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　　PG电子金属材料加工工艺 PDF金属材料加工工艺 PDF 第六章 金属材料及加工工艺 在钢、铁和合金 为代表的现代工业社会 金属材料以其优良的力 学性能、加工性能和独 特的表面特性成为现 代产品设计中的一大主 流材质图6—1。 第六章 金属材料及加工工艺 6.1金属材料的固有特性 金属材料是金属及其合金的总祢。金属的特性是由金属结合键的 性质所决定的。金属的特性表现在以下几个方面 ?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印色彩与光泽 ?金属材料具有良好的展延性。 ?金属可...

　　金属材料加工工艺 PDF 第六章 金属材料及加工工艺 在钢、铁和合金 为代表的现代工业社会 金属材料以其优良的力 学性能、加工性能和独 特的表面特性成为现 代产品设计中的一大主 流材质图6—1。 第六章 金属材料及加工工艺 6.1金属材料的固有特性 金属材料是金属及其合金的总祢。金属的特性是由金属结合键的 性质所决定的。金属的特性表现在以下几个方面 ?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印色彩与光泽 ?金属材料具有良好的展延性。 ?金属可以制成金属间化合物可以与其他金属或氢、硼、碳、氮、 氧、磷与硫等非金属元素在熔融态下形成合金以改善金属的性能。合金可根据添加元素的多少分为二元合金、二元合金等。 ?除了贵金属之外几乎所有金属曲化学性能都较为活泼易于氧化而生锈。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工 金属的成型方法可区分为铸造、塑性加工、切削加工、焊接与粉末冶金五类。 1铸造 将熔融态金属浇入铸型后冷却凝固成为具有一定形状铸件的工艺方法。铸 造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一与其他工艺方法相比铸造成型 生产成本低工艺灵活性大适应性强适合生产不同材料、形状和重量的铸 件并适合于批量生产。但它的缺点是公差较大容易产生内部缺陷。铸造按 铸型所用材料及浇注方式分为砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造以 及离心铸造等。 常用的铸造材料有铸铁、铸钢、铸铝、铸铜等通常根据不同的使用目的、 使用寿命和成本等方面来选用铸件材料。 图6-2为采用铸造方法生产的产品。 第六章 金属 金属材料的工艺特性 成型加工 1砂型铸造 俗称翻砂用砂粒制材料及加工工艺 6.2 造铸型进行铸造的方法。主要工序有制造铸 模制造砂铸型即砂型浇注金属液落砂清理等。砂型铸造适应 性强几乎不受铸件形状、尺寸、重量及所用金属种类的限制工艺 设备简单成本低为铸造业广泛使用。 图6—3 砂型铸造的基本工艺过程 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工 2熔模铸造 又称失蜡铸造为精密铸造方法之一是常闲的铸造方法。熔模 铸造的工艺过程如图6-4所示。 ?制作母模 母模是铸件的基本模样用于制造压型。可根据设计

　　用适当的料 制作母模。 ?制作压型压型是制造蜡模的特殊铸型可采用易熔合金、石膏或 硅橡胶制作。用硅橡胶制作压型时将母模均匀的刷上压型常用钢或 铝合金加工而成小批量时层硅橡胶然后贴一层纱布如此反复五 六次视铸件的大小决定。外层用石膏固定待硅橡胶模固化后取 出母模即翻制得硅橡胶模压型。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工 ?制作蜡模制造蜡模的材料有石蜡、蜂蜡、硬脂酸和松香等常用50 石蜡和硬脂酸的混合料。将熔化好的蜡料倒入压型内同时不断的翻转压型 使蜡料均匀形成蜡模待蜡料冷却后便可从压型中取出修毛刺后即得蜡模。 