第3章金属毛坯的热成型

《第3章金属毛坯的热成型》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章金属毛坯的热成型（120页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、机械制造基础 第3章 金属毛坯的热成型,第3章 金属毛坯的热成型,3.1 铸造 3.2 锻压加工 3.3 焊接,第一节 砂型铸造 第二节 金属的铸造性能 第三节 铸造工艺设计基础 第四节 铸件结构工艺性 第五节 特种铸造,3.1 铸造,概 述,铸造:是指制造铸型，熔炼金属，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件的成形方法。 造型熔炼金属浇注落砂清理 铸件通常作为形状较复杂的零件毛坯，经机械加工制成零件。一般强度不高 铸造方法一般分为砂型铸造和特种铸造。其中砂型铸造应用最为普遍。,第一节 砂型铸造,齿轮毛坯的砂型铸造,一、造型:用造型材料及模样等工艺装备制造铸型的过程。,1.造型材

2、料：型砂和芯砂 型砂是由原砂、粘结剂、水和附加物混制而成。,（1）型砂组成的成分 ）原砂 ：其主要成分是SiO2的质量分数为95%以上的硅砂，耐火性高达1710C 颗粒大小：-号筛孔（0.2100.297） ）粘结剂 ：粘土、陶土、水玻璃、亚麻仁油 ）附加材料 ：煤粉、木屑。型砂中加入煤粉可防铸件表面粘砂，加入木屑可改善透气性、退让性。,（2） 型砂应具备的性能,）强度：型砂、芯砂抵抗外力破坏的能力 ） 透气性：让气体透过的能力称为透气性。原砂颗粒越大、均匀，粘结剂含量越低，能使型砂的透气性提高。透气性不好，易产生气孔缺陷 ） 耐火性：型砂抵抗高温作用的能力 4）退让性：型砂在外力作用下被压缩

3、的能力,.造型方法,（1）手工造型 整模造型：型腔全部位于一个砂型内，分型面是平面。 分模造型：模样沿截面最大处分为两半 挖砂造型：当铸件最大截面不在顶部，模样又不方便分成两段时，常将模样做成整体，造型时挖出阻碍起模的型砂，再造另一型 活块造型：将防碍起模部分作成活块,整模造型,造下型,刮平,造上型,起模,合型,带有浇口铸件,分模造型,挖砂造型,活块造型,3.浇注系统和冒口,组成：典型的浇注系统是由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道四部分组成。 冒口作用： 排气；保证液态金属平稳、迅速的流入铸型型腔； 补缩：调节各部分冷却速度; 聚渣：使浮渣易去除； 标记：作为浇满标记。,浇注系统和冒口,4.造芯

4、：形成铸件的内腔,造芯的工艺要求 安放芯骨、开通气道、刷涂料（提高表面质量） 2. 造芯方法：既可用手工造芯，也可用机器造芯。造芯可用芯盒，也可用刮板。,5.合型：将铸型的各个部分组合成一个完整铸型的操作过程,二、铸铁的熔炼及浇注,（一）熔炼 1.任务：熔炼的任务是获得预定化学成分和一定温度的金属液，并尽量减少金属液中的气体和杂质，提高熔炼设备的熔化率，降低燃料消耗等，以达到最佳的技术经济指标。,设备： 熔炼铸铁：冲天炉 铸钢：电炉 有色金属：坩埚炉 3. 炉料：金属料、燃料和熔剂三部分。,（二）浇注 将液态金属从浇包注入铸型的操作, 浇注温度 形状复杂、薄壁的灰铸铁件，浇注温度为1400C；

5、 形状简单、厚壁的灰铸铁件，浇注温度为1300 ； 铸钢件浇注温度为1500 1550 C。, 浇注速度 浇注速度对铸件质量的影响也是较大的。浇注速度应视铸件的大小、形状来定。, 浇注方法 去渣、浇注，一个铸型中间不得中断。,(一)落砂: 用手工或机械使铸件和型砂、砂箱分开要冷却到一定温度才可落砂 (二)清理：从铸件上清除浇口、冒口、型心、毛刺和表面粘砂等过程 灰铸铁：敲击 铸钢件：气割 有色金属：锯割,三、落砂和清理,1.金属的铸造性能 包括：金属的流动性和金属的收缩 （1）金属的流动性:指熔融金属的流动能力 主要受下列因素影响： 1）化学成分：共晶合金流动性最好 常用铸造合金中：灰铸铁流动

