第8講__金屬及加工工藝(1)

1、2022-2-3造型材料與工藝1第第8講講 金屬材料及金屬材料及 加工工藝（加工工藝（）金屬特性鑄造加工2022-2-3造型材料與工藝2第第8講主要內(nèi)容：講主要內(nèi)容：l8.1 金屬的固有特性l8.2 金屬材料的成型加工l鑄造加工l塑性加工l切削加工l焊接加工l粉末冶金l8.3 金屬材料的熱處理l8.4 特種加工方法l8.5 常用金屬材料l8.6 金屬材料在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用2022-2-3造型材料與工藝3l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(wú)可比擬的堅(jiān)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。2022-2-3造型材料與工藝4最古老的金屬材料最古老

2、的金屬材料l金l銀l銅l鐵2022-2-3造型材料與工藝5最常用的金屬材料最常用的金屬材料l鋼l鋁合金l鈦合金2022-2-3造型材料與工藝6最先進(jìn)的金屬材料最先進(jìn)的金屬材料l超高純度鐵l超高強(qiáng)度鋼l超高速鋼(用作刀具)l超高易切削鋼l超硬合金l金屬陶瓷l超塑性合金l超導(dǎo)材料l超耐熱合金l金屬基復(fù)合材料l金屬玻璃l納米金屬顆粒l形狀記憶合金l貯氫合金 2022-2-3造型材料與工藝78.1 金屬材料的固有特性金屬材料的固有特性l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。l金屬材料是電與熱的良導(dǎo)體。l金屬材料表面具有金屬所特有的色彩與光澤。l金屬材料具有良好的延展性。l金屬可以制成金

3、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。l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。2022-2-3造型材料與工藝88.2 金屬材料的成型加工金屬材料的成型加工8.2.1 鑄造（Foundry ）l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。2022-2-3造型材料與工藝9在機(jī)械制造中的地位在機(jī)械制造中的地位l按質(zhì)量計(jì)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 %。2022-2-3造型材料與工藝10l鑄造工藝的分類：砂型鑄造特種鑄造 熔模鑄

4、造 金屬型鑄造 壓力鑄造 離心鑄造2022-2-3造型材料與工藝11l特點(diǎn)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(dòng)強(qiáng)度高2022-2-3造型材料與工藝12鑄造產(chǎn)品鑄造產(chǎn)品2022-2-3造型材料與工藝131、砂型鑄造、砂型鑄造2022-2-3造型材料與工藝14工序：工序：l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(yàn)入庫(kù)。 2022-2-3造型材料與工藝15模樣和芯盒：模樣和芯盒： l模樣和芯盒是用來(lái)造型和造芯的基本工藝裝備

5、。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(shí)，模樣和芯盒可用木材制作，大批、大量生產(chǎn)時(shí)，可用鋁合金、塑料等材料來(lái)制作。2022-2-3造型材料與工藝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。 l型砂與芯砂應(yīng)具備如下性能：足夠的強(qiáng)度；較高的耐火性；良好的透氣性；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）2022

6、-2-3造型材料與工藝17砂型砂型2022-2-3造型材料與工藝18砂型鑄件砂型鑄件2022-2-3造型材料與工藝19清砂清砂2022-2-3造型材料與工藝20砂型鑄件砂型鑄件2022-2-3造型材料與工藝21特點(diǎn)特點(diǎn)l最常用、最基本的鑄造方法l設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活l不受鑄件形狀、尺寸、重量及所用金屬種類的限制l適合于各種生產(chǎn)規(guī)模l成本低2022-2-3造型材料與工藝222、熔模鑄造、熔模鑄造2022-2-3造型材料與工藝23熔模鑄造蠟?zāi)＝M熔模鑄造蠟?zāi)＝M2022-2-3造型材料與工藝24工藝流程工藝流程產(chǎn)品設(shè)計(jì) 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

7、工 檢查 2022-2-3造型材料與工藝25礦山機(jī)械配件礦山機(jī)械配件2022-2-3造型材料與工藝26礦山機(jī)械配件礦山機(jī)械配件2022-2-3造型材料與工藝27機(jī)械配件機(jī)械配件2022-2-3造型材料與工藝28機(jī)械配件機(jī)械配件2022-2-3造型材料與工藝29不銹鋼制品不銹鋼制品2022-2-3造型材料與工藝30五金件五金件2022-2-3造型材料與工藝31汽車配件汽車配件2022-2-3造型材料與工藝32熔模鑄造的特點(diǎn)熔模鑄造的特點(diǎn)l又稱“精密鑄造”或“失蠟鑄造”。l可熔煉的材質(zhì)十分廣泛。l不受產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的限制。l鑄件尺寸控制精密，機(jī)加工切削余量極少，表面質(zhì)量好。l可應(yīng)用的范圍也越來(lái)越

