模型材料

凯盛模型看你所不了解的金属材料及工艺

发布时间:2022/5/13 18:41:52   

杭州凯盛文化科技有限公司是一家专业从事手板模型制作与工业产品设计的企业,拥有完整的生产制作流程、先进的设备和科学的管理模式。主要包括:不同材料的外观模型、新发产品的功能样机、销售商品的模具开发;

金属就是自然界中,凡具有导电、导热、有光泽和正的电阻温度系数的物质。如铁、钢、铝、铜等。金属材料就是金属经冶炼及各种加工制成的具有一定截面形状和几何尺寸的材料。

纯金属就是由单一金属组成的物质,纯是相对而言,再纯的五金料也含有其他物质。合金是由两种或两种以上金属(或金属与非金属)融合而成并具有金属特性的物质,如钢和生铁是铁碳的合金、黄铜是铜锌的合金、铝与镁形成铝镁合金等。

不锈钢材料Stainlesssteelmateria

1.不锈钢材料简述能抵抗空气、蒸汽、水等弱腐蚀,并能抵抗酸、碱、盐等化学介质强腐蚀的钢称为不锈钢(StainlessSteel)。

在自然界中,所有金属与大气中的氧气发生反应,如铁生成铁锈等。不锈钢属于钢材,为什么不生锈呢?因为不锈钢成份中含铬,铬是使不锈钢获得耐蚀性的基本元素,当钢中含铬量达到12%左右时,铬与腐蚀介质中的氧作用,在钢表面形成一层很薄的氧化膜,可阻止钢的基体被进一步腐蚀。

2.不锈钢分类不锈钢通常按基体组织分为以下几个方面。

(1)铁素体不锈钢。含铬12%~30%。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高,耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。

(2)奥氏体不锈钢。含铬大于18%,还含有8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好,可耐多种介质腐蚀。

(3)奥氏体—铁素体双相不锈钢。兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点,并具有超塑性。(4)马氏体不锈钢强度高,但塑性和可焊性较差。

3.不锈钢常用牌号不锈钢按成分可分为Cr系(系列)、Cr-Ni系(系列)、Cr-Mn-Ni(系列)及析出硬化系(系列)。常用的有系列,即铬-镍系,属于奥氏体不锈钢。

(1)——延展性好,用于成型产品。也可通过机械加工使其迅速硬化。焊接性好,抗磨性和疲劳强度优于不锈钢。

(2)——耐腐蚀性同,由于含碳相对要高因而强度更好。

(3)——通过添加少量的硫、磷使其较更易切削加工。

(4)——即18/8不锈钢。GB牌号为0Cr18Ni9,应用非常广泛。

(5)——继之后,第二个得到最广泛应用的不锈钢种,主要用于食品工业、制药行业和外科手术器材,添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。由于较之具有更好的抗氯化物腐蚀能力,因而也作“船用钢”来使用。

4.不锈钢适用范围

(1)用于日常生活制品、食品器具等。如锅、餐具等。

(2)耐腐蚀,如长期置于大气中的桥梁、公路用制品等。

(3)电子产品壳料及装饰件。

(4)其他。

5.不锈钢钣金的厚度不锈钢钣金的厚度有0.03~4.0mm各种厚度。6.不锈钢的表面处理不锈钢表面耐腐蚀,很少作处理。由于不锈钢表面光滑,表面处理效果也不优良,如果需要作处理,不锈钢表面最好不是光面。

(1)电镀。不锈钢比较难镀,为增加附着力,电镀时要特殊处理,如表面喷砂等。

(2)喷涂和烤漆。

(3)电泳。主要为黑色。

(4)喷砂。喷砂也可作为其他工艺的前工序,可增加表面处理的附着力。

(5)电解氧化、氧化黑色等。

铝材料Aluminummateria

1.铝材料简述铝的密度很小,仅为2.7g/cm3,是一种轻金属,颜色为银白色。

在金属品种中,仅次于钢铁,为第二大类金属。

2.铝的主要优点

(1)密度小,重量轻。虽然比较软,但可制成各种铝合金,如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等。这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。

