②長素x火孝 第4章金属材料成形 Metal Forming 母高育十一五”国重加材 产品造型设计 材料与工艺 适用班级:110109班 Design 主讲教师:李明 双色版 二一三年三月
第4章 金属材料成形 Metal Forming 适用班级：110109班 主讲教师：李 明 二〇一三年三月
41金属材料成形概述 我国与工业发达国家相比,仍有很大差距,表现在: ①制造业的劳动生产率低,不到美国的5%; ②技术含量低,以CAD为例,仍停留在绘图功能上; 重要关键产品基本上没有自主创新开发能力。 材料成形加工行业是制造业的重要组成部分,材料成形 加工技术是支柱产业的基础制造技术,新一代材料加工 技术也是先进制造技术的重要内容。金属液态成形、塑 性成形及连接成形等材料加工技术是国民经济可持续发 展的主体技术。据统计,全世界75%的钢材经塑性加工 成形,45%的金属结构用连接得以成形。汽车结构中 65%以上仍由钢材、铝合金、铸铁等材料通过以上几种 加工方法成形。 Q長王主火孝
4.1 金属材料成形概述 2 • 我国与工业发达国家相比，仍有很大差距，表现在： ①制造业的劳动生产率低，不到美国的5%； ②技术含量低，以CAD为例，仍停留在绘图功能上； ③重要关键产品基本上没有自主创新开发能力。 • 材料成形加工行业是制造业的重要组成部分，材料成形 加工技术是支柱产业的基础制造技术，新一代材料加工 技术也是先进制造技术的重要内容。金属液态成形、塑 性成形及连接成形等材料加工技术是国民经济可持续发 展的主体技术。据统计，全世界75%的钢材经塑性加工 成形，45%的金属结构用连接得以成形。汽车结构中 65%以上仍由钢材、铝合金、铸铁等材料通过以上几种 加工方法成形
我国的材料成形加工技术与工业发达国家相比仍有很大差 距。重大工程的关键铸锻件仍从国外进口;航空工业发动 机及其它重要动力机械的核心成形制造技术尚有待突破。 因出,要加强和重视材料成形加工制造技术的发展。 高速发展的工业设计技术要求加工制造的产品精密化、轻 量化、集成化;国际竞争更加激烈的市场要求产品性能高、 成本低、周期短;日益恶化的环境要求材料加工原料与能 源消耗低、污染少。为了生产高精度、高质量、高效率的 产品,材料正由单一的传统型向复合型、多功能型发展; 材料成形加工制造技术逐渐综合化、多样化、柔性化、多 学科化。因此,必须十分重视材料加工成形技术的技术进 步 Q長王主火孝
• 我国的材料成形加工技术与工业发达国家相比仍有很大差 距。重大工程的关键铸锻件仍从国外进口；航空工业发动 机及其它重要动力机械的核心成形制造技术尚有待突破。 因此，要加强和重视材料成形加工制造技术的发展。 • 高速发展的工业设计技术要求加工制造的产品精密化、轻 量化、集成化；国际竞争更加激烈的市场要求产品性能高、 成本低、周期短；日益恶化的环境要求材料加工原料与能 源消耗低、污染少。为了生产高精度、高质量、高效率的 产品，材料正由单一的传统型向复合型、多功能型发展； 材料成形加工制造技术逐渐综合化、多样化、柔性化、多 学科化。因此，必须十分重视材料加工成形技术的技术进 步。 3
4.2液态成形工艺基础 ·金属液态成形又称为铸造,是将液态金属在重力或外力作用下 充填到型腔中,待其凝固冷却后,获得所需形状和尺寸的毛坯 或零件的方法。 ·金属材料在液态下一次成形,具有很多优点: (1)适应性广,工艺灵活性大。工业上常用的金属材料均可在液态下 成形,特别是对于不宜压力加工或焊接成形的材料,该生产方法 具有特殊的优势。并且铸件的大小、形状几乎不受限制,质量从 零点几克到数百吨,壁厚从1mm到1000mm均可。 (2)最适合形状复杂的铸件。具有复杂内腔的毛坯或零件的成形,如 复杂箱体、机架、阀体、泵体、缸体等 (3)成本较低。铸件与最终零件的形状相似、尺寸相近,节省材料和 加工工时。 ·大多数铸件是毛坯件,需经过切削加工才能成为零件。 Q長王主火孝
