材料成形技術(shù)基礎(chǔ)課件

1、材料成形技術(shù)基礎(chǔ) 一、金屬材料成形的分類（熱） 1、液態(tài)成形 （鑄造）熔融狀態(tài)（高溫）的金屬進入特定材料預(yù)先形成的空（型）腔，冷卻后取出。 2、固態(tài)成形 （鍛造）固態(tài)金屬在一定溫度下，借助外力產(chǎn)生所需（形狀）的塑性變形。 冷沖壓。 3、連接成形 （焊接）兩部分固態(tài)金屬局部融化（局部高溫）后融合成一部分 。 二、內(nèi)容 1、成形方法 介紹各種成形的基本工藝原理與相關(guān)的影響因素。 2、成形工藝 各種成形生產(chǎn)過程中的基本工藝參數(shù)及條件。（溫度、尺寸等） 3、結(jié)構(gòu)工藝 工件通過各種成形方法生產(chǎn)時所需的基本結(jié)構(gòu)要求。三、學習方法 1、時間 2、教學方式 3、考核要求：注意平時成績（實驗） 4、參考書 機械

2、制造基礎(chǔ)、工程材料與成形技術(shù)、金屬工藝學（鄧文英）第一章 金屬材料液態(tài)成形技術(shù) 概述 1、定義：液態(tài)合金液態(tài)合金、澆注、型腔、冷卻、取出（獲得）毛坯。 2、種類：砂型、特種、新型 3、特點： 機械零件或毛坯的主要方法，尤其是內(nèi)腔和外形復雜的制件?？捎貌牧蠌V泛，且價格低。 砂型鑄造應(yīng)用廣泛，并具有典型性，它的缺陷及成因直接影響設(shè)計及選擇。第一節(jié) 金屬液態(tài)成形原理一、凝固凝固及特點 金屬從液態(tài)到固態(tài)必然經(jīng)過一特殊過程凝固，金屬的凝固過程又稱結(jié)晶。（結(jié)晶組織性能） 金屬的凝固一般三個區(qū)并存：液、固、凝固 根據(jù)金屬合金成分不同，結(jié)晶過程三個區(qū)存在的情況隨溫度變化也不同。 結(jié)晶溫度范圍越窄的合金，凝固區(qū)

3、就越小，反之越大。（fec合金成分與結(jié)晶溫度范圍）凝固方式1、逐層：純金屬或共晶成分合金（液-固直接）2、糊狀：由于在較寬的溫度范圍同時（枝狀）開始結(jié)晶，“凝固”區(qū)覆蓋面大，最后呈糊狀。3、中間：大多數(shù)合金的狀態(tài)。影響凝固方式的因素 1、合金的結(jié)晶溫度范圍 成分靠近共晶點的材料易形成逐層 2、鑄件的溫度梯度 主要是內(nèi)外層溫度差別。 梯度大易形成逐層結(jié)晶 （例：鑄型材料不同） 二、充型性： 1、充型能力：充滿且形狀完整、輪廓清晰 可通過流動時間、流動速度改變 2、影響充型能力的因素 a、流動性： 填充能力；排雜能力；補縮 測量：螺旋形流動試樣 合金種類及成分對流動性影響較大 灰鑄鐵硅黃銅鑄鋼（熔

4、點高） 還有：形式（層狀光滑）、熔點、導熱性 b、澆注溫度及壓力 溫度：薄壁上限、厚大下限（？） 壓力：重力-慢；人為附加外力-快 c、鑄型條件 導熱冷卻 鑄型溫度、透氣性、表面粗糙度 d、鑄件結(jié)構(gòu)： 流動斷面寬窄程度壁厚 復雜 散熱面大（大平面）三、收縮性 1、收縮三階段 液態(tài)凝固固態(tài) 液面下降 收縮 2、影響因素 a、合金種類合金種類（灰鑄鐵鋁合金銅合金鑄鋼） b、溫度：溫差 c、形狀：冷卻速度、鑄型阻礙四、縮孔的形成與防止 1、形成 必然性殼、體積減少、補充 2、位置 熱節(jié)？凝固等溫線法、計算機模擬 3、防止 順序凝固：使離開“進口”的溫度梯度下降 a、澆口直補 b、冒口：轉(zhuǎn)移缺陷 c、

