Question

定性比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料的性能特点，他们在机械工程中应用范围有何不同？

Answer 1

在机械工程中，陶瓷材料主要有氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、碳化硼、氮化硼等，材料的性能特点主要是硬度高、耐高温、耐磨、脆、不耐冲击、抗拉及抗弯曲较差、大部分材料绝热绝缘性好、比重小于钢铁，主要用于工程机械配套需要耐高温、耐磨的场合，如航天工业高速摩擦件、各种密封件、泵和压缩机的柱塞和缸套、高级轴承等。
在机械工程中，高分子材料主要有橡胶类、树脂类、乙烯类尼龙等，与陶瓷相反，其材料的性能特点主要是软、韧性朔性好耐冲击不耐高温、绝缘性好，比重远远轻于钢铁，机械工程中，多用于各种密封材料、绝缘材料等，经过改性的高分子材料能耐温度200至400度、硬度和耐磨性都较高，可代替某些钢铁材料，如在汽车工业、航空工业中有极其广阔的应用。
在机械工程中，金属材料主要有钢铁和有色金属，其性能基本上介于上述两种材料之间，有很高的机械强度、韧性好、较能耐高温、导电传热性好，钢铁用于机械工程中关键零部件和一切重工业中的大型构件，各行各业都有金属材料的应用。
以上三种材料性能差别明显用途各不同，一个优秀的工程设计者会合理地选用各类材料综合用于一部机械或一台机器中，使它成为无可挑剔的优秀设备。

Answer 2

金属材料、高分子材料、陶瓷材料的成型制备方法
金属材料加工成型方法
金属材料成型工艺有以下几种
液态成型工艺
塑形成型工艺
连接成型
砂型铸造 塑性成型加工 焊接工艺 特种铸造
塑性成型加工
胶接技术

一、金属液态成型也叫铸造。它是将熔融的金属液体浇注到与零件形状相对应的铸造模型腔中，待冷却后得到实体毛坯或零件的工艺过程。
铸造加工的特点：1.适应性强2.成本低廉3.铸造组织存在一定缺陷4.工艺过程较难控制 铸造方法分为砂型铸造、特殊铸造
I、砂型铸造：用型砂做铸型的铸造方法，使用率90%
砂型铸件的结构设计应注意
1、力求外形简单，轮廓平直，只需一个分型面2、力求铸件的内腔铸造时，型芯数目最少，方便装配、清理、排气3、起模方向应设计结构斜度4、铸件应有合理的壁厚5、力求铸件壁厚均匀，防止局部积聚变形，造成裂纹、缩孔、缩松等缺陷6、尽量避免铸件中有过大的水平面，防止由于横截面突然增大，导致金属液面上升缓慢，致使型腔顶部受到长时间烘烤，造成夹砂缺陷、产生气孔等；将平面改为倾斜面
II、特种铸造
特种铸造：砂型铸造以外的其他铸造方法，包括熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压
铸造、离心铸造、陶瓷型铸造等。
①熔模铸造（失蜡铸造）：在蜡模表面包以造型材料，待其硬化，将其中的蜡模熔去，
从而获得无分型面的铸型的铸造方法。
基本过程：蜡模制造→结壳→脱蜡→造型→焙烧→浇铸→落砂清理 熔模铸造（失蜡铸造）的特点 a、铸件的精度高且表面光洁。
b、适用于各种铸造合金铸件，尤其是高熔点及难切削的合金的铸造。 c、熔模铸件的形状可以比较复杂，最小孔径0.5mm，壁厚0.3mm。 d、铸件的重量不宜太大，一般<=25kg,最大80kg左右。
e、工艺过程复杂，不易控制，使用和消耗的材料较贵，适用于形状复杂、精度较高或难以机加工的小型零件，如发动机叶片和叶轮等。
②金属型铸造：金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。铸型是用金属制成，可以反复使用多次（几百次到几千次）。
金属性铸造的优缺点 可以“一型多铸”，铸件的力学性能提高，金属型铸件的冷却速度较快、组织比较致密铸件精度较高，可以少加工或不加工。
但是，成本高、周期长；铸造透气性差、无退让性，易产生冷隔、浇不足、裂纹等缺陷；铸件熔点不宜太高，重量也不宜太大。

