搜索
第六章材料成型技术材料是人类文明的基石，是现代高科技的三大支柱之一。没有材料，就没有人类文明。但是，材料需要成形才能使用，材料的发展和成形工艺的发展是密不可分的。所以材料成形工艺是材料能否得到善用的关键。第一节材料成型基本方法铸造塑性成形焊接挤压轧制拉拔冲压锻造基本方法一、铸造工艺铸造工艺特点:铸造生产是把金属加热熔化后注入铸型的型腔中，待金属液冷却后获得铸件的一种生产工艺方法。（1）适应性广。（2）可复杂成形。（3）成本较低。（4）存在一些不足，组织缺陷，力学性能偏低，质量不稳定，工作环境较差。分类:砂型铸造与特种铸造砂型铸造是基础，特种铸造是在砂型铸造基础上革新发展起来的。型砂配制造型砂型干燥工装准备炉料准备合金冶炼芯砂配制造芯型芯干燥工艺三大块：冶炼，造型（芯）和浇注落砂清理铸件检验入库砂型铸造工艺流程图合型浇注凝固冷却1、砂型铸造浇注系统型腔冒口温度距离123缩孔2、特种铸造•金属型铸造•陶瓷型铸造•磁型铸造•熔模铸造•消失模铸造•压力铸造•低压铸造•挤压铸造•离心铸造两类特点：1.充型力变更；2.型模革新特种铸造属先进铸造，是铸造技术沿精密、洁净和高效方向的发展。铸造力模材料精密铸造意味着毛坯组织致密、表面光洁，和尺寸精度高，可达到少、无切削加工和直接成形。在节省材料和能源上有鲜明的意义。各种铸造方法精度比较工艺名称尺寸精度表面粗糙度砂型铸造IT14-1650-12.5熔模铸造IT11-1412.5-1.6金属型铸造IT12-IT1612.5-6.3压力铸造IT11-136.3-1.6低压铸造IT12-IT1612.5-3.2挤压铸造IT11-136.3-1.6成形加工方法产品耗能量106Jkg-1材料利用率%铸造30-3890冷变形加工4185热变形加工46-4975-80机械加工66-8245-50（1）.熔模铸造熔模铸造的特点和应用•（1）铸件精度高，表面质量好，无切削工艺。尺寸精度IT11-14，表面粗糙度Ra12.5-1.6m。•（2）可铸造形状复杂铸件，最小壁厚可达0.3mm，最小铸孔直径0.5mm。可一次铸出组合体。•（3）铸造合金种类不受限制，尤其适合高熔点和难切削合金。•（4）生产批量不受限制，可单件或成批生产。•（5）工序繁杂，生产周期长，原辅材料费用高，生产成本较高，铸件限于25kg。用易熔材料制成模样，然后在模样上涂挂若干层耐火涂料制成型壳，经硬化后再将模样熔化，排出型外，从而获得无分型面的铸型。熔模铸造过程演示产品设计模具制作射蜡蜡件组合沾浆淋砂预热脱蜡浇铸除壳切断磨水口手表外壳的熔模制造工艺（2）.金属型铸造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。金属型具备的性能：高的耐热性和导热性，反复受热不变形，不破坏；一定的强度、韧性及耐磨性；好的切削加工性能。金属型材料一般选用铸铁、碳素钢或低合金钢。金属型铸造的特点和应用范围：1）金属型铸件冷却快，组织致密，力学性能高。2）铸件的精度和表面质量较高3）浇冒口尺寸较小，液体金属耗量减少，一般可节约15%－30%。4）不用砂或少用砂。主要缺点：金属型无透气和退让性，铸件冷却速度大，容易产生浇不到、冷隔、裂纹等缺陷。金属型铸件3.压力铸造将液态或半液态合金在高压作用下，以高速充填铸型型腔，并在压力下结晶凝固而获得铸件的特种铸造工艺。两个特点：高压：比压5-70MPa高速：充型时间0.01-0.2秒缺点：压铸型寿命短、压铸机投资大、压铸件存在气孔。精度高（IT11-14级；3.2-0.8m）、组织致密；适应形状复杂、轮廓清晰、薄壁深腔铸件；可组合压铸或镶嵌压铸；生产率高、材料利用率提高60-70%、实现少切削和零切削，经济效益好。工业应用：汽车、摩托车、家电、照相机、仪表、计算机、医疗器械、电器、航天航空、五金、办公用品、钟表、纺织、军事武器等。压力铸机床二、锻压工艺锻压是利用金属坯料在外力作用下，产生塑性变形，制造毛坯或零件的成形方法。压力加工方法有：轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻和板料冲压等。冲压Stamping：通过装在压力机上的模具对板料施压，使之产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件或毛坯。锻压：是锻造与冲压的总称。对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状，改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。