1 緒論1緒論材料加工工藝(第2版) 11材料加工工藝在制造業(yè)中的地位材料

1、1緒論緒論材料加工工藝(第 2 版)材料加工工藝在制造業(yè)中的地位組織結(jié)構(gòu)和性能，從而保證機器零部件的安全性、可靠性和壽命。圖11材料科學(xué)與工程四要關(guān)系三角錐材料的使用性能取決于材料的組織結(jié)構(gòu)和成分，然而材料的應(yīng)用最終取決于材料的制備與成形加工。因而，材料的成形加工工藝是制造高質(zhì)量、低成本產(chǎn)品的中心環(huán)節(jié)，是材料科學(xué)與工程四要素中極為關(guān)鍵的一個要素（圖1 的決定因素。,2006 年我國機械工業(yè)的工業(yè)增加值占同(GDP)的 6.86%,國際上通常認(rèn)為：當(dāng)一個產(chǎn)業(yè)的增加值超過國內(nèi)生產(chǎn)總值的5%品產(chǎn)值、進出口總額都在我國有著重要地位。20065420%以上的增幅快速發(fā)1.1 億千瓦，比200592001

2、80072827.6%，已超過德國， 僅次于美國、日本，居世界第三位。金屬切削機床，按銷售額計僅次于日本、德國，居世界 數(shù)碼相機、復(fù)印機械、塑料加工機械、起重設(shè)備、工業(yè)鍋爐、變壓器、電動工具、金屬集裝 箱、摩托車等。發(fā)展的技術(shù)。它對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和國防力量的增長起著重要作用，占有重要地位。在汽車、石化、鋼鐵、電力、造船、紡織、裝備制造等支柱產(chǎn)業(yè)中，鑄件都占有較大的比重。全世界鋼材的 75%要進行塑性加工，65%的鋼材要用焊接得以成形，80%以上的零件需經(jīng)過熱處理提高其性能；汽車重量的65%以上仍由鋼材、鋁合金、鑄鐵等材料通過鑄造、塑性加工、 焊接、熱處理等加工方法而成形。鑄造是制造業(yè)的基礎(chǔ)

3、，也是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，各行業(yè)都離不開鑄件，從汽車、機床到航 空、航天、國防以及人們的日常生活等都需要鑄件。汽車中鑄件重量占整車重量的 19%（轎車）23（卡車；手機、筆記本電腦和許多照相機、錄像機的殼體都是鋁鎂輕合金鑄件。我20073127t，超過美國和日本鑄件年產(chǎn)量的總和，占世界產(chǎn)量的30%1/10 左右。我國也是世界塑性成形的第一大國，我國鍛造、沖壓、零件軋制成形超過2000。我國生產(chǎn)大型鍛件的能力和擁有自由鍛造水壓機的數(shù)量、壓力等級及大型鍛件生產(chǎn)能力等均已跨入 世界大型鍛件生產(chǎn)大國之列。通過技術(shù)引進、技術(shù)改造和科技創(chuàng)新，我國大型鍛件的生產(chǎn)技 術(shù)300MW20074.8966t5.68

4、94t，成為世界最大的鋼生產(chǎn)與消構(gòu)制造國。我國每年鋼材熱處理的總重量約為全國鋼材總產(chǎn)量的30%，年實際熱處理生產(chǎn)量超過 1 億 t。我國現(xiàn)有熱處理廠點約為 2 余萬家，主要分布在鋼鐵和機械行業(yè)中。用。材料加工工藝的展望展望未來，材料成形制造技術(shù)一方面正在從主要制造毛坯向直接制造成工件即精確成形或稱 凈成形工藝的方向發(fā)展；另一方面為控制或確保工件質(zhì)量，成形制造技術(shù)已經(jīng)從主要憑經(jīng)驗 走向有理論指導(dǎo)的生產(chǎn)過程，成形制造過程的計算機模擬仿真技術(shù)已經(jīng)進入實用化階段。 近年來，精確鑄造成形技術(shù)發(fā)展迅速，方法繁多，在諸多的工業(yè)領(lǐng)域中，轎車鑄件的生產(chǎn)往 往最集中地反映了精確鑄造成形技術(shù)發(fā)展的新動向。為了提高轎

