金属材料及加工工艺课件

1、4/29/2022造型材料与工艺1第第8讲讲 金属材料及金属材料及 加工工艺（加工工艺（）金属特性铸造加工4/29/2022造型材料与工艺2第第8讲主要内容：讲主要内容：l8.1 金属的固有特性l8.2 金属材料的成型加工l铸造加工l塑性加工l切削加工l焊接加工l粉末冶金l8.3 金属材料的热处理l8.4 特种加工方法l8.5 常用金属材料l8.6 金属材料在设计中的应用4/29/2022造型材料与工艺3l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。4/29/2022造型材料与工艺4最古老的金属材

2、料最古老的金属材料l金l银l铜l铁4/29/2022造型材料与工艺5最常用的金属材料最常用的金属材料l钢l铝合金l钛合金4/29/2022造型材料与工艺6最先进的金属材料最先进的金属材料l超高纯度铁l超高强度钢l超高速钢(用作刀具)l超高易切削钢l超硬合金l金属陶瓷l超塑性合金l超导材料l超耐热合金l金属基复合材料l金属玻璃l纳米金属颗粒l形状记忆合金l贮氢合金 4/29/2022造型材料与工艺78.1 金属材料的固有特性金属材料的固有特性l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。l金属材料是电与热的良导体。l金属材料表面具有金属所特有的色彩与光泽。l金属材料具有良好的延展性。l

3、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。l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。4/29/2022造型材料与工艺88.2 金属材料的成型加工金属材料的成型加工8.2.1 铸造（Foundry ）l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。4/29/2022造型材料与工艺9在机械制造中的地位在机械制造中的地位l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 %。4/29/2022造型材料与工艺10l铸造工艺的分类：砂型

4、铸造特种铸造 熔模铸造 金属型铸造 压力铸造 离心铸造4/29/2022造型材料与工艺11l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4/29/2022造型材料与工艺12铸造产品铸造产品4/29/2022造型材料与工艺131、砂型铸造、砂型铸造4/29/2022造型材料与工艺14工序：工序：l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。 4/29/2022造型材料与工艺15模样和芯盒：模样和芯盒： l模样和芯盒

5、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。4/29/2022造型材料与工艺16造型材料：造型材料：l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。 l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。 l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；较好的退让性。（型砂具有随铸件的冷却收

6、缩而被压缩其体积的性能）4/29/2022造型材料与工艺17砂型砂型4/29/2022造型材料与工艺18砂型铸件砂型铸件4/29/2022造型材料与工艺19清砂清砂4/29/2022造型材料与工艺20砂型铸件砂型铸件4/29/2022造型材料与工艺21特点特点l最常用、最基本的铸造方法l设备简单、操作灵活l不受铸件形状、尺寸、重量及所用金属种类的限制l适合于各种生产规模l成本低4/29/2022造型材料与工艺222、熔模铸造、熔模铸造4/29/2022造型材料与工艺23熔模铸造蜡模组熔模铸造蜡模组4/29/2022造型材料与工艺24工艺流程工艺流程产品设计 模具制作 注腊腊件组合 沾浆 淋沙

7、脱蜡 预热 浇铸 除壳 切断 打磨 热处理 精加工 检查 4/29/2022造型材料与工艺25矿山机械配件矿山机械配件4/29/2022造型材料与工艺26矿山机械配件矿山机械配件4/29/2022造型材料与工艺27机械配件机械配件4/29/2022造型材料与工艺28机械配件机械配件4/29/2022造型材料与工艺29不锈钢制品不锈钢制品4/29/2022造型材料与工艺30五金件五金件4/29/2022造型材料与工艺31汽车配件汽车配件4/29/2022造型材料与工艺32熔模铸造的特点熔模铸造的特点l又称“精密铸造”或“失蜡铸造”。l可熔炼的材质十分广泛。l不受产品形状结构复杂的限制。l铸件尺寸

8、控制精密，机加工切削余量极少，表面质量好。l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。 4/29/2022造型材料与工艺33概况概况l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

9、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。 4/29/2022造型材料与工艺34行业分布行业分布l碳钢类机械零件熔模铸造企业 l不锈钢类商品零件熔模铸造企业 l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 ）4/29/2022造型材料与工艺353、金属型铸造、金属型铸造l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）。 4/29/2022造型材料与工艺36特点特点l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

10、强度平均提高约20%，其抗蚀性能和硬度亦显著提高。l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。l铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约1530%。l不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80%100%。l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 。4/29/2022造型材料与工艺37不足之处不足之处l金属型制造成本高。l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。l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

