机械制造技术第02次课-第一章

前次课回顾 第一节 液态成形基础 第二节 常用铸造合金的铸造性能 1、 合金铸造性能 2、 合金充型能力 3、 合金铸造性能对铸件质量的影响 第三节 砂型铸造工艺设计（部分） 1、 铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁 2、 铸钢 1、 造型方法的选择 （ 8+1种方法） 2、 浇注位置的选择 （ 4条原则） 3、分型面的选择 （ 4条原则） “顺序凝固 ” 原则 “ 同时凝固 ” 原则 第二节 常用铸造金属的铸造性能 二、铸钢 1、铸造用钢的种类 1)铸造碳钢： )铸造低合金钢： )铸造高合金钢： 、铸钢的铸造工艺特点 1)铸造性能差： 熔点高、流动性差、收缩量大、易氧化 2)结构设计及铸造工艺上采取的措施 (1) 合理设计结构：壁匀且大于 8毫米，平滑过渡，避免热节 (2) 合理设计冒口、冷铁，实现 “ 顺序凝固 ” 或 “ 同时凝固 ” (3) 保证砂型性能，耐火性、退让性、强度、透气性要好 (4) 严格控制浇注温度 3、铸钢件的热处理 退火或正火，以细化晶粒均匀化组织，消除应力 钢号 化学成分 热处理 性能 应用 C i b s 火 或 正火 400 200 25 机座、 变速箱壳体 50 240 20 机座、锤轮、箱体 00 280 16 飞轮 、蒸汽锤 80 320 12 联轴器 、齿轮 50 350 10 联轴器、齿轮 第三节 砂型铸造工艺 生产工序包括： 制 模、配砂、制芯、 造型、合型、熔炼 浇注、落砂、清理 和检验。 铸造工艺设计的内容包括： 造型方法、浇注位置、分型面、工艺参数的确定等。 砂型铸造的种类： 按 紧实型砂和起模的方 法，可将砂型铸造分 为手工造型与机器造 型两种。 第三节 砂型铸造工艺 一、造型方法 1、手工造型 1)特点： 设备简单、操作灵活、方法多样 效率低、强度大、技术水平要求高 造型方法 特 点 应用范围 合 型 示 意 图 整模 造型 整体模，分型面为平面，铸型型腔全部在一个砂箱内。造型简单，铸件不会产生错箱缺陷 铸件最大截面在一端，且为平面。 分模造型 模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱内。造型方便。但制作模样较麻烦。 最大截面在中部，一般为对称性铸件。 挖砂造型 整体模，造型时需挖去阻碍起模的型砂，故分型面是曲面。造型麻烦、生产率低。 单件小批量生产，模样薄，分模后易损坏或变形的铸件 假箱造型 利用特制的假箱或型板进行造型，自然形成曲面分型。可免去挖砂操作，造型方便。 成批生产需要挖砂的铸件。 第三节 砂型铸造工艺 一、造型方法 1、手工造型 1)特点： 设备简单、操作灵活、方法多样 效率低、强度大、技术水平要求高 造型方法 特 点 应用范围 合 型 示 意 图 活块造型 将模样上妨碍起模的部分，做成活动的活块便于造型起模。造型和制作模样都麻烦。 单件小批量生产带有突起部分的铸件。 刮板造型 用特制的刮板代替实体模样造型，可显著降低模样成本。但操作复杂，要求工人技术水平高。 单件小批量生产等截面或回转体大、中型铸件。 三箱造型 铸件两端截面尺寸比中间部分大，用两箱造型无法起模时铸型可由三箱组成，关键是选配高度合适的中箱。造型麻烦，易错箱。 单件小批量生产具有两个分型面的铸件。 地坑造型 在地面以下的砂坑中造型，一般只用上箱，可减少砂箱投资。