金属材料及加工工艺课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,12 十一月 2026,金属材料及加工工艺课件,第8讲主要内容：,8.1 金属的固有特性,8.2 金属材料的成型加工,铸造加工,塑性加工,切削加工,焊接加工,粉末冶金,8.3 金属材料的热处理,8.4 特种加工方法,8.5 常用金属材料,8.6 金属材料在设计中的应用,Date,2,造型材料与工艺,岁月的沧桑锈蚀在金属产品上，浮起层层斑驳，然而金属材质以其天然的无可比拟的坚固性，永恒地保留下人类驾驭自然、改造自然的能力和创造造型美的才华。,Date,3,造型材料与工艺,最古老的金属材料,金,银,铜,铁,Date,4,造型材料与工艺,最常用的金属材料,钢,铝合金,钛合金,Date,5,造型材料与工艺,最先进的金属材料,超高纯度铁,超高强度钢,超高速钢(用作刀具),超高易切削钢,超硬合金,金属陶瓷,超塑性合金,超导材料,超耐热合金,金属基复合材料,金属玻璃,纳米金属颗粒,形状记忆合金,贮氢合金,Date,6,造型材料与工艺,8.1 金属材料的固有特性,金属材料几乎都是具有晶格结构的固体，由金属键结合而成。,金属材料是电与热的良导体。,金属材料表面具有金属所特有的色彩与光泽。,金属材料具有良好的延展性。,金属可以制成金属键化合物，可以与其他金属或非金属元素在熔融状态下形成合金，以改善金属的性能。,除了贵金属之外，几乎所有金属的化学性能都较为活泼，易于氧化而生锈。,Date,7,造型材料与工艺,8.2 金属材料的成型加工,8.2.1 铸造（Foundry,）,概念,铸造是指将液态金属注入与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，冷却凝固后获得毛坯或零件的方法。,Date,8,造型材料与工艺,在机械制造中的地位,按质量计算，在机床、内燃机、重型机器中，铸件约占50%70%；在汽车中约占 20%30%。,Date,9,造型材料与工艺,铸造工艺的分类：,砂型铸造,特种铸造,熔模铸造,金属型铸造,压力铸造,离心铸造,Date,10,造型材料与工艺,特点,适用于各种金属材料,能制成各种尺寸和形状的铸件,节省材料，减少加工余量，降低成本,容易产生气孔、缩孔和裂纹等缺陷,铸件的力学性能不如相同材料的锻件,生产工序多、铸件质量不稳定、废品率高、工作条件差、劳动强度高,Date,11,造型材料与工艺,铸造产品,Date,12,造型材料与工艺,1、砂型铸造,Date,13,造型材料与工艺,工序：,模样与芯盒准备、型砂与芯砂配制造型、造芯熔炼、浇注落砂、清理检验入库。,Date,14,造型材料与工艺,模样和芯盒：,模样和芯盒是用来造型和造芯的基本工艺装备。如图所示模样用于形成铸型的型腔，它和铸件的外形相适应；芯盒用于制造芯（芯子），其内腔与芯子的形状和尺寸相适应。在单件或小批生产时，模样和芯盒可用木材制作，大批、大量生产时，可用铝合金、塑料等材料来制作。,Date,15,造型材料与工艺,造型材料：,造型材料是指用于制造砂型（芯）的材料，主要包括型砂和芯砂。,型（芯）砂主要由原砂、粘结剂、附加物、水、旧砂按比例混合而成。根据型砂中采用粘结剂种类的不同，型砂可分为粘土砂、树脂砂、水玻璃砂、油砂等。,型砂与芯砂应具备如下性能：足够的强度；较高的耐火性；良好的透气性；较好的退让性。,（型砂具有随铸件的冷却收缩而被压缩其体积的性能）,Date,16,造型材料与工艺,砂型,Date,17,造型材料与工艺,砂型铸件,Date,18,造型材料与工艺,清砂,Date,19,造型材料与工艺,砂型铸件,Date,20,造型材料与工艺,特点,最常用、最基本的铸造方法,设备简单、操作灵活,不受铸件形状、尺寸、重量及所用金属种类的限制,适合于各种生产规模,成本低,Date,21,造型材料与工艺,2、熔模铸造,Date,22,造型材料与工艺,熔模铸造蜡模组,Date,23,造型材料与工艺,工艺流程,产品设计,模具制作,注腊,腊件组合,沾浆,淋沙,脱蜡,预热,浇铸,除壳,切断,打磨,热处理,精加工,检查,Date,24,造型材料与工艺,矿山机械配件,Date,25,造型材料与工艺,矿山机械配件,Date,26,造型材料与工艺,机械配件,Date,27,造型材料与工艺,机械配件,Date,28,造型材料与工艺,不锈钢制品,Date,29,造型材料与工艺,五金件,Date,30,造型材料与工艺,汽车配件,Date,31,造型材料与工艺,熔模铸造的特点,又称“精密铸造”或“失蜡铸造”。