《金属工艺学》PPT课件

铸造的特点
（1）可以铸造出内腔、外形很复杂的毛 坯。
（2）工艺灵活性大、适应性广。铸件重 量可由几克到几百吨，壁厚可由0.5mm 到1m左右；铸件材料可用铸铁、铸钢、 碳钢和有色金属等。
（3）铸件成本低。 （4）有铸造缺陷，机械性能不如锻件等。
二、砂型铸造生产工艺流程
三、铸造方法分类
Clasfication of foundry Methods
Pouring Melt in the Mold→Solidification→Casting
优点：complex in shape adaptability in technology cheap in production
缺点：lower mechanical properties unstable quality worse work condition
在铸件上从远离冒口或 浇口到冒口或浇口之 间建立一个递增的温 度梯度，从而实现由 远离冒口的部分向冒 口的方向顺序地凝固。
同时凝固原则：
Simultaneously Solidification
是采取工艺措施保 证铸件结构上各部 分之间没有温差或 温差尽量小，使各 部分同时凝固。如 图所示。
二、金属和合金的铸造性能
体收缩率rate of ＝v0_-v1/v0*100％
volume
Contraction:εv
线收缩率 rate of linear Contraction：
εl=l0-l1/l0*100％
⑵ 收缩的阶段 Contraction Stages
液态收缩 Liquid Contraction 凝固收缩 Solidification Contraction 固态收缩 Solid Contraction 前两个阶段的收缩使合金体积减少，

（4）工艺方法的综合比较
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产品制造的过程
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4
课程性质、任务和学习要求
1. 课程性质
2.
技术基础课
2. 学习任务和要求
1）掌握常用金属材料的主要性能；
2）掌握零件的加工工艺知识；
3）培养工艺分析的基本能力。
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第一篇 金属材料导论
工业生产中所使用的材料主要包括金属材料、无机 非金属材料、有机高分子材料和复合材料四大类。
一、铸造性能
金属在铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力称为 铸造性能。铸造性能包括流动性、吸气性、收缩性和偏析等。在 金属材料中灰铸铁和青铜的铸造性能较好。
二、
金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称为锻造性能。锻造 性能的好坏主要同金属的塑性和变形抗力有关。塑性越好，变形 抗力越小，金属的锻造性能越好。
σb=F b/A 0
弹性极限σe：
材料在外力作用下，保持弹性变形的最大应力。
σe=F e/A 0
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中、高碳钢和其他脆 性金属材料无明显屈服 现象，国家标准以产生 0.2%塑性变形的应力 来表示屈服强度，即：
σ0.2=F0.2/A0
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屈服强度和抗拉强度在设计机械和选择、 评定金属材料时有重要意义 。 机械零件多
最常用的合金，有以铁为基础的铁碳合金； 有以铜或铝为基础的铜合金和铝合金。
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第一章 金属材料的主要性能
教学重点：金属材料的力学性能 教学难点：б-ε曲线特点
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8
第一节 金属材料的力学性能
力学性能是指金属材料在受外力作用时 所反映出来的性能。力学性能指标，是 选择、使用金属材料的重要依据。

。2020年11月27日星期五下午3时1分51秒15:01:5120.11.27
• 15、会当凌绝顶，一览众山小。2020年11月下午3时1分20.11.2715:01November 27, 2020
• 16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2020年11月27日星期五3时1分51秒15:01:5127 November 2020
（三）型材 型材主要有板材、棒材、线材 等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和 特殊截面形状。就其制造方法，又可分为热 轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大，精度 较低，用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸 较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较 高的中小型零件。
• （四）焊接件 焊接件主要用于单件小批 生产和大型零件及样机试制。其优点是制 造简单、生产周期短、节省材料、减轻重 量。但其抗振性较差，变形大，需经时效 处理后才能进行机械加工。
《金属工艺学》上、下册 《材料成型工艺基础》
《机械制造学》 《工程材料与热加工工艺》 《机械加工工艺》 《机械加工工艺基础》
《材料成形学》
高等教育出版社
邓文英
华中理工大学出版社 沈其文
机械工业出版社
王贵成
西北工业大学出版社 裴崇斌
西北工业大学出版社 裴崇斌
清华大学出版社
金问楷
机械工业出版社
李新城
网络资源
课程的特点
• 课程是机类专业应掌握的一门重要的专业
基础课，具有很强的综合性和实践性，是
在掌握了工程制图和金工实习课之后开设 的专业基础课。通过本课程的教学，培养 学生把理论与实践结合起来学习的理念， 提高工程实践的意识，并能用所学的基本 原理和方法分析实际生产技术问题，为学 习后续课程并为以后从事机械设计和制造 方面的工作奠定必要的基础。

