產(chǎn)品造型設(shè)計材料及工藝

1、產(chǎn)品造型設(shè)計材料與工藝系別：機械工程系班級：工設(shè)101姓名：車嬋嬋指導老師 ：李力金屬材料在生產(chǎn)中的實例應用w1 汽車發(fā)動機的 汽缸蓋 缸體w發(fā)動機缸體、缸蓋的鑄件是發(fā)動機生產(chǎn)中難發(fā)動機缸體、缸蓋的鑄件是發(fā)動機生產(chǎn)中難度最大、最重要的一環(huán)度最大、最重要的一環(huán), 其質(zhì)量對發(fā)動機的功其質(zhì)量對發(fā)動機的功率、油耗等性能起著決定性的作用。率、油耗等性能起著決定性的作用。w 缸體缸蓋的材質(zhì)選擇缸體缸蓋的材質(zhì)選擇w縱觀國內(nèi)外發(fā)動機鑄造生產(chǎn)廠家的各種不同種類的發(fā)動機缸體、縱觀國內(nèi)外發(fā)動機鑄造生產(chǎn)廠家的各種不同種類的發(fā)動機缸體、缸蓋材質(zhì)的化學成分和技術(shù)要求缸蓋材質(zhì)的化學成分和技術(shù)要求,可以看出各種功率的發(fā)動機缸

2、可以看出各種功率的發(fā)動機缸體、缸蓋材質(zhì)體、缸蓋材質(zhì)w低合金灰鑄鐵為主：低合金灰鑄鐵為主：灰鑄鐵作為傳統(tǒng)材料灰鑄鐵作為傳統(tǒng)材料, 依然由于其具依然由于其具有成本低有成本低, 工藝性好工藝性好, 有良好的尺寸穩(wěn)定性和抗熱疲勞性能等優(yōu)有良好的尺寸穩(wěn)定性和抗熱疲勞性能等優(yōu)點點,仍有較大的市場仍有較大的市場, 特別在大功率發(fā)動機上還應用廣泛特別在大功率發(fā)動機上還應用廣泛w鋁合金鋁合金也占有一定的比率，也占有一定的比率，鋁合金的性能：鋁與鋁合金的性能：鋁與Si、Cu、Mg、Mn、Zn 等元素組成的鋁合金，具有比純鋁較高的強度。鋁合等元素組成的鋁合金，具有比純鋁較高的強度。鋁合金由于其質(zhì)量較輕，在航天工業(yè)中

3、得到廣泛應用，也可用于制金由于其質(zhì)量較輕，在航天工業(yè)中得到廣泛應用，也可用于制造承受較大載荷的結(jié)構(gòu)件和機器零件。造承受較大載荷的結(jié)構(gòu)件和機器零件。w大馬力發(fā)動機的缸蓋采用了大馬力發(fā)動機的缸蓋采用了蠕鐵或球鐵蠕鐵或球鐵。為了減輕發(fā)動機總質(zhì)量為了減輕發(fā)動機總質(zhì)量, 降低油耗降低油耗, 發(fā)動機缸蓋材發(fā)動機缸蓋材質(zhì)開始逐漸使用鋁鎂合金等輕型材料質(zhì)開始逐漸使用鋁鎂合金等輕型材料,特別是轎特別是轎車生產(chǎn)大多數(shù)廠家已采用低壓鑄造或金屬型鑄造車生產(chǎn)大多數(shù)廠家已采用低壓鑄造或金屬型鑄造生產(chǎn)發(fā)動機的鋁合金缸蓋生產(chǎn)發(fā)動機的鋁合金缸蓋, 部分廠家已開始將鋁部分廠家已開始將鋁合金應用在缸體的生產(chǎn)上。合金應用在缸體的生產(chǎn)

4、上。w缸體、缸蓋形狀復雜缸體、缸蓋形狀復雜, 壁厚相差大在工作中受壁厚相差大在工作中受到的熱沖擊和熱疲勞作用大到的熱沖擊和熱疲勞作用大, 因而既要求具有因而既要求具有良好的鑄造能良好的鑄造能, 又要求具有良好的力學性能。又要求具有良好的力學性能。汽車發(fā)動機缸體、缸蓋的鑄造工藝汽車發(fā)動機缸體、缸蓋的鑄造工藝w目前汽車發(fā)動機在設(shè)計上不僅要求降低單位功率質(zhì)量目前汽車發(fā)動機在設(shè)計上不僅要求降低單位功率質(zhì)量, 減小噪音減小噪音, 還要控制燃油消耗還要控制燃油消耗, 減少尾氣排放減少尾氣排放, 而缸體、而缸體、缸蓋的鑄造工藝水平對發(fā)動機的這些性能有著重要的影缸蓋的鑄造工藝水平對發(fā)動機的這些性能有著重要的影

