金屬及加工工藝

金屬及加工工藝第一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*1第8講主要內(nèi)容：8.1金屬的固有特性8.2金屬材料的成型加工鑄造加工塑性加工切削加工焊接加工粉末冶金8.3金屬材料的熱處理8.4特種加工方法8.5常用金屬材料8.6金屬材料在設(shè)計中的應(yīng)用第二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*2歲月的滄桑銹蝕在金屬產(chǎn)品上，浮起層層斑駁，然而金屬材質(zhì)以其天然的無可比擬的堅固性，永恒地保留下人類駕馭自然、改造自然的能力和創(chuàng)造造型美的才華。第三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*3最古老的金屬材料金銀銅鐵第四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*4最常用的金屬材料鋼鋁合金鈦合金第五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*5最先進的金屬材料超高純度鐵超高強度鋼超高速鋼(用作刀具)超高易切削鋼超硬合金金屬陶瓷超塑性合金超導材料超耐熱合金金屬基復(fù)合材料金屬玻璃納米金屬顆粒形狀記憶合金貯氫合金第六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*68.1金屬材料的固有特性金屬材料幾乎都是具有晶格結(jié)構(gòu)的固體，由金屬鍵結(jié)合而成。金屬材料是電與熱的良導體。金屬材料表面具有金屬所特有的色彩與光澤。金屬材料具有良好的延展性。金屬可以制成金屬鍵化合物，可以與其他金屬或非金屬元素在熔融狀態(tài)下形成合金，以改善金屬的性能。除了貴金屬之外，幾乎所有金屬的化學性能都較為活潑，易于氧化而生銹。第七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*78.2金屬材料的成型加工8.2.1鑄造（Foundry）概念鑄造是指將液態(tài)金屬注入與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，冷卻凝固后獲得毛坯或零件的方法。第八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*8在機械制造中的地位按質(zhì)量計算，在機床、內(nèi)燃機、重型機器中，鑄件約占50%～70%；在汽車中約占20%～30%。第九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*9鑄造工藝的分類：砂型鑄造特種鑄造

熔模鑄造金屬型鑄造壓力鑄造離心鑄造第十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*10特點適用于各種金屬材料能制成各種尺寸和形狀的鑄件節(jié)省材料，減少加工余量，降低成本容易產(chǎn)生氣孔、縮孔和裂紋等缺陷鑄件的力學性能不如相同材料的鍛件生產(chǎn)工序多、鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定、廢品率高、工作條件差、勞動強度高第十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*11鑄造產(chǎn)品第十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*121、砂型鑄造第十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*13工序：模樣與芯盒準備、型砂與芯砂配制——造型、造芯——熔煉、澆注——落砂、清理——檢驗入庫。第十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*14模樣和芯盒：模樣和芯盒是用來造型和造芯的基本工藝裝備。如圖所示模樣用于形成鑄型的型腔，它和鑄件的外形相適應(yīng)；芯盒用于制造芯（芯子），其內(nèi)腔與芯子的形狀和尺寸相適應(yīng)。在單件或小批生產(chǎn)時，模樣和芯盒可用木材制作，大批、大量生產(chǎn)時，可用鋁合金、塑料等材料來制作。第十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*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、粘結(jié)劑、附加物、水、舊砂按比例混合而成。根據(jù)型砂中采用粘結(jié)劑種類的不同，型砂可分為粘土砂、樹脂砂、水玻璃砂、油砂等。型砂與芯砂應(yīng)具備如下性能：①足夠的強度；②較高的耐火性；③良好的透氣性；④較好的退讓性。（型砂具有隨鑄件的冷卻收縮而被壓縮其體積的性能）第十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*16砂型第十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*17砂型鑄件第十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*18清砂第十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*19砂型鑄件第二十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*20特點最常用、最基本的鑄造方法設(shè)備簡單、操作靈活不受鑄件形狀、尺寸、重量及所用金屬種類的限制適合于各種生產(chǎn)規(guī)模成本低第二十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*212、熔模鑄造第二十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*22熔模鑄造蠟?zāi)＝M第二十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*23工藝流程產(chǎn)品設(shè)計模具制作注臘臘件組合沾漿淋沙脫蠟預(yù)熱澆鑄除殼切斷打磨熱處理精加工檢查→→→→→→→→→→→→→→第二十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*24礦山機械配件第二十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*25礦山機械配件第二十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*26機械配件第二十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*27機械配件第二十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*28不銹鋼制品第二十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*29五金件第三十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*30汽車配件第三十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*31熔模鑄造的特點又稱“精密鑄造”或“失蠟鑄造”。可熔煉的材質(zhì)十分廣泛。不受產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的限制。鑄件尺寸控制精密，機加工切削余量極少，表面質(zhì)量好?？蓱?yīng)用的范圍也越來越廣：①在熱加工領(lǐng)域里，取材困難件或不易成型件以及某些加工成本高的鍛造件，可適用熔模鑄造；②在鑄造的領(lǐng)域里，有些產(chǎn)品可用熔模鑄造替代其它形式的鑄造，減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機械性能，從而達到升級產(chǎn)品檔次的目的。第三十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*32概況熔模鑄造是一種古老的鑄造方法。在我國發(fā)現(xiàn)最早的熔模鑄件是2400多年前的戰(zhàn)國早期，從50年代開始，將熔模鑄造用于工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)過40多年的發(fā)展，熔模鑄造已成為我國機械制造業(yè)中的基礎(chǔ)工藝，并形成一個獨特的行業(yè)。