锻造Forging：在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定的几何形状、尺寸和质量的锻件的加工方法。工（模）具一般作直线运动。锻造方法自由锻只用简单的工具，或在锻造设备的上下砧间对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得的锻件。金属坯料在抵铁间受压变形时，可朝各个方向自由流动，不受限制，成本低。锻件精度较低，加工余量较大，生产率低，受操作者的技术水平影响大。自由锻应用：一般只适合于单件、小批量生产。也是锻制大型锻件的唯一方法。模锻利用模具使坯料变形而获得锻件。自由锻特点：模锻的特点：（1）生产效率高。（2）接近于成品，流线比较完整，有利于力学性能和使用寿命。（3）锻件表面光洁，尺寸精度高，节约材料和切削加工工时。（4）操作简便，质量易于控制，生产过程易实现机械化、自动化。模锻需要专门的模锻设备，要求功率大、刚性好、精度高，设备投资大，能量消耗大。另外，锻模制造工艺复杂，制造成本高、周期长。弯曲连杆的模锻机床3600吨水压机在挤压全纤维曲轴3、板料冲压利用装在压力机上的模具使板料分离或成形，从而获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的一种加工方法。分类：冲压温度冷冲压（常温进行,6mm）热冲压（厚度﹙8mm）模具简单模冲压连续模冲压符合模冲压特点：1、尺寸精度高，表面质量稳定，一般不用切削加工；2、质量轻，刚性好，强度较高，材料消耗少；3、操作简单，易实现机械化和自动化，生产率高，成本低；4、冲模结构复杂，精度要求高，费用高，需要一定批量才行。简单冲裁模是单工序冲裁模,在压力机滑块每次行程中只能完成同一种冲裁工序.1、简单冲裁模特点:模具结构简单,制造方便,成本低廉,但不能精确保证外形与内孔的位置精度,且生产率低。复合冲裁模是多工序模,压力机滑块每往复一次,便可使板料在模具同一位置上完成两个或两个以上的冲裁工序。2、复合冲裁模特点:结构紧凑,制件精度高,特别是制件内外轮廓的位置精度高,但是加工装配困难,制造周期长,生产成本高.连续冲裁模(级进模)在条料送进方向上具有两个以上的工位,并在压力机一次行程中,在不同的工位上完成两道或两道以上的冲裁工序.3、连续冲裁模(级进模)特点:生产率高,制件精度高,操作方便,便于实现冲压自动化.但模具结构尺寸较大三、焊接是指通过适当工艺方法，使两个分离的金属物体（同种或异种金属）产生原子（分子）间结合而连接成一体的连接方法。在各种产品制造工业中，焊接与切割（热切割）是一种十分重要的加工工艺。据工业发达国家统计,每年仅需要进行焊接加工后使用的钢材就占钢总产量的45%左右。焊接可以实现各种钢材，以及铝、铜等有色金属及钛、锆等特种金属材料的连接，因而广泛地应用于机械制造、造船、海洋开发、汽车制造、石油化工、航天技术、原子能、电力、电子技术及建筑等部门。常用电弧焊方法：手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊、等离子弧焊1.手工电弧焊电焊借助电弧进行焊接，学名电弧焊。基本工艺装备焊机焊钳焊条焊接工艺原理工件接触引弧阴极区2400K阴极区2400K阳极区2600K弧柱区6000-8000K2.埋弧焊在焊剂层下燃烧进行的焊接方法称为埋弧焊。引弧，焊丝送进，电弧移动，收弧等动作由机械自动进行的埋弧焊称为埋弧自动焊。焊剂埋弧作用熔化形成熔渣，覆盖熔池以隔绝空气保护熔池；阻挡弧光辐射和金属飞溅。埋弧焊剂熔炼焊剂:主要起保护作用非熔炼焊剂：还起冶金作用埋弧自动焊的局限性（1）只适应水平位置长直焊缝（2）焊接钢板厚度6-60mm（3）不能焊接活泼金属及其合金国产MZ系列自动埋弧焊机实照埋弧焊原理图3.气体保护焊用气体将电弧，熔池与周围空气隔离，以防止空气与熔化金属发生冶金反应的焊接工艺称为气体保护焊。非熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊保护气体：Ar，He，CO2，N2等表2气体保护焊工艺特征电极材料保护气体非熔化极气体保护焊钨或钨合金棒氩气或氦气熔化极气体保护焊焊丝电极活性气体，惰性气体或CO2（1）钨极氩弧焊适用性薄板厚度0.5-6mm易氧化非铁合金和难熔活性金属工件Ar+V丝V焊钍钨棒或铈钨棒（2）熔化极氩弧焊适用性中厚板焊接高合金钢，活泼金属工件Ar+焊丝（3）CO2气体保护焊CO2气体的作用：（1）机械隔离空气起保护作用（2）高温分解为CO和O，具氧化性（3）冷却效应导致烟雾，电弧不稳，金属飞溅技术要求使用直流焊机，一般直流反接，CO2流量5-15L/min二氧化碳气体保护焊设备