材料成型技术1-1

1、材料成型技术基础材料成型技术基础Basic Knowledge about Technologies to Shape the Material东华大学机械学院东华大学机械学院 丁浩丁浩机械学院楼机械学院楼3059 Tel: 67792584Introduction1. How to shape? mass increase mass decrease mass formationCastingPlastic formingFabrication by joiningMachiningPowder metallurgyRapid prototypeMain shaping technologi

2、es 2. About This CurriculumTechnology Basic Coursev以研究常用工程材料及机器零件的成型以研究常用工程材料及机器零件的成型工艺原理为主的综合性基础课工艺原理为主的综合性基础课v涉及的课程知识：材料学、传热学、力涉及的课程知识：材料学、传热学、力学、冶金学、机械制图学、冶金学、机械制图Main Topics in This Curriculum v铸造铸造 Foundry v压力加工压力加工 Mechanical Workingv焊接焊接 Welding Fabrication3. How to study?课程要求课程要求v掌握各种成型技术的基本

3、原理掌握各种成型技术的基本原理v熟悉各种成型工艺的特点及其主要应用熟悉各种成型工艺的特点及其主要应用v熟悉熟悉零件零件成型的成型的结构工艺性结构工艺性v掌握常用金属的工艺性能以及影响因素掌握常用金属的工艺性能以及影响因素成绩评定成绩评定v平时成绩占平时成绩占30%v闭卷考试占闭卷考试占70%教学方法教学方法v授课：授课：必须认真听，记笔记必须认真听，记笔记v作业：独立、按时完成作业：独立、按时完成v自学：认真对待自学：认真对待v录像：开阔视野录像：开阔视野v实验实验学习方法学习方法v重视各个教学环节重视各个教学环节v重视实践环节重视实践环节v培养总结知识能力培养总结知识能力v培养分析解决问题能

4、力培养分析解决问题能力4. 主要参考书主要参考书 References 沈其文主编沈其文主编材料成型工艺基础材料成型工艺基础，华中理工大，华中理工大学出版社，学出版社，1999.9 李遇昌等主编李遇昌等主编热加工工艺热加工工艺，成都科技大学出，成都科技大学出版社，版社，1989.6 美美E.Paul DeGarmo Materials and Processes in Manufacturing机械制造工艺及材料，机械工业机械制造工艺及材料，机械工业出版社，出版社，1985只是参考，主要教材只是参考，主要教材第二篇第二篇 铸造铸造 Foundry什么叫铸造 Casting？ (p37)The

5、production of shaped articles by pouring molten metal into the mould广泛wide-ranging精度相对较高 Precision、 便宜 Low Cost铸造的特点形状：复杂、特别是内腔复杂的零件:机箱,阀体,汽缸等Especially for the production of articles with complicate shape and structurev 各种材料 Suit for almost all kinds of alloyv 大小： from several grams to tons v 批量：单件

6、大量 铸造的局限性材料力学性能比锻件低 Structure and property 容易产生铸造缺陷 劳动条件差好铸件Perfect Casting 形状完整：Shape is properly formed 内部质量好： Internally sound 没有缺陷：Free from defects如何生产好铸件？选好材料，造好铸型，设计好的结构，采用好的工艺应用好的方法什么叫好？适合铸造本身特点：充型，凝固，冷却中不产生缺陷第一章第一章 铸造工艺基础铸造工艺基础The Basic Knowledge铸造性能铸造性能获得好铸件（获得好铸件（Perfect Casting）的难易程度）的难易

7、程度取决于：充型、凝固、冷却取决于：充型、凝固、冷却Depend on liquid metal, flow property under foundry condition, solidification process, cooling process1 液态合金的充型液态合金的充型The Mould Filling of Liquid Alloy充型能力 mould filling capacity (p34)液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力形状不完整、轮廓不清晰产生缺陷问：影响铸件充型的因素有哪些？浇不足 Short Run 冷隔 Cold Shut充型能力差选好

