金属及加工工艺1

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1、2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,1,第8讲主要内容：,8.1 金属的固有特性 8.2 金属材料的成型加工 铸造加工 塑性加工 切削加工 焊接加工 粉末冶金 8.3 金属材料的热处理 8.4 特种加工方法 8.5 常用金属材料 8.6 金属材料在设计中的应用,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,2,岁月的沧桑锈蚀在金属产品上，浮起层层斑驳，然而金属材质以其天然的无可比拟的坚固性，永恒地保留下人类驾驭自然、改造自然的能力和创造造型美的才华。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,3,最古老的金属材料,金 银 铜 铁,2019年7月22日8时50分,造型材料与工

2、艺,4,最常用的金属材料,钢 铝合金 钛合金,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,5,最先进的金属材料,超高纯度铁 超高强度钢 超高速钢(用作刀具) 超高易切削钢 超硬合金 金属陶瓷 超塑性合金,超导材料 超耐热合金 金属基复合材料 金属玻璃 纳米金属颗粒 形状记忆合金 贮氢合金,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,6,8.1 金属材料的固有特性,金属材料几乎都是具有晶格结构的固体，由金属键结合而成。 金属材料是电与热的良导体。 金属材料表面具有金属所特有的色彩与光泽。 金属材料具有良好的延展性。 金属可以制成金属键化合物，可以与其他金属或非金属元素在熔融状态下形成合金

3、，以改善金属的性能。 除了贵金属之外，几乎所有金属的化学性能都较为活泼，易于氧化而生锈。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,7,8.2 金属材料的成型加工,8.2.1 铸造（Foundry ） 概念 铸造是指将液态金属注入与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，冷却凝固后获得毛坯或零件的方法。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,8,在机械制造中的地位,按质量计算，在机床、内燃机、重型机器中，铸件约占50% 70% ；在汽车中约占 20% 30 %。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,9,铸造工艺的分类： 砂型铸造 特种铸造 熔模铸造 金属型铸造 压力铸造

4、离心铸造,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,10,特点 适用于各种金属材料 能制成各种尺寸和形状的铸件 节省材料，减少加工余量，降低成本 容易产生气孔、缩孔和裂纹等缺陷 铸件的力学性能不如相同材料的锻件 生产工序多、铸件质量不稳定、废品率高、工作条件差、劳动强度高,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,11,铸造产品,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,12,1、砂型铸造,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,13,工序：,模样与芯盒准备、型砂与芯砂配制造型、造芯熔炼、浇注落砂、清理检验入库。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,14,

5、模样和芯盒：,模样和芯盒是用来造型和造芯的基本工艺装备。如图所示模样用于形成铸型的型腔，它和铸件的外形相适应；芯盒用于制造芯（芯子），其内腔与芯子的形状和尺寸相适应。在单件或小批生产时，模样和芯盒可用木材制作，大批、大量生产时，可用铝合金、塑料等材料来制作。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,15,造型材料：,造型材料是指用于制造砂型（芯）的材料，主要包括型砂和芯砂。 型（芯）砂主要由原砂、粘结剂、附加物、水、旧砂按比例混合而成。根据型砂中采用粘结剂种类的不同，型砂可分为粘土砂、树脂砂、水玻璃砂、油砂等。 型砂与芯砂应具备如下性能：足够的强度；较高的耐火性；良好的透气性；较好的退

6、让性。（型砂具有随铸件的冷却收缩而被压缩其体积的性能）,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,16,砂型,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,17,砂型铸件,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,18,清砂,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,19,砂型铸件,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,20,特点,最常用、最基本的铸造方法 设备简单、操作灵活 不受铸件形状、尺寸、重量及所用金属种类的限制 适合于各种生产规模 成本低,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,21,2、熔模铸造,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,

7、22,熔模铸造蜡模组,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,23,工艺流程,产品设计,模具制作,注腊,腊件组合,沾浆,淋沙,脱蜡,预热,浇铸,除壳,切断,打磨,热处理,精加工,检查,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,24,矿山机械配件,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,25,矿山机械配件,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,26,机械配件,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,27,机械配件,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,28,不锈钢制品,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,29,五金件,2019年7月2

8、2日8时50分,造型材料与工艺,30,汽车配件,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,31,熔模铸造的特点,又称“精密铸造”或“失蜡铸造”。 可熔炼的材质十分广泛。 不受产品形状结构复杂的限制。 铸件尺寸控制精密，机加工切削余量极少，表面质量好。 可应用的范围也越来越广：在热加工领域里，取材困难件或不易成型件以及某些加工成本高的锻造件，可适用熔模铸造；在铸造的领域里，有些产品可用熔模铸造替代其它形式的铸造，减少加工切削余量降低成本，提高尺寸精度和表面粗糙度以及材料的机械性能，从而达到升级产品档次的目的。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,32,概况,熔模铸造是一种古老的