批量生产时则将多个蜡模组装成蜡模组。使用蜡棒粘接蜡模制作浇注流道浇 注流道要有浇注口和出口。 ?制作型壳在蜡模上均匀地刷一层耐火涂料如水玻璃溶液洒一层耐火 砂使之硬化成壳。如此反复涂三四次便形成具有一定厚度的由耐火材料构 成的型壳洒耐火砂先细后粗。 ?脱蜡将制作好的型壳放入炉中烘烤使蜡模熔化流出并回收从而得到 一个中空的型壳。 ?焙烧和造型将型壳进行高温焙烧以增加型壳强度。为进一步提高型壳 强度防止浇注时型壳变形或破裂可将型壳放在箱体中周围用干砂填充。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工 ?浇注将型壳保持一定温度浇注金属溶液。 ?脱壳待金属液凝固后去除型壳切去浇口清理毛刺获得 所需铸件。熔模铸造尺寸精确铸件表面光洁无分型面不必再加 工或少 加工。熔模铸造工序较多生产周期较长受型壳强度限制 铸件重量一般不超过25kg。适用于多种金属及合金的中小型、薄壁、 复杂铸件的生产。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工 3金属型铸造 用金属材料制作铸型进行铸造的方法又称永久型铸造或硬型铸造。铸型常用铸铁、铸钢等材料制成可反复使用直至损耗。金属型铸造所得铸件的表面光洁度和尺寸精度均优于砂型铸件且铸件的组织结构致密力学性能较高。适用于中小型有色金属如铝、铜、镁及其合金等铸件和铸铁铸件的生产。 4压力铸造 简称压铸。在压铸机上用压射活塞以较高的压力和速度将压室内的金属液压射到模腔中并在压力作用下使金属液迅速凝固成铸件的铸造方法。属于精密铸造方法。铸件尺寸精确表面光洁组织致密生产效率高。适合生产小型、薄壁的复杂铸件并能使铸件表面获得清晰的花纹、匿案及文字等。主要用于锌、铝、镁、铜及其合金等铸件的生产。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工 5离心铸造 将液态金属浇入沿垂直轴或水平轴旋转的铸型中在离心力作用下 金属液附着于铸型内壁经冷却凝固成为铸件的铸造方法。离心铸造 的铸件组织致密力学性能好可减少气孔、夹渣等缺陷。常用于制 造各种金属的管形或空心圆筒形铸件也可制造其他形状的铸件。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工 2金属塑性加工 1锻造 金属塑性加工方法之一。锻造是利用手锤、锻锤或压力设备上的模具对加热的金属坯料施力使金属材料在不分离条件下产生塑性变形以获得形状、尺寸和性能符合要求的零件。为了使金属材料在高塑性下成型通常锻造是在热态下进行因此锻造也祢为热锻。 按成型是否用模具通常分为自由锻如图6-5 模锻如图6-6 按加工方法分为手工锻造图6-7 和机械锻造。 在现代金属装饰工艺中常用的锻造方法是手工锻造。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工 手工自由锻是指在金属板上自由锻造成型。 具体过程是以紫铜浮雕为例 ?首先将铜皮用汽油喷灯进行加温烧至红色这一过程称为“退火”目的是使铜的分子结构重组使之变软。 ?将设计好的图案画在铜皮上用錾子将轮 廓錾出。 ?根据预先的设计将铜皮放在沙袋上用锤子和錾子锻出大的凹凸起伏。 ?将铜皮用胶固定在一张平板上用各种型号和形状的錾子錾出一些精细的造型其司需要多次退火。 ?将制作好的作品放在铁垫板上找平然后整理好边缘。 ?将作品需要抛光印地方进行抛光然后进行电镀、化学着色、防腐等后处理。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工 手工模锻是指先做好母模再进行锻造成型 具体过程是以紫铜浮雕为例 ?首先按设计构思制作好浮雕泥胚。 ?将泥胚翻制成玻璃钢。 ?将铜皮用汽油喷灯过火烧至红色进行退火。 ?将浮雕按区域分成几个大块面。 ?