金属工艺的概念特点及分类

金属工艺的概念特点及分类

1、几个概念：

生产过程：生产过程是将原材料转变为成品的全过程。

工艺过程：在生产过程中，凡是改变生产对象的形状、尺寸、位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。

工艺过程的分类：工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、装配等工艺过程，工艺就是制造产品的方法。

工艺规程：一台结构相同、要求相同的机器，或者具有相同要求的机器零件，均可以采用几种不同的工艺过程完成，但其中总有一种工艺过程在某一特定条件下是最合理的。人们把合理工艺过程的有关内容写成工艺文件的形式，用以指导生产，这些工艺文件即称为工艺规程。

2、金属材料的成型加工分类：

金属材料的成型加工按其特点分为冷加工（机械加工、冷轧、冷锻、冲压等）和热加工（铸造、热扎、锻造、焊接、热处理等）。

2.5.1 铸造

铸造是指金属受热融化并浇铸到预先制作好的铸型内，凝固后获得一定形状和性能的金属制品的成型方法。

一、铸造基本知识

1、铸造工艺的特点：

（1）对铸件形状和尺寸的适应性强。它可以生产各种形状、各种尺寸的毛坯，特别适宜制造具有复杂内腔的零件。

（2）对材料的适应性强。可适应大多数金属材料的成形，对不宜锻压和焊接的材料，铸造具有独特的优点。

（3）铸件成本低。这是由于铸造原材料来源丰富，铸件的形状接近于零件，可减少切削加工量，从而降低铸造成本。

因此铸造是毛坯生产最主要的方法之一，如按重量计，机床中60%～80%、汽车中50%～60%采用铸件。但由于铸造工艺环节多，易产生多种铸造缺陷，且一般铸件的晶粒粗，力学性能不如锻件。因此铸件一般不适宜制作受力复杂和受力大的重要零件，而主要用于受力不大或受简单静载荷（特别适合于受压应力）的零件，如箱体、床身、支架、机座等。

2、铸造的分类：

砂型铸造：是以型砂为主要造型材料制备铸型的铸造工艺方法，它具有适应性广、生产准备简单、成本低廉等优点，是应用最广的铸造方法；

特种铸造：是除砂型铸造以外其它铸造方法的总称，常用的特种铸造方法有金属型铸造、压力铸造、熔模铸造、离心铸造、陶瓷型铸造等。特种铸造一般具有铸件质量好或生产率高等优点，具有很大的发展潜力。

3、金属的铸造性能

金属的铸造性能是指金属材料铸造成形的难易程度。评价指标：流动性和收缩性。

流动性：是指金属液本身的流动能力，流动性好坏影响到金属液的充型能力。流动性好的金属，浇注时金属液容易充满铸型的型腔，能获得轮廓清晰、尺寸精确、薄而形状复杂的铸件；还有利于金属液中夹杂物和气体的上浮排除。

相反，金属的流动性差，则铸件易出现冷隔、浇不到、气孔、夹渣等缺陷。

常用铸造合金中，灰铸铁>硅黄铜>铝硅>锡青铜>铸钢。提高浇注温度可改善金属的流动性。

收缩率：是铸造合金从液态凝固和冷却至室温过程中产生的体积和尺寸的缩减。包括液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个阶段。液态收缩和凝固收缩若得不至到补足，会使铸件产生缩孔和缩松缺陷；固态收缩若受到阻碍会产生铸造内应力，导致铸件变形开裂。铸造材料、浇注温度和铸件的结构对收缩都有影响。

二、砂型铸造

砂型铸造是在砂型中生产铸件的铸造方法。由于其造型材料来源广泛，成本低廉，是最常用的铸造方法，目前我国砂型铸件约占铸件产量的80%。

工序：模样与芯盒准备、型砂与芯砂配制—造型、造芯—熔炼、浇注—落砂、清理—检验入库。

三、特种铸造

特种铸造是指与砂型铸造不同的其它铸造方法。可列入特种铸造的方法有近二十种，常用的有金属型铸造、压力铸造、熔模铸造、离心铸造、陶瓷型铸造等。特种铸造在提高铸件精度和表面质量、提高生产率、改善劳动条件等方面具有独特的优点。

