4、金属毛坯的热成型

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1、第四章 金属毛坯的热成型 【主要内容】 1铸造(1)砂型铸造(2)合金的铸造性能(3)铸造工艺设计(4)铸件的结构工艺性(B)特种铸造工艺2锻造(1)金属的塑性变形(2)锻造工艺(3)自由锻造(4)模锻(5)冲压(6)锻造的结构工艺性第四章 金属毛坯的热成型 3焊接(1)焊接的实质及其焊接方法分类(2)焊条电弧焊(3)其他焊接方法(4)常用金属材料的焊接(5)焊接结构工艺性(6)常见的焊接缺陷及原因 4机械零件毛坯的选择(1)机械零件毛坯的类型及其制造方法的比较(2)选择毛坯类型及其制造方法的原则(3)常用机械零件毛坯的类型及其制造方法第四章 金属毛坯的热成型 【考核内容】 1铸造 2锻压 3

2、焊接 4机械零件毛坯的选择 【考核要求】 1了解铸造，锻造，焊接的目的。 2理解砂型铸造，金属的朔性变形，焊条电弧焊的原理。 3掌握常用金属材料的铸造、锻造和焊接的基本工艺。第四章 金属毛坯的热成型4.1 铸 造铸造：将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的 铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方 法，称为铸造。 铸造特点(1)可制成形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯，如箱体 、气缸体等。(2)适应范围广。(3)铸造可直接利用成本低廉的废机件和切屑，设备费用较 低。第四章 金属毛坯的热成型4.1 铸 造 铸造不足(1)力学性能不及锻件一般不宜用作承受较大交变、冲击载 荷零件。(

3、2)质量不稳定，易出现废品。(3)铸造生产环境条件差 最基本的工艺方法是砂型铸造，还有多种特种铸造方法， 如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造等。4.1.1砂型铸造 1.砂型铸造的生产过程（P46，图4-1） 设计制造模样和芯盒制备型砂和芯砂用模样制造型砂把烘干的型芯装入砂型并合型；熔炼合金并将金属液浇注入铸型落砂清理 2.造型材料 指制造铸型（芯）用的材料，包括原砂、粘结剂和各种附加物。 造型材料应该具有良好的耐火度、强度、透气性、可塑性和退让性等综合性能4.1.1砂型铸造 2.造型材料 粘结剂的作用是粘结砂粒，使型（芯）砂具有一定的强度和可塑性。 常用的粘结剂有粘土、膨润土、桐油、水

4、玻璃等。还可用树脂、合成树脂等作为粘结剂，以提高强度和退让性，清理也比较方便。 附加物的作用是为了改善型砂的耐火度、强度、透气性、可塑性和退让等。主要有煤粉、木屑、水玻璃等。 水玻璃为硅酸钠溶液状态，南方多称水玻璃，北方多称泡花碱。以水为分散剂的体系中为无色、略带色的透明或半透明粘稠状液体。 3.造型 一、手工一、手工造型造型全部由手工或手动工具完成全部由手工或手动工具完成较灵活、对摸样要求不高较灵活、对摸样要求不高，成本低但，成本低但对工人对工人技术水平要技术水平要 求求高。高。手工造型手工造型特点特点：单件、小批量生产单件、小批量生产 生产准备时间短、但铸件质量不稳定，生产率低。生产准备时

5、间短、但铸件质量不稳定，生产率低。常用的手工造型有常用的手工造型有整模造型整模造型、分模造型分模造型、挖砂造型挖砂造型和和活活 块造型块造型等。等。1 1）整模造型（）整模造型（P47P47，图，图4-24-2）模样为一整体，放在一个砂箱内，能避免铸件出现错型模样为一整体，放在一个砂箱内，能避免铸件出现错型 缺陷，造型操作简单，尺寸精度高。缺陷，造型操作简单，尺寸精度高。 3.造型 1）整模造型（P47，图4-2）模样模样为一整体，放在一个砂箱内，能避免铸件出现错为一整体，放在一个砂箱内，能避免铸件出现错 型缺陷，造型操作简单，尺寸精度高型缺陷，造型操作简单，尺寸精度高。适用于形状简单、。适用

