金屬材料成型基礎(chǔ)知識(shí)

1、講授：講授：黃黃 素素 真真電話：電話：7625779 E-Mail：材料成形技術(shù)主要研究各種成形工藝方法各種成形工藝方法本身的規(guī)律性及其在機(jī)械制造中的應(yīng)用；本身的規(guī)律性及其在機(jī)械制造中的應(yīng)用；各種成形方法的工藝過程和成形件的結(jié)構(gòu)各種成形方法的工藝過程和成形件的結(jié)構(gòu)工藝性工藝性。簡單說，這門課程是研究獲得零件毛坯的方法。機(jī)械產(chǎn)品的產(chǎn)生過程大致如下：機(jī)械產(chǎn)品的產(chǎn)生過程大致如下：設(shè)計(jì)與制造（1）設(shè)計(jì)圖紙（2）制造的過程一般是先用鑄造、壓力加工、焊接、粉末冶金等材料成形方法獲得毛坯；然后再經(jīng)過機(jī)械加工來獲得合格零件；而且為了改善零件的機(jī)械性能，常要經(jīng)過熱處理；最后，將合格零件組合（裝配）到一起便得到

2、所需要的機(jī)械產(chǎn)品。本課程講授的主要內(nèi)容有本課程講授的主要內(nèi)容有鑄造、壓力加工、焊接、粉末冶金、非金屬材料的成形及毛坯的選擇六個(gè)部分。前五部分是研究成形工藝的，每一種成形工藝都包括五方面內(nèi)容：成形原理、成形方法、工藝設(shè)計(jì)、成形件結(jié)構(gòu)工藝性及新技術(shù)新發(fā)展。毛坯的選擇則主要介紹各類毛坯的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合、毛坯的選擇原則。 學(xué)習(xí)本課程應(yīng)達(dá)到的基本要求：掌握各種毛坯成型工藝的基本原理及工藝特點(diǎn)；能夠初步設(shè)計(jì)一般零件的毛坯結(jié)構(gòu)；具有選擇毛坯及工藝分析的初步能力。參考教材：v熱加工工藝基礎(chǔ) 主編：任福東 機(jī)械工業(yè)出版社 金屬工藝學(xué) 主編：丁德全 機(jī)械工業(yè)出版社1.金屬的液態(tài)成型金屬的液態(tài)成型 金屬的液態(tài)成型金

3、屬的液態(tài)成型 又稱鑄造，它是利用液態(tài)金屬的流動(dòng)來獲得具有一定尺寸和形狀的鑄件的成型方法。其生產(chǎn)過程為： 準(zhǔn)備鑄型（造型）將熔融金屬澆入鑄型（澆注）凝固成形落砂清理鑄件 2.鑄件鑄件 鑄造成形所得的毛坯或零件。3.生產(chǎn)特點(diǎn)生產(chǎn)特點(diǎn)（1）成形方便液體的形狀液體的形狀 = 容器的形狀容器的形狀 （2）適應(yīng)性強(qiáng)（3）成本較低（4）力學(xué)性能特別是沖擊性能較低。 天壇大佛4.應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合（1）形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯或零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體和缸蓋等。（2）尺寸大、重量大的零件，如重型機(jī)械零件、機(jī)床床身等。（3）力學(xué)性能要求不高，或主要承受壓應(yīng)力作用的零件，如各種底座、支架。（4）特殊性能要求的零

4、件，如內(nèi)燃機(jī)主軸瓦為用嵌鑄生產(chǎn)的雙金屬件。5鑄造方法（液態(tài)成型方法）： 砂型鑄造：應(yīng)用最廣泛的鑄造方法；特種鑄造：金屬型鑄造；壓力鑄造；離心鑄 造；熔模鑄造；低壓鑄造；新型鑄造方法：陶瓷型鑄造、消失模鑄造、磁型鑄造、真空吸鑄、連續(xù)鑄造。1-1 金屬液態(tài)成型工藝基礎(chǔ)金屬液態(tài)成型工藝基礎(chǔ)合金的鑄造性能：鑄造過程中所表現(xiàn)出來的工藝性能。主要包括氧化性、吸氣性、流動(dòng)性及充型能力、收縮性和偏析等方面。良好鑄造性能是指：熔化時(shí)合金不易氧化，熔液不易吸收氣體；澆注時(shí)合金熔液易充滿型腔；凝固時(shí)鑄件不易產(chǎn)生縮孔，且成分均勻(無偏析）冷卻時(shí)鑄件不易發(fā)生變形和開裂。1金屬（合金）的流動(dòng)性金屬（合金）的流動(dòng)性（1）流

5、動(dòng)性概念：指熔融金屬的流動(dòng)能力，是金屬的主要鑄造性能之一，也是影響充型能力的主要因素之一，是金屬本身固有的屬性。（2）衡量指標(biāo)：常用“螺旋形試樣”長度來衡量。圖1-1螺旋形流動(dòng)性試樣1-模樣 2-澆口杯 3-出氣口 4-試樣凸點(diǎn)3）影響流動(dòng)性的因素）影響流動(dòng)性的因素1）合金的種類：灰鑄鐵的流動(dòng)性最好，鑄鋼的流動(dòng)性最差 2）化學(xué)成分的影響：共晶成分的合金流動(dòng)性最好。 2合金的充型能力合金的充型能力液態(tài)合金充滿鑄型型腔的能力，是考慮鑄型及工藝因素影響的熔融金屬的流動(dòng)性。（1）充型能力對(duì)鑄件質(zhì)量的影響）充型能力對(duì)鑄件質(zhì)量的影響 充型能力高-可澆注薄壁及形狀復(fù)雜件，且不易產(chǎn)生夾渣、砂眼、氣孔和澆不足等

6、缺陷； 充型能力低-只能鑄造厚壁及形狀簡單的鑄件，且易產(chǎn)生夾渣、砂眼、氣孔和澆不足等缺陷； （2）影響充型能力的因素）影響充型能力的因素:1）合金的流動(dòng)性）合金的流動(dòng)性 對(duì)充型能力影響最大，一般說來，流動(dòng)性好的合金充型能力較強(qiáng)；2）工藝條件的影響）工藝條件的影響澆注溫度澆注溫度澆注溫度高，澆注溫度高，充型能力增強(qiáng)鑄型的影響鑄型的影響 3）鑄件結(jié)構(gòu)）鑄件結(jié)構(gòu)4）其它方面）其它方面（二）合金的收縮（二）合金的收縮性性1.收縮收縮的概念的概念 合金熔液在型腔內(nèi)凝固和冷卻的過程中，所發(fā)生的體積縮小的現(xiàn)象。收縮性是合金的重要鑄造性能之一，它與鑄件的縮孔、縮松、裂紋、變形等鑄造缺陷密切相關(guān)。合金的收縮過程

7、可分為如下三個(gè)階段：液態(tài)收縮 凝固收縮 固態(tài)收縮 2.影響收縮的因素影響收縮的因素（1）化學(xué)成分 （2）澆注溫度：澆注溫度，合金的液態(tài)收縮量。 （3）鑄型條件和鑄件結(jié)構(gòu)3.縮孔和縮松縮孔和縮松（1）概念）概念縮孔縮孔：鑄件在凝固過程中，由于補(bǔ)縮不良而產(chǎn)生的孔洞，形狀不規(guī)則、孔壁粗糙并帶有枝晶，常出現(xiàn)在鑄件最后凝固的部位?？s孔通常在鑄件的內(nèi)部，有時(shí)也可能暴露在上表面，呈明顯的凹坑?？s松縮松：鑄件斷面上出現(xiàn)的分散而細(xì)小的縮孔。有縮松缺陷的鑄件易產(chǎn)生滲漏?？s孔的形成確定縮孔位置的方法：畫凝固等溫線法和內(nèi)接圓法縮松的形成（3）防止縮孔和縮松的措施）防止縮孔和縮松的措施采取工藝措施，實(shí)現(xiàn)“順序凝固（定向

