金屬材料加工基礎(chǔ)課件

第二章

金屬材料加工基礎(chǔ)本章主要內(nèi)容：2.1鑄造2.2金屬壓力加工重點(diǎn)：砂型鑄造、鍛造、難點(diǎn)：無(wú)2.1鑄造一、鑄造生產(chǎn)概述1、定義：鑄造是液態(tài)金屬成形的方法，鑄造過(guò)程是熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬在重力、壓力、離心力、電磁力等外力場(chǎng)的作用下充滿鑄型，凝固后獲得一定形狀與性能鑄件的生產(chǎn)過(guò)程，是生產(chǎn)金屬零件和毛坯的主要形式之一。2、鑄造的基本過(guò)程：液態(tài)金屬充型鑄件凝固收縮3、特點(diǎn)：

液態(tài)成型，可鑄造任何形狀的鑄件；鑄件的形狀、尺寸與零件接近，可節(jié)省金屬材料和減少切削加工工作量；適應(yīng)性廣，絕大多數(shù)金屬都可用鑄造方法生產(chǎn)鑄件；設(shè)備投資少，鑄件成本相對(duì)較低；工序較多，易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷，鑄件精度質(zhì)量不高。4、鑄造類型砂型鑄造特種鑄造特種鑄造金屬型鑄造熔模鑄造消失模鑄造連續(xù)鑄造離心鑄造低壓鑄造壓力鑄造七種常見的特種鑄造方法最主要的鑄造方法，占鑄件總產(chǎn)量的80%以上。工序較多，鑄造缺陷，廢品率高二、砂型鑄造1、定義用型砂制成鑄型(砂型)，然后注滿液體金屬并冷卻成形的方法。2、基本生產(chǎn)過(guò)程（1）生產(chǎn)準(zhǔn)備模樣和芯盒的設(shè)計(jì)模樣：為獲得與鑄件形狀和尺寸相適應(yīng)的鑄型空腔而設(shè)計(jì)的與鑄件形狀和尺寸相適應(yīng)的模子。芯盒：用于制造型芯的工藝裝備。型芯：用來(lái)形成有孔或中空鑄件的內(nèi)腔。注意：考慮收縮量的問(wèn)題型（芯）砂的制備技術(shù)要求：應(yīng)具有一定的強(qiáng)度、透氣性、退讓性、潰散性、耐火度等。成分配比：型砂稀釋劑原砂粘結(jié)劑鉻鐵礦砂水溶劑粘土水玻璃樹脂石英砂鋯英砂（2）工藝過(guò)程造型分類：手工造型和機(jī)械造型工序：填砂、緊實(shí)、起模、合箱造芯合箱：把砂型和砂芯按要求組合在一起。澆注落砂和清理視頻1：手工造型方法上一張視頻2：震壓式造型（3）技術(shù)準(zhǔn)備確定澆注位置和分型面澆注位置的選擇質(zhì)量要求較高或重要的加工表面，澆注時(shí)盡量放在下面；鑄件的大平面盡可能朝下；鑄件的薄壁部分放在下部或側(cè)面；澆注位置應(yīng)有利于所確定的凝固順序。分型面的選擇盡可能將鑄件的全部或大部分放在同一砂箱內(nèi)；盡量減少分型面的數(shù)目，用平直分型面代替特殊形狀的分型面；分型面總是放在鑄件的最大截面處，以便于起模。確定主要工藝參數(shù)機(jī)械加工余量鑄造收縮率拔模斜度鑄造圓角拔模斜度澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)定義：澆注系統(tǒng)是指金屬液填充型腔而開設(shè)于鑄型中的一系列通道。組成部分：澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道設(shè)計(jì)原則：確保液態(tài)金屬能夠平穩(wěn)而合理地充滿型腔。補(bǔ)縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)：為消除由于金屬的收縮而產(chǎn)生的縮孔和疏松，鑄造工藝上常采用設(shè)置冒口、冷鐵等工藝措施。冒口定義：金屬液最后凝固的地方極易形成縮孔，為防止產(chǎn)生縮孔，通常在這些部位上方型腔中預(yù)制出與這些部位相通的較大的儲(chǔ)液空腔，該空腔稱為冒口。作用：補(bǔ)縮、排氣、集渣、觀察金屬液等。設(shè)計(jì)原則：冒口的凝固時(shí)間必須大于或等于鑄件被補(bǔ)縮部分的凝固時(shí)間；冒口應(yīng)具有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬液補(bǔ)充鑄件內(nèi)部的體收縮。在鑄件凝固時(shí)，冒口與被補(bǔ)縮部位之間應(yīng)有通暢的補(bǔ)縮通道。冷鐵作用：是為了加速鑄件厚壁部分的冷卻，使其與鄰近部位同時(shí)凝固，避免出現(xiàn)縮孔、縮松等缺陷。分類：內(nèi)冷鐵和外冷鐵內(nèi)冷鐵是采用與鑄件材質(zhì)相同或相近的材料直接插入需要激冷處的型腔內(nèi)，隨后與澆注金屬熔接在一起，成為鑄件的一部分。外冷鐵只與鑄件上被激冷部位表面相接觸而不熔接，故可重復(fù)使用。3、砂型鑄造的特點(diǎn)不受鑄件材質(zhì)、尺寸、質(zhì)量和生產(chǎn)批量的限制；屬于一次性鑄造成形，造型工作量大；鑄件精度和表面質(zhì)量差；砂型鑄造缺陷多，廢品率高，機(jī)械性能較差；設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。