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1、第二章 金属材料加工基础,本章主要内容：2.1 铸造2.2 金属压力加工重点：砂型铸造、锻造、难点：无,2.1 铸造,一、铸造生产概述1、定义：铸造是液态金属成形的方法，铸造过程是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属在重力、压力、离心力、电磁力等外力场的作用下充满铸型，凝固后获得一定形状与性能铸件的生产过程，是生产金属零件和毛坯的主要形式之一。2、铸造的基本过程：,3、特点：液态成型，可铸造任何形状的铸件；铸件的形状、尺寸与零件接近，可节省金属材料和减少切削加工工作量；适应性广，绝大多数金属都可用铸造方法生产铸件；设备投资少，铸件成本相对较低；工序较多，易产生内部缺陷，铸件精度质量不高。,4、铸造
2、类型砂型铸造特种铸造,最主要的铸造方法，占铸件总产量的80%以上。工序较多，铸造缺陷，废品率高,二、砂型铸造1、定义 用型砂制成铸型(砂型)，然后注满液体金属 并冷却成形的方法。2、基本生产过程,（1）生产准备模样和芯盒的设计 模样：为获得与铸件形状和尺寸相适应的铸型空腔而设计的与铸件形状和尺寸相适应的模子。芯盒：用于制造型芯的工艺装备。型芯：用来形成有孔或中空铸件的内腔。注意：考虑收缩量的问题,型（芯）砂的制备技术要求：应具有一定的强度、透气性、退让性、溃散性、耐火度等。成分配比：,（2）工艺过程造型分类：手工造型和机械造型工序：填砂、紧实、起模、合箱造芯合箱：把砂型和砂芯按要求组合在一起。
3、浇注落砂和清理,视频1：手工造型方法,视频2：震压式造型,（3）技术准备确定浇注位置和分型面浇注位置的选择质量要求较高或重要的加工表面，浇注时尽量放在下面；铸件的大平面尽可能朝下；铸件的薄壁部分放在下部或侧面；浇注位置应有利于所确定的凝固顺序。,分型面的选择尽可能将铸件的全部或大部分放在同一砂箱内；尽量减少分型面的数目，用平直分型面代替特殊形状的分型面；分型面总是放在铸件的最大截面处，以便于起模。,确定主要工艺参数机械加工余量铸造收缩率拔模斜度铸造圆角,拔模斜度,浇注系统设计定义：浇注系统是指金属液填充型腔而开设于铸型中的一系列通道。组成部分：浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道设计原则：确保液态金
4、属能够平稳而合理地充满型腔。,补缩系统设计：为消除由于金属的收缩而产生的缩孔和疏松，铸造工艺上常采用设置冒口、冷铁等工艺措施。冒口定义：金属液最后凝固的地方极易形成缩孔，为防止产生缩孔，通常在这些部位上方型腔中预制出与这些部位相通的较大的储液空腔，该空腔称为冒口。作用：补缩、排气、集渣、观察金属液等。,设计原则：冒口的凝固时间必须大于或等于铸件被补缩部分的凝固时间；冒口应具有足够大的体积，以保证有足够的金属液补充铸件内部的体收缩。在铸件凝固时，冒口与被补缩部位之间应有通畅的补缩通道。,冷铁作用：是为了加速铸件厚壁部分的冷却，使其与邻近部位同时凝固，避免出现缩孔、缩松等缺陷。分类：内冷铁和外冷铁
5、内冷铁是采用与铸件材质相同或相近的材料直接插入需要激冷处的型腔内，随后与浇注金属熔接在一起，成为铸件的一部分。外冷铁只与铸件上被激冷部位表面相接触而不熔接，故可重复使用。,3、砂型铸造的特点不受铸件材质、尺寸、质量和生产批量的限制；属于一次性铸造成形，造型工作量大；铸件精度和表面质量差；砂型铸造缺陷多，废品率高，机械性能较差；设备简单、投资少，价格低廉，应用广泛。,三、特种铸造1、金属型铸造定义：金属型铸造是指利用金属材料制成铸型，在重力作用下将熔融金属浇注到铸型中制造铸件的一种铸造方法，也称永久型铸造。工艺过程与砂型铸造类似。工艺过程：,视频3：金属型铸造,特点和应用：可重复使用，生产效率高
6、，劳动条件好，但成本高；铸件精度高，表面粗糙度较低；金属散热性能好，晶粒细化，机械性能好；不透气且无退让性，易造成铸件浇不足或开裂。适于生产大批量有色金属铸件。,2、熔模铸造定义：是指利用易熔材料（例如蜡）制成模型，并在模型表面粘结一定厚度的耐火材料，然后将模型熔失而使金属液充满型腔的一种铸造方法。工艺过程：蜡模制造制壳脱蜡焙烧和浇注,视频4：熔模铸造,特点和应用：铸件尺寸精度高，表面光洁；可铸造形状复杂零件；工艺过程复杂，生产周期长，成本高；适于铸造小尺寸的各类合金铸件，特别是少切削或无切削精密铸件。,3、压力铸造定义：压力铸造简称压铸，是指将液态或半液态合金浇入压铸机的压室内，使之在高压和
