第3章非金属材料的成形作业
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填空题1.常用毛坯的成形方法有铸造、、粉末冶金、、、非金属材料成形和快速成形.2.根据成形学的观点,从物质的组织方式上,可把成形方式分为、、.1.非金属材料包括、、、三大类.2.常用毛坯的成形方法有、、粉末冶金、、焊接、非金属材料成形和快速成形3.钢的常用热处理工艺有退火、、、4.快速成形的主要工艺方法有立体光固化、、、三维打印等。
作业2 铸造工艺基础专业_________班级________学号_______姓名___________2-1 判断题(正确的画O,错误的画×)1.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。
(×)2.合金收缩经历三个阶段。
其中,液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的基本原因,而固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。
(O)3.结晶温度范围的大小对合金结晶过程有重要影响。
铸造生产都希望采用结晶温度范围小的合金或共晶成分合金,原因是这些合金的流动性好,且易形成集中缩孔,从而可以通过设置冒口,将缩孔转移到冒口中,得到合格的铸件。
(O)4.为了防止铸件产生裂纹,在零件设计时,力求壁厚均匀;在合金成分上应严格限制钢和铸铁中的硫、磷含量;在工艺上应提高型砂及型芯砂的退让性。
(O)5.铸造合金的充型能力主要取决于合金的流动性、浇注条件和铸型性质。
所以当合金的成分和铸件结构一定时;控制合金充型能力的唯一因素是浇注温度。
(×)6.铸造合金在冷却过程中产生的收缩分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
共晶成分合金由于在恒温下凝固,即开始凝固温度等于凝固终止温度,结晶温度范围为零。
因此,共晶成分合金不产生凝固收缩,只产生液态收缩和固态收缩,具有很好的铸造性能。
(×)7.气孔是气体在铸件内形成的孔洞。
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。
非金属材料的成型方法概述社会在飞速发展,材料的进步首当其冲。
成为了人们越来越关心的话题和研讨的对象。
随着高新科学技术的发展,使用材料的领域越来越广,所提出的要求也越来越高。
对于要求密度小、耐腐蚀、电绝缘、减振消声和耐高温等性能的工程构件,传统的金属材料已难以胜任。
而非金属材料这些性能却有着各自优势。
另外,单一金属或非金属材料无法实现的性能,可通过复合材料得以实现。
非金属材料的来源十分广泛,大多成形工艺简单,生产成本较低,已经广泛应用于轻工、家电、建材、机电等各行各业中,目前在工程领域应用最多的非金属材料主要是塑料、橡胶、陶瓷及各种复合材料。
下面介绍非金属材料成型的几种方法。
主要有:塑料的成形,橡胶的成形,复合材料的成形一、塑料的成形1.【注射成形】注射成形也称注塑成形,是利用注射机将熔化的塑料快速注入模具中,并固化得到各种塑料制品的方法。
几乎所有的热塑性塑料(氟塑料除外)均可采用此法,也可用于某些热固性塑料的成形。
注射成形占塑料件生产的 30%左右,它具有能一次成形形状复杂件、尺寸精确、生产率高等优点;但设备和模具费用较高,主要用于大批量塑料件的生产。
注射成形机常用的有柱塞式和螺杆式两种。
粉粒状原料从料斗加入料筒,柱塞推进时,原料被推入加热区,继而经过分流梭,通过喷嘴将熔融塑料注入模腔中,冷却后开模即得塑料制品。
注塑料制件从模腔中取出后通常需进行适当的后处理,以消除塑料制件在成形时产生的应力、稳定尺寸和性能。
此外,还有切除毛边和浇口、抛光、表面涂饰等。
2.【挤出成形】挤出成形是利用螺杆旋转加压(或柱塞加压)方式,连续地将塑化好的塑料挤进模具,通过一定形状的口模时,得到与口模形状相适应的塑料型材的工艺方法。
挤出成形占塑料制品的 30%左右,主要用于截面一定、长度大的各种塑料型材,如塑料管、板、棒、片、带、材和截面复杂的异形材。
它的特点是能连续成形、生产率高、模具结构简单、成本低、组织紧密等。
除氟塑料外,几乎所有的热塑性塑料都能挤出成形,部分热固性塑料也可挤出成形。