三、特種鑄造1、金屬型鑄造定義：金屬型鑄造是指利用金屬材料制成鑄型，在重力作用下將熔融金屬澆注到鑄型中制造鑄件的一種鑄造方法，也稱永久型鑄造。工藝過(guò)程與砂型鑄造類似。工藝過(guò)程：視頻3：金屬型鑄造特點(diǎn)和應(yīng)用：可重復(fù)使用，生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)條件好，但成本高；鑄件精度高，表面粗糙度較低；金屬散熱性能好，晶粒細(xì)化，機(jī)械性能好；不透氣且無(wú)退讓性，易造成鑄件澆不足或開裂。適于生產(chǎn)大批量有色金屬鑄件。2、熔模鑄造定義：是指利用易熔材料（例如蠟）制成模型，并在模型表面粘結(jié)一定厚度的耐火材料，然后將模型熔失而使金屬液充滿型腔的一種鑄造方法。工藝過(guò)程：蠟?zāi)Ｖ圃熘茪っ撓灡簾蜐沧⒁曨l4：熔模鑄造特點(diǎn)和應(yīng)用：鑄件尺寸精度高，表面光潔；可鑄造形狀復(fù)雜零件；工藝過(guò)程復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高；適于鑄造小尺寸的各類合金鑄件，特別是少切削或無(wú)切削精密鑄件。3、壓力鑄造定義：壓力鑄造簡(jiǎn)稱壓鑄，是指將液態(tài)或半液態(tài)合金澆入壓鑄機(jī)的壓室內(nèi)，使之在高壓和高速下充填型腔，并在高壓下成形和結(jié)晶而獲得鑄件的一種鑄造方法。工藝過(guò)程：視頻5：壓力鑄造特點(diǎn)和應(yīng)用：澆注時(shí)間短，易于機(jī)械化、自動(dòng)化作業(yè)；鑄型散熱快，晶粒細(xì)化，耐磨、耐蝕性好；鑄件尺寸精度高，表面光潔；凝固速度快，排氣困難，易形成疏松和縮孔；模具成本高，鑄件尺寸受限；適于有色金屬薄壁復(fù)雜鑄件的大批量生產(chǎn)。4、低壓鑄造定義：是指液態(tài)金屬在低的氣體壓力作用下從坩堝中自下而上地充填型腔并凝固而獲得鑄件的一種鑄造方法。工藝過(guò)程：低壓鑄造火車車輪示意圖視頻6：低壓鑄造特點(diǎn)和應(yīng)用：充型壓力和充型速度易于控制，氣孔、夾渣較少；鑄型散熱快，組織致密，機(jī)械性能好；無(wú)需冒口設(shè)置，金屬利用率高；鑄件尺寸精度高，表面光潔；適于生產(chǎn)質(zhì)量要求高的鋁鎂等有色金屬鑄件。5、離心鑄造定義：將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬在離心力的作用下填充鑄型并凝固成形的鑄造方法。工藝過(guò)程：視頻7：離心鑄造特點(diǎn)和應(yīng)用：離心力改善了補(bǔ)縮條件，縮孔等缺陷減少；改善金屬的流動(dòng)性，提高了充型能力；簡(jiǎn)化了中空?qǐng)A柱形鑄件的生產(chǎn)過(guò)程；成分偏析嚴(yán)重，尺寸難以控制；特別適于橫截面呈圓柱的鑄件生產(chǎn)。6、連續(xù)鑄造：定義：是指將熔融金屬連續(xù)不斷地澆注到被稱為結(jié)晶器的特殊容器中，凝固的鑄件不斷從結(jié)晶器的另一端被引出，從而獲得任意長(zhǎng)度的等橫截面鑄件的鑄造方法。工藝過(guò)程：連續(xù)鑄造工藝過(guò)程示意圖特點(diǎn)和應(yīng)用：冷卻速度快，組織致密，機(jī)械性能好；工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高；適于橫截面一定的鋼材、鋁材和鑄鐵管等鑄件的生產(chǎn)。7、消失模鑄造定義：是指用泡沫塑料聚苯乙烯制成帶有澆冒系統(tǒng)的模型，覆上涂料，用干砂造型，不需取模，直接澆注的鑄造生產(chǎn)方法。工藝過(guò)程：特點(diǎn)和應(yīng)用：不分型，不起模，工藝簡(jiǎn)化，精度提高；能制造形狀復(fù)雜的鑄件和工藝品；冒口設(shè)置可自由設(shè)置，不易產(chǎn)生縮孔、疏松等；易產(chǎn)生有害氣體，鑄件易滲碳，降低鑄件表面質(zhì)量；適于生產(chǎn)起模困難，形狀復(fù)雜的鑄件。2.2金屬壓力加工一、概述1、定義：壓力加工是指在不破壞金屬自身完整性的條件下，利用外力作用使金屬產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和機(jī)械性能的毛坯或零件的加工方法，也稱為塑性成形或塑性加工。2、特點(diǎn)：減少金屬量的消耗，提高生產(chǎn)率；消除材料內(nèi)部的某些缺陷，改善材料組織及性能；不適于制造形狀復(fù)雜的零件及低塑性材料。3、分類：原材料的成型加工：軋制、擠壓、拉拔毛坯或零件的成型加工：鍛造、板料沖壓二、軋制1、定義：軋制是金屬坯料在旋轉(zhuǎn)軋輥的間隙中靠摩擦力的作用連續(xù)進(jìn)入軋輥而產(chǎn)生塑性變形的一種壓力加工方法。平板軋制薄板平板大鍋爐支撐反應(yīng)容器坦克裝甲波音747蒙皮飲料罐香煙鋁箔300mm150mm100～125mm1.8mm0.1mm0.008mm<6mm6mm2、主要工藝類型