(2)导电性能优良。导电性仅次于银、铜,虽然导电率只有铜的2/3,但密度只有铜的1/3,所以输送同量的电,铝线的质量只有铜线的1/2。铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力,而且有一定的绝缘性,所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。

(3)铝是热的良导体,导热能力比铁大3倍,工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等。(4)铝的表面因有致密的氧化物保护膜,不易受到腐蚀,常被用来制造化学反应器、医疗器械、冷冻装置、石油精炼装置、石油和天然气管道等。

(5)耐低温,铝在温度低时,它的强度反而增加而无脆性,因此它是理想的用于低温装置材料,如冷藏库、冷冻库、南极雪上车辆、氧化氢的生产装置。

3.铝的缺点

(1)纯铝质软,强度稍差,不能用于主要承受件。

(2)铝很难电镀。

4.铝合金铝合金是以铝为基材的合金总称。

主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰,次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金按化学成分可分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金和铝稀土合金。常用的有铝硅合金、铝镁合金。

5.铝适用范围

(1)日常生活制品,如锅等。

(2)电子产品的装饰件。

(3)电工产品,如铝线。

(4)机电产品,航空、航海等产品。

6.铝的常用表面处理

(1)氧化。通常是阳极氧化,能氧化成各种颜色。

(2)机械拉丝。铝材较软,能拉直纹、太阳纹、乱纹、斜纹等。

(3)高光切边,批花等。

(4)铝很难电镀。

铜材料Coppermateria

1.铜材料简述铜是应用非常广泛的有色金属,在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。经常用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域。纯铜的密度是8.9g/cm3,是最好的纯金属之一。

2.铜材料的优点

(1)导电性能好。常用于各种电缆和导线、电动机和变压器的开关,以及PCB等。

(2)耐腐蚀能力强,在干燥的空气里很稳定。

(3)强度好、极坚韧、耐磨损。

(4)导热性好,常用于模具行业。如铜电极等。

(5)装饰性好,常做成各种铜质装饰品。

3.铜材料的缺点

(1)密度大、重量较重。

(2)铜在潮湿的空气里,其表面会生成一层铜绿。

(3)能溶于硝酸和热浓硫酸,略溶于盐酸,容易被碱侵蚀。

4.铜合金铜合金是以铜为基材的合金总称。

主要合金元素有锌、镍、铍、磷、锡等。黄铜主要是铜与锌的合金。青铜主要是铜与锡的合金。白铜主要是铜与镍的合金。铍铜主要是铜与铍的合金。紫铜是指纯铜,其铜含量高达99%以上。

