大学材料成型工艺学第一篇1-4章

大学材料成型工艺学第一篇1-4章

课程内容：

金属液态成形工艺金属固态成形工艺金属重熔成形工艺金属半固态成形工艺内容繁多，技术复杂铸造方法、连铸轧制、压加、锻造焊接方法教材：《材料成形工艺学》

齐克敏等主编冶金工业出版社

教材：主要教学参考书：《材料成形原理》

陈平昌等主编机械工业出版社《材料成形基本原理》

刘全坤主编机械工业出版社《材料成形工艺学》

齐克敏等主编冶金工业出版社

第一章金属液态成形工艺概述

轧制、压力加工铸造材料成形工艺形成的产品：半成品或成品毛坯或成品截面形状一致（板、带、型、线、管）

截面形状不一致（铸件）截面形状一致（连铸坯）

引言

金属液态成形工艺通常称为——铸造。鋳造：是将液态金属浇注到具有和机械零件形状相适应的鋳型型腔中，经过凝固、冷却之后，获得毛坯或零件的金属材料加工成形方法。

引言

铸造产品称为：铸件、铸锭、铸坯、铸带等轻型货车四缸发动机缸体轧钢机轧辊不锈钢冲击叶轮，吨分体铸造的钢圈分体铸造的齿轮整体铸造的三峡电站

水轮发电机组下环高中压外缸，40吨装饰件铸铜工艺品后母辛方鼎商代后期高厘米，口横长64厘米1976年河南安阳小屯出土中国国家博物馆藏鼎：礼器、炊器地位象征：天子9鼎诸侯7鼎大夫5鼎最大的鼎：司母戊鼎875kg东周时期高118厘米，重公斤1923年河南新郑南门出土北京故宫博物院藏壶：酒器商朝晚期的礼器高厘米，重34公斤1938年湖南宁乡县黄村出土中国国家博物馆藏商代青铜方尊中最大的一件，是国家特级文物.四羊方尊周厉王时期的铸器高厘米，口径厘米台北故宫博物院藏西周晚期高厘米铭文123字，记录周厉王亲征南国事件台北故宫博物院藏宗周钟毛公鼎、散氏盘、宗周钟（青铜器三大镇馆之宝）中国最具有艺术成就的是曾侯乙编钟

一套65件，最大的高米，重公斤。

1978年湖北随州市曾都区城西出土青铜铸造，乐器总音域达到五个八度，略次于现代的钢琴。可以奏出五声、六声或七声音阶的音乐作品。中国最大的是“永乐大钟”，高米，钟口外径米，重达吨。明朝永乐年间制造，钟体遍布佛经咒语100多种，达23万余字，仍是世界铭文最多的大钟。

永乐大钟沿袭了我国三大传统铸造工艺之一的泥范法，具体说是地坑造型表面陶范的泥范法。先按设计好的大钟模型分7截制出供铸造使用的外范，低温阴干，焙烧成陶。接着在地上挖出10米见方的深坑巨穴，再根据钟体不同断面的半径和厚度设计车刮板模，做出大钟的内范。然后将7个陶质外圈依次对接套在内范上拼装成型，将熔化的金属通过顶部的浇口浇进铸型。

永乐大钟的铸造方法：永乐大钟的铸造方法：直径点

厘米。唐代铜镜，现藏于中国历史博物馆。花鸟人物螺钿镜（唐）银背菱花镜（唐）南山大佛（山东龙口）：高米，重380吨，这座锡青铜释迦牟尼大坐佛，为目前世界第一大铜铸坐佛。大佛采用分体铸造总体焊接的方法建造。峨眉山金顶四面十方普贤金像高48米，重660吨，为世界上最高的金佛。金佛采用铜铸镏金工艺。我国的铸造地位：1981年我国的铸件年产量约500万吨2000年我国的铸件年产量达到1395万吨（居世界第一位）2002年我国的铸件年产量达到1626万吨2004年我国的铸件年产量达到1978万吨（全球7500万吨）2005年我国的铸件年产量达到2442万吨（全球8570万吨）2006年我国的铸件年产量达到2809万吨（全球9137万吨）2007年我国的铸件年产量达到3127万吨（全球9492万吨）2008年我国的铸件年产量达到3000万吨（全球9500万吨）2010年我国的铸件年产量3000万吨（全球9000万吨）我国的铸造地位：铸件种类分布：一、金属液态成形工艺特点1.适应性强

铸件重量：几克~几百吨铸件壁厚：0.5毫米~1米铸件长度：几毫米~十几米铸件材质：铁碳合金（鋳铁、鋳钢）、铝合金、铜合金、镁合金、锌合金、钛合金、复合材料等变速箱体（灰口铸铁）精密铸造件（不锈钢）水轮机铸件（铜合金）箱体（铝合金）叶轮（钛合金）一、金属液态成形工艺特点1.适应性强

