材料成形技术基础课件

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1、材料成形技术基础 一、金属材料成形的分类（热） 1、液态成形 （铸造）熔融状态（高温）的金属进入特定材料预先形成的空（型）腔，冷却后取出。 2、固态成形 （锻造）固态金属在一定温度下，借助外力产生所需（形状）的塑性变形。 冷冲压。 3、连接成形 （焊接）两部分固态金属局部融化（局部高温）后融合成一部分 。 二、内容 1、成形方法 介绍各种成形的基本工艺原理与相关的影响因素。 2、成形工艺 各种成形生产过程中的基本工艺参数及条件。（温度、尺寸等） 3、结构工艺 工件通过各种成形方法生产时所需的基本结构要求。三、学习方法 1、时间 2、教学方式 3、考核要求：注意平时成绩（实验） 4、参考书 机械

2、制造基础、工程材料与成形技术、金属工艺学（邓文英）第一章 金属材料液态成形技术 概述 1、定义：液态合金液态合金、浇注、型腔、冷却、取出（获得）毛坯。 2、种类：砂型、特种、新型 3、特点： 机械零件或毛坯的主要方法，尤其是内腔和外形复杂的制件。可用材料广泛，且价格低。 砂型铸造应用广泛，并具有典型性，它的缺陷及成因直接影响设计及选择。第一节 金属液态成形原理一、凝固凝固及特点 金属从液态到固态必然经过一特殊过程凝固，金属的凝固过程又称结晶。（结晶组织性能） 金属的凝固一般三个区并存：液、固、凝固 根据金属合金成分不同，结晶过程三个区存在的情况随温度变化也不同。 结晶温度范围越窄的合金，凝固区

3、就越小，反之越大。（FeC合金成分与结晶温度范围）凝固方式1、逐层：纯金属或共晶成分合金（液-固直接）2、糊状：由于在较宽的温度范围同时（枝状）开始结晶，“凝固”区覆盖面大，最后呈糊状。3、中间：大多数合金的状态。影响凝固方式的因素 1、合金的结晶温度范围 成分靠近共晶点的材料易形成逐层 2、铸件的温度梯度 主要是内外层温度差别。 梯度大易形成逐层结晶 （例：铸型材料不同） 二、充型性： 1、充型能力：充满且形状完整、轮廓清晰 可通过流动时间、流动速度改变 2、影响充型能力的因素 A、流动性： 填充能力；排杂能力；补缩 测量：螺旋形流动试样 合金种类及成分对流动性影响较大 灰铸铁硅黄铜铸钢（熔

4、点高） 还有：形式（层状光滑）、熔点、导热性 B、浇注温度及压力 温度：薄壁上限、厚大下限（？） 压力：重力-慢；人为附加外力-快 C、铸型条件 导热冷却 铸型温度、透气性、表面粗糙度 D、铸件结构： 流动断面宽窄程度壁厚 复杂 散热面大（大平面）三、收缩性 1、收缩三阶段 液态凝固固态 液面下降 收缩 2、影响因素 A、合金种类合金种类（灰铸铁铝合金铜合金铸钢） B、温度：温差 C、形状：冷却速度、铸型阻碍四、缩孔的形成与防止 1、形成 必然性壳、体积减少、补充 2、位置 热节？凝固等温线法、计算机模拟 3、防止 顺序凝固：使离开“进口”的温度梯度下降 A、浇口直补 B、冒口：转移缺陷 C、

5、冒口与冷铁：提高局部冷却速度铸件壁断面上，在内切圆直径最大处或等温线未铸件壁断面上，在内切圆直径最大处或等温线未穿过的区域将最后凝固，该区域称为穿过的区域将最后凝固，该区域称为“热节热节” 缩松的形成？五、铸造应力与变形、裂纹 机械应力：收缩时受型腔阻碍 相变应力：液固转换时体积变化 1、热（内）应力的形成 大小、冷却不同步先后完成收缩部分材料弹性变形无法正常完成互相妥协形成对应的应力 2、内应力的防止 A、结构上：壁厚均匀、对称 B、工艺上：同时凝固 C、产生的后消除： 材料组织调整时效？ 3、变形变形的发生与控制 A、判断变形方向 B、“预变形” C、机加工的工艺安排 4、裂纹 热（高温）

6、裂：晶界间在熔合时受FeS的影响结合力较差，在内应力的作用下产生裂痕。 冷裂：由于磷共晶物冷脆，在弹性状态下受拉或发生应力集中，产生裂纹。 防止：P、S含量（内）、减低内应力 5、气孔 由铸件内部残留气体形成。（与缩孔的区别？与缩孔的区别？）总结：三类收缩的对铸件质量的影响液态收缩和凝固收缩 缩孔 缩松固态收缩（线收缩）影响铸件尺寸精度铸造应力变形裂纹六、常用合金的铸造性能 1、铸铁 灰铸铁（HT）：流动性好、收缩性小 球墨铸铁（QT）：流动性略差、收缩性大，内应力较大，需要工艺上增加控制 2、铸钢：温度高、糊状结晶，缺陷大 3、铸铝：氧化。铝硅；铝铜 4、铸铜：收缩大 七、砂型铸造流程型芯型

