速压制技术[16] (High Velocity Compaction, HVC) 是瑞典HoganasAB公司的Paul Skoglun在2001年首次提出的。其成形原理是利用液压驱动的重锤在高速下落时形成的高能冲击波对粉末进行压制, 粉末压坯的致密化程度取决于重锤的质量和重锤冲击模具时的速度, 其成形基本原理如图5所示。重锤的质量在5~1200kg, 重锤的速度在2~30m/s, 当重锤高速下落作用在上冲时, 会产生强烈的冲击波, 以冲击功的形式通过冲头传递到粉末上, 可在0.2s内使粉末发生塑性变形形成致密化, 并且可在0.3s的时间间隔形成多重冲击波使粉末连续致密[17]。研究表明, 压制能量和密度之间存在一定恒定关系, 例如要获得相同的密度, 既可以用6kJ的冲击功一次压制获得, 也可以用3kJ的冲击功两次压制获得, 因此对于设定的压坯密度, 可通过小能量多次冲击的方式实现, 可降低压制时对模具的破坏作用, 提高模具的使用寿命。
高速压制成形技术具有以下特点:
(1) 压制速度高、成形时间短、可重复压制。HVC压制速度高达2~30m/s, 比传统压制速度快500~1000倍。可在0.2s内完成一次压制, 并且每隔0.3s对压坯进行连续压制。
(2) 压坯密度高且分布均匀。HVC压坯密度一般在7.5×103kg/m3以上, 比普通压制压坯密度提高0.3×103kg/m3以上。由于具有较高的密度, 因此其性能也大幅提高, 与传统压制相比, 抗拉强度相应提高了20%~25%, 同时其它各项性能指标也有较大提高[18]。HVC与其它成形技术结合使用会获得更高的压坯密度, 以铁基粉末压坯为例, 与模壁润滑技术结合压坯密度可达7.6×103kg/m3, 与模壁润滑技术、温压成型技术结合压坯密度可达7.7g/×103kg/m3, 与复压复烧成形技术结合压坯密度可达7.8×103kg/m3, 接近全致密[19]。
HVC压制时由于压制速度非常快, 因此压制过程相当于动态压制, 而粉末颗粒之间、压坯与阴膜之间的动态摩擦系数要远低于静摩擦系数, 压力在压坯高度方向的损耗比普通压制要小, 所以压坯密度比普通压制压坯密度分布均匀, 图6为高速压制成形技术和传统压制成形技术制造的齿轮零件的密度分布情况[20]。
高速压制齿轮上中下密度差非常小, 最大密度差仅为0.02×103kg/m3, 而传统压制齿轮上中下密度差很大, 最大密度差为0.1×103kg/m3。可见高速压制能降低长径比 (L/D) 较大零件的密度差。
(3) 压坯弹性后效作用低。高速压制时粉末颗粒在高能量冲击下相互结合紧密, 产生焊合, 压坯强度较高, 弹性后效明显低于传统的静态压制, 以铁基粉末材料ASC100.29、直径为31mm的圆柱体为例, 高速压制压坯的弹性后效降低了40%[21]。由于弹性后效较低, 因此压坯脱模力比传统压制低150%~250%。
(4) 生产成本低, 具有高性价比。由于高速压制成形过程与常规方法相似, 阴膜的设计方法和使用的材料与常规压制相同。且高速压制用粉末不需要特殊处理, 因此, 高速压制生产成本与一次压制烧结生产成本持平, 比温压工艺成本略低, 比粉末锻造成本低一倍, 而压制密度比传统压制工艺和温压工艺均高, 与粉末锻造工艺相当, 因此高速压制工艺具有明显的经济技术优势, 是生产制造高密度、高性能粉末冶金零件的优选工艺技术。
(5) 生产效率高, 可生产大尺寸、大重量的零件。由于高速压制速度非常快, 因此生产效率非常高, 利用多次重复冲击压制, 可以用较小的生产设备制造重量和尺寸较大的零件, 可以生产重量在5kg以上的零件, 最大尺寸可以达到180mm。
目前, 高速压制成形技术已经进入实际生产应用, 像圆柱体、环形体、棒体、凸轮等单层零件和内、外齿轮、齿条、花键都已研制成功。正在研究开发形状比较复杂的多级零件[22]。例如法国CETLM公司利用高速压制成型技术开发出高密度氧化铝陶瓷零件, 烧结密度达到理论密度的99%。图7为高速压制的多台阶和齿轮类零件。