8、凝固）順序凝固（定向凝固）”。如圖1-5所示鑄件，凝固順序?yàn)槊翱?。冷鐵冷鐵：冷鐵的作用是對(duì)鑄件熱節(jié)部位進(jìn)行激冷（加快熱節(jié)部位的冷卻速度）。一般設(shè)在厚壁處。分外冷鐵和內(nèi)冷鐵兩種。補(bǔ)貼補(bǔ)貼：為增加冒口的補(bǔ)縮效果，向著冒口沿鑄件斷面逐漸增厚的多余金屬。其作用是擴(kuò)大冒口的有效補(bǔ)縮距離，實(shí)現(xiàn)鑄件的定向凝固 冒口、冷鐵和補(bǔ)貼綜合運(yùn)用是消除縮孔、縮松的有效措施。 鑄鋼輪緣加冒口補(bǔ)貼合理確定澆注系統(tǒng)的引入位置和澆注工藝；對(duì)結(jié)晶區(qū)間較寬的合金，為避免縮松，可用熱等靜壓法；熱等靜壓法；浸滲技術(shù)：水玻璃或合成樹脂等。4.鑄造應(yīng)力、變形和裂紋鑄造應(yīng)力、變形和裂紋固態(tài)收縮是鑄件產(chǎn)生鑄造應(yīng)力、變形及裂紋的根本原因。（1）

9、鑄造應(yīng)力）鑄造應(yīng)力1）鑄造應(yīng)力的產(chǎn)生）鑄造應(yīng)力的產(chǎn)生 鑄件凝固后的固態(tài)收縮固態(tài)收縮受到阻礙，而在鑄件中產(chǎn)生的應(yīng)力。 按產(chǎn)生的原因不同分為熱應(yīng)力、收縮應(yīng)力（機(jī)械應(yīng)力）和相變應(yīng)力。熱應(yīng)力由于鑄件壁厚不均勻，各部分的冷卻速度不同，以致在同一時(shí)期內(nèi)鑄件各部分的收縮不一致而引起的。 熱應(yīng)力及裂紋的形成過程收縮應(yīng)力（機(jī)械應(yīng)力）是指鑄件在固態(tài)收縮時(shí)，因受到鑄型或型芯的機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力 ，這種應(yīng)力是暫時(shí)的，在鑄件清理后便消失。相變應(yīng)力 如碳鋼中的鐵由-鐵轉(zhuǎn)變?yōu)?鐵時(shí)體積增大，由-鐵轉(zhuǎn)變?yōu)?鐵時(shí)體積減小。因各部分冷卻速度不同，則相變不同時(shí)發(fā)生，所以便產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力。2）減小鑄造應(yīng)力的措施）減小鑄造應(yīng)力的措施主

10、要措施： 減小鑄件各部分的溫差，使鑄件冷卻均勻，即實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固同時(shí)凝固原則；在鑄件結(jié)構(gòu)方面，壁厚力求均勻，盡量使鑄件各部分能自由收縮，避免受阻收縮；改善鑄型、型芯的退讓性，減小機(jī)械阻礙；對(duì)重要的鑄件，可進(jìn)行時(shí)效處理來消除內(nèi)應(yīng)力。（2）鑄件的變形與防止）鑄件的變形與防止 鑄造應(yīng)力的釋放過程（應(yīng)力松弛）-帶有殘余內(nèi)應(yīng)力的鑄件是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)地變形使殘余應(yīng)力減少而趨于穩(wěn)定。1）變形規(guī)律）變形規(guī)律 對(duì)于厚薄不均勻、截面不對(duì)稱及具有細(xì)長特點(diǎn)的桿類、板類、箱體類零件，往往產(chǎn)生翹曲變形，變形的規(guī)律是彎向厚壁部變形的規(guī)律是彎向厚壁部分分。 2)防止變形的措施防止變形的措施減小鑄造應(yīng)力；采取工藝措施：反變形法

11、反變形法用人為的反向變形抵消鑄造變形，如圖1-10中雙點(diǎn)劃線為反變形的模型輪廓，虛線為獲得的鑄件的輪廓；鑄件結(jié)構(gòu)方面，可設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)筋以增加鑄件的剛度；具有一定塑性的鑄件如鑄鋼件，變形后可用機(jī)械方法校正。（3）鑄件的裂紋與防止）鑄件的裂紋與防止 當(dāng)鑄造應(yīng)力超過了金屬的抗拉強(qiáng)度時(shí)，鑄件便產(chǎn)生裂紋。裂紋是嚴(yán)重的鑄造缺陷。按產(chǎn)生裂紋時(shí)的溫度范圍分為熱裂紋和冷裂紋：1）熱裂紋）熱裂紋 熱裂是鑄鋼件（結(jié)晶溫度范圍寬、熔點(diǎn)高）、可鍛鑄熱裂是鑄鋼件（結(jié)晶溫度范圍寬、熔點(diǎn)高）、可鍛鑄鐵（白口）和某些鋁合金（吸氣、氧化嚴(yán)重）鑄件常見的鐵（白口）和某些鋁合金（吸氣、氧化嚴(yán)重）鑄件常見的缺陷之一。缺陷之一。防止熱

12、裂的措施防止熱裂的措施：使鑄件結(jié)構(gòu)合理，盡可能使鑄件壁厚均勻，形成鑄件同時(shí)使鑄件結(jié)構(gòu)合理，盡可能使鑄件壁厚均勻，形成鑄件同時(shí)凝固條件，減小熱應(yīng)力；避免鑄件壁十字相交或壁厚突變，凝固條件，減小熱應(yīng)力；避免鑄件壁十字相交或壁厚突變，減小應(yīng)力集中。減小應(yīng)力集中。改善鑄型和型芯的退讓性，減小機(jī)械應(yīng)力?？稍诨旌狭现懈纳畦T型和型芯的退讓性，減小機(jī)械應(yīng)力。可在混合料中滲入少量木屑、采用有機(jī)粘合劑（植物油、合成樹脂）配滲入少量木屑、采用有機(jī)粘合劑（植物油、合成樹脂）配制型芯砂。制型芯砂。減少澆、冒口對(duì)鑄件收縮的機(jī)械阻礙（減少澆、冒口對(duì)鑄件收縮的機(jī)械阻礙（機(jī)械應(yīng)力），內(nèi)機(jī)械應(yīng)力），內(nèi)澆道的設(shè)置應(yīng)符合同時(shí)凝固原則

13、澆道的設(shè)置應(yīng)符合同時(shí)凝固原則(熱應(yīng)力熱應(yīng)力)。減少合金中有害雜質(zhì)硫、磷含量，可提高合金的高溫強(qiáng)度。減少合金中有害雜質(zhì)硫、磷含量，可提高合金的高溫強(qiáng)度。2）冷裂紋）冷裂紋 灰鑄鐵、白口鑄鐵、高錳鋼等塑性較差的合灰鑄鐵、白口鑄鐵、高錳鋼等塑性較差的合金易產(chǎn)生冷裂。塑性好的合金因內(nèi)應(yīng)力可以通過金易產(chǎn)生冷裂。塑性好的合金因內(nèi)應(yīng)力可以通過塑性變形而緩解，所以冷裂傾向小。塑性變形而緩解，所以冷裂傾向小。防止冷裂的措施防止冷裂的措施：改善鑄件結(jié)構(gòu)，減少鑄型的機(jī)械阻礙改善鑄件結(jié)構(gòu)，減少鑄型的機(jī)械阻礙-減小鑄造減小鑄造應(yīng)力；應(yīng)力；控制鋼、鑄鐵的含磷量（含磷量控制鋼、鑄鐵的含磷量（含磷量，冷裂傾向，冷裂傾向），）

14、，如鑄鋼的含磷量如鑄鋼的含磷量0.1%，鑄鐵的含磷量，鑄鐵的含磷量0.5%；（三）合金的吸氣（三）合金的吸氣性性合金在熔煉和澆注時(shí)吸收氣體的性能1.對(duì)鑄件質(zhì)量的影響對(duì)鑄件質(zhì)量的影響 合金液吸收的氣體如不能逸出而停留在合金液內(nèi)，則使鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷。破壞了合金的連續(xù)性，減少了承載的有效面積，引起應(yīng)力集中，降低力學(xué)性能。 氣孔的特征：氣孔孔壁光滑，形狀較規(guī)則。2.氣孔的產(chǎn)生原因及防止措施氣孔的產(chǎn)生原因及防止措施（1）侵入氣孔）侵入氣孔產(chǎn)生原因：是由于鑄型表面聚集的氣體侵入合金液而產(chǎn)生的氣孔，主要來自造型材料中的水分、粘結(jié)劑和各種附加物以及澆注時(shí)卷入的氣體。防止措施：鑄型的發(fā)氣量（如用干型）；鑄型的

