4.4金属材料的成型工艺解析
金属材料的成型工艺
金属材料的成型工艺引言金属材料的成型工艺是指通过加热、加压和变形等手段，将金属材料由初始形状转变为目标形状的工艺过程。
金属材料的成型工艺在制造业中占据着重要地位，广泛应用于汽车制造、航空航天、电子设备等领域。
本文将介绍金属材料的成型工艺的几种常见方法。
压力成形压力成形是金属材料成型工艺中最常见的一种方法。
它通过施加压力将金属材料强制塑造成所需形状。
主要的压力成形工艺包括锻造、冲压和挤压。
锻造锻造是一种将金属材料加热到一定温度后，在冷镦机或锻压机上施加压力进行塑性变形的工艺。
锻造通常分为冷锻和热锻两种方式。
与其他成型工艺相比，锻造具有精度高、力学性能好等优点。
冲压冲压是利用冲床将板材或带材冲压成所需形状的工艺。
冲压通常包括剪切、冲孔、成形等步骤。
冲压工艺具有高效率、高精度和批量生产能力等优点。
挤压挤压是将金属材料塑性变形成为具有一定截面形状的长条材料的工艺。
它可以通过挤压机将金属材料挤压出所需形状。
挤压工艺具有高生产效率和高材料利用率等优点。
热成形热成形是指在金属材料加热至高温状态下进行塑性变形的工艺。
热成形通常包括热锻、热轧和挤压等方法。
热锻热锻是一种在金属材料达到高温时施加压力进行塑性变形的工艺。
热锻通常在1200℃以上的高温下进行，可以获得更好的塑性变形性能和力学性能。
热轧热轧是将金属材料加热到较高温度后通过轧机进行连续轧制的工艺。
热轧可以改变材料的厚度、宽度或长度，并使材料达到所需的机械性能。
热挤压热挤压是一种在金属材料达到高温时将其压入模具中进行塑性变形的工艺。
热挤压通常适用于薄壁、大截面和复杂形状的金属制品的生产。
冷成形冷成形是指在室温下进行金属材料塑性变形的工艺。
冷成形通常包括冷轧、冷挤压和冷拉伸等方法。
冷轧冷轧是将金属材料在室温下通过轧机进行塑性变形的工艺。
冷轧通常用于薄板材料的生产，可以提高材料的表面质量和机械性能。
冷挤压冷挤压是一种在室温下将金属材料通过模具进行塑性变形的工艺。
金属的连接成型工艺基础
金属连接成型工艺是指将金属材料通过一定的工艺方法，使其形成具有一定形状、尺寸和性能的零件或产品的过程。
金属连接成型工艺主要包括焊接、铆接、螺纹连接、粘接等。
金属连接成型工艺的应用广泛，如汽车制造、航空航天、船舶制造、建筑等领域。
金属连接成型工艺的发展趋势是提高生产效率、降低成本、提高产品质量和性能。
环境因素：考虑温度、湿度、腐蚀性等对连接的影响
不同金属材料的连接工艺适应性
连接工艺的经济性分析
材料成本：不同连接工艺所需的材料成本不同，需要根据实际需求选择
加工成本：不同连接工艺的加工成本也不同，需要考虑加工效率和加工难度
维护成本：不同连接工艺的维护成本也不同，需要考虑维护的频率和难度
寿命成本：不同连接工艺的寿命成本也不同，需要考虑产品的使用寿命和更换成本
胶接质量控制：定期检查胶接质量、加强员工培训等
防止措施：选择合适的胶粘剂、控制胶接温度和压力、保证胶接表面清洁等
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金属机械连接工艺基础
螺钉连接
应用范围：广泛应用于各种金属和非金属材料的连接
螺钉类型：包括自攻螺钉、木螺钉、螺栓等
连接原理：通过螺纹将两个部件固定在一起
优点：操作简单，连接牢固，易于拆卸和更换
减少能源消耗：采用节能型设备和工艺，降低生产过程中的能耗
减少污染排放：采用环保型材料和工艺，降低生产过程中的污染排放
提高资源利用率：采用循环利用和再利用技术，提高资源利用率
提高产品质量：采用先进技术和工艺，提高产品质量和性能，延长使用寿命
提高生产效率：采用自动化和智能化技术，提高生产效率和生产质量
提高安全性能：采用安全技术和工艺，提高生产过程中的安全性能，降低事故发生率
03
金属胶接工艺基础
机械制造工艺-金属材料的加工与成型
机械制造工艺-金属材料的加工与成型1. 介绍金属材料的加工与成型是机械制造过程中至关重要的一部分。
本文档将探讨金属材料的加工与成型技术，包括常见的金属材料、加工方法和相关设备。