8、材料，造好铸型，设计好的结构，采用好的工艺应用好的方法1. 合金的流动性合金的流动性 Fluidity Castability 1) 合金的流动性的概念合金本身流动的能力；粘度 viscosity流动性好 容易浇铸出轮廓清晰、薄而复杂的铸件 气体、夹杂上浮与排除 补缩流动性差薄壁铸件：浇不足 复杂铸件：冷隔2) 合金流动性测量螺旋型试样法：用浇注后试样的长度来表示1试样铸件 2浇口 3冒口 4试样凸点 流道长：1.5m P34, fig2-1 3) 影响合金的流动性的主要因素影响合金的流动性的主要因素 variables influencing fluidity成分 composition:

9、固液二相区间距越大，流动性越差纯金属及共晶点成分合金流动性好，后者的熔点更低，流动性更好。铁碳合金流动性与含碳量关系p35,fig 2-2freezing rang 凝固区间, 凝固范围2. 影响液态合金充型的其它因素影响液态合金充型的其它因素1）好铸型铸型材料：蓄热系数 干砂型，湿砂型。石英砂，刚玉，锆砂预热：铸型温度 金属型铸造，压力铸造，熔模铸造2）好工艺： 浇注温度 T，充型能力强 why?粘度低，流动性好过热度高，保持流动时间长浇注温度 Pouring temperature不能过高，why？熔炼温度高，吸气增加，气孔收缩增加，缩孔、缩松 凝固速度降低，粗晶 易产生粘砂2. 影响液态

10、合金充型的其它因素影响液态合金充型的其它因素1）好铸型v 铸型材料：蓄热系数 干砂型，湿砂型。石英砂，刚玉，锆砂v预热：铸型温度 金属型铸造，压力铸造，熔模铸造温度：合金T，流动性好，充型容易温度取决于浇注温度、铸型温度和铸型材料v浇注温度 T，流动性好，充型能力强浇注温度 Pouring temperature不能过高，why？熔炼温度高，吸气增加，气孔熔炼温度高，吸气增加，气孔收缩增加，缩孔、缩松收缩增加，缩孔、缩松 凝固速度降低，粗晶凝固速度降低，粗晶 易产生粘砂温度易产生粘砂温度2) 充型压力充型压力 ：静压头；静压头； 低压铸造；低压铸造； 离心铸造离心铸造3) 铸型中的气体：铸型中

11、的气体： 排气口，真空浇注排气口，真空浇注2 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩Freezing and Shrinkage1. 铸件的三种凝固方式铸件的三种凝固方式 the wideness of paste zoneP36 图图2-3逐层凝固逐层凝固 Freezing layer by layer糊状凝固糊状凝固 Paste freezing中间凝固中间凝固 Middle freezing液态收缩和凝固收缩得不到补偿，将产生缩孔或缩松液态收缩和凝固收缩得不到补偿，将产生缩孔或缩松Noted: 凝固方式凝固方式(the wideness of paste zone)取决于取决于合金的成分：合金

12、的成分：freezing rang 凝固区间凝固区间, 凝固范围凝固范围温度梯度温度梯度temperature gradient 凝固方式决定了合金的补缩性能凝固方式决定了合金的补缩性能 feeding characters v 倾向于逐层凝固的合金（灰口铸铁，近共晶点铝硅合金）倾向于逐层凝固的合金（灰口铸铁，近共晶点铝硅合金）补缩性能好、铸件致密度高、不容易产生缩松补缩性能好、铸件致密度高、不容易产生缩松v 倾向于糊状凝固的合金：锡青铜，铝青铜，球墨铸铁倾向于糊状凝固的合金：锡青铜，铝青铜，球墨铸铁补缩性能差、铸件致密度不高、不容易产生缩松补缩性能差、铸件致密度不高、不容易产生缩松2. 铸造

13、合金的收缩铸造合金的收缩 Shrinkage of the Casting Alloys 合金从浇注、凝固、直至冷却到室温，其体积和尺寸缩减合金从浇注、凝固、直至冷却到室温，其体积和尺寸缩减现象（现象（p36）铸钢白口铸铁灰口铸铁铸钢白口铸铁灰口铸铁(p37表表2-1)液态收缩和凝固收缩得不到补偿，将产生缩孔或缩松液态收缩和凝固收缩得不到补偿，将产生缩孔或缩松液态收缩液态收缩liquid Contraction体收缩体收缩凝固收缩凝固收缩freezing contraction体收缩体收缩固态收缩固态收缩solid contraction 线收缩线收缩3. 铸件中的缩孔和缩松铸件中的缩孔和缩松