但造型劳动量大，要求工人技术较高。 生产批量不大的大、中型铸件，可节省下箱。 第三节 砂型铸造工艺 一、造型方法 2、机器造型 1)特点： 与手工造型相反 2)造型过程： 见下图。 3)工艺特点： (1)常采用模板造型。 模板是将模型、浇注系统沿分型面 与底板联结成一个整体的专用模具 (2)只适用于两箱造型。 (3)不宜用活块。 振压式造型机造型过程 第三节 砂型铸造工艺 二、浇注位置与分型面 1、浇注位置的选择原则 浇注位置 是指金属浇注 时铸件所处的空间位置 分型面 是指砂箱间的接 触表面。 1)铸件的重要加工表面或主要 工作面应朝下或处于侧面。 2)铸件的宽大薄壁平面应朝下。 3)铸件的厚大部分应朝上。 1)分型面应选择在铸件的最大截面处，以便于起模。 2)尽量减少分型面的数量。 3)尽量使型腔及主要型芯位于下箱。 机床床身 伞齿轮 柴油机油底壳 起重机钢绳滚筒 2、分型面的选择原则 三通铸件的分型面 本次课内容 第三节 砂型铸造工艺 3、铸造 工艺参数 第四节 特种铸造 1、熔模（失腊）铸造 2、金属型铸造 3、压力铸造 4、低压铸造 5、离心铸造 第五节 铸件结构设计 1、考虑 砂型铸造工艺的 铸件结构 2、考虑合金铸造性能的 铸件结构 第六节 铸造技术发展 （自学） 1、凝固态理论应用 2、铸造工艺数值模拟 第三节 砂型铸造工艺 三、铸造工艺参数 铸造工艺图： 用各种符号表示出铸造工艺方案的图形。包括：铸件的浇注位置、铸型分型面、型芯的数量、形状及固定方法、加工余量、拔模斜度、收缩率、浇注系统、冒口、冷铁的尺寸及布置等。 (铸件图 第三节 砂型铸造工艺 三、铸造工艺参数 1) 加工余量 1、铸件工艺参数 (1)定义： 预先在铸件上为切削加工而加大的尺寸称为加工余量。 (2)影响因素： 表 1 2)起（拔）模斜度 灰口铸铁件的机械加工余量（ 铸件最大尺寸 /注位置 加工面与基准面的距离 /0 40 110 125 100 160 030 040 160 250 025 030 3)铸孔和槽 是否铸出：经济性，工艺性。 （ 1）毛坯孔径： 单件生产： 30 成批生产： 15 大量生产： 12 （ 2）对零件图上无机械加工要求的孔、槽均 要铸出。 第三节 砂型铸造工艺 三、铸造工艺参数 2、模型工艺参数 合金的线收缩使铸件冷却后的尺寸比型腔尺寸略小，为保证铸件的应有尺寸，模型尺寸必须在铸件尺寸的基础上放大一个该合金的收缩量。 1)收缩余量 2)型芯头 (1) 作用： 支撑和固定型芯，防止型芯在浇注时的漂浮、偏斜和移动 (2)垂直芯头 A、一般有上、下芯头，短而粗的型芯可省去上芯头 B、高度取决于型芯头直径，芯头必须留有斜度 。 C、上芯头斜度大 (615 )，高度小；下芯头斜度小 (510 )，高度大。 (3)水平芯头 A、水平芯头的长度取决于型芯头的直径和型芯长度。 B、一般不留斜度，只在上型芯座的端部留出一定斜度和空间。 C、悬臂型芯头必须长而大。 第四节 特种铸造 一、熔模（失腊）铸造 1、熔模铸造工艺 2、熔模制造特点及应用 1)铸件尺寸精度高。 ，表 面粗糙度低， 1.6m。 2)可浇注复杂的薄壁铸件，最小 壁厚 小孔径 )特别适合于高熔点合金及难切 削加工合金。 4) 材料昂贵、过程繁杂、周期 长、一次性使用、成本高。 5)仅适用于中、小铸件。 制造压型 压制蜡模 组装蜡模 结壳（浸涂料、撒砂、硬化） 脱蜡 填砂 焙烧 浇注落砂 清理 用易熔材料（如蜡质材料及添加剂等）制成模样，在模样上包覆多层耐火材料，然后将模样熔去，制成 无分型面 的型壳，经高温焙烧、浇注而获得铸件的方法称为熔模铸造。 