6、于形状简单、 最大截面在端部且为平面的铸件。最大截面在端部且为平面的铸件。 2）分模造型（P47，48，图4-3，4-4，4-5）模样沿最大截面处分开，铸型型腔不在同一砂箱模样沿最大截面处分开，铸型型腔不在同一砂箱中，中， 上下铸型错移会造成铸件错型。这种操作方法也很简单，上下铸型错移会造成铸件错型。这种操作方法也很简单， 对各种铸件的适应性好，应用对各种铸件的适应性好，应用最广泛。最广泛。 3）挖砂造型（P48，图4-6） 适用于外形复杂，又要整模造型的零件。适用于外形复杂，又要整模造型的零件。 技术要求较高，生产率低，适用于单件、小批量生产，最技术要求较高，生产率低，适用于单件、小批量生产

7、，最 大截面不在端部且模样不变分开的铸件。大截面不在端部且模样不变分开的铸件。 4）活块造型（P48，图4-7） 铸件上有局部凸出妨碍起模时，可将这些部分做出活块。铸件上有局部凸出妨碍起模时，可将这些部分做出活块。 二、机器造型 紧砂、起模等主要工序由机械完成紧砂、起模等主要工序由机械完成。生产效率高，铸件质。生产效率高，铸件质 量稳定，而且工人的劳动强度低，便于组织流水线生产。量稳定，而且工人的劳动强度低，便于组织流水线生产。4.1.2 4.1.2 常用合金的铸造性能常用合金的铸造性能 1.铸铁的铸造性能 1）灰铸铁 碳含量接近共晶成分，熔 点低，流动性好，可以浇 注出形状复杂和壁厚较小 的

8、铸件。在各类铸铁中， 灰铸铁的铸造性能最好。 2）球墨铸铁 碳含量接近共晶成分，但 其流动性比灰铸铁差，易 产生浇不足、冷隔等缺陷 。 2.碳钢的铸造性能 铸造碳钢的熔点高，钢液过热度比铸铁小，浇铸时金属液 流动时间短，所以流动性差。容易粘砂。 3.铝合金的铸造性能 铝硅合金是应用最广泛的铸造铝合金，成分接近共晶成分 。铸造性能好，但液态铝合金极易氧化、吸气，所以其熔 炼要求高。 4.铜合金的铸造性能 铸造黄铜和铝青铜的结晶温度范围小，流动性较好，但容 易形成集中缩孔，必须设计较大的冒口进行充分补缩。铸 造锡青铜的结晶温度范围很大，流动性较差。收缩时容易 形成分散度很大的缩孔。4.1.3 4.

9、1.3 铸件的工艺设计与结构工艺性铸件的工艺设计与结构工艺性 铸件的工艺设计包括：浇铸位置的选择、分型面的选择、 工艺参数的确定和绘制制造工艺图。 一、浇注位置选择原则一、浇注位置选择原则 重要的面应朝下：重要的面应朝下： 上表面易出现砂眼、夹渣等缺陷，应使重要加工面上表面易出现砂眼、夹渣等缺陷，应使重要加工面处于下部，或尽量处于侧面。处于下部，或尽量处于侧面。 有数个重要加工面时，应使较大者处于下部。（如下有数个重要加工面时，应使较大者处于下部。（如下 图）图） 铸件的大平面应朝下型砂受高温急剧膨胀，强度下降而拱起或开裂。 易使铸件表面产生缺陷，夹渣等，故大平面应处 于下部。 为防止铸件薄壁

10、部分产生浇不足或冷隔缺陷。应 将面积较大的薄壁部分置于下部或使其处于垂直 或倾斜位置。如图 对容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在铸型 的上部或侧面以便在铸件厚壁处直接安置冒口， 实现定向（顺序）凝固。 二、铸型分型面的选择原则 应使造型工艺简化，如尽量使分型面平直，数量少，避免不必要的活块和型芯。 尽量使铸件全部或大部分置于同一砂箱，以保证铸件的精度。 为便于制造、下芯、合箱和检验铸件的壁厚，应尽量使型腔及主要型芯位于下箱。但型腔不宜过深，尽量避免使用大吊砂。三、工艺参数的选择 1 1、机械加工余量和最小铸孔、机械加工余量和最小铸孔* * 加工余量加工余量* * 最小铸出孔最小铸出孔 2 2

