《王艳萍金属加工工艺1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《王艳萍金属加工工艺1（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、金属加工工艺第一章 铸造课题：铸造教学目标：知识目标掌握铸造加工的基本知识，能简要的评价铸造生产方式，并能通过对金属性能的了解来分析常见铸件的缺陷，掌握砂型铸造的方法。能力目标充分认识铸造生产在国民生产中的重要地位，能客观分析铸造加工方法的优劣，能描述砂型铸造的生产过程，并能简要分析铸件的常见缺陷。情感目标培养学生对金属加工课程的兴趣，重视学习过程中的理实一体，同时培养学生爱劳动，热爱劳动人民，安全生产逐步提高学生的劳动素质和安全生产意识。教学重点：铸造概念砂型铸造砂型铸造的工艺设计教学难点：通过金属的性能来分析铸件的常见缺陷教学方法：讲授教学启发式教学多媒体教学课堂讨论教学现场教学第一节 铸
2、造概述一、绪论1、学习目的、任务和内容金属工艺学是研究制造机器零件的各种工艺方法，从选材、制造毛坯、直至加工出零件的综合性课程。目的：通过本课程的学习，可获得零件加工工艺的基础知识，为后续课程的学习和从事机械设计奠定必要的基础，同时对拓宽专业面，培养复合型人材，满足市场对人才的需求，也是不可缺少的重要环节。内容：四大部分：一、铸造；二、锻压；三、焊接；四、切削加工2、基本要求和方法掌握主要加工方法的基本原理、工艺特点，具有选择毛坯、选择零件加工方法及工艺分析的初步能力。具有综合运用工艺知识，分析零件结构工艺性的初步能力。了解本课程新工艺、新技术及发展趋势。二、铸造概述（一）铸造的定义：铸造：熔
3、炼金属；制造铸型并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成型方法。实质：液态金属逐步冷却凝固而成；铸件：是指将熔融金属注入铸型，凝固后得到的一定形状和性能的金属件。（二）铸造生产的优劣分析：优点：1具有较强的适应性 性 材 料材 质 ： 不 限 ， 特 别 是 脆结 构 ： 复 杂 外 形 、 内 腔壁 厚 ：尺 寸 ： 几 毫 米 十 几 米重 量 ： 几 克 几 百 吨m12.02铸件成本低原材料：来源广、价格低、投资少、易生产铸件：机械加工量相对较小，成本低 缺点：1废品率较高，生产过程难以控制；2铸件力学性能较差，铸造组织疏松，晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松。3砂型铸造铸件
4、精度较差。三、作业课本 12 页 1、3第二节 合金的铸造性能（一）结构性能用途结构，所以合金的铸造性能对于铸造合格的铸件起着决定性的影响。铸造性能工艺性能：流动性、收缩性、偏析性和吸气性。一、流动性和充型能力（一）合金的流动性定义：指熔融金属的流动能力。A、 现象：浇不到、冷隔B、 检测方法：螺旋形流动性试样影响因素流动性是合金本身的属性，主要影响因素有：合金种类、成分结晶特征及其它物理性能。合金种类灰铸铁的流动性最大，硅黄铜、铝硅合金次之，铸钢最差。化学成分和结晶特征不同结晶特征的合金的流动性（P3） 。纯金属和共晶成分的合金，凝固是由铸件壁表面向中心逐层推进，凝固后表面光滑，对未凝固合金
5、液体的流动阻力小。亚共晶合金凝固时，形成一个较宽的既有液体又有树枝状晶体的两相区，凝固温度范围越宽，阻力越大。纯铁和共晶铸铁的流动性最好，亚共晶和碳素钢随凝固温度范围的增加，流动性变差。（二）合金的充型能力定义：考虑铸型及工艺因素影响的熔融金属流动性。现象：在充型过程中，有时伴有结晶发生，若充型能力不足，已形成的晶粒可能将金属流动的通道堵塞，产生浇不到、冷隔等类缺陷，造成废品。影响因素：合金流动性、铸型和工艺条件铸型填充条件 铸型蓄热能力铸型的热导率和质量热容越大，对液态合金的激冷作用越强，合金充型能力减小。 铸型温度减少铸型和金属液之间的温差，充型能力增强； 铸型中的气体在金属液作用下，型腔