5、車的運行速度和節(jié)約能源， 轎車鑄件生產(chǎn)朝著輕量化、精確化、強韌化和復(fù)合化方向發(fā)展。國外正在研究3mm 壁厚的灰鑄鐵缸體，2.02.5mm10%的速度遞增。日本全部轎車缸蓋已采用高強度鋁合金生產(chǎn)，預(yù)計越來越多的汽缸體也將采用鋁合金生產(chǎn)。國外已 經(jīng)提出從近精確成形鑄造向精確成形鑄造發(fā)展。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，除繼續(xù)發(fā)展低壓鑄造及 壓力鑄造等工藝外，各種新一代精確鑄造成形技術(shù)應(yīng)用也更加普遍，水平更高。與此同時， 各種鑄造工藝的復(fù)合、傳統(tǒng)鑄造合金與新型工程材料的復(fù)合成為鑄造生產(chǎn)的另一重要動向。 21 世紀(jì)的金屬塑性成形產(chǎn)品將朝著輕量化、高強度、高精度、低消耗的方向發(fā)展。同時，要有效地利用能源、改善環(huán)境。加

6、工材料仍會是以汽車業(yè)為代表的大規(guī)模制造業(yè)所用的材料為 主，1997253151t59.61991243t70%，而冷溫精鍛件（不包括傳統(tǒng)的緊固件和軸承）70t/年。展望 21動化將突出表現(xiàn)為生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性化和焊接控制系統(tǒng)的智能化。如超高壓、超高溫、超高真空、極低溫、超高速冷卻及超高純等。激光加工技術(shù)多種多樣，包括電子元件的精密微焊接、汽車和船舶制造中的焊接、坯料制造 打標(biāo)等，使用的激光器主要是大功率CO2YAG納米材料是現(xiàn)代材料科學(xué)的一個重要的發(fā)展方向。作為新的結(jié)構(gòu)功能材料的納米材料，其未 來的應(yīng)用在很大程度上取決于納米材料零件的成形技術(shù)的發(fā)展保留成形加工后的納米團組良好的機械、磁學(xué)、固化性能

7、等。計算機技術(shù)的發(fā)展引起了機械制造工業(yè)一場新的革命。計算機模擬仿真或稱計算機輔助工程（CA設(shè)計開發(fā)和制造加工緊密相連、必不可少的重要環(huán)節(jié)。環(huán)境與資源是當(dāng)今世界的兩個重大課題。遵循“減量化、再循環(huán)、再利用和再制造”的 4R 安全的保障?！安牧霞庸すに嚒闭n程的任務(wù) 為系統(tǒng)和全面的了解。與本門課程同時（或先后）制在教材和課堂上沒有介紹的其他材料加工工藝。參考文獻.21184 次學(xué)術(shù)討論會. 北京，2002,1,199（52527柳百成主編.工程前沿，第12液態(tài)金屬成形 2材料加工工藝(第 2 版)概述所鑄出的金屬制品稱為鑄件。絕大多數(shù)鑄件用作毛坯，需要經(jīng)機械加工后才能成為各種機器 零件；少數(shù)鑄件當(dāng)達

8、到使用的尺寸精度和表面粗糙度要求時，可作為成品或零件直接應(yīng)用。1.適用范圍廣鑄造方法幾乎不受零件大小、厚薄和復(fù)雜程度的限制，適用范圍廣，可以鑄造壁厚范圍為500常復(fù)雜，例如汽車發(fā)動機汽缸體鋁合金鑄件（圖21。12圖2112可制造各種合金鑄件缸汽車發(fā)動機鋁合金汽缸體鑄件70%以上。鑄件的尺寸精度高一般比鍛件、焊接件尺寸精確，可節(jié)約大量金屬材料和機械加工工時。4.成本低廉鑄件在一般機器生產(chǎn)中約占總重量的25%30消耗低；尺寸精度高，加工余量小，節(jié)約加工工時和金屬。鑄造方法鑄造方法有許多種一個鑄件到底選擇什么鑄造方法來制造必須根據(jù)這個鑄件的合金種類重量、尺寸精度、表面粗糙度、批量、鑄件成本、生產(chǎn)周期

9、、設(shè)備條件等方面的要求綜合考慮才能決定表21是一些鑄件基本尺寸的公差等C表22是各種鑄造方法應(yīng)用范圍，可根據(jù)鑄造企業(yè)的實際情況適當(dāng)選擇。在所有各種鑄造方法中，砂型鑄造是應(yīng)用最廣 的方法，我國和世界范圍內(nèi)，大部分鑄件（約為鑄件總產(chǎn)量60%70%）是應(yīng)用砂型鑄造方 法生產(chǎn)的，其次是熔模鑄造、離心鑄造、金屬型鑄造、壓鑄等鑄造方法。因此，本章以介紹 砂型鑄造工藝為主，其他工藝方法為輔。表21一些鑄件基本尺寸的公差等mm鑄件基本尺寸鑄 件 公 差 等 級 CT 12345678910111213141516100.10.140.200.280.380.540.781.11.634.4 1000.150.