15、排氣能力；正確設(shè)計(jì)澆冒口系統(tǒng)。 （2）析出氣孔）析出氣孔產(chǎn)生原因：溶解于合金液中的氣體在合金凝固過程中，因溶解度下降而析出，鑄件中因此形成析出氣孔。防止措施：嚴(yán)格控制爐料質(zhì)量、熔煉操作及澆注工藝。如盡量縮短熔煉時(shí)間，熔煉時(shí)加覆蓋劑，避免劇烈攪拌等；控制合金液的溫度，溫度越高，吸氣性越強(qiáng)。 （3）反應(yīng)氣孔）反應(yīng)氣孔產(chǎn)生原因：合金液與鑄型材料、型心撐、冷鐵或熔渣之間，由于化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體而形成的氣孔。這類氣孔大多數(shù)位于鑄件表皮下13mm處，形狀多為針狀，因此常稱為皮下針孔皮下針孔或皮下氣孔皮下氣孔。 防止措施：提高合金液質(zhì)量，控制型砂水分；冷鐵、型心撐無銹蝕、干燥、無油污。作業(yè)題：P8: 1 ,

16、2 , 4 , 6 , 8 , 9 , 10補(bǔ)充：1.共晶成分的合金與其它成分的合金的流動(dòng)性有何不同？為什么？2.如何防止鑄件產(chǎn)生縮孔？3.鑄造熱應(yīng)力是如何形成的？1-2 常用合金鑄件的生產(chǎn)常用合金鑄件的生產(chǎn)鑄鐵件的生產(chǎn)鑄鐵件的生產(chǎn)1.普通灰鑄鐵普通灰鑄鐵 普通灰鑄鐵是鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的一種金屬材料。普通灰鑄件內(nèi)部組織中的石墨呈粗片狀，力學(xué)性能不高，常用來制造承受較小沖擊載荷、需要減振耐磨的零件，如機(jī)床床身、機(jī)架、箱體、支座、機(jī)殼等。 值得注意的是，普通灰鑄鐵對(duì)壁厚的敏感性普通灰鑄鐵對(duì)壁厚的敏感性大，隨壁厚增大，大，隨壁厚增大，b明顯降低明顯降低。因此，在設(shè)計(jì)鑄件及選擇鑄鐵牌號(hào)時(shí)要考慮鑄件的

17、壁厚。普通灰鑄鐵具有良好的鑄造性能，具體表現(xiàn)在：化學(xué)成分接近共晶，熔點(diǎn)低，凝固溫度范圍窄，流動(dòng)性好，可澆注各種復(fù)雜薄壁鑄件及壁厚不均勻的鑄件；收縮?。ㄎ龀鍪w積增大，補(bǔ)償了部分收縮），不易產(chǎn)生縮孔和裂紋，一般不需冒口和冷鐵。 另外，普通灰鑄鐵還具有良好的吸振、減振性能和切削加工性能，故普通灰鑄鐵在生產(chǎn)中應(yīng)用最廣。 2.孕育鑄鐵（屬灰鑄鐵）孕育鑄鐵（屬灰鑄鐵） 孕育鑄鐵是指鐵液經(jīng)孕育處理后，獲得的亞共晶灰鑄鐵。孕育鑄鐵中的石墨片細(xì)小而均勻分布，從而改善了其力學(xué)性能。 與普通灰鑄鐵相比，孕育鑄鐵對(duì)壁厚的敏感性小，鑄件厚大截面上的性能比較均勻，它適用于制造強(qiáng)度、硬度、耐磨性要求高，尤其是壁厚不均勻

18、的大型鑄件，如床身、凸輪、凸輪軸、氣缸體和氣缸套等 3.可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵是白口鑄鐵通過石墨化或氧化脫碳可鍛化處理，改變其金相組織或成分而獲得的有較高韌性的鑄鐵。 可鍛鑄鐵內(nèi)部石墨組織呈團(tuán)絮狀，碳、硅含量較低，熔點(diǎn)較高，凝固溫度范圍寬，流動(dòng)性差，收縮大，鑄造性能比灰鑄鐵差。為避免產(chǎn)生澆不到、冷隔、縮孔、裂紋等鑄造缺陷，鑄造時(shí)應(yīng)采取如下工藝措施：提高澆注溫度；采用順序凝固原則，增設(shè)冒口補(bǔ)縮；提高造型材料的耐火性和退讓性。4.球墨鑄鐵球墨鑄鐵 球墨鑄鐵內(nèi)部組織中的石墨呈球狀，是一種廣泛應(yīng)用的高強(qiáng)度鑄鐵。 球墨鑄鐵的鑄造性能介于灰鑄鐵與鑄鋼之間，因其化學(xué)成分接近共晶點(diǎn)，其流動(dòng)性與灰鑄鐵相近，

19、可生產(chǎn)34壁厚的鑄件。但由于球化孕育處理使鐵液溫度下降很多，鑄件易產(chǎn)生冷隔、澆不到等缺陷。 由于球墨鑄鐵的結(jié)晶特點(diǎn)是在凝固收縮后期有較在凝固收縮后期有較大的膨脹大的膨脹，促使型腔尺寸及內(nèi)部各結(jié)晶體之間間隙增大，故產(chǎn)生縮孔、縮松的傾向較大。因此，在鑄造時(shí)應(yīng)采取如下工藝措施：采用順序凝固原則，并增設(shè)冒口以加強(qiáng)補(bǔ)縮；提高鑄型的緊實(shí)度和透氣性；要求出爐溫度高，保證足夠的澆注溫度；對(duì)重要的球墨鑄鐵件要采用退火處理以消除應(yīng)力。 球墨鑄鐵按基體組織不同分為鐵素體球墨鑄鐵和珠光體球墨鑄鐵兩類。鐵素體球墨鑄鐵塑性、韌性好；珠光體球墨鑄鐵強(qiáng)度、硬度高，可以用來代替鑄鋼、鍛鋼制造一些受力復(fù)雜、力學(xué)性能要求高的曲軸、

20、連桿、凸輪軸、齒輪等重要零件。鑄鋼件的生產(chǎn)鑄鋼件的生產(chǎn)鑄鋼熔點(diǎn)高，澆注溫度高，流動(dòng)性差，易被氧化，且收縮大（約為灰鑄鐵的23倍），因此鑄造性能很差，易產(chǎn)生澆不到、縮孔、縮松、裂紋、粘砂等鑄造缺陷。 在鑄造時(shí)應(yīng)采取如下工藝措施：要用截面尺寸較大的底注開放式澆注系統(tǒng)，多開內(nèi)澆道，使液流盡量平穩(wěn)，以減少氧化和吸氣；采用定向凝固，加大冒口尺寸并配合使用冷鐵來防止產(chǎn)生縮孔和縮松（生產(chǎn)鑄鋼件所用的冒口尺寸很大）；應(yīng)選用耐火性高、退讓性好的造型材料（型砂）；嚴(yán)格控制澆注溫度；對(duì)鑄件進(jìn)行退火或正火處理，以細(xì)化晶粒、消除殘余內(nèi)應(yīng)力。鑄鋼雖然鑄造性能較差，但其綜合力學(xué)性能較高，適合于制造強(qiáng)度、韌性等要求高的零件，

21、如車輪、機(jī)架、高壓閥門、軋輥等。有色合金鑄件的生產(chǎn)有色合金鑄件的生產(chǎn)1.鑄造鋁合金件鑄造鋁合金件（1）鑄造鋁合金的熔鑄特點(diǎn)：高溫下易氧化，吸氣能力強(qiáng)，易產(chǎn)生小氣孔（析出氣孔），造成力學(xué)性能下降。 由于鋁合金的鑄態(tài)組織都是粗大的針狀硅晶體和固溶體組成的共晶體，力學(xué)性能較差，所以常在澆注前用鈉的鹵素鹽進(jìn)行變質(zhì)處理 熔點(diǎn)較低，對(duì)型砂耐火性要求不高；其流動(dòng)性好，可用細(xì)砂造型，能鑄出薄壁復(fù)雜鑄件；鋁鎂和鋁銅合金的鑄造性能較差，應(yīng)保證型砂和芯砂有足夠的退讓性，可適當(dāng)提高澆注溫度和澆注速度，并在鑄件厚壁部位安置冒口，以防縮孔、澆不到、裂紋等缺陷。（2）常用鑄造鋁合金牌號(hào)ZAlSi7MgZAlSi7Mg: 7