,可熔炼的材质十分广泛。,不受产品形状结构复杂的限制。,铸件尺寸控制精密，机加工切削余量极少，表面质量好。,可应用的范围也越来越广：,在热加工领域里，取材困难件或不易成型件以及某些加工成本高的锻造件，可适用熔模铸造；,在铸造的领域里，有些产品可用熔模铸造替代其它形式的铸造，减少加工切削余量降低成本，提高尺寸精度和表面粗糙度以及材料的机械性能，从而达到升级产品档次的目的。,Date,32,造型材料与工艺,概况,熔模铸造是一种古老的铸造方法。在我国发现最早的熔模铸件是2400多年前的战国早期，从50年代开始，将熔模铸造用于工业生产中，经过40多年的发展，熔模铸造已成为我国机械制造业中的基础工艺，并形成一个独特的行业。据不完全统计，全国有熔模铸造厂1300多个，熔模铸件产量约16万件，年产值约为16亿元人民币，全行业职工总数约为十万人。,Date,33,造型材料与工艺,行业分布,碳钢类机械零件熔模铸造企业,不锈钢类商品零件熔模铸造企业,航空航天及燃气轮机类熔模铸造企业（如：沈阳黎明发动机制造公司精密铸造厂）,Date,34,造型材料与工艺,3、金属型铸造,金属型铸造又称硬模铸造或永久型铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。铸型是用金属制成，可以反复使用多次（几百次到几千次）。,Date,35,造型材料与工艺,特点,铸件的机械性能比砂型铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25%，屈服强度平均提高约20%，其抗蚀性能和硬度亦显著提高。,铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定。,铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约1530%。,不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80%100%。,金属型铸造的生产效率高；使铸件产生缺陷的原因减少；工序简单，易实现机械化和自动化。,Date,36,造型材料与工艺,不足之处,金属型制造成本高。,金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不足、裂纹、气孔及铸铁件白口等缺陷。,金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。,Date,37,造型材料与工艺,金属型铸件,Date,38,造型材料与工艺,4、压力铸造,压力铸造（简称压铸）是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。,常用压力铸造的压力为 570 MPa，充型速度为 5 100 mS。压力铸造在压铸机上进行。,Date,39,造型材料与工艺,目前压力铸造主要用于大批量生产铝、锌、铜、镁等非铁金属与合金件。如汽车、仪表、计算机、航空、摩托车、日用品等行业各类中小型薄壁铸件（发动机气缸体、气缸盖、仪表壳体、电动转子、照相机壳体、各类工艺品、装饰品等）。,Date,40,造型材料与工艺,卧式冷压室压涛机工作原理图,Date,41,造型材料与工艺,卧式冷室式压铸机,Date,42,造型材料与工艺,特点,（1）产品质量好 铸件尺寸精度高，表面光洁度好；强度和硬度较高，一般比砂型铸造提高2530，但延伸率降低约70；尺寸稳定，互换性好；可压铸薄壁复杂的铸件。例如，当前锌合金压铸件最小壁厚可达0.3mm；铝合金铸件可达0.5mm；最小铸出孔径为0.7mm；最小螺距为0.75mm。,Date,43,造型材料与工艺,（2）生产效率高 机器生产率高，例如国产J3型卧式冷空压铸机平均八小时可压铸600700次，小型热室压铸机平均每八小时可压铸30007000次；压铸型寿命长，一副压铸型，压铸铜合金，寿命可达几十万次，甚至上百万次；易实现机械化和自动化。,Date,44,造型材料与工艺,（3）经济效果优良 由于压铸件尺寸精确，表面光洁等优点。