机械制造技术第03次课-第二章

前次课回顾 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 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 本次课内容 第二章 塑性成形 第一节 塑性成形基础 第二节 自由锻 1、 金属塑性变形的实质 2、 塑性变形后金属的组织和性能 3、 锻造比 4、 金属的锻造性能 1、 自由锻工序 2、 自由锻工艺规程的制订 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 塑性成形及其种类 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。 壁厚相差过大，易在连接处产生裂纹，厚壁处易形成缩孔、缩松等缺陷。 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 3、铸件壁间的逐步过渡 1)铸件壁的转角处应有结构圆角。图 1 1 2)铸件壁的连接应避免 交叉和锐角 。可采用交错接头、环状接头、圆弧过渡等形式连接。图 1 3)铸件的不同壁厚之间应逐步过渡。表 1 8 812 1216 1620 2027 2735 3545 4560 铸铁 4 6 6 8 10 12 16 20 铸钢 6 6 8 10 12 16 20 25 21R+ b2a 2 例 尺 寸 b2a 铸铁 铸钢 b2a 铸铁 铸钢 b2a b2a 23161 4 5 223161 1 4(32231611 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 4、自由收缩 收缩受阻，产生应力；应力超过强度，会出现裂纹。应避免。 5、减少变形 1)刚度差的细长类零件的截面应设计成对称结构，防止翘曲变形 2)对于大而薄的平板类零件，采用加强筋以防止变形。 第二章 塑性成形 塑性成形的定义 塑性成形分类： 轧制、挤压、拉拔、 锻造和冲压等 利用金属在外力作用下产生的塑性变形，以获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。 轧制轧制： 金属坯料在两个回转轧辊的间隙中受压变形，以获得各种产品的加工方法 第二章 塑性成形 塑性成形的定义 塑性成形分类： 轧制、挤压、拉拔、 锻造和冲压等 利用金属在外力作用下产生的塑性变形，以获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。 挤压： 金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。 金属坯料与凸模运动方向一致的，称为 正挤压 ，相反的称为反挤压 。 凸模挤压第二章 塑性成形 塑性成形的定义 塑性成形分类： 轧制、挤压、拉拔、 锻造和冲压等 利用金属在外力作用下产生的塑性变形，以获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。 拉拔拉拔： 将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法 一、 金属塑性变形的实质 第一节 塑性成形基础 1)弹性变形： 外力产生的应力小于金属的弹性极限。 2)塑性变形： 外力产生的应力大于金属的弹性极限。 3)塑性变形能力： 常用延伸率 和断面收缩率 表示。 1、 金属的变形 %1 000 0 l %10000 F 、金属塑性变形的实质 1)单晶体塑性变形 (1)滑移 A、在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一定 晶面和晶向发生相对运动的结果。 B、刚性滑移理论与实际不符。 C、位错滑移理论很好地解释了塑性变形现象。 一、 金属塑性变形的实质 第一节 塑性成形基础 2、金属塑性变形的实质 1)单晶体塑性变形 (2)孪生 A、在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一 定晶面和晶向产生一定角度的均匀切变过程。 B、孪生引起的塑性变形较小，但可激发滑移变形的进行 2) 多晶体塑性变形 (1)实际使用的金属材料大多为多晶体，其变形复杂得多。 (2)（许多单晶体变形的综合效果） +（晶间的滑动和转动） 3、 “ 弹复 ” 现象 塑性变形过程中，当外力去除后弹性变形恢复的现象称 “ 弹复 ” 。 二、塑性变形后金属的组织和性能 第一节 塑性成形基础 1、冷变形后金属的组织和性能 1) 组织的变化 (1)纤维组织：晶粒及夹杂物沿变形最大方向伸长 (2)亚结构：使晶粒分化为许多位向略有不同的小晶粒 (3)形变织构：当塑性变形很大时，晶粒的位向趋于一致， (4)内应力、变形和开裂。 2) 性能的变化： 加工硬化现象 3) 冷变形金属加热时组织和性能的变化 (1)常温下加工硬化后的状态不易回复到稳定状态 。 (2)当温度上升到（ ，产生 回复 现象 (3)当温度上升到 ，产生 再结晶 ，加工硬化消除 二、塑性变形后金属的组织和性能 第一节 塑性成形基础 2、热变形后金属的组织和性能 1) 改善组织，力学性能提高 (1)气孔、缩松、微裂纹被压合； (2)粗大的晶粒、夹杂物、树枝晶被击碎、细化； (3)成分偏析在温度与压力下通过扩散得到均匀化。 2) 形成纤维组织 (1)热变形后的纤维组织又称 “ 流线 ” 组织。 (2)纤维组织不能用热处理消除，只能经锻压等方法消除 (3)设计与制造零件时，应正确控制与使用流线。 三、锻造比 第一节 塑性成形基础 1、锻造比（ 拔长时： ； F 变形前、后的横截面积 镦粗时： ； H 变形前、后的高度 2、锻造比对力学性能的影响 时，横向性能显著下降，纵向性能基本变。 3、常见钢材锻造比的使用范围 种类 锻造比 轧制钢材 钢 23 合金钢 34 不锈钢 26 高速钢 512 中碳钢 四、金属的锻造性能 第一节 塑性成形基础 金属的锻造性能（可锻性）是衡量材料在经受压力加工时获得优质零件难易程度的一个工艺性能。 可锻性常用金属的塑性变形和变形抗力来综合衡量。 金属的锻造性能取决于金属的本质 和 加工条件 1、金属的本质 1)化学成分 不同化学成分的金属具有不同的锻造性能： 纯金属 合金； 低碳钢 高碳钢； 低合金钢 高合金钢 2)金属组织 成分相同但组织不同的金属具有不同的锻造性能； 纯金属与固溶体的可锻性能好，碳化物的可锻性能差； 铸态柱状晶组织及粗晶粒的可锻性差，均匀细小晶粒的好 四、金属的锻造性能 第一节 塑性成形基础 2、工艺条件 1)变形温度 温度越高，塑性越大，变形抗力越小。 始锻温度： 高但不能太高，以防止出现过热、过烧现象。 终锻温度： 高但不能太高，以防止再结晶使晶粒粗大。 2)变形速度： 单位时间内的变形量称为变形速度。 变形速度对金属锻造性能的影响是矛盾的： 变形速度 加工硬化来不及克服 变形抗力 ，塑性 变形速度 热效应占主导地位 变形抗力 ，塑性 除高速锤锻之外，常用锻压设备加工时，加工硬化占主导地位。 200 800 用颜色辨别温度 加热时，当锻件呈 橘黄色 ，并伴有火星飞出，说明锻件开始脱碳，超过始锻温度。 在锻造过程中，当锻件变为暗红色 ，锤击反弹明显，此时变形抗力太大，温度已低于终锻温度。 四、金属的锻造性能 第一节 塑性成形基础 2、工艺条件 3)应力状态 (1) 不同变形方法的应力大小和性质（拉、压）是不同的。 (2) 三个方向中，压应力的数目越多，则金属的塑性越好； 拉应力的数目越多，则金属的塑性越差。 (3) 同号应力状态下比异号应力状态下的变形抗力大。 一、自由锻工序 第二节 自由锻 1、基本工序 基本工序是使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以达到所需形状和尺寸的工艺过程。主要有：镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、切割、扭转、错移等 2、辅助工序 为基本工序操作方便而进行的预先变形工序。如压肩等。 分类： 手工自由锻 机器自由锻 锻锤自由锻 水压机自由锻 液压机自由锻 3、精整工序 用以减少锻件表面缺陷而进行的工序。在终锻温度后进行。 定义： 自由锻是指利用冲击力或静压力使坯料在上 、 下砧铁间变形的加工方法 。 蒸汽锤吨位： 1、 2、 3、 5t 或压力空气 空气锤吨位： 65、 75、 150、 200、 250、 400、 560、 750 2自由锻基本工序的作用和简图 名称 镦粗 分 类 及 简 图 平砧镦粗 局部镦粗 特点 高度减小，截面积增大。 