7、高速下充填型腔，并在高压下成形和结晶而获得铸件的一种铸造方法。工艺过程：,视频5：压力铸造,特点和应用：浇注时间短，易于机械化、自动化作业；铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好；铸件尺寸精度高，表面光洁；凝固速度快，排气困难，易形成疏松和缩孔；模具成本高，铸件尺寸受限；适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产。,4、低压铸造定义：是指液态金属在低的气体压力作用下从坩埚中自下而上地充填型腔并凝固而获得铸件的一种铸造方法。工艺过程：,低压铸造火车车轮示意图,视频6：低压铸造,特点和应用：充型压力和充型速度易于控制，气孔、夹渣较少；铸型散热快，组织致密，机械性能好；无需冒口设置，金属利用率高；铸件尺寸精
8、度高，表面光洁；适于生产质量要求高的铝镁等有色金属铸件。,5、离心铸造定义：将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下填充铸型并凝固成形的铸造方法。工艺过程：,视频7：离心铸造,特点和应用：离心力改善了补缩条件，缩孔等缺陷减少；改善金属的流动性，提高了充型能力；简化了中空圆柱形铸件的生产过程；成分偏析严重，尺寸难以控制；特别适于横截面呈圆柱的铸件生产。,6、连续铸造：定义：是指将熔融金属连续不断地浇注到被称为结晶器的特殊容器中，凝固的铸件不断从结晶器的另一端被引出，从而获得任意长度的等横截面铸件的铸造方法。工艺过程：,连续铸造工艺过程示意图,特点和应用：冷却速度快，组织致密，机械性
9、能好；工艺简单，生产效率高；适于横截面一定的钢材、铝材和铸铁管等铸件的生产。,7、消失模铸造定义：是指用泡沫塑料聚苯乙烯制成带有浇冒系统的模型，覆上涂料，用干砂造型，不需取模，直接浇注的铸造生产方法。工艺过程：,特点和应用：不分型，不起模，工艺简化，精度提高；能制造形状复杂的铸件和工艺品；冒口设置可自由设置，不易产生缩孔、疏松等；易产生有害气体，铸件易渗碳，降低铸件表面质量；适于生产起模困难，形状复杂的铸件。,2.2 金属压力加工,一、概述1、定义：压力加工是指在不破坏金属自身完整性的条件下，利用外力作用使金属产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和机械性能的毛坯或零件的加工方法，也称为塑性
10、成形或塑性加工。2、特点：减少金属量的消耗，提高生产率；消除材料内部的某些缺陷，改善材料组织及性能；不适于制造形状复杂的零件及低塑性材料。,3、分类：原材料的成型加工：轧制、挤压、拉拔毛坯或零件的成型加工：锻造、板料冲压,二、轧制1、定义：轧制是金属坯料在旋转轧辊的间隙中靠摩擦力的作用连续进入轧辊而产生塑性变形的一种压力加工方法。,2、主要工艺类型 根据轧辊轴线与坯料轴线方向的不同，轧制可分为纵轧、横轧、斜轧和楔横轧。,纵轧：轧辊轴线与坯料轴线方向垂直。,横轧：轧辊轴线与坯料轴线方向平行，坯料在转向相同的两轧辊间转动并产生变形。,斜轧：轧辊轴线与坯料轴线方向互成一定的角度。,楔横轧：利用两个外
11、表镶有凸块并作同向旋转的平行轧辊对沿轧辊轴向送进的坯料进行轧制的方法。主要用于加工阶梯轴、锥形轴等各种对称的零件或毛坯。,金属变形过程,轧制时坯料径向尺寸减小，长度增加,视频8：轧制,三、锻造定义：锻造是将固态金属加热到再结晶温度以上，在压力作用下产生塑性变形，把坯料的某一部分体积转移到另一部分，从而获得一定形状、尺寸和内部质量的锻件的工艺方法。分类：自由锻造、模型锻造,锻造锥齿轮轴的步骤,自由锻造,定义：是指借助锻压设备上下砧块的压力使经过加热的坯料成形的压力加工方法，在锻造过程中，金属沿垂直于作用力的方向上自由变形。基本工艺过程：,自由锻工序：基本工序：指为达到工件要求的尺寸和形状而必须进
