第2章金属材料的成形

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1、第2章 金属材料的成形 2.1 铸造 铸造可分为砂型铸造和特种铸造两类。目前，砂型铸造应用最广。 2.1.1 砂型铸造 用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造，其生产过程如下图。 2.1.1 砂型铸造（续）1. 造型造型 用造型材料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。造型材料造型材料：砂型铸造用的造型材料主要指型砂和芯砂。型砂和芯砂用原砂、粘结剂（粘土、水玻璃、树脂等）、附加物（煤粉、木屑等）等按一定比例配制而成。型（芯）砂应具备下列主要性能：强度、透气性 、耐火度 、退让性。 造型方法造型方法：造型方法可分为手工造型和机器造型两类。浇注系统浇注系统：为使金属液顺利充填型腔而在砂型中开设的通

2、道，称为浇注系统。浇注系统通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。 2.1.1 砂型铸造（续） 常常用用手手工工造造型型方方法法的的特特点点和和应应用用 2.1.1 砂型铸造（续）造芯 ：型芯主要用来形成铸件的内腔。为了简化某些复杂铸件的造型工艺，型芯也可以用来形成铸件的外形。型芯通常采用芯盒制造。芯盒的种类如图2-3所示。合型。将铸型的各个部分组合成一个完整铸型的操作过程称为合型。 2.1.1 砂型铸造（续）2. 金属的熔炼和浇注金属的熔炼和浇注 熔炼。熔炼的目的是为了获得一定化学成分和温度的金属液。铸铁的熔炼常采用冲天炉，铸钢的熔炼采用电炉，非铁合金的熔炼采用坩埚炉。冲天炉的炉料有金属料

3、、燃料和熔剂。金属料包括铸造生铁、回炉铁、废钢和铁合金。铸造生铁是炉料的主要成分。利用浇冒口、废铸铁件等回炉铁可降低铸件成本。加入废钢以及硅铁、锰铁等铁合金可调整金属液的化学成分。冲天炉的燃料为焦碳。 浇注。浇注是将金属液从浇包注入铸型的过程。浇注时应注意安全，并控制好浇注温度和浇注速度.3. 3. 落砂和清理落砂和清理 落砂。落砂是指用手工或机械使铸件和型砂、砂箱分开的过程。铸件在砂型中要冷却到一定温度才能落砂。 清理。落砂后从铸件上清除浇冒口、型芯、毛刺、表面粘砂等过程称为清理。灰铸铁件、铸钢件、非铁合金铸件的浇冒口可分别用敲击、气割、锯割等方式去除。 2.1.2 金属的铸造性能 1. 金

4、属的流动性金属的流动性 ：金属的流动性是指熔融金属的流动能力；在实际生产中，则是指熔融金属充填铸型的能力。金属的流动性主要受下列因素的影响：（1）化学成分（2）浇注温度（3）铸型条件和铸件结构。 2. 2. 金属的收缩金属的收缩：金属在铸型内随着温度下降，其体积和尺寸会逐渐缩小，这种现象称为收缩。金属的收缩过程分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个阶段。金属的收缩主要受以下因素影响：化化学成分、浇注温度学成分、浇注温度 、铸型、铸型条件和铸件结构条件和铸件结构。 收缩对铸件质量的影响收缩对铸件质量的影响：缩孔和缩松、铸造应力。 2.1.3 铸造工艺设计基础 1. 1.浇注位置浇注位置 浇注时，铸

5、件在铸型中所处的位置称为浇注位置。浇注位置的选择应遵循以下基本原则：铸件的重要表面应朝下或位于侧面 ；铸件的宽大平面应朝下 ；铸件的薄壁部分应放在型腔的下部或垂直、倾斜位置，以利于金属液的充填，防止产生冷隔和浇不足等缺陷；铸件较厚的部分，浇注时应处于型腔的上部，以便安放冒口，实现自下而上的定向凝固，防止缩孔。 2.1.3 铸造工艺设计基础（续）2.分型面的选择：1）分型面应选择在铸件的最大截面处，以便于起模。2）尽量使分型面为平直面，且数量只有一个，以便简化造型，减少错型等缺陷。3）尽量使铸件的全部或大部分处于同一砂箱中，以保证铸件精度。4）应考虑下芯、检验和合型的方便。3. 3. 主要铸造工

