工业设计中常用的金属加工工艺

工业设计中常用的金属加工工艺铸造成型将熔融态金属浇入铸型后，冷却凝固成为具有一定形状铸件的工艺方法。铸造按铸型所用材料及浇注方式分为砂型铸造和特种铸造(包括：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造和离心铸造）等。(1)砂型铸造俗称翻砂，用砂粒制造铸型进行铸造的方法。主要工序有：制造铸模，制造砂铸型(即砂型)，浇注金属液，落砂，清理等。砂型铸造适应性强，几乎不受铸件形状、尺寸、重量及所用金属种类的限制，工艺设备简单，成本低，为铸造业广泛使用。砂型铸造的基本工艺过程如下：TransitionalPage砂型铸造的工艺流程图：工装准备芯砂配置砂型配制造型炉料准备制芯砂型干燥合金熔炼型芯干燥合箱浇注凝固冷却落砂清理铸件检验成品入库Backdrops:-Thesearefullsizedbackdrops,justscalethemup!-CanbeCopy-PastedoutofTemplatesforuseanywhere!砂型铸造造型（制芯）方法1、手工造型常用的手工造型的方法有：整模造型，挖砂造型，假箱造型，分模造型，活块造型，刮板造型等2、机器造型常用的机器造型的方法有：震压造型，抛砂造型，微震压造型，高压造型，射压造型。(2)特种铸造之一——熔模铸造又称失蜡铸造，为精密铸造方法之一，是常用的铸造方法。①制作母模：母模是铸件的基本模样，用于制造压型。可根据设计方案用适当的材料制作母模。②制作压型：压型是制造蜡模的特殊铸型；压型常用钢或铝合金加工而成，小批量时可采用易熔合金、石膏或硅橡胶制作。用硅橡胶制作压型时，将母模均匀的刷上一层硅橡胶，然后贴一层纱布，如此反复五六次，视铸件的大小决定。外层用石膏固定，待硅橡胶模固化后，取出母模，即翻制得硅橡胶模压型。③制作蜡模：制造蜡模的材料有石蜡、蜂蜡、硬脂酸和松香等，常用50％石蜡和50%硬脂酸的混合料。将熔化好的45-48度的蜡料倒入压型内，同时不断的翻转压型，使蜡料均匀形成蜡模，待蜡料冷却后便可从压型中取出，修毛刺后即得蜡模。批量生产时则将多个蜡模组装成蜡模组。使用蜡棒粘接蜡模制作浇注流道，浇注流道要有浇注口和出口。熔模铸造又称失蜡铸造，为精密铸造方法之一，是常用的铸造方法。溶模铸造的工艺过程：制作母模、制作压型、制作蜡模、制作型壳、脱蜡、焙烧和造型、浇注、脱壳。熔模铸造应用•失蜡法一般用于制作小型铸件•用这种方法铸出的铜器既无范痕，又无垫片的痕迹，用它铸造镂空的器物更佳。金属塑性加工•塑性加工是使金属在外力（通常是压力）作用下，产生塑性变形，获得所需形状，尺寸和组织，性能的制品的一种基本的金属加工技术，以往常称压力加工。金属塑性加工的种类很多，根据加工时工件的受力和变形方式，基本的塑性加工方法有锻造，轧制，挤压，拉拔，拉深，弯曲，剪切等几类简称压铸。在压铸机上，用压射活塞以较高的压力和速度将压室内的金属液压射到模腔中，并在压力作用下使金属液迅速凝固成铸件的铸造方法。属于精密铸造方法。铸件尺寸精确，表面光洁(便面粗糙度达到6.3-1.6微米)，组织致密，生产效率高。适合生产小型、薄壁(0.8毫米,孔径可达0.8毫米,螺距可达0.75毫米)的复杂铸件，铸件抗拉强度壁砂型铸造高25%-40%.并能使铸件表面获得清晰的花纹、图案及文字等。主要用于锌、铝、镁、铜及其合金等铸件的生产。金属塑性加工—锻造•靠锻压机的锻锤锤击工件产生压缩变形的一种加工方法,有自由锻和模锻两种方式.自由锻不需专用模具,靠平锤和平砧间工件的压缩变形,使工件镦粗或拔长,其加工精度低,生产率也不高,主要用于轴类,曲柄和连杆等单件的小批生产.模锻通过上,下锻模模腔拉制工作的变形,可加工形状复杂和尺寸精度较高的零件,适于大批量的生产,生产率也较高,是机械零件制造上实现少切削或无切削加工的重要途径.•实例冲压冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料，模具和设备是冲压加工的三要素。