2. 常见金属材料2.1 钢钢是最常用的金属材料之一，具有较高的强度和耐磨性。
它广泛应用于制造行业，如汽车、建筑和机械制造等领域。
2.2 铝合金铝合金具有良好的强度和轻量化特性，被广泛用于飞机、汽车和电子产品等领域。
2.3 铜铜具有优异的导电和导热性能，常用于电子元件、管道和装饰品等方面。
2.4 锌合金锌合金具有良好的耐腐蚀性能，常被用于模具制造和锌合金产品生产。
3. 加工方法3.1 切削加工切削加工是通过将刀具对金属材料进行切削、钻孔或铣削等操作来改变其形状。
常见的切削加工方法包括车削、钻孔、铣削和磨削等。
3.2 成形加工成形加工是通过将金属材料置于模具中，通过施加力和压力改变其形状。
常见的成型加工方法包括冲压、锻造、挤压和铸造等。
3.3 焊接焊接是将两个金属件通过熔化或塑性变形连接在一起的过程。
常见的焊接方法有电弧焊、氩弧焊和激光焊等。
4. 加工设备4.1 数控机床数控机床是利用计算机控制系统来精确操作和控制刀具运动的机床设备，常用于精密加工和批量生产。
4.2 冲压机冲压机利用模具对金属材料进行冲击或挤压，以改变其形状。
它广泛应用于汽车制造和家电制造等领域。
4.3 焊接设备焊接设备包括电弧焊机、氩弧焊机和激光焊接机等，用于将金属材料进行连接和固定。
5. 结论机械制造工艺中金属材料的加工与成型是非常重要的环节。
通过选择合适的金属材料、加工方法和设备，在实际应用中可以获得优异的性能和质量。
对于机械制造行业而言，熟练掌握金属材料的加工与成型技术能够提高生产效率、降低成本并提高产品质量。
金属材料的成型工艺
制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质 合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等 等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常 用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金 工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、 基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。 一般情况下，大批量生产所使用的冲压模具主要为 钢模； 对单件小批量生产则可使用钢皮模； 对于新产品试制多采用低熔点合金钢模具； 对于中、小批量生产的一些大型拉延模具，常选用 铸铁基环氧树脂塑料模具。
二. 铸造的基本概念及方法
金属铸造是将熔融态的的金属浇入铸型后，冷却 凝固成为具有一定形状铸件的工艺方法。 一般分为：砂型铸造方法和特种铸造方法（熔模铸造、 金属性铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷 型铸造、连续铸造等）
砂型铸造 液态成型工艺 特种铸造
手工造型 机器造型
金属型铸造 熔模铸造 压力铸造 低压铸造 陶瓷型铸造 离心铸造
冲压件的注意事项：
• 冲孔尽量力求简单对称，尽量采用圆形、矩形 等，避免长槽和细长的悬臂结构。 • 冲孔时，圆孔的直径不得小于材料的厚度，方 孔边长不得小于材料厚度的0.9倍。 • 为了避免应力集中，而引起的模具开裂，轮廓 转角处应为圆角半径。 • 为防止弯裂，弯曲时考虑纤维方向，同时不能 小于材料的弯转半径。
性变形的加工方法。
按加工温度分类：热冲压和冷冲压。前者适合变 形抗力高，塑性较差的板料加工；后者在室温 下进行，是薄板常用的冲压方法。
•冲压基础知识 • 冲压有时也称板材成形, 但略有区别。所谓板材成 型是指用板材、薄壁管、薄型材等作为原材料进行塑性 加工的成形方法统称为板材成形，此时，板厚方向的变 形一般不着重考虑。 • 影响因素：冲压材料、冲压模具、冲压设备。 • (1) 冲压材料 • 冲压板材质量的衡量指标：冲压特性、化学成分、 金相组织、厚度公差和表面质量。 • (2) 冲压工艺与设备 • 冷冲压是一种先进的金属加工方法，它是建立在 金属塑性变形的基础上，利用模具和冲压设备对板料金 属进行加工，从而一定形状和尺寸并保证有一定外观和 强度性能的零件加工方法。冷冲压在加工中不产生切屑， 生产效率高，冲压件的互换性强。冷冲压工艺大致可分 为分离工序与成形工序和复合工序（两类工序集中于同 一模具中完成）三大类。