由此可见, 高速压制成形技术生产的产品具有高密度、高强度、生产效率高、生产成本低、材料和零件的适应性强等特点, 未来具有广阔的发展空间, 可以说高速压制成形技术是粉末冶金工业领域的一次重大技术突破。
5 粉末动磁压制成形技术
动磁压制技术[24,25] (dynamic magnetic compaction, 简称DMC) 是美国在1995年研究开发的一种新的近终成形压制技术。其压制原理是将粉末装入一个置于电磁感应线圈中心的导电金属容器中, 当电磁感应线圈中通入脉冲电流时, 线圈中形成磁场, 导电金属容器内因而产生感应电流, 感应电流与施加的磁场相互作用, 在径向产生由外向内压缩金属容器的高压磁场, 使粉末得到二维压制。
动磁压制技术具有以下技术特点: (1) 压制过程速度非常快, 压制时间不足1ms, 成形效率非常高, 每分钟可成形10个零件, 非常适合一些亚稳态粉末, 如非晶或纳米晶粉末的压制成形, 力学性能和尺寸精度远高于常规压制零件。 (2) 动磁压制也是二维压制工艺, 但却是径向压制而不是轴向压制, 适于制造柱形对称件。 (3) 压制时不用模具, 不用润滑剂与粘结剂, 在任何温度与气氛中均可进行压制成型, (4) 适用于所有粉末材料, 生坯密度一般在95%以上, 接近理论密度。
由于动磁压制是径向压制而不是轴向压制, 而且由于趋肤效应, 磁场较难渗透到粉末体内, 所以中心部位的粉末可能压制不足, 因此适合成形柱形对称的终形件、薄壁管、高纵横比部件和内部形状复杂的零件。可以生产直径×长度为12.7mm×76.2mm到127.0mm×25.4mm的零件, 如齿轮、轮毂、齿环等零件。
6 粉末锻造成形技术
粉末锻造成形[26]技术是由粉末冶金成形工艺与精密锻造工艺相结合发展起来的一种具有高密度、高强度的少无切削的金属成形加工工艺。其工艺方法是以金属粉末为原料, 采用粉末冶金成形技术将金属粉末压制成相对密度为80%的预制坯, 并通过烧结使预制坯充分合金化, 然后进行热锻成相对密度接近100%的锻坯。热锻工艺有两种:一种是利用预制坯烧结余热保温至锻造温度进行锻造, 这种方法可以节省能源;另一种是预制坯冷却后重新加热到锻造温度进行锻造, 这种方法能源消耗较大。由于锻造过程要在模具上留有一定的脱模斜度, 因此锻件很难是最终产品, 需要一定的后续机械加工才能得到最终产品, 最后对锻件进行热处理以提高产品的综合性能。图8为粉末锻造成形工艺流程。粉末锻造过程包括烧结预制坯的镦粗和充满锻模型腔后的复压两个过程, 使预制坯变成形状尺寸接近最终零件尺寸的锻坯, 锻造过程烧结预制坯会产生塑性变形和体积压缩, 从而实现坯料的致密化。
粉末锻造成形具有以下技术特点: (1) 材料成形性和材料利用率高。预制坯采用粉末冶金工艺成形, 其对粉末原料的利用率达100%, 即不留任何加工余量及敷料。通过无飞边、无余量的精密闭式模锻, 材料利用率可以达到95%以上。 (2) 高密度、高性能、高精度。粉末锻造零件相对密度达到98%以上, 接近全致密。其力学性能明显超过普通模锻件[27,28,29,30]。粉末锻造尺寸精度达到IT6~IT9, 表面粗糙度为Ra0.8~3.2, 与普通模锻相比精度大幅提高[31]。 (3) 生产效率高、成本低。与普通模锻相比, 粉末锻造有很好的成形性, 锻件尺寸接近最终产品尺寸, 减少了许多生产工序, 生产效率得到提高, 一条生产线每分钟可生产15~30个零件。由于节省了大量机械加工等工序, 材料利用率提高, 因此生产成本降低很多, 仅为普通锻造的50%[32]。
粉末锻造成形技术自1968年美国通用公司正式推出后, 得到了快速发展与应用。美国、德国、瑞典、日本等国相继建立了粉末锻造生产线。目前, 该项技术已经发展成熟, 并得到广泛应用。其典型零件是粉末锻造汽车连杆、齿轮等产品, 如图9所示。
7 结语
