1 绪论1绪论材料加工工艺(第2版) 11材料加工工艺在制造业中的地位材料

1、1绪论绪论材料加工工艺(第 2 版)材料加工工艺在制造业中的地位组织结构和性能，从而保证机器零部件的安全性、可靠性和寿命。图11材料科学与工程四要关系三角锥材料的使用性能取决于材料的组织结构和成分，然而材料的应用最终取决于材料的制备与成形加工。因而，材料的成形加工工艺是制造高质量、低成本产品的中心环节，是材料科学与工程四要素中极为关键的一个要素（图1 的决定因素。,2006 年我国机械工业的工业增加值占同(GDP)的 6.86%,国际上通常认为：当一个产业的增加值超过国内生产总值的5%品产值、进出口总额都在我国有着重要地位。20065420%以上的增幅快速发1.1 亿千瓦，比200592001

2、80072827.6%，已超过德国， 仅次于美国、日本，居世界第三位。金属切削机床，按销售额计仅次于日本、德国，居世界 数码相机、复印机械、塑料加工机械、起重设备、工业锅炉、变压器、电动工具、金属集装 箱、摩托车等。发展的技术。它对我国国民经济的发展和国防力量的增长起着重要作用，占有重要地位。在汽车、石化、钢铁、电力、造船、纺织、装备制造等支柱产业中，铸件都占有较大的比重。全世界钢材的 75%要进行塑性加工，65%的钢材要用焊接得以成形，80%以上的零件需经过热处理提高其性能；汽车重量的65%以上仍由钢材、铝合金、铸铁等材料通过铸造、塑性加工、 焊接、热处理等加工方法而成形。铸造是制造业的基础

3、，也是国民经济的基础产业，各行业都离不开铸件，从汽车、机床到航 空、航天、国防以及人们的日常生活等都需要铸件。汽车中铸件重量占整车重量的 19%（轿车）23（卡车；手机、笔记本电脑和许多照相机、录像机的壳体都是铝镁轻合金铸件。我20073127t，超过美国和日本铸件年产量的总和，占世界产量的30%1/10 左右。我国也是世界塑性成形的第一大国，我国锻造、冲压、零件轧制成形超过2000。我国生产大型锻件的能力和拥有自由锻造水压机的数量、压力等级及大型锻件生产能力等均已跨入 世界大型锻件生产大国之列。通过技术引进、技术改造和科技创新，我国大型锻件的生产技 术300MW20074.8966t5.68

4、94t，成为世界最大的钢生产与消构制造国。我国每年钢材热处理的总重量约为全国钢材总产量的30%，年实际热处理生产量超过 1 亿 t。我国现有热处理厂点约为 2 余万家，主要分布在钢铁和机械行业中。用。材料加工工艺的展望展望未来，材料成形制造技术一方面正在从主要制造毛坯向直接制造成工件即精确成形或称 净成形工艺的方向发展；另一方面为控制或确保工件质量，成形制造技术已经从主要凭经验 走向有理论指导的生产过程，成形制造过程的计算机模拟仿真技术已经进入实用化阶段。 近年来，精确铸造成形技术发展迅速，方法繁多，在诸多的工业领域中，轿车铸件的生产往 往最集中地反映了精确铸造成形技术发展的新动向。为了提高轿

5、车的运行速度和节约能源， 轿车铸件生产朝着轻量化、精确化、强韧化和复合化方向发展。国外正在研究3mm 壁厚的灰铸铁缸体，2.02.5mm10%的速度递增。日本全部轿车缸盖已采用高强度铝合金生产，预计越来越多的汽缸体也将采用铝合金生产。国外已 经提出从近精确成形铸造向精确成形铸造发展。为了实现这一目标，除继续发展低压铸造及 压力铸造等工艺外，各种新一代精确铸造成形技术应用也更加普遍，水平更高。与此同时， 各种铸造工艺的复合、传统铸造合金与新型工程材料的复合成为铸造生产的另一重要动向。 21 世纪的金属塑性成形产品将朝着轻量化、高强度、高精度、低消耗的方向发展。同时，要有效地利用能源、改善环境。加

6、工材料仍会是以汽车业为代表的大规模制造业所用的材料为 主，1997253151t59.61991243t70%，而冷温精锻件（不包括传统的紧固件和轴承）70t/年。展望 21动化将突出表现为生产系统的柔性化和焊接控制系统的智能化。如超高压、超高温、超高真空、极低温、超高速冷却及超高纯等。激光加工技术多种多样，包括电子元件的精密微焊接、汽车和船舶制造中的焊接、坯料制造 打标等，使用的激光器主要是大功率CO2YAG纳米材料是现代材料科学的一个重要的发展方向。作为新的结构功能材料的纳米材料，其未 来的应用在很大程度上取决于纳米材料零件的成形技术的发展保留成形加工后的纳米团组良好的机械、磁学、固化性能

