金属及加工工艺

1*金属及加工工艺2*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第2页,共70页，2024年2月25日，星期天3*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。第3页,共70页，2024年2月25日，星期天4*最古老的金属材料金银铜铁第4页,共70页，2024年2月25日，星期天5*最常用的金属材料钢铝合金钛合金第5页,共70页，2024年2月25日，星期天6*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第6页,共70页，2024年2月25日，星期天7*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，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。第7页,共70页，2024年2月25日，星期天8*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。第8页,共70页，2024年2月25日，星期天9*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%。第9页,共70页，2024年2月25日，星期天10*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离心铸造第10页,共70页，2024年2月25日，星期天11*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、劳动强度高第11页,共70页，2024年2月25日，星期天12*铸造产品第12页,共70页，2024年2月25日，星期天13*1、砂型铸造第13页,共70页，2024年2月25日，星期天14*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。第14页,共70页，2024年2月25日，星期天15*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。第15页,共70页，2024年2月25日，星期天16*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：①足够的强度；②较高的耐火性；③良好的透气性；④较好的退让性。（型砂具有随铸件的冷却收缩而被压缩其体积的性能）第16页,共70页，2024年2月25日，星期天17*砂型第17页,共70页，2024年2月25日，星期天18*砂型铸件第18页,共70页，2024年2月25日，星期天19*清砂第19页,共70页，2024年2月25日，星期天20*砂型铸件第20页,共70页，2024年2月25日，星期天21*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第21页,共70页，2024年2月25日，星期天22*2、熔模铸造第22页,共70页，2024年2月25日，星期天23*熔模铸造蜡模组第23页,共70页，2024年2月25日，星期天*24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→→→→→→→→→→→→→→第24页,共70页，2024年2月25日，星期天25*矿山机械配件第25页,共70页，2024年2月25日，星期天26*矿山机械配件第26页,共70页，2024年2月25日，星期天27*机械配件第27页,共70页，2024年2月25日，星期天28*机械配件第28页,共70页，2024年2月25日，星期天29*不锈钢制品第29页,共70页，2024年2月25日，星期天30*五金件第30页,共70页，2024年2月25日，星期天31*汽车配件第31页,共70页，2024年2月25日，星期天32*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：①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；②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。第32页,共70页，2024年2月25日，星期天33*概况熔模铸造是一种古老的铸造方法。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。第33页,共70页，2024年2月25日，星期天34*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）第34页,共70页，2024年2月25日，星期天35*3、金属型铸造金属型铸造又称硬模铸造或永久型铸造，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）。第35页,共70页，2024年2月25日，星期天36*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15～30%。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。第36页,共70页，2024年2月25日，星期天37*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。

第37页,共70页，2024年2月25日，星期天38*金属型铸件第38页,共70页，2024年2月25日，星期天39*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5－70MPa，充型速度为5－100m／S。压力铸造在压铸机上进行。第39页,共70页，2024年2月25日，星期天40*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）。第40页,共70页，2024年2月25日，星期天41*卧式冷压室压涛机工作原理图第41页,共70页，2024年2月25日，星期天42*卧式冷室式压铸机第42页,共70页，2024年2月25日，星期天43*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25~30％，但延伸率降低约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。第43页,共70页，2024年2月25日，星期天44*（2）生产效率高

机器生产率高，例如国产JⅢ3型卧式冷空压铸机平均八小时可压铸600～700次，小型热室压铸机平均每八小时可压铸3000~7000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。第44页,共70页，2024年2月25日，星期天45*（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。第45页,共70页，2024年2月25日，星期天46*压力铸造加工件第46页,共70页，2024年2月25日，星期天47*常见压铸件第47页,共70页，2024年2月25日，星期天48*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。第48页,共70页，2024年2月25日，星期天49*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。第49页,共70页，2024年2月25日，星期天50*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-电动机第50页,共70页，2024年2月25日，星期天51*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6-铸件第51页,共70页，2024年2月25日，星期天52*卧式离心铸造机第52页,共70页，2024年2月25日，星期天53*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。第53页,共70页，2024年2月25日，星期天54*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：自行车手把第54页,共70页，2024年2月25日，星期天55*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第55页,共70页，2024年2月25日，星期天56*铜爵（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第56页,共70页，2024年2月25日，星期天57*铜

盉（he)（夏）1984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第57页,共70页，2024年2月25日，星期天58*铜圆斝（jia)（商）1976年河南省安阳市殷墟出土中国社会科学院考古研究所藏第58页,共70页，2024年2月25日，星期天59*兽面纹双层底铜鼎1989年江西省新干县大洋出土江西省博物馆藏第59页,共70页，2024年2月25日，星期天60*凸目铜面具（商）1986年四川省广汉市三星堆遗址出土中国历史博物馆藏

第60页,共70页，2024年2月25日，星期天61*铜卣（you）（西周）1984年山西省曲沃县晋候墓地出土北京大学克勒考古与艺术博物馆藏第61页,共70页，2024年2月25日，星期天62*龙耳虎足铜方壶（春秋）1978年河南