第四节 特种铸造 二、金属型铸造 在重力作用下 ， 把金属液浇入金属铸型中 ， 冷却成形而获得铸件的方法称为金属型铸造 。 1、金属型铸造工艺 金属型、芯设计制造 金属型、芯预热 喷刷涂料 配涂料 冷却 清理、质检、入库 合型 浇注 顶出、取出铸件 安放型芯、清型 金属型、芯预热 金属液 二、金属型铸造 1、金属型铸造工艺 直 第四节 特种铸造 注意事项： (1)喷刷涂料： 减缓冷速；防冲刷；蓄气、排气(2)金属型预热： 减缓激冷作用，减少铸件缺陷。 (3)浇注温度： 比砂型铸造高 2030 (4)合适的出型时间： 时间长了脱模及抽芯困难 2、金属型铸造特点及应用 1) 尺寸精度高。 级， 3.2m。 2）排气能力差，需要设置专门的排气口。 3) 冷却速度快，不宜生产薄壁铸件。 4) 铸件组织致密，力学性能好。 5) 一型多铸，生产率高，成本低，适于有色金属的大批量生产。 6) 铸型加工困难，铸件尺寸与形状受限制。铸造工艺要求高。 三、压力铸造 压力铸造是在高压 （ 约为 3070N/作用下 ， 以极高的速度将液态或半液态金属压入金属铸型型腔中 ， 并在压力作用下结晶 ， 以获得铸件的铸造方法 。 1、压力铸造工艺 制备压铸型 预热/喷刷涂料 合型浇注 持压 开型、顶出铸件 质检 成品 金属液 第四节 特种铸造 1)铸件尺寸精度高。 级， m。 2)高压高速充型，可铸形状复杂的薄壁件。 3)组织致密，力学性能好。 4)只适于低熔点合金。高熔点合金使压型寿命大幅下降。 5)排气困难，易产生气孔，故一般不能热处理和机加工。 6)生产率极高。最高 500次 /小时。 第四节 特种铸造 三、压力铸造 压力铸造是在高压 （ 约为 3070N/作用下 ， 以极高的速度将液态或半液态金属压入金属铸型型腔中 ， 并在压力作用下结晶 ， 以获得铸件的铸造方法 。 2、压力铸造特点及应用 大型压铸机及压铸模 四、低压铸造 1、低压铸造工艺 2、低压铸造特点及应用 低压铸造是介于重力铸造和压力铸造之间的一种铸造方法 。 它是使液态合金在压力 （ 一般为 作用下 ， 自下而上地充填型腔 ， 并在压力下结晶 ， 以形成铸件的工艺过程 。 1)充型平稳，型腔中液流与气流方向一致，冲刷 力小，气孔、夹渣等缺陷少。 2)压力使金属液流动性增加，有利获得轮廓清晰、 表面光洁的铸件。对于大型薄壁铸件尤为有利。 3)金属液在压力下结晶，组织致密，力学性能好。 4)充型压力和速度便于控制，适应各种金属，且 易于机械化和自动化。 5)省去了补缩冒口，金属利用率高达 9098%。 升液 充型 增压 保压 卸压 冷却。 第四节 特种铸造 五、离心铸造 1、离心铸造工艺 2、离心铸造特点及应用 将金属液浇入旋转速度为(2501500)使金属液在离心力的作用下充填型腔并结晶 ， 这种铸造方法称为离心铸造 。 1) 可不用型芯及浇注系统，金属液利用率高。 2）铸件由外向内顺序凝固，气体和熔渣因比重轻向内腔移动而排 除，故组织致密，极少有气孔、夹渣和缩孔等。 3) 金属液的充型能力强，便于流动性差的合金及薄壁件的生产。 4) 便于铸造双金属铸件。如在钢衬套内镶铸轴承合金。 5) 不适于铸造 比重偏析 大的合金和轻金属。如铅青铜中的铅偏析。 6) 内孔尺寸偏差大而内孔表面粗糙。 7) 立式离心铸造时，金属液内表面呈抛物线状，上薄下厚。 