11、。 4/29/2022造型材料与工艺38金属型铸件金属型铸件4/29/2022造型材料与工艺394、压力铸造、压力铸造l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。l常用压力铸造的压力为 570 MPa，充型速度为 5 100 mS。压力铸造在压铸机上进行。4/29/2022造型材料与工艺40l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）。4/29/2022

12、造型材料与工艺41卧式冷压室压涛机工作原理图卧式冷压室压涛机工作原理图4/29/2022造型材料与工艺42卧式冷室式压铸机卧式冷室式压铸机4/29/2022造型材料与工艺43特点特点l（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。 4/29/2022造型材料与工艺44l（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

13、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。 4/29/2022造型材料与工艺45l（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。4/29/2022造型材料与工艺46压力铸造加工件压力铸造加工件4/29/2022造型材料与工艺47常见压铸件常见压铸件4/29/2022造型材料与工艺48不足之处不足之处l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

14、生气孔，且不能进行热处理。l对内凹复杂的铸件，压铸较为困难。l高熔点合金（如铜，黑色金属），压铸型寿命较低。l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。 4/29/2022造型材料与工艺495、离心铸造、离心铸造l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。4/29/2022造型材料与工艺50立式离心铸造示意图立式离心铸造示意图l1-浇

15、包l2-铸型l3-液体金属l4-带轮和传动带l5-旋转轴l6-铸件l7-电动机4/29/2022造型材料与工艺51卧式离心铸造示意图卧式离心铸造示意图l1-浇包l2-浇铸槽l3-铸型l4-液体金属l5-端盖l6-铸件4/29/2022造型材料与工艺52卧式离心铸造机卧式离心铸造机4/29/2022造型材料与工艺53特点特点l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。l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。l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

16、缺陷较少，铸件的力学性能好。4/29/2022造型材料与工艺54l可减少甚至不用冒口系统，降低了金属消耗。l可生产双金属中间圆柱形铸件，如轴承套、铸管等。l在浇注中空铸件时，其内表面较粗糙，尺寸难以控制l典型应用：自行车手把4/29/2022造型材料与工艺55古代铸造工艺品古代铸造工艺品l铜铃铜铃（夏）l 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4/29/2022造型材料与工艺56l铜爵铜爵（夏） l84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 4/29/2022造型材料与工艺57l铜铜 盉（盉（he)（夏）l1984年河南省偃师县二里头出土，中国社会科学院考古研究

17、所藏 4/29/2022造型材料与工艺58l铜圆斝（铜圆斝（jia)（商）l1976年河南省安阳市殷墟出土 l中国社会科学院考古研究所藏 4/29/2022造型材料与工艺59l兽面纹双层底铜鼎兽面纹双层底铜鼎l1989年江西省新干县大洋出土l江西省博物馆藏 4/29/2022造型材料与工艺60l凸目铜面具凸目铜面具（商）l1986年四川省广汉市三星堆遗址出土l中国历史博物馆藏 4/29/2022造型材料与工艺61l铜卣（铜卣（you）（西周） l1984年山西省曲沃县晋候墓地出土l北京大学克勒考古与艺术博物馆藏 4/29/2022造型材料与工艺62l龙耳虎足铜方壶龙耳虎足铜方壶（春秋）l197

18、8年河南省淅川县下寺出土l河南省博物馆藏 4/29/2022造型材料与工艺63l嵌绿松石铜神兽嵌绿松石铜神兽（春秋）l1990年河南省淅川县下寺出土l河南省文物考古研究所藏 4/29/2022造型材料与工艺64l跽坐铜镦跽坐铜镦（战国）l1970年浙江省吴兴县出土l浙江省博物馆藏 4/29/2022造型材料与工艺65l越王勾践剑越王勾践剑（春秋晚期）l1965年湖北省江陵县望号墓出土l湖北省博物馆藏 4/29/2022造型材料与工艺66l铜屋铜屋（春秋战国）l1982年浙江省绍兴市坡塘出土l浙江省文物考古研究所藏 4/29/2022造型材料与工艺67l四连体铜薰炉四连体铜薰炉（西）l1983年广东省广州市象岗山南越王墓出土l广东省广州市西汉越王墓博物馆藏 4/29/2022造型材料与工艺68l鎏金朱雀形铜饰鎏金朱雀形铜饰（西汉）l1983年广东省广州市象岗山南越王墓出土l广东省广州市西汉越王墓博物馆藏 4/29/2022造型材料与工艺69