设计材料及加工工艺第六章金属材料及加工工艺资料.

(1)砂型铸造 砂型铸造为铸造生产中的最基本方法，砂型铸造的生产
工序主要包括：制模、配砂、造型、造芯、合型、熔炼、 浇注、落砂、清ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ和检验。
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。
（2）熔模铸造 熔模铸造是用易熔材料制成模样，然后再模样上涂耐火材料， 经硬化之后，再将模样熔化，排出型外，获得无分型面的铸 型，浇注即可获得铸件。也称失蜡铸造，是发展较快的一种 精密铸造方法。
① 制作母模：母模是铸件的基本模样，用于制造压型。可 根据设计方案用适当的材料制作母模。
② 制作压型：压型是制造蜡模的特殊铸型。压型常用钢或 铝合金加工而成，小批量时可采用易熔合金、石膏或硅 橡胶制作。用硅橡胶制作压型时，将母模均匀的刷上一 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，即翻制得硅橡胶膜压型。
⑧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。
熔模铸造优点： 没有分型面，型腔表面极光洁，故铸件的精度和表 面质量均优；型壳是由耐火材料制成，可以适应各 种高熔点合金；生产批量不受限制。熔模铸件的形 状可以比较复杂，铸件上可铸出的最小孔径为 1.5mm，铸件的最小壁厚为0.3mm。
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）。
⑤脱蜡：将制作好的型壳放入炉中烘烤，将蜡模 熔化流出并回收，从而得到一个中空的型壳。
⑥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。 ⑦；浇注：将型壳保持一定温度，浇注金属溶液。
第六章 金属材料及加工工艺
金属概述
金属指的是由金属元素组成的单质，它以 质地坚硬、良好金属光泽感、强度高、导 电、导热等特点，成为现代工业设计中的 主流设计材料之一。
6．1 金属材料的固有特性
金属材料是金属及其合金的总称。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： ①金属材料几乎都是有晶格结构的固体．由金属键结合而成。 ②金属材料是电与热的良导体。 ③金属材料表面具有金属所特有的色彩与光泽。 ④金属材料具有良好的展延性。
1．强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂
的能力。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、 剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、 抗弯强度、抗剪强度等。 2．硬度
硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。
目前生产中测定硬度的方法最常用的是压入硬度法， 它是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测试 的金属材料表面，根据被压入程度来测定其硬度值。 常用的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等方法。
面最大缩小面积与原断面积的百分比。 8．冲击韧性
以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属 在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。 9．疲劳与疲劳强度
疲劳是指在循环加载下，发生在材料某点处局部的、
永久性的损伤递增过程。经足够的应力或应变循环后， 损伤累积可使材料产生裂纹，或使裂纹进一步扩展至完 全断裂。出现可见裂纹或者完全断裂称为疲劳破坏。
疲劳强度是指材料反复经受循环应力也不发生断裂的最 大应力值。
6.2 金属的工艺性能
所谓金属的工艺性能是指制件在加工制造 过程中，金属材料在一定的冷、热加工条件下 表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏， 决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。 由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同， 如可焊性、可锻性、铸造性能、切削加工性能 等。
⑤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、三元合金等。
⑥除了贵金属之外，几乎所有金属的化学性能都较为活泼，易于氧 化而生锈，产生腐蚀。
金属的机械性能
金属的机械性能也称之为力学性能，它是指金属材 料在外力作用下所表现的抵抗能力，包括强度、硬度、 刚度、塑性、弹性、延伸率、断面收缩率、冲击韧性 和疲劳与疲劳强度等方面。
③ 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 蜡模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。 ④ 制作型壳：在蜡模上均匀地刷一层耐火涂料（如水玻璃
6.2.1 金属的成型加工
1．铸造 金属铸造是指将金属熔化成液体，浇注于具有特定型腔的铸型中
凝固成形的金属材料成型方法。铸造是液态金属充填铸型型腔并 在其中凝固和冷却的过程，液态金属的流动特性和凝固收缩特性 直接影响着铸件的形成。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。铸造的方法有许多，常用的有砂型铸造、熔模铸造、 金属型铸造、压力铸造、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。
3．刚度 金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力称为刚度。
4．塑性 塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不
断裂的能力。
5．弹性 弹性是指金属材料受外力作用时产生变形，当外力
去除后能恢复其原来形状的性能。
6．延伸率 材料在拉伸断裂后，总伸长与原始长度的百分比称
为延伸率。
7．断面收缩率 金属的断面收缩率指的是金属材料在拉伸断裂后、断
熔模铸造缺点： 材料昂贵、工序多、生产周期长、不易生产大件。
用金属材料制作铸型进行铸造的方法，又称为永久型 铸造或硬型铸造。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。