材料成型第3章金属的铸造形成工艺2
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3. 离心铸造应用范围
用离心铸造法生产产量很大的铸件有以下几种： (1) 铁管，世界上每年球墨铸铁管件总产量的近一半是用离心铸造法生产的； (2) 柴油发动机和汽油发动机的气缸套。 (3) 各种类型的铜套。 (4) 双金属钢背铜套、各种合金的轴瓦。 (5) 造纸机滚筒。
材料成型第3章金属的铸造形成工艺2
冷压室卧式压铸（目前应用最多)
(3)取出铸件：铸件凝固之后，抽芯机构将型腔两侧型芯同时抽 出，动型左移开型，铸件则借冲头的前伸动作离开压室。此后， 在动型继续打开过程中，由于顶杆停止了左移、铸件在顶杆的作 用下被顶出动型(图d)。
材料成型第3章金属的铸造形成工艺2
冷室压铸机的压室 和熔炉是分开的， 压铸时要从保温炉 中舀取金属液倒入 压室内，再进行压 铸。
材料成型第3章金属的铸造形成工艺2
冷压室卧式压铸（目前应用最多)
(1)注入金属 先闭合压型，将勺内金属液通过压室上的注 液孔向压室内注入(图a)。 (2)压铸压射冲头向前推进，金属液被压人压型中(图b)。
材料成型第3章金属的铸造形成工艺2
1、压力机工作原理及应用 （1）热压室压铸机
热室压铸机的压室 与合金熔化炉联成一体， 压室浸在保温坩埚的液 体金属中，压射机构装 在坩埚上面，用机械机 构或压缩空气所产生的 压力进行压铸。
图3-23为热室压铸机工作原理示意图。
材料成型第3章金属的铸造形成工艺2
（2）冷压室压铸机
材料成型第3章金属的铸造形成工艺2
二、 压力铸造
定义：在高压（30～70MPa) 下将液态或半液态合金 快速( 5～100mm/s,t=0.05～0.2s))地压入金属铸型中， 并在压力下凝固，以获得铸件的方法。
浅析《金属材料及成型工艺》课程标准制订
３ ． 会初 步选择零 件毛坯 成型方 法。 ４ ． 能进 行氧一 乙炔 焊接 、 二 氧化 碳保 护焊 、 手 工 电
弧焊 。
５ ． 会简单操作车床 、 铣床 、 磨床 、 钻床。
标， 选择课 程 内容 ， 制订 实施方 案 ， 规 范教学过 程 ， 指 导 教师完成教学任务具有重要指导意义 。
这部 分简要 论述课 程培养 目标 ， 最 好从 知识 、 能力 及素质等方面分别描述 。例如 ： 本课程立 足于机械装备制造业核 心岗位 ， 围绕金 属 材料选 用 、 材料成型方法选用 、 金属材料热处理 、 材料 焊
四、 课 程 设计 （ 一） 教 学设 计
授课 时间： 第一、 二 学期 授课对 象： 机械工程 系各专业大一学生
先 修课 程
： 机 械 制 图
后 续课程： 机械 工程基 础 、 机 械 制 造 工 艺 规 划 与 实施
简要描 述教学 模式 、 教 学组织 形式 、 教学 方法 与手 段等 。笔者做 了如下设计 ：
，
菊
浅析《 金属材料及成型工艺》 课程标准制订
王 少 妮
（ 山 东职 业 学院 ， 山东 济南
［ 摘
２ ５ ０ １ ０ ４ ）
要］ 《 金属材料及成型工艺》 是高职院校机械 类专业 的一 门专业基础课 ， 主要研 究常 用金属材料性质及 加工方法。该课程
叙述性 内容 多， 概念抽 象， 制订规 范严谨的课程标准是上好这 门课 的前提 。应依据专业培养 目标和核 心 岗位 能力要 求 ， 强调企业标 准引入 ， 突 出职业道德与职业素质培养 ， 从 而制订切 实可行的课程标 准。
金属材料成形与加工_锻压工艺之板料成形
肘杆式：
5 冲压设备
摩擦压力机
肘杆式压力机
5 冲压设备
➢按床身结构形式可分为：
开式压力机：床身为C型,工作台三面敞 开,便于前后、左右送料. 刚性较差,用于1000KN以下的 小型压力机.