根據(jù)軋輥軸線與坯料軸線方向的不同，軋制可分為縱軋、橫軋、斜軋和楔橫軋?？v軋：軋輥軸線與坯料軸線方向垂直。固定芯桿移動(dòng)芯桿無(wú)芯桿芯桿＋凹軋輥幾種常見的管材軋制工藝橫軋：軋輥軸線與坯料軸線方向平行，坯料在轉(zhuǎn)向相同的兩軋輥間轉(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生變形。斜軋：軋輥軸線與坯料軸線方向互成一定的角度。

楔橫軋：利用兩個(gè)外表鑲有凸塊并作同向旋轉(zhuǎn)的平行軋輥對(duì)沿軋輥軸向送進(jìn)的坯料進(jìn)行軋制的方法。主要用于加工階梯軸、錐形軸等各種對(duì)稱的零件或毛坯。金屬變形過(guò)程軋制時(shí)坯料徑向尺寸減小，長(zhǎng)度增加視頻8：軋制三、鍛造定義：鍛造是將固態(tài)金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，在壓力作用下產(chǎn)生塑性變形，把坯料的某一部分體積轉(zhuǎn)移到另一部分，從而獲得一定形狀、尺寸和內(nèi)部質(zhì)量的鍛件的工藝方法。分類：自由鍛造、模型鍛造鍛造錐齒輪軸的步驟自由鍛造定義：是指借助鍛壓設(shè)備上下砧塊的壓力使經(jīng)過(guò)加熱的坯料成形的壓力加工方法，在鍛造過(guò)程中，金屬沿垂直于作用力的方向上自由變形?；竟に囘^(guò)程：自由鍛工序：基本工序：指為達(dá)到工件要求的尺寸和形狀而必須進(jìn)行的塑性變形的工藝過(guò)程，墩粗、拔長(zhǎng)、沖孔、擴(kuò)孔、錯(cuò)移、扭轉(zhuǎn)等。輔助工序：指為基本工序操作方便而對(duì)坯料進(jìn)行的預(yù)先變形。修整工序：指變形之后用以減少鍛件表面缺陷的工序，如滾圓、平整等。視頻9：自由鍛工序

基本工序：鐓粗鐓粗應(yīng)用范圍：

只適用于高度較小的盤類零件的毛坯鍛造。即Ｈ0/D0≤2.5。若長(zhǎng)或高（Ｈ0）徑（D0）比太大，鐓粗易彎曲或形成雙鼓形。視頻10：鐓粗視頻11：拔長(zhǎng)視頻12：彎曲錯(cuò)移：是將坯料的一部分相對(duì)于另一部分錯(cuò)開，但仍保持兩部分軸線平行。沖孔：是利用沖頭在坯料上沖出透孔或不透孔的鍛造方法。擴(kuò)孔：是減小空心坯料壁厚而增加其內(nèi)、外徑的鍛造工序。沖頭擴(kuò)孔、芯軸擴(kuò)孔、輾壓擴(kuò)孔示例：1、實(shí)心圓截面光軸