将锻好的块面焊接在一起找平然后抛光。 ?将作品进行或电镀、或化学着色、或防腐等后处理。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工 2轧制 金属塑性加工工艺之一。如图6—8所示利用两个旋转轧辊印压力 使金属坯料通过一个特定空间产生塑性变形以获得所要求的截面形 状并同时改变其组织性能。通过轧制可将钢坯加工成不同截面形状的 原材料如圆钢、方钢、角钢、下字钢、工字钢、槽钢、z字钢、钢轨 等。按轧制方式分为横轧、纵轧和斜轧按轧制温度分为热轧和冷轧。 热轧是将材料加热到再结晶温度以上进行轧制热轧变形抗力小变 形量大生产效率高适合轧制较大断面尺寸塑性较差或变形量较 大的材料。冷轧则是在室温下对材料进行轧制。与热? 啾壤湓 ?品尺寸精确表面光洁机械强度高。冷轧变形抗力大变形量小 适于轧制塑性好尺寸小 的线材、薄板材等。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工 3挤压 将金属放入挤压筒内用强大的压力使坯料从模孔中挤出从而获得符合模孔截面的 坯料或零件印加工方法如图6 9所示。常用的挤压方法有正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压。适合于挤压加工的材料主要有低碳钢、有色金属及其合金。通过挤压可以得到多种截面形状的型材或零件。 4拔制 金属塑性加工方法之一。女口图6-10所示用拉力使大截面的金属坯料强行穿过一定形状的模孔以获得所需断面形状和尺寸的小截面毛坯或制品的工艺过程。拉拔生产主要用来制造各种细线材、薄壁管及各种特殊几何形状的型材。拔制产品尺寸精确表面光洁并具有一定机械性能。低碳钢及多数有色金属及合金部可拔制成型多用来生产管材、棒材、线材和异型材等。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工 5冲压 金属塑性加工方法之一又称板料冲压。如图6-11所示在压力作用下利用模具使金属板料分离或产生塑性变形以获得所需工件的工艺方法。 按冲压加工温度分为热冲压和冷冲压。前者适合变形抗力高塑性较差的板料加工后者则在室温下进行是薄板常用的冲压方法。 按冲压加工功能分为冲裁加工和成型加工。冲裁加工又称分离加工包括冲孔、落料、修边、剪裁等。成型加工是使材料发生塑性变形包括弯曲、拉深、卷边等。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工 3切削加工 又称为冷加工。利用切削刀具在切削机床上或用手工将金属工件的多余加工量切去以达到规定的形状、尺寸和表面质量的工艺过程。 按加工方式分为车削、铣削、 6—12和图6—1 3刨削、磨削、钻削、镗削及钳工等是最常见的金属加工方法。 图 为铣削工序和车削工序示意图。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工 4焊接加工 焊接加工是充分利用金属材料在高温作用下易熔化的特性使金属与金属发生相互连接的一种工艺是金属加工的一种辅助手段。 常用的焊接方法有熔焊、压焊和钎焊如图6—14所示。 金属的焊接性能是指金属能否适应焊接加工而形成完整的具有一定使用性能的焊接接头印特性。金属焊接性的好坏取于金属材料本身的化学成分和焊接方法。材料化学成分是影响材料焊接性的最基本因素。材料化学成分含量不同其焊接性也不同。如碳钢的含碳量越高焊接接头的淬硬倾向越大就易于产生裂纹表明碳钢印焊接性随着含碳量的增加而变差。 通常低碳钢有良好的焊接性高碳钢、高合金钢、铸铁和铝合金的焊接性较差中碳钢则介于两者之间。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 成型加工 5. 粉末冶金 粉末冶金是以金属粉末或金属化合物粉末为原料状和性能的材料或制品的工艺方法。 其主要工序为 ?粉末原料的制取和准备。 ?将粉末加工成所需形状的坯料。经混合、成形和烧结获得所需 形状 ?将坯料在低于主要组元熔点的温度下进行烧结使之获得最终的 性能。 常用的金属粉末有铁、铜、镍、钻、钨、钼、铬和钛等粉末合金粉末有镍青铜合金、钛合金、高温合金、低合金钢和不锈钢等。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 热处理 通过加热和冷却的方法改变金属内部或表面的绢织结构 以获得预期性能的工艺方法。根据热处理时加热冷却

