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1、金属成型加工工艺,金属成型加工工艺,第一篇 铸造成型第二篇 塑性成形第三篇 金属半固态成形第四篇 快速成型,第一篇 铸造成型,一.铸造工艺有三个阶段：1.铸造金属准备 2.铸型准备 3.铸件处理,二.铸造种类：（一）.普通砂型铸造（1）湿砂型（2）干砂型（3）化学硬砂型,（二）特种铸造 特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造和以金属为主要铸型材料的特种铸造。1.熔模铸造及特点：熔模铸造又称失腊法。失腊法是用腊制作所要铸成器物的模子，然后在腊模上涂以泥浆，这就是泥模。泥模晾干后，在焙烧成陶模。一经焙烧，腊模全部熔化流失，只剩陶模。一般制泥模时就留下了浇注口，再从浇注口
2、灌入铜液，冷却后，所需的器物就制成了。特点为：（1）铸件精度高、表面质量好。（2）可制造形状复杂铸件，对由几个零件组合成的复杂部件，对由几个零件组合成的复杂部件，可用熔模铸造一次性铸出。,（3）铸造合金种类不受限制，用于高熔点和难切削合金，更具显著优越性。（4）生产批量不受限制，即可成批大批量生产，又可单件小批量生产。（5）工序繁杂，生产周期长，生产成本较高，铸件不宜太大、太长。2.壳型铸造及特点：用硅砂或锆砂与树脂的混合料或树脂覆模砂形成薄壳铸型的铸造方法。在180280模板上形成一定厚度(一般由6mm到12mm)薄壳，再加温固化薄壳，使达到需要的强度和刚度。特点为：,（1）可显著减少使用的
3、型砂数量，（2）获得的铸件轮廓清晰，表面光洁，尺寸精确，可以不用机械加工或仅少量加工。因此壳型铸造特别适用于生产批量较大、尺寸精度要求高、壁薄而形状复杂的各种合金的铸件。（3）壳型铸造使用的树脂价格昂贵，模板必须精密加工，成本较高，在浇注时还会产生有刺激性的气味，这在某种程度上限制了这种方法的广泛应用。,3.实型铸造及特点：实型铸造是采用聚苯乙烯发泡塑料模样代替普通模样，造好型后不取出模样就浇入金属液，在金属液的作用下，塑料模样燃烧、气化、消失，金属液取代原来塑料模所占据的空间位置，冷却凝固后获得所需铸件的铸造方法。特点为：（1)由于采用了遇金属液即气化的泡沫塑料模样，无需起模，无分型面，无型
4、芯，因而无飞边毛刺，铸件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模铸造，但尺寸却可大于熔模铸造。,（2)各种形状复杂铸件的模样均可采用泡沫塑料模粘合，成形为整体，减少了加工装配时间，可降低铸件成本10%30%，也为铸件结构设计提供充分的自由度。（3）简化了铸件生产工序，缩短了生产周期，使造型效率比砂型铸造提高25倍。（4）实型铸造的模样只能使用一次，且泡沫塑料的密度小、强度低，模样易变形，影响铸件尺寸精度。浇铸时模样产生的气体污染环境。,4.陶瓷型铸造及特点：陶瓷型铸造是在砂型熔模铸造的基础上发展起来的一种新工艺。陶瓷型是利用质地较纯、热稳定性较高的耐火材料作造型材料；用硅酸乙酯水解液作粘结剂，在催化剂的
5、作用下，经灌浆、结胶、起模、焙烧等工序而制成的。采用这种铸造方法浇出的铸件，具有较高的尺寸精度和表面光洁度，所以这种方法又叫陶瓷型精密铸造。特点为：（1）铸件的表面光洁度高；（2）铸件的尺寸精度高；（3）可以铸出大型精密铸件,（4）熔模铸造虽能铸出尺寸精确、光洁度高的铸件，但由于本身工艺的限制，浇注的铸件重量一般都较小，最大件只有几十公斤；而陶瓷型铸件最大可达十几吨。（5）投资少，投产快，生产准备周期短。（6）原材料价格昂贵，由于有灌浆工序，不适于浇注批量大，重量轻，形状较复杂的铸件，且生产工艺过程难于实现机械化和自动化。,5.金属铸造及特点：金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型
6、，以获得铸件的一种铸造方法。铸型是用金属制成，可以反复使用多次（几百次到几千次）。金属型铸造目前所能生产的铸件，在重量和形状方面还有一定的限制，如对黑色金属只能是形状简单的铸件；铸件的重量不可太大；壁厚也有限制，较小的铸件壁厚无法铸出。特点：,（1）金属型生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25，屈服强度平均提高约20，其抗蚀性能和硬度亦显著提高；（2）铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定;（3）铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约1530；（4）不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80100,（三）铸造新工艺（1）快速凝固（2）定
7、向凝固（3）复合铸造（4）镶铸工艺,第二篇 塑性成型,一.塑性成型的工艺种类（1）轧制（2）自由锻（3）模锻（4）挤压（5）冲压（6）拉拔,（一）轧制：将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法，这是生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产型材、板材、管材。分冷轧、热轧。轧制有热轧和冷轧两种。1.热轧：可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体；浇注时形成的气泡、裂纹和疏松，也可在高温和压力作用下被焊合。,热轧后的