8、廣：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；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(jí)產(chǎn)品檔次的目的。 2022-2-3造型材料與工藝33概況概況l熔模鑄造是一種古老的鑄造方法。在我國(guó)發(fā)現(xiàn)最早的熔模鑄件是2400多年前的戰(zhàn)國(guó)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(guò)40多年的發(fā)展，熔模鑄造已成為我國(guó)機(jī)械制造業(yè)中的基礎(chǔ)工藝，并形成一個(gè)獨(dú)特的行業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)有熔模鑄造廠1300多個(gè)，熔模鑄件產(chǎn)量約16萬(wàn)件，年產(chǎn)值約為16億元人民幣，全行業(yè)職工總

9、數(shù)約為十萬(wàn)人。 2022-2-3造型材料與工藝34行業(yè)分布行業(yè)分布l碳鋼類機(jī)械零件熔模鑄造企業(yè) l不銹鋼類商品零件熔模鑄造企業(yè) l航空航天及燃?xì)廨啓C(jī)類熔模鑄造企業(yè)（如：沈陽(yáng)黎明發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司精密鑄造廠 ）2022-2-3造型材料與工藝353、金屬型鑄造、金屬型鑄造l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）。 2022-2-3造型材料與工藝36特點(diǎn)特點(diǎn)l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。l鑄件的精度和表面光潔

10、度比砂型鑄件高，而且質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定。l鑄件的工藝收得率高，液體金屬耗量減少，一般可節(jié)約1530%。l不用砂或者少用砂，一般可節(jié)約造型材料80%100%。l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(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化 。2022-2-3造型材料與工藝37不足之處不足之處l金屬型制造成本高。l金屬型不透氣，而且無(wú)退讓性，易造成鑄件澆不足、裂紋、氣孔及鑄鐵件白口等缺陷。l金屬型鑄造時(shí)，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(shí)間，以及所用的涂料等，對(duì)鑄件的質(zhì)量的影響甚為敏感，需要嚴(yán)格控制。 2022-2-3造型材料與工藝38金屬型鑄件金屬型鑄件2022-2-3

11、造型材料與工藝394、壓力鑄造、壓力鑄造l壓力鑄造（簡(jiǎn)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。l常用壓力鑄造的壓力為 570 MPa，充型速度為 5 100 mS。壓力鑄造在壓鑄機(jī)上進(jìn)行。2022-2-3造型材料與工藝40l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(jì)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(dòng)機(jī)氣缸體、氣缸蓋、儀表殼體、電動(dòng)轉(zhuǎn)子、照相機(jī)殼體、各類工藝品、裝飾品等）。2022-2-3造型材料與工藝41臥式冷壓室壓濤機(jī)工作原理圖臥式冷壓室壓濤機(jī)工作原理圖2022-2

12、-3造型材料與工藝42臥式冷室式壓鑄機(jī)臥式冷室式壓鑄機(jī)2022-2-3造型材料與工藝43特點(diǎn)特點(diǎn)l（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2530，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。 2022-2-3造型材料與工藝44l（2）生產(chǎn)效率高 機(jī)器生產(chǎn)率高，例如國(guó)產(chǎn)J3型臥式冷空壓鑄機(jī)平均八小時(shí)可壓鑄600700次，小型熱室壓鑄機(jī)平均每八小時(shí)可壓鑄30007000次；壓鑄型壽命長(zhǎng)，一副壓鑄型，壓鑄銅合金，壽命可

13、達(dá)幾十萬(wàn)次，甚至上百萬(wàn)次；易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 2022-2-3造型材料與工藝45l（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(diǎn)。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(shí)；鑄件價(jià)格便宜；既節(jié)省裝配工時(shí)又節(jié)省金屬。2022-2-3造型材料與工藝46壓力鑄造加工件壓力鑄造加工件2022-2-3造型材料與工藝47常見壓鑄件常見壓鑄件2022-2-3造型材料與工藝48不足之處不足之處l壓鑄時(shí)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。l對(duì)內(nèi)凹復(fù)雜的鑄件，壓鑄較為困難。l高熔點(diǎn)合金（如銅，黑色金屬），壓鑄