5、響。由此可見響。由此可見, 發(fā)動機缸體、缸蓋鑄件具有以下幾個特發(fā)動機缸體、缸蓋鑄件具有以下幾個特點點。w1) 質(zhì)量輕質(zhì)量輕, 強度高強度高。當前發(fā)動機用材正由傳統(tǒng)的鑄鐵材。當前發(fā)動機用材正由傳統(tǒng)的鑄鐵材料向輕型鋁鎂合金轉(zhuǎn)變料向輕型鋁鎂合金轉(zhuǎn)變, 對缸體、缸蓋鑄件結(jié)構(gòu)的要求對缸體、缸蓋鑄件結(jié)構(gòu)的要求也不斷提高。也不斷提高。w2) 結(jié)構(gòu)復雜結(jié)構(gòu)復雜。在缸體、缸蓋上。在缸體、缸蓋上, 除有特殊形狀的配氣燃除有特殊形狀的配氣燃燒室外燒室外, 有進氣道、排氣道有進氣道、排氣道, 還有冷卻水套、潤滑油道還有冷卻水套、潤滑油道等等, 內(nèi)腔形狀復雜多變內(nèi)腔形狀復雜多變, 同時由于發(fā)動機裝配的需要同時由于發(fā)動機

6、裝配的需要, 其其外形結(jié)構(gòu)也十分復雜。外形結(jié)構(gòu)也十分復雜。w3) 形狀準確形狀準確, 尺寸精度高尺寸精度高。根據(jù)缸體缸蓋個特點就決定了它的成根據(jù)缸體缸蓋個特點就決定了它的成形工藝是鑄造成形形工藝是鑄造成形w砂型鑄造砂型鑄造w澆注系統(tǒng)的設(shè)計澆注系統(tǒng)的設(shè)計w對于缸體、缸蓋鑄件的澆注方式對于缸體、缸蓋鑄件的澆注方式, 目前主要采用臥澆工藝目前主要采用臥澆工藝,缸缸體、缸蓋的組芯立澆工藝是目前生產(chǎn)工藝的體、缸蓋的組芯立澆工藝是目前生產(chǎn)工藝的補充補充, 也是未來也是未來生產(chǎn)缸體、缸蓋鑄件的發(fā)展方向生產(chǎn)缸體、缸蓋鑄件的發(fā)展方向w冒口的設(shè)計冒口的設(shè)計w冒口應盡量放在鑄件最后凝固的熱節(jié)點的上邊或旁邊冒口應盡量

7、放在鑄件最后凝固的熱節(jié)點的上邊或旁邊, 冒口冒口位置還應考慮放在鑄件最高最厚的地方同時冒口的安放應盡位置還應考慮放在鑄件最高最厚的地方同時冒口的安放應盡量不阻礙鑄件的收縮量不阻礙鑄件的收縮, 且最好不放在加工面上。且最好不放在加工面上。w制芯工藝制芯工藝w發(fā)動機缸體缸蓋是采用砂芯最多的鑄件之一發(fā)動機缸體缸蓋是采用砂芯最多的鑄件之一, 對汽缸體鑄件對汽缸體鑄件質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用 。一、鑄造工藝方案確定一、鑄造工藝方案確定鑄造工藝方案確定主要包含三方面內(nèi)容：砂箱中鑄件數(shù)量及排列、澆注位置、分型面選定。1、砂箱中鑄件數(shù)量及排列、砂箱中鑄件數(shù)量及排列 砂箱中鑄件數(shù)量一般是根據(jù)

8、工藝要求和生產(chǎn)條件來決定，根砂箱中鑄件數(shù)量一般是根據(jù)工藝要求和生產(chǎn)條件來決定，根據(jù)單件鑄件尺寸和砂箱內(nèi)框尺寸（長寬高）大小來定，同時要據(jù)單件鑄件尺寸和砂箱內(nèi)框尺寸（長寬高）大小來定，同時要考慮合理的吃砂量、砂鐵比考慮合理的吃砂量、砂鐵比。2 澆注位置確定 澆注位置是根 據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點、尺寸、重量、技術(shù)要求、鑄造合金特性、鑄造方法以及生產(chǎn)車間條件決定的。3、分型面選定 缸蓋類大部分是用砂芯包圍而成，其分型面基本選在內(nèi)腔水道悶頭孔中心線位置；缸體類分型面選在缸孔中心線平面上。氣孔在鑄件內(nèi)部、表面或近于表面處有大小不等的光滑孔眼。一般為圓球形或近似于球形的團球形孔洞，孔壁光滑?？s孔形狀為不規(guī)則的封閉

