機械制造工藝基礎課件PPT 01緒論和鑄造工藝基礎

緒論和鑄造工藝（一）華中科技大學船舶與海洋工程學院聯(lián)系方式：cathyhust@163.co/p>

機械制造技術基礎李海艷主要內(nèi)容緒論鑄造成形工藝理論基礎常用鑄造合金及其熔煉緒論

?機械制造技術基礎?是研究將常用工程材料制成零件或機器的一門綜合性技術基礎課。機械制造過程：分為毛坯制造、零件切削加工、產(chǎn)品裝配三個階段。一、課程任務

通過學習了解制造毛坯及零件的基本理論和工藝知識，掌握工藝分析和工藝設計的基本方法，能夠分析零件結構工藝性，培養(yǎng)工程素質(zhì)和工程實踐的能力。二、學習方法（1）以工藝原理為基礎，以工藝過程為主線，抓住各種制造方法的特點及工藝參數(shù)變化對零件質(zhì)量影響的規(guī)律，分析零件結構的工藝性。緒論金工實習金工實驗工藝設計（2）理論聯(lián)系實際（3）以自學為主，通過課堂教學、討論與答疑、課后練習與實驗等方式輔助學習。以教材為主，根據(jù)需要參看有關書籍。主要參考資料：?材料成形工藝基礎?沈其文主編華中科技大學出版社?機械制造技術基礎?張福潤主編華中科技大學出版社3.?工程實踐?(實習教材)周世權主編華中科技大學出版社4.?工程訓練?(制造技術實習部分)劉世平/貝恩海主編華中科技大學出版社三、學習安排

本課程共計40學時。

緒論第5章形面加工方法(6學時)第4章材料切削加工基礎(4學時)第3章焊接工藝(6學時)第2章鍛壓工藝(6學時)第1章鑄造工藝(6學時)第6章材料成形新工藝與特種加工(2學時)第7章機械加工工藝規(guī)程(6學時)實驗4學時成績評定辦法：考試成績占70作業(yè)及表現(xiàn)占20實驗報告占10考試方式：開卷。作業(yè)要求作業(yè)最好采用交電子文檔(PPT)方式?？梢詢扇撕献鞣终鹿?jié)來做。以班級為單位交作業(yè)，每一個同學的作業(yè)需注明班級學號和姓名，否則視為未交。題目本身也必須輸入進電子文檔。圖形使用開目或者AutoCAD繪制，在PPT中可修改，粗細線寬度分明，不同類型線使用不同顏色。交作業(yè)郵箱Cathyisme@163.com大型雕塑/首飾/工藝品/玻璃制品等藝術性產(chǎn)品的制造方法特種鑄造工藝與設備極大產(chǎn)品的制造方法極小產(chǎn)品的制造方法鐘表的制造過程自行車的制造過程汽車的制造過程切削加工技術/刀具技術前沿本課程某一章的課件

(每班只限10人選擇此類題目,要求有動畫視頻,插圖清晰)參考小論文題目(任選或另選與制造技術與制造業(yè)相關的題目)：分數(shù)為5-15分，第14周交，交電子文檔，有圖片視頻加分，相同的，兩人的分數(shù)均為0分。塑性成形技術前沿飛機的制造過程船舶的制造過程槍支的制造方法計算機的制造過程快速原型制造的最新進展新型工程材料的發(fā)明與應用典型輕工產(chǎn)品的制造過程焊接技術前沿家具等消費品的制造過程特種加工技術前沿

(最后由各班課代表檢查刻盤,確保都可用,可播放.)使用ppt作為主文檔,視頻放在當前目錄下,通過超級連接播放每人一個文件夾,文件夾命名規(guī)則:張三抽油煙機的制造過程主要內(nèi)容緒論鑄造成形工藝理論基礎常用鑄造合金及其熔煉1.適合于制造形狀復雜的零件。2.鑄件的大小幾乎不受限制。3.使用的材料廣泛。一、鑄造成形的特點和分類鑄造成形工藝理論基礎(Fundamentalsofmetalcasting)端坐于香港石砌耗資2000萬港幣建造的天壇大佛，高34米，重250噸，由200塊青銅鑄件砌成，占地面積約6567m2，堪稱當今世界上最大的露天青銅佛像。這是鑄造成形的螞蟻照片。螞蟻尺寸小，外形復雜，用其它方法難以成形。從照片可見，該鑄件輪廓清晰，表面光滑。鑄造成形工藝理論基礎(Fundamentalsofmetalcasting)1.砂型鑄造2.特種鑄造鑄造方法依鑄型材料、造型工藝和澆注方式不同，可分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類。鑄造成形工藝理論基礎(Fundamentalsofmetalcasting)二、合金的充型能力液態(tài)合金填充鑄型的過程稱為充型。充型能力不足，易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。影響充型能力的因素：合金的流動性：澆注條件；鑄型充填條件等等。