14、3.1 缩孔与缩松的形成缩孔与缩松的形成 缩孔（又称集中缩孔）缩孔（又称集中缩孔） Shrinkage void 由于凝固收缩得不到补偿，在最后凝固部位或者热节处由于凝固收缩得不到补偿，在最后凝固部位或者热节处(thermal center)，形成容积较大的孔洞，形成容积较大的孔洞The formation of Shrinkage Void p37 Fig.2-4 缩松（又称分散缩孔）缩松（又称分散缩孔）Porosity由于凝固收缩得不到补偿，在铸件一定区域内，形成分散的由于凝固收缩得不到补偿，在铸件一定区域内，形成分散的小缩孔小缩孔宏观缩松宏观缩松肉眼可见肉眼可见 分布在铸件心轴线处或缩孔

15、下方分布在铸件心轴线处或缩孔下方微观缩松微观缩松在显微镜下可见在显微镜下可见 缩松影响铸件的气密性和力学性能缩松影响铸件的气密性和力学性能左左P38 Porosity3.2 缩孔和缩松倾向缩孔和缩松倾向 缩孔、缩松倾向取决于合金的收缩和补缩能力缩孔、缩松倾向取决于合金的收缩和补缩能力 合金的收缩包括液态收缩和凝固收缩合金的收缩包括液态收缩和凝固收缩v 合金的凝固区间（凝固温度范围）合金的凝固区间（凝固温度范围）: freezing rang 铸钢白口铸铁灰口铸铁铸钢白口铸铁灰口铸铁 球墨铸铁、锡青铜易形成缩松球墨铸铁、锡青铜易形成缩松v 浇注温度浇注温度 铸件的补缩性能：凝固方式，补缩条件铸件

16、的补缩性能：凝固方式，补缩条件v 凝固方式与凝固区间和温度梯度有关凝固方式与凝固区间和温度梯度有关逐层凝固的合金补缩性能好，不容易产生缩松逐层凝固的合金补缩性能好，不容易产生缩松糊状凝固的合金补缩性能差，容易产生缩松糊状凝固的合金补缩性能差，容易产生缩松v 压力下凝固，可以防止缩松压力下凝固，可以防止缩松3.3 缩孔和缩松的防止缩孔和缩松的防止 选用缩孔和缩松倾向小的合金选用缩孔和缩松倾向小的合金 :共晶合金共晶合金 eutectic alloy 对于缩孔对于缩孔 ：用冒口：用冒口(riser)补缩补缩v 采用顺序凝固采用顺序凝固progressive solidification原则原则顺序

17、凝固（定向凝固）：在铸件厚大部位安放冒口，铸件远顺序凝固（定向凝固）：在铸件厚大部位安放冒口，铸件远离冒口处先凝固，靠近冒口处后凝固，最后冒口本身凝固。离冒口处先凝固，靠近冒口处后凝固，最后冒口本身凝固。注意：冷铁本身没有补缩作用，但可以加快该处铸件的冷却注意：冷铁本身没有补缩作用，但可以加快该处铸件的冷却速度，与冒口一起使用，实现顺序凝固速度，与冒口一起使用，实现顺序凝固如何避免缩如何避免缩松？松？对于倾向粥状凝固的合金对于倾向粥状凝固的合金,例如锡青铜例如锡青铜,缩松很难避免缩松很难避免v 一般采用同时凝固的原则一般采用同时凝固的原则 避免局部产生较大尺寸的缩松避免局部产生较大尺寸的缩松不

18、管壁厚如何，同时一起收缩不管壁厚如何，同时一起收缩v要求更高，采用金属型离心铸造要求更高，采用金属型离心铸造v 也可以采用压力铸造，液态模锻等工艺也可以采用压力铸造，液态模锻等工艺3 铸造内应力、变形和裂纹铸造内应力、变形和裂纹Internal Stress, Deformation and Crack1. 铸造应力铸造应力 铸件冷却，固态收缩受阻碍，在铸件内部产生的应力铸件冷却，固态收缩受阻碍，在铸件内部产生的应力得不到释放，形成残余内应力得不到释放，形成残余内应力超过屈服极限，产生变形超过屈服极限，产生变形超过断裂极限，形成裂纹超过断裂极限，形成裂纹形成方式：热应力、机械应力、相变应力形成