5.铜适用范围铜用于各行各业,非常广泛

(1)电气工业。常用于各种电缆和导线等。

(2)电动机。如电动机线圈等。

(3)电子工业,PCB上铜铂等。

6.铜的常用表面处理

(1)电镀。电镀最常用,性能很好。

(2)喷涂。

(3)机械拉丝。

镍材料Nickelmateria

1.镍材料简述镍是一种银白色的金属,具有磁性。镍的密度是8.9g/cm3。

2.镍材料的优点

(1)具有良好的机械强度和延展性。

(2)不锈特性。镍能在潮湿空气中表面形成致密的氧化膜,能阻止本体金属继续氧化。

(3)抗腐蚀能力强,对盐酸、硫酸、有机酸和碱性溶液的浸蚀有较好的抵抗作用。

(4)表面易处理。

3.镍材料的缺点

(1)比重大。

(2)镍会引起人体皮肤过敏。

(3)细镍丝可燃,特制的细小多孔镍粒在空气中会自燃。

4.镍适用范围

(1)镍大量用于制造合金。在钢中加入镍,可以提高机械强度。

(2)电镀行业,镀在其他金属上可以防止生锈,也用于金属件表面装饰。

(3)镍网用于酸、碱环境条件下筛分和过滤。

(4)化学工业中镍用作加氢反应的催化剂。

5.超薄镍片超薄镍片用电铸工艺制造。

(1)超薄件只能作出两种效果,一种为光面;另一种为麻面,且表面必须只能为平面。

(2)超薄件只能镀出两种颜色,通过镀光亮镍可镀出银色,通过镀金可作金色(金色时间长、极易退色)。

(3)产品厚度可控制在0.05~0.18mm间,最佳厚度为0.10mm。背面可贴双面胶或刷3M液体胶(厚度为0.02mm)。

6.镍的常用表面处理

(1)电镀。电镀最常用,性能很好。

(2)喷涂。

(3)机械拉丝。

(4)氧化。

锌合金材料Zincalloymateria

1.锌合金简述锌合金是以锌为基材加入其他元素组成的合金。

常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、铅、钛等。锌合金熔点低,流动性好,易熔焊、钎焊和塑性加工,在大气中耐腐蚀,残废料便于回收和重熔;但蠕变强度低,易发生自然时效引起尺寸变化。加工方式常有压铸或压力成型。按制造工艺可分为铸造锌合金和变形锌合金。

2.锌合金优点

(1)比重大。

(2)铸造性能好,可以压铸形状复杂、薄壁的精密件,铸件表面光滑。

(3)可进行表面处理,如电镀、喷涂、喷砂等。

(4)熔化与压铸时不吸铁,不腐蚀压型,不粘模。

(5)有很好的常温机械性能和耐磨性。

(6)熔点低,在℃时熔化,容易压铸成型。

3.锌合金缺点

(1)抗腐蚀性差。当合金成分中杂质元素铅、镉、锡超过标准时,会导致铸件老化而发生变形,表现为体积胀大,机械性能特别是塑性显著下降,时间长了甚至破裂。铅、锡、镉在锌合金中溶解度很小,集中于晶粒边界而成为阴极,富铝的固溶体成为阳极,在水蒸气(电解质)存在的条件下,促成晶粒之间电化学腐蚀。压铸件因晶粒之间腐蚀而老化。

(2)时效作用。锌合金的组织主要由含铝和铜的富锌固溶体和含锌的富铝固溶体所组成,它们的溶解度随温度的下降而降低。但由于压铸件的凝固速度极快,因此到室温时,固溶体的溶解度大大地饱和了。经过一定时间之后,这种过饱和现象会逐渐解除,而使铸件的形状和尺寸略起变化。

(3)锌合金压铸件不宜在高温和低温(0℃以下)的工作环境下使用。锌合金在常温下有较好的机械性能。但在高温下的抗拉强度和低温下的冲击性能都显著下降。

4.锌合金适用范围

(1)家装行业。如锌合金门窗等。

(2)日常生活制品。

(3)装饰制品。工艺品等。

(4)电子产品外壳。玩具制品等。

(5)汽车配件、机电配件、机械零件、电器元件等。

5.锌合金的常用表面处理

(1)电镀。电镀最常用,性能很好。

(2)喷涂及烤漆。

(3)机械拉丝。

轧制工艺分析金属轧制工艺分析是一个典型的非线性问题,它需要考虑材料塑性、结构大变形和接触等所有非线性因素。CAE技术可以有效地模拟环轧、型轧、多道次轧制等轧制工艺,可以进行板材、管材、线材、型材的轧制分析,以及考虑轧制过程中的弯辊力、轧辊横向移动、轧辊下压量变化等各方面工艺参数的影响。有效预测轧制过程中出现的折叠、凹坑、蝶形、壁厚不均、压扁、椭圆、锥度、塔型卷曲、流线紊乱等成型缺陷。

