金屬及加工工藝

1*金屬及加工工藝2*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2頁,共70頁，2024年2月25日，星期天3*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3頁,共70頁，2024年2月25日，星期天4*最古老的金屬材料金銀銅鐵第4頁,共70頁，2024年2月25日，星期天5*最常用的金屬材料鋼鋁合金鈦合金第5頁,共70頁，2024年2月25日，星期天6*最先進(jìn)的金屬材料超高純度鐵超高強(qiáng)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(dǎo)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6頁,共70頁，2024年2月25日，星期天7*8.1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(dǎo)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(xué)性能都較為活潑，易于氧化而生銹。第7頁,共70頁，2024年2月25日，星期天8*8.2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8頁,共70頁，2024年2月25日，星期天9*在機(jī)械制造中的地位按質(zhì)量計算，在機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)、重型機(jī)器中，鑄件約占50%～70%；在汽車中約占20%～30%。第9頁,共70頁，2024年2月25日，星期天10*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10頁,共70頁，2024年2月25日，星期天11*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(xué)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(qiáng)度高第11頁,共70頁，2024年2月25日，星期天12*鑄造產(chǎn)品第12頁,共70頁，2024年2月25日，星期天13*1、砂型鑄造第13頁,共70頁，2024年2月25日，星期天14*工序：模樣與芯盒準(zhǔn)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14頁,共70頁，2024年2月25日，星期天15*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15頁,共70頁，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(qiáng)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16頁,共70頁，2024年2月25日，星期天17*砂型第17頁,共70頁，2024年2月25日，星期天18*砂型鑄件第18頁,共70頁，2024年2月25日，星期天19*清砂第19頁,共70頁，2024年2月25日，星期天20*砂型鑄件第20頁,共70頁，2024年2月25日，星期天21*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21頁,共70頁，2024年2月25日，星期天22*2、熔模鑄造第22頁,共70頁，2024年2月25日，星期天23*熔模鑄造蠟?zāi)＝M第23頁,共70頁，2024年2月25日，星期天*24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24頁,共70頁，2024年2月25日，星期天25*礦山機(jī)械配件第25頁,共70頁，2024年2月25日，星期天26*礦山機(jī)械配件第26頁,共70頁，2024年2月25日，星期天27*機(jī)械配件第27頁,共70頁，2024年2月25日，星期天28*機(jī)械配件第28頁,共70頁，2024年2月25日，星期天29*不銹鋼制品第29頁,共70頁，2024年2月25日，星期天30*五金件第30頁,共70頁，2024年2月25日，星期天31*汽車配件第31頁,共70頁，2024年2月25日，星期天32*熔模鑄造的特點又稱“精密鑄造”或“失蠟鑄造”?？扇蹮挼牟馁|(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(jī)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(jī)械性能，從而達(dá)到升級產(chǎn)品檔次的目的。第32頁,共70頁，2024年2月25日，星期天33*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(jī)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33頁,共70頁，2024年2月25日，星期天34*行業(yè)分布碳鋼類機(jī)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?xì)廨啓C(jī)類熔模鑄造企業(yè)（如：沈陽黎明發(fā)動機(jī)制造公司精密鑄造廠）第34頁,共70頁，2024年2月25日，星期天35*3、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35頁,共70頁，2024年2月25日，星期天36*特點鑄件的機(jī)械性能比砂型鑄件高。同樣合金，其抗拉強(qiáng)度平均可提高約25%，屈服強(qiáng)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(jī)械化和自動化。第36頁,共70頁，2024年2月25日，星期天37*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(yán)格控制。

第37頁,共70頁，2024年2月25日，星期天38*金屬型鑄件第38頁,共70頁，2024年2月25日，星期天39*4、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(jī)上進(jìn)行。第39頁,共70頁，2024年2月25日，星期天40*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(jī)、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(jī)氣缸體、氣缸蓋、儀表殼體、電動轉(zhuǎn)子、照相機(jī)殼體、各類工藝品、裝飾品等）。第40頁,共70頁，2024年2月25日，星期天41*臥式冷壓室壓濤機(jī)工作原理圖第41頁,共70頁，2024年2月25日，星期天42*臥式冷室式壓鑄機(jī)第42頁,共70頁，2024年2月25日，星期天43*特點（1）產(chǎn)品質(zhì)量好

鑄件尺寸精度高，表面光潔度好；強(qiáng)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(dāng)前鋅合金壓鑄件最小壁厚可達(dá)0.3mm；鋁合金鑄件可達(dá)0.5mm；最小鑄出孔徑為0.7mm；最小螺距為0.75mm。第43頁,共70頁，2024年2月25日，星期天44*（2）生產(chǎn)效率高

機(jī)器生產(chǎn)率高，例如國產(chǎn)JⅢ3型臥式冷空壓鑄機(jī)平均八小時可壓鑄600～700次，小型熱室壓鑄機(jī)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(dá)幾十萬次，甚至上百萬次；易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。第44頁,共70頁，2024年2月25日，星期天45*（3）經(jīng)濟(jì)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(jìn)行機(jī)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45頁,共70頁，2024年2月25日，星期天46*壓力鑄造加工件第46頁,共70頁，2024年2月25日，星期天47*常見壓鑄件第47頁,共70頁，2024年2月25日，星期天48*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(jìn)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(jī)生產(chǎn)效率高，小批量生產(chǎn)不經(jīng)濟(jì)。第48頁,共70頁，2024年2月25日，星期天49*5、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(jī)（簡稱為離心機(jī)），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(jī)分為立式離心鑄造機(jī)和臥式離心鑄造機(jī)兩種。第49頁,共70頁，2024年2月25日，星期天50*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(jī)第50頁,共70頁，2024年2月25日，星期天51*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51頁,共70頁，2024年2月25日，星期天52*臥式離心鑄造機(jī)第52頁,共70頁，2024年2月25日，星期天53*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(xué)性能好。第53頁,共70頁，2024年2月25日，星期天54*可減少甚至不用冒口系統(tǒng)，降低了金屬消耗?？缮a(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54頁,共70頁，2024年2月25日，星期天55*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(xué)院考古研究所藏第55頁,共70頁，2024年2月25日，星期天56*銅爵（夏）

84年河南省偃師縣二里頭出土，中國社會科學(xué)院考古研究所藏第56頁,共70頁，2024年2月25日，星期天57*銅

盉（he)（夏）1984年河南省偃師縣二里頭出土，中國社會科學(xué)院考古研究所藏第57頁,共70頁，2024年2月25日，星期天58*銅圓斝（jia)（商）1976年河南省安陽市殷墟出土中國社會科學(xué)院考古研究所藏第58頁,共70頁，2024年2月25日，星期天59*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59頁,共70頁，2024年2月25日，星期天60*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60頁,共70頁，2024年2月25日，星期天61*銅卣（you）（西周）1984年山西省曲沃縣晉候墓地出土北京大學(xué)克勒考古與藝術(shù)博物館藏第61頁,共70頁，2024年2月25日，星期天62*龍耳虎足銅方壺（春秋）1978年河南