（一）压力铸造是指熔融金属在高压下快速压入铸型中，并在压力下凝固的铸造方法，简称压铸。

（二）熔模铸造是用易熔材料制成模样，在模样上涂挂若干层耐火涂料，待硬化后熔出模样形成无分型面的型壳，经高温焙烧后即可浇注获得铸件的方法。由于易熔材料通常采用蜡料，故这种方法又称为“失蜡铸造”。

（三）金属型铸造是指在重力的作用下将液态金属浇入金属型中获得铸件的方法，也称狭义的重力铸造。金属型可连续使用几千次至数万次。

（四）离心铸造是指将金属浇入绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型，在离心力的作用下凝固成铸件的铸造方法。离心铸造多用于简单的圆筒体，铸造时不用型芯便可形成内孔。

（五）陶瓷型铸造是指用陶瓷质耐火材料制成铸型而获得铸件的方法。是在砂型铸造和熔模铸造的基础上发展起来的一种精密铸造新工艺。

2.5.2 压力加工（锻压加工）

一、概述

锻压加工是指对坯料施加压力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。它是锻造和冲压的总称。

锻压加工包括轧制、挤压、拉拨、自由锻造、模型锻造、冲压等加工方法。

1、锻压加工的特点

锻压加工是以金属的塑性变形为基础的, 各种钢和大多数非铁金属及其合金都具有不同程度的塑性, 因此它们可在冷态或热态下进行锻压加工, 而脆性材料(如灰铸铁、铸造铜合金、铸造铝合金等)则不能进行锻压加工。

金属锻压加工的优点：

（1）能改善金属内部组织，提高金属的力学性能。

2）节省金属材料。与直接切削钢材的成形相比，还可以节省金属材料的消耗，而且也节省加工工时。

（3）生产效率较高。如齿轮轧制、滚轮轧制等制造方法均比机械加工的生产率高出几倍甚至几十倍以上。

金属锻压加工的缺点:

（1）不能获得形状很复杂的制件, 其制件的尺寸精度、形状精度和表面质量还不够高；

（2）加工设备比较昂贵, 制件的成本比铸件高。

2、锻压加工的分类:

锻压主要按成形方式和变形温度进行分类。按成形方式锻压可分为锻造和冲压两大类；按变形温度锻压可分为热锻压、冷锻压、温锻压等。

3、金属的锻压性能：评价：可锻性

可锻性是指材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力。金属的可锻性可用塑性和塑性变形抗力来综合衡量。塑性越高，变形抗力越小，金属的可锻性就越好；低的塑性变形抗力使设备耗能少；优良的塑性使产品获得准确的外形而不遭破裂。

二、锻造

（一）自由锻

1、基本工序

定义自由锻是指用简单的通用性工具,或在锻造设备的上、下砧铁之间直接对坯料施加外力,使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。采用自由锻方法生产的锻件称为自由锻件。自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。

1) 拔长

拔长也称延伸,它是使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序。拔长常用于锻造杆、轴类零件。拔长的方法主要有两种:在平砧、芯棒上拔长。

2）镦粗

镦粗是使毛坯高度减小,横断面积增大的锻造工序镦粗工序可以有效地改善坯料组织, 减小力学性能的异向性。镦粗与拔长的反复进行, 可以改善高合金工具钢中碳化物的形态和分布状态

3) 冲孔

冲孔是在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。冲孔的方法主要有以下两种：双面冲孔法，单面冲孔法。

4) 弯曲

弯曲采用一定的工模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序，称为弯曲。常用的弯曲方法有以下两种：锻锤压紧弯曲法、模弯曲法。

5）切割

切割是指将坯料分成几部分或部分地割开，或从坯料的外部割掉一部分，或从内部割出一部分的锻造工序。

6）错移

错移是指将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离，但仍保持轴心平行的的锻造工序，常用于锻造曲轴零件。错移时，先对坯料进局部切割，然后在切口两侧分别施加大小相等、方法相反且垂直于轴线的冲击力或压力，使坯料实现错移。

7）锻接

锻接是将坯料在炉内加热至高温后，用锤快击, 使两者在固态结合的