19、方式：热应力、机械应力、相变应力 热应力：热应力：铸件各部分冷却速度不同，收缩过程不一致造成的应力铸件各部分冷却速度不同，收缩过程不一致造成的应力 相变应力：铸件各部分相变时间不一致而产生的应力相变应力：铸件各部分相变时间不一致而产生的应力有时形成残留应力，有时为临时应力有时形成残留应力，有时为临时应力 机械应力：铸件受到机械阻碍而产生的应力机械应力：铸件受到机械阻碍而产生的应力一般不形成残留应力一般不形成残留应力P39 图图2-8v 铸件中厚的部分最后冷却，总是受拉应力，薄的部分受压铸件中厚的部分最后冷却，总是受拉应力，薄的部分受压应力应力; 热应力形成残留应力热应力形成残留应力v 热应力的

20、预防：采用同时凝固的方法（很少用）、合理结构热应力的预防：采用同时凝固的方法（很少用）、合理结构内应力的消除：内应力的消除：自然时效、人工时效自然时效、人工时效热应力的形成热应力的形成 Formation of Thermal Stress2. 铸件的变形与防止铸件的变形与防止Cast Distortion and the Solution 铸造应力超过材料的屈服极限，铸件将产生塑性变形铸造应力超过材料的屈服极限，铸件将产生塑性变形机架的变形机架的变形 T型型材的变形型型材的变形预防铸件变形的措施预防铸件变形的措施设计时：铸件结构的壁厚均匀，形状对称设计时：铸件结构的壁厚均匀，形状对称 采用反

21、变形法：在模型上预先加一个反变形量采用反变形法：在模型上预先加一个反变形量采用同时凝固，但须考虑到缩孔采用同时凝固，但须考虑到缩孔同时凝固主要适用于灰铸铁和锡青铜，同时凝固主要适用于灰铸铁和锡青铜，why?p40, fig2-93. 铸件的裂纹与防止铸件的裂纹与防止 Cracking and Prevention 铸造应力超过材料的断裂极限，铸件将产生裂纹铸造应力超过材料的断裂极限，铸件将产生裂纹v 热裂纹（晶间、高温、凝固裂纹）热裂纹（晶间、高温、凝固裂纹）hot tearing宽，曲折，氧化色宽，曲折，氧化色v 冷裂纹（低温裂纹）冷裂纹（低温裂纹） cold crack：细，直，轻微氧化色

22、：细，直，轻微氧化色 防止裂纹措施防止裂纹措施v 选用裂纹倾向小的合金选用裂纹倾向小的合金热裂倾向：凝固区间热裂倾向：凝固区间solidification rang和钢中的和钢中的S冷裂倾向：塑性冷裂倾向：塑性plastic和钢中的和钢中的 Pv 铸件的结构：铸件的结构： 避免热节、应力集中避免热节、应力集中stress concentrationv 铸型的退让性铸型的退让性p40, fig2-10第二章第二章 常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产Typical Cast Alloys1 铸铁件生产铸铁件生产1. 灰铸铁灰铸铁 Gray Cast Iron1.1 灰铸铁的组织性能特点灰铸铁的组

23、织性能特点灰铸铁的组织灰铸铁的组织铸造性能好，成本低、应用广泛，产量高铸造性能好，成本低、应用广泛，产量高常用铸造合金的组织、性能以及铸件的生产特点常用铸造合金的组织、性能以及铸件的生产特点基体基体+片状石墨片状石墨G：片状（特点）：片状（特点）3基体类基体类: F，P，F+P灰铸铁的性能特点灰铸铁的性能特点l 力学性能差，脆性材料力学性能差，脆性材料 流动性好流动性好 缩孔缩松倾向小缩孔缩松倾向小 热裂、冷裂倾向低热裂、冷裂倾向低l 优良的优良的 减震性减震性l 优良的减摩性优良的减摩性l 灰铸铁的铸造性能好灰铸铁的铸造性能好强度、硬度低，塑、韧性几乎为强度、硬度低，塑、韧性几乎为0由于由于