金属的加工工艺
金属的铸造工艺
铸造工艺简介：将熔融的金属倒入模具中，冷却后形成所需形状的工艺 铸造方法：砂型铸造、金属型铸造、离心铸造等 铸造材料：铁、钢、铝、铜、锌等 铸造工艺特点：可生产复杂形状的零件，成本低，生产效率高
金属的锻造工艺
锻造方法：自由锻造、模锻、 冲压、挤压等
锻造工艺：将金属加热到一 定温度，通过锤打、挤压等 方式改变其形状和性能
切削工具：包括车刀、铣刀、钻头、 锯片等
切削方法：包括车削、铣削、钻削、 锯削等
切削参数：包括切削速度、进给量、 切削深度等
切削质量：包括表面粗糙度、尺寸精 度、形位精度等
切削效率：包括生产效率、能耗、刀 具寿命等
金属的热处理工艺
热处理的原理和分类
热处理的原理：通过改变金属的微观结构， 提高其力学性能和耐腐蚀性
金属的表面处理技术
表面涂装技术
目的：保护金 属表面，提高 耐腐蚀性、耐
磨性等性能
主要方法：电 镀、喷涂、热
浸镀等
电镀：利用电 解原理，在金 属表面形成一 层金属或合金
镀层
喷涂：利用高 压气流将涂料 喷涂到金属表 面，形成一层
保护层
热浸镀：将金 属加热到一定 温度，使其表 面形成一层金 属或合金镀层
智能化：利用人工智能技术， 实现金属加工的自动化、智 能化
数字化：利用数字化技术， 实现金属加工的精确控制和
优化
绿色化：采用环保技术和材 料，实现金属加工的绿色化
和可持续发展
绿色环保和可持续发展要求
减少能源消耗：提高能源利用效率， 降低生产过程中的能源消耗
循环利用：提高金属材料的回收利 用率，实现资源的循环利用
添加标题
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17.2.3 常用机床
2）车床的主要组成部件
1—主轴箱; 2—卡盘; 3—滑板; 4—刀架; 5—冷却管; 6—尾座; 7—丝杠; 8—光杠; 9—床身; 10—操纵杆; 11—溜板箱; 12—盛液箱; 13—进给箱; 14—挂轮箱 CA6140型卧式车床的外形
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17.2 金属切削机床的基础知识
16M1432B万能外圆磨床 1—床身； 2—头架； 3—工作台； 4—内圆磨装置； 5—砂轮架；
6—尾座； 7—脚踏操纵板
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17.2 金属切削机床的基础知识
17.2.3 常用机床
1）刨床
牛头刨床 1—工作台; 2—滑枕; 3—刀架; 4—横梁; 5—床身; 6—底座
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17.2 金属切削机床的基础知识
17.2.3 常用机床
1）车床的工艺范围
卧式车床适用于：加工各种轴类、套类 和盘类零件上的回转表面。其工艺范围非常 广泛，适用性很强。在车床上可进行：钻中 心孔、车外圆、车端面、车锥体、钻孔、铰 孔、车内孔、车成形面、车螺纹、滚花、绕 弹簧、攻螺纹和套螺纹等加工。
26
17.2 金属切削机床的基础知识
1）机床的 组、系代号
每类机床分成若干组、型，其代号用两位阿 拉伯数字组成(第一位数字代表组别，第二位数 字代表型别)，位于类代号或特性代号之后。
23
17.2 金属切削机床的基础知识
17.2.2 机床的型号
2）机床的 主要参数
机床的主参数代号用阿拉伯数字表示(其数 值为主参数的本身 1／10或1／100)，位于组、 型代号之后。
刀具在进给运动方向相对于工件的位移 量，称为进给量。车削加工的刀具进给量常 用工件每转一周刀具的位移量来表述和度量， 用 f 表示，单位为 mm/r。