22、%Si, 0.3%Mg,余Al (代號(hào)ZL101)；ZAlSi12ZAlSi12: 12%Si,余Al (代號(hào)ZL102)；ZAlCu10ZAlCu10: 10%Cu,余Al (代號(hào)ZL202)。（代號(hào)中首位數(shù)字含義：1-鋁硅合金，2-鋁銅合金，3-鋁鎂合金，4-鋁鋅合金）2.鑄造銅合金件鑄造銅合金件 鑄造銅合金分為兩大類：青銅和黃銅。以Zn為主要合金元素的銅合金稱為黃銅，以Zn以外的元素為主要合金元素的銅合金稱為青銅。（1）鑄造銅合金的熔鑄特點(diǎn)不同成分的銅合金的結(jié)晶特性和鑄造性能各有差異，鑄造工藝特點(diǎn)也不同：錫青銅錫青銅凝固溫度范圍寬，不易氧化，易產(chǎn)生縮松。為此，在鑄造時(shí)可采用同時(shí)凝固原則（

23、減小應(yīng)力，防止裂紋），一般不用冒口補(bǔ)縮，在厚壁處設(shè)冷鐵。鋁青銅、鉛青銅和黃銅這些銅合金凝固溫度范圍窄，易氧化，易產(chǎn)生集中縮孔。為此，在鑄造時(shí)應(yīng)注意加強(qiáng)補(bǔ)縮加強(qiáng)補(bǔ)縮和防止氧化防止氧化：（2）常用鑄造銅合金牌號(hào)銅合金具有較高的耐磨性、耐蝕性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，廣泛用于制造軸承、蝸輪、泵體和管道配件等零件。常用鑄造銅合金牌號(hào)有：鑄造黃銅鑄造黃銅 : ZCuZn38ZCuZn38: 38%Zn,其余Cu（代號(hào)38黃銅）；ZCuZn31Al2ZCuZn31Al2: 31%Zn,2%Al，其余Cu（31-2鋁黃銅）。鑄造青銅鑄造青銅:ZCuSn10Pb1ZCuSn10Pb1: 10%Sn,1%Pb，其余Cu

24、（10-1錫青銅）；ZcuAl9Mn2ZcuAl9Mn2: 9%Al,2%Mn，其余Cu（9-2鋁青銅）1-3 液態(tài)金屬的成型方法液態(tài)金屬的成型方法利用具有一定性能的原砂（型砂或芯砂）作為主要造型材料的鑄造方法，是傳統(tǒng)的應(yīng)用最廣泛的鑄造方法。砂型鑄造砂型鑄造 1.生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程下圖所示為砂型鑄造的生產(chǎn)過程：2.特點(diǎn)特點(diǎn)適應(yīng)性強(qiáng)，幾乎不受鑄件材質(zhì)、尺寸、重量及生產(chǎn)批量的限制；砂型鑄造的鑄型為一次性鑄型，耗費(fèi)大量的造型工時(shí)，且型砂的處理工作繁重；工人勞動(dòng)條件差，生產(chǎn)效率低；鑄件精度和表面質(zhì)量較差，鑄件的毛坯余量較大，易產(chǎn)生鑄造缺陷，質(zhì)量不穩(wěn)定，廢品率高，機(jī)械性能較差。3.造型方法造型方法 砂型鑄

25、造的造型方法分手工造型和機(jī)器造型兩種。手工造型操作靈活，可應(yīng)用于生產(chǎn)各種尺寸和形狀十分復(fù)雜的鑄件。但手工造型生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，鑄件質(zhì)量差，故應(yīng)用于單件小批生產(chǎn)。 機(jī)器造型是將造型過程中的填砂、緊砂（緊實(shí)）和起模等主要操作實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的造型方法。機(jī)器造型生產(chǎn)率高，鑄件尺寸精度高，表面光潔，加工余量小，適用于中、小型鑄件的成批和大量生產(chǎn)。機(jī)器造型按緊砂的方法不同分為壓實(shí)造型、震擊造型、震壓造型、拋砂造型、氣體沖擊造型、氣體靜壓造型等方法。造型時(shí)采用模板兩箱脫模造型。模板是模樣和模底板的組合體，造型后，模底板形成分型面，模樣形成鑄型型腔。4.制芯制芯制芯方法也分手工制芯和機(jī)器制芯兩種。機(jī)器制芯目前

26、使用較多的是射芯機(jī)制芯和殼芯機(jī)制芯。（1）射芯機(jī)制芯射砂筒內(nèi)的芯砂在壓縮空氣作用下高速射進(jìn)芯盒，使芯砂緊實(shí)。射芯機(jī)制芯分冷芯盒和熱芯盒兩種。冷芯盒制芯的芯砂為油砂或合脂砂，制好的型芯需烘干硬化。熱芯盒制芯的芯砂為熱固性樹脂砂，芯砂射進(jìn)熱芯盒后在短時(shí)間內(nèi)即可硬化。（2）殼芯機(jī)制芯殼芯機(jī)制芯所用芯砂為酚醛樹脂覆膜砂，制芯時(shí)芯盒的溫度為260300，芯盒內(nèi)的芯砂只有與芯盒表面接觸的的芯砂（厚度約612mm）固化，其余的芯砂仍然是顆粒，倒出即得到中空的型芯-殼芯。使用殼芯有三方面優(yōu)點(diǎn)：殼芯有很好的透氣性，尺寸精度高，表面光滑，因而鑄件精度高，表面質(zhì)量好；便于清砂；節(jié)約芯砂。金屬型鑄造金屬型鑄造用金屬材

27、料制成的鑄型稱為金屬型。用金屬型獲得鑄件的鑄造方法即為金屬型鑄造。1.金屬型的結(jié)構(gòu)金屬型的結(jié)構(gòu)金屬型常用灰鑄鐵或鑄鋼制成。一般制成兩個(gè)半型，以鉸鏈聯(lián)接，一個(gè)半型固定，另一半型是動(dòng)型，可以開合。鑄件的內(nèi)腔和孔由鋼芯或砂芯形成。 按分型面的位置不同，可分成如圖所示的三種結(jié)構(gòu)形式：2.鑄造工藝特點(diǎn)鑄造工藝特點(diǎn)由于金屬型導(dǎo)熱快（冷卻速度快），且沒有退讓性和透氣性，為獲得優(yōu)質(zhì)鑄件和延長金屬型使用壽命，必須嚴(yán)格控制其鑄造工藝：（1）金屬型預(yù)熱金屬型預(yù)熱目的：目的：防止由于金屬液冷卻過快和不均勻使鑄件產(chǎn)生澆不足、冷防止由于金屬液冷卻過快和不均勻使鑄件產(chǎn)生澆不足、冷隔、裂紋等缺陷；隔、裂紋等缺陷；減小澆注時(shí)對(duì)

28、鑄型的熱沖擊，延長鑄型的使用壽命。減小澆注時(shí)對(duì)鑄型的熱沖擊，延長鑄型的使用壽命。（2）噴刷涂料噴刷涂料目的：保護(hù)鑄型，調(diào)節(jié)冷卻速度，增加潤滑作用。目的：保護(hù)鑄型，調(diào)節(jié)冷卻速度，增加潤滑作用。（3）澆注澆注澆注溫度比砂型高澆注溫度比砂型高2030。（4）開型（出型溫度）開型（出型溫度）3.特點(diǎn)和應(yīng)用特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）永久型鑄造，實(shí)現(xiàn)了一型多鑄，節(jié)省了大量的造型工作，生產(chǎn)率高，且便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)；（2）提高了質(zhì)量。鑄件精度高、表面質(zhì)量好，減少了切削加工余量。由于鑄件冷卻快，晶粒細(xì)，所以力學(xué)性能提高。（3）改善了勞動(dòng)條件。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1）金屬型無透氣性，易產(chǎn)生氣孔，故需開設(shè)通氣槽；（2）

29、金屬型無退讓性，易因機(jī)械應(yīng)力過大而產(chǎn)生裂紋，故需及早開型取出鑄件；（3）金屬型冷卻速度快，充型能力差，易產(chǎn)生冷隔、澆不足缺陷，故需預(yù)熱，且鑄件形狀要簡單，壁厚不宜太薄；（4）金屬型制造成本高、周期長，故不適合單件小批生產(chǎn)；（5）受熔點(diǎn)溫度的限制，不適合高熔點(diǎn)合金的鑄造。應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：主要用于有色合金鑄件的大批量生產(chǎn)，如鋁活塞、氣缸體、缸蓋、油泵、殼體、軸瓦、襯套等。熔模鑄造熔模鑄造用易熔材料如蠟料制成模樣，在模樣上包覆若干層耐火涂料，制成型殼，熔出模樣后經(jīng)高溫焙燒即可澆注的鑄造方法。是一種少切削、無切削的精密鑄造方法，其實(shí)質(zhì)是用易熔性一次模代替木?；蚪饘倌?。熔模鑄造工藝過程熔模鑄造工藝過