第四节 特种铸造 六、主要铸造方法的比较 比较 项目 砂 型 铸 造 熔 模 铸 造 金 属 型 铸 造 离 心 铸 造 压 力 铸 造 低压铸造 砂型 金属型 铸件材料 各种铸造合金 各种铸造合金，以铸纲为主 常用铸造合金，以有色合金为主 各种 铸造合金 铸造有色合金 （铝、锌、镁） 常用 铸造合金 铸造有色合金 铸件大小 几乎不受限制 中、小铸件 中、小铸件 大、中、小 小铸件 大、中铸件 中、小铸件 复杂程度 复杂 复杂 一般 一般或简单 较复杂 较复杂 较复杂 最小壁厚(3 孔 铝合金 3 铸铁 5 决定于 铸型材料 铜合金 2 其它 3 寸精度 7 4 8 同上 4 8 6 0 部质量 晶粒粗、组织松、力学性能差、铸造缺陷较多 采用重力浇注时与砂型铸造相近 晶粒细、组织致密、力学性能高、气密性好 组织致密、力学性能较高 晶粒细、学性能较高、但易产生气孔且不能热处理 组织致密、力学性能较高 晶粒细、组织致密、力学性能较高、气密性好 生产批量 各种批量 成批、大量 成批、大量 成批、大量 大量 小批、成批 成批、大量 生产率 随机械化程度的提高而增高 较高 较高 很高 一般 较高 生产 准备周期 短 较长 较长 较长 长 较长 较长 设备费用 随机械化程度的提高而增高 中等 中等 高 中等 中等 工装费用 同上 较高 中等 一般 高 低 中等 第四节 特种铸造 拨 杆 铸 件 一、考虑砂型铸造工艺的 铸件结构 第五节 铸件结构设计 1、简化铸件外形 铸件设计时，不仅要保证其工作性能和机械性能要求，还必须认真考虑 铸造工艺 和合金 铸造性能 对铸件结构的要求。 1) 减少分型面的数量，且使分型面为平面。 2) 减少型芯和活块的数量。 悬臂支架铸件 一、考虑砂型铸造工艺的铸件结构 第五节 铸件结构设计 2、有利于型芯固定、排气和清理 3、结构斜度 1)定义： 铸件上垂直于分型面的非加工表面均应设计 出斜度，此斜度称为结构斜度。 盲 套 管 铸 件 第五节 铸件结构设计 2)影响因素： 与材料、垂直壁高度等因素有关。 3)结构斜度与起模斜度的区别 结构斜度 直接在零件图上示出，斜度值较大。 起模斜度是在绘制铸件工艺图或模型图时，对零件上没有结构斜度的立壁给予很小的角度 ( )。 图 例 结构斜度（ a h） 角度 () 使用范围 1 5 1130 铸钢件和铸铁件 1 100 30 非铁碳合金铸件 a 二、考虑合金铸造性能的铸件结构 第五节 铸件结构设计 1、合适的铸造合金 2、适宜均匀的壁厚 灰铸铁的铸造性能好，适宜于铸造薄壁铸件； 铸钢的铸造性能差，要严格注意结构工艺性。 1) 壁厚适宜 (1)各种铸造合金在规定铸造条件下的 “ 最小壁厚 ” 各不相同。 (2)“最大壁厚 ” 约为 “ 最小壁厚 ” 的 3倍。 (3)外壁厚：内壁厚：筋板厚 =1： 4)截面为避免面积过大，一般设计为工字、丁字、槽形， 弱处用筋加强。 表 1铸件允许的最小壁厚 铸型种类 铸件尺寸 (长 宽 ) 铸钢 灰铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 铝合金 铜合金 砂型 500 500 1825 1520 57 金属型 150 150 10 6 5 68 二、合金铸造性能对铸件结构设计的要求 第五节 铸件结构设计 2、适宜均匀的壁厚 2) 壁厚均匀 壁厚均匀是指使铸件各壁的冷却速度相近，而不是要求所有的壁厚完全相同。 壁厚