11、、起模斜度、起模斜度通常为通常为153153，立壁高，斜度小，内壁稍比外壁大些，立壁高，斜度小，内壁稍比外壁大些 ，通常，通常310310。 3 3、收缩率、收缩率灰铸铁为灰铸铁为0.71%0.71%，铸钢铸钢1.32%1.32% 4 4、型芯头、型芯头四、铸件结构设计应注意事项：四、铸件结构设计应注意事项： 合理设计铸件的壁厚最小壁厚壁厚参考值 铸件的壁厚应尽可能均匀* 壁厚差别过大： 温差过大，冷却速度过大，热应力较大，则易产生裂纹。 且较厚处易产生缩孔、缩松。* 同时凝固可免热应力，顺序凝固可补缩，跟实际情况选取。 铸件壁厚的联接 铸件的结构圆角：转角处应有结构圆角。 避免锐角联接。 厚

12、壁、薄壁间联接要逐步过渡。 拔模斜度4.1.4 特种铸造是指砂型铸造以外的期货铸造方法。为了生产出 更加精确、性能更好、成本更低的铸件。常用的特种铸造方法有熔模铸造、金属型铸 造、压力铸造、离心铸造。 熔模铸造就用易熔材料，如蜡料或塑料制成精确的模 样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成型壳，熔 出模样，经高温焙烧后，将金属液浇入型壳以获得 铸件的方法。4.1.4 特种铸造是指砂型铸造以外的期货铸造方法。为了生 产出更加精确、性能更好、成本更低的铸件。常用的特种铸造方法有熔模铸造、金属型铸 造、压力铸造、离心铸造。熔模铸造就是用易熔材料，如蜡料或塑料制成精确的 模样，在模样上包覆若干层耐火涂料，

13、制成型壳， 熔出模样，经高温焙烧后，将金属液浇入型壳以获 得铸件的方法。金属型铸造是在重力下将液态金属注入金属制成的铸型中 ，以获得铸件的方法 优点与不足 （1）铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和 尺寸稳定; （2）铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节 约1530%； （3）不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80100% 此外，金属型铸造的生产效率高；使铸件产生缺陷的原因 减少；工序简单，易实现机械化和自动化。压力铸造是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充 填压铸型（压铸模具）型腔，并在压力下成型和凝固而获 得铸件的方法。 优点与不足 （1）产品质量好、铸件尺

14、寸精度高 （2）可压铸出形状复杂、轮廓清晰的铸件 （3）铸件强度高 （4）生产效率高 （5）便于采用镶嵌法 缺点： （1）压铸设备投资大，制造压型费用高、周期长 （2）压铸高熔点合金（如钢、铸铁）时压型寿命低，内腔复 杂件也难以适应 （3）铸件内部常有小孔，影响铸件的内部质量 （4）压铸件不能进行热处理，也不宜在高温下工作离心铸造是将液体金属注入高速旋转的铸型内，使金属液在离 心力的作用下充满铸型和形成铸件的技术和方法。根据铸 型旋转轴线的空间位置，常见的离心铸造可分为卧式离心 铸造和立式离心铸造。 优点： 几乎不存在浇注系统和冒口系统的金属消耗，提高工艺 出品率； 生产中空铸件时可不用型芯，

15、故在生产长管形铸件时可 大幅度地改善金属充型能力，降低铸件壁厚对长度或直径 的比值，简化套筒和管类铸件的生产过程； 铸件致密度高，气孔、夹渣等缺陷少，力学性能高； 便于制造筒、套类复合金属铸件，如钢背铜套、双金属 轧辊等；成形铸件时，可借离心力提高金属的充型能力， 故可生产薄壁铸件。离心铸造 缺点： 用于生产异形铸件时有一定的局限性。 铸件内孔直径不准确，内孔表面比较粗糙，质量较差， 加工余量大； 铸件易产生比重偏析，因此不适合于合金易产生比重偏 析的铸件(如铅青铜)，尤其不适合于铸造杂质比重大于金属 液的合金。4.2 锻压锻压属于金属塑性加工的范畴，是锻造和冲压的合称 ，是利用锻压机械的锤头、砧块、冲头或通过模具对坯料 施加压力，使之产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸 的制件的成形加工方法。锻压主要包括锻造、冲压、轧制、挤压和拉拨等。 在锻造加工中，坯料整体发生明显的塑性变形，有较大量的塑 性流动；在冲压加工中，坯料主要通过改变各部位面积的 空间位置而成形，其内部不出现较大距离的塑性流动。锻 压主要用于加工金属制件，也可用于加工某些非金属，如 工程塑料、橡胶、陶瓷坯、砖坯以及复合材料的成形等。弹性变形在外力作用下，材料内部产生应力，应力迫使原子离开原来的平衡位置，改变了原子间的距离，使金属发生变形。并引起原子位能的增高，但原子有返回低位能的倾向。当外力停止作