6、艺参数的选择：主要铸造工艺参数的选择：加工余量 、起模斜度及铸造圆角。 2.1.3 铸造工艺设计基础（续） 4. 铸造工艺图铸造工艺图 把铸造工艺设计的内容用文字和红、蓝色符号在零件图上表示出来，所得的图形称为铸造工艺图。它表明了铸件的形状、尺寸、生产方法和工艺过程，是指导模样和铸型制造，进行生产准备和铸件检验的基本工艺文件。 2.1.4 铸件结构工艺性 1. 铸件质量对铸铸件质量对铸件结构的要求件结构的要求 ：壁厚要适当、壁厚应均匀、壁间连接应合理、避免大的水平面。 2. 2. 铸造工艺对铸铸造工艺对铸件结构的要件结构的要求求 ：尽量减少分型面、尽量使分型面平直、尽量少用活块、应有结构斜度、

7、尽量少用或不用型芯。 215 特种铸造 1. 金属型铸造：金属型铸造：用重力浇注将金属液浇入金属铸型以获得铸件的方法，称为金属型铸造。 2. 压力铸造：压力铸造：金属液在高压下高速充型，并在压力下凝固成形的铸造方法，称为压力铸造。 3. 熔模铸造熔模铸造 ：熔模铸造是用易熔材料（如蜡料）制成所需的熔模，在熔模上涂覆若干层耐火涂料并硬化，将熔模熔化并排出，经高温焙烧即可浇注的铸造方法。 4. 离心铸造离心铸造 ：将金属液浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下充填铸型并凝固成形的铸造方法，称为离心铸造。 22 锻压加工 2.2.1 金属的塑性变形 1.1.金属塑性变形基本知识：金属塑性变形基本知

8、识：单晶体金属的塑性变形、多晶体金属的塑性变形2. 2. 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响:金属组织的变化和晶体缺陷的增加，会阻碍位错的运动，从而导致金属的力学性能发生改变;金属在塑性变形后，由于变形的不均匀性以及变形造成的晶格畸变，内部会产生残余应力。 3.3.冷塑性变形金属在加热时的变化冷塑性变形金属在加热时的变化: :为了消除冷变形金属中存在的残余应力或加工硬化，需对冷变形金属进行加热。在加热过程中，冷变形金属的组织和性能将发生一系列变化,如图2-29所示。4. 4. 金属的冷加工和热加工：金属的冷加工和热加工：金属冷热加工的区分；热加工对金属组织和性能的影响

9、（改善钢锭和钢坯的组织和性能、形成热加工流线）。 2.2.2 锻造 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，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法，称为锻造。锻造通常可分为自由锻、模锻和胎模锻三类。1.1.金属的锻造性能金属的锻造性能 ：金属的锻造性能主要受下列因素影响 （1）化学成分 （2）组织状态 （3）变形温度。 2.坯料的加热与锻件的冷却：坯料的加热与锻件的冷却：锻造的工艺过程主要有坯料的加热、锻造成形及锻后冷却。 （1）坯料的加热。为了提高金属的锻造性能，坯料在成形前必须加热。坯料的加热常在电阻炉或火焰炉中进行。当坯料加热到预定温度后即可出炉锻造

10、。 （2）锻件的冷却。坯料锻造成形后，应以适当的方法冷却，以免因冷却速度过快，使锻件表面硬度过高而难以切削加工，或使锻件中产生内应力而变形和开裂。常用的冷却方法有空冷、坑冷和炉冷三种。 3. 自由锻自由锻 ：只用简单的通用性锻造工具，或在锻造设备的上、下砧之间直接使坯料变形而获得锻件的锻造方法，称为自由锻。自由锻可加工各种大小的锻件，对于大型锻件，自由锻是唯一的生产方法。自由锻有手工自由锻和机器自由锻两种。 自由锻设备自由锻设备 ：空气锤 、蒸汽-空气自由锻锤 、水压机 。 自由锻基本工序主要有：自由锻基本工序主要有：镦粗 拔长 冲孔 扩孔 2.2.2 锻造（续）自由锻锻件图自由锻锻件图。自由