9、或敞露的孔洞，孔壁粗糙并帶有枝晶狀，常出現(xiàn)在鑄件最后凝固的部位（熱節(jié)處）。披縫是鑄件表面上厚薄不均勻的片狀金是鑄件表面上厚薄不均勻的片狀金屬突起物，常出現(xiàn)在鑄件分型面屬突起物，常出現(xiàn)在鑄件分型面和芯頭部位。和芯頭部位。砂眼在鑄件表面或內(nèi)部有充塞著型砂的孔眼。毛刺是鑄件表面上刺狀金屬突起物，常出現(xiàn)在型和芯的裂縫處，形狀極不規(guī)則。澆不足澆不足由于金屬液未完全充由于金屬液未完全充滿型腔而產(chǎn)生的鑄滿型腔而產(chǎn)生的鑄件缺肉件缺肉。變形由于收縮應力或型壁變形、開裂引起的鑄件外形和尺寸與圖紙不符。缺損在鑄件清理或搬運時，損壞了鑄件的完整性。掉砂鑄件表面的塊狀金屬突起物，其外形與掉落的砂塊很相似。在鑄件其它部位

10、則往往出現(xiàn)砂眼或殘缺。沖砂鑄件表面上有粗糙不規(guī)則的金屬瘤狀物，常位于澆口附近。在鑄件其它部位則往往出現(xiàn)砂眼。冷隔是鑄件上未完全融合的縫隙或洼坑，其交接邊緣呈圓角，多出現(xiàn)在遠離澆口的鑄件寬大上表面和薄壁處、金屬流股匯合處或激冷部位。粘砂在鑄件表面上、全部或部分覆蓋著金屬與砂的混合物，或一層燒結(jié)的型砂，致使鑄件表面粗糙。w 鍛造成形工藝w坯料在鍛模內(nèi)制成模鍛件w鍛件修整w 為保證和提高鍛件質(zhì)量，尚需經(jīng)過一系列修整工序，主要修整工序有以下幾種：w 1)切邊和沖孔w 模鍛成形的零件，一般都有飛邊及沖孔連皮，須在壓力機上將它們切除。切邊和沖孔既可在熱態(tài)下進行，也可在冷態(tài)下。大中型模鍛件一般在熱態(tài)下進行，

11、中小型模鍛件一般在冷態(tài)下進行。w 鍛件修整w 2)校正w 在切邊、沖孔和其他工序中都可能引起模鍛件變形，因此對許多模鍛件，特別是形狀復雜的模鍛件，在切邊和沖孔之后都應進行校正。校正可在鍛模的終鍛模膛或?qū)Ｓ眯Ｕ＞呱线M行。w 3)熱處理w 模鍛件的熱處理有正火和退火。其日的是消除鍛件的粗大晶粒、鍛造應力和改善力學性能等。w 4)精壓w 模鍛件的精壓有兩種，即平面精壓和體積精壓凸輪軸的金屬性能w特種鑄鐵、球墨冷硬鑄鐵、可鍛鑄鐵通過冷硬鑄造法生產(chǎn)的凸輪軸十分常見。是凸輪軸的重用金屬材料w特種鑄鐵：在普通鑄鐵基礎(chǔ)上加入某些合金元素，就可使鑄鐵具有某種特殊性能，如耐磨性、耐熱性或腐蝕性等，從而形成一類具

12、有特殊性能的合金鑄鐵。合金鑄鐵可用來制造在高溫、高磨擦或耐蝕條件下工作的機器零件。 w球墨冷硬鑄鐵：具有較高的強度，并有一定的塑形和韌性?？捎脕碇圃焓芰碗s，力學性能要求高的零件，如曲軸，凸輪軸w可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵中石墨成團絮狀。由于石墨有較大程度改善，減弱了石墨對基體的割裂作用，是力學性能尤其是塑形、韌性顯著提高。凸輪軸的常見缺陷w常見的加工缺陷為凸輪桃片型線不合格，基園及跳動超差，桃片未加工到位。桃片基圓或基圓跳動超差后，氣門開閉的時間不對，在冷試時會導致進排氣的壓力低或者產(chǎn)生泄露。連桿材料的連桿材料的金屬性能金屬性能w傳統(tǒng)連桿加工工藝中其材料一般采用45鋼、40Cr或40MnB等調(diào)質(zhì)鋼，

