金属材料及加工工艺.pptx

第六章 金属材料及加工工艺
6.2金属材料的工艺特性 成型加工
金属的成型方法可区分为铸造、塑性加工、切削加工、焊接与粉末冶金五类。
1．铸造
将熔融态金属浇入铸型后，冷却凝固成为具有一定形状铸件的工艺方法。铸 造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其他工艺方法相比，铸造成型 生产成本低，工艺灵活性大，适应性强，适合生产不同材料、形状和重量的铸 件，并适合于批量生产。但它的缺点是公差较大，容易产生内部缺陷。铸造按 铸型所用材料及浇注方式分为砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造以 及离心铸造等。
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6.2金属材料的工艺特性 成型加工
⑦浇注：将型壳保持一定温度，浇注金属溶液。 ⑧脱壳：待金属液凝固后，去除型壳，切去浇口，清理毛刺，获得 所需铸件。熔模铸造尺寸精确，铸件表面光洁，无分型面，不必再加 工或少加工。熔模铸造工序较多，生产周期较长，受型壳强度限制， 铸件重量一般不超过25kg。适用于多种金属及合金的中小型、薄壁、 复杂铸件的生产。
(4)压力铸造 简称压铸。在压铸机上，用压射活塞以较高的压力和速度将压室内 的金属液压射到模腔中，并在压力作用下使金属液迅速凝固成铸件 的铸造方法。属于精密铸造方法。铸件尺寸精确，表面光洁，组织 致密，生产效率高。适合生产小型、薄壁的复杂铸件，并能使铸件 表面获得清晰的花纹、匿案及文字等。主要用于锌、铝、镁、铜及 其合金等铸件的生产。
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在钢、铁和合金 为代表的现代工业社会， 金属材料以其优良的力 学性能、加工性能和独 特的表面特性，成为现 代产品设计中的一大主 流材质(图6—1)。
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6.1金属材料的固有特性
金属材料是金属及其合金的总祢。金属的特性是由金属结合键的 性质所决定的。金属的特性表现在以下几个方面：
①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。 ②金属材料是电与热的良导体。 ③金属材料表面具有金属所特有印色彩与光泽 ④金属材料具有良好的展延性。 ⑤金属可以制成金属间化合物，可以与其他金属或氢、硼、碳、氮、 氧、磷与硫等非金属元素在熔融态下形成合金，以改善金属的性能。 合金可根据添加元素的多少，分为二元合金、二元合金等。 ⑥除了贵金属之外，几乎所有金属曲化学性能都较为活泼，易于氧 化而生锈。
按成型是否用模具通常分为：自由锻（如图6-5） 模锻（如图6-6）
按加工方法分为：手工锻造（图6-7 ）和机械锻造。
在现代金属装饰工艺中，常用的锻造方法是手工锻造。
图6-7为锻铜浮雕。 是手工锻造作品。 手工锻造是一种古 老的金属加工工艺， 是以手工锻打的方 式，在金属板上锻 锤出各种高低凹凸 不平的浮雕效果。
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③制作蜡模：制造蜡模的材料有石蜡、蜂蜡、硬脂酸和松香等，常用50％ 石蜡和硬脂酸的混合料。将熔化好的蜡料倒入压型内，同时不断的翻转压型， 使蜡料均匀形成蜡模，待蜡料冷却后便可从压型中取出，修毛刺后即得蜡模。 批量生产时则将多个蜡模组装成蜡模组。使用蜡棒粘接蜡模制作浇注流道，浇 注流道要有浇注口和出口。
图6—3 砂型铸造的基本工艺过程
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(2)熔模铸造 又称失蜡铸造，为精密铸造方法之一，是常闲的铸造方法。熔模
铸造的工艺过程如图6-4所示。 ①制作母模：
母模是铸件的基本模样，用于制造压型。可根据设计方案用适当的料 制作母模。
②制作压型：压型是制造蜡模的特殊铸型可采用易熔合金、石膏或 硅橡胶制作。用硅橡胶制作压型时，将母模均匀的刷上压型常用钢或 铝合金加工而成，小批量时层硅橡胶，然后贴一层纱布，如此反复五 六次，视铸件的大小决定。外层用石膏固定，待硅橡胶模固化后，取 出母模，即翻制得硅橡胶模压型。
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2．金属塑性加工 (1)锻造
金属塑性加工方法之一。锻造是利用手锤、锻锤或压力设备上 的模具对加热的金属坯料施力，使金属材料在不分离条件下产生塑 性变形，以获得形状、尺寸和性能符合要求的零件。为了使金属材 料在高塑性下成型，通常锻造是在热态下进行，因此锻造也祢为热 锻。
④制作型壳：在蜡模上均匀地刷一层耐火涂料(如水玻璃溶液)，洒一层耐火 砂，使之硬化成壳。如此反复涂三四次，便形成具有一定厚度的由耐火材料构 成的型壳(洒耐火砂先细后粗）。
⑤脱蜡：将制作好的型壳放入炉中烘烤，使蜡模熔化流出并回收，从而得到 一个中空的型壳。
⑥焙烧和造型：将型壳进行高温焙烧，以增加型壳强度。为进一步提高型壳 强度，防止浇注时型壳变形或破裂，可将型壳放在箱体中，周围用干砂填充。
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(5)离心铸造 将液态金属液附着于铸型内壁，经冷却凝固成为铸件的铸造方法。离心铸造 的铸件组织致密，力学性能好，可减少气孔、夹渣等缺陷。常用于制 造各种金属的管形或空心圆筒形铸件，也可制造其他形状的铸件。
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(3)金属型铸造 用金属材料制作铸型进行铸造的方法，又称永久型铸造或硬型铸造。 铸型常用铸铁、铸钢等材料制成，可反复使用，直至损耗。金属型 铸造所得铸件的表面光洁度和尺寸精度均优于砂型铸件，且铸件的 组织结构致密，力学性能较高。适用于中小型有色金属(如铝、铜、 镁及其合金等)铸件和铸铁铸件的生产。
常用的铸造材料有铸铁、铸钢、铸铝、铸铜等，通常根据不同的使用目的、 使用寿命和成本等方面来选用铸件材料。
图6-2为采用铸造方法生产的产品。
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6.2金属材料的工艺特性 成型加工
(1)砂型铸造 俗称翻砂，用砂粒制造铸型进行铸造的方法。主要工序有：制造铸
模，制造砂铸型(即砂型)，浇注金属液，落砂，清理等。砂型铸造适应 性强，几乎不受铸件形状、尺寸、重量及所用金属种类的限制，工艺 设备简单，成本低，为铸造业广泛使用。