金屬工藝學(xué)熱加工工藝基礎(chǔ)

金屬工藝學(xué)主講教師：李建輝聯(lián)系電話子信箱：ljh_hit@126.com冶金與材料工程學(xué)院LJH@CQUST金屬熱加工工藝金屬液態(tài)凝固成形（鑄造）金屬固態(tài)塑性成形（鍛壓）金屬連接成形（焊接）熱加工工藝鑄件結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)原則合金鑄造性能（鑄件質(zhì)量）對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)工藝性的要求砂型鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求當(dāng)采用砂型鑄造來(lái)生產(chǎn)零件毛坯或直接成形時(shí)，除進(jìn)行形狀和尺寸設(shè)計(jì)以外，還必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

鑄件結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)目的，就是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不僅能保證鑄件的質(zhì)量，滿足使用要求，同時(shí)可以滿足鑄造工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高等要求。

第三節(jié)鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性缺陷分析：結(jié)論：合理的鑄件壁厚應(yīng)介于最小壁厚和臨界壁厚之間。概念：最小壁厚：在各種工藝條下，鑄造合金能充滿型腔的最小厚度。主要取決于合金的種類(lèi)、鑄件的大小及形狀等因素。臨界壁厚：鑄件壁厚超過(guò)臨界壁厚時(shí)，鑄件壁的中心冷卻慢，會(huì)造成晶粒粗大、縮孔、縮松等缺陷，從而使鑄件的力學(xué)性能不升反降。各種鑄造合金都存在一個(gè)臨界壁厚，在砂型鑄造條件下，各種鑄造合金臨界壁厚約等于其最小壁厚的3倍。如果所設(shè)計(jì)鑄件的壁厚小于允許的“最小壁厚”，鑄件就易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。在鑄造厚壁鑄件時(shí)，容易產(chǎn)生縮孔、縮松、結(jié)晶組織粗大等缺陷，使鑄件的力學(xué)性能下降。一、鑄件質(zhì)量對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求（一）鑄件壁厚的設(shè)計(jì)1.合理設(shè)計(jì)鑄件壁厚合理的鑄件壁厚應(yīng)介于最小壁厚和臨界壁厚之間。如果臨界壁厚不能達(dá)到強(qiáng)度要求，則可通過(guò)采用加強(qiáng)筋或合理截面設(shè)計(jì)來(lái)滿足。不合理合理一、鑄件質(zhì)量對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求2.鑄件的壁厚應(yīng)盡可能均勻鑄件壁厚力求均勻，避免局部過(guò)厚形成熱節(jié)結(jié)構(gòu)；同時(shí)由于內(nèi)壁散熱條件差，冷卻速度比外壁慢，為使內(nèi)外壁同時(shí)凝固，減緩應(yīng)力以防止變形及裂紋等缺陷，內(nèi)壁尺寸應(yīng)比外壁薄一些（一般相差10-30%）。不合理合理一、鑄件質(zhì)量對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求2.鑄件的壁厚應(yīng)盡可能均勻不合理合理一、鑄件質(zhì)量對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求鑄件壁厚力求均勻，避免局部過(guò)厚形成熱節(jié)結(jié)構(gòu)；同時(shí)由于內(nèi)壁散熱條件差，冷卻速度比外壁慢，為使內(nèi)外壁同時(shí)凝固，減緩應(yīng)力以防止變形及裂紋等缺陷，內(nèi)壁尺寸應(yīng)比外壁薄一些（一般相差10-30%）。鑄件的各壁之間應(yīng)均勻過(guò)渡，兩個(gè)非加工表面所形成的內(nèi)角應(yīng)設(shè)計(jì)成圓角。不合理合理（二）鑄件壁的連接一、鑄件質(zhì)量對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求鑄件的各壁之間應(yīng)均勻過(guò)渡，兩個(gè)非加工表面所形成的內(nèi)角應(yīng)設(shè)計(jì)成圓角。（二）鑄件壁的連接不合理合理一、鑄件質(zhì)量對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求應(yīng)盡量使其能自由收縮，以減小應(yīng)力，避免裂紋。如圖所示的彎曲輪輻和奇數(shù)輪輻的設(shè)計(jì)，可使鑄件能較好地自由收縮。（三）