6、中气体膨胀，型砂中的水分汽化，有机物燃烧，都增加了型腔内的压力，充型能力减小。浇注条件浇注温度对于薄壁铸件或流动性较差的合金，易产生浇不到、冷隔等缺陷。解决方法：可适当提高浇注温度，在一定温度内，随浇注温度的升高，合金液的粘度下降，且在铸型中保持流动的时间增长。强调：但浇注温度不宜过高，如果过高，会导致液态合金的收缩增加，吸气量增加，氧化严重，容易导致产生缩孔、缩松、气孔、粘砂、粗晶等缺陷，所以保证充型能力前提下尽量降低浇注温度。充型压力在流动方向上压力增加，充型能力增加。铸件结构壁厚过小急剧变化，结构复杂，有大的水平面，都影响充型。二、作业：课本 12 页 11、16第三节 合金的铸造性能（
7、二）一、上节回顾：1、合金的流动性和充型能力2、合金的充型能力二、合金的凝固与收缩浇入金属液在冷却凝固过程中，体积会收缩，如果得不到及时补充，会产生缩孔或缩松缺陷。（一）铸件的凝固方式及影响因素铸件的凝固方式根据液固两相区的宽窄将铸件的凝固方式分为：逐层凝固、糊状凝固和中间凝固方式。逐层凝固方式凝固过程中，断面上凝固区域宽度趋于零，固相和液相由一条界线（凝固前沿）清楚地分开，随着温度的下降，固相层不断加厚，直达铸件中心（包括凝固区域很窄） 。优点：凝固阶段发生的收缩能及时得到液体的补充；凝固层因受阻而产生的晶间裂纹也容易得到未凝固的金属液的填补而弥合起来；具有良好的流动性，便于浇出轮廓清晰的铸
8、件。例：灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金及某些黄铜。糊状凝固方式凝固温度范围很宽，或断面温度曲线较平坦，则其凝固区很宽，液固并存。例：球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄铜缺点：体积收缩难以得到补充，留下许多分散的小孔洞（缩松） ；树枝晶较发达，且过早地连成骨架，并开始线收缩，易产生热裂；枝晶增大了流动阻力，使合金的流动性降低。中间凝固方式：介于逐层和糊状凝固之间。例：中碳钢、高锰钢、白口铸铁凝固方式的影响因素主要有合金的凝固温度范围和温度梯度的影响凝固温度范围断面温度梯度相近，凝固区域的宽度取决于合金的凝固温度范围。凝固区域的长度可根据合金状态图液相线和固相线之间的垂直距离直接判
9、断。 两相线交在一起（纯晶或共晶）或间距很小逐层凝固 距离较大糊状凝固； 距离较小中间凝固。温度梯度的影响合金化学成分确定后，其凝固温度范围即已确定，则凝固区域宽度取决于铸件的温度梯度。较大的温度梯度可以使凝固区域变窄，见图 1-5（P5）措施：加大铸型的蓄热能力和激冷能以及降低金属液的浇注温度，都可增大温度梯度。（二）铸造合金的收缩收缩是合金的物理现象，是缩孔、缩松、残余内应力、变形和裂纹产生的基本原因。从浇注、凝固、冷却到室温，铸造合金的收缩共经历了三个阶段：液态收缩表现：型腔内液面的降低，合金液体过热度越大，则液态收缩也越大；为了减小液态收缩及吸气，兼顾充型能力，浇注温度一般在液相线以上
10、 50150。凝固收缩共有两种收缩：固液相变和凝固阶段温度下降产生的收缩。是缩孔、缩松产生的主要原因。固态收缩表现三个方向的线收缩，不是从金属的固相线开始的，而是从析出枝晶搭成骨架时开始的，称为线收缩起始温度。其是铸造应力、变形和裂纹产生的主要原因。（三）影响因素主要有合金的化学成分、浇注温度、铸型结构和条件等。化学成分不同成分的合金，其收缩率一般也不同。在常用铸造合金中，铸钢的收缩最大，灰铸铁最小。这是因为灰铸铁结晶时所含碳大多数以石墨形态析出，石墨体积大，使铸铁体积膨胀（每析出质量分数为 1%的石墨，铸铁的体积约增 2%） ，因而抵消了一部分收缩。凡有利于石墨形成的元素都将减小铸铁的收缩。
11、浇注温度合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。铸件结构与铸型条件冷却时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件实际收缩率总是小于其自由收缩率。(四)收缩对铸件质量的影响缩孔和缩松缩孔的形成总是在铸件上部或最后凝固的部位。外形特征是：内表面粗糙，形状不规则，多近似于圆锥形。纯金属和接近共晶成分的金属易形成缩孔。缩孔主要是由液态和凝固收缩引起的。缩松的形成分散在某区域内的细小孔洞，可分为宏观和显微缩松。宏观缩松：最后凝固部位，如铸件的中心轴线处或缩孔下方；显微缩松：晶粒之间的微小孔洞。缩松的形成过程是在铸件结晶后期，其
