孙学强机械制造部分期末.docx

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孙学强机械制造部分期末

铸造——指熔炼金属，制造铸型，并将熔融的金属浇人铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件的成形方法。

铸造成形的实质就是利用熔融金属具有流动性的特点，实现金属的液态成形。

二、铸造的特点

1、铸造能生产形状复杂，特别是内腔复杂的毛坯。

2、铸造的适应性广。

3、铸造成本低。

4、铸件的力学性能不及锻件，一般不宜用作承受较大交变、冲击载荷的零件。

5、铸件的质量不稳定，易出现废品。

6、铸造生产的环境条件差等。

一、砂型铸造的生产过程

1、根据零件图的形状和尺寸，设计制造模样和芯盒；

2、制备型砂和芯砂；

3、用模样制造砂型；

4、用芯盒制造型芯；

5、把烘干的型芯装入砂型并合型；

6、熔炼合金并将金属液浇入铸型；

7、凝固后落砂、清理；

8、检验。

概括一些：

制造模样与芯盒、制备型砂和芯砂、造型和造芯、合型、熔炼金属与浇铸、落砂与清理、检验

2.手工造型方法

1）整模造型

2）分模造型

3）挖砂造型

4）活块造型

5）刮板造型

3.浇注系统的组成及各部分的功用

浇口杯的作用是将来自浇包的金属引入直浇道，缓和冲击分离熔渣。

直浇道为一圆锥形垂直通道，其高度使金属液产生一定的静压力，以控制金属液流人铸型的速度和提高充型能力。

横浇道分配金属液进入内浇道，并起挡渣的作用，它的断面一般为梯形，并设在内浇道之上，使得上浮的熔渣不致流人型腔。

内浇道是引导金属液进入型腔的部分，其作用是控制金属液的流速和流向，调整铸件各部分的温度分布。

4.合金的熔炼

1）铸铁——冲天炉

2）铸钢——电弧炉、感应炉

3）有色金属——坩埚

5.铸件的常见缺陷

1）错移5）变形

2）浇注不足6）裂纹

3）冷隔7）表面粘砂

4）缩孔、缩松8）表面孔眼

第二节合金的铸造性能

1.合金的铸造性能——对铸造工艺的适应能力，一般流动性好、收缩性小就称为合金的铸造性能好。

2.影响合金流动性的因素

简答题

1）化学成分——共晶成分合金在恒温下结晶，流动性好；常用合金中灰铸铁和硅黄铜的流动性最好，铝硅合金次之，铸钢最差。

2）工艺条件——提高浇注温度、浇注压力，预热铸型、减少铸型发气，简化复杂铸件的结构形状等均能提高合金的流动性。

3）充型条件——铸件的壁厚、浇注系统的结构、铸型的热导性、充型压力也会影响合金的流动性。

3.合金的收缩

1）三个过程——液态收缩、凝固收缩和固态收缩。

液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的主要原因；而固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。