30、程）母模）壓型）熔蠟）鑄造蠟?zāi)＃﹩蝹€(gè)蠟?zāi)＃┠改＃盒停┤巯灒╄T造蠟?zāi)＃﹩蝹€(gè)蠟?zāi)?）組）組合蠟?zāi)＃┙Y(jié)殼熔失蠟?zāi)＃沧⒑舷災(zāi)＃┙Y(jié)殼熔失蠟?zāi)＃沧?.特點(diǎn)特點(diǎn)（1）可生產(chǎn)形狀復(fù)雜及薄壁鑄件；（2）鑄件的尺寸精度高、表面質(zhì)量好；（3）適應(yīng)性廣。適合各類合金的生產(chǎn)，尤其適合生產(chǎn)高熔點(diǎn)和難加工合金的鑄件；（4）批量不受限制；（5）工藝過程較復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，鑄型的制造費(fèi)用較高。受蠟?zāi)?qiáng)度的限制，鑄件不宜太大。3.應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合主要用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜、精度要求較高或難加工材料的小型鑄件，目前在航空、船舶、汽車、機(jī)床、儀表、刀具和兵器等行業(yè)都得到廣泛的應(yīng)用。如汽輪機(jī)葉片、切削刀具等。熔模鑄造已成為少或無切削加

31、工中最重要的工藝方法。壓力鑄造（壓鑄）壓力鑄造（壓鑄）外力作用下的液態(tài)成型方法。1.工藝過程工藝過程 在高壓下高速地將熔融的金屬充填入金屬鑄型中，并在壓力下凝固的鑄造方法（壓鑄）。壓力為3070MPa，充型時(shí)間為0.010.2s，充型速度為。高壓高速是壓力鑄造的重要特點(diǎn)。壓鑄形式分冷壓室式和熱壓室式兩種。冷壓室式的壓室和熔化爐分開，壓鑄時(shí)用人工或機(jī)械手把金屬液澆進(jìn)壓室，然后壓射成型，如圖3-14所示。 臥式冷壓室壓鑄機(jī)的工藝過程熱壓室式的壓室和合金熔化爐成一體，壓室浸入熔化的液態(tài)金屬中，用杠桿或壓縮空氣產(chǎn)生壓力進(jìn)行壓鑄。2.特點(diǎn)特點(diǎn)（1）鑄件的尺寸精度高、表面質(zhì)量好，可不經(jīng)機(jī)械加工或少量加工即

32、可使用； （2）由于充型能力強(qiáng)，能夠鑄出形狀復(fù)雜薄壁件。鋁合金的壓鑄件最小壁厚可達(dá)0.5、最小孔徑可達(dá)0.7；鋅合金的壓鑄件最小壁厚可達(dá)0.8、最小孔徑可達(dá)0.8、最小螺距為0.75的螺孔，最小模數(shù)為0.5的齒輪；（3）壓鑄件組織細(xì)密，力學(xué)性能高，其抗拉強(qiáng)度比砂型鑄造高2540；（4）生產(chǎn)率高，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；（5）設(shè)備投資大，制造鑄型費(fèi)用高，主要適用于大批量生產(chǎn)；（6）不適合高熔點(diǎn)合金的生產(chǎn)（壓型壽命低），如鋼、鑄鐵等；鑄件內(nèi)部易產(chǎn)生氣孔和縮孔（壓鑄速度高，型腔中的氣體很難排出，厚壁處的收縮難以補(bǔ)縮）；不易采用機(jī)械加工（容易暴露孔洞）；不能用熱處理來提高性能以及不能在高溫下工作等（因氣體是在高

33、壓下形成的，溫度高時(shí)，孔內(nèi)氣體膨脹將導(dǎo)致鑄件表面起泡）。3.應(yīng)用應(yīng)用 主要用于大批量生產(chǎn)的非鐵合金鑄件，如小型發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)體，缸蓋，變速箱，發(fā)動(dòng)機(jī)罩，儀表殼體等離心鑄造離心鑄造將金屬液澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，并在離心力作用下凝固而獲得鑄件的鑄造方法。1.離心鑄造的基本類型離心鑄造的基本類型根據(jù)轉(zhuǎn)軸的空間位置不同分為：臥式離心鑄造 鑄型繞水平軸旋轉(zhuǎn)，如圖3-15（b）所示。適合澆注長徑比大的各種管件，如氣缸套。由于鑄件各部分的冷卻條件相近，鑄出的鑄件壁厚是均勻的。設(shè)備是臥式離心鑄造機(jī)。立式離心鑄造： 鑄型繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，如圖3-15 (a)所示。適合澆注各種盤、環(huán)類鑄件。自由表面（內(nèi)表面）呈拋物線狀，由于

34、重力的作用使鑄件上薄下厚。2.離心鑄造用鑄型離心鑄造用鑄型金屬型：單金屬層、雙金屬層；非金屬型：砂型、殼型、熔模型殼。3.離心鑄造的特點(diǎn)離心鑄造的特點(diǎn)（1）在離心力的作用下，鑄件由外向內(nèi)順序凝固，殘留在金屬液中的氣體和熔渣易向內(nèi)腔轉(zhuǎn)移而排除，因而鑄件組織細(xì)密，無縮孔、縮松、氣孔等缺陷，力學(xué)性能好。（2）鑄造圓形中空鑄件時(shí)，可以不用型芯和澆注系統(tǒng)，比砂型鑄造鐵水利用率高，提高了生產(chǎn)率，降低了鑄件成本。（3）由于充型能力較強(qiáng)，可生產(chǎn)流動(dòng)性較差的薄壁鑄件。（4）便于生產(chǎn)“雙金屬” 鑄件，如軋輥、鋼套鑲銅軸承。（5）金屬液中的熔渣等夾雜物，因密度小而集中在鑄件內(nèi)表面上，從而使內(nèi)孔的質(zhì)量較差，須增加機(jī)械

35、加工余量。4.應(yīng)用應(yīng)用主要適用于大批量生產(chǎn)的空心回轉(zhuǎn)體鑄件，如鑄鐵管、氣缸套、銅套、雙金屬軸承、特殊鋼的無縫管坯、造紙機(jī)滾筒等。擠壓鑄造擠壓鑄造對(duì)澆入鑄型型腔內(nèi)的液態(tài)金屬施加較高的機(jī)械壓力，使之成型和凝固，從而獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的方法。此法的特點(diǎn)：鑄件組織致密，晶粒細(xì)化，可消除鑄件內(nèi)部的縮孔，縮松，裂紋等缺陷；力學(xué)性能接近同種合金鍛件水平；鑄件尺寸精度和表面粗糙度高；工藝適應(yīng)性好；能適用于多種合金；便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)；通常無澆口，鑄件工藝出品率高。適合范圍：生產(chǎn)各種力學(xué)性能要求高，氣密性高的厚壁鑄件。1-5 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性鑄件結(jié)構(gòu)工藝性鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性即鑄件結(jié)構(gòu)的合理性，是指鑄件的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足

36、簡化制模、造型和造芯、合型、清理等過程（簡化鑄造工藝過程），降低操作技術(shù)要求，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗為原則。鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)工藝性的要求鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)工藝性的要求（1）鑄件的外形應(yīng)便于起模分型面盡量采用平直面，避免不必要的曲面和圓角結(jié)構(gòu)。避免外部側(cè)凹凸臺(tái)、筋條、法蘭的設(shè)計(jì)應(yīng)便于起模，避免不必要的外型芯和活塊。外形盡可能采用平面、圓柱面等規(guī)則形狀，使制模方便。平直分型面避免挖砂造型，鑄件毛邊少，便于清理。平直分型面還便于制模。如下圖所示：外部有側(cè)凹，需采用多箱造型或外部型芯，分型面數(shù)量增多，造型工藝復(fù)雜，易出現(xiàn)錯(cuò)箱，鑄件尺寸精度低。圖4-1（a）所示鑄件的凸臺(tái)妨礙起模，需用外型芯或活塊，