闭式压力机：床身左右封闭,只有前后 两面敞开,刚度好,精度 高,1000KN以上的大、中 型压力机多采用.
二 冲压工艺力学基础
2.1 金属材料的塑性与变形抗力
1．塑性 塑性是指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性 的能力. 常用的塑性指标:伸长率δ 和断面收缩率ψ . 材料的塑性是塑性加工的依据,冲压成形时总希望被冲压的材料 具有良好的塑性.
同一变形条件下不同的材料具有不同的塑性,同一种材料在不同 的变形条件下又会出现不同的塑性.
影响金属材料塑性变形的因素 金属材料本身的性质:化学成分、金相组织； 外部条件:如变形温度、变形速度和应力状态等.
2.1 金属材料的塑性与变形抗力
2．变形抗力
塑性变形时,使金属产生塑性变形的外力称为变形力,金 属抵抗变形的力称为变形抗力.变形抗力反映了使材料 产生塑性变形的难易程度. 在冲压生产中常用真实应力-应变曲线来表示材料变形抗 力与变形程度的关系:
rB lnB/B0 t lnt/t0
rB t (BB l)(ln B l/nB B0/ Bl0nl/l0)llnn B B B /0lB 00l
2.3拉伸试验
r 值的大小,表明板材在单向拉应力作用下,板平面方向 和板厚方向上变形难易程度的比较.
当 r>1 时,板材厚度方向上的变形比宽度方向上的变 形困难,起皱趋向性降低,利于拉深成形.r值与拉深系数密切 相关〔如图.
金属材料的性能和加工工艺
金属材料的性能和加工工艺金属材料是广泛应用于制造行业的一类材料，其性能和加工工艺的研究和掌握对于制造业的发展至关重要。
本文将从金属材料的性能和加工工艺两个方面入手，探讨其相关问题。
一、金属材料的性能金属材料的性能包括热力学性能、物理性能和化学性能等方面。
其中，热力学性能指的是金属材料在热力学条件下的性质，如热膨胀系数、熔点、凝固温度等；物理性能则指的是金属材料在物理条件下的性质，如弹性模量、导电性、磁性等；化学性能则指的是金属材料在化学条件下的性质，如耐腐蚀性、氧化性等。
这些性能决定了金属材料的使用范围和作用效果。
以铝材料为例，其热力学性能表现为优良的导热性和热膨胀性，因此广泛应用于建筑和汽车制造行业；其物理性能表现为轻质、坚固、易加工，因此也被广泛应用于航空航天和电子行业；其化学性能表现为耐腐蚀性强，可以在海水和酸雾等腐蚀环境中长期使用。
二、金属材料的加工工艺金属材料的加工工艺包括铸造、锻造、轧制、拉拔、冲压、深孔加工等多种方式。
每一种加工工艺都有其特定的应用范围和加工效果。
铸造是一种常见的金属成型工艺，适用于生产各种大型、复杂形状的铸件，如汽车发动机缸体、船舶螺旋桨等。
锻造则是利用材料的塑性变形来制造各种金属件，其优点在于可以提高材料的强度和耐用性。
轧制和拉拔是常用的金属板材和线材成型工艺，可以生产各种规格的金属板、管、线和条等产品。
冲压则是应用于生产大批量的金属件的一种高效率工艺，如汽车身板、家具金属部件等。
对于不同的金属材料和加工对象，选择合适的加工工艺可以最大限度地保持材料性能和提高产品质量。
三、金属材料的加工应用金属材料的加工应用广泛，包括建筑、制造业、医疗、电子、航空航天等多个领域。
其中，建筑和制造业是金属材料的主要应用领域，例如在建筑中，常用的铝型材、不锈钢材料、钢材等可以用于窗户、门、墙板、屋顶、栏杆等部件制造中，这些部件具有耐风、耐水、耐火和耐腐蚀等特性。
在制造业中，金属材料被用于生产汽车、机械、船舶、航空器、卫星等多种产品，其中不锈钢、铝合金、钢等材料都有其主要应用场景。
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化工学院高分子
熔模铸造的特点：
铸件的精度和表面质量较高（IT11~13,Ra1.6~12.5） 合金种类不受限制，钢铁及有色金属均可适用 可铸出形状复杂的铸件 生产批量不受限制 工艺过程较复杂，生产周期长，成本高铸件尺寸不能 太大 熔模铸造是一种少、无切削的先进精密成形工艺，最适 合25kg以下的高熔点、难加工合金铸件的批量生产。如汽 轮机叶片、泵轮、复杂刀具、汽车上小型精密铸件。
