【正文】 第六章 金屬材料及加工工藝 在鋼、鐵和合金為代表的現代工業(yè)社會，金屬材料以其優(yōu)良的力學性能、加工性能和獨特的表面特性，成為現代產品設計中的一大主流材質 (圖 6— 1)。第六章 金屬材料及加工工藝 金屬材料是金屬及其合金的總禰。金屬的特性是由金屬結合鍵的性質所決定的。金屬的特性表現在以下幾個方面： ① 金屬材料幾乎都是具有晶格結構的固體，由金屬鍵結合而成。 ② 金屬材料是電與熱的良導體。 ③ 金屬材料表面具有金屬所特有印色彩與光澤 ④ 金屬材料具有良好的展延性。 ⑤ 金屬可以制成金屬間化合物，可以與其他金屬或氫、硼、碳、氮、 氧、磷與硫等非金屬元素在熔融態(tài)下形成合金，以改善金屬的性能。合金可根據添加元素的多少，分為二元合金、二元合金等。 ⑥ 除了貴金屬之外，幾乎所有金屬曲化學性能都較為活潑，易于氧化而生銹。第六章 金屬材料及加工工藝 成型加工金屬的成型方法可區(qū)分為鑄造、塑性加工、切削加工、焊接與粉末冶金五類。1．鑄造 將熔融態(tài)金屬澆入鑄型后，冷卻凝固成為具有一定形狀鑄件的工藝方法。鑄造是生產金屬零件毛坯的主要工藝方法之一，與其他工藝方法相比，鑄造成型生產成本低，工藝靈活性大，適應性強，適合生產不同材料、形狀和重量的鑄件，并適合于批量生產。但它的缺點是公差較大，容易產生內部缺陷。鑄造按鑄型所用材料及澆注方式分為砂型鑄造、熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造以及離心鑄造等。 常用的鑄造材料有鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁、鑄銅等，通常根據不同的使用目的、使用壽命和成本等方面來選用鑄件材料。 圖 62為采用鑄造方法生產的產品。 第六章 金屬材料及加工工藝 成型加工(1)砂型鑄造 俗稱翻砂，用砂粒制造鑄型進行鑄造的方法。主要工序有：制造鑄模，制造砂鑄型 (即砂型 )，澆注金屬液，落砂，清理等。砂型鑄造適應性強，幾乎不受鑄件形狀、尺寸、重量及所用金屬種類的限制，工藝設備簡單，成本低，為鑄造業(yè)廣泛使用。 圖 6— 3 砂型鑄造的基本工藝過程第六章 金屬材料及加工工藝 成型加工(2)熔模鑄造 又稱失蠟鑄造，為精密鑄造方法之一，是常閑的鑄造方法。熔模鑄造的工藝過程如圖 64所示。 ① 制作母模：母模是鑄件的基本模樣，用于制造壓型。可根據設計方案用適當的料制作母模。 ② 制作壓型：壓型是制造蠟模的特殊鑄型可采用易熔合金、石膏或硅橡膠制作。用硅橡膠制作壓型時，將母模均勻的刷上壓型常用鋼或鋁合金加工而成，小批量時層硅橡膠，然后貼一層紗布，如此反復五六次，視鑄件的大小決定。外層用石膏固定，待硅橡膠模固化后，取出母模，即翻制得硅橡膠模壓型。第六章 金屬材料及加工工藝 成型加工 ③ 制作蠟模：制造蠟模的材料有石蠟、蜂蠟、硬脂酸和松香等，常用 50％石蠟和硬脂酸的混合料。將熔化好的蠟料倒入壓型內，同時不斷的翻轉壓型，使蠟料均勻形成蠟模，待蠟料冷卻后便可從壓型中取出，修毛刺后即得蠟模。批量生產時則將多個蠟模組裝成蠟模組。使用蠟棒粘接蠟模制作澆注流道，澆注流道要有澆注口和出口。 ④ 制作型殼：在蠟模上均勻地刷一層耐火涂料 (如水玻璃溶液 )，灑一層耐火砂，使之硬化成殼。如此反復涂三四次，便形成具有一定厚度的由耐火材料構成的型殼 (灑耐火砂先細后粗）。 ⑤ 脫蠟：將制作好的型殼放入爐中烘烤，使蠟模熔化流出并回收，從而得到一個中空的型殼。 ⑥ 焙燒和造型：將型殼進行高溫焙燒，以增加型殼強度。為進一步提高型殼強度，防止?jié)沧r型殼變形或破裂，可將型殼放在箱體中，周圍用干砂填充。 第六章 金屬材料及加工工藝 成型加工 ⑦ 澆注：將型殼保持一定溫度，澆注金屬溶液。 ⑧ 脫殼：待金屬液凝固后，去除型殼，切去澆口，清理毛刺，獲得所需鑄件。熔模鑄造尺寸精確，鑄件表面光潔，無分型面，不必再加工或少加工。