據(jù)不完全統(tǒng)計，全國有熔模鑄造廠1300多個，熔模鑄件產(chǎn)量約16萬件，年產(chǎn)值約為16億元人民幣，全行業(yè)職工總數(shù)約為十萬人。第三十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*33行業(yè)分布碳鋼類機械零件熔模鑄造企業(yè)不銹鋼類商品零件熔模鑄造企業(yè)航空航天及燃氣輪機類熔模鑄造企業(yè)（如：沈陽黎明發(fā)動機制造公司精密鑄造廠）第三十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*343、金屬型鑄造金屬型鑄造又稱硬模鑄造或永久型鑄造，它是將液體金屬澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種鑄造方法。鑄型是用金屬制成，可以反復(fù)使用多次（幾百次到幾千次）。第三十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*35特點鑄件的機械性能比砂型鑄件高。同樣合金，其抗拉強度平均可提高約25%，屈服強度平均提高約20%，其抗蝕性能和硬度亦顯著提高。鑄件的精度和表面光潔度比砂型鑄件高，而且質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定。鑄件的工藝收得率高，液體金屬耗量減少，一般可節(jié)約15～30%。不用砂或者少用砂，一般可節(jié)約造型材料80%～100%。金屬型鑄造的生產(chǎn)效率高；使鑄件產(chǎn)生缺陷的原因減少；工序簡單，易實現(xiàn)機械化和自動化。第三十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*36不足之處金屬型制造成本高。金屬型不透氣，而且無退讓性，易造成鑄件澆不足、裂紋、氣孔及鑄鐵件白口等缺陷。金屬型鑄造時，鑄型的工作溫度、合金的澆注溫度和澆注速度，鑄件在鑄型中停留的時間，以及所用的涂料等，對鑄件的質(zhì)量的影響甚為敏感，需要嚴格控制。

第三十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*37金屬型鑄件第三十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*384、壓力鑄造壓力鑄造（簡稱壓鑄）是在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填壓鑄型型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。常用壓力鑄造的壓力為5－70MPa，充型速度為5－100m／S。壓力鑄造在壓鑄機上進行。第三十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*39目前壓力鑄造主要用于大批量生產(chǎn)鋁、鋅、銅、鎂等非鐵金屬與合金件。如汽車、儀表、計算機、航空、摩托車、日用品等行業(yè)各類中小型薄壁鑄件（發(fā)動機氣缸體、氣缸蓋、儀表殼體、電動轉(zhuǎn)子、照相機殼體、各類工藝品、裝飾品等）。第四十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*40臥式冷壓室壓濤機工作原理圖第四十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*41臥式冷室式壓鑄機第四十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*42特點（1）產(chǎn)品質(zhì)量好