6、性最好，铸钢最差 2）浇注温度：适当提高 ）铸型条件和铸件结构,2.1.2 金属的铸造性能,（2）金属的收缩:指铸型内金属随着温度下降体积和尺寸会逐渐减小 主要受下列因素影响： 1）化学成分： 灰铸铁收缩最小、铸钢收缩最大 2）浇注温度：适当降低 ）铸型条件和铸件结构,2.常用金属的铸造性能 1）灰铸铁。在常用的各种铸铁中，灰铸铁的铸造性能最好，几乎集中了上述全部优点。因而灰铸铁件的铸型对型砂要求不高，很少设置冒口（只要出气冒口即可）。除大型铸件外一般都可用湿型浇注，设备简单，操作方便，生产率很高。 2）可锻铸铁。它是由白口铸铁经石墨化退火而成。由于白口铸铁中碳、硅含量较低，熔点高（约1300

7、），流动性差，收缩大，易产生冷隔、浇不足、缩孔、缩松及裂纹等缺陷，对形状复杂的薄壁铸件，应采用高温浇注，定向凝固，增设冒口和提高砂型的退让性等措施。,3）球墨铸铁。由于通过球化处理后，铁液温度下降，流动性也有所降低。球墨铸铁的液态收缩和凝固收缩较大，容易形成缩孔和缩松。因而在铸造工艺上应采用快速浇注，定向凝固，加大内浇道和增设冒口等措施。由于金属液中MgS与砂型中的水分作用生成硫化氢（H2S）气体，易产生气孔，因此，必须严格控制含硫量及型砂中的水分。 2）铸钢。铸钢的流动性差，为防止浇不足等缺陷，铸钢件壁厚不能小于8mm，并采用较大的浇注系统的断面。铸钢的熔点较高，浇注温度相应也提高，一般为1

8、5201600；它的收缩率也比较大，因而极易产生粘砂、缩孔、裂纹等缺陷。,（3）铸造铜合金。铜合金的熔点一般在1200上下；流动性好，可浇注最小壁厚约3mm的复杂铸件；浇注温度低，对型砂和芯砂的耐火度要求不高。铜合金易氧化，常用玻璃、食盐、氟石和硼砂等作熔剂，使氧化物和非金属夹杂物浮于金属液表面。铜合金收缩较大，易形成集中缩孔，需在壁厚部位设置冒口进行补缩。 （4）铸造铝合金。铸造铝合金也在电热炉或坩埚炉内熔化。铝合金熔点低，一般在660上下；流动性好，可浇注最小壁厚2.5mm的铸件；为避免氧化和吸气，熔炼时应采用NaCI、KCI等为熔剂覆盖在液面上。,3.1.3 铸件工艺性设计基础,一、浇注

9、位置选择,浇注位置：铸件在铸型中所处的位置 重要表面朝下或侧面 宽大平面应朝下 薄壁部分应朝下或侧面 较厚部分应处于型腔上部（便于安放冒口）,二、分型面的选择,2.分型面的选择：分型面是上下铸型间的结合面 在最大截面处 尽量为平直面，且只有一个 尽量使铸件全部或大部分处于一个砂箱中 下芯、检验、合型方便,三、主要铸造工艺参数的选择,加工余量：单件生产、手工造型、朝上表面、铸钢等大 起模斜度：便于模样从铸型中取出 铸造圆角：减少应力、避免缩孔和缩松等缺陷,四、铸造工艺图,铸造工艺图表明了铸件的形状、尺寸、生产方法和工艺过程，是指导模样和铸型制造，进行生产准备和铸件检验的基本工艺文件。,3.1.4

10、 铸件结构工艺性,（一）铸件质量对铸件结构的要求,1. 壁厚要不可太小并均匀,2. 壁厚间连接应合理,3. 壁间采用圆角过渡，避免交叉和锐角连接,4.避免大的水平面,5.避免铸件收缩时受阻。,7）铸件结构应防止铸件变形。,2.铸件工艺对铸件结构的要求,1.尽量减少分型面,2.尽量使分型面平直,3.尽量少用活块,4.应有结构斜度,5.尽量少用或不用型心,3.1.5 特种铸造,一、熔模铸造 二、金属型铸造 三、压力铸造 四、离心铸造,一、熔模铸造 特点：精度高（IT11）Ra小（3.2)，但工序复杂,一、熔模铸造 应用： 熔模铸造主要用来生产形状复杂、精度要求高或难以进行切削加工的小型零件生产，如

11、汽轮机、水轮发动机等的叶片，切削刀具，以及汽车、拖拉机、风动工具和机床上的小型零件。,二、金属型铸造,一、金属型铸造 1.优点:一型多铸 表面粗糙度小 晶粒细小 缺点:退让性、透气性差 2.典型应用：铝合金活塞、气缸体、轴瓦,二、压力铸造,二、压力铸造 1.优点：生产率高、精度高、可适应薄壁复杂件 缺点：铸件中有许多小气孔，不宜热处理 2.典型应用：照相机壳体、仪表零件,四、离心铸造 特点：组织致密，缺陷少，生产旋转类零件，如各种管子、缸套、圆环等。,第一节 金属的塑性变形 第二节 锻造 第三节 冲压,3.2 锻压加工,锻压加工 锻压：锻造和冲压的总称,3.2.1 金属的塑性变形,1.金属的塑