离心铸造是铸铁管、气缸套、铜套、双金属轴承的 主要生产方法，铸件最大可达十多吨。此外，在耐热钢 辊道、特殊钢的无缝管坯、造纸机干燥滚筒等生产中得 到应用。
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化工学院高分子
几种造型方法的比较
120 100 80 60 40 20 0 铸件精度 生产率 毛坯利用率
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砂型铸造 熔模铸造 金属型铸造 压力铸造 离心铸造
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化工学院高分子
压力铸造的特点：
铸件的尺寸精度高（IT8~12,Ra3.2~0.4）
铸件的强度和表面硬度都较高
生产效率高（一般为50~150次/小时） 铸件表皮下有气孔，不能多余量加工和热处理 设备投资大，压铸型制造成本高，适宜大量生产
压力铸造主要用于铝合金、锌合金和铜合金铸件。 压铸件广泛应用与汽车、仪器仪表、计算机、医疗器械 等制造业，如发动机汽缸体、汽缸盖、仪表和照相机的 壳体与支架、管接头、齿轮等。
排除内部夹杂物和气体
加快凝固中液体的补缩
金属流动性 测试实验
实验如右图所示：
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铸造的分类
砂型铸造 手工造型
机器造型 铸造
特种铸造 金属型铸造 熔模铸造 压力铸造 低压铸造 陶瓷型铸造 离心铸造
化工学院高分子
机器造型
机器造型的实质 将填砂、紧实、和起模等 主要工序实现机械化
机器造型的特点
可一次成型内腔、外形复杂的毛坯 成本低 工艺灵活 适合于批量生产 公差较大 易产生内部缺陷
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化工学院高分子
铸造的工艺基础
定义：铸造是指将熔融态的金属（或 合金）浇注于特定型腔的铸型中凝固 成形的金属材料成形方法。
充 型
铸造的基本过程：
液 态 金 属 凝 固 收 缩
铸 件
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化工学院高分子
特种铸造
挤压铸造
熔模铸造
特种 铸造
压力铸造
离心铸造
陶瓷型铸造
低压铸造
金属型铸造
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化工学院高分子
一、熔模铸造
熔模铸造是在易熔模样表 面包覆若干层耐火材料， 待其硬化后，将模样熔去 制成中空型壳，经浇注而 获得铸件的成形方法。
熔模铸造工艺过程：
制造熔模、制模组、 上涂料（及撒砂）、脱模、 焙烧、浇注、落砂、切浇 口。
实质：液态金属（或合金）充填铸型 型腔并在其中凝固和冷却。
砂型铸造
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化工学院高分子
铸造主要影响因素
铸造的主要影响因素主要体现在二个方面： 阶 段 主要影响因素 金属的流动性
铸 造
充
型
浇注温度 充型压力
凝 收
固 缩
凝固方式
冷却速度
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金属的流动性：
改善金属 的流动性
有利于
形成薄壁复杂的铸件
组合式金属Leabharlann 芯18化工学院高分子
金属型优点：
金属型缺点：
金属型成本高
没有退让性，不宜生 产形状复杂的铸件
一型多铸，生产效率高
铸件尺寸精度高，表面质量 好 (IT12~14, Ra6.3~12.5)
铸件冷却快，组织致密，机 械性能好
铸件冷却快，组织致 密，机械性能好
金属型铸造主要用于铜、铝、镁等有色金属铸件的大 批量生产。如内燃机活塞、汽缸盖、油泵壳体、轴瓦、 轴套等。
第三章 金属材料
第一节
金属材料的制备与合成 第二节 金属的晶体结构及晶体缺陷 第三节 纯金属的结晶和铸锭 第四节 金属材料的成型工艺
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§4.4 金属材料的 成型工艺