不合理
合理
第二节铸件构造与合金铸造性能的关系
铸件构造设计
防止铸造缺陷的合理构造
铸件的各壁之间应 均匀过渡，两个非 加工外表所构成的 内角应设计成圆角
不合理
合理
第二节铸件构造与合金铸造性能的关系
铸件构造设计
防止铸造缺陷的合理构造
铸件的各壁之间应 均匀过渡，两个非 加工外表所构成的 内角应设计成圆角
第二节 金属型铸造
• 二、金属型的铸造工艺 • 1. 必需喷刷涂料；衬料和外表涂料 • 2. 金属型应坚持一定的任务温度；铸铁件250-350，非
铁金属件ห้องสมุดไป่ตู้00-250度。减缓激冷。 • 3. 适宜的出型时间；尽早出型，小型铸铁件10-60s，铸
件温度约780-950度。 • 三、金属型铸造的特点和适用范围 • 优点：一型多铸，便于实现机械化和自动化消费，可大
铸件构造设计
简化工艺过程的合理构造
合理设计凸台和防 止侧壁具有防碍拔 模的部分凹陷构造
不合理
合理
第一节铸件构造与铸件工艺的关系
铸件构造设计
简化工艺过程的合理构造
设计铸件应合理 确定构造斜度
不合理
合理
第一节铸件构造与铸件工艺的关系
铸件构造设计
简化工艺过程的合理构造
设计铸件应合理确定 构造斜度
不合理
大提高消费率。同时铸件的精度和外表质量比砂型铸造 显著提高。组织致密，力学性能得到显著提高。 • 缺陷：金属型的本钱高，消费周期长。同时铸造工艺要 求严厉，容易出现缺陷，灰铸铁件又难以防止白口缺陷 。 • 主要用于铜、铝合金铸件的大批量消费。如铝活塞、气 缸盖、油泵壳体、铜瓦等。
第三节 压力铸造
• 描画:是在高压下〔比压约为5-150MPa〕将液态 或半液态合金快速地(0.01-0.2s)压入金属铸型中 ，并在压力下凝固，以获得铸件的方法。

03
金属加工工艺
铸造工艺
铸造工艺基础
介绍铸造工艺的基本原理、铸 造材料、铸造设备及工装模具
等。
铸造工艺设计
学习铸造工艺方案制定、浇注 系统设计、冒口和冷铁设计等 。
铸造合金材料
了解常用铸造合金材料的性能 特点、应用范围及熔炼技术。
铸造缺陷与质量控制
分析铸造过程中常见的缺陷及 质量控制方法，提高铸造件质
金属工艺学的重要性
金属工艺学在现代工业制造中扮演着至关重要的角色，它涉 及到航空航天、汽车、船舶、能源、建筑、医疗器械等多个 领域，是实现从原材料到最终产品的关键环节。
金属工艺学的历史与发展
金属工艺学的起源
金属工艺学可以追溯到古代，人类最 早使用石头和骨头制作工具和武器， 后来逐渐掌握了炼铁和铜等金属的加 工技术。
VS
安全要求
实验室应配备必要的安全设施和防护用品 ，确保学生的人身安全和健康。学生在实 践过程中应按照指导教师的要求进行操作 ，如遇紧急情况应及时报告并采取相应措 施。
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THANKS
金属工艺的创新与发展趋势
总结词
金属工艺的创新与发展趋势
创新点1
3D打印技术在金属工艺中的应用。
描述1
通过3D打印技术，可以实现金属零件的快速原型 制造，提高设计效率和生产灵活性。
金属工艺的创新与发展趋势
创新点2
01
金属表面处理技术的改进。
描述2
02
采用新型表面处理技术，如电镀、喷涂等，提高金属表面的美
观性和耐久性。
发展趋势1
03
数字化技术在金属工艺中的应用。
金属工艺的创新与发展趋势
01
描述3
利用数字化技术进行金属工艺设 计和优化，实现智能化制造和个 性化定制。

金属工艺学分类
金属工艺学可以根据加工对象和应用 领域分为多种分支，如铸造、锻造、 焊接、切削加工、热处理等。
金属工艺学的应用领域
机械制造业
航空航天业
金属工艺学在机械制造业中应用广泛，涉 及各种零件的加工、装配和维修。
航空航天器制造需要高精度和高性能的金 属材料和加工技术，金属工艺学在航空航 天业中发挥着重要作用。
汽车制造业
电子工业
汽车制造业需要大量金属材料和加工技术 ，包括车身、底盘、发动机等部件的制造 和装配。
电子工业中，金属材料广泛应用于电路板 、连接器、散热器等部件的制造。
金属工艺学的历史与发展
01
古代金属工艺
早在公元前，人类就开始使用金属材料，如青铜、铁等，用于制造工具
、武器和饰品。
02
工业革命时期的金属工艺
退火与正火工艺
退火工艺
退火是一种将金属加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却至室温的热 处理工艺。其主要目的是消除金属内部的应力，提高其塑性和韧性，以便于进 一步加工。
正火工艺
正火是将金属加热到适当温度，保持一定时间后，在静止空气中冷却的热处理 工艺。其主要目的是细化金属的晶粒，提高其机械性能，如强度和韧性。
。
焊接缺陷及防止
03
焊接过程中可能出现气孔、夹渣、裂纹等缺陷，需采取相应措
施进行防止。
金属的切削加工工艺
切削加工原理
通过刀具对金属工件进行切削，以去除多余的金属材料，实现工 件形状和尺寸的加工。
切削加工方法分类
根据切削加工的特点和应用，可分为车削、铣削、钻削、磨削等 。
切削加工技术要求
切削加工过程中需要考虑刀具材料、切削液、切削参数等因素， 以确保加工质量和效率。