24、G片尖端相当于裂片尖端相当于裂纹，造成应力集中纹，造成应力集中灰铸铁的理想组织是什么？灰铸铁的理想组织是什么？基体：基体：P石墨：细小、均匀石墨：细小、均匀1.2 影响铸铁组织和性能的因素影响铸铁组织和性能的因素 化学成分化学成分 C, Si, Mn, S, P碳、硅碳、硅碳当量碳当量 C.E=C%+0.3 Si%白口铸铁，白口铸铁，a a麻口铸铁，麻口铸铁，珠光体灰口铸铁珠光体灰口铸铁b b珠光体珠光体铁素体灰口铸铁，铁素体灰口铸铁，铁素体灰口铸铁铁素体灰口铸铁问题：问题：1. 获得高牌号灰口铸铁而不产生麻口获得高牌号灰口铸铁而不产生麻口 2. 铸件壁厚不一致，但性能均匀铸件壁厚不一致，但性

25、能均匀 冷却速度冷却速度1.3 孕育处理孕育处理 Inoculation 定义定义将孕育剂（将孕育剂（75硅铁）硅铁）0.25-0.6%加入到低碳、低硅加入到低碳、低硅(2.7-3.3%C, 1-2%Si)的铁水中，搅拌后浇注，以获得细小且分的铁水中，搅拌后浇注，以获得细小且分布均匀石墨的灰铸铁件处理工艺布均匀石墨的灰铸铁件处理工艺 孕育铸铁孕育铸铁 Inoculated Cast Iron组织：细小、均匀的组织：细小、均匀的G + P基体基体性能特点性能特点强度、硬度高强度、硬度高冷速对组织和性能的影响小冷速对组织和性能的影响小灰铸铁牌号灰铸铁牌号HT100HT3502. 可锻铸铁可锻铸铁

26、Malleable Cast Iron 什么叫可锻铸铁？什么叫可锻铸铁？ 性能特点：有一定的塑性、韧性，性能特点：有一定的塑性、韧性，不可锻造不可锻造 可锻铸铁的生产过程可锻铸铁的生产过程白口铸铁白口铸铁高温退火高温退火石墨呈团絮状石墨呈团絮状 成分：低碳、低硅；成分：低碳、低硅；2.42.8%C，0.41.4%Si 适用范围：中压阀门适用范围：中压阀门v 形状复杂的薄壁小件：大件容易产生麻口形状复杂的薄壁小件：大件容易产生麻口v 受一定冲击的零件受一定冲击的零件v 大批量生产大批量生产: 单件成本高单件成本高 牌号牌号KTH300-063. 球墨铸铁球墨铸铁 Spheroid Cast Ir

27、on 3.1 组织、性能特点及牌号组织、性能特点及牌号 QT700-2 性能好制造曲轴、连杆：疲劳性能高性能好制造曲轴、连杆：疲劳性能高 组织：球状组织：球状G + 基体基体球化剂：稀土镁合金球化剂：稀土镁合金孕育剂：孕育剂：75%硅铁硅铁目的：促进石墨化，防止球目的：促进石墨化，防止球化剂造成的白口倾向化剂造成的白口倾向P49, fig2-17冲入法球化处理冲入法球化处理3.2 生产关键生产关键 熔炼熔炼l 成分：高碳（成分：高碳（3.64% C），低），低P、低、低Sl 温度：温度：1420 球化处理、孕育处理球化处理、孕育处理F，P，B，F+P，A-B4. 蠕墨铸铁蠕墨铸铁v 铸型工艺铸

28、型工艺 增加铸型刚度增加铸型刚度 用干型防止皮下气孔用干型防止皮下气孔 浇注系统，挡渣浇注系统，挡渣v 热处理：基体改善热处理：基体改善蠕虫状蠕虫状G +基体；力学性能介于灰铁与球铁之间基体；力学性能介于灰铁与球铁之间优异的耐热疲劳性优异的耐热疲劳性 球墨铸铁易产生缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷球墨铸铁易产生缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷2 铸钢件生产铸钢件生产Production of Cast Steel Element 1. 铸钢牌号及成分铸钢牌号及成分 牌号：牌号：ZG270-500 p51 Table 2-6 成分特点：成分特点：中碳中碳 0.250.45%C why?v 含碳量