铸造、压力加工、焊接、 机加工、粉末冶金
化工学院高分子
铸造 铸造是生产金属零件毛坯的主要工 艺方法之一 特点
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化工学院高分子
三、压力铸造
压力铸造是将液态金属在高压作用下快速 压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸 件的方法。通常有冷压铸和热压铸两种方式。 压铸工艺过程：
a) 注入金属
b) 压铸
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c) 抽芯
d)顶出铸件
化工学院高分子
卧式压铸机
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化工学院高分子
热压铸原理
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化工学院高分子
热压铸机
铸件尺寸
化工学院高分子
§4.4 金属材料的 成型工艺
铸造、 压力加工 、焊接、 机加工、粉末冶金
化工学院高分子
压力加工
轧制 拉拔 挤压 锻造 冲压
原材料的加工——型材、板 材、管材 零件成品或毛坯的 加工
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化工学院高分子
自由锻
模锻
板 料 冲 压
挤压 拉拔
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轧制
化工学院高分子
生产效率高，劳动强度低，产品质量稳定
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化工学院高分子
造型生产线示意图
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化工学院高分子
机器造型方法
机器造型方法：振压造型、高压造型、抛砂造型。
1、振压造型工作原理
a) 填砂
b) 振实 c) 压实
d) 起模
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2、多触头高压造型
3、抛砂机
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化工学院高分子
砂型铸造的特点：
1、不受铸件材质、尺寸、质量和生产批量的限制； 2、属于一次性铸造成形，造型工作量大； 3、铸件精度和表面质量差； 4、砂型铸造缺陷多，废品率高，机械性能较差； 5、设备简单、投资少，价格低廉，应用广泛。
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二、金属型铸造
金属型铸造是在重力作用下将液态金属浇入金 属铸型的成形方法。 金属型的结构可分为：水平分型式、垂直分 型式及复合分型式等。金属型一般用铸铁、铸钢； 铸件的内腔可用金属型芯或砂芯来形成。
水平分型式
垂直分型式
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铸造铝活塞的金属型及金属型芯
铰链开合式金属型
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四、离心铸造
离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型 中，使其在离心力作用下成形并凝固的铸 造方法。
a) 垂直轴线
b)水平轴线
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离心铸造的特点：
铸件组织致密，机械性能好
不用型芯和浇注系统，简化生产，节约金属
金属液的充型能力强，便于流动性差的合金及薄壁铸件 便于制造双金属结构 铸件易产生偏析，内孔不准确且内表面粗糙
金属的压力加工
压力加工（锻压）——借助外力的
作用，使金属坯料产生塑性变形， 从而获得具有一定形状、尺寸和性 能的锻压件。
金属坯料