金屬材料的成型加工工藝

金屬材料的成型加工工藝 1 金屬材料及其成型工藝 金屬材料是金屬及其合金的總禰 在鋼 鐵和合金為代表的現(xiàn)代工業(yè)社會(huì) 金屬材料以其優(yōu)良的力學(xué)性能 加工性能和獨(dú)特的表面特性 成為現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一大主流材質(zhì) 金屬的成型方法可區(qū)分為鑄造 塑性加工 切削加工 焊接與粉末冶金五類 2 一 鑄造 將熔融態(tài)金屬澆入鑄型后 冷卻凝固成為具有一定形狀鑄件的工藝方法 鑄造是生產(chǎn)金屬零件毛坯的主要工藝方法之一 與其他工藝方法相比 鑄造成型生產(chǎn)成本低 工藝靈活性大 適應(yīng)性強(qiáng) 適合生產(chǎn)不同材料 形狀和重量的鑄件 并適合于批量生產(chǎn) 但它的缺點(diǎn)是公差較大 容易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷 鑄造按鑄型所用材料及澆注方式分為砂型鑄造 熔模鑄造 金屬型鑄造 壓力鑄造以及離心鑄造等 3 砂型鑄造 砂型鑄造俗稱翻砂 用砂粒制造鑄型進(jìn)行鑄造的方法 主要工序有 制造鑄模 制造砂鑄型 即砂型 澆注金屬液 落砂 清理等 砂型鑄造適應(yīng)性強(qiáng) 幾乎不受鑄件形狀 尺寸 重量及所用金屬種類的限制 工藝設(shè)備簡單 成本低 為鑄造業(yè)廣泛使用 4 砂型鑄造工藝流程 零件圖 鑄造工藝圖 型芯 芯盒芯砂 熔化 合箱 落砂 清理 檢驗(yàn) 鑄件 鑄型 型砂模型 5 熔模鑄造 熔模鑄造又稱失蠟鑄造 為精密鑄造方法之一 是常閑的鑄造方法 6 熔模鑄造過程 熔模鑄造過程分為 制作母模 制作壓型 制作蠟?zāi)?制作型殼 脫蠟 焙燒和造型 澆注 脫殼 7 金屬型鑄造 用金屬材料制作鑄型進(jìn)行鑄造的方法 又稱永久型鑄造或硬型鑄造 鑄型常用鑄鐵 鑄鋼等材料制成 可反復(fù)使用 直至損耗 金屬型鑄造所得鑄件的表面光潔度和尺寸精度均優(yōu)于砂型鑄件 且鑄件的組織結(jié)構(gòu)致密 力學(xué)性能較高 適用于中小型有色金屬 如鋁 銅 鎂及其合金等 鑄件和鑄鐵鑄件的生產(chǎn) 8 壓力鑄造 簡稱壓鑄 在壓鑄機(jī)上 用壓射活塞以較高的壓力和速度將壓室內(nèi)的金屬液壓射到模腔中 并在壓力作用下使金屬液迅速凝固成鑄件的鑄造方法 屬于精密鑄造方法 鑄件尺寸精確 表面光潔 組織致密 生產(chǎn)效率高 適合生產(chǎn)小型 薄壁的復(fù)雜鑄件 并能使鑄件表面獲得清晰的花紋 匿案及文字等 主要用于鋅 鋁 鎂 銅及其合金等鑄件的生產(chǎn) 9 離心鑄造 將液態(tài)金屬澆入沿垂直軸或水平軸旋轉(zhuǎn)的鑄型中 在離心力作用下金屬液附著于鑄型內(nèi)壁 經(jīng)冷卻凝固成為鑄件的鑄造方法 離心鑄造的鑄件組織致密 力學(xué)性能好 可減少氣孔 夾渣等缺陷 常用于制造各種金屬的管形或空心圓筒形鑄件 也可制造其他形狀的鑄件 10 二 塑性加工 塑性成型加工指在外力的作用下金屬材料通過塑性變形 獲得具有一定形狀 尺寸和力學(xué)性能的零件或毛坯的加工方法 塑性加工可分為鍛造 扎制 擠壓 拔制 沖壓五種 11 鍛造 鍛造是利用手錘 鍛錘或壓力設(shè)備上的模具對(duì)加熱的金屬坯料施力 使金屬材料在不分離條件下產(chǎn)生塑性變形 以獲得形狀 尺寸和性能符合要求的零件 為了使金屬材料在高塑性下成型 通常鍛造是在熱態(tài)下進(jìn)行 因此鍛造也禰為熱鍛 按成型是否用模具通常分為 自由鍛 模鍛 按加工方法分為 手工鍛造和機(jī)械鍛造 在現(xiàn)代金屬裝飾工藝中 常用的鍛造方法是手工鍛造 12 手工自由鍛 手工自由鍛 是指在金屬板上自由鍛造成型 具體過程是 以紫銅浮雕為例 首先將銅皮用汽油噴燈進(jìn)行加溫 燒至紅色 這一過程稱為 退火 目的是使銅的分子結(jié)構(gòu)重組 使之變軟 將設(shè)計(jì)好的圖案畫在銅皮上 用鏨子將輪廓鏨出 根據(jù)預(yù)先的設(shè)計(jì)將銅皮放在沙袋上 