1.合金的流動性是指液態(tài)金屬的流動能力，在鑄造時是指液態(tài)合金充填鑄型型腔的能力。合金流動性的測定是采用螺旋形標準試樣。常用鑄造合金中灰鑄鐵、硅黃銅的流動性最好，鋁合金次之，鑄鋼最差。鑄造成形工藝理論基礎(Fundamentalsofmetalcasting)鑄造成形工藝理論基礎(Fundamentalsofmetalcasting)不同化學成分的合金，因結晶特性、粘度不同，流動性不同。1）共晶成分合金的流動性最好：逐層凝固，結晶前沿較平滑；其過熱度最大。2）非共晶成分合金的流動性較差：結晶特性是經(jīng)過液、固兩相共存區(qū)；樹枝晶，凝固前沿界面粗糙；表面積大，熱傳導快。凝固溫度范圍越大的合金，樹枝晶越發(fā)達，其流動性也越差。2、澆注條件：①澆注溫度：澆注溫度對合金流動性的影響很顯著。澆注溫度越高，越有利提高合金的流動性。但澆注溫度過高，會導致鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔和粘砂等缺陷，薄壁復雜鑄件或流動性較差的合金適當提高澆注溫度來提高流動性。灰鑄鐵1200～1380℃，鑄造碳鋼1520～1620℃，鋁合金680～780℃。②澆注壓力：增大澆注壓力顯然可改善流動性。鑄造成形工藝理論基礎3、鑄型充填條件①鑄型導熱能力：金屬型導熱能力強，容易降低合金的流動性。而干砂型，特別是將鑄型在加熱狀態(tài)下澆注金屬液時，其合金的流動性將顯著增加。②鑄型的阻力：鑄型內(nèi)反壓力增大，將導致鑄型對金屬液流動的阻力增加，從而降低合金流動性。鑄造成形工藝理論基礎a)逐層凝固b）中間凝固c）糊狀凝固三、鑄件的凝固方式鑄造成形工藝理論基礎合金從澆注、凝固直至冷卻到室溫的過程中，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象，稱為收縮。收縮經(jīng)歷如下三個階段：(1)液態(tài)收縮ε液(2)凝固收縮ε凝以體收縮率表示，是縮孔及縮松的基本原因。(3)固態(tài)收縮ε固：以線收縮率表示，是應力、變形及裂紋的基本原因。鑄鋼收縮率最高，而灰鑄鐵最小。四、合金的收縮性鑄造成形工藝理論基礎鑄造成形工藝理論基礎四、鑄件中的縮孔和縮松(播放FLASH)(1)縮孔和縮松的形成①縮孔的形成：純金屬和共晶成分的合金，易形成集中的縮孔。②縮松的形成：凝固溫度范圍大的合金，縮松傾向大?？s松分為宏觀縮松和顯微縮松兩種。鑄造成形工藝理論基礎(2)縮孔和縮松的防止：①縮孔的防止：其具體辦法是：采用冒口和冷鐵，控制鑄件定向凝固。②縮松的防止：采用在熱節(jié)處安放冷鐵或在局部砂型表面涂激冷涂料，加大鑄件的冷卻速度；或用加大結晶壓力，以破碎枝晶，減少其對金屬液流動的阻力，從而達到部分防止縮松的效果。鑄造成形工藝理論基礎五、鑄造內(nèi)應力、變形和裂紋1內(nèi)應力的形成：①熱應力：由于鑄件各部分冷卻速度不同，以致在同一時間內(nèi)鑄件各部分收縮不一致，導致相互約束而引起的內(nèi)應力。鑄造成形工藝理論基礎結論：a）熱應力的性質(zhì)是：鑄件緩冷處（厚壁或心部）受拉伸；快冷處（薄壁或表層）受壓縮。

b）鑄件冷卻時各處的溫差越大，定向凝固愈明顯，合金的固態(tài)收縮率越大，彈性模量愈大，則熱應力愈大。預防應力的基本途徑：減少鑄件各處的溫差，使其均勻冷卻。具體措施有：盡量選擇彈性模量小的合金；設計壁厚均勻的鑄件；在鑄造工藝上，控制鑄件各部位同時凝固。鑄造成形工藝理論基礎②機械應力：它是鑄件的固態(tài)收縮受到鑄型或型芯等機械阻礙而形成的內(nèi)應力。結論：1、應力性質(zhì)：使鑄件受剪切或拉伸應力。

