1、2025-1-21第第4章章 金属材料及其加工技术金属材料及其加工技术 u 特种成型工艺铸造 铸造是熔炼金属、制造铸型并将熔融金属注入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法。铸造在机械制造中占重要地位。依重量计，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%。铸造结构工艺性铸造结构工艺性：是指相：是指相对对于于材材料、铸料、铸造工造工艺的艺的铸铸造性能的合理性，即铸造性能的合理性，即铸件结构设件结构设计时，不仅应使铸计时，不仅应使铸件满足使用要求件满足使用要求，还要，还要充分考虑其使用的铸造方法和充分考虑其使用的铸造方法和铸件的铸造铸件的铸造性。结性。结构工艺性
2、好坏，对铸件的质量、生构工艺性好坏，对铸件的质量、生产成本与生产率有很大影响。产成本与生产率有很大影响。2025-1-212025-1-21铸造加工及其工艺性铸造加工及其工艺性1.1.铸造种类铸造种类u 砂型铸造（用型砂铸造铸型的铸造方法，约占铸件的90%）u 特殊铸造（熔模、压力、金属型、离心、陶瓷型等）。铸造常使用的材料主要有铸铁（HT20-40）、铸钢（ZG45、ZG35等）、铸铝（ZL101、ZL401等）、铸铜（ZHPb59-1、ZQSn10等）及其合金。砂型铸造砂型铸造砂型铸造 砂型铸造砂型铸造2025-1-21优点优点:适应性强,一般不受合金种类的限制，常用的常用的铸铁、钢、铝和
3、铜等合金铸铁、钢、铝和铜等合金;成本低。缺点缺点:1）铸件组织晶粒粗大，内部常有缩孔、沙眼等缺陷；2）铸造工序繁多，废品率较高；3）工人劳动强度大。力求外形简单，轮廓平直 砂型铸件的结构工艺性（砂型铸件的结构工艺性（1 1）1）为了使用的型芯少，装配清理排气容易，内腔设计成开口；2）避免设计盲孔。砂型铸件的结构工艺性（砂型铸件的结构工艺性（2 2）凡顺着起模方向的内外不加工表面，都应设计合理的模斜度。砂型铸件的结构工艺性（砂型铸件的结构工艺性（3 3）1）铸件应有合理的壁厚。即不能小于合金的最小壁厚；也不能过厚；2）应设计铸造圆角;3）铸件的内壁厚度应小于外壁，目的使整个铸件均匀冷却，防止内应
4、力和裂纹。为了增强铸件的承载能力，应采用适当的措施，比如加强筋结构。砂型铸件的结构工艺性砂型铸件的结构工艺性（4）铸造圆角加强筋 尽量避免铸件中有过大的平面。由于金属液面上升的速度锐减，致使型腔顶部的表层型砂受到较长时间的烘烤，开裂脱落，使铸件形成夹砂缺陷。同时气体、夹杂物也容易停留在平面顶部，使铸件产生气孔、夹杂等缺陷。将平面该为倾斜面，就能防止上述缺陷。砂型铸件的结构工艺性（砂型铸件的结构工艺性（5 5）过大的平面 砂型铸件的结构工艺性（砂型铸件的结构工艺性（6 6）整体铸件壁厚力求均匀壁厚不均匀壁厚均匀2025-1-21铸造加工及其工艺性铸造加工及其工艺性1.1.铸造种类铸造种类u 砂型
5、铸造（用型砂铸造铸型的铸造方法，约占铸件的90%）u 特殊铸造（熔模、压力、金属型、低压、离心、陶瓷型等）。熔模铸造熔模铸造（精密铸造或失蜡铸造）精密铸造或失蜡铸造）公元前数百年，我国已使用蜡和牛油制作模型，附以公元前数百年，我国已使用蜡和牛油制作模型，附以黏土，用于制造各种造型精美、带有花纹和文字的钟鼎和黏土，用于制造各种造型精美、带有花纹和文字的钟鼎和器皿。器皿。2020世纪世纪4040年代此法用在工业产品生产上。年代此法用在工业产品生产上。u 优点优点：1）适合于各种各样的金属铸造，尤其高熔点及难以切削加工的合金。2）限于壳体强度，一般适合产品重量2t)L(1.52)t冲压结构的合理应用
6、冲压结构的合理应用冲压件焊接结构零件使用和不使用加强筋的冲压件u 特种成型工艺p 焊接原理焊接原理：金属焊接是借助原子间的结合，使分离的两部分金属形成不可拆卸的连接的工艺方法。p 焊焊接优点：接优点：1）以小拼大，以简拼繁；2）便于制造双金属结构；3）以焊代铆，不钻孔、不用辅助材料，工序简单。p 金属的焊接方法：金属的焊接方法：分为熔焊、压焊、钎焊。2025-1-21焊接技术及其工艺性2025-1-21焊接技术及其工艺性p金属材料的焊接性：金属材料的焊接性：是指金属材料在采用一定工艺方法、工艺材料、工艺参数及一定结构的条件下，获得优质焊接接头的难易程度。p焊接结构的工艺性：焊接结构的工艺性：是