13、但現(xiàn)在國外所廣泛采用的先進連桿裂解的加工技術(shù)要求其脆性較大，硬度更高，因此，以德國汽車企業(yè)生產(chǎn)的新型連桿材料如C70S6高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼、SPLITASCO系列鍛鋼、FRACTIM鍛鋼和S53CV-FS鍛鋼等40MnB合金鋼w45鋼、中碳優(yōu)質(zhì)高強度鋼，淬透性低，一般正火態(tài)使用；只有要求高的零件才進行ML4調(diào)質(zhì)。冷塑性一般；切削性：退火，正火比調(diào)質(zhì)時，適于氫焊和氬孤焊，不適于氣焊。w40Cr、40MnB有較高的強度、硬度、耐磨性及良好的韌性，是一種取代40Cr鋼較成功的新鋼種。中碳調(diào)制鋼，冷鐓模具鋼。該鋼價格適中，加工容易，經(jīng)適當?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性。正火可促進組織球化，

14、改進硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在溫度550570進行回火，該鋼具有最佳的綜合力學性能。該鋼的淬透性高于45鋼，適合于高頻淬火，火焰淬火等表面硬化處理等。 wC70S6高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼、SPLITASCO系列鋼、FRACTIM鍛鋼、S53CV-FS鍛鋼，是用來生產(chǎn)脹斷連桿的,要求有較高的抗拉強度，但對應力集中很敏感。所以，在連桿外形、過渡圓角等方面需嚴格要求，還應注意表面加工質(zhì)量以提高疲勞強度，否則高強度合金鋼的應用并不能達到預期果。 較高的抗扭曲和較好的韌性,若韌性偏低脹斷時容易掉渣,但韌性高了又不易脹斷,因此還要有一定的脆性,以利于脹斷。生產(chǎn)脹斷連桿關(guān)鍵是控制好鋼水成分及軋材組織

15、 連桿鍛造模鍛生產(chǎn)過程中常見質(zhì)量問題w連桿鍛造模鍛生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題有：材料裂紋，材料淬透性、力學性能不合格；加熱溫度范圍大，產(chǎn)生過熱或過燒；輥坯表面質(zhì)量不合格，輥坯出毛邊，有龜裂紋；輥坯幾何形狀不符合設(shè)計尺寸，鍛件錯差、充不滿、氧化坑；鍛件表面有各種類型的折迭和折紋；厚度超差，切邊變形，殘余飛刺超差，硬度超差，金相不合格；重量超差，各種類型的磕、碰傷。w我們在生產(chǎn)生活中遇到的塑料產(chǎn)品很多，可以說，塑料已經(jīng)成為我們生產(chǎn)生活中的一個重要組成部分。w但是我想問大家一個問題：w你知道我們常用的塑料產(chǎn)品的成形方法嗎？w下面我就分類舉例分析一下我我們常用塑料產(chǎn)品的成形方法及結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點與合理性。

16、第一類塑料產(chǎn)品這類塑料產(chǎn)品成形方法-注射成形w注射成型又稱注塑成型，是熱塑性塑料的主要成型方法之一，也適應部分熱固性塑料的成型。其原理是將粒狀或粉狀的原料加入到注射機的料斗里，原料經(jīng)加熱熔化呈流動狀態(tài)，在注射機的螺桿或活塞推動下，經(jīng)噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔，在模具型腔內(nèi)硬化定型。注射成型原理圖w注射成型的模具具有一個型腔，其形狀與需要加注射成型的模具具有一個型腔，其形狀與需要加工成型的零件形狀相反。熔融的塑料通過模具中工成型的零件形狀相反。熔融的塑料通過模具中心的澆注口進入，填充模具，溶液在模具內(nèi)部形心的澆注口進入，填充模具，溶液在模具內(nèi)部形成了中空的形狀。注射成型的模具有冷流道二板成