14、型壽命較低。l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)。 2022-2-3造型材料與工藝495、離心鑄造、離心鑄造l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(shí)現(xiàn)這種工藝過(guò)程，必須采用專門的設(shè)備離心鑄造機(jī)（簡(jiǎn)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。2022-2-3造型材料與工藝50立式離心鑄造示意圖立式離心鑄造示意圖l1-澆包l2-鑄型l3-液體金屬l4-帶輪和傳動(dòng)帶l5-旋轉(zhuǎn)軸l6-鑄件l7-電動(dòng)機(jī)2022-2-3造型材

15、料與工藝51臥式離心鑄造示意圖臥式離心鑄造示意圖l1-澆包l2-澆鑄槽l3-鑄型l4-液體金屬l5-端蓋l6-鑄件2022-2-3造型材料與工藝52臥式離心鑄造機(jī)臥式離心鑄造機(jī)2022-2-3造型材料與工藝53特點(diǎn)特點(diǎn)l鑄型中的液體金屬能形成中空?qǐng)A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(jiǎn)化這類鑄件的生產(chǎn)工藝過(guò)程。l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(dòng)性較差的合金和壁較薄的鑄件。l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。2022-2-3造型材料與工藝54l可減少甚至不用冒口系統(tǒng)，降低了金屬消耗。l

16、可生產(chǎn)雙金屬中間圓柱形鑄件，如軸承套、鑄管等。l在澆注中空鑄件時(shí)，其內(nèi)表面較粗糙，尺寸難以控制l典型應(yīng)用：自行車手把2022-2-3造型材料與工藝55古代鑄造工藝品古代鑄造工藝品l銅鈴銅鈴（夏）l 84年河南省偃師縣二里頭出土，中國(guó)社會(huì)科學(xué)院考古研究所藏2022-2-3造型材料與工藝56l銅爵銅爵（夏） l84年河南省偃師縣二里頭出土，中國(guó)社會(huì)科學(xué)院考古研究所藏 2022-2-3造型材料與工藝57l銅銅 盉（盉（he)（夏）l1984年河南省偃師縣二里頭出土，中國(guó)社會(huì)科學(xué)院考古研究所藏 2022-2-3造型材料與工藝58l銅圓斝（銅圓斝（jia)（商）l1976年河南省安陽(yáng)市殷墟出土 l中國(guó)社

17、會(huì)科學(xué)院考古研究所藏 2022-2-3造型材料與工藝59l獸面紋雙層底銅鼎獸面紋雙層底銅鼎l1989年江西省新干縣大洋出土l江西省博物館藏 2022-2-3造型材料與工藝60l凸目銅面具凸目銅面具（商）l1986年四川省廣漢市三星堆遺址出土l中國(guó)歷史博物館藏 2022-2-3造型材料與工藝61l銅卣（銅卣（you）（西周） l1984年山西省曲沃縣晉候墓地出土l北京大學(xué)克勒考古與藝術(shù)博物館藏 2022-2-3造型材料與工藝62l龍耳虎足銅方壺龍耳虎足銅方壺（春秋）l1978年河南省淅川縣下寺出土l河南省博物館藏 2022-2-3造型材料與工藝63l嵌綠松石銅神獸嵌綠松石銅神獸（春秋）l1990

18、年河南省淅川縣下寺出土l河南省文物考古研究所藏 2022-2-3造型材料與工藝64l跽坐銅鐓跽坐銅鐓（戰(zhàn)國(guó)）l1970年浙江省吳興縣出土l浙江省博物館藏 2022-2-3造型材料與工藝65l越王勾踐劍越王勾踐劍（春秋晚期）l1965年湖北省江陵縣望號(hào)墓出土l湖北省博物館藏 2022-2-3造型材料與工藝66l銅屋銅屋（春秋戰(zhàn)國(guó)）l1982年浙江省紹興市坡塘出土l浙江省文物考古研究所藏 2022-2-3造型材料與工藝67l四連體銅薰?fàn)t四連體銅薰?fàn)t（西）l1983年廣東省廣州市象崗山南越王墓出土l廣東省廣州市西漢越王墓博物館藏 2022-2-3造型材料與工藝68l鎏金朱雀形銅飾鎏金朱雀形銅飾（西漢）l1983年廣東省廣州市象崗山南越王墓出土l廣東省廣州市西漢越王墓博物館藏 2022-2-3造型材料與工藝6