12、性变形 单晶体的塑性变形的主要方式是滑移。滑移过程实质上是位错。 多晶体的塑性变形主要是晶粒内部的变形。 2.加工硬化 塑性变形后组织：等轴晶粒扁平状纤维状 性能：强度和硬度升高，塑性和韧性下降这种现象叫加工硬化。,3.冷塑性变形金属在加热时的变化 （1）回复去应力退火 组织没变，加工硬化基本保留，内应力大为降低。 （2）再结晶再结晶退火 加工硬化和内应力基本消除，性能恢复到变形前。 再结晶温度0.4T熔（K） 再结晶退火温度再高100200。 4.金属的冷加工和热加工 热加工：再结晶温度以上的加工。,锻造：在加压设备及工模具的作用下，使坯料产生全部或部分塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质

13、量的锻件加工方法。 优点：提高材料致密度，细化晶粒，改善偏析，使流线合理分布。 适用：强度要求高，形状相对不太复杂的零件。,3.2.2 金属的锻造,1.化学成分：低碳钢或低合金锻造性能好 2.组织状态：晶粒细小的金属锻造性能好 3.变形温度：一定范围内，温度越高，锻造性能越好。 总之：塑性好的金属如，低碳钢、铜铝合金锻造性能好。,一、金属的锻造性能锻造成型难易程度,1.坯料的加热,（1） 锻造温度范围 始锻温度：适当高，不宜过高（1200） 终锻温度：适当低，不宜过低（800 ）,（2） 加热设备 反射炉 电阻炉 中温电炉 高温电炉,二、坯料的加热与锻件的冷却,2.锻件的冷却方法 （1）空冷：

14、低、中碳钢，低合金钢的中小锻件 （2）坑冷：高碳钢及多数低合金钢的中小锻件 （3）炉冷：中碳钢，高合金钢的大型锻件,三、自由锻造,1.自由锻造设备空气锤 蒸汽-空气自由锻锤 水压机,2.自由锻造的基本工序 镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切断,定义：只用简单的通用性锻造工具，或在锻造设备的上下砧之间直接使坯料变形而获得锻件的锻造方法。 适用：形状简单、精度要求地低、单件小批生产。,镦 粗,拔 长,冲 孔,扩 孔,3.自由锻锻件结构工艺性及锻件图,(1)自由锻锻件结构工艺性 零件的自由锻结构工艺性要求 避免锥面或斜面 避免圆柱面与圆柱面相交 避免非规则截面与非规则外形 避免肋板与凸台等结构

15、截面有急剧变化或形状复杂的零件，可分段锻造，再用焊接或机械连接组成整体,(2)锻件图的绘制 余块(敷料) 确定加工余量和锻件公差,四、模锻,1.锤上模锻利用模具使坯料变形而获得锻件 适用：大批量、外形复杂、精度高的中小锻件 设备：蒸汽空气自由锻锤 锻模结构：上模、下模、飞边槽 锻件结构：带孔的锻件不可能将孔直接锻出，而是留有一定厚度的冲孔连皮，锻后再将连皮冲掉。,单模腔锻模结构,1-飞边槽 2-活动模 3-固定模 4-带飞边锻件 5-飞边 6-锻件,多模腔锻模结构,1-拔长模腔 2-滚压模腔 3-终锻模腔 4-预锻模腔 5-弯曲模腔,五、胎模锻,胎模锻是在自由锻设备上使用可移动模具生产锻件的一

16、种锻造方法。 胎模锻与白由锻相比，具有生产率高和锻件精度高、形状复杂等优点；与模锻相比，则有设备简便和工艺灵活等优点。胎模锻主要用于小型锻件的中小批量生产。,胎模锻工艺过程1,胎模锻工艺过程2,3.2.3 板料冲压,板料冲压：是利用模具，借助冲床的冲击力使模料产生分离或变形，获得所需形状和尺寸的制件的加工方法。所有板料厚度一般不超过6mm。 常用材料：低碳钢、铜、铝及其合金（具有较高的塑性），此外非金属板料也常用于冲压加工。 特点：精度高、效率高、操作简单。成本高，周期长,1、冲压设备： 冲床 剪板机,2滑块 4 连杆 5制动器6曲轴7离合器9电机,板料冲裁过程,2、冲压的基本工序:冲裁、弯曲、拉伸 冲裁, 弯曲,rmin=（0.251）, 弯曲 弯曲线与流线垂直, 拉深,拉深系数： m=d/D,0.5-0.8,3、冲压模具 简单冲模 连续冲模 复