金属制造工艺的分类:
热加工包括铸造、锻压和焊接。
冷加工,亦称为金属切削加工,包括刀具切削加工(其中有车削加工、钻镗加工、刨削、插削、拉削、铣削加工,磨料切削加工;齿轮齿形的加工)。
下面分别进行简单介绍。
(一)铸造
铸造的过程是将液态金属浇注到铸模中,待其冷却后获得一定形状和性能的铸件。这是金属在液态下的成形方法。
铸造可以生产形状复杂、特别是内腔复杂的毛坏坯,尺寸和重量不受限制。既可单件生产,也可批量生产,使用的材料大部分来源广泛,价格低廉,还可用废料和废零件,因此成本低。铸件与零件形状、尺寸接近,加工余量小。
铸件的缺点是工序繁多,工艺过程控制难度大。由于金属冷却时产生内应力,易出现缺陷,因此质量不稳定;由于其内部组织粗大不匀,其机械性能不如锻件高。目前还存在劳动强度大,劳动条件差的问题。
铸造生产方法分为砂型铸造和特种铸造两大类,以砂型铸造为主。
1、砂型铸造
目前大部分砂型还是手工制作的。
砂型铸造主要用于铸铁、铸钢、铸铜、铸铝等材料的铸件生产。进行铸件结构设计,要考虑铸造工艺及金属铸造性能的要求,防止产生缩孔、缩松、浇不足,冷隔、变形及裂纹等缺陷,应注意以下问题:
①铸件要有合理壁厚及结构斜度,铸件壁厚尽可能均匀。
②铸件壁的连接:铸件壁连接处要有结构圆角。避免交叉和锐角连接,厚壁与薄壁的衔接要逐步过渡。
③铸件应避免过大的水平面。
④为防止铸件翘曲变形,对较大的平板铸件及壁厚不均匀的长形箱体,应将其设计成对称形状或增加肋板来提高其刚度。
⑤避免铸件收缩受阻
如常见轮形铸件,轮辐为偶数,直线形。但是对于收缩率较大的合金,因应力过大有时会产生裂纹。为防止裂纹,可制成弯曲轮辐,以借轮辐或轮缘的微量变形,减少内应力。
⑥按顺序凝固原则设计铸件结构
图示铸钢壳体,将其改成右面的样子,在壳体底部76mm保持均匀壁厚,往上逐步增加壁厚,直到与法兰盘相接,保证了壳体按顺序凝固,不再产生缩松缺陷了。
2、特种铸造
① 熔模铸造,以蜡为材料制模,又叫“失蜡制造”,能铸造各种有色及黑色金属铸件。
② 金属型铸造,模型可反复使用4万次,铸件有较好的精度(达到IT12~IT14),表面光洁,少加工或不加工即可使用,可机械化生产。
③压力铸造:压铸机压室内浇注液态或半液态金属,充填铸型,并在高压下成形和结晶。常用压铸比压为5~150MPa,金属流速达5~100m/s。效率高易实现自动化,产品质量好,实现少屑和无屑加工,成本低。
④低压铸造。
⑤离心铸造:金属液加入旋转的铸型中。
(二)锻压
包括锻与冲压,在外力作用下使金属产生塑性变形,一般要在高温下进行。锻造分为自由锻和模锻两大类。冲压加工的对象是金属薄板,一般在常温下进行,故又称为板料冲压或冷冲压。
1、自由锻
将坯料放在设备(自由锻锤或水压机)的上、下抵铁之间,因坯料在压力作用下是自由流动的,故称为自由锻。
按使用设备和锻造力性质不同,自由锻分为锤上自由锻和水压机上自由锻,大型锻件要在水压机上进行。
自由锻产品尺寸精度低、加工量大,材料消耗多,生产率低,劳动条件差,劳动强度大,只有在单件、小批量生产才是合理的。
2、模锻
模锻时将坯料放在锻模膛内,使工件压力成形。按照使用设备不同,模锻分为锤上模锻,曲柄压力机上模锻、平锻机上模锻,螺旋压力机上模锻及其他专用设备上模锻。
模锻生产率高,工件表面光洁,尺寸精度高,材料利用率高,锻件内部,锻造流线分布更加合理,提高了使用寿命,可锻软复杂零件,操作简单,易于实现机械化,成本较低,常用于中小型锻件的批量生产。
3、板料冲压
利用装在冲压机床上的冲模对金属板料加工,使之变形或分离,从而获得零件或毛坯。
板料坯料通常是厚度在1~2mm以下的薄板一般不加热。板料冲压的原材料要具有良好的塑性和较低的抗变形能力,如低碳钢、合金钢、铜、铝。
冲压件重量轻,刚度好、结构轻巧、质量稳定,互换性好。操作简单,易于机械化和自动化,且成本低。
由于冲压模具制作成本高,大批量生产才是合理的。
4、其他压力加工方法
挤压形成,使用的压力大,金属变形量大,可制作多种材料,多种形状的金属工件,且精度高、机械性能好,可机械化自动化。
辊轧成形:如辊轧、热轧齿轮、辗环。
精密模锻,经向锻造、高速锤锻造等。