8、薄板,2.冷轧 用热轧钢卷为原料，经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧，其成品为轧硬卷，由于连续冷变形引起的冷作硬化使轧硬卷的强度、硬度上升、韧塑指标下降，因此冲压性能将恶化，只能用于简单变形的零件。轧硬卷可作 冷轧机器系统为热镀锌厂的原料，因为热镀锌机组均设置有退 火线。轧硬卷重一般在20-40吨，钢卷在常温下，对热轧酸洗卷进行连续轧制。内径为610mm。,（二）自由锻：自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。,自由锻造所用工具和设备简单，通用性好，成本低。同铸造毛坯相比，自由锻消除了缩孔、缩松、气
9、孔等缺陷，使毛坯具有更高的力学性能。锻件形状简单，操作灵活。因此，它在重型机器及重要零件的制造上有特别重要的意义。,（三）模锻：模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。此方法生产的锻件尺寸精确，加工余量较小，结构也比较复杂生产率高.,（四）挤压：用于连续加工的，具有相同横截面形状的实心或者空心金属造型的工艺，既可以高温作业又可以进行冷加工。,（五）冲压：用于加工没有烟囱锥度要求的小型到中型规格的零件的工艺。生产快捷，可以加工各种壁厚的零件，加工成本低。,（六）拉拔：用外力作用于被拉金属的前端，将金属坯料从小于坯料断面的模孔中拉出，使其断面减小而长度增加的方法。由于拉拔多在冷态下进行，
10、因此也叫冷拔或冷拉。,二.塑性成型新工艺新技术及特点：（一）精密模锻：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。如精密模锻伞齿轮，其齿形部分可直接锻出而 不必再经切削加工。模锻件尺寸公差等级可达CT12CT15，表面粗糙度为Ra3.21.6m。,需要精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料；否则会增大锻件尺寸公差，降低精度。需要精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱碳层及其他缺陷等。为提高锻件的尺寸精度和降低表面粗糙度，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。精密模锻的锻件精度在很大程度上取决于锻模的加工精度，因此，精锻模膛的精度必须很高。一般情况下，
11、它比锻件精度高两级。精锻模一定要有导柱导套结构，保证合模准确。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。模锻时要很好地进行润滑和冷却锻模。精密模锻一般都在刚度大、精度高的模锻设备上进行，如曲柄压力机、摩擦压力机或高速锤等。,（二）超塑性成型 超塑性是指在特定的条件下，即在低的应变速率(=10-210-4s-1)，一定的变形温度(约为热力学熔化温度的一半)和稳定而细小的晶粒度(0.55m)的条件下，某些金属或合金呈现低强度和大伸长率的一种特性。其伸长率可超过100%以上，如钢的伸长率超过500%，纯钛超过300%，铝锌合金超过1000%。目前常用的超塑性
12、成形的材料主要有铝合金、镁合金、低碳钢、不锈钢及高温合金等。,（三）高能率成型:靠能量的瞬间释放产生高压使金属塑性变形，用以制造工件的锻压成形技术。高能率成形技术是从20世纪50年代迅速发展起来的，主要包括高速锤锻造、爆炸成形、液电成形和电磁成形。成形使用的能源可以是电能或化学能，通过气体或液体的传递转化为变形力。一般来说，高能率成形设备简单、能耗少、产品表面光洁、精度高，可改善材料的塑性及流动填充性能，完成一些常规方法难以实现的特殊工件成形。,1、模具简单（仅用凹模）；2、零件精度高，表面质量好：毛坯的变形在液体、气 体等传力介质作业下实现，毛坯表面不受伤，变形更均匀；3、可提高材料的变形能
13、力；4、成本低（成形方法一次完成）。,第三篇 金属半固态成型,一.金属半固态成型特点：(1)由于固液共存，在两者界面熔化、凝固不断发生，产生活跃的扩散现象。因此溶质元素的局部浓度不断变化；(2)由于晶粒间或固相粒子间夹有液相成分。固相粒子间几乎没有结合力，因此，其宏观流动变形抗力很低；(3)随着固相分数的降低，呈现黏性流体特性，在微小外力作用下即可很容易变形流动；,二.半固态金属制备方法：半固态加工的基本工艺方法可分为流变成形(rheoforming)和触变成形(thixoforming)两种。,三.半固态金属的成型流程：1.将半固态浆料直接压入模具腔进而压铸成形或对半固态浆料进行直接轧制、挤
14、压等加工方式成形，即流变成形；2.将半固态浆料制成坯料，经过重新加热至半固态温度，形成半固态坯料再进行成形加工，此即触变成形。,四.半固态金属工艺及工业应用：对于各种合金只要有固、液相同时存在的凝固 区间，都可以进行半固态金属成形加工。已经对铝、镁、锌、铜合金及钢、铸铁、镍基超耐热合金、复合材料进行过许多试验研究。目前应用的合金还是直接取自现 有的铸造或锻造合金系列，例如铝合金为3XXX系列铝硅铸造合金及2XXX、7XXX系列锻造合金。应用得最多的为A356合金，其凝固区间约为60。镁合金则主要为AZ91D。至今专门应用于半固态成形的合金的研究工作还做得不多。在美国和西欧铝、镁合金的半固态成形
15、主要用于汽车零件的生产。,第四篇 快速成型,一.快速成型的类型：1.纸层叠法薄型材料选择性切割 2.激光立体制模法液态光敏树脂选择性固化 3.烧结法粉末材料选择性激光烧结 4.融化沉积法丝状材料选择性熔覆,二.快速成型的特点：（1）成型全过程的快速性，适合现代激烈的产品市场；（2）可以制造任意复杂形状的三维实体；（3）用CAD模型直接驱动，实现设计与制造高度一体化，其直观性和易改性为产品的完美设计提供了优良的设计环境；（4）成型过程无需专用夹具、模具、刀具，既节省了费用，又缩短了制作周期。（5）技术的高度集成性，既是现代科学技术发展的必然产物，也是对它们的综合应用，带有鲜明的高新技术 特征。,快速成型,