　　的基本特点及其对组织性能的影响金属热处理可分为普通热处理、表面热处理和特殊热处理。 1. 普通热处理 普通热处理包括退火、正火、淬火和回火处理如图6—15所示。 ?退火是将金属加热到临界温度Ac3或Ac1以上保温一段时间后度冷却使其组织结构接近均衡状态从而消除或减少内应力均化组织和成分有利于加工作业。 第六章 金属材料及加 工工艺 6.2金属材料的工艺特性 热处理 ?正火是将金属加热保温后在室温下空气中进行冷却是一种特殊的退火处理。 ?淬火是将金属加热至临界温度以上保温后快速冷却至室温以达到强化金属组织提高金属的强度、硬度等机械性能。 ?回火是将淬火后的金属重新加热再进行保温冷却。其目的是为了消除淬火应力以达到所要求的组织和性能。图6—15 普通热处理过程示意图 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 热处理 2表面热处理 表面热处理包括表面淬火和化学热处理 ?表面淬火是通过快速加热金属表面层至所要求的温度然后进行淬火以提高金属表面的硬度和耐磨性。 ?化学热处理是将金属工件置于一定活性介质中加热保温使介质 元素渗入工件表 面改变其表面的化学成分和组织结构使表面达 到预期要求的性能。常用的化学热处理 包括渗碳、渗氮和氨碳?采?又称氰化。 3特殊热处理 特殊热处理是利用一些特殊工艺方法进行热处理通常有形变热处 理、磁场热处理等。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 表面处理技术 金属材料表面处 理及装饰的功效一方面是保护作用另一方面是装饰作用。 1金属材料的表面前处理 在对金属材料或制品进行表面处理之前应有前处理或预处理工序 以使金属材料或制品的表面达到可以进行表面处理的状态。 金属制品表面的前处理工艺和方法很多其中主要包括有金属表面的机 械处理、化学处理和电化学处理等。 机械处理通过切削、研磨、喷砂等加工清理制品表面的锈蚀及氧化皮 等将表面加工成平滑或具有凹凸模样 化学处理主要是清理制品表面的油污、锈蚀及氧化皮等 电化学处理主要用以强化化学除油和浸蚀的过程有时也可用于弱浸 蚀时活化金属制品的表面状态。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 表面处理技术 2金属材料的表面装饰技术 金属材料表面装饰技术是保护和美化产品外观的手段主要分为表面着色 工艺和肌理工艺。 1金属表面着色工艺 金属表面着色工艺是采用化学、电解、物理、机械、热处理等方法使金属 表面形成各种色泽的膜层、镀层或涂层。 ?化学着色在特定的溶液之中通过金属表面与溶液发生化学反应在金 属表面生成带色的基体金属化合物膜层曲方法。 ?电解着色在特定的溶液中通过电解处理方法使金属表面发生反应而 生成带色 膜层。 ?阳极氧化染色在特定的溶液中以化学或电解的方法对金属进行处理 生成能吸附染料的膜层在染料作用下着色或使金属与染 料微粒共析形成复合带色镀层。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 表面处理技术 ?镀覆着色采用电镀、化学镀、真空蒸发沉积度和气相镀等方法 在金属表面沉积金属、金属氧化物或合金等形成均匀 膜层。 ?涂覆着色采用浸涂、刷涂、喷涂等方法在金属表面涂覆有机涂 层。 ?珐琅着色在金属表面覆盖玻璃质材料经高温烧制形成膜层。 ?热处理着色利用加热的方法使金属表面形成带色氧化膜。 ?传统着色技术包括做假锈、汞齐镀、热浸镀锡、鎏金、鎏银以及 亮斑等。 2金属表面肌理工艺 金属表面肌理工艺是通过锻打、刻划、打磨、腐蚀等工艺在金属表面制作出肌理效果。 第六章 金属材料及加工工艺 6.2金属材料的工艺特性 表面处理技术 ?表面锻打使用不同形状的锤头在金属表面进行锻打从而形成 不同形状的点状肌理层层叠叠十分具有装饰性。 ?表面抛光利用机械或手工以研磨材料将金属表面磨光的方法。 表面抛光又有磨光、镜面、丝光、喷砂等效果。 ?表面镶嵌在金属表面刻画出阴纹嵌入金银丝或金银片等质地 较软的金属材料然后打磨平整。呈现纤巧华美的装 饰效果。 ?表面蚀刻是使用化学酸进行腐蚀而得到的一种斑驳、沧桑的装 饰效果如图6-16所示。 第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常 用的金属材料 分类 ?按金属材料构成元素分为黑色金属材料和有色金属材料。 A:黑色金属材料包括铁和以铁为基体的合金。如纯铁、碳钢、合金 钢、 铸铁铁合金等简称钢铁材料。 B:有色金属包括铁以外的金属及其合金。常用的有金、银、铝及铝合 金、铜及铜合金、钛及钛合金等。 ?按金属材料主要性能和用途分为金属结构材料和金属功能材料。 ?按金属材料加工工艺分为铸造金属材料、变形金属材料和粉末冶金材 料。 ?按金属材料密度分为轻金属密度lt45gcm3和重金属密度gt45gcm3。 第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 钢铁 l钢铁材料 钢铁材料可分为三大类 工业纯铁——含碳量不超过 0.02的铁碳合金。工业 纯铁虽然塑性好 但强度低很少用作结构材料和外观材料。 钢——含碳量为0.02—2.11的铁碳合金另含有少量磷、硫等 杂质元素。钢的种类繁多根据化学成分可分为碳素钢和合 金钢两大类广泛应用于名个领域。 铸铁——含碳量为2.114.0 的铁碳合金。铸铁是一种使用历史悠 久的重 要工程材料其熔点低具有良好的铸造性能、切削性 能及耐磨性和减振性生产工艺简单成本低廉可用来制造 各种具有复杂 结构和形状的零件。常田的铸铁材料有灰口铸铁 可锻铸铁和球墨铸铁。 第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 钢铁 1钢的分类 1碳素钢 碳素钢按含碳量可分为 低碳钢——含碳量0.25以下。低碳钢具有低强度、高塑性、高韧 性及良好加工性和焊接性适合制造形状复杂和需焊接 的零件和件。 中碳钢——含碳量0.25—0.6。中碳钢具有一定的强度、塑性 和适中的韧性经热处理而具有良好的综合力学性能 多用于制 ——含碳量06以上。高碳钢具有较造要求强韧性印齿轮、轴承等机械零件。 高碳钢 高的强度和硬度耐 磨性好塑性和韧性较低主要用于制造工具、刃具、 弹簧及耐磨零件等。 第六章 金属材料及加工工艺 6.3 常用的金属材料 钢铁 碳素钢按质量可分为普通钢、优质刚和高级优质钢。 碳素钢按用途可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。 2合金钢 以碳素钢为基础适量加入一种或几种合金元素的钢具有较高的 综合机械性能和某些特殊的物理、化学性能。合金元素可改善钢的 使用性能和工艺性能常用的有硅、锰、铬、镍、铝、钨、钛、硼 等。如铬可使钢的耐磨性、硬度和高温强度增加。 合金钢按合金元素总含量分为低合金钢总含量5以下、中合金 钢510和高合金钢总含量10以上 合金钢按合金元素种类分为铬钢、镍钢、锰钢、硅钢、铬镍钢、 锰硅钢等 合金钢按用途分为合金结构钢、合金工具钢和特种合金钢如不锈 钢、耐热钢、耐磨钢等。 第六章 金属材料及加工工艺 6.3 .

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