7、等。计算机技术的发展引起了机械制造工业一场新的革命。计算机模拟仿真或称计算机辅助工程（CA设计开发和制造加工紧密相连、必不可少的重要环节。环境与资源是当今世界的两个重大课题。遵循“减量化、再循环、再利用和再制造”的 4R 安全的保障。“材料加工工艺”课程的任务 为系统和全面的了解。与本门课程同时（或先后）制在教材和课堂上没有介绍的其他材料加工工艺。参考文献.21184 次学术讨论会. 北京，2002,1,199（52527柳百成主编.工程前沿，第12液态金属成形 2材料加工工艺(第 2 版)概述所铸出的金属制品称为铸件。绝大多数铸件用作毛坯，需要经机械加工后才能成为各种机器 零件；少数铸件当达

8、到使用的尺寸精度和表面粗糙度要求时，可作为成品或零件直接应用。1.适用范围广铸造方法几乎不受零件大小、厚薄和复杂程度的限制，适用范围广，可以铸造壁厚范围为500常复杂，例如汽车发动机汽缸体铝合金铸件（图21。12图2112可制造各种合金铸件缸汽车发动机铝合金汽缸体铸件70%以上。铸件的尺寸精度高一般比锻件、焊接件尺寸精确，可节约大量金属材料和机械加工工时。4.成本低廉铸件在一般机器生产中约占总重量的25%30消耗低；尺寸精度高，加工余量小，节约加工工时和金属。铸造方法铸造方法有许多种一个铸件到底选择什么铸造方法来制造必须根据这个铸件的合金种类重量、尺寸精度、表面粗糙度、批量、铸件成本、生产周期

9、、设备条件等方面的要求综合考虑才能决定表21是一些铸件基本尺寸的公差等C表22是各种铸造方法应用范围，可根据铸造企业的实际情况适当选择。在所有各种铸造方法中，砂型铸造是应用最广 的方法，我国和世界范围内，大部分铸件（约为铸件总产量60%70%）是应用砂型铸造方 法生产的，其次是熔模铸造、离心铸造、金属型铸造、压铸等铸造方法。因此，本章以介绍 砂型铸造工艺为主，其他工艺方法为辅。表21一些铸件基本尺寸的公差等mm铸件基本尺寸铸 件 公 差 等 级 CT 12345678910111213141516100.10.140.200.280.380.540.781.11.634.4 1000.150.

10、220.300.440.620.881.21.82.53.65710121620400 0.640.901.21.82.63.657101418222840007.010142028354456注此表为一些铸件基本尺寸所对应的公差等级举例详细内容见国家标准 GB/T64141999表22各种铸造方法应用范围序号种类范围最小壁厚/mm粗糙度Ra/m CT批量1不限不限312.5100810不限2壳型铸造不限几十克 几十千克2.51.65069续表序号种类范围最小壁厚/mm粗糙度Ra/m CT批量3熔模铸造不限（主要是合金钢、碳钢、不锈钢） 几克几百千克约 0.5，最小孔径 0.5 0.86.34

11、7大、中、小批量4金属型铸造不限（主要是非铁合金）几十克5（铁）3.212.569中、大批量5低压铸造非铁合金几百克 几十千克2（铝）2.5(铸铁)3.22558大、中、小批量6压力铸造非铁合金几 克 几十千克0.31.0，2（铜）48 7离心铸造不限管件、套筒类最小内径 8 1.612.5大、中、小批量8陶瓷型铸 造 钢、铁中、大件23.212.558单件、小批9石膏型铸造以非铁合金为主几克几百千克约 0.5，最小孔径 0.5 0.86.347大、中、小批量10连续铸造不限坯料或型材412.5100大批11真空铸造不限小件5中、大批量12挤压铸造不限几十克 几十千克11.66.35中、大批量

12、13消失模铸 造 不 限 不限233.25069 不限金属的熔炼液态金属的凝固成形，首先必须获得符合要求（化学成分、温度等）的液态金属（即成形。铸铁的熔炼铸铁熔炼炉种类较多，主要有冲天炉和感应电炉，因为小型冲天炉造价低，上马容易，所以目前我国铸造企业中冲天炉应用更普遍。1.冲天炉冲天炉靠焦炭燃烧加热金属使之熔化,其结构见图 2 2(a)。从热交换角度分析，冲天炉的工作过程是焦炭燃烧放出热量和金属炉料吸热熔化并过热的过程；从冶金角度分析，冲天炉 的工作过程又是各种元素或物质发生一系列物理、化学变化达到冶炼的过程。冲天炉熔化后 的铁液温度一般为 13001500。冲天炉内炉气气氛、炉气温度、金属温度的变化曲线，如图 2 2（b）所示。图 2 2 冲天炉结构(b) 18过桥；9火花捕集器；10加料机械；11加料桶；12铸铁砖；13层焦；14金属炉料；15 底 焦 ； 19风箱；2023板；24炉门支撑；25炉腿为了实现冲天炉的节能、减排和冶金质量的提高，国内外近年来出现了热风冲天炉、水冷长 炉龄冲天炉、外热式冲天炉等热效率高、烟气排放少的新型冲天炉。图23就是带有炉气点燃、鼓热风、炉气冷却、布袋除尘器的冲天炉系统。冲天炉排出的炉气温度200左右经过燃烧室时将CO点燃，炉气温度可达950，与新鼓入的冷风混合后的温度可达450。需要排放的废气温