应用 1）制作齿轮、圆盘等饼块类工件； 2）冲孔前准备工序； 3）破碎合金钢中碳化物，使其均匀分布 表 2自由锻基本工序的作用和简图 （ 续 ） 名称 拔长 分 类 及 简 图 平砧拔长 型砧拔长 空心件拔长 特点 横截面积或壁厚减小，长度增加。 应用 1）制作轴、拉杆等轴杆类零件； 2）制作套筒、透平主轴等空心件。 1 2 3 方截面 方截面 1 圆截面 方截面 1 2 3 圆截面 圆截面 5 4 圆弧型砧 圆弧型砧 芯轴 表 2自由锻基本工序的作用和简图 （ 续 ） 名称 冲孔与扩孔 分 类 及 简 图 冲头冲孔 芯轴扩孔 特点 冲出锻件上的通孔或盲孔 （ 一般孔径在 30 。 作用 1） 冲孔用于制作坯料不带孔的空心类工件； 2） 扩孔用于制作坯料带孔的齿圈 、 圆环等空心类工件 。 二、自由锻工艺规程的制订 第二节 自由锻 1) 加工余量： 查手册。 2) 锻件公差 锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量。 （ 1/31/4）余量 锻件公差根据锻件尺寸、形状、生产条件来确定。 3) 敷料或锻造余块 为了简化锻件形状、便于锻造而增加的一部分金属。 4) 绘制锻件图 用双点划线画出零件的主要轮廓形状，零件的名义尺寸加括号后标注在尺寸线下面或后面。 锻件的名义尺寸、公差标注在尺寸线上面。 检验试样的形状与尺寸等特殊要求。 1、绘制锻件图 零件图 锻件图 230二、自由锻工艺规程的制订 第二节 自由锻 1) 坯料质量的计算 = （ + + ）（ 1 + ） 毛坯质量。 锻件质量，按锻件的名义尺寸计算。 冲孔时去掉的芯料质量，见表 2 拔长时端部不整而切下的料头量。见表 2 加热时烧损率，见表 2 2、计算坯料的质量和尺寸 （一次烧损率） 实心冲子冲孔： （ 心冲子冲孔： （ 环 冲 孔： 形截面： =（ 形截面： （ 炉： 3% 煤 气 炉： 电 阻 炉： 高频加热炉： 室式煤炉： 备注： d冲孔直径； 料高度； 锻件材料的密度； B、 H、 D分别为切出部位的截面宽度、高度、直径。 二、自由锻工艺规程的制订 第二节 自由锻 2) 坯料尺寸的确定 (1)坯料尺寸与第一道工序有关 (2)当第一道工序为 镦粗 时，坯料的高径比应在 圆坯料直径： （ 1/3 方坯料边长： （ 1/3 (3)当第一道工序为 拔长 时，锻造比 应为 ( 圆坯料直径： 1/2； 锻件的最大截面积 方坯料边长： （ 1/2 (4)查标准，找出与初步计算值相近的直径或边长的坯料。 2、计算坯料的质量和尺寸 二、自由锻工艺规程的制订 第二节 自由锻 1) 工序应根据工序特点和锻件形状与尺寸来确定。 2) 一般锻件可大致分为 6类，各类工序见表 2 3、确定锻造工序 表 2锻件分类及相应锻造工序 序号 类别 图例 锻造工序 实例 1 饼块类 镦粗、冲孔 圆盘 齿轮 模块 锤头 等 二、自由锻工艺规程的制订 第二节 自由锻 1) 工序应根据工序特点和锻件形状与尺寸来确定。 2) 一般锻件可大致分为 6类，各类工序见表 2 3、确定锻造工序 表 2锻件分类及相应锻造工序 序号 类别 图例 锻造工序 实例 2 轴杆类 拔长 切肩 锻台阶 主轴 传动轴 连杆 等 二、自由锻工艺规程的制订 第二节 自由锻 1) 工序应根据工序特点和锻件形状与尺寸来确定。 2) 一般锻件可大致分为 6类，各类工序见表 2 3、确定锻造工序 表 2锻件分类及相应锻造工序 序号 类别 图例 锻造工序 实例 3 空心类 镦粗 冲孔 扩孔 心轴拔长 空心轴 圆筒 齿圈 圆环 法兰 等 二、自由锻工艺规程的制订 第二节 自由锻 1) 工序应根据工序特点和锻件形状与尺寸来确定。 2) 一般锻件可大致分为 6类，各类工序见表 2 3、确定锻造工序 表 2锻件分类及相应锻造工序 序号 类别 图例 锻造工序 实例 4 曲轴类 拔长 错移 锻台阶 扭转 曲轴 偏心轴 等 二、自由锻工艺规程的制订 第二节 自由锻 1) 工序应根据工序特点和锻件形状与尺寸来确定。 2) 一般锻件可大致分为 6类，各类工序见表 2 3、确定锻造工序 表 2锻件分类及相应锻造工序 序号 类别 图例 锻造工序 实例 5 弯曲类 拔长 弯曲 吊钩 弯杆 轴瓦盖 等 二、自由锻工艺规程的制订 第二节 自由锻 1) 工序应根据工序特点和锻件形状与尺寸来确定。 2) 一般锻件可大致分为 6类，各类工序见表