輪輻和筋的設(shè)計(jì)

—減緩肋、輻收縮的阻礙a不合理，b、c合理一、鑄件質(zhì)量對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求交叉叉接接頭頭因因交交叉叉處處熱熱節(jié)節(jié)較較大大，，內(nèi)內(nèi)應(yīng)應(yīng)力力難難以以松松弛弛，，較較易易產(chǎn)產(chǎn)生生裂裂紋紋。。交交錯(cuò)錯(cuò)接接頭頭和和環(huán)環(huán)狀狀接接頭頭熱熱節(jié)節(jié)較較小小，，且且都都可可通通過(guò)過(guò)微微量量變變形形緩緩解解內(nèi)內(nèi)應(yīng)應(yīng)力力，，抗抗裂裂性性能能較較好好。。a、c不合合理理，，b、d合理理abcd一、、鑄鑄件件質(zhì)質(zhì)量量對(duì)對(duì)鑄鑄件件結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的要要求求（三三））輪輻輻和和筋筋的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)—減緩緩肋肋、、輻輻收收縮縮的的阻阻礙礙易裂處增增設(shè)肋板板以防熱熱裂，厚厚度一般般為連接接壁厚的的1/4-1/3。不合理合理一、鑄件件質(zhì)量對(duì)對(duì)鑄件結(jié)結(jié)構(gòu)的要要求（三）輪輻和筋筋的設(shè)計(jì)計(jì)—減緩肋、、輻收縮縮的阻礙礙避免鑄件件產(chǎn)生翹翹曲變形形。（四）防防止變形形的設(shè)計(jì)計(jì)不合理合理一、鑄件件質(zhì)量對(duì)對(duì)鑄件結(jié)結(jié)構(gòu)的要要求不合理合理避免鑄件件產(chǎn)生翹翹曲變形形。一、鑄件件質(zhì)量對(duì)對(duì)鑄件結(jié)結(jié)構(gòu)的要要求（四）防防止變形形的設(shè)計(jì)計(jì)（五）盡盡量避免免過(guò)大的的水平面面或采用用傾斜的的表面不合理合理避免鑄件件水平方方向出現(xiàn)現(xiàn)較大平平面而產(chǎn)產(chǎn)生夾砂砂、澆不不足等缺缺陷。一、鑄件件質(zhì)量對(duì)對(duì)鑄件結(jié)結(jié)構(gòu)的要要求鑄造工藝藝對(duì)鑄件件結(jié)構(gòu)的的要求原原則在滿足使使用要求求的前提提下，盡盡可能使使制模、、造型、、造芯、、合箱和和清理等等過(guò)程簡(jiǎn)簡(jiǎn)化。二、鑄造工工藝對(duì)對(duì)零件件結(jié)構(gòu)構(gòu)的要要求鑄件結(jié)結(jié)構(gòu)工工藝性性分析析符合鑄鑄造生生產(chǎn)的的工藝藝要求求技術(shù)經(jīng)經(jīng)濟(jì)合合理（一））避免鑄鑄件起起模方方向存存在外外部側(cè)側(cè)凹不合理理合理鑄件整整體結(jié)結(jié)構(gòu)應(yīng)應(yīng)能選選出合合適的的分型型面，，其數(shù)數(shù)量應(yīng)應(yīng)少，，鑄件件外形形應(yīng)便便于取取出模模樣。。二、鑄造工工藝對(duì)對(duì)零件件結(jié)構(gòu)構(gòu)的要要求（二））盡量量使分分型面面為平平面不合理理合理平直的的分型型面可可避免免操作作費(fèi)時(shí)時(shí)的挖挖砂造造型或或假箱箱造型型；同同時(shí)，，鑄件件的毛毛邊少少，便便于清清理。。二、鑄造工工藝對(duì)對(duì)零件件結(jié)構(gòu)構(gòu)的要要求（三））凸臺(tái)臺(tái)和筋筋條結(jié)結(jié)構(gòu)應(yīng)應(yīng)便于于起模模合理設(shè)設(shè)計(jì)凸凸臺(tái)和和避免免側(cè)壁壁具有有防礙礙拔模模的局局部凹凹陷結(jié)結(jié)構(gòu)。。