一般不再进行机械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金属利用率，又减少了大量的加工设备和工时；铸件价格便宜；既节省装配工时又节省金属。,Date,45,造型材料与工艺,压力铸造加工件,Date,46,造型材料与工艺,常见压铸件,Date,47,造型材料与工艺,不足之处,压铸时由于液态金属充填型腔速度高，流态不稳定，铸件易产生气孔，且不能进行热处理。,对内凹复杂的铸件，压铸较为困难。,高熔点合金（如铜，黑色金属），压铸型寿命较低。,不宜小批量生产，其主要原因是压铸型制造成本高，压铸机生产效率高，小批量生产不经济。,Date,48,造型材料与工艺,5、离心铸造,离心铸造是将液体金属浇入旋转的铸型中，使之在离心力的作用下，完成充填和凝固成形的一种铸造方法。为了实现这种工艺过程，必须采用专门的设备离心铸造机（简称为离心机），提供使铸型旋转的条件。根据铸型旋转轴在空间位置的不同，常用离心机分为立式离心铸造机和卧式离心铸造机两种。,Date,49,造型材料与工艺,立式离心铸造示意图,1-浇包,2-铸型,3-液体金属,4-带轮和传动带,5-旋转轴,6-铸件,7-电动机,Date,50,造型材料与工艺,卧式离心铸造示意图,1-浇包,2-浇铸槽,3-铸型,4-液体金属,5-端盖,6-铸件,Date,51,造型材料与工艺,卧式离心铸造机,Date,52,造型材料与工艺,特点,铸型中的液体金属能形成中空圆柱形自由表面，不用型芯就可形成中空的套筒和管类铸件，因而可简化这类铸件的生产工艺过程。,显著提高液体金属的充填能力，改善充型条件，可用于浇注流动性较差的合金和壁较薄的铸件。,有利于铸件内液体金属中的气体和夹杂物的排除，铸件的组织致密，缩松及夹杂等缺陷较少，铸件的力学性能好。,Date,53,造型材料与工艺,可减少甚至不用冒口系统，降低了金属消耗。,可生产双金属中间圆柱形铸件，如轴承套、铸管等。,在浇注中空铸件时，其内表面较粗糙，尺寸难以控制,典型应用：自行车手把,Date,54,造型材料与工艺,古代铸造工艺品,铜铃,（夏）,84年河南省偃师县二里头出土，中国社会科学院考古研究所藏,Date,55,造型材料与工艺,铜爵,（夏）,84年河南省偃师县二里头出土，中国社会科学院考古研究所藏,Date,56,造型材料与工艺,铜盉（he),（夏）,1984年河南省偃师县二里头出土，中国社会科学院考古研究所藏,Date,57,造型材料与工艺,铜圆斝（jia),（商）,1976年河南省安阳市殷墟出土,中国社会科学院考古研究所藏,Date,58,造型材料与工艺,兽面纹双层底铜鼎,1989年江西省新干县大洋出土,江西省博物馆藏,Date,59,造型材料与工艺,凸目铜面具,（商）,1986年四川省广汉市三星堆遗址出土,中国历史博物馆藏,Date,60,造型材料与工艺,铜卣（you）,（西周）,1984年山西省曲沃县晋候墓地出土,北京大学克勒考古与艺术博物馆藏,Date,61,造型材料与工艺,龙耳虎足铜方壶,（春秋）,1978年河南省淅川县下寺出土,河南省博物馆藏,Date,62,造型材料与工艺,嵌绿松石铜神兽,（春秋）,1990年河南省淅川县下寺出土,河南省文物考古研究所藏,Date,63,造型材料与工艺,跽坐铜镦,（战国）,1970年浙江省吴兴县出土,浙江省博物馆藏,Date,64,造型材料与工艺,越王勾践剑,（春秋晚期）,1965年湖北省江陵县望号墓出土,湖北省博物馆藏,Date,65,造型材料与工艺,铜屋,（春秋战国）,1982年浙江省绍兴市坡塘出土,浙江省文物考古研究所藏,Date,66,造型材料与工艺,四连体铜薰炉,（西）,1983年广东省广州市象岗山南越王墓出土,广东省广州市西汉越王墓博物馆藏,Date,67,造型材料与工艺,鎏金朱雀形铜饰,（西汉）,1983年广东省广州市象岗山南越王墓出土,广东省广州市西汉越王墓博物馆藏,Date,68,造型材料与工艺,五牛铜针线盒,（西）,1979年云南省江川县李家山出土,云南省博物馆藏,Date,69,造型材料与工艺,鎏金骑士铜贮贝器,（西汉）,1957年云南省晋宁县石寨山出土,云南省博物馆藏,Date,70,造型材料与工艺,叠鼓形铜贮贝器,（西汉）,1957年云南省晋宁县石寨山出土,云南省博物馆藏,Date,71,造型材料与工艺,