29、过低含碳量过低熔点高，流动性差，易粘砂，气孔多；熔点高，流动性差，易粘砂，气孔多；v 含碳量过高含碳量过高熔点虽低，但塑性差，易冷裂熔点虽低，但塑性差，易冷裂 铸钢的特点铸钢的特点v 熔点高，易氧化、吸气熔点高，易氧化、吸气v 铸造性能差铸造性能差流动性差、收缩大流动性差、收缩大(缩孔缩松倾向大缩孔缩松倾向大)、热裂倾向大、热裂倾向大 电电炉炉熔熔炼炼防止粘砂，用涂料防止粘砂，用涂料气孔，干型，水玻璃型气孔，干型，水玻璃型浇不足，开放浇不足，开放式浇注系统式浇注系统缩孔缩松，顺序凝缩孔缩松，顺序凝固，冒口补缩固，冒口补缩裂纹，退让性裂纹，退让性糖浆木屑糖浆木屑3 铜、铝合金铸件生产铜、铝合金铸

30、件生产熔化设备：坩埚熔化设备：坩埚炉炉铜合金的氧化问题（形成铜合金的氧化问题（形成CuO2）加覆盖剂加覆盖剂铝合金的吸氢问题铝合金的吸氢问题加氯化锌加氯化锌（ZnCl2 ）、六氯乙烷）、六氯乙烷（C2Cl6）或加）或加Cl2第三章第三章 砂型铸造砂型铸造 Sand casting用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造砂型铸造是应用最广泛的一种铸造方法砂型铸造是应用最广泛的一种铸造方法 可追溯到公元前可追溯到公元前30004000年年砂型铸造工艺流程砂型铸造工艺流程合适的铸造合金合适的铸造合金正确的熔炼和浇注正确的熔炼和浇注 合理的铸型工艺合理的铸型工艺获得健全

31、的铸件获得健全的铸件砂型铸造的铸型工艺砂型铸造的铸型工艺主要体现在铸造工艺主要体现在铸造工艺图和铸型装配图图和铸型装配图铸造工艺图铸造工艺图定义：用工艺符号和参数，表示铸造工艺方案的图形定义：用工艺符号和参数，表示铸造工艺方案的图形一般直接画在零件图上一般直接画在零件图上作用：指导模型（芯盒）设计，生产准备，铸型制造作用：指导模型（芯盒）设计，生产准备，铸型制造作为铸件检验依据作为铸件检验依据选择造型方法后，就开始制定铸型工艺选择造型方法后，就开始制定铸型工艺砂砂型型铸铸造造概概略略图图 铸型工艺铸型工艺实线：分型面；实线：分型面； 文字、箭头：铸件的浇注位置文字、箭头：铸件的浇注位置型芯的数

32、量、形状、尺寸、固定方法等型芯的数量、形状、尺寸、固定方法等 工艺参数：加工余量（涂黑），拔模斜度、收缩率（数字）工艺参数：加工余量（涂黑），拔模斜度、收缩率（数字） 浇注工艺：浇注系统、冒口、冷铁浇注工艺：浇注系统、冒口、冷铁铸造工艺图的内容铸造工艺图的内容 用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型 手工造型手工造型全部用手工或手动工具完成的造型工序全部用手工或手动工具完成的造型工序v 手操作灵活、适应性广、工艺装备简单、成本低手操作灵活、适应性广、工艺装备简单、成本低v 铸件质量差、生产率低、劳动强度大、技术水平要求高铸件质量差、

33、生产率低、劳动强度大、技术水平要求高v 手工造型主要用于单件小批生产手工造型主要用于单件小批生产 特别是重型和形状复杂的铸件特别是重型和形状复杂的铸件 机器造型机器造型 用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序v 铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小v 需要专用设备，投资较大需要专用设备，投资较大v 适合大批量生产适合大批量生产1 造型方法的选择造型方法的选择手工造型手工造型两箱造型两箱造型 三箱造型三箱造型地坑造型地坑造型脱箱造型脱箱造型组芯造型组芯造型整模造型整模造型分模造型分模造型挖砂造型挖砂造型 假箱造型假