熔模鑄造工序較多，生產周期較長，受型殼強度限制，鑄件重量一般不超過 25kg。適用于多種金屬及合金的中小型、薄壁、復雜鑄件的生產。第六章 金屬材料及加工工藝 成型加工(3)金屬型鑄造 用金屬材料制作鑄型進行鑄造的方法，又稱永久型鑄造或硬型鑄造。鑄型常用鑄鐵、鑄鋼等材料制成，可反復使用，直至損耗。金屬型鑄造所得鑄件的表面光潔度和尺寸精度均優(yōu)于砂型鑄件，且鑄件的組織結構致密，力學性能較高。適用于中小型有色金屬 (如鋁、銅、鎂及其合金等 )鑄件和鑄鐵鑄件的生產。(4)壓力鑄造 簡稱壓鑄。在壓鑄機上，用壓射活塞以較高的壓力和速度將壓室內的金屬液壓射到模腔中，并在壓力作用下使金屬液迅速凝固成鑄件的鑄造方法。屬于精密鑄造方法。鑄件尺寸精確，表面光潔，組織致密，生產效率高。適合生產小型、薄壁的復雜鑄件，并能使鑄件表面獲得清晰的花紋、匿案及文字等。主要用于鋅、鋁、鎂、銅及其合金等鑄件的生產。 第六章 金屬材料及加工工藝 成型加工(5)離心鑄造 將液態(tài)金屬澆入沿垂直軸或水平軸旋轉的鑄型中，在離心力作用下金屬液附著于鑄型內壁，經冷卻凝固成為鑄件的鑄造方法。離心鑄造的鑄件組織致密，力學性能好，可減少氣孔、夾渣等缺陷。常用于制造各種金屬的管形或空心圓筒形鑄件，也可制造其他形狀的鑄件。第六章 金屬材料及加工工藝 成型加工 2．金屬塑性加工(1)鍛造 金屬塑性加工方法之一。鍛造是利用手錘、鍛錘或壓力設備上的模具對加熱的金屬坯料施力，使金屬材料在不分離條件下產生塑性變形，以獲得形狀、尺寸和性能符合要求的零件。為了使金屬材料在高塑性下成型，通常鍛造是在熱態(tài)下進行，因此鍛造也禰為熱鍛。 按成型是否用模具通常分為： 自由鍛 （如圖 65） 模鍛 （如圖 66） 按加工方法分為： 手工鍛造 （圖 67 ）和 機械鍛造 。 在現代金屬裝飾工藝中，常用的鍛造方法是手工鍛造。圖 67為鍛銅浮雕。是手工鍛造作品。手工鍛造是一種古老的金屬加工工藝，是以手工鍛打的方式，在金屬板上鍛錘出各種高低凹凸不平的浮雕效果。第六章 金屬材料及加工工藝 成型加工手工自由鍛： 是指在金屬板上自由鍛造成型。具體過程是 (以紫銅浮雕為例 )：① 首先將銅皮用汽油噴燈進行加溫，燒至紅色，這一過程稱為 “退火 ”，目的是使銅的分子結構重組，使之變軟。② 將設計好的圖案畫在銅皮上，用鏨子將輪 廓鏨出。③ 根據預先的設計將銅皮放在沙袋上，用錘子和鏨子鍛出大的凹凸起伏。④ 將銅皮用膠固定在一張平板上，用各種型號和形狀的鏨子鏨出一些精細的造型，其司需要多次退火。⑤ 將制作好的作品放在鐵墊板上，找平，然后整理好邊緣。⑥ 將作品需要拋光印地方進行拋光，然后進行電鍍、化學著色、防腐等后處理。 第六章 金屬材料及加工工藝 成型加工手工模鍛： 是指先做好母模再進行鍛造成型， 具體過程是 (以紫銅浮雕為例 )： ① 首先按設計構思，制作好浮雕泥胚。 ② 將泥胚翻制成玻璃鋼。 ③ 將銅皮用汽油噴燈過火，燒至紅色，進行退火。 ④ 將浮雕按區(qū)域分成幾個大塊面。 ⑤ 將鍛好的塊面焊接在一起，找平，然后拋光。 ⑥ 將作品進行或電鍍、或化學著色、或防腐等后處理。第六章 金屬材料及加工工藝 成型加工(2)軋制 金屬塑性加工工藝之一。如圖 6— 8所示，利用兩個旋轉軋輥印壓力使金屬坯料通過一個特定空間產生塑性變形，以獲得所要求的截面形狀并同時改變其組織性能。通過軋制可將鋼坯加工成不同截面形狀的原材料，如圓鋼、方鋼、角鋼、下字鋼、工字鋼、槽鋼、 z字鋼、鋼軌等。按軋制方式分為橫軋、縱軋和斜軋；按軋制溫度分為熱軋和冷軋。熱軋是將材料加熱到再結晶溫度以上進行軋制，熱軋變形抗力小，變形量大，生產效率高，適合軋制較大斷面尺寸，塑性較差或變形量較大的材料。冷軋則是在室溫下對材料進行軋制。與熱軋相比，冷軋產品尺寸精確，表面光潔，機械強度高。冷軋變形抗力大，變形量小，適于軋制塑性好，尺寸小的線材、薄板材等。第六章 金屬材