不合理合理二、鑄造工藝對(duì)對(duì)零件結(jié)構(gòu)構(gòu)的要求合理設(shè)計(jì)凸凸臺(tái)和避免免側(cè)壁具有有防礙拔模模的局部凹凹陷結(jié)構(gòu)。。不合理合理二、鑄造工藝對(duì)對(duì)零件結(jié)構(gòu)構(gòu)的要求（三）凸臺(tái)臺(tái)和筋條結(jié)結(jié)構(gòu)應(yīng)便于于起模設(shè)計(jì)鑄件應(yīng)應(yīng)合理確定定其結(jié)構(gòu)斜斜度。不合理合理起模斜度是是造型過(guò)程程中為便于于起模而額額外加的斜斜度，如果果是加工面面，鑄后必必須通過(guò)機(jī)機(jī)械加工切切除；結(jié)構(gòu)構(gòu)斜度是設(shè)設(shè)計(jì)鑄件結(jié)結(jié)構(gòu)時(shí)直接接帶的，這這樣可以不不必再特意意設(shè)置拔模模斜度，鑄鑄完不用切切除。二、鑄造工藝對(duì)對(duì)零件結(jié)構(gòu)構(gòu)的要求（四）垂直分型型面的非非加工表表面應(yīng)設(shè)設(shè)計(jì)一定定的斜度度（稱為結(jié)結(jié)構(gòu)斜度度）（五）盡盡量不用用和少用用型芯以以簡(jiǎn)化工工藝不用或少少用型芯芯可以節(jié)節(jié)省制造造芯盒、、造芯和和烘干等等工序的的工具和和材料，，可避免免型芯在在制造過(guò)過(guò)程中的的變形、、合箱中中的偏差差，從而而提高鑄鑄件精度度。不合理合理二、鑄造工藝藝對(duì)零件件結(jié)構(gòu)的的要求不用或少少用型芯芯可以節(jié)節(jié)省制造造芯盒、、造芯和和烘干等等工序的的工具和和材料，，可避免免型芯在在制造過(guò)過(guò)程中的的變形、、合箱中中的偏差差，從而而提高鑄鑄件精度度。不合理合理二、鑄造工藝藝對(duì)零件件結(jié)構(gòu)的的要求（五）盡盡量不用用和少用用型芯以以簡(jiǎn)化工工藝（六）鑄件內(nèi)腔腔結(jié)構(gòu)應(yīng)應(yīng)有利于于型芯的的固定、、排氣和和清理鑄件結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)有利利于型芯芯的固定定、排氣氣和清理理。不合理合理二、鑄造工藝藝對(duì)零件件結(jié)構(gòu)的的要求鑄件結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)有利利于型芯芯的固定定、排氣氣和清理理。不合理合理二、鑄造工藝藝對(duì)零件件結(jié)構(gòu)的的要求（六）鑄件內(nèi)腔腔結(jié)構(gòu)應(yīng)應(yīng)有利于于型芯的的固定、、排氣和和清理三、不同鑄造造合金對(duì)鑄件件結(jié)構(gòu)的要求

（表11-7）薄而大的平板板，收縮易發(fā)發(fā)生翹曲變形形，加上幾條條筋之后便可可避免，如下下圖所示。鑄件壁較厚，，容易產(chǎn)生縮縮孔。將壁厚厚減薄，采用用加強(qiáng)筋，可可防止縮孔。。習(xí)題一、判斷題1.砂型鑄造是鑄鑄造生產(chǎn)中唯唯一的鑄造方方法。（））2.砂型鑄造時(shí)，，木模尺寸應(yīng)應(yīng)與鑄件尺寸寸完全相同。。（）3.鑄件的重要受受力面、主要要加工面，澆澆注時(shí)應(yīng)朝上上。（））4.圓角是鑄件結(jié)結(jié)構(gòu)的基本特特征。（））5.機(jī)器造型生產(chǎn)產(chǎn)率高，鑄件件精度較高，，因此應(yīng)用廣廣泛。（））二、選擇題1.鑄件的重要加加工面，應(yīng)盡盡量放在鑄型型的（））a.側(cè)面b.下面c.上面2.造型方法按其其手段的不同同，可分為（（）a.分模造型和挖挖砂造型b.整模造型和刮刮板造型c.手工造型和機(jī)機(jī)器造型3.機(jī)器造型要求求操作技術(shù)不不高，適合于于（）a.二箱造型b.活塊造型c.三箱造型4.分型面應(yīng)選擇擇在（））a.受力面的上面面b.加工面上c.鑄件的最大截截面處5.普通車(chē)床床身身澆注時(shí)，導(dǎo)導(dǎo)軌面應(yīng)（））a.朝左側(cè)b.朝右側(cè)c.朝下d.朝上三、填空題1.鑄造方法可基基本分為_(kāi)______鑄造和_______鑄造兩大類(lèi)。。2.造型方法可分分為_(kāi)_______造型和________造型兩大類(lèi)。。3.拔模斜度是為為了便于_______，或從芯盒中中取出_______。