轧制分类:按轧件运动分有:纵轧、横轧、斜轧。

纵轧:就是金属在两个旋转方向相反的轧辊之间通过,并在其间产生塑性变形的过程。

横轧:轧件变形后运动方向与轧辊轴线方向一致。

斜轧:轧件作螺旋运动,轧件与轧辊轴线非特角。

应用:主要用在金属材料型材,板,管材等,还有一些非金属材料比如塑料制品及玻璃制品

锻造工艺分析

CAE技术可以模拟锻造成型过程中的局部大位移、大转动,以及复杂的接触算法,可以进行多种锻造工艺的模拟,包括自由锻、模锻、辗环、特殊锻造(辊锻、锲横轧、径向锻造、液态模锻)等。通过仿真分析,能够了解金属塑性成形的全过程,包括金属成形过程中各阶段材料填充模具的情况、材料变形趋势、材料内部的应力、应变、应变速率、成形载荷和速度矢量场等信息,进而为锻造工艺和锻造模具的设计提供科学指导。

工艺流程:液体金属→充型→凝固收缩→铸件

工艺特点:

可生产形状任意复杂的制件,特别是内腔形状复杂的制件适应性强,合金种类不受限制,铸件大小几乎不受限制材料来源广,废品可重熔,设备投资低废品率高、表面质量较低、劳动条件差挤压工艺分析

液态或半固态金属在高压下凝固、流动成形,直接获得制件或毛坯的方法。它具有液态金属利用率高、工序简化和质量稳定等优点,是一种节能型的、具有潜在应用前景的金属成形技术。

直接挤压铸造:喷涂料、浇合金、合模、加压、保压、泄压,分模、毛坯脱模、复位;

间接挤压铸造:喷涂料、合模、给料、充型、加压、保压、泄压,分模、毛坯脱模、复位。

技术特点:

可消除内部的气孔、缩孔和缩松等缺陷

表面粗糙度低,尺寸精度高

可防止铸造裂纹的产生

便于实现机械化、自动化

应用:可用于生产各种类型的合金,如铝合金、锌合金、铜合金、球墨铸铁等优点:

生产范围广,产品规格、品种多

生产灵活性大,适合小批量生产

产品尺寸精度高,表面质量好

设备投资少,厂房面积小,易实现自动化生产

缺点:

几何废料损失大

金属流动不均匀

挤压速度低,辅助时间长

工具损耗大,成本高

生产适用范围:主要用于制造长杆、深孔、薄壁、异型断面零件。旋压工艺分析

CAE技术可模拟复杂的运动轨迹,从而对普通拉伸旋压、强力旋压、缩孔旋压等多种旋压工艺进行仿真分析,精确预测成形件的形状,应力应变分布,以及成形缺陷等,从而对工具旋转速度、进给深度、轧具尺寸等工艺参数进行优化。

机加工工艺分析

可以对铣、刨、钻、车削、剪切等多种机加工工艺进行仿真分析,可以实现机加工过程中的结构-热耦合分析,模拟切削屑的产生及流动状态以及获得机加工件在卸载后的变形和残余应力分布情况,对刀具的应力应变、强度、磨损情况、疲劳寿命进行分析,进而对刀具的结构和加工工艺参数,如进给量、切削角度、切削速度及深度等进行优化。

常用机加工方法:

增材制造工艺分析

通过快速进行整体逐层仿真,预测金属零件的结构应力和变形,从而尽可能减少/避免变形,最大限度地降低残余应力,在此基础上优化堆积方向,优化支撑结构。除此之外,CAE技术还可以考察热处理、基板和支撑结构切除之后部件的状态,帮助用户一次就成功生产出增材制造部件。

焊接工艺分析

焊接也称作熔接,镕接是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。可实现摩擦焊、电阻焊(点焊、缝焊)等,可计算焊缝温度场,应力应变、扭曲变形等数据分析,评估焊接性能,进而对焊接位置、焊接顺序、压力、电流、速度、时间等焊接工艺参数进行优化。