鑄件尺寸精度高，表面光潔度好；強度和硬度較高，一般比砂型鑄造提高25~30％，但延伸率降低約70％；尺寸穩(wěn)定，互換性好；可壓鑄薄壁復(fù)雜的鑄件。例如，當前鋅合金壓鑄件最小壁厚可達0.3mm；鋁合金鑄件可達0.5mm；最小鑄出孔徑為0.7mm；最小螺距為0.75mm。第四十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*43（2）生產(chǎn)效率高

機器生產(chǎn)率高，例如國產(chǎn)JⅢ3型臥式冷空壓鑄機平均八小時可壓鑄600～700次，小型熱室壓鑄機平均每八小時可壓鑄3000~7000次；壓鑄型壽命長，一副壓鑄型，壓鑄銅合金，壽命可達幾十萬次，甚至上百萬次；易實現(xiàn)機械化和自動化。第四十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*44（3）經(jīng)濟效果優(yōu)良

由于壓鑄件尺寸精確，表面光潔等優(yōu)點。一般不再進行機械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金屬利用率，又減少了大量的加工設(shè)備和工時；鑄件價格便宜；既節(jié)省裝配工時又節(jié)省金屬。第四十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*45壓力鑄造加工件第四十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*46常見壓鑄件第四十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*47不足之處壓鑄時由于液態(tài)金屬充填型腔速度高，流態(tài)不穩(wěn)定，鑄件易產(chǎn)生氣孔，且不能進行熱處理。對內(nèi)凹復(fù)雜的鑄件，壓鑄較為困難。高熔點合金（如銅，黑色金屬），壓鑄型壽命較低。不宜小批量生產(chǎn)，其主要原因是壓鑄型制造成本高，壓鑄機生產(chǎn)效率高，小批量生產(chǎn)不經(jīng)濟。第四十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*485、離心鑄造離心鑄造是將液體金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使之在離心力的作用下，完成充填和凝固成形的一種鑄造方法。為了實現(xiàn)這種工藝過程，必須采用專門的設(shè)備——離心鑄造機（簡稱為離心機），提供使鑄型旋轉(zhuǎn)的條件。根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)軸在空間位置的不同，常用離心機分為立式離心鑄造機和臥式離心鑄造機兩種。第四十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*49立式離心鑄造示意圖1-澆包2-鑄型3-液體金屬4-帶輪和傳動帶5-旋轉(zhuǎn)軸6-鑄件7-電動機第五十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*50臥式離心鑄造示意圖1-澆包2-澆鑄槽3-鑄型4-液體金屬5-端蓋6-鑄件第五十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*51臥式離心鑄造機第五十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*52特點鑄型中的液體金屬能形成中空圓柱形自由表面，不用型芯就可形成中空的套筒和管類鑄件，因而可簡化這類鑄件的生產(chǎn)工藝過程。顯著提高液體金屬的充填能力，改善充型條件，可用于澆注流動性較差的合金和壁較薄的鑄件。有利于鑄件內(nèi)液體金屬中的氣體和夾雜物的排除，鑄件的組織致密，縮松及夾雜等缺陷較少，鑄件的力學性能好。第五十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*53可減少甚至不用冒口系統(tǒng)，降低了金屬消耗。可生產(chǎn)雙金屬中間圓柱形鑄件，如軸承套、鑄管等。在澆注中空鑄件時，其內(nèi)表面較粗糙，尺寸難以控制典型應(yīng)用：自行車手把第五十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*54古代鑄造工藝品銅鈴（夏）

84年河南省偃師縣二里頭出土，中國社會科學院考古研究所藏第五十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*55銅爵（夏）

84年河南省偃師縣二里頭出土，中國社會科學院考古研究所藏第五十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*56銅

盉（he)（夏）1984年河南省偃師縣二里頭出土，中國社會科學院考古研究所藏第五十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*57銅圓斝（jia)（商）1976年河南省安陽市殷墟出土中國社會科學院考古研究所藏第五十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*58獸面紋雙層底銅鼎1989年江西省新干縣大洋出土江西省博物館藏第五十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*59凸目銅面具（商）1986年四川省廣漢市三星堆遺址出土中國歷史博物館藏

第六十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*60銅卣（you）（西周）1984年山西省曲沃縣晉候墓地出土北京大學克勒考古與藝術(shù)博物館藏第六十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期二*6