17、了中空的形狀。注射成型的模具有冷流道二板模具、冷流道三板模具、熱流道模具幾種模具、冷流道三板模具、熱流道模具幾種。 此類產(chǎn)品分形面簡單，易于成形;壁厚均勻，且壁厚較小，便于穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量;有一定的脫模斜度，是塑件能順利脫模；都有圓角設(shè)計，這就提高了制品的成形性，增加了制品的強度，也可放置制品變形；一些為了加強制品的剛性和強度設(shè)計有加強肋和角板。這使產(chǎn)品的生產(chǎn)周期變短，整修的工作量變小，生產(chǎn)成本降低，且外觀整潔。此類塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的工藝性及合理性此類塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的工藝性及合理性w注射成型工藝的優(yōu)點有：能一次成型外形復雜、尺寸精確的塑料制件；可利用一套模具，成批地制得規(guī)格、形狀、性能完全相同的產(chǎn)品；

18、生產(chǎn)性能好、成型周期短、可實現(xiàn)自動化或半自動化作業(yè)；原材料損耗小、操作方便、成型的同時產(chǎn)品可取得著色鮮艷的外表等。w目前，為了適應多種成型需要，開發(fā)了反應注射成型、氣體輔助注射成型、流動注射成型、結(jié)構(gòu)發(fā)泡注射成型、排氣注射成型、共注射成型等工藝。第二類塑料產(chǎn)品單絲單絲電纜包層電纜包層這類塑料產(chǎn)品成形方法-擠出成型w擠出成型又稱擠塑成型，主要適合熱塑性塑料的成型，也適合部分流動性較好的熱固性和增強塑料的成型。其成型過程是利用轉(zhuǎn)動的螺桿，將被加熱熔融的熱塑性原料，從具有所需截面形狀的機頭擠出，然后由定型器定型，再通過冷卻器使其冷硬固化，成為所需截面的產(chǎn)品。擠出模口模的截面形狀決定了擠出制品的截面形

19、狀，但擠出后的制品由于冷卻、受力等各種因素的影響，制品的截面形狀和模頭的擠出截面形狀并不是完全相同的。擠出成型原理示意圖此類塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的工藝性及合理性w這類產(chǎn)品形面簡單，易于成形;壁厚均勻，且壁厚較小，便于穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量，有圓角設(shè)計，這就提高了制品的成形性，增加了制品的強度，也可放置制品變形保護套管w擠出成型工藝的優(yōu)點有：設(shè)備成本低；占地面積小、生產(chǎn)環(huán)境清潔、勞動條件好；操作簡單、工藝過程容易控制、便于實現(xiàn)連續(xù)自動化生產(chǎn)；生產(chǎn)效率高；產(chǎn)品質(zhì)量均勻、致密；通過改變機頭口?？沙尚透鞣N斷面形狀的產(chǎn)品或半成品。 第三類塑料產(chǎn)品w1模壓成型w模壓成型又稱壓縮模塑，是熱固性塑料和增強塑料成型的主要方法。

20、其工藝過程是將原料在已加熱到指定溫度的模具中加壓，使原料熔融流動并均勻地充滿模腔，在加熱和加壓的條件下經(jīng)過一定的時間，使原料形成制品。酚醛、尿素甲醛和密胺都是典型的模壓材料。這類塑料產(chǎn)品成形方法這類塑料產(chǎn)品成形方法-壓制成型壓制成型v壓制成型主要用于熱固性塑料的成型，根據(jù)成型物料的性狀和加工設(shè)備及工藝的特點，壓制成型可分為模壓成型和層壓成型兩種。模壓成型原理示意圖模壓成型原理圖模壓成型三步流程圖w鍋墊熱壓成型示意圖w2層壓成型 w層壓成型是以片狀或纖維狀材料作為填料，在加熱、加壓條件下把相同或不同的材料的兩層或多層結(jié)合成為一個整體的方法。層壓成型工藝由浸漬、壓制和后加工處理三個階段組成。此類塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的工藝性及合理性w此類產(chǎn)品有一定的脫模斜度，是塑件能順利脫模；有圓角設(shè)計，這就提高了制品的成形性，增加了制品的強度，也可放置制品變形；一些為了加強制品的剛性和強度設(shè)計有加強肋和角板；分模線簡單并設(shè)計在不顯眼的地方；有嵌件設(shè)計，增強了產(chǎn)品的局部強度、硬度、耐磨性、導磁導電性，是產(chǎn)品的尺寸形狀穩(wěn)定，提高了制造精度，同時也彌補了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性不足帶來的缺陷，也降低了塑料的消耗，降低了生產(chǎn)成本。壓制成形的優(yōu)點w模壓成型制品質(zhì)地致密、尺寸精確、外觀平整光潔、無澆口痕跡、穩(wěn)定性較好。w層壓成型的制品質(zhì)地密實、表面平整光潔。第四類塑料