及階梯軸拔長(zhǎng)（鐓粗及拔長(zhǎng)）鍛臺(tái)階切割2、實(shí)心方截面光桿及階梯桿拔長(zhǎng)（鐓粗及拔長(zhǎng)）鍛臺(tái)階切割沖孔3、單拐及多拐曲軸拔長(zhǎng)（鐓粗及拔長(zhǎng)）鍛臺(tái)階錯(cuò)移切割扭轉(zhuǎn)4、空心光環(huán)及階梯環(huán)拔長(zhǎng)（鐓粗及拔長(zhǎng)）擴(kuò)孔沖孔5、空心筒拔長(zhǎng)（鐓粗及拔長(zhǎng)）在心軸上拔長(zhǎng)6、彎曲件拔長(zhǎng)彎曲特點(diǎn)和應(yīng)用：鍛件的質(zhì)量范圍寬，操作工具簡(jiǎn)單；生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，金屬損耗大；鍛件尺寸精度低，形狀不太復(fù)雜；適于單件小批量生產(chǎn)和鍛造大型零件毛坯。視頻13：自由鍛模型鍛造定義：把金屬坯料放在鍛模的模膛內(nèi)，在模鍛錘或壓力機(jī)上利用沖擊力或壓力使坯料在模膛內(nèi)產(chǎn)生變形，從而獲得形狀與模膛內(nèi)輪廓相一致的鍛件的加工方法。工藝過(guò)程：確定變形工步

常見鍛件的變形工步如下：1、盤狀鍛件鐓粗終鍛（預(yù)鍛）2、直軸類鍛件拔長(zhǎng)終鍛滾壓（預(yù)鍛）3、彎軸類鍛件拔長(zhǎng)終鍛滾壓（預(yù)鍛）彎曲4、叉類鍛件拔長(zhǎng)終鍛滾壓預(yù)鍛5、枝芽類鍛件拔長(zhǎng)終鍛滾壓（預(yù)鍛）成形設(shè)計(jì)鍛模及模膛模膛可分為：制坯模膛和模鍛模膛（1）模鍛模膛終鍛模膛：其作用是使坯料最后變形到鍛件所要求的外形和尺寸。預(yù)鍛模膛：其作用是使坯料預(yù)變形到接近鍛件的外形和尺寸。（2）制坯模膛延伸模膛：用來(lái)減少坯料某部分的模截面積以增加其長(zhǎng)度。滾壓模膛：用來(lái)減少坯料局部橫截面積，增大另一部分的模截面積，使金屬能按鍛件的形狀來(lái)分配。彎曲模膛：用于使毛坯彎曲。切斷模膛：內(nèi)上下模的角上組成的一對(duì)刀口，用于切斷金屬。鍛?？煞譃椋?jiǎn)文Ｌ佩懩：投嗄Ｌ佩懩ｅ懞笮拚攸c(diǎn)和應(yīng)用：1、生產(chǎn)效率高；2、鍛件尺寸精確，表面光潔、加工余量小，節(jié)約材料；3、成型依靠模膛控制，可鍛造復(fù)雜形狀的零件；4、適于中小型復(fù)雜鍛件的大批量生產(chǎn)。視頻14：錘上模鍛四、板料沖壓定義：板料沖壓是利用裝在沖床上的設(shè)備(沖模)使板料產(chǎn)生分離或變形的一種塑性成形方法。它主要用于加工板料(10mm以下，包括金屬及非金屬板料)類零件，故稱為板料沖壓?；竟ば颍悍蛛x工序：是將沖壓件或毛坯沿一定的輪廓相互分離。剪切剪切剪刀沖模

落料落料沖孔切口：在坯料上沿不封閉輪廓沖出缺口，切口部分發(fā)生彎曲，如通風(fēng)板。切邊剖切：把半成品切成兩個(gè)或多個(gè)制件，常用于成雙沖壓。變形工序：是在材料不產(chǎn)生破壞的前提下使毛坯發(fā)生塑性變形，形成所需形狀及尺寸的工件。彎曲：使用模具或其它工具，將坯料的一部分相對(duì)于另一部分彎曲成一定的角度或弧度的沖壓過(guò)程。自由彎曲模彎雙模卷繞單模卷繞四模彎曲拉深

拉深是在壓力機(jī)上，利用模具使金屬板料產(chǎn)生塑性變形，使之成為開口空心零件的一種沖壓工藝，也稱拉延。視頻15：拉深是利用局部變形使坯料或半成品改變形狀的工序。成形：模壓成形橡膠脹形液體脹形15432旋壓成形爆炸成形電磁成形翻邊：是將工件外緣或內(nèi)孔翻起一定高度。視頻16：翻邊視頻17：漲型視頻18：收口五、擠壓定義：擠壓是把金屬坯