产品造型设计材料与工艺 教学课件 赵占西 04金属材料成形

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2、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汽车、电力、石化、造船及机械等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。4第四章金属材料成形4.1金属材料成形概述但是，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如长江三峡水轮机的第一个叶轮仍从国外进口；航

3、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。5第四章金属材料成形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

4、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如铸铁、碳素钢、合金钢、非铁合金等，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1㎜到1000㎜均可。6第四章金属材料成形4.2液态成形工艺基础金属材料在液态下一次成形，具有很多优点：（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

5、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。7第四章金属材料成形4.2液态成形工艺基础4.2.1砂型铸造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。8第四章金属材料成形4.2液态成形工艺基础4.2.1砂型铸造一、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

6、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。9第四章金属材料成形4.2液态成形工艺基础4.2.1砂型铸造二、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。10第四章金属材料成形4.2液态成形工艺基础4.2.1砂型铸造二、液态合金的收缩1.收缩的概念合金的收缩经历如下三个阶段，如图4-2所示。（1）液态收缩：从浇注温度（T浇）到凝固开始温度（

7、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。11第四章金属材料成形4.2液态成形工艺基础4.2.1砂型铸造二、液态合金的收缩1.收缩的概念因为合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金体积的缩减，故常用单位体积收缩量（即体收缩率）来表示。合金的固态收缩不仅引起体积上的缩减，同时还使铸件在尺寸上减小，因此常用单位长度上的收缩量（线收缩率）来表示。常用合金中，铸钢的收缩率最大，灰铸铁最小。12第四

8、章金属材料成形4.2液态成形工艺基础4.2.1砂型铸造二、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