2、高溫時易使鑄件產(chǎn)生裂紋（熱裂）。

3、鑄件落砂清理后可部分或全部消失。2鑄件的變形及其防止：①變形的原因：由于鑄件厚的部位（冷卻慢的部位）受拉應力，薄的部位（冷卻快的部位）受壓應力，殘余應力使鑄件產(chǎn)生變形。結論：受拉應力的部分產(chǎn)生收縮變形，受壓應力的部分產(chǎn)生拉伸變形。鑄造成形工藝理論基礎②變形的防止：鑄件的壁厚應均勻，形狀應對稱。采用同時凝固方式、增大加工余量、反變形法、設防變形筋及時效處理或去應力退火。鑄造成形工藝理論基礎3鑄件的裂紋及其防止：

（當鑄造內(nèi)應力超過合金的強度極限時，鑄件便會產(chǎn)生裂紋。）①熱裂：形狀特征：裂紋短、縫隙寬、形狀曲折、縫內(nèi)呈氧化色。形成原因：熱裂是在鑄件凝固末期，接近固相線的高溫下形成的。在鑄鋼和鑄造鋁合金中較常見。防止措施：應盡量選擇凝固溫度范圍小、熱裂傾向小的合金和改善鑄件結構；提高型砂和芯砂的退讓性；此外，應嚴格控制含硫量（硫能增加熱裂，降低合金的高溫強度）。鑄造成形工藝理論基礎②冷裂：

形狀特征：裂紋細小，呈連續(xù)直線狀，縫內(nèi)有金屬光澤或輕微氧化色。

形成原因：較低溫度下，由于熱應力和收縮應力的綜合作用，鑄件的內(nèi)應力超過合金的強度極限而產(chǎn)生的。

出現(xiàn)部位：鑄件受拉應力，特別是應力集中處。凡是減少鑄件內(nèi)應力或降低合金脆性的因素均能防止冷裂?？刂坪琍量（P能顯著降低合金的沖擊韌度，增加脆性）。

此外，設置防裂筋亦可有效地防止鑄件裂紋。鑄造成形工藝理論基礎液態(tài)合金中吸入了氣體，若在其冷凝過程中不能逸出，或滯流在金屬中，則在冷凝后將使鑄件內(nèi)形成氣孔缺陷。按照氣體的來源，分為侵入性氣孔、析出性氣孔、反應性氣孔。1、侵入性氣孔：主要是砂型和型芯中的氣體侵入金屬液中而形成的氣孔。防止途徑：降低型砂及芯砂的發(fā)氣量，增強鑄型的排氣能力。鑄造成形工藝理論基礎五、合金的吸氣性2、析出氣孔：形成原因：氣體在液態(tài)合金中的溶解度較固態(tài)大得多，且隨溫度升高而加大。溶解的氣體在冷凝過程中析出。特征：尺寸較小，分布面積廣。在鋁合金中最多見，“針孔”缺陷。防止措施：保證爐料潔凈、干燥，嚴格遵守熔煉及澆注操作工藝。鑄造成形工藝理論基礎3、反應氣孔：反應氣孔是液態(tài)金屬與鑄型材料、芯撐、冷鐵或熔渣之間發(fā)生化學反應產(chǎn)生氣體而形成的。 冷鐵氣孔：Fe3O4+4C=3Fe+4CO↑鑄造成形工藝理論基礎主要內(nèi)容緒論鑄造成形工藝理論基礎常用鑄造合金及其熔煉一、鑄鐵及其熔煉：鑄鐵通常是指含C2.5%～4.0%、Si1.0%～2.5%接近共晶成分的鐵碳合金。它具有良好的鑄造性能，又易于切削加工，最適宜制造形狀復雜的鑄件。是工業(yè)中應用較廣的材料，鑄鐵約占機器重量的50%以上。鑄鐵的分類：白口鑄鐵：Fe3C，硬脆，難加工，應用很少。麻口鑄鐵：灰口鑄鐵：石墨普通灰口鑄鐵：片狀可鍛鑄鐵：團絮狀球墨鑄鐵：球狀蠕墨鑄鐵：蠕蟲狀此外，還有合金鑄鐵。常用鑄造合金及其熔煉(Castingalloys&theirmelting)常用鑄造合金及其熔煉(Castingalloys&theirmelting)1、灰口鑄鐵：（1）石墨對灰鑄鐵性能的影響：灰口鑄鐵的顯微組織由金屬基體與石墨片所組成，相當于在鋼的基體中嵌入了大量石墨片。機械性能：σb=120~250MPa，σ壓≈鋼塑性、韌性近于零，屬于脆性材料。石墨強度極低，塑性近于零，3%的石墨占10%的體積，所以灰口鑄鐵可視為充滿裂紋的鋼?；w強度利用率僅30~50%。吸震性：吸震能力為鋼的5~10倍，是制造機床床身、機座的好材料。耐磨性：石墨凹坑可以儲存潤滑油，石墨本身也是良好的潤滑劑。缺口敏感性低：零件工作可靠。常用鑄造合金及其熔煉(Castingalloys&theirmelting)常用鑄造合金及其熔煉(Castingalloys&theirmelting)（2）、灰鑄鐵件的生產(chǎn)特點及牌號選用①灰鑄鐵件的生產(chǎn)特點：一般在沖天爐中熔煉，成本低廉。一般不需冒口補縮，也較少應用冷鐵，通常采用同時凝固。一般不通過熱處理來提高其機械性能。②灰鑄鐵牌號的選用：用"HT"表示，其數(shù)值表示其最低抗拉強度。