主要用于：大批量的有色金属铸件，如内燃机的铝活塞、 气缸体、缸盖、油泵壳体等。
③压力铸造：压力铸造（简称压铸）的实质是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型(压铸模具)型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。
压铸特点：高压和高速充填压铸型是压铸的两大特点。它常用的压射比压是从几千
至几万kPa，甚至高达2×105kPa。充填速度约在10~50m／s，有些时候甚至 可达100m／s以上。充填时间很短，一般在0.01~0.2s范围内。
压铸优点：铸件表面质量高，可铸出复杂形状薄壁件或镶嵌件，生产率高。主要适合于有色金属合金，如锌合金、铝合金、镁合金。
④低压铸造：介于重力铸造和压力铸造之间的一种方法，所用压力为2-7N/cm2。主要用于生产质量高的铝镁合金铸件。
⑤离心铸造：将液态合金浇入高速旋转（250-1500r/min）的铸型中，使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶。主要用于生产圆筒形铸件。 二、塑性成形工艺
塑性成形工艺：利用外力使坯料产生塑性变形,获得所需尺寸,形状和性能的产品（毛坯或零件）成型方法。
加工基本方式：轧制、挤压、拉拨、锻造(自由锻和模锻)和板料冲压。
轧制、挤压、拉拨用于金属型材、板材、管材和线材板料冲压和锻造用于毛胚和零件。 加工的特点：是一种重要的塑性成型方法，要求金属具有 良好的塑性
优点：金属塑性变形后，能压合铸坯的内部缺陷，提高金属机械性能保证强度和韧性，节省金属材料和加工工时间。
缺点：只适用于塑性金属材料，不能加工脆性材料如铸铁、青铜，不能加工形状太复杂的零件比如具有复杂外形和内腔的零件。
A、轧制：将金属靠摩擦力的作用，连续通过轧机上两个相对回转轧辊之间的空隙，进行压延变形成为型材（如圆钢、方钢、工字钢等）的加工方法。
B、挤压：将金属坯料置于一封闭的挤压模内，用强大的挤压力将金属从模孔中挤出成型，从而获得符合模孔截面的坯料或零件的加工方法。
C、锻造加工：对金属坯料（不含板材）施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、形状
及改善性能,用以制造机械零件、工件、工具或毛坯的成形加工方法。 可锻造的固体坯料可以是铁碳合金、铝合金、铜合金等。 锻造分为两种: ①自由锻 ②模锻
①自由锻: 利用冲击力或压力，使金属在上下之砧间塑性变形 而获得所需尺寸、形状以及内部质量锻件的一种加工方法。 基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转和错移 辅助工序：方便基本工序而进行的 修整工序：校正等
②模锻:使金属坯料在模膛内受压而产生塑性变形，获得所需尺寸、形状以及内部质量锻件的加工方法称为模锻。
模锻优点：效率高、易操作、尺寸精确，质量好、减小切削工作量磨具昂贵、灵活性差、
生产准备周期长、质量要小。
D、冲压加工成型：它是利用冲模使板材产生分离或变形的加工方法。
通板料冲压特点：
（1）可冲压出形状复杂的零件，废料较少。
（2）产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度，互换性能好。

（3）能获得质量轻，材料消耗少，强度和刚度较高的零件。
（4）冲压操作简单，工艺过程便于机械化和自动化，成品率很高，
故零件成本低。常在冷态下进行，又叫冷冲压。
三、连接形式
连接形式有以下几类：焊接、胶接、机械连接
I、焊接：通过加热、加压,或两者共同作用(用或不用填充材料)使 两部分分离的金属形体形成原子结合的一种永久性连接方法。 熔焊：电弧焊、气焊、电子束焊、激光焊 压焊：电阻焊（点焊、缝焊、对焊） 钎焊：锡焊、铜焊、银焊
一般情况，低碳钢的焊接性能较好，焊接过程中不出现裂纹、气孔、夹渣等，焊后接头强度与母材相近，高碳钢，铸铁等较差。在灯饰，金属家具等产品的加工过程中，都会用到。 1）熔焊：将工件需要焊接的部位加热至熔化状态，一般须填充金属并形成共同的熔池，待冷却凝固后，使分离工件连接成整体。
特点：是金属的熔化与结晶，类似于小型铸造过程，焊接时填充金属的目的是使焊接接头符合标准尺寸、外形，渗入有益元素以加强强度，熔焊的能量可以是电能、化学能和机械能。
2）压焊：在压力（或同时加热）作用下，被焊的分离金属结合面处产生塑性变形（有的
伴随有熔化结晶过程）而使金属连接成整体。 特点：常见的如电阻焊（点焊、缝焊、对焊）。1.金属待焊部位发生塑性变形，挤碎或挤掉结合面的氧化物及其他杂质2.纯净的金属紧密接触，形成原子间的引力而牢固结合。3.加热的目的：增加原子的动能，以提高塑性和降低顶锻力。
3）钎焊：熔点低于被焊金属的钎料熔化后，填充到被焊金属结合面的空隙之中，钎料凝固
而将两部分金属连接成整体。 常见有：锡焊、铜焊、银焊。
特点：被焊金属不熔化，钎料熔化，依靠熔化的钎料对 被焊金属的润湿性（浸润与附着能力）和毛细作用与被焊金属形成结合，从而将分离的金属连接。
II、胶接： 胶接是将两种或两种以上的零件（构件）用胶粘剂连接起来的一种工艺方法，
所构成的不可拆连接称为胶连接。
胶接工艺主要包括接头设计、表面处理、配胶和涂胶、固化和质量检测。 胶接优点：① 能够将不同的金属或金属与非金属粘接在一起。② 可以粘接一些不易焊接的异形、复杂、微小和极薄零件。③ 粘接接头处应力分布比较均匀，粘接胶层具有缓和冲击，消减振动的作用，使接头处疲劳强度得以提高。④ 粘接胶层密封性能好，粘接剂可以将两种不同金属隔开，能防止电化学腐蚀。⑤ 粘接重量轻，外表光整。
胶接的缺点是：① 胶接剂对温度变化比较敏感。② 耐老化、耐酸、碱等性能较差。③ 粘接接头的检查，特别是无损检验困难。
III、机械连接：螺栓与螺母连接，双头螺柱连接，螺钉连接，销连接，铆钉连接，压扩、
卷边咬缝等机械方法连接将两个金属器件连接起来的方法。
塑料的加工成型方法
一、塑料的加工成型
塑料的成型分为一次成型和二次成型两类

