材料成型技术基础讲稿.docx

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1、材料成型技术基础讲稿第一章铸造概述铸造一一将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或者零件的方法。铸造生产的特点：优点一一零件的形状复杂；工艺灵活；成本较低。缺点一一机械性能较低；精度低；效率低；劳动条件差。分类：砂型铸造90%以上特种铸造一一铸件性能较好，精度低，效率高我国铸造技术历史悠久，早在三千多年前，青铜器已有应用；二千五百年前,铸铁工具已经相当普遍。泥型、金属型与失蜡型是我国制造的三大铸造技术。1-1金属的铸造性能合金的铸造性能是表示合金铸造成型获得优质铸件的能力。通常用流淌性与收缩性来衡量。一、合金的流淌性1、流淌性概念流淌性一一液态合金的充型能力。流淌性好的

2、合金：易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件；有利于非金属夹杂物与气体的上浮与排除；易于补缩及热裂纹的弥合。合金的流淌性是以螺旋形流淌试样的长度来衡量。试样越长，流淌性越好。2、影响合金流淌性的因素a合金性质方面纯金属、共晶合金流淌性好。（恒温下结晶，凝固层内表面光滑）亚、过共晶合金流淌性差。（在一定温度范围内结晶，凝固层内表面粗糙不平）b、铸型与浇注条件提高流淌性的措施：提高铸型的透气性，降低导热系数；确定合理的浇注温度；提高金属液的压头；浇注系统结构简单。C、铸件结构铸件壁厚最小同意壁厚二、合金的收缩1、收缩的概念收缩是铸件中的缩孔、缩松、变形与开裂等缺陷产生的原因。收缩的三个阶段：液态收缩形

3、成缩孔、缩松(体收缩率)凝固收缩J固态收缩一一产生变形与裂纹(线收缩率)几种铁碳合金的体积收缩率合金种类含碳量(%)浇注温度(*C)液态收缩(%)凝固收缩(%)固态收缩(%)总体积收缩(%)线收缩率(%)碳素铸钢0.3516101.63.07.8612.461382.0白口铸铁3.014002.44.05.46.31212.91.352.0灰铸铁3.514003.50.13.34.26.97.80.8102、铸件的缩孔与缩松缩孔的形成：纯金属或者共晶成分的合金易形成缩孔。缩松的形成：结晶温度范围大的合金易形成缩松。缩孔与缩松的防止：定向凝固一一在铸件可能出现缩孔的厚大部位，通过增设冒口或者冷铁

4、等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒的部位凝固，冒口本身最后凝固。结果一一使铸件各个部分的凝固收缩均能得到液态金属的补充，而将缩孔转移到冒口之中3、铸造应力铸造内应力有热应力与机械应力，是铸件产生变形与开裂的基本原因。热应力的形成一一热胀冷缩不均衡机械应力的形成一一收缩受阻减少与消除应力的措施：结构上一一壁厚均匀，圆角连接，结构对称。工艺上一一同时凝固，去应力退火。同时凝固与定向凝固比较定向凝固一一用于收缩大或者壁厚差距较大，易产生缩孔的合金铸件，如铸钢、铝硅合金等。定向凝固补缩作用好，铸件致密,但铸件成本高，内应力大。同时凝固一一用于凝固收缩小的灰铸铁。铸件内应力小，工艺简

5、单，节约金属，组织不致密。4、铸件的变形关于厚薄不均匀、截面不对称及具有细长特点的杆件类、板类及轮类等铸件,当残余铸造应力超过铸件材料的屈服强度时，产生翘曲变形。用反变形法防止箱体、床身导轨的变形。5、铸件的裂纹铸钢件热裂纹（薪善型芯的退让性，大的型芯制成中空的或者内部填以焦碳）轮形铸件的冷裂（减少铸件应力，降低合金的脆性）1-2砂型铸造一、砂型铸造造型方法套筒的砂型铸造过程:造型方法：手工造型一一单件、小批量生产机器造型一一中、小件大批量生产机器造芯一一中、小件大批量生产柔性造型单元一一各类形状与批量生产（一）手工造型手工造型方法与特点造型方法特点整模造型整体模型，分型面为平面分模造型分开模