用錘子和鏨子鍛出大的凹凸起伏 將銅皮用膠固定在一張平板上 用各種型號(hào)和形狀的鏨子鏨出一些精細(xì)的造型 其司需要多次退火 將制作好的作品放在鐵墊板上 找平 然后整理好邊緣 將作品需要拋光印地方進(jìn)行拋光 然后進(jìn)行電鍍 化學(xué)著色 防腐等后處理 13 手工模鍛 手工模鍛 是指先做好母模再進(jìn)行鍛造成型 具體過程是 以紫銅浮雕為例 首先按設(shè)計(jì)構(gòu)思 制作好浮雕泥胚 將泥胚翻制成玻璃鋼 將銅皮用汽油噴燈過火 燒至紅色 進(jìn)行退火 將浮雕按區(qū)域分成幾個(gè)大塊面 將鍛好的塊面焊接在一起 找平 然后拋光 將作品進(jìn)行或電鍍 或化學(xué)著色 或防腐等后處理 14 軋制 金屬塑性加工工藝之一 如圖所示 利用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軋輥印壓力使金屬坯料通過一個(gè)特定空間產(chǎn)生塑性變形 以獲得所要求的截面形狀并同時(shí)改變其組織性能 通過軋制可將鋼坯加工成不同截面形狀的原材料 如圓鋼 方鋼 角鋼 下字鋼 工字鋼 槽鋼 z字鋼 鋼軌等 按軋制方式分為橫軋 縱軋和斜軋 按軋制溫度分為熱軋和冷軋 15 熱軋和冷軋 熱軋是將材料加熱到再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行軋制 熱軋變形抗力小 變形量大 生產(chǎn)效率高 適合軋制較大斷面尺寸 塑性較差或變形量較大的材料 冷軋則是在室溫下對(duì)材料進(jìn)行軋制 與熱軋相比 冷軋產(chǎn)品尺寸精確 表面光潔 機(jī)械強(qiáng)度高 冷軋變形抗力大 變形量小 適于軋制塑性好 尺寸小的線材 薄板材等 16 擠壓 將金屬放入擠壓筒內(nèi) 用強(qiáng)大的壓力使坯料從?？字袛D出 從而獲得符合模孔截面的坯料或零件印加工方法 常用的擠壓方法有 正擠壓 反擠壓 復(fù)合擠壓 徑向擠壓 適合于擠壓加工的材料主要有低碳鋼 有色金屬及其合金 通過擠壓可以得到多種截面形狀的型材或零件 17 拔制 金屬塑性加工方法之一 用拉力使大截面的金屬坯料強(qiáng)行穿過一定形狀的?？?以獲得所需斷面形狀和尺寸的小截面毛坯或制品的工藝過程 拉拔生產(chǎn)主要用來制造各種細(xì)線材 薄壁管及各種特殊幾何形狀的型材 拔制產(chǎn)品尺寸精確 表面光潔并具有一定機(jī)械性能 低碳鋼及多數(shù)有色金屬及合金部可拔制成型 多用來生產(chǎn)管材 棒材 線材和異型材等 18 沖壓 金屬塑性加工方法之一 又稱板料沖壓 在壓力作用下利用模具使金屬板料分離或產(chǎn)生塑性變形 以獲得所需工件的工藝方法 按沖壓加工溫度分為熱沖壓和冷沖壓 前者適合變形抗力高 塑性較差的板料加工 后者則在室溫下進(jìn)行 是薄板常用的沖壓方法 按沖壓加工功能分為沖裁加工和成型加工 沖裁加工又稱分離加工 包括沖孔 落料 修邊 剪裁等 成型加工是使材料發(fā)生塑性變形 包括彎曲 拉深 卷邊等 19 三 切削加工 又稱為冷加工 利用切削刀具在切削機(jī)床上 或用手工 將金屬工件的多余加工量切去 以達(dá)到規(guī)定的形狀 尺寸和表面質(zhì)量的工藝過程 按加工方式分為車削 銑削 刨削 磨削 鉆削 鏜削及鉗工等 是最常見的金屬加工方法 20 四 焊接加工 焊接加工是充分利用金屬材料在高溫作用下易熔化的特性 使金屬與金屬發(fā)生相互連接的一種工藝 是金屬加工的一種輔助手段 常用的焊接方法有熔焊 壓焊和釬焊 金屬的焊接性能是指金屬能否適應(yīng)焊接加工而形成完整的具有一定使用性能的焊接接頭印特性 金屬焊接性的好壞取于金屬材料本身的化學(xué)成分和焊接方法 材料化學(xué)成分是影響材料焊接性的最基本因素 材料化學(xué)成分含量不同 其焊接性也不同 如碳鋼的含碳量越高 焊接接頭的淬硬傾向越大 就易于產(chǎn)生裂紋 表明碳鋼印焊接性隨著含碳量的增加而變差 通常 低碳鋼有良好的焊接性 高碳鋼 高合金鋼 鑄鐵和鋁合金的焊接性較差 中碳鋼則介于兩者之間 21 五 粉末冶金 粉末冶金是以金屬粉末或金屬化合物粉末為原料狀和性能