4.2 液态成形工艺基础 • 金属液态成形又称为铸造，是将液态金属在重力或外力作用下 充填到型腔中，待其凝固冷却后，获得所需形状和尺寸的毛坯 或零件的方法。 • 金属材料在液态下一次成形，具有很多优点： （1）适应性广，工艺灵活性大。工业上常用的金属材料均可在液态下 成形，特别是对于不宜压力加工或焊接成形的材料，该生产方法 具有特殊的优势。并且铸件的大小、形状几乎不受限制，质量从 零点几克到数百吨，壁厚从1mm到1000mm均可。 （2）最适合形状复杂的铸件。具有复杂内腔的毛坯或零件的成形，如 复杂箱体、机架、阀体、泵体、缸体等。 （3）成本较低。铸件与最终零件的形状相似、尺寸相近，节省材料和 加工工时。 • 大多数铸件是毛坯件，需经过切削加工才能成为零件。 4
铸造可分为砂型铸造和特种铸造两大类。 其中砂型铸造工艺如图4-1所示。 型砂配制 造型“砂型干燥 工装准备「炉料准备合金熔炼 合箱浣注 凝固冷却 芯砂配制 造芯 型芯干燥 落砂清理 铸件检验 成品入库 图4-1砂型铸造工艺流程图 Q長王主火孝
• 铸造可分为砂型铸造和特种铸造两大类。 其中砂型铸造工艺如图4-1所示。 5 图4-1 砂型铸造工艺流程图
1.熔融合金的流动性及充型 熔融合金的流动性液态合金充满型腔,形 成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的优质 铸件的能力,称为液态合金的流动性。 当合金的流动性差时,铸件易产生浇不足、 冷隔、气孔和夹杂等缺陷。流动性好的合 金,易于充满型腔,有利于金属液态中的 气体和非金属夹杂物上浮,也有利于对铸 件进行补缩。 Q長王主火孝
1.熔融合金的流动性及充型 • 熔融合金的流动性 液态合金充满型腔，形 成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的优质 铸件的能力，称为液态合金的流动性。 • 当合金的流动性差时，铸件易产生浇不足、 冷隔、气孔和夹杂等缺陷。流动性好的合 金，易于充满型腔，有利于金属液态中的 气体和非金属夹杂物上浮，也有利于对铸 件进行补缩。 6
2液态合金的收缩 (1)收缩的概念 液态收缩 >液态合金在凝固和冷却 凝固收缩 过程中,体积和尺寸减 小的现象称为合金的收 固态收缩 缩。收缩是绝大多数合 金的物理本性之一。收 成分 缩可使铸件产生缩孔、 1)液态收缩:从浇注温度(T浇) 缩松、裂纹、变形和内间的收缩 到凝固开始温度(即液相线温度T) 应力等缺陷,影响铸件(2)凝固收缩:从凝固开始温度 质量。 (TL)到凝固终止温度(即固相线 温度Ts)间的收缩。 合金的收缩经历如下三(3)固态收缩:从凝固终止温度 个阶段,如图42所示。(T)到宰漏间的收绝 缩率的总和。 Q長王主火孝
2.液态合金的收缩 （1）收缩的概念 ➢液态合金在凝固和冷却 过程中，体积和尺寸减 小的现象称为合金的收 缩。收缩是绝大多数合 金的物理本性之一。收 缩可使铸件产生缩孔、 缩松、裂纹、变形和内 应力等缺陷，影响铸件 质量。 ➢合金的收缩经历如下三 个阶段，如图4-2所示。 7 （1）液态收缩：从浇注温度（T浇） 到凝固开始温度（即液相线温度TL） 间的收缩。 （2）凝固收缩：从凝固开始温度 （TL）到凝固终止温度（即固相线 温度TS）间的收缩。 （3）固态收缩：从凝固终止温度 （TS）到室温间的收缩。 • 合金的收缩率为上述三个阶段收 缩率的总和