10、220.300.440.620.881.21.82.53.65710121620400 0.640.901.21.82.63.657101418222840007.010142028354456注此表為一些鑄件基本尺寸所對應(yīng)的公差等級舉例詳細(xì)內(nèi)容見國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T64141999表22各種鑄造方法應(yīng)用范圍序號種類范圍最小壁厚/mm粗糙度Ra/m CT批量1不限不限312.5100810不限2殼型鑄造不限幾十克 幾十千克2.51.65069續(xù)表序號種類范圍最小壁厚/mm粗糙度Ra/m CT批量3熔模鑄造不限（主要是合金鋼、碳鋼、不銹鋼） 幾克幾百千克約 0.5，最小孔徑 0.5 0.86.34

11、7大、中、小批量4金屬型鑄造不限（主要是非鐵合金）幾十克5（鐵）3.212.569中、大批量5低壓鑄造非鐵合金幾百克 幾十千克2（鋁）2.5(鑄鐵)3.22558大、中、小批量6壓力鑄造非鐵合金幾 克 幾十千克0.31.0，2（銅）48 7離心鑄造不限管件、套筒類最小內(nèi)徑 8 1.612.5大、中、小批量8陶瓷型鑄 造 鋼、鐵中、大件23.212.558單件、小批9石膏型鑄造以非鐵合金為主幾克幾百千克約 0.5，最小孔徑 0.5 0.86.347大、中、小批量10連續(xù)鑄造不限坯料或型材412.5100大批11真空鑄造不限小件5中、大批量12擠壓鑄造不限幾十克 幾十千克11.66.35中、大批量

12、13消失模鑄 造 不 限 不限233.25069 不限金屬的熔煉液態(tài)金屬的凝固成形，首先必須獲得符合要求（化學(xué)成分、溫度等）的液態(tài)金屬（即成形。鑄鐵的熔煉鑄鐵熔煉爐種類較多，主要有沖天爐和感應(yīng)電爐，因為小型沖天爐造價低，上馬容易，所以目前我國鑄造企業(yè)中沖天爐應(yīng)用更普遍。1.沖天爐沖天爐靠焦炭燃燒加熱金屬使之熔化,其結(jié)構(gòu)見圖 2 2(a)。從熱交換角度分析，沖天爐的工作過程是焦炭燃燒放出熱量和金屬爐料吸熱熔化并過熱的過程；從冶金角度分析，沖天爐 的工作過程又是各種元素或物質(zhì)發(fā)生一系列物理、化學(xué)變化達到冶煉的過程。沖天爐熔化后 的鐵液溫度一般為 13001500。沖天爐內(nèi)爐氣氣氛、爐氣溫度、金屬溫度的變化曲線，如圖 2 2（b）所示。圖 2 2 沖天爐結(jié)構(gòu)(b) 18過橋；9火花捕集器；10加料機械；11加料桶；12鑄鐵磚；13層焦；14金屬爐料；15 底 焦 ； 19風(fēng)箱；2023板；24爐門支撐；25爐腿為了實現(xiàn)沖天爐的節(jié)能、減排和冶金質(zhì)量的提高，國內(nèi)外近年來出現(xiàn)了熱風(fēng)沖天爐、水冷長 爐齡沖天爐、外熱式?jīng)_天爐等熱效率高、煙氣排放少的新型沖天爐。圖23就是帶有爐氣點燃、鼓熱風(fēng)、爐氣冷卻、布袋除塵器的沖天爐系統(tǒng)。沖天爐排出的爐氣溫度200左右經(jīng)過燃燒室時將CO點燃，爐氣溫度可達950，與新鼓入的冷風(fēng)混合后的溫度可達450。需要排放的廢氣溫