37、因此不合理。再如下圖所示鑄件上的凸臺(tái)：2）鑄件內(nèi)腔的設(shè)計(jì)應(yīng)使型芯數(shù)量少，并有利于型芯的固定、排氣和清理 盡量不用或少用型芯內(nèi)腔形狀盡量簡單，并采用規(guī)則形狀（便于芯盒的制造）。支架鑄件 便于型芯的固定、排氣和鑄件清理（內(nèi)腔的清砂），盡可能避免使用型芯撐。 軸承支架鑄件的結(jié)構(gòu) （3）鑄件應(yīng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)斜度）鑄件應(yīng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)斜度結(jié)構(gòu)斜度是在平行于起模方向的不加工面上設(shè)計(jì)的斜度，直接在零件圖的不加工面示出，且斜度較大。拔模斜度是在繪制鑄造工藝圖或模型圖時(shí)，對(duì)零件圖上沒有結(jié)構(gòu)斜度的立壁給予的斜度，以方便取模。凡是垂直于分型面的不加工面，最好有結(jié)構(gòu)斜度方便起模，便于用砂垛代替型芯。鑄件的那些部位應(yīng)具有結(jié)構(gòu)斜度，

38、依照分型面的位置而定。（4）大型復(fù)雜鑄件可采用分體鑄造拼裝式結(jié)構(gòu)2.合金鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)工藝性的要求合金鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)工藝性的要求(1)鑄件壁厚設(shè)計(jì)鑄件壁厚設(shè)計(jì)合理壁厚每一種合金都有其合適的壁厚值，即在最小最小壁厚壁厚和臨界壁厚臨界壁厚范圍內(nèi)。當(dāng)鑄件的壁厚超過了臨界壁厚，鑄件的承載能力隨壁厚的增加而下降。鑄件的臨界壁厚可以按最小壁厚的三倍計(jì)算。 鑄件的壁厚應(yīng)力求均勻，使各處冷卻速度接近 鑄件內(nèi)壁比外壁薄些 內(nèi)壁散熱慢，鑄件內(nèi)部的壁、筋應(yīng)比外壁薄些，使鑄件內(nèi)外均勻冷卻，減少內(nèi)應(yīng)力、裂紋。鑄件形狀越復(fù)雜，壁厚應(yīng)越大（2）鑄件壁的連接）鑄件壁的連接鑄件壁的連接或轉(zhuǎn)角處應(yīng)盡量避免金屬積聚和內(nèi)應(yīng)力

39、的產(chǎn)生。鑄件應(yīng)有結(jié)構(gòu)圓角鑄件壁的轉(zhuǎn)角及壁間連接均應(yīng)考慮鑄造圓角，即以圓角過渡，以防止應(yīng)力集中，減少開裂。鑄造圓角的大小應(yīng)與壁厚相適應(yīng)，通常應(yīng)使轉(zhuǎn)角處鑄造內(nèi)圓角小于相鄰壁厚的1.5倍，過大則增加縮孔傾向。具體查表確定。 避免交叉和銳角連接鑄件的筋或壁之間避免交叉連接，以減少熱節(jié)、內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)力集中。交叉連接時(shí)對(duì)中小件可用交錯(cuò)接頭過渡形式，對(duì)大件用環(huán)狀接頭過渡形式厚壁與薄壁間的連接要逐步過渡，避免壁厚突變兩種過渡形式：圓角過渡（用于厚度差小時(shí)）和楔形過渡（用于厚度差大時(shí)）。 （3）鑄件應(yīng)有合適的加強(qiáng)筋、防裂筋）鑄件應(yīng)有合適的加強(qiáng)筋、防裂筋在鑄件上,筋的應(yīng)用很廣,按作用不同分為:加強(qiáng)筋提高構(gòu)件的承載能

40、力；防裂筋防止鑄件產(chǎn)生熱裂紋。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意筋的位置：對(duì)于鑄鐵件，因抗壓強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的34倍，故應(yīng)使其加強(qiáng)筋處于受壓狀態(tài)，如圖4-13所示：防裂筋的方向要與機(jī)械應(yīng)力方向一致，筋的厚度應(yīng)為聯(lián)接處壁厚的。因筋很薄，故先凝固而具有較高的強(qiáng)度。（4）應(yīng)防止產(chǎn)生變形）應(yīng)防止產(chǎn)生變形壁厚均勻的細(xì)長鑄件、較大面積的平板鑄件以及壁厚不均勻的箱體類零件會(huì)產(chǎn)生翹曲變形，應(yīng)注意采用合理的結(jié)構(gòu)如對(duì)稱結(jié)構(gòu)、增設(shè)加強(qiáng)筋等來提高鑄件的剛度，減少變形。如圖4-14所示：（5）避免鑄件受阻收縮）避免鑄件受阻收縮如圖4-12所示輪輻的設(shè)計(jì)：圖a）：偶數(shù)輪輻，收縮受阻，易引起輪緣變形或輪輻產(chǎn)生裂紋。圖b）：彎曲輪輻，可借助于本身的

41、微量變形減緩內(nèi)應(yīng)力，收縮受阻力小。圖c）：奇數(shù)輪輻，用輪緣的微量變形減緩內(nèi)應(yīng)力，收縮受阻力小。（6）避免水平方向出現(xiàn)較大的平面）避免水平方向出現(xiàn)較大的平面水平方向的大平面結(jié)構(gòu)充型能力差，易產(chǎn)生夾砂、澆不足、冷隔等缺陷。應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成傾斜壁，如圖4-15所示： 1-4 鑄造工藝設(shè)計(jì)（砂型鑄造）鑄造工藝設(shè)計(jì)（砂型鑄造）一一.澆注位置和分型面的選擇澆注位置和分型面的選擇澆注位置澆注位置：澆注時(shí)鑄件（主要表面）所處的狀態(tài)和空間位置。分型面分型面：鑄型組元間的結(jié)合面（鑄型間或砂箱間相互接觸的表面）。1.澆注位置的確定原則澆注位置的確定原則 （1）鑄件的重要加工面應(yīng)朝下或放在側(cè)面-鑄件的上表面容易產(chǎn)生砂眼、

42、氣孔、夾渣等缺陷，組織不如下面致密。 （2）盡可能使鑄件的大平面朝下或傾斜澆注-上表面型腔受合金液強(qiáng)烈的熱輻射作用，且排氣不暢，易形成夾砂和夾渣、氣孔等缺陷。如圖4-18所示的平板類鑄件：（3）鑄件上大面積的薄壁部分應(yīng)放在鑄型的下面、側(cè)面或傾斜位置-利于液態(tài)金屬充滿鑄型，防止產(chǎn)生澆不足和冷隔等缺陷。圖4-19所示曲軸箱鑄件的澆注位置：（4）容易形成縮孔、縮松的鑄件，應(yīng)將鑄件的厚大部位放在分型面附近的上方或側(cè)面-便于安放冒口和冷鐵，有利于實(shí)現(xiàn)順序凝固，防止產(chǎn)生縮孔、縮松。如圖4-20所示：（5）盡量使型腔及主要型芯位于下箱，并盡可能避免使用吊芯、懸臂芯-便于造型、下芯、合箱和檢查。吊芯在合型、澆

43、注時(shí)容易造成塌箱；懸臂芯不穩(wěn)定，在金屬液浮力的作用下易發(fā)生偏斜。2.分型面的確定原則分型面的確定原則 確定分型面應(yīng)考慮的主要問題是簡化造型 （1）盡量減少分型面數(shù)目，最好只有一個(gè)分型面。分型面數(shù)目越多，造型工作越復(fù)雜，鑄件精度越低。只有一個(gè)分型面時(shí)，可采用工藝簡便的兩箱造型。如圖4-26所示：要想只有一個(gè)分型面，則分型面應(yīng)選在鑄件的最大最大截面截面上上。（2）分型面應(yīng)盡量采用平直面，以簡化模型制造及造型工藝。 （3）盡量減少型芯、活塊的數(shù)目，以方便造型，而且易于實(shí)現(xiàn)造型的機(jī)械化和自動(dòng)化。（4）盡量使型腔及主要型芯位于下型，便于下芯、合型和檢驗(yàn)。（5）盡量使鑄件全部或大部放在同一砂箱內(nèi)，易于保證

44、鑄件精度（減少合箱誤差的影響）。特別是鑄件的重要加工面或大部分加工面應(yīng)與加工基準(zhǔn)面在同一砂箱內(nèi)。圖4-23所示鑄件： 二二.工藝參數(shù)的選擇工藝參數(shù)的選擇1.加工余量加工余量對(duì)鑄件上需要進(jìn)行機(jī)械加工的表面要事先留出足夠的加工余量（加工時(shí)被切除掉，即變成廢料），以保證零件的加工要求。加工余量的大小與鑄件材料、尺寸大小、形狀復(fù)雜程度、加工面的澆注位置、鑄造精度以及生產(chǎn)批量等因素有關(guān)。合金的流動(dòng)性差，則表面粗糙，應(yīng)加大余量；鑄件尺寸大、形狀復(fù)雜，則誤差大，應(yīng)加大余量；加工面的澆注位置不同，則質(zhì)量不同，底面最好，頂面最差，故對(duì)相同要求的加工面，頂面留的余量要大，底面留的余量可小些。2.鑄造收縮率鑄造收縮