5、冒口與冷鐵：提高局部冷卻速度鑄件壁斷面上，在內(nèi)切圓直徑最大處或等溫線未鑄件壁斷面上，在內(nèi)切圓直徑最大處或等溫線未穿過的區(qū)域?qū)⒆詈竽?，該區(qū)域稱為穿過的區(qū)域?qū)⒆詈竽?，該區(qū)域稱為“熱節(jié)熱節(jié)” 縮松的形成？五、鑄造應(yīng)力與變形、裂紋 機械應(yīng)力：收縮時受型腔阻礙 相變應(yīng)力：液固轉(zhuǎn)換時體積變化 1、熱（內(nèi)）應(yīng)力的形成 大小、冷卻不同步先后完成收縮部分材料彈性變形無法正常完成互相妥協(xié)形成對應(yīng)的應(yīng)力 2、內(nèi)應(yīng)力的防止 a、結(jié)構(gòu)上：壁厚均勻、對稱 b、工藝上：同時凝固 c、產(chǎn)生的后消除： 材料組織調(diào)整時效？ 3、變形變形的發(fā)生與控制 a、判斷變形方向 b、“預(yù)變形” c、機加工的工藝安排 4、裂紋 熱（高溫）

6、裂：晶界間在熔合時受fes的影響結(jié)合力較差，在內(nèi)應(yīng)力的作用下產(chǎn)生裂痕。 冷裂：由于磷共晶物冷脆，在彈性狀態(tài)下受拉或發(fā)生應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋。 防止：p、s含量（內(nèi)）、減低內(nèi)應(yīng)力 5、氣孔 由鑄件內(nèi)部殘留氣體形成。（與縮孔的區(qū)別？與縮孔的區(qū)別？）總結(jié)：三類收縮的對鑄件質(zhì)量的影響液態(tài)收縮和凝固收縮 縮孔 縮松固態(tài)收縮（線收縮）影響鑄件尺寸精度鑄造應(yīng)力變形裂紋六、常用合金的鑄造性能 1、鑄鐵 灰鑄鐵（ht）：流動性好、收縮性小 球墨鑄鐵（qt）：流動性略差、收縮性大，內(nèi)應(yīng)力較大，需要工藝上增加控制 2、鑄鋼：溫度高、糊狀結(jié)晶，缺陷大 3、鑄鋁：氧化。鋁硅；鋁銅 4、鑄銅：收縮大 七、砂型鑄造流程型芯型

7、（芯）砂模樣金屬材料的熔煉型腔（型芯）冷卻帶砂的工件破碎后的型砂工件 1、特點： 手工：適應(yīng)性強（尺寸）、成本低； 單件、小批量； 勞動強度大、效率低、精度質(zhì)量都較差；操作技術(shù)要求高；環(huán)境差。 機器：質(zhì)量較穩(wěn)定，大批量； 投資大。 凝固速度慢，晶粒粗大影響力學性能。八、特種鑄造 1、金屬型鑄造（重力） 鑄型材料為金屬（多為鑄鐵）。 工藝過程：（制造鑄型）表面涂料（減緩冷卻速度等）加熱鑄型（降低溫差，防白口、出型容易）合模（抽芯結(jié)構(gòu)）澆注冷卻開模取出鑄件 特點：冷卻速度快晶粒細密、鑄型重復使用、形狀簡單、有色金屬 2、壓力鑄造 a、過程： 同金屬型類似，區(qū)別在于同金屬型類似，區(qū)別在于澆注澆注、凝

8、固與、凝固與冷卻（結(jié)晶）高壓下進行（冷卻（結(jié)晶）高壓下進行（30-70mpa）、）、并高速充型（速度并高速充型（速度0.01-0.2s）。同時工件）。同時工件從模中自動頂出。從模中自動頂出。 按材料的加入方式分為冷、熱壓。按材料的加入方式分為冷、熱壓。 b、特點：、特點： 形狀復雜、精密度高、效率好、氣孔形狀復雜、精密度高、效率好、氣孔 3、低壓鑄造 a、過程 利用氣體壓力（0.1mpa）使坩堝里的液態(tài)金屬自下而上壓入鑄型并凝固冷卻。 b、特點： 充型平穩(wěn)、排氣性好、組織缺陷少、材料利用率高，適合做要求較高的重要零件 4、離心鑄造 a、過程 離心鑄造是將金屬液澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，離心鑄造是將金屬