铸件重量：几克~几百吨铸件壁厚：0.5毫米~1米铸件长度：几毫米~十几米铸件材质：铁碳合金（鋳铁、鋳钢）、铝合金、铜合金、镁合金、锌合金、钛合金、复合材料等铸造方法几乎不受零件大小、形状和结构复杂程度的限制。轧辊异型件装饰件工艺品一、金属液态成形工艺特点2.尺寸精度高铸件比锻件、焊接件的尺寸精度高，更接近于零件的尺寸，可节约大量的金属材料和机械加工工时。

一、金属液态成形工艺特点2.尺寸精度高铸件比锻件、焊接件的尺寸精度高，更接近于零件的尺寸，可节约大量的金属材料和机械加工工时。

例如，精确成形技术可以节约金属材料50—90%

减少机械加工工时30—70%

常见铸造方法的尺寸精度和表面粗糙度

铸造方法尺寸精度等级CT表面粗糙度Ra/μm普通砂型11~1550~400高压造型8~1012.5~40压力铸造（有色）5~70.4~50熔模铸造（钢）5~70.8~12.5低压铸造5~9壳型铸造1.6~25金属型铸造5~8（黑色7~9）0.8~100一、金属液态成形工艺特点2.尺寸精度高一、金属液态成形工艺特点3.成本低铸件重量：在一般机械装备总重量中占40～80%

在金属切削机床中占70～80%

在汽车及农业机械中占40～70%

但它的成本仅占总成本的25～30%

钢的连铸工艺：普通连铸坯、异型坯、薄板坯、薄带等，使钢水的成形收得率提高6~12%，成材的成本降低5~10%以上；连铸管坯轧管成本降低15%以上。

一、金属液态成形工艺特点4.不足之处

存在结构缺陷液态金属成形件一般组织疏松，晶粒粗大，铸件内部有时出现缩孔、缩松、裂纹、偏析等缺陷，导致铸件的某些力学性能降低。

废品率较高液态金属成形工艺过程使用的原材料复杂，涉及的工序多，每道工序过程难以精确控制。

工作环境需要改善工作环境较差，劳动强度高，对周围环境有一定程度的污染。二、金属液态成形主要工艺方法1.成形过程

普通铸造

二、金属液态成形主要工艺方法1.成形过程

普通铸造材料的准备——合金熔炼——造型、制芯——合箱浇注——金属凝固、冷却——打箱清理

生产工序多，周期较长

特种铸造生产工序减少，周期缩短二、金属液态成形主要工艺方法2.成形方法

按铸型材料分为：砂型铸造（普通铸造）特种铸造

按铸件材质分为：鋳铁、鋳钢、铝合金、镁合金、铜合金、锌合金、钛合金铸造等大型铝合金铸件船用螺旋浆（铸铜）二、金属液态成形主要工艺方法2.成形方法

在砂型铸造中，按造型方法分为：手工造型一般机器造型高压造型（高密度造型）

在特种铸造中，按成形方法分为：金属型铸造压力铸造离心铸造低压铸造熔模铸造连续铸造真空吸鋳挤压铸造负压实型铸造等

各种铸造方法都有其特点和应用范围

熔模铸造生产的铸件卧式压铸机铝合金压铸件负压实型铸造金属液态成形过程铸件性能：

合金性能铸型性能工艺控制凝固方式：

重力场凝固

非重力场凝固压力铸造离心铸造挤压铸造电磁场快速凝固金属液态成形过程铸型种类：

砂型金属型陶瓷型石膏型壳型三、金属液态成形工艺的新技术1、知识经济和高技术对铸造行业的影响技术特征先进制造技术形成的先进铸造技术精密、优质化精密成形与加工近无缺陷成形精确铸造成形金属熔体的纯净化、致密化数字、网络化数字造型虚拟制造网络制造铸造工艺CAD，铸造模具CAD/CAM一体化铸造过程宏观模拟及工艺优化铸件组织微观模拟及性能预测分散网络化铸造系统高效、智能化快速制造自动化制造系统智能制造快速原形及快速制模铸造过程自动检测与控制，铸造机器人的应用人工智能在铸造生产中的应用1、知识经济和高技术对铸造行业的影响技术特征先进制造技术形成的先进铸造技术柔性、集成化柔性制造计算机集成制造快速易重组制造铸造过程的柔性制造铸造过程的计算机集成制造系统快速换模技术交叉、综合化并行制造复合成形与加工并行环境下铸造CAD/CAE/CAM一体化半固态铸造、喷铸技术、复合铸造低耗、清洁化绿色制造清洁铸造技术，铸造废弃物的再生利用精益、快捷华精益生产快捷制造铸造企业精益生产模式虚拟铸造企业及铸造电子商务

快速成形技术精确成形技术半固态铸造、喷铸技术、复合材料铸造及复合铸造液态成形工装模具CAD/CAM一体化液态成形过程宏观模拟及工艺优化铸件组织微观模拟及性能寿命预测液态成形过程数据库和专家系统铸件电子商务绿色铸造2、金属液态成形的新技术加强铸造基础理论研究发展铸造新工艺及新设备在稳定提高铸件质量、精度和粗糙度的前提下发展专业化生产积极实现铸造生产过程的机械