9、铸造方法。在我国发现最早的熔模铸件是2400多年前的战国早期，从50年代开始，将熔模铸造用于工业生产中，经过40多年的发展，熔模铸造已成为我国机械制造业中的基础工艺，并形成一个独特的行业。 据不完全统计，全国有熔模铸造厂1300多个，熔模铸件产量约16万件，年产值约为16亿元人民币，全行业职工总数约为十万人。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,33,行业分布,碳钢类机械零件熔模铸造企业 不锈钢类商品零件熔模铸造企业 航空航天及燃气轮机类熔模铸造企业（如：沈阳黎明发动机制造公司精密铸造厂 ）,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,34,3、金属型铸造,金属型铸造又称硬模铸

10、造或永久型铸造，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）。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,35,特点,铸件的机械性能比砂型铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25%，屈服强度平均提高约20%，其抗蚀性能和硬度亦显著提高。 铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定。 铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约1530%。 不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80%100%。 金属型铸造的生产效率高；使铸件产生缺陷的原因减少；工序简单，易实现机械化和自动化 。,2019年7月22日8时50分

11、,造型材料与工艺,36,不足之处,金属型制造成本高。 金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不足、裂纹、气孔及铸铁件白口等缺陷。 金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,37,金属型铸件,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,38,4、压力铸造,压力铸造（简称压铸）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型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。 常用压力铸造的压力为 570 MPa，充型速度为 5 100 mS。压

12、力铸造在压铸机上进行。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,39,目前压力铸造主要用于大批量生产铝、锌、铜、镁等非铁金属与合金件。如汽车、仪表、计算机、航空、摩托车、日用品等行业各类中小型薄壁铸件（发动机气缸体、气缸盖、仪表壳体、电动转子、照相机壳体、各类工艺品、装饰品等）。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,40,卧式冷压室压涛机工作原理图,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,41,卧式冷室式压铸机,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,42,特点,（1）产品质量好 铸件尺寸精度高，表面光洁度好；强度和硬度较高，一般比砂型铸造提高2530，但延

13、伸率降低约70；尺寸稳定，互换性好；可压铸薄壁复杂的铸件。例如，当前锌合金压铸件最小壁厚可达0.3mm；铝合金铸件可达0.5mm；最小铸出孔径为0.7mm；最小螺距为0.75mm。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,43,（2）生产效率高 机器生产率高，例如国产J3型卧式冷空压铸机平均八小时可压铸600700次，小型热室压铸机平均每八小时可压铸30007000次；压铸型寿命长，一副压铸型，压铸铜合金，寿命可达几十万次，甚至上百万次；易实现机械化和自动化。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,44,（3）经济效果优良 由于压铸件尺寸精确，表面光洁等优点。一般不再进行机械

14、加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金属利用率，又减少了大量的加工设备和工时；铸件价格便宜；既节省装配工时又节省金属。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,45,压力铸造加工件,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,46,常见压铸件,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,47,不足之处,压铸时由于液态金属充填型腔速度高，流态不稳定，铸件易产生气孔，且不能进行热处理。 对内凹复杂的铸件，压铸较为困难。 高熔点合金（如铜，黑色金属），压铸型寿命较低。 不宜小批量生产，其主要原因是压铸型制造成本高，压铸机生产效率高，小批量生产不经济。,2019年7月22日8时5

15、0分,造型材料与工艺,48,5、离心铸造,离心铸造是将液体金属浇入旋转的铸型中，使之在离心力的作用下，完成充填和凝固成形的一种铸造方法。为了实现这种工艺过程，必须采用专门的设备离心铸造机（简称为离心机），提供使铸型旋转的条件。根据铸型旋转轴在空间位置的不同，常用离心机分为立式离心铸造机和卧式离心铸造机两种。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,49,立式离心铸造示意图,1-浇包 2-铸型 3-液体金属 4-带轮和传动带 5-旋转轴 6-铸件 7-电动机,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,50,卧式离心铸造示意图,1-浇包 2-浇铸槽 3-铸型 4-液体金属 5-端盖

16、6-铸件,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,51,卧式离心铸造机,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,52,特点,铸型中的液体金属能形成中空圆柱形自由表面，不用型芯就可形成中空的套筒和管类铸件，因而可简化这类铸件的生产工艺过程。 显著提高液体金属的充填能力，改善充型条件，可用于浇注流动性较差的合金和壁较薄的铸件。 有利于铸件内液体金属中的气体和夹杂物的排除，铸件的组织致密，缩松及夹杂等缺陷较少，铸件的力学性能好。,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,53,可减少甚至不用冒口系统，降低了金属消耗。 可生产双金属中间圆柱形铸件，如轴承套、铸管等。 在浇注中空铸件时，其内表面较粗糙，尺寸难以控制 典型应用：自行车手把,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,54,古代铸造工艺品,铜铃（夏） 84年河南省偃师县二里头出土，中国社会科学院考古研究所藏,2019年7月22日8时50分,造型材料与工艺,55,铜