HT250～350是經(jīng)過孕育處理后的的孕育鑄鐵，用于要求更高的重要件。選擇牌號時要考慮壁厚。2、可鍛鑄鐵：定義：白口鐵經(jīng)石墨化退火、得到團絮狀石墨鑄鐵，因其有一定的塑性，故稱可鍛鑄鐵。常用鑄造合金及其熔煉(Castingalloys&theirmelting)低碳、硅量的鐵水，通常為C2.4%～2.8%、Si0.4%～1.4%,以獲得完全的白口組織。壁厚不得太厚，尺寸不宜太大?？慑戣T鐵件的石墨化退火工藝是，緩慢加熱到920～980℃，保溫10～20小時，再按規(guī)范冷到室溫。石墨化退火的總周期一般為40～70小時，生產(chǎn)過程復雜且周期長、能耗大、鑄件的成本高。（1）可鍛鑄鐵的生產(chǎn)特點：常用鑄造合金及其熔煉(Castingalloys&theirmelting)（2）可鍛鑄鐵的性能、牌號及應用：使用性能：①耐熱性：可鍛鑄鐵的耐熱性優(yōu)于灰鑄鐵和碳鋼。②耐蝕性：耐蝕性優(yōu)于碳鋼。黑心可鍛鑄鐵的耐蝕性優(yōu)于珠光體可鍛鑄鐵。鑄造性能：①流動性：流動性差，宜增大澆道尺寸，薄件宜適當提高澆注溫度。②收縮大：鑄件易產(chǎn)生應力和開裂，應改善砂型及型芯的退讓性。鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松。在鑄造工藝上多采用冒口和冷鐵等措施來防治。

機械性能：σb=300~400MPa,δ≤12%。常用鑄造合金及其熔煉(Castingalloys&theirmelting)可鍛鑄鐵可分為黑心可鍛鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵及白心可鍛鑄鐵，牌號分別用漢語拼音“KTH”、“KTZ”及“KTB”表示。

KTHxxx--xx,前面的大寫字母代表黑心可鍛鑄鐵，后面的兩組數(shù)字代表最低抗拉強度和延伸率?？慑戣T鐵在生產(chǎn)形狀復雜、承受沖擊載荷的薄壁小件時，目前仍有不可替代的位置。今后發(fā)展方向，主要是探求快速退火新工藝，發(fā)展可鍛鑄鐵新品種。常用鑄造合金及其熔煉(Castingalloys&theirmelting)鐵水中加入一定數(shù)量的球化劑和孕育劑，直接得到球狀石墨的鑄鐵。球鐵對原鐵水的要求及制備：①鐵水成分：控制S≤0.07%、P≤0.1%，并要求適當提高含碳量（C3.6%～4.0%）②鐵水溫度：出爐溫度應高于1400℃。③球化和孕育處理：球化劑的作用是使石墨呈球狀析出。孕育劑的主要作用是促進石墨化，防止球化元素所造成的白口傾向。球化劑：稀土鎂合金。球化處理工藝有：沖入法和型內(nèi)球化法。4、球墨鑄鐵（簡稱球鐵）：常用鑄造合金及其熔煉(Castingalloys&theirmelting)球墨鑄鐵易產(chǎn)生縮孔、縮松、皮下氣孔、夾渣等缺陷?？s孔、縮松傾向大（石墨化膨脹），應采用如下工藝措施：①增加鑄型剛度。②安放冒口、冷鐵，對鑄件進行補縮皮下氣孔：Mg+H2O→MgO+H2↑MgS+H2O→MgO+H2S↑