12、行的塑性变形的工艺过程，墩粗、拔长、冲孔、扩孔、错移、扭转等。辅助工序：指为基本工序操作方便而对坯料进行的预先变形。修整工序：指变形之后用以减少锻件表面缺陷的工序，如滚圆、平整等。,视频9：自由锻工序,基本工序：镦粗,镦粗应用范围：,只适用于高度较小的盘类零件的毛坯锻造。即0/D02.5。若长或高（0）径（D0）比太大，镦粗易弯曲或形成双鼓形。,视频10：镦粗,视频11：拔长,视频12：弯曲,错移：是将坯料的一部分相对于另一部分错开，但仍保持两部分轴线平行。冲孔：是利用冲头在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造方法。扩孔：是减小空心坯料壁厚而增加其内、外径的锻造工序。冲头扩孔、芯轴扩孔、辗压扩孔,示例
13、：,1、实心圆截面光轴 及阶梯轴,3、单拐及多拐曲轴,5、空心筒,特点和应用：锻件的质量范围宽，操作工具简单；生产效率低，劳动强度大，金属损耗大；锻件尺寸精度低，形状不太复杂；适于单件小批量生产和锻造大型零件毛坯。,视频13：自由锻,模型锻造,定义：把金属坯料放在锻模的模膛内，在模锻锤或压力机上利用冲击力或压力使坯料在模膛内产生变形，从而获得形状与模膛内轮廓相一致的锻件的加工方法。,工艺过程：确定变形工步常见锻件的变形工步如下：,1、盘状锻件,3、弯轴类锻件,5、枝芽类锻件,设计锻模及模膛 模膛可分为：制坯模膛和模锻模膛（1）模锻模膛终锻模膛：其作用是使坯料最后变形到锻件所要求的外形和尺寸。预
14、锻模膛：其作用是使坯料预变形到接近锻件的外形和尺寸。,（2）制坯模膛延伸模膛：用来减少坯料某部分的模截面积以增加其长度。滚压模膛：用来减少坯料局部横截面积，增大另一部分的模截面积，使金属能按锻件的形状来分配。弯曲模膛：用于使毛坯弯曲。切断模膛：内上下模的角上组成的一对刀口，用于切断金属。,锻模可分为：单模膛锻模和多模膛锻模锻后修整,特点和应用：1、生产效率高；2、锻件尺寸精确，表面光洁、加工余量小，节约材料；3、成型依靠模膛控制，可锻造复杂形状的零件；4、适于中小型复杂锻件的大批量生产。,视频14：锤上模锻,四、板料冲压定义：板料冲压是利用装在冲床上的设备(冲模)使板料产生分离或变形的一种塑性
15、成形方法。它主要用于加工板料(10mm以下，包括金属及非金属板料)类零件，故称为板料冲压。基本工序：分离工序：是将冲压件或毛坯沿一定的轮廓相互分离。,剪 切,落 料,落 料,冲 孔,切 边,剖 切：,把半成品切成两个或多个制件，常用于成双冲压。,变形工序：是在材料不产生破坏的前提下使毛坯发生塑性变形，形成所需形状及尺寸的工件。,弯 曲：,使用模具或其它工具，将坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定的角度或弧度的冲压过程。,自由弯曲,模 弯,双模卷绕,单模卷绕,四模弯曲,视频15：拉深,是利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序。,成 形：,模 压 成 形,橡 胶 胀 形,液 体 胀 形,爆炸成形
16、,电磁成形,翻 边：是将工件外缘或内孔翻起一定高度。,视频16：翻边,视频17：涨型,视频18：收口,五、挤压定义：挤压是把金属坯料放入挤压模具中，加压使之通过模孔成型的一种压力加工方法。,主要工艺类型,复合挤压：一部分金属流动方向与凸模运动方向相同，另一部分金属流向相反的挤压方式。,复 合 挤 压,径 向 挤 压,径向挤压：金属流动方向与凸模运动方向成90角度的挤压方式。,静液挤压：,静液挤压主要利用液体对坯料施加压力，使金属坯料通过凹模成形。,一般，静液挤压时的挤压力较其他挤压方法小1050，这是因为静液挤压不存在摩擦力。,静液挤压适于低塑性材料成形、常规材料的大变形量成形和复杂零件的成形。,视频19：挤压成型,六、拉拔定义：拉拔是指将金属坯料拉拔通过具有一定形状的模孔而使其横截面积减小、长度增加的加工方法。是生产棒材、型材、线材和管材的主要方法之一。,拉拔工艺实例：,杭州舒博特新材料科技有限公司系列产品,作业,1、简述砂型铸造的基本过程。2、比较砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造在模型、铸型、冲型方式等方面的差别。3、浇注位置和分型面是如何选择的？4、常见的几种特种铸造和砂型铸造比较，各有何特点？5、自由锻造有何特点，有哪些基本工序？6、比较自由锻造和模锻的特点。7、锻模分哪几类？模膛分哪几类？制坯模膛、预锻模膛、终锻模膛有何区别？,