7、指结构在实施焊接过程中的难易程度。焊接结构工艺性（1）可焊到性差可焊到性好焊接结构工艺性（2）焊缝影响加工焊缝避开加工表面焊接结构工艺性（3）注意节省材料2025-1-21焊接结构工艺性（4）改善焊接劳动强度；（减少在容器内焊接，例如可在容器上单面开V或U形坡口。）避免仰焊焊缝的设计。u 特种成型工艺1.1.机械加工的原理：机械加工的原理：金属切削加工是用刀具在金属材料上切去多余金属层，从而获得符合要求的几何形状、尺寸精度和表面粗糙度的机械零件加工方法。2025-1-21机械加工及其工艺性2.2.金属切削加工分类金属切削加工分类 钳工钳工：通过手工工具进行切削加工。常加工精度量具、样板、夹具、
8、模具；零部件装配成机器；损坏的机器修配。机械加工机械加工：通过操纵机床对工件进行切削加工。有车、钻、铣、刨、磨和齿轮加工等。机床示意图（机床示意图（1 1）六角车床立式车床普通车床常用车刀立式铣床内圆磨床牛头刨床摇臂钻床卧式镗床钻中心孔钻中心孔钻孔钻孔镗孔镗孔绞孔绞孔镗内镗内锥孔锥孔车端面车退刀槽车外螺纹滚花车锥面车圆柱面车特形面攻内螺纹车外圆3.3.工工件材料的切削加工性件材料的切削加工性 1）衡量标准：衡量标准：（1）U U6060（耐用度为60分钟时的切削速度）越大，加工性能越好；（2）精精加工后表面粗糙度加工后表面粗糙度RaRa值越小，加工性能越好。2）改善金属材料切削加工性的措施：改
9、善金属材料切削加工性的措施：（1）低、中碳钢可通过冷拔降低塑性提高U60；（2）通过热处理改善材料纤维组织；（3）在不影响使用性能条件下，加入易切削元素，如硫、磷等。2025-1-21机械加工及其工艺性2025-1-21 4.机械加工零件结构工艺性 1）零件结构便于加工。零件结构便于加工。如便于装夹、减少工件和刀具安装和调整次数、减少刀具种类、尽量减少零件内表面加工、便于加工时的进刀和退刀等。2）零件结构应有利于提高刀具刚度、寿命和零件结构应有利于提高刀具刚度、寿命和减少切削加工量。减少切削加工量。如避免钻头单边进行工作、尽量减少加工表面数和表面面积、使用型材减少加工量等。机械加工及其工艺性
10、机械加工结构工艺性（机械加工结构工艺性（1 1）便于加工机械加工结构工艺性（机械加工结构工艺性（2 2）机械加工结构工艺性（机械加工结构工艺性（3 3）机械加工结构工艺性（机械加工结构工艺性（4 4）机械加工结构工艺性（机械加工结构工艺性（5 5）机械加工结构工艺性（机械加工结构工艺性（5 5）将孔的 平面改成端面车削，加工面数大大减少。u 特种成型工艺2025-1-21金属板材的特种成型工艺：爆炸成型是利用炸药包在爆炸的一瞬间所产生的高压高温气体所形成的强大的冲击波，并通过盛放在水圈中的水作为传递介质，促使坯料在很短的时间内以极快的速度产生塑性变形而贴合于模具上，从而实现零件成型。p 爆炸成
11、型时，由于是用水或砂来代替刚性压模，因此爆炸成型零件可具有较复杂的曲线轮廓。这种成型工艺的应用范围较广，既可用于产品的成型，还可用于产品的整形或衬里的贴合。复合板材使用该方法使其生成零件时，零件形态均匀，不会出现板材分层的现象。2025-1-21金属板材的特种成型工艺2 2）电水成型：）电水成型：电水成型主要靠升压变压器等使高电水成型主要靠升压变压器等使高压电击穿主间隙放电，形成冲击波；压电击穿主间隙放电，形成冲击波；3 3）电爆成型：）电爆成型：利用金属丝熔化后蒸发的高压气体利用金属丝熔化后蒸发的高压气体使板料成型；使板料成型；4 4）液压）液压-橡皮膜成型：橡皮膜成型：利用高压液体与橡皮膜组成利用高压液体与橡皮膜组成的软体凸模（凹模）来代替钢制的凸模（凹模）。的软体凸模（凹模）来代替钢制的凸模（凹模）。适合壁厚适合壁厚9.5mm9.5mm以下的板材成型或胀型加工。以下的板材成型或胀型加工。2025-1-21思考题思考题金属材料的成型工艺主要有哪些？并分金属材料的成型工艺主要有哪些？并分析其特点。析其特点。举例简要说明不同成型工艺零件的结构举例简要说明不同成型工艺零件的结构工艺性。工艺性。针对一件工业产品的主要金属部件，试针对一件工业产品的主要金属部件，试对所选材料及主要加工工艺进行分析并对所选材料及主要加工工艺进行分析并说明理由。说明理由。