无机非金属材料成形技术一般意义上的材料可以根据其化学成分的不同分为金属、无机非金属和有机高分子材料。
金属材料主要包括钢铁、有色金属与合金,以及金属问化合物;无机非金属材料主要包括金属(过渡金属或与之相近的金属)与硼、碳、硅、氮、氧等非金属元素组成的化合物,以及非金属元素组成的化合物;有机高分子材料则主要包括各种塑料、合成树脂、合成橡胶和合成纤维。
除此而外,这三类材料的相互复合可以制备得到性能更加优异的各种复合材料。
无机非金属材料常见的种类:二氧化硅气凝胶、水泥、玻璃、陶瓷。
材料具有高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。
传统无机非金属材料:1.水泥和其他胶凝材料硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石灰、石膏等;2.陶瓷粘土质、长石质、滑石质和骨灰质陶瓷等;3.耐火材料硅质、硅酸铝质、高铝质、镁质、铬镁质等,玻璃硅酸盐 ;4.搪瓷钢片、铸铁、铝和铜胎等;5.铸石辉绿岩、玄武岩、铸石等;研磨材料:氧化硅、氧化铝、碳化硅等;多孔材料:硅藻土、蛭石、沸石、多孔硅酸盐和硅酸铝等 ;碳素材料:石墨、焦炭和各种碳素制品等;非金属矿:粘土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金刚石等;新型无机非金属材料保温材料:1.气凝胶毡绝缘材料:1.氧化铝、氧化铍、滑石、镁橄榄石质陶瓷、石英玻璃和微晶玻璃2.铁电和压电材料钛酸钡系、锆钛酸铅系材料等磁性材料: 1.锰-锌、镍-锌、锰-镁、锂-锰等铁氧体、磁记录和磁泡材料等;2.导体陶瓷钠、锂、氧离子的快离子导体和碳化硅等;3.半导体陶瓷钛酸钡、氧化锌、氧化锡、氧化钒、氧化锆等过滤金属元素氧化物系材料等。
光学材料: 钇铝石榴石激光材料,氧化铝、氧化钇透明材料和石英系或多组分玻璃的光导纤维等高温结构陶瓷:1.高温氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等难熔化合物超硬材料碳化钛、人造金刚石和立方氮化硼等2.人工晶体铝酸锂、钽酸锂、砷化镓、氟金云母等生物陶瓷:长石质齿材、氧化铝、磷酸盐骨材和酶的载体材料等无机复合材料:陶瓷基、金属基、碳素基的复合材料传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的比较:传统无机非金属材料具有性质稳定,抗腐蚀耐高温等优点,但质脆,经不起热冲击。
第三章作业
1.热塑性塑料与热固性塑料的主要区别在哪里?
答:热塑性塑料是指受热时软化,冷却后硬化的过程能反复进行的塑料。
热固性塑料则是受热软化,冷却固化过程不能重复进行的塑料。
2.塑料的成形方法有哪些?试述各自的应用范围。
答: (1)注射成形:注射成形是生产一般塑料制件最常用的方法,应用于热塑性塑料和部分热固性塑料的成形。
注射成形生产周期短、效率高,易于实现机械化、自动化,而且制品尺寸精确,适用于大批量制造形状复杂件、薄壁件及带有金属或非金属嵌件的塑料制品,如电视机、收录机的外壳等。
(2) 挤出成形:挤出成形是应用最广、适应性最强的加工方法。
配合不同形状和结构的口模,可生产塑料管、棒、板、条、带、丝及各种异型断面的型材,还可进行塑料包覆电线、电缆工作。
(3)压制成形:压制成形是热固性塑料常用的成形方法,也可用于流动性极差的热塑性塑料(如聚四氟乙烯)的成形,如常见的电器开关、插头、插座、轴瓦、汽车方向盘等就是用压制成形的。
(4)吹塑成形:吹塑成形只限于热塑性塑料的成形(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺等),常用于成形中空、薄壁、小口径的塑料制品,如塑料瓶、塑料罐、塑料壶等。
还可利用吹塑原理生产各种塑料薄膜。
(5)浇铸成形:浇铸成形主要适用于流动性好、收缩小的热塑性塑料或热固性塑料,尤其适宜制作体积大、重量大、形状复杂的塑料件。
(6)滚塑成形:滚塑是制造大型中空塑料制品最经济的方法,尤其是在模具中使用石棉、氟塑料等不粘材料可生产局部有孔或敞口的塑料制品,因而已越来越多地用于生产大型厚壁的塑料管道、塑料球、塑料桶等。
3.塑料的机械加工与金属材料的机械加工有何区别?