2）影响收缩的因素

①化学成分。

不同种类的合金收缩率不同；同类合金中因化学成分有差异，其收缩率也有差异。

铸钢的收缩率最大，灰铸铁最小。

灰铸铁收缩率小是因为结晶时石墨析出会产生体积膨胀（石墨的比容大），抵消了合金的部分收缩。

②工艺条件。

合金的浇注温度越高，液态收缩越大。

浇注温度每提高100℃，体积收缩率增加1.6％左右。

铸件在铸型中冷却。

4.合金的收缩对铸件质量的影响

1）铸件中的缩孔和缩松

①缩孔的形成

②缩松的形成

③缩孔的预防。

防止方法：

采用冒口、冷铁等，实现铸件定向凝固，补充金属液体体积的收缩。

2）铸造应力、变形和裂纹

①铸造应力的概念——铸件凝固后，在继续冷却的过程中，将开始固态收缩，若收缩受到阻碍，则会在铸件内部产生应力，称为铸造应力。

铸造应力是铸件出现变形、裂纹的主要原因。

②铸造应力的种类——热应力、收缩应力和相变应力。

③变形和裂纹——当铸件内的应力达到一定数值时，将会使铸件产生变形和裂纹

第四节铸造工艺设计的基本内容

1.铸造工艺设计概念

生产铸件首先要根据铸件的结构特点、技术要求、生产批量、生产条件等，确定工艺方案和工艺参数，绘制图样和标注符号，编制工艺卡和工艺规程等，这些工作称为铸造工艺设计。

2.浇注位置的选择

浇注位置是指浇注时铸型分型面所在的位置。

分型面是指铸型组元间的结合面，如上下砂型的结合面。

选择原则如下：

1．铸件的重要表面应朝下

浇注时铸件处于上方的部分缺陷比较多，组织也不如下部致密。

2．铸件上的大平面应尽可能朝下铸件上表面除容易产生砂眼、气孔和夹渣等缺陷外，铸件朝上的大平面还极容易产生夹砂缺陷。

3．铸件的薄壁部位应置于下部置于铸型下部的铸件因浇注压力高，可以防止浇不足、冷隔等缺陷。

3.分线面的选择

1．便于起模

2．简化造型

3．尽量使铸件位于同一砂箱内

4.工艺参数的概念

1）机械加工余量、铸件尺寸公差、铸孔；

机械加工余量——为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸件工艺设计时预先增加而在切削加工时切去的金属层厚度。

2）收缩率

线收缩率是指铸件从线收缩起始温度冷却至室温的收缩率，常以模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示。