焊接分类:

钣金冲压工艺分析

冲压在机械加工行业中占有非常重要的地位,其广泛应用于航空航天制造,汽车覆盖件制造等行业,冲压件产值在整个钣金加工行业也占有相当大的比例。以航空航天、汽车覆盖件为例,该类钣金冲压模具型面复杂,模具设计和制造水平要求高,难度大,冲压工艺也同样繁杂,传统的“试错”法在研发过程中造成模具报废多、成本高、周期长等缺点,降低了企业的市场竞争力。

利用CAE技术可以模拟钣金冲压成型工艺,并进行回弹分析,模具的疲劳分析及磨损分析。预测成型过程中板料的裂纹、起皱、减薄、划痕、回弹,评估板料的成型性能,从而为钣金成型工艺参数优化及模具设计提供帮助

优点:

钣金冲压之后的零部件不仅外形美观而且在硬度上得到提升,帮助更多的朋友在冲压的效果上取得了进步和发展。1.加工方便成本低廉在船舶制造行业或者是在精密仪器的加工销售市场,采用这样的方法进行应用和推广,不仅能够加强产品的品质不受到冲击,同时在效果上也能得到很好的安排和改善。成本上的低廉性特点,让更多领域逐渐认识到了这方面方法带来的重要作用,加工使用环节的突出性能确保了产品的品质得到有效发挥。2.细致加工品质有保证平时使用钣金冲压进行加工生产期间,对于每一个环节都进行了细致的加工处理,让产品的硬度以及应用的效果得到了很好的完善与改变。采用此设计手法进行应用,能够让加工本身带来很好的发展前景,从而加强了钣金冲压带来的很好体验。缺点:毛刺过大、变形、表面划伤、尺寸不符、少孔等

毛刺过大→凸凹模间隙过大或过小;刃口磨损;导向精度差;

凸凹模位置不同心等。变形→孔距太小;

压料板与凹模型面配合不好;间隙过大等。

表面划伤→操作时有拖、拉等现象;

板料在剪切过程中划伤等。尺寸不符→上料不到位;

定位装置损坏或松动,位置窜动等。

少孔→冲头折断;冲头长度不够等。

特殊形成工艺分析

可以模拟一系列特殊成型工艺过程,如:蒙皮拉伸成型、超塑成型、橡皮囊成型和弯管成型等等。前者可以为特殊成型过程提供多种本构模型,例如超塑性材料的成型,后者主要针对板材的各向异性性质。模具的运动即可以用变形体也可以用刚体来模拟,各种摩擦模型和丰富的接触算法可用来处理任意复杂的三维接触面问题

热处理工艺分析

可以模拟各种淬火、退火、回火等热处理工艺过程,得零件的温度分布、变形量、硬度、残余应力等结果,快速直观了解热处理工艺参数对变形、残余应力的影响,预测热处理过程中的缺陷,指导热处理工艺优化。通过准确描述零件在高温状态下的应力应变关系,对产品热处理方案进行仿真验证及优化,降低热处理失效的风险。

粉末冶金工艺分析

是制取金属或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料,经过成形和烧结,制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。可以进行金属粉末的模压、粉末烧结、粉末锻造成型工艺分析,可以预测压实过程中,粉末密度变化、应力应变、温度变化、体积变化、成型尺寸等结果。

优点:

绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造

节约金属,降低产品成本

不会给材料任何污染,有可能制取高纯度的材料

粉末冶金法能保证材料成分配比的正确性和均匀性

粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品,能大大降低生产成本

缺点:

在没有批量的情况下要考虑零件的大小

模具费用相对来说要高出铸造模具

生产适用范围:粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品,如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等。

金属制品已经成为生活种不可缺少的一部分,这篇文章简单的介绍下金属材料和它的制作工艺,相信不少小伙伴都能多多少少的了解哪些金属材料可以制作哪些产品。

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