答: 塑料零件的机械加工与金属的切削加工方法基本相同,如可以车、铣、刨、钻、扩、铰、镗、锯、锉、攻丝、滚花等。
但在切削时,应充分考虑塑料与金属的性能差异,如塑料的散热性差、热膨胀系数大、弹性大,加工时容易变形、软化、分层、开裂、崩落等。
因此,要采用前、后角较大的锋利刀具,较小的进给量和较高的切削速度;正确地装夹和支承工件,减少切削力引起的工件变形;并采用水冷或风冷加快散热。
4.橡胶中除生胶外还添加哪些物质?它们各自起何作用?
答: 防老化剂:防止橡胶过早老化,失去使用性能、
增塑剂:增加橡胶的可塑性,便于制成各种形状。
填料:增加制品的强度等性能。
硫化剂和硫化促进剂:橡胶末硫化前缺乏良好的物理机械性能,实用价值不大,加入硫化剂和硫化促进剂能提高橡胶的综合性能,尤其是抗拉强度、伸长率、耐磨性、硬度等方面明显改善。
并能使橡胶具有良好的耐热性能和耐老化性能,提高抗氧老化性能,具有良好的加工性能。
5.橡胶制品的成形方法有哪些?试述各自的应用范围。
答:橡胶制品的成形方法主要有挤压成形、压延成形、模压成形等。
(1)挤压成形。
用螺旋挤压机将混炼后的胶料通过口模挤压成连续断面的制品,如胶管、
胶棒、密封胶带等。
其原理与塑料挤压成形相同。
(2)压延成形。
用压延机将混炼后的胶料压成薄的胶板、胶片等,或在胶片上压出某种花纹,或在帘布、帆布的表面挂涂胶层,或将两层胶片贴合起来。
此法只适用于形状比较简单的半成品成形。
(3)模压法。
可将混炼后的胶料直接放在模压机上的金属模具内压制成形,此法适用于小型橡胶零件的生产,如密封圈、皮碗、减震件等。
也可将压延出的胶片、胶布等按照制品形状大小裁剪后再在压机上用模具压制成半成品或成品,如胶鞋、橡胶球等。
此法适用于形状比较复杂的橡胶零件的生产。
6.陶瓷制品的成形方法有哪些?试述各自的应用范围。
答:陶瓷制品的成形方法主要有可塑成形、注浆成形和压制成形及固体成形等。
(1)可塑成形。
是采用手工或机械的方法对具有可塑性的坯料泥团施加压力,使其发生塑性变形而制成生坯的方法。
常用的可塑成形方法有挤压、滚压、旋压、雕塑及印坯等。
主要用于民用陶瓷器皿的生产,工业上用于陶瓷管、棒或型材的成形,如热电偶保护套管、高温炉管等。
(2)注浆成形。
是将制备好的坯料泥浆注入多孔性模具内(石膏模或金属模),形成特定厚度的坯体后再倒出多余的浆料,待注件干燥收缩后修坯脱模获取制件的方法。
由于泥浆坯料的流动性大大好于泥团坯料,故此方法主要用于制造形状复杂但精度要求不高的普通陶瓷制品。
(3)压制成形。
是将含有极少水分的粉状坯料放在金属模具内压制成致密生坯的成形方法。
压制成形的过程简单,制品形状尺寸准确,便于实现机械化。
是工程陶瓷和金属陶瓷的主要成形方法。
(4)固体成形。
是先将粉料制成一定强度的块料或经过预烧制成有一定强度的坯料,然后再进行车、铣、刨、钻等加工成形的方法。
使用于制造复杂的零件。
7.如何解决金属基复合材料的基体与纤维的化学不相溶性?
答:(1)采用成形方法。
如挤压成形法、旋压成形法、模锻成形法、粉末冶金法、爆炸成形法等。
(2)采用机械连接、胶接连接和焊接等;机械连接主要采用螺栓连接、铆钉连接和销钉连接;胶接是用胶粘剂将复合材料制件连接起来的方法;热塑性复合材料和金属基复合材料常采用焊接方法进行连接。