12、原大截在内部，尤其是凝固范围较宽的合金有一个较宽的液固两相区，互相接触的固体将液相分割成许多封闭的小区，在封闭区内的金属液凝固收缩无法得到补充而形成的。纯金属和接近共晶成分的合金逐层凝固方式集中的缩孔；凝固温度范围较宽的合金糊状凝固分散的缩松。缩孔、缩松的防正措施缩孔是一种缺陷，而缩松不作为缺陷对待。收缩是铸造合金的物理本性，只有采取下列工艺，才能避免其产生： 采用定向凝固原则即按规定的方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程，且在最后凝固部位加设冒口（冒口指铸型中储存供补缩用熔融金属的空腔，也指该空腔中充填的金属） 。同时在厚大部位设置冷铁，加大局部冷却速度，从而控制整个铸件的凝固顺序，使可能产
13、生的缩孔向冒口方向转移。 合理确定浇注位置、内浇道位置及浇注工艺a、 符合凝固原则，将厚大部位放到上面或侧面，以便安放冒口进行补缩；b、 内浇道开设在厚壁处或靠近冒口，以加强铸件的定向凝固和冒口的补缩作用；c、 在不增加其它缺陷的前提下，应尽量降低浇注温度和浇注速度，以减少金属的液态收缩量。铸造应力、变形和裂纹随着温度的下降，收缩不断发生，如果这种收缩受到阻碍，就会在铸件内产生应力，引起变形或开裂。铸造应力的产生其产生的原因可分为三种： 热应力 固态相变应力铸件在凝固以后的冷却过程中，如果有固态相变发生（例如钢和铸铁的共析转变） ，则晶体体积就会发生变化。a、 若此时各部分温度均匀一致，则相变
14、同时发生，可能不产生应力；b、 若铸件壁厚不均，冷却过程中存在着温度差，则各部分的相变不同时发生，其体积变化不均衡而导致产生相变应力。 收缩应力铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、箱挡等外力的阻碍而产生的应力。收缩应力一般为临时应力，随着其产生的原因解除，应力自行清除，但如果收缩应力大于相应温度下的强度极限时，将会导致裂纹。铸造应力的防止和消除措施 同时凝固的原则通过设置冷铁，布置浇口位置等工艺措施，使铸件各部分在凝固过程中温差尽可能小，浇口开在薄壁处，厚壁处安放冷铁。 （中心孔易出现缩松）主要用于收缩较小的合金，如灰铸铁及对气密性要求不高。 （但定向凝固用于收缩大，壁厚差别大） 。
15、提高铸型温度，使整个铸件缓慢冷却，减小部分温差； 改善铸型和型芯的退让性，避免在凝固后的冷却过程中受阻碍； 进行应力退火，消除应力最彻底的方法。（3）铸件的裂纹及防止 热裂在凝固末期，固相线附近的高温下形成的裂纹沿晶界产生和发展，一般分布在应力集中的部位（内尖角，断面突变处） 。固态合金线收缩时受到阻碍，产生的应力超过合金强度极限而产生的。冷裂铸件处于弹性状态时，铸造应力超过合金的强度极限而产生的，它常常穿过晶体而不是沿晶界断裂，常出现在铸件受拉伸的部位，特别有应力集中的地方铸件中的气孔和合金的吸气气孔破坏了金属的连续性，减小了有效承截面积，且气孔附近可引起应力集中，是最为严重的铸造缺陷。可分
16、为侵入性气孔、析出性和反应性气孔。侵入性气孔铸型表面聚集的气体侵入金属液中而形成的孔洞，气体主要来源于造型材料中水分、有机粘结剂和各种附加物。预防：降低造型材料的发气量和增加铸型的透气性。析出性气孔它是溶解在金属液中的气体，在凝固时由金属液中析出而未能逸出铸件。其产生源于合金的吸气，是指熔融金属和固态金属溶解或结合气体的过程。预防：缩短熔炼时间；选用烘干的炉料，在熔剂覆盖层下或真空条件下熔炼金属；对合金液进行精炼除气处理；提高铸型和型芯的透气性；降低造型材料中的含水量和对铸型烘干。三、作业：通过所学知识，简要分析铸件的常见缺陷及其如何加以避免？第四节 砂型铸造砂型铸造：用型砂紧实成型的铸造方法。主要工序：制造模样，制备造型材料、造型、造芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理与检验等。一、造型方法：手工和机器造型（一）手工造型各种手工造型方法的特