高能高速成型的特点: Ø模具简单 Ø零件精度高，表面质量好 Ø可提高材料的塑性变形能力 Ø利于采用复合工艺
高能高速成型的类型
1．爆炸成型
爆炸成型是利用爆炸物质在爆炸瞬间释放出巨大的 化学能对金属毛坯进行加工的高能高速成型方法。除高 能高速成型共有的特点外，爆炸成型还具有以下特点：
(1)简化设备 (2)适于大型零件成型
超塑性模锻工艺特点
Ø扩大了可锻金属材料的种类。如过去只能采 用铸造 Ø金属填充模膛的性能好，可锻出尺寸精度高、 机械加工余量很小、甚至不用加工的零件。 Ø能获得均匀细小的晶粒组织，零件机械性能 均匀一致。 Ø金属的变形抗力小，可充分发挥中、小设备 的作用。
3.5.7 高能高速成型
高能高速成型是一种在极短时间内释放高能量 而使金属变形的成型方法。
为排除模膛中的气体，减小金属流动阻力，使金属更好地充满模膛，在凹模上应开有排气小孔。
(1)简化设备ຫໍສະໝຸດ 应采用无氧化或少氧化加热法，尽量减少坯料表面形成的氧化皮。
模锻件尺寸精度可达IT12～IT15，表面粗糙度为～。
精密模锻的锻件精度很大程度上取决于锻模的加工精度。
锻件精度高，表面光洁，可实现少、无切削加工。
精密模锻是在模锻设备上锻造出形状复杂、锻件精度高的模锻工艺。
每小时产量可达500～1000件。
如难于变形的高温铸造合金可用粉末锻造方法锻出形状复杂的零件。
(1)简化设备
轧制时模具可用价廉的球墨铸铁或冷硬铸铁来制造，节约贵重的模具钢材，加工也较容易。
该法可加工的板料厚度为～4 mm。
爆炸成型是利用爆炸物质在爆炸瞬间释放出巨大的化学能对金属毛坯进行加工的高能高速成型方法。
Ø锻件精度高，表面光洁，可实现少、无切削加工。

铸型绕垂直轴旋转。铸件内表面呈抛物线形。用 来铸造高度小于直径的盘、环类或成形铸件。
•34
卧式离心铸造
铸型绕水平轴旋转。铸件壁厚均匀，应用广泛，主 要用来生产圆环类铸件，也用于浇注成形铸件。
•35
离心式实型铸造
离心铸造的生产过程
（1）将金属型型腔清理干净，喷涂料 （2）旋转铸型，浇入定量金属液 （3）凝固后，停止旋转，取出铸件
•38
缺点
• 铸件易产生偏析，铸件内 表面较粗糙。内表面尺寸 不易控制。
•39
第五节 消失模铸造
也称气化模铸造，国际上称EPC工艺。 真空实型铸造， 用泡沫模型代替金属或木模，
造型后模样不取出，呈实体型腔，浇注时模样 气化消失而得到铸件。
•40
泡沫塑料模型
•41
预发泡
模型 成型
模型簇 组合
•14
3.擅长制造用砂型铸造、锻压、切削加工等方法难以制造的形状 复杂、不便分型的零件。如带有精细的图案、文字、细槽和弯曲细孔的铸件。
4.可以制造各种合金材质的铸件，尤其适用于高熔点、难切削合金的小型复 杂铸件的生产。
•15
•16
•17
•18
第二节 金属型铸造
金属型铸造又称硬模铸造，是将液体金属浇入金属 铸型，在重力作用下充填铸型，以获得铸件的铸造方 法。
时，压型寿命低 铸件内部常有气孔和缩松，不能进行较多余量的切削加工 压铸件不能用热处理的方法提高性能
适用范围:
主要用于有色合金（如铝合金、锌合金）的中、小铸件的 大量生产。
•32
第四节 离心铸造
将液态合金浇入高速旋转的铸型中，使金属 液在离心力作用下充填铸型并凝固的铸造方 法。
•33