冲压加工是一种金属冷变形加工方法。所以，被称之为冷冲压或板料冲压，简称冲压。它是金属塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成型工程技术。塑性成型锻造挤压拔制轧制(1)锻造锻造是利用手锤、锻锤或压力设备上的模具对加热的金属坯料施力，使金属材料在不分离条件下产生塑性变形，以获得形状、尺寸和性能符合要求的零件。为了使金属材料在高塑性下成型，通常锻造是在热态下进行，因此锻造也称为热锻。锻造按成型是否用模具通常分为自由锻和模锻，按加工方式分为手工锻造和机械锻造。自由锻是利用冲击力或压力使金属坯料在上、下砥铁(砧)之间,产生塑性变形而获得所需形状,尺寸和内部质量锻件的加工方法，如图6-5所示。模锻是使金属坯料在具有一定形状的锻模模膛内受压变形，获得所需形状,尺寸和内部质量锻件的加工法方法.由于模膛限制了金属胚料的流动,使得模锻件与模膛形状一致.如图6-6所示。模锻模锻根据适用设备不同可以分为锤上模锻,压力机上模锻和胎模锻.模锻的优点有:(１)生产效率高;(２)能锻造形状复杂的锻件,并可以使金属流线分布合理,提高了零件的适用寿命;(３)模锻件的尺寸精确,表面质量好,加工余量小;(４)模锻件可以减少切削加工的工作量,在批量足够条件下可以降低零件成本;(５)操作简单,劳动强度低.(2)轧制利用两个旋转轧辊的压力使金属坯料通过一个特定空间产生塑性变形，以获得所要求的截面形状并同时改变其组织性能。按轧制温度分为热轧（断面尺寸大）和冷轧（线材、薄板，光洁度好）(3)挤压将金属放入挤压筒内，用强大的压力使坯料从模孔中挤出，从而获得符合模孔截面的坯料或零件的加工方法，如图6—9所示。常用的挤压方法有：正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压。适合于挤压加工的材料主要有低碳钢、有色金属及其合金。通过挤压可以得到多种截面形状的型材或零件。(4)拔制用拉力使大截面的金属坯料强行穿过一定形状的模孔，以获得所需断面形状和尺寸的小截面毛坯或制品的工艺过程。（低碳钢、有色金属、合金，管材、棒材、线材、异形材）5冲压模具介绍冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。实例切削加工•用切削工具(包括刀具、磨具和磨料)把坯料或工件上多余的材料层切去成为切屑，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。•切削加工简介:何切削加工都必须具备3个基本条件:切削工具、工件和切削运动。切削工具应有刃口，其材质必须比工件坚硬。不同的刀具结构和切削运动形式构成不同的切削方法。用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削和锯切等；用刃形和刃数都不固定的磨具•磨料进行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和抛光等。•切削加工是机械制造中最主要的加工方法。虽然毛坯制造精度不断提高，精铸、精锻、挤压、粉末冶金等加工工艺应用日广，但由于切削加工的适应范围广，且能达到很高的精度和很低的表面粗糙度，在机械制造工艺中仍占有重要地位。4．焊接加工焊接加工是充分利用金属材料在高温作用下易熔化的特性，使金属与金属发生相互连接的一种工艺，是金属加工的一种辅助手段。常用的焊接方法有熔焊、压焊和钎焊，如图6—14所示。金属的焊接性能是指金属能否适应焊接加工而形成完整的具有一定使用性能的焊接接头印特性。金属焊接性的好坏取于金属材料本身的化学成分和焊接方法。材料化学成分是影响材料焊接性的最基本因素。材料化学成分含量不同，其焊接性也不同。如碳钢的含碳量越高，焊接接头的淬硬倾向越大，就易于产生裂纹，表明碳钢印焊接性随着含碳量的增加而变差。