6、型，分型面多是平面活块造型将模样上有妨碍取摸的部分做成活动的挖沙造型造型时须挖去阻碍取模的型砂刮板造型与铸件截面形状相习惯的板状模样三箱造型铸件两端截面尺寸较大，需要三个沙箱（二）机器造型机器造型是将填砂、紧实与起模等要紧工序实现了机械化，并构成生产流水线。机器造型生产率高，铸型质量好，铸件质量高，适用于中小型铸件的大批量生产。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2、多触头高压造型3、抛砂机（三）机器造芯在大批量生产中，常用型芯制作设备是射芯机与壳（吹）芯机。射芯机工作原理与壳（吹）芯制造原理（四）柔性制造单元柔性制造单元通过在造型自

7、动线上加设模板库及模板快换机构等，由计算机集中操纵模板的调运与更换、造型机工作参数、铸型质量的检验等。二、砂型铸造工艺设计铸造工艺图包含：铸件的浇注位置铸型分型面铸造工艺参数支座的零件图、铸造工艺图、模样图及合型图（一）浇注位置的选择浇注位置一一浇注时铸件在铸型中的空间位置。浇注位置的选择原则：铸件的重要加工面应朝下或者位于侧面；铸件的大平面应朝下；面积较大的薄壁部分置于铸型下部或者侧面;铸件厚大部分应放在上部或者侧面。（二）铸型分型面的选择三通的分型方案：四箱造型、三箱造型、两箱造型分型面的选择原则：便于起模，使造型工艺简化；尽量使铸件全部或者大部置于同一砂箱;尽量使型腔及要紧型芯位于下型。

8、（三）工艺参数的确定机械加工余量与最小铸出孔；起模斜度；铸造收缩率；型芯头设计。（四）浇、冒口系统（五）铸造工艺设计的通常程序（五）铸造工艺设计的通常程序项目用途设计程序铸造工艺图是制造模样、模底板、芯盒等工装与进行生产准备与验收的根据。1 .产品零件的技术条件与结构工艺性分析2 .选择造型方法3 .确定分型面与浇注位置4 .选用工艺参数5 .设计浇冒口、冷铁等6 .型芯设计铸件图是铸件验收与机加工夹具设计的根据。7.在完成铸造工艺图的基础上，画出铸件图铸型装配图是生产准备、合型、检验、工艺调整的根据。8.在完成砂箱设计后画出铸造工艺卡片是生产管理的重要根据。9.综合整个设计内容（五）实例分析

9、1、气缸套方案I,轴线处于水平位置，铸件易产生缺陷；用分开模两箱造型，分型面通过圆柱面，有飞边，易错箱。方案II,轴线处于垂直位置，铸件是顺序凝固；分型面在铸件一端，毛刺易清理，不可能错箱2、支座方案I,沿底版中心分型。轴孔下芯方便，但底版上四个凸台务必使用活块且铸件在上、下箱各半。方案II,沿底面分型，铸件全部在下箱，不可能产生错箱，铸件易清理。但轴孔内凸台务必使用活块或者下芯且轴孔难以铸出。3、C6140车床进给箱体方案I,能铸出轴孔，型芯稳固性好。但基准面朝上易产生缺陷且型芯数量较多，槽C妨碍起模需用活块或者型芯。方案II,从基准面分型，铸件大部分在下型，基准面朝上，轴孔难以铸出，且凸台

10、E与槽C妨碍起模，需用活块或者型芯。方案I,铸件全部置于下型，基准面朝下，铸件最薄处在铸型下部。但凸台EA与槽C都需用活块或者型芯，内型芯稳固性差。大批量生产时选用方案I,单件、小批量生产时一一选用方案II或者方案III。车床进给箱体铸造工艺图1-3铸件的结构设计铸件的结构工艺性，是指所设计的零件在满足使用性能的前提下，铸造成形的可行性与经济性，即铸造成形的难易程度。良好的铸件结构性应与金属的铸造性能与铸造工艺相习惯。大批量生产时，铸件的结构应便于使用机器造型；单件、小批量生产时，则应使所设计的铸件尽可能习惯现有生产条件。一、合金铸造性能对铸件结构的要求（一）铸件的壁厚1、铸件壁厚应合理2、铸