7、（芯）砂模样金属材料的熔炼型腔（型芯）冷却带砂的工件破碎后的型砂工件 1、特点： 手工：适应性强（尺寸）、成本低； 单件、小批量； 劳动强度大、效率低、精度质量都较差；操作技术要求高；环境差。 机器：质量较稳定，大批量； 投资大。 凝固速度慢，晶粒粗大影响力学性能。八、特种铸造 1、金属型铸造（重力） 铸型材料为金属（多为铸铁）。 工艺过程：（制造铸型）表面涂料（减缓冷却速度等）加热铸型（降低温差，防白口、出型容易）合模（抽芯结构）浇注冷却开模取出铸件 特点：冷却速度快晶粒细密、铸型重复使用、形状简单、有色金属 2、压力铸造 A、过程： 同金属型类似，区别在于同金属型类似，区别在于浇注浇注、凝

8、固与、凝固与冷却（结晶）高压下进行（冷却（结晶）高压下进行（30-70MPa）、）、并高速充型（速度并高速充型（速度0.01-0.2s）。同时工件）。同时工件从模中自动顶出。从模中自动顶出。 按材料的加入方式分为冷、热压。按材料的加入方式分为冷、热压。 B、特点：、特点： 形状复杂、精密度高、效率好、气孔形状复杂、精密度高、效率好、气孔 3、低压铸造 A、过程 利用气体压力（0.1MPa）使坩埚里的液态金属自下而上压入铸型并凝固冷却。 B、特点： 充型平稳、排气性好、组织缺陷少、材料利用率高，适合做要求较高的重要零件 4、离心铸造 A、过程 离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，离心铸造是将金属

9、液浇入旋转的铸型中，在离心力的作用下填充铸型而凝固成型。在离心力的作用下填充铸型而凝固成型。有卧式和立式离心铸造两类。有卧式和立式离心铸造两类。 B、特点、特点 生产中空生产中空(筒、管类筒、管类)铸件不用型芯铸件不用型芯 、无、无浇冒口系统浇冒口系统 ，内孔尺寸难以准确控制、表，内孔尺寸难以准确控制、表面粗糙，面粗糙， 5、熔模铸造 A、过程 用易熔材料（蜡）模样涂敷多层耐用易熔材料（蜡）模样涂敷多层耐火材料（挂浆、撒砂、硬化）型壳加热，火材料（挂浆、撒砂、硬化）型壳加热，融化倒出模样焙烧外围填砂（固定）融化倒出模样焙烧外围填砂（固定）浇入液体金属冷却取出。浇入液体金属冷却取出。 B、特点、

10、特点 无分型面、形状复杂、精密、表面质量无分型面、形状复杂、精密、表面质量高、适应各种材料，工序多、尺寸限制。高、适应各种材料，工序多、尺寸限制。 6、消失模铸造 A、 利用泡沫塑料模样进行铸造，由于浇注时高温金属液进入后，模样迅速气化、燃烧而消失，模样位置由金属液逐步充填，冷却凝固形成铸件。这种铸型呈实体，不存有空腔，故称又实型铸造。 B、特点 无分型面、工序简单、形状复杂、适应各种材料、成本低。铸造方法 比较项目 砂型铸造 熔模铸造 金属型铸造 压力铸造 低压铸造 消失模离心铸造 适用合金 各种合金 不限，以铸钢为主 不限，以非铁合金为主 非铁合金 以非铁合金为主 各种合金铸钢、铸铁、铜合

11、金 适用铸件大小 不受限制 几十克至几十公斤 中、小铸件 中、小件，几克至几十公斤 中、小件，有时达数百公斤 不受限制零点几公斤至十多吨 表面粗糙度Ra /m 5012.5 12.51.6 12.56.3 6.31.6 12.53.2 12.53.2 决定于铸型材料 铸件尺寸公差 /mm 1001.0 1000.3 1000.4 1000.3 1000.4 1000.3决定于铸型材料 铸造方法 比较项目 砂型铸造 熔模铸造 金属型铸造 压力铸造 低压铸造 消失模离心铸造 生产率 低中 低中 中高 最高 中 高中高 应用举例 床身、 箱体、 支座、 轴承盖、曲轴、体、缸盖、水轮机转子等 刀具、叶

12、片、自行车零件、刀杆、风动工具等 铝活塞、水暖器材、水轮机叶片、一般非铁合金铸件等 汽车化油器、缸体、仪表和照相机的壳体和支架等 发动机缸体、缸盖、壳体、箱体、船用螺旋桨、纺织机零件等 型芯多结构，套筒、缸体、螺旋桨、水泵叶轮、壳体等结构特别复杂件 各种铸铁管、套筒、环叶轮、滑动轴承等 附加 成形方法 热加工 冷（机）加工金属切削（减料） 快速成形 RP（增料） 第二节 固态成型 金属材料借助外力产生塑性变形，成为达到一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件。一、基本种类压力加工锻造锻造冲压冲压模锻模锻自由锻自由锻冲裁冲裁轧制轧制挤压、拉拔挤压、拉拔变形变形一、金属塑性成形过程 1、塑性变形 材料塑性：能稳定永久发生变形而不破坏其完整性的能力。 （冷）塑性变形机理 滑移：在剪应力的作用下，晶格发生位错。 多晶体位错滑移 晶界处位错堆积，碎晶、亚晶产生，晶格畸变 2、塑性变形对金属组织的影响 A、冷变形强化 由于畸变严重，硬度、强度加大，塑性明显下降，使得塑变抗力加大，进一步变形困难 B、残余应力 变形不一致引起。滑移