9、液澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，在離心力的作用下填充鑄型而凝固成型。在離心力的作用下填充鑄型而凝固成型。有臥式和立式離心鑄造兩類。有臥式和立式離心鑄造兩類。 b、特點、特點 生產(chǎn)中空生產(chǎn)中空(筒、管類筒、管類)鑄件不用型芯鑄件不用型芯 、無、無澆冒口系統(tǒng)澆冒口系統(tǒng) ，內(nèi)孔尺寸難以準確控制、表，內(nèi)孔尺寸難以準確控制、表面粗糙，面粗糙， 5、熔模鑄造 a、過程 用易熔材料（蠟）模樣涂敷多層耐用易熔材料（蠟）模樣涂敷多層耐火材料（掛漿、撒砂、硬化）型殼加熱，火材料（掛漿、撒砂、硬化）型殼加熱，融化倒出模樣焙燒外圍填砂（固定）融化倒出模樣焙燒外圍填砂（固定）澆入液體金屬冷卻取出。澆入液體金屬冷卻取出。 b、特點、

10、特點 無分型面、形狀復雜、精密、表面質(zhì)量無分型面、形狀復雜、精密、表面質(zhì)量高、適應(yīng)各種材料，工序多、尺寸限制。高、適應(yīng)各種材料，工序多、尺寸限制。 6、消失模鑄造 a、 利用泡沫塑料模樣進行鑄造，由于澆注時高溫金屬液進入后，模樣迅速氣化、燃燒而消失，模樣位置由金屬液逐步充填，冷卻凝固形成鑄件。這種鑄型呈實體，不存有空腔，故稱又實型鑄造。 b、特點 無分型面、工序簡單、形狀復雜、適應(yīng)各種材料、成本低。鑄造方法 比較項目 砂型鑄造 熔模鑄造 金屬型鑄造 壓力鑄造 低壓鑄造 消失模離心鑄造 適用合金 各種合金 不限，以鑄鋼為主 不限，以非鐵合金為主 非鐵合金 以非鐵合金為主 各種合金鑄鋼、鑄鐵、銅合

11、金 適用鑄件大小 不受限制 幾十克至幾十公斤 中、小鑄件 中、小件，幾克至幾十公斤 中、小件，有時達數(shù)百公斤 不受限制零點幾公斤至十多噸 表面粗糙度ra /m 5012.5 12.51.6 12.56.3 6.31.6 12.53.2 12.53.2 決定于鑄型材料 鑄件尺寸公差 /mm 1001.0 1000.3 1000.4 1000.3 1000.4 1000.3決定于鑄型材料 鑄造方法 比較項目 砂型鑄造 熔模鑄造 金屬型鑄造 壓力鑄造 低壓鑄造 消失模離心鑄造 生產(chǎn)率 低中 低中 中高 最高 中 高中高 應(yīng)用舉例 床身、 箱體、 支座、 軸承蓋、曲軸、體、缸蓋、水輪機轉(zhuǎn)子等 刀具、葉片、自行車零件、刀桿、風動工具等 鋁活塞、水暖器材、水輪機葉片、一般非鐵合金鑄件等 汽車化油器、缸體、儀表和照相機的殼體和支架等 發(fā)動機缸體、缸蓋、殼體、箱體、船用螺旋槳、紡織機零件等 型芯多結(jié)構(gòu)，套筒、缸體、螺旋槳、水泵葉輪、殼體等結(jié)構(gòu)特別復雜件 各種鑄鐵管、套筒、環(huán)葉輪、滑動軸承等 附加 成形方法 熱加工 冷（機）加工金屬切削（減料） 快速成形 rp（增料） 第二節(jié) 固態(tài)成型 金屬材料借助外力產(chǎn)生塑性變形，成為達到一定形狀、尺寸和力學性能的毛坯或零件。一、基本種類壓力加工鍛造鍛造沖壓沖壓模鍛模鍛自由鍛自由鍛沖裁沖裁軋制軋制擠壓、拉拔擠壓、拉