45、率由于合金的線收縮，鑄件冷卻后的尺寸將比型腔尺寸要小。為保證鑄件的尺寸符合要求，在制作模型時(shí)應(yīng)將模型尺寸放大，放大的比例就是該合金的收縮率，即有： 模型尺寸模型尺寸 = 鑄件尺寸鑄件尺寸（1 + 收縮率）收縮率）P43表4-6給出了各種合金的鑄件線收縮率的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如灰鑄鐵0.7 1.0%、鑄鋼1.5 2%、鋁硅合金0.81.2% 、錫青銅1.21.4%。為方便，生產(chǎn)中制作模型所用的尺子是考慮了收縮率的“縮尺”。這種尺子的刻度值與實(shí)際長度是不同的： 實(shí)際長度實(shí)際長度 = 刻度值刻度值（1 + 收縮率）收縮率）3.起模斜度（拔模斜度）起模斜度（拔模斜度）為起模方便，在模樣上平行于起模方向的側(cè)面（

46、即垂直于分型面的立壁）一般都應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)男倍龋Q為拔模斜度。起模斜度的大小取決于立壁高度、造型方法及模型材料等。立壁高度大，應(yīng)?。粰C(jī)器造型手工造型；內(nèi)壁外壁；木模金屬模。對(duì)于形狀簡單，起模無困難的模樣可不加起模斜度。起模斜度可用三種形式加到模樣上，（a）為增加壁厚法，在鑄件的加工面上采用，保證足夠的加工余量；（c）為減小壁厚法，用于與其它零件配合的非加工面；（b）為加減壁厚法，用于不與其它零件配合的非加工面。 （a） （b） （c）4. 最小鑄出孔（或槽）最小鑄出孔（或槽）零件上的孔、槽是否鑄出，應(yīng)根據(jù)合金的特點(diǎn)、生產(chǎn)性質(zhì)、孔徑（或槽）大小、壁厚等具體情況綜合考慮。 一般情況下，較大的孔和槽應(yīng)

47、鑄出 ，彎曲的孔不能加工，只有鑄出來；有孔距要求的孔最好不鑄出。5.鑄造圓角鑄造圓角 鑄件各相交壁的交角在制模時(shí)做成圓角過渡，稱為鑄造圓角。鑄造圓角的作用：防止鑄件壁的交接處因材料聚積和應(yīng)力集中而產(chǎn)生縮孔和裂紋；改善合金的充型能力；防止鑄型尖角在澆注時(shí)被沖壞。 1-6 鑄造技術(shù)新進(jìn)展鑄造技術(shù)新進(jìn)展快速成形技術(shù)快速成形技術(shù)（RP）在鑄造上的應(yīng)用在鑄造上的應(yīng)用(RPRapid Prototyping 快速原型制造 或 Rapid Part Manufacturing 快速零件制造）1.原理原理 是以材料累加材料累加的方式來獲得制件，是一種全新的成形工藝方法，與傳統(tǒng)的機(jī)械加工相反。傳統(tǒng)的機(jī)械加工去除

48、材料去除材料。2.基本工藝方法基本工藝方法液態(tài)光敏聚合液態(tài)光敏聚合物（樹脂）選物（樹脂）選擇性固化擇性固化SLAStereo Lithography Apparatus用激光逐層掃描，逐層固化，逐漸累加。薄形材料選擇性切割薄形材料選擇性切割LOMLaminated Object Manufacturing 激光切割系統(tǒng)按照橫截面輪廓線的軌跡將背面涂有熱熔膠的薄紙切割出工件的一層內(nèi)、外輪廓，這樣逐層切割、逐層疊加粘合而成形。粉末材料選擇性燒結(jié)粉末材料選擇性燒結(jié)SLSSelected Laser Sintering用激光束按照零件橫截面輪廓逐層進(jìn)行有選擇性的掃描,使掃描到的粉末顆粒表面熔化粘結(jié)在一

49、起而成形。未掃描到的粉末仍是松散的。絲狀材料選擇性熔絲狀材料選擇性熔覆覆FDMFused Deposition Modeling 圖5-4 利用加熱頭將絲狀材料加熱到熔融狀態(tài),并有選擇性地將其涂覆在工作臺(tái)上,冷凝后便形成工件地一層截面輪廓,這樣逐層堆積便形成所需工件輪廓。3.RP技術(shù)在鑄造上的應(yīng)用技術(shù)在鑄造上的應(yīng)用砂型鑄造中直接制作模型及芯盒，或用其做母模鑄造金屬模型；消失模鑄造中用于制作發(fā)泡模具；熔模鑄造中用于制作壓制蠟?zāi)Ｓ玫膲盒?。四?計(jì)算機(jī)在鑄造中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在鑄造中的應(yīng)用1.鑄造工藝參數(shù)的檢測(cè)與控制鑄造工藝參數(shù)的檢測(cè)與控制2.鑄造工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)鑄造工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)；

50、模型、芯盒等的設(shè)計(jì)工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)；模型、芯盒等的設(shè)計(jì)3.鑄造生產(chǎn)的數(shù)值模擬鑄造生產(chǎn)的數(shù)值模擬鑄造充型過程模擬鑄造充型過程模擬凝固過程溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的模擬凝固過程溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的模擬微觀組織模擬微觀組織模擬第第2章金屬的塑性成型章金屬的塑性成型金屬塑性成形是利用金屬的塑性使金屬坯料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，從而制成所需形狀和尺寸的工件的成形方法，又稱為壓力加工壓力加工或鍛壓鍛壓，是鍛造和沖壓的總稱。 大多數(shù)金屬材料在冷態(tài)和熱態(tài)下都具有一定的塑性，可以在室溫和高溫下進(jìn)行各種壓力加工。常用的塑性成形方法有：常用的塑性成形方法有：自由鍛、模鍛、板料沖壓、軋制、擠壓等。塑性成形方法的應(yīng)用塑性成形方法的應(yīng)

51、用：軋制、擠壓、拉拔（拔制）：是制造型材的加工方法，如板材、管材、線材等。鍛造（自由鍛造、模型鍛造、胎模鍛造）：用于生產(chǎn)各種重要的、承受重載荷的機(jī)器零件毛坯，如機(jī)床的主軸和齒輪、內(nèi)燃機(jī)的連桿和凸輪軸、起重機(jī)的吊鉤等。板料沖壓（沖壓）：主要用于加工板料，如汽車駕駛室覆蓋件、日常生活用的器皿等。 塑性成形的特點(diǎn)：塑性成形的特點(diǎn)：力學(xué)性能高節(jié)約金屬生產(chǎn)率高適應(yīng)性廣缺點(diǎn) 鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性要求高，難以鍛造復(fù)雜的零件或毛坯，特別是內(nèi)腔復(fù)雜的零件；鍛件的尺寸精度低，對(duì)于高精度要求的零件，還需要經(jīng)過切削加工來滿足要求；鍛壓加工需要重型設(shè)備和較復(fù)雜的模具，初期投資費(fèi)用高。2-1金屬塑性成形的工藝基礎(chǔ)金屬塑性成形

52、的工藝基礎(chǔ)一一.金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)金屬塑性變形的實(shí)質(zhì) 金屬的變形分為彈性變形和塑性變形兩種，這兩種變形在金屬塑性成型加工中總是相伴而產(chǎn)生，主要是利用其中的塑性變形進(jìn)行壓力加工。經(jīng)典物理學(xué)用滑移理論描述塑性變形，認(rèn)為塑性變形是由晶粒內(nèi)部的滑移、晶粒之間的滑移和晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)三方面組成：1.單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形主要變形形式是晶體的滑移和孿生：滑移即晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）產(chǎn)生相對(duì)滑移。金屬獲得較大塑性變形的主要形式是滑移。孿生即晶體的一部分相對(duì)于另一部分對(duì)應(yīng)于一定的晶面沿一定方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生位向的改變。2.多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形多晶體金屬的塑性變形可以