11、件壁厚应均匀3、致密铸件应符合顺序凝固原则（二）壁的连接1、应有结构圆角2、应避免交叉、锐角接头3、不一致壁厚连接应逐步过渡（三）避免变形与开裂的结构1、结构对称2、合理设置加强肋3、应有利于自由收缩二、铸造工艺对铸件结构的要求（一）铸件的外形1、尽量避免外表面内凹2、尽量示分型面为平面3、尽量减少分型面的数量4、应具有结构斜度（二）铸件的内腔1、不用或者少用型芯与活块2、有利于型芯的定位、排气与清理三、组合铸件关于某些大型复杂铸件，在生产条件不同意整体铸造时，可使用组合铸件。1-4常用铸件的生产一、铸铁件的生产铸铁是含碳量超过2.11的铁碳合金。工业用铸铁实际上是以Fe、C、Si为要紧元素的

12、多元合金。铸铁中碳的存在形式：渗碳体化合状态石墨游图状态铸铁分类：白口铸铁r灰铸铁(片状石墨)灰口铸铁T可锻铸铁(团絮状石墨)麻口铸铁1球墨铸铁(球状石墨)(一)铸铁的石墨化1、石墨化过程石墨化铸铁中析出石墨的过程。石墨化形式：缓慢冷却时，1(A)f石墨加热时，Fe3Cf石墨因此石墨是稳固相，是亚稳固相。石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格。原子呈层状排列，同一层面上的碳原子呈共价键，结合力强；层与层之间呈分子键，结合力弱。因此，石墨结晶形态常易进展为片状，强度、硬度、塑性极低。2、影响石墨化的因素(1)化学成分碳与硅是强烈促进石墨化元素。碳是石墨的基础，硅促进石墨析出(C:2.7-3.6%,

13、Si:1.1-2.5%)o碳与硅含量高时，石墨量多、尺寸大、铁素体多，因此强度、硬度低。锦是微弱阻止石墨化元素，可促进珠光体基体形成，提高铸铁强度与硬度(Mn:0.4-1.2%)O硫与磷是有害元素(SW0.10.15%,PW0.2)0碳当量：Ce=C+(Si+P)3%Ce=4.28%,共晶成分；Ce4.28%,过共晶成分。(2)冷却速度同一铸件厚壁处为灰口组织，而薄壁处为白口组织，这说明：缓慢冷却有利于石墨化过程的进行。可见，当铁水的碳当量较高，结晶过程中缓慢冷却时，易形成灰口铸铁；相反易形成白口组织(二)灰铸铁1、灰铸铁的组织与性能特点灰铸铁的组织：铁素体灰铸铁灰铸铁的性能：(1)机械性能较

14、差一一强度低、塑性低、韧性低且壁厚敏感；抗压强度、硬度与相同基体碳钢相近。(2)(2)其它性能耐磨性好、减震性好、缺口敏感性小、铸造性能与切削加工性能良好。灰铸铁与碳钢机械性能的比较性能指标抗拉强度ob(Nmr2)延伸率(%)冲击韧性k(Jcm2)硬度(HBS)铸造碳钢400-65010-2520-60160-230灰铸铁100-3500-0.50-5148-2982、灰铸铁的牌号与用途HT200表示灰铸铁，ob2200Nmm2(壁厚增加，强度降低)牌号基体组织用途HT1OO铁素体低负荷与不重要的零件。如手柄、盖板、重锤等。HT150铁素体+珠光体受中等负荷的零件。如机座、支架、箱体、带轮等。HT200珠光体受较大负荷的重要件。如汽缸、床身、活塞、中等压力阀体、齿轮箱、飞轮等。3、灰铸铁的孕育处理孕育铸铁：HT250、HT300、H350T孕育处理：降低碳、硅含量，以提高铸铁的强度；浇注前向铁水中加入少量的孕育剂(75*硅铁)，能够细化组织,促进石墨化。孕育铸铁的特点：强度较高，冷却速度对其组织与性