3）起模斜度

起模斜度是指为使模样容易从

铸型中取出或型芯自芯盒脱出，平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度，如图10-35所示。

起模斜度的大小与造型方法、模样材料、垂直壁高度等有关，通常为15´～3°。

4）芯头

芯头是指型芯的外伸部分，不形成铸件轮廓。

5.绘制铸造工艺图

在零件图的基础上+机械加工余量+收缩率；

与分线面相垂直的不加工表面加起模斜度；

孔欲铸出需型芯，型芯需芯头来固定。

第五节铸件的结构工艺性

一、合金铸造性能对铸件结构的要求

1.壁厚合理

2.壁厚均匀

3.圆角过度和逐步过度

4.较小变形和避免收缩受阻

二、铸造工艺对铸件结构的要求

1.铸件应具有尽量少而简单的分型面

2.铸件结构应便于起模

3.避免不必要的型芯

4.应便于型芯的固定、排气和清理

第六节特种铸造简介

一、特种铸造的种类

1.熔模铸造

（1）铸件精度高，表面质量好。

（2）可制造形状复杂的铸件。

（3）适用于各种合金铸件。

（4）生产批量不受限制。

熔模铸造主要用于生产形状复杂、精度要求高、熔点高和难

切削加工的小型（质量在25kg以下）零件，如汽轮机叶片、切削

刀具、风动工具、变速箱拨叉，枪支零件以及汽车、拖拉机、机

床上的小零件等。

2.金属模铸造

3.压力铸造

4.离心铸造

二、学习要求

1.各种铸造的工艺过程

2.各种铸造的特点及适用场合

一、锻压的概念及实质

锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸形

状及改善性能，用以制造机械零件或毛坯的成形加工方法。

（1）锻造

（2）板料冲压

（3）轧制

（4）挤压

（5）拉拔利用拉力

锻压加工的主要特点为：

（1）能消除金属内部缺陷，改善金属组织，提高力学性能。

（2）具有较高的生产效率。

（3）可以节省金属材料和切削加工工时，提高材料利用率济效益。

（4）锻压加工的适应性很强。

一、金属塑性变形的实质

1.单晶体的塑性变形——滑移与孪生

2.多晶体的塑性变形——包括晶内变形的晶间变形

（一）金属的加工硬化（冷变形强化）

金属在低温下进行塑性变形时，

随着变形程度的增加，金属的硬度和

强度升高，而塑性、韧性下降，这种

现象称为金属的冷变形强化或加工硬

化。

1．回复

当加热温度较低时，原子活动能力不大，只做短距离扩散，使

晶格扭曲减轻，残余应力显著下降，但组织和力学性能无明显变化。

这一过程称回复。

在生产中利用回复处理来保持金属有较高强度和硬度的同时，

还适当提高其韧性，降低内应力。

如冷拔钢丝卷制成弹簧后，进行

一次250～300℃的低温退火

2．再结晶

随着加热温度的升高，金属原子获得更多能量，原子扩散能力

加大，则开始以某些碎晶或杂质为核心，形核并长大成新的细小、

均匀的等轴晶粒。

这个过程称再结晶。

金属经过再结晶后，不但晶粒得到了细

化，且消除了金属由于塑性变形而产生的冷

变形强化现象，使金属的强度、硬度下降，

塑性、韧性升高，金属的性能基本亡恢复到

塑性变形前的状态。

金属再结晶后，若继续加热．将发生晶

粒长大的现象，这是应该防止和避免的。

金属在再结晶温度以下进行的塑性变形

称冷变形，如冷轧、冷挤、冷冲压等。

金属

在冷变形的过程中，不发生再结晶，只有冷

变形强化的现象，所以冷变形后金属得到强

化，并且获得的毛坯和零件尺寸精度、表面质量都很好。

但冷变形的变形程度不宜过大，以免金属产生破裂。

金属在再结晶温度以上进行塑性变形称热变形，如热轧、热挤、

锻造等。

金属在热变形的过程中，既产生冷变形强化，又有再结晶

发生，不过冷变形强化现象会随时被再结晶消除，所以热变形后获

得的毛坯和零件的力学性能（特别是塑性和冲击韧度）很好。

（一）热加工流线（锻造流线）

1．形成

在热变形过程中，分布在金属铸锭晶界上的夹杂物难以发生再

结晶，因此沿着金属变形方向被拉长或压扁，呈带状和链状被保留

下来，这样就形成热加工流线（亦称纤维组织）。

热加工流线的存在，使金属的力学性能出现了方向性，即纵向

（平行流线方向）的强度、塑性显著高于横向（垂直流线方向）。

变形程度越大，热加工流线越明显，性能上的差别就越大。

2．合理分布

合理的热加工流线方向的分布是：

零件工作时最大正应力与流线方向平行，最大切应力与流线方向垂直；

1.金属可锻性的概念——塑性好、变形抗力小

金属的可锻性指锻造金属材料获得合格制品的难易程度。

生产中常用金属塑性和变形抗力两个因素综合衡量。

（—）金属性质

1．化学成分

金属的化学成分不同，其可锻性也不同。

如纯金属的可锻性比合金的好，而钢的可锻性随着钢中含碳量的增加，塑性下降，变形抗力增大，可锻性变差。

钢中的合金元素越高，其可锻性越差。

2．组织状态

金属的组织状态不同，其可锻性也不同。

单一固溶体比金属化

合物的塑性高，变形抗力小，可锻性好；同样单一固溶体组织，晶

格类型不同可锻性也不同，奥氏体比铁素体的可锻性好；奥氏体、

铁素体的可锻性远远高于渗碳体，因此渗碳体不宜锻压加工；粗晶

结构比细晶结构的可锻性差。

（二）外界加工条件

1．变形温度

金属加热温度的升高，原子间结合力削弱，动能增高，有利于金属滑移变形，金属的可锻性得到改善。

2．变形速度

变形速度是指金属在单位时间内的变形量。

变形速度对金属的塑性及变形抗力的影响如图11-7所示。

在临界变形速度C之前，随着变形速度的增加，金属的塑性下降，变形抗力增加。

在临界变形速度C之后，消耗于金属塑性变形的能量转化为热能，即热效应。

由于热效应的作用，使金属温度升高，塑性上升，变形抗力减小，金属易锻压加工。

1一变形抗力曲线2一塑性变化曲线

3．应力状态

挤压时金属三个方向承受压应力，如图11-89a所示。

在压应力的作用下，金属呈现出很高的塑性。

拉拔时金属呈两向压应力和一向拉应力状态，如图11-8b所示。

拉应力易使金属内部的缺陷处产生应力集中，增加金属破裂倾向，表现出金属的塑性下降。

一、自由锻造的特点及设备

1.自由锻的特点

1）改善组织结构，提高力学性能。

2）成本低，经济性合理。

3）工艺灵活，适用性强。

锻件质量可以从1kg～300t，是锻造大型锻件的唯一方法。

4）锻件尺寸精度低。

2.自由锻的设备

1）空气锤

2）水压机

二、自由锻的基本工序

1.镦粗

2.拨长

3.冲孔

三、自由锻的工艺规程

自由锻的工艺规程主要包括：

1）绘制锻件图

2）坯料质量和尺