通常，低碳钢有良好的焊接性，高碳钢、高合金钢、铸铁和铝合金的焊接性较差，中碳钢则介于两者之间。焊接实例•不同的焊接方法有不同的焊接工艺。焊接工艺主要根据被焊工件的材质、牌号、化学成分，焊件结构类型，焊接性能要求来确定。首先要确定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等等，焊接方法的种类非常多，只能根据具体情况选择。确定焊接方法后，再制定焊接工艺参数，焊接工艺参数的种类各不相同，如手弧焊主要包括：焊条型号（或牌号）、直径、电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊接层数、道数、检验方法等等。•实例金属表面处理通过加热和冷却的方法，改变金属内部或表面的绢织结构，以获得预期性能的工艺方法。根据热处理时加热冷却规范的基本特点及其对组织性能的影响，金属热处理可分为普通热处理、表面热处理和特殊热处理。1.普通热处理普通热处理包括退火、正火、淬火和回火处理(如图6—15所示)。①退火是将金属加热到临界温度(Ac3：或Ac1，)以上，保温一段时间后度冷却，使其组织结构接近均衡状态，从而消除或减少内应力，均化组织和成分，有利于加工作业。2．表面热处理表面热处理包括表面淬火和化学热处理：①表面淬火是通过快速加热金属表面层至所要求的温度，然后进行淬火，以提高金属表面的硬度和耐磨性。②化学热处理是将金属工件置于一定活性介质中加热保温，使介质元素渗入工件表面，改变其表面的化学成分和组织结构，使表面达到预期要求的性能。常用的化学热处理包括渗碳、渗氮和氨碳共渗(又称氰化)。3．特殊热处理特殊热处理是利用一些特殊工艺方法进行热处理，通常有形变热处理、磁场热处理等。金属材料表面装饰技术是保护和美化产品外观的手段，主要分为表面着色工艺和肌理工艺。(1)金属表面着色工艺金属表面着色工艺是采用化学、电解、物理、机械、热处理等方法，使金属表面形成各种色泽的膜层、镀层或涂层。A、化学着色：在特定的溶液之中，通过金属表面与溶液发生化学反应，在金属表面生成带色的基体金属化合物膜层的方法。B、电解着色：在特定的溶液中，通过电解处理方法，使金属表面发生反应而生成带色膜层。C、阳极氧化染色：在特定的溶液中，以化学或电解的方法对金属进行处理，生成能吸附染料的膜层，在染料作用下着色，或使金属与染料微粒共析形成复合带色镀层。染色的特征是使用各种天然或合成染料来着色，金属表面呈现染料的色彩。染色的色彩艳丽，色域宽广，但目前应用范围较窄，只限于铝、锌、镐、镍等几种金属。D、镀覆着色：采用电镀、化学镀、真空蒸发沉积镀和气相镀等方法，在金属表面沉积金属、金属氧化物或合金等，形成均匀膜层。2．金属材料的表面装饰技术•E、涂覆着色：采用浸涂、刷涂、喷涂等方法，在金属表面涂覆有机涂层。•F、珐琅着色：在金属表面覆盖玻璃质材料，经高温烧制形成膜层。•G、热处理着色：利用加热的方法，使金属表面形成带色氧化膜。•H、传统着色技术：包括做假锈、汞齐镀、热浸镀锡、鎏金、鎏银以及亮斑等。•(2)金属表面肌理工艺•金属表面肌理工艺是通过锻打、刻划、打磨、腐蚀等工艺在金属表面制作出肌理效果。•①表面锻打：使用不同形状的锤头在金属表面进行锻打，从而形成不同形状的点状肌理，层层叠叠，十分具有装饰性。•②表面抛光：利用机械或手工以研磨材料将金属表面磨光的方法。表面抛光又有磨光、镜面、丝光、喷砂等效果。根据表面效果的不同，使用的工具和方法也不尽相同。•③表面镶嵌：在金属表面刻画出阴纹，嵌入金银丝或壶银片等质地较软的金属材料，然后打磨平整。呈现纤巧华美的装饰效果。金属加工工艺在工业设计中的应用“鹿特丹”桌(图6-21）由设计师亚历山大格尔曼（AlexanderGelman)设计的桌，有九块板折叠而成，，敞开的顶部可充当桌面，起搁物架的作用。折叠板采用白色镀锌铝板，折叠板的边缘钻有孔洞，有竖直铰链及不锈钢螺钉（圆头)将各部分边缘相连接。