53、看成是許多單個(gè)晶粒（單晶體）的變形的綜合以及晶粒與晶粒之間的滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)（晶間變形）的綜合。二二.塑性變形后金屬的組織和性能塑性變形后金屬的組織和性能金屬經(jīng)過塑性變形后，其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)將發(fā)生下列變化：晶粒沿變形最大的方向伸長；晶格和晶粒均發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；晶粒內(nèi)部和晶粒間產(chǎn)生碎晶粒。塑性變形后，金屬的強(qiáng)度和硬度提高，而塑性和韌性下降，這種現(xiàn)象稱為加工硬化加工硬化。 三三.纖維組織和鍛造比纖維組織和鍛造比1.纖維組織纖維組織是金屬材料中對(duì)機(jī)械性能有顯著影響的一種組織。鋼錠是壓力加工的原始毛坯，其內(nèi)部沿晶界分布的雜質(zhì)隨晶粒的變形被拉長，并且不受再結(jié)晶的影響，成為連續(xù)的纖維狀組織。纖維組織的存在使

54、金屬材料的機(jī)械性能出現(xiàn)了各向異性在不同方向上性能不同。順著纖維組織方向的性能高于其它方向。纖維組織的穩(wěn)定性很高，不能用熱處理方法消除。為避免其不良影響，設(shè)計(jì)和制造零件時(shí)應(yīng)遵守下面兩點(diǎn)：應(yīng)使在工作過程中產(chǎn)生的最大正應(yīng)力的方向與纖維方向平行；最大切應(yīng)力的方向與纖維方向垂直； 使纖維分布與零件的輪廓相符合，盡量使纖維組織不被切斷。如圖6-6所示：（）合理（）不合理。2.鍛造比鍛造比表示鍛造時(shí)金屬變形程度的參數(shù) 拔長時(shí)：Y拔 =F0/F（截面比）； 鐓粗時(shí)：Y拔 =H0/H （高度比）Y拔 ，變形程度。四四.金屬的可鍛性金屬的可鍛性1.金屬的可鍛性金屬的可鍛性：用來衡量金屬材料經(jīng)受壓力加工的難易程度。

55、衡量指標(biāo)：可鍛性的優(yōu)劣以金屬的塑性塑性和變變形抗力形抗力（抵抗變形的能力）來綜合衡量，塑性好、變形抗力小的金屬材料，可鍛性好。 2.影響因素影響因素兩方面：金屬的本質(zhì)金屬的本質(zhì)和變形條件變形條件（1）金屬本質(zhì)的影響（化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)）化學(xué)成分的影響* 純金屬的可鍛性比合金好，且隨合金元素含量的增加可鍛性降低。* 低碳鋼比高碳鋼的可鍛性好。* 鋼中所含W、Mo、V、Ti等可提高高溫強(qiáng)度的元素以及生成碳化物的元素越多，可鍛性越差。* 鋼中P（冷脆性）、S（熱脆性）含量越多，可鍛性越差。組織結(jié)構(gòu)的影響* 純金屬和由單一固溶體組成的合金，可鍛性較好。合金中所含不同種類的組織越多，可鍛性越差。* 晶粒

56、細(xì)小而均勻的組織可鍛性好。（2）變形條件的影響三方面：變形時(shí)的變形溫度、變形速度及應(yīng)力狀態(tài)（或變形方式）。1）變形溫度的影響）變形溫度的影響始鍛溫度始鍛溫度：金屬加熱后開始鍛造的溫度：金屬加熱后開始鍛造的溫度變形最高變形最高溫度；溫度；終鍛溫度終鍛溫度：金屬鍛造中允許的最低變形溫度：金屬鍛造中允許的最低變形溫度變形變形最低溫度。最低溫度。2）變形速度的影響）變形速度的影響 變形速度對(duì)可鍛性的影響如圖-所示：a點(diǎn)為變形速度的臨界值。變形速度臨界值：變形速度，塑性、變形抗力可鍛性；變形速度臨界值：變形速度，塑性、變形抗力可鍛性。3）應(yīng)力狀態(tài)的影響（變形方式）應(yīng)力狀態(tài)的影響（變形方式）采用不同的變形

57、方式，塑性變形區(qū)的應(yīng)力大小及應(yīng)力狀態(tài)（拉或壓）是不同的，如圖-10、-11所示：擠壓：三向受壓，無拉應(yīng)力。拉拔（拔制）：沿坯料軸向受拉，其它方向受壓。模鍛：三向受壓，無拉應(yīng)力。 圖6-10擠壓時(shí)的應(yīng)力狀態(tài) 圖6-11拉拔時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)實(shí)踐證明實(shí)踐證明：三個(gè)方向中的壓應(yīng)力數(shù)目越多，則金屬的塑性越好，但變形抗力越大；拉應(yīng)力的數(shù)目越多，則金屬的塑性越差，但變形抗力越小。因此，在選擇變形方法時(shí)，對(duì)于塑性高的金屬材料可選擇有拉應(yīng)力狀態(tài)的變形方式，以減少變形抗力；對(duì)于塑性低的金屬材料則盡可能采用三向壓應(yīng)力狀態(tài)的變形方式，以免開裂。2-2 金屬塑性成形方法金屬塑性成形方法根據(jù)坯料的幾何特點(diǎn)，金屬的塑性成形方法

58、可分為兩大類：體積成形（如鍛造、擠壓）和板料成形（如沖壓）。鍛造和沖壓統(tǒng)稱為鍛壓，是塑性加工的主要方法。鍛造通常在坯料加熱后進(jìn)行，屬于熱加工。沖壓一般不需加熱，用金屬板料為原材料，故又稱為冷沖壓或板料沖壓。一一.鍛造鍛造在加壓設(shè)備及工模具的作用下，使坯料產(chǎn)生局部或全部的塑性變形，以獲得具有一定尺寸、幾何形狀和質(zhì)量的鍛件的加工方法。按使用設(shè)備和工具的不同，鍛造方法分為自由鍛造、模型鍛造（模鍛）和胎模鍛造三種。（一）（一）自由鍛造自由鍛造利用沖擊力或壓力使在自由鍛設(shè)備的錘頭和鐵砧之間的金屬坯料產(chǎn)生塑性變形得到所需鍛件的一種鍛造方法。 1.工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn)自由鍛所用的工具簡單，通用性好。由于鍛件的形

59、狀和尺寸主要由鍛工的操作技術(shù)保證，且在垂直于打擊力的方向?yàn)樽杂勺冃危虼耍杂慑戨y以得到形狀復(fù)雜的鍛件，鍛件精度低，加工余量大，材料消耗多。生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。(成形困難)2.適用場(chǎng)合適用場(chǎng)合制坯和生產(chǎn)單件、小批情況下形狀簡單的鍛件；大型、巨型鍛件生產(chǎn)，如水輪機(jī)主軸鍛件。 3.自由鍛造的主要設(shè)備自由鍛造的主要設(shè)備根據(jù)對(duì)毛坯作用力的性質(zhì)不同分為：鍛錘產(chǎn)生沖擊力使金屬坯料變形。鍛錘的噸位用落下部分的質(zhì)量表示，用于鍛造中、小型鍛件?？諝忮N：可鍛100以下的鍛件。 蒸汽-空氣錘 ：可鍛1500以下的鍛件 液壓機(jī)使坯料在靜壓力的作用下變形。分為水壓機(jī)和油壓機(jī)，以水壓機(jī)最為常用。是鍛造大、巨型鍛件的主

60、要設(shè)備，可鍛造重達(dá)數(shù)百噸的鍛件?；竟ば颍菏鞘菇饘佼a(chǎn)生一定程度的塑性變形，以達(dá)到所需形狀和尺寸的工藝過程，主要有拔長、鐓粗、沖孔、擴(kuò)孔、彎曲、切割扭轉(zhuǎn)和錯(cuò)移等。拔長：使毛坯橫截面積減小、長度增加的鍛造工序。多用于生產(chǎn)有長軸線的鍛件，如光軸、階梯軸、拉桿、連桿等?？稍谄秸枭线M(jìn)行，也可在型砧上進(jìn)行。 鐓粗：使毛坯高度減小、橫截面積增大的鍛造工序。主要用于制造高度小、截面大的工件，如齒輪坯、法蘭盤毛坯等，也可用于沖孔前的準(zhǔn)備及增加以后拔長鍛造比的工件。 沖孔：在坯料上沖出通孔或不通孔的鍛造工序。雙面沖孔：用于較厚的鍛件；單面沖孔：用于較薄的鍛件。 擴(kuò)孔：減小空心毛坯壁厚而增加其內(nèi)外徑的鍛造工序。輔助