塑料的一次成型方法有：挤出成型、注射成型、压制成型、压延成型、其他成型方法（铸塑成型、模压烧结成型、传递成型、泡沫塑料的成型）。 二次成型有：中空吹塑成型、热成型、拉幅薄膜的成型。
⑴、挤出成型：挤出成型在塑料加工中又称为挤塑，在非橡胶挤出机加工中利用液压机压
力于模具本身的挤出称压出。是指物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用，边受热塑化，边被螺杆向前推送，连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。
挤出成型原理：料自料斗进入料筒，在螺杆旋转作用下，通过料筒内壁和螺杆表面摩擦剪切作用向前输送到加料段，在此松散固体向前输送同时被压实；在压缩段，螺槽深度变浅，进一步压实，同时在料筒外加热和螺杆与料筒内壁摩擦剪切作用，料温升高开始熔融，压缩段结束；均化段使物料均匀，定温、定量、定压挤出熔体，到机头后成型，经定型得到制品。
1、挤出方法
按塑化方式：干法挤出与湿法挤出 按加压方式：连续挤出与间歇挤出
2、特点 生产连续、效率高、操作简单、应用范围广
⑵、注射成型：是指有一定形状的模型，通过压力将融溶状态的胶体注入摸腔而成型。
工艺原理是：将固态的塑胶按照一定的熔点融化，通过注射机器的压力，用一定的速度注入模具内，模具通过水道冷却将塑胶固化而得到与设计模腔一样的产品。主要用于热塑性塑料的成型，也可用于热固性塑料的成型。
工艺流程:1、成型前的准备;2、注射过程；3、制品的后处理。
1、成型前的准备
为了使注射成型顺利进行和保证制品质量，生产前需要进行原料预处理、清洗机筒、预热嵌件和选择脱模剂等一系列准备工作。 2、注射过程
注射过程一般包括：加料——塑化——注射——冷却——脱模。 加料：由于注射成型是一个间歇过程，因而需定量（定容）加料，以保证操作稳定，塑料塑化均匀，最终获得高质量的塑件。
塑化：成型物料在注射机机筒内经过加热，压实以及混合等作用，由松散的粉状或粒状固态转变成连续的均化熔体之过程。
注射：柱塞或螺杆从机筒内的计量位置开始，通过注射油缸和活塞施加高压，将塑化好的塑料熔体经过机筒前端的喷嘴和模具中的浇注系统快速送入封闭模腔的过程。注射又可细分为流动充模、保压补缩、倒流三个阶段。
冷却:当浇注系统的塑料以及冻结后，继续保压已不再需要，因此可退回柱塞或螺杆，卸除料筒内的塑料熔体的压力，并加入新料，同时在模具内通入冷却水、油或空气等冷却介质，对模具进行进一步的冷却，这一阶段称为浇口冻结后的冷却。实际上冷却过程从塑料熔体注入型腔起就开始了，它包括从充模、保压到脱模前的这一段时间。
脱模:塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外。
3、制品的后处理