工藝措施：降低S含量和殘余Mg量，限制型砂水分或采用干型。球鐵的鑄造工藝：常用鑄造合金及其熔煉(Castingalloys&theirmelting)球鐵的牌號、性能及應用：球鐵的力學性能有顯著提高：屈強比（σ0.2/σb≈0.7～0.8）高于碳鋼（σ0.2/σb≈0.6）；用球鐵代替鋼是完全可靠的。有良好的抗疲勞性能。球鐵還可用熱處理進一步提高其性能。以鐵代鋼，以鑄代鍛。

QTxxx-xx前面的字母代表球鐵，后面的兩組數(shù)字代表最低抗拉強度和延伸率。如QT400-17,QT800-2。常用鑄造合金及其熔煉(Castingalloys&theirmelting)5、蠕墨鑄鐵1.熔制原理高C低S、P高溫鐵水+蠕化劑+孕育劑=蠕墨鑄鐵ReMg-Ti，

ReMg-Ca75%Si-Fe2.機械性能b=300400MPa；=1.54.5;介于球鐵和灰鐵之間。突出性能:（1）斷面敏感性HT；（2）導熱性和耐熱性QT；抗生長、抗氧化性其它鑄鐵；（3）耐磨性高磷耐磨鑄鐵；（4）鑄造性能HT3.牌號及選用例如RuT340（1）較高溫度或溫度梯度下工作的零件；（2）大型床身及形狀復雜的大鑄件。常用鑄造合金及其熔煉(Castingalloys&theirmelting)在鑄鐵中加入一定量的合金元素，使其具有特殊性能的鑄鐵。常見的有耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵。汽車發(fā)動機的缸套6、合金鑄鐵常用鑄造合金及其熔煉(Castingalloys&theirmelting)鑄件種類合金性能特點適宜的鑄件結構灰鑄鐵件1.流動性好，收縮小；2.綜合機械性能低，并隨截面增加顯著下降；3.抗壓強度較高。薄壁（但不能太薄，以防產(chǎn)生白口）、形狀復雜的鑄件。不宜用于厚大鑄件，否則強度過低。球墨鑄鐵件1.鑄造性能比灰鑄鐵差；2.綜合機械性能比灰鑄鐵高很多。1.壁厚均勻，避免厚大截面，對某些厚大截面可設計成中空均勻壁厚的截面或帶肋結構?？慑戣T鐵件1.鑄造性能比灰鑄鐵差；2.綜合機械性能稍次于球墨鑄鐵；3.退火前為白口鑄鐵，很脆，坯件易損壞。1.薄壁小鑄件，適宜壁厚為5～16mm；2.壁厚均勻；3.為增加剛性，截面多為T字形或工字形，避免十字形，局部突出部分可用肋加強。蠕墨鑄鐵件1.鑄造性能接近灰鑄鐵；2.綜合機械性能比灰鑄鐵高，壁厚敏感性比灰鑄鐵小得多。大截面復雜鑄件。常用鑄造合金及其熔煉(Castingalloys&theirmelting)二、鑄鋼及其熔煉：鑄造碳鋼低碳鋼：≤0.25%,易氧化熱裂,電機零件.中碳鋼：0.25~0.5%高碳鋼：＞0.5%,塑性低,冷裂,軋輥等耐磨件.鑄造合金鋼：合金元素＞10%,耐蝕.耐磨.耐熱等特殊性能。1．鑄鋼的分類、性能及應用：性能：綜合力學性能好，強度高，且塑、韌性好；焊接性能好，可采用鑄-焊聯(lián)合結構制造重型機器。分類：2．鑄鋼件的熔鑄工藝:(1)鑄鋼件熔煉:

最常用的是工頻感應電爐煉鋼，因這種煉鋼爐開爐和停爐方便，鋼水質(zhì)量又高，可煉的鋼種多。(2)鋼件的鑄造工藝:

鋼水的澆注溫度高（＞1500℃），收縮大（比鑄鐵大三倍），流動性差，易氧化、吸氣，因此鑄造困難，易產(chǎn)生澆不到、氣孔、縮孔、縮松、熱裂、粘砂等缺陷。常用鑄造合金及其熔煉(Castingalloys&theirmelting)為了獲得健全鑄鋼件應采用的工藝措施：①鑄鋼用砂具有高耐火性，良好的透氣性和退讓性，低的發(fā)氣性等。②鑄鋼件要安置冒口和冷鐵，以實現(xiàn)定向凝固。防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松。③在兩壁交接處設