34、箱造型 活块造型活块造型刮板造型刮板造型机机器器造造型型压实紧实压实紧实 高压紧实高压紧实震击紧实震击紧实微震紧实微震紧实抛砂紧实抛砂紧实射压紧实射压紧实手工造型与手工造型与机器造型重要区别机器造型重要区别震震压压紧紧实实 手工造型可以用手工造型可以用2、3、多箱、地坑、多箱、地坑机器造型一般机器造型一般2箱箱 手工造型用模样，机器造型用模板手工造型用模样，机器造型用模板 手工造型允许挖砂、活块手工造型允许挖砂、活块机器造型绝不允许机器造型绝不允许铸造（型）工艺设计铸造（型）工艺设计确定浇注位置和分型面确定浇注位置和分型面确定主要工艺参数确定主要工艺参数浇注系统的设计：浇注系统的设计：确保液态

35、金确保液态金属能够平稳而合理地充满型腔属能够平稳而合理地充满型腔为消除缩孔为消除缩孔和疏松，合理设置冒口、冷铁等和疏松，合理设置冒口、冷铁等浇注系统的组成浇注系统的组成Bush or basin Down runner runner ingates2 浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型面的选择Casting Situation and Parting face1. 浇注位置的选择原则浇注位置的选择原则 铸件的重要加工面应朝下或者侧面铸件的重要加工面应朝下或者侧面 why?v上部组织不致密上部组织不致密v 容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷有数个重要加工面时，应使较大

36、者处于下部有数个重要加工面时，应使较大者处于下部车床床身车床床身卷卷扬扬机机筒筒浇注位置的选择原则浇注位置的选择原则 铸件的大平面应朝下，防止夹砂铸件的大平面应朝下，防止夹砂型砂受高温急剧膨胀，强度下降型砂受高温急剧膨胀，强度下降而拱起或开裂而拱起或开裂油盘铸件油盘铸件平板浇注时的位置平板浇注时的位置 面积较大的薄壁部分面积较大的薄壁部分置于下部、处于垂直或倾斜位置置于下部、处于垂直或倾斜位置防止铸件薄壁部分浇不足或冷隔缺陷防止铸件薄壁部分浇不足或冷隔缺陷对容易产生缩孔的铸件，厚的部分放在铸型的上部或侧面对容易产生缩孔的铸件，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，进行补缩以

37、便在铸件厚壁处直接安置冒口，进行补缩定向（顺序）凝固定向（顺序）凝固Fig.2-31 三通分型方案三通分型方案分型面为铸型组元间的接合面分型面为铸型组元间的接合面选择分型面原则：简化造型、保证精度、方便装配选择分型面原则：简化造型、保证精度、方便装配 简化造型简化造型v 分型面平直、数量少：用分型面平直、数量少：用2箱造型，避免挖砂、假箱箱造型，避免挖砂、假箱v 不用、少用型芯和活块（机器造型，不能使用活块）不用、少用型芯和活块（机器造型，不能使用活块）2. 分型面的选择分型面的选择保证精度保证精度简化造型简化造型: 自带型芯自带型芯应尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱应尽量使铸件全部或大部置于

38、同一砂箱Fig.2-32支架分型方案支架分型方案方便装配方便装配图图2-35 机床支柱机床支柱应尽量使型腔及主要型芯位于下箱应尽量使型腔及主要型芯位于下箱使造型、下芯、合箱、检验铸件壁厚，操作方便使造型、下芯、合箱、检验铸件壁厚，操作方便下箱不宜过深，并尽量避免吊芯和大的吊砂下箱不宜过深，并尽量避免吊芯和大的吊砂上述原则一般不能同时被满足，有时甚至是互相矛盾的上述原则一般不能同时被满足，有时甚至是互相矛盾的v 对质量要求很高的铸件，对质量要求很高的铸件， 应在满足浇注位置的前提下，应在满足浇注位置的前提下，再考虑简化工艺再考虑简化工艺v 对质量要求不高的铸件，对质量要求不高的铸件， 以简化铸造

39、工艺为主以简化铸造工艺为主3 工艺参数的选择工艺参数的选择Technological Parameters (Casting Dimension Criterion) 1. 机械加工余量和铸孔机械加工余量和铸孔Machining Allowance and Casting Hole 工艺参数很多：机械加工余量，最小铸孔，拔模斜度，收工艺参数很多：机械加工余量，最小铸孔，拔模斜度，收缩率，型芯头的结构和尺寸缩率，型芯头的结构和尺寸什么叫机械加工余量？什么叫机械加工余量？P 63机械加工余量确定原则：主要考虑经济性机械加工余量确定原则：主要考虑经济性v 生产批量生产批量大大考虑省料考虑省料 铸件精