4、鑄造工藝中中，由于冷卻卻不均勻，薄薄壁部位的熱熱應(yīng)力狀態(tài)是是_____，其對(duì)應(yīng)變形形趨勢(shì)是_______________。四、改錯(cuò)題：：圖示鑄件的結(jié)結(jié)構(gòu)有何缺點(diǎn)點(diǎn)，應(yīng)如何改改進(jìn)？9、靜夜夜四無(wú)無(wú)鄰，，荒居居舊業(yè)業(yè)貧。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨中黃葉葉樹(shù)，燈下下白頭人。。。21:54:1721:54:1721:5412/29/20229:54:17PM11、以我獨(dú)獨(dú)沈久，，愧君相相見(jiàn)頻。。。12月-2221:54:1721:54Dec-2229-Dec-2212、故人江海別別，幾度隔山山川。。21:54:1721:54:1721:54Thursday,December29,202213、乍見(jiàn)翻翻疑夢(mèng)，，相悲各各問(wèn)年。。。12月-2212月-2221:54:1721:54:17December29,202214、他鄉(xiāng)鄉(xiāng)生白白發(fā)，，舊國(guó)國(guó)見(jiàn)青青山。。。29十十二二月20229:54:17下下午21:54:1712月月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月229:54下下午12月-2221:54December29,202216、行行動(dòng)動(dòng)出出成成果果，，工工作作出出財(cái)財(cái)富富。。。。2022/12/2921:54:1721:54:1729December202217、做做前前，，能能夠夠環(huán)環(huán)視視四四周周；；做做時(shí)時(shí)，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿著著以以腳腳為為起起點(diǎn)點(diǎn)的的射射線線向向前前。。。。9:54:17下下午午9:54下下午午21:54:1712月月-229、沒(méi)有失敗敗，只有暫暫時(shí)停止成成功！。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多事事情努力力了未必必有結(jié)果果，但是是不努力力卻什么么改變也也沒(méi)有。。。21:54:1721:54:1721:5412/29/20229:54:17PM11、成功就就是日復(fù)復(fù)一日那那一點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)小小努努力的積積累。。。12月-2221:54:1721:54Dec-2229-Dec-2212、世間間成事事，不不求其其絕對(duì)對(duì)圓滿滿，留留一份份不足足，可可得無(wú)無(wú)限完完美。。。21:54:1721:54:1721:54Thursday,December29,202213、不知香積寺寺，數(shù)里入云云峰。。12月-2212月-2221:54:1721:54:17December29,202214、意志堅(jiān)堅(jiān)強(qiáng)的人人能把世世界放在在手中像像泥塊一一樣任意意揉捏。。29十十二月20229:54:17下午午21:54:1712月-2215、楚塞三湘湘接，荊門(mén)門(mén)九派通。。。。十二月229:54下下午12月-2221:54December29,202216、少年十五二二十時(shí)，步行行奪得胡馬騎騎。。2022/12/2921:54:1721:54:1729December202217、空山山新雨雨后，，天氣氣晚來(lái)來(lái)秋。。。9:54:17下下午9:54下下午午21:54:1712月月-229、楊柳散散和風(fēng)，，青山澹澹吾慮。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、閱讀一切好好書(shū)如同和過(guò)過(guò)去最杰出的的人談話。21:54:1721:54:1721:5412/29/20229:54:17PM11、越是沒(méi)有本本領(lǐng)的就越加加自命不凡。。12月-2221:54:1721:54Dec-2229-Dec-2212、越是無(wú)能能的人，越越喜歡挑剔剔別人的錯(cuò)錯(cuò)兒。21:54:1721:54:1721:54Thursday,December29,202213