「2液态合金的收缩 (2)铸件的缩孔和缩松 液态合金充满型腔后,在冷却凝固过程中,若 液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补足, 则在铸件的最后凝固部位会形成一些孔洞。按 照孔洞的大小和分布,可将其分为缩孔和缩松 两类。 >缩孔是指集中在铸件上部或最后凝固部位、容 积较大的孔洞。缩孔多呈倒圆锥形,内表面粗 糙; 缩松是指分散在铸件某些区域内的细小缩孔。 Q長王主火孝
2.液态合金的收缩 （2）铸件的缩孔和缩松 ➢液态合金充满型腔后，在冷却凝固过程中，若 液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补足， 则在铸件的最后凝固部位会形成一些孔洞。按 照孔洞的大小和分布，可将其分为缩孔和缩松 两类。 ➢缩孔是指集中在铸件上部或最后凝固部位、容 积较大的孔洞。缩孔多呈倒圆锥形，内表面粗 糙； ➢缩松是指分散在铸件某些区域内的细小缩孔。 8
3砂型铸造造型(造芯)方法 制造砂型的工艺过程称为造型。造型通常分为 手工造型和机器造型两大类。 (1)手工造型方法 手工造型时,填砂、紧实和起模都用手工来完成。 其优点是操作灵活、适应性强,模样生产准备时间 短。但生产率低,劳动强度大,铸件质量不易保证 故手工造型只适用于单件、小批量生产。 >实际生产中,由于铸件的尺寸、形状、生产批量、 使用要求以及生产条件的不同,可以采用不同的造 型方法。各种常用手工造型方法的特点及其适用范 围见表4-1。 Q長王主火孝
3.砂型铸造造型（造芯）方法 • 制造砂型的工艺过程称为造型。造型通常分为 手工造型和机器造型两大类。 （1）手工造型方法 ➢手工造型时，填砂、紧实和起模都用手工来完成。 其优点是操作灵活、适应性强，模样生产准备时间 短。但生产率低，劳动强度大，铸件质量不易保证。 故手工造型只适用于单件、小批量生产。 ➢实际生产中，由于铸件的尺寸、形状、生产批量、 使用要求以及生产条件的不同，可以采用不同的造 型方法。各种常用手工造型方法的特点及其适用范 围见表4-1。 9
表4-1常用手工造型方法的特点和适用范围 主要特点 适用范围 整模造型 模样是整体的,多数情况下,型腔全适用于一端为最 部在下半型内,上半型无型腔造型简单,大截面,且为平面的 铸件不会产生错型缺陷 铸件 表11 挖砂造型 程 模样是整体的,但铸件的分型面是曲 用于单件或小批 面,为了起很方便,造型时用手工挖去阻|量生产分型面不是平 k300A 得起的型砂,每造一件,就控秒一次,|面的棒件 300X600 表4-1.图 为了克服挖砂造型的缺点,先将模祥 在一个预先作好的假箱上,然后放在假用于成批生产分 度至|顺秒做的或型板有)箱上造下型,省去挖操作。操作简便,型面不是平面的铸件 按模样特征区 分型面整齐 4-1图 分模 将模样沿最大截面处分为两半,型腔 分别位于上、下两个半型内。造型简单, 常用于最大截面 节省工时 中部的铸件 表1图9 铸件上有妨碍起模的小凸台、胁板等。主要用于单件、 活块造型 制模时将此部分做成活块,在主体模样起小批量生产带有突出 出后,从侧面取出活块,造型费工,要求部分、难以起模的博 操作者的技术水平较高 表4-1图 主要用于有等截 刮板造型 用刮板代替模样造型。可大大降低模 样成本,缩短生产周期,但生产率低,要面或回转体的大、中 求操作者的技术水平较高 型铸件的单件或小批 量生产 表4 Q長王主火孝
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