40、度铸件精度 加工余量加工余量小小 考虑省工考虑省工加工余量加工余量 保证成品率保证成品率v 合金种类：决定铸件精度、表面粗糙合金种类：决定铸件精度、表面粗糙精度高、表面粗糙度低精度高、表面粗糙度低余量小余量小加工余量：有色金属加工余量：有色金属铸铁铸铁铸钢铸钢v 铸件大小，加工面与基准的距离、加工面位置等铸件大小，加工面与基准的距离、加工面位置等 尺寸和距离，绝对误差尺寸和距离，绝对误差 加工面在浇注时的位置：上面缺陷多，余量大加工面在浇注时的位置：上面缺陷多，余量大2. 拔模斜度拔模斜度 Pattern Draft铸孔：主要考虑能否铸出，经济性铸孔：主要考虑能否铸出，经济性但零件图上不要求加

41、工孔、槽，无论大小，原则上都要铸出但零件图上不要求加工孔、槽，无论大小，原则上都要铸出铸件的工艺结构之一：垂直于分型面侧壁的倾斜度铸件的工艺结构之一：垂直于分型面侧壁的倾斜度与造型方法、模型材料、立壁高度有关与造型方法、模型材料、立壁高度有关 加工表面加工表面结合加工余量直接画出结合加工余量直接画出 不加工表面不加工表面用文字注明用文字注明15 3o for out surface3o10o for inner surfaceDepend on : casting height, the way to produce mould, the pattern material 3. 收缩率收缩率

42、contraction ruler合金冷却过程中有线收缩，模样的尺寸比铸件相应放大，合金冷却过程中有线收缩，模样的尺寸比铸件相应放大，取决于合金种类和铸件收缩阻碍情况取决于合金种类和铸件收缩阻碍情况灰口铸铁灰口铸铁 0.71.0%，铸钢，铸钢 1.3 2.0%，铝硅合金，铝硅合金0.8 1.2%，锡青铜，锡青铜1.2 1.4%4. 型芯头型芯头型芯作用？型芯作用？型芯依靠芯头与型腔定位和固定型芯依靠芯头与型腔定位和固定在画铸造工艺图时不画，用数据标出；模样：定制的尺（缩尺）在画铸造工艺图时不画，用数据标出；模样：定制的尺（缩尺）垂直芯垂直芯芯头有斜度芯头有斜度。上芯头上芯头6150，下芯头为，

43、下芯头为5100水平水平芯头有一定的长度芯头有一定的长度, 悬悬臂芯的芯头更长臂芯的芯头更长芯头与芯座之间有芯头与芯座之间有间间隙隙：1 4mm4 综合分析举例综合分析举例 examples1. 造型方法选择造型方法选择 How to produce sand mould2. 浇铸方案浇铸方案 Pouring criterion 浇注位置浇注位置casting situation 、浇注系统、浇注系统gating system 、冒口和冷铁、冒口和冷铁risers and chills图图2-38支座支座3. 铸型方案铸型方案 Moulding criterion分型面分型面parting f

44、ace 、型芯型芯 cores4. 工艺参数工艺参数Dimension criterion机加工余量机加工余量allowance for machining 、拔摸斜、拔摸斜度度draft angle 、收缩率、收缩率contraction ruler 、芯、芯头结构头结构 core print等等图图2-39支座的铸造工艺图支座的铸造工艺图C6140车床进给箱车床进给箱 C6140车床进给箱车床进给箱分型面的选择分型面的选择进给箱的铸造工艺图进给箱的铸造工艺图第五章第五章 铸件结构设计铸件结构设计Structure Design of the Cast 满足使用要求前提下，容易加工满足使用要求前提下，容易加工1. 无缺陷无缺陷 2. 性能好性能好 3. 操作方便操作方便 铸件基本工艺结构：铸件基本工艺结构：1. 合理的壁厚合理的壁厚 2. 壁厚均匀过渡壁厚均匀过渡3. 铸造圆角铸造圆角 4. 加强筋加强筋5. 凸台和凹槽凸台和凹槽 6. 取模斜度取模斜度1 铸件结构与砂型铸造的关系铸件结构与砂型铸造的关系1. 容易起模容易起模1) 避免外部侧凹避免外部侧凹别挡着