【正文】 金屬材料及加工工藝 在鋼、鐵和合金 為代表的現(xiàn)代工業(yè)社會， 金屬材料以其優(yōu)良的力 學(xué)性能、加工性能和獨 特的表面特性，成為現(xiàn) 代產(chǎn)品設(shè)計中的一大主 流材質(zhì) (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(jié)合鍵的 性質(zhì)所決定的。金屬的特性表現(xiàn)在以下幾個方面： ①金屬材料幾乎都是具有晶格結(jié)構(gòu)的固體，由金屬鍵結(jié)合而成。 ②金屬材料是電與熱的良導(dǎo)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(jù)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(xué)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(chǎn)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(chǎn)成本低，工藝靈活性大，適應(yīng)性強(qiáng)，適合生產(chǎn)不同材料、形狀和重量的鑄 件，并適合于批量生產(chǎn)。但它的缺點是公差較大，容易產(chǎn)生內(nèi)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(jù)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(chǎn)的產(chǎn)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(jìn)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(yīng) 性強(qiáng)，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(shè)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(jù)設(shè)計方案用適當(dāng)?shù)牧? 制作母模。 ②制作壓型：壓型是制造蠟?zāi)５奶厥忤T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(fù)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?zāi)＃褐圃煜災(zāi)５牟牧嫌惺灐⒎湎?、硬脂酸和松香等，常?50％ 石蠟和硬脂酸的混合料。將熔化好的蠟料倒入壓型內(nèi)，同時不斷的翻轉(zhuǎn)壓型， 使蠟料均勻形成蠟?zāi)?，待蠟料冷卻后便可從壓型中取出，修毛刺后即得蠟?zāi)！? 批量生產(chǎn)時則將多個蠟?zāi)＝M裝成蠟?zāi)＝M。使用蠟棒粘接蠟?zāi)Ｖ谱鳚沧⒘鞯?，? 注流道要有澆注口和出口。 ④制作型殼：在蠟?zāi)Ｉ暇鶆虻厮⒁粚幽突鹜苛?(如水玻璃溶液 )，灑一層耐火 砂，使之硬化成殼。如此反復(fù)涂三四次，便形成具有一定厚度的由耐火材料構(gòu) 成的型殼 (灑耐火砂先細(xì)后粗）。 ⑤脫蠟：將制作好的型殼放入爐中烘烤，使蠟?zāi)Ｈ刍鞒霾⒒厥?，從而得? 一個中空的型殼。 ⑥焙燒和造型：將型殼進(jìn)行高溫焙燒，以增加型殼強(qiáng)度。為進(jìn)一步提高型殼 強(qiáng)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(chǎn)周期較長，受型殼強(qiáng)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(fù)雜鑄件的生產(chǎn)。 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(jìn)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(fù)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(jié)構(gòu)致密，力學(xué)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(chǎn)。 (4)壓力鑄造 簡稱壓鑄。在壓鑄機(jī)上，用壓射活塞以較高的壓力和速度將壓室內(nèi)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(chǎn)效率高。適合生產(chǎn)小型、薄壁的復(fù)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(chǎn)。 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(zhuǎn)的鑄型中，在離心力作用下 金屬液附著于鑄型內(nèi)壁，經(jīng)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(xué)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(shè)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(chǎn)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(jìn)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(jī)械鍛造 。 在現(xiàn)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(jìn)行加溫，燒至紅色，這一過程稱為 “ 退火 ” ，目的是使銅的分子結(jié)構(gòu)重組，使之變軟。 ②將設(shè)計好的圖案畫在銅皮上，用鏨子將輪 廓鏨出。 ③根據(jù)預(yù)先的設(shè)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(xì)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(jìn)行拋光，然后進(jìn)行電鍍、化學(xué)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(jìn)行鍛造成型， 具體過程是 (以紫銅浮雕為例 )： ①首先按設(shè)計構(gòu)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(jìn)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(jìn)行或電鍍、或化學(xué)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(zhuǎn)軋輥印壓力 使金屬坯料通過一個特定空間產(chǎn)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(jié)晶溫度以上進(jìn)行軋制，熱軋變形抗力小，變 形量大，生產(chǎn)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(jìn)行軋制。與熱軋相比，冷軋產(chǎn) 品尺寸精確，表面光潔，機(jī)械強(qiáng)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 金屬材料及加工工藝 成型加工 (3)擠壓 將金屬放入擠壓筒內(nèi)，用強(qiáng)大的壓力使坯料從?？字袛D出，從而獲得符合?？捉孛娴? 坯料或零件印加工方法，如圖 6 9所示。常用的擠壓方法有：正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓、徑向擠壓。適合于擠壓加工的材料主要有低碳鋼、有色金屬及其合金。通過擠壓可以得到多種截面形狀的型材或零件。 (4)拔制 金屬塑性加工方法之一。女口圖 610所示，用拉力使大截面的金屬坯料強(qiáng)行穿過一定形狀的?？祝垣@得所需斷面形狀和尺寸的小截面毛坯或制品的工藝過程。拉拔生產(chǎn)主