第五章 毛坯的制造方法

第五章坯料的制造方法是铸造是熔炼金属、制造铸模、将熔液注入铸模、凝固得到铸件的成形方法。 铸造优点：1)利用液态金属的流动能力进行成形，成形方便，形状复杂，尤其适用于制造具有复杂型腔的零件坯料2 )铸造适应性强，铸件质量为几克到几百吨，壁厚为0.3mm到1m以上。 各种金属材料几乎可以铸造成形3 )铸造材料来源广，价格便宜4 )铸造设备比较简单，投资少5 )铸件形状接近零件，切削加工工时减少，节约金属材料，铸造成本低。 铸造缺点：1)铸件组织疏松，晶粒粗大，力学性能差；2 )铸造工艺多，铸件质量不稳定。 第一节铸造、第一、砂型铸造、砂型铸造的生产过程，第一、造型用造型材料和图案等技术装备制造铸模的过程称为造型，图案的作用是形成铸件的外形。 木材图案：单体或少量生产金属，塑料图案：大量生产。 1 )造型材料砂型铸造用的造型材料主要指铸件砂和型芯砂。 铸件砂和型芯砂用原砂、粘合剂、附件(煤粉、木屑等)、水等按一定比例配制，粘合剂通常为粘土。 型(芯)砂应具备主要性能：塑性：爪(芯)砂在外力作用下能够形成清晰的模型轮廓，能够消除外力完全保持现有形状的能力。 可塑性好的话，砂型和芯的形状会变得正确。 强度：爪(芯)砂抵抗外力破坏的能力。 强度差容易导致塌方、塌方、砂眼等缺陷。 通气性：指砂样空隙率。 透气性差，铸件容易产生气孔缺陷。 耐火性：爪(芯)砂抵抗高温高热作用的能力。 耐火性差，铸件容易出现磨砂缺陷，影响铸件的清洁和切削加工。 逃逸性：铸件凝固冷却时，模具(芯)砂被压缩的能力。 退避性差时，铸件的内部应力增大，产生裂纹。 注：芯被金属液包围，芯砂的能力高于铸砂。 2 )造型方法(1)所谓手工造型，都是手工或手工完成的造型。 手工造型有很大的灵活性和适应性，但生产率低，劳动强度大，铸件质量不高。 用于单品的小批量生产。 (2)机械造型是指用机械完成全部或至少填砂完成作业的造型工序。 机械造型能显着提高铸件的质量和生产效率，改善工作条件，但需要专用设备、砂箱和铸模。 主要用于大量生产。 整体造型，分离造型，挖砂造型，图案整体，分离面为平面，型腔位于一个沙箱内。 最大截面靠近一端，适用于平面铸件。 另外，图案沿截面最大半部分被处理，空腔位于上下两个沙箱内。 适用于最大截面为中央或圆形的铸件。先挖出阻碍起模的沙子，然后关上箱子。 适用于单品少量生产，分离面不是平面铸件。常用的手工造型方法、成活造型、叶片造型、三箱造型，应阻碍起模部分成活，防止造型时成活位置的偏移。 适合单品少量生产，带凸台的铸件。 用特制的刮刀代替图案进行造型，省略了图案，但造型困难。 适用于单件少量的旋转体铸件。 造型采用三个砂箱(上、中、下)，中砂箱高度有一定要求。 适用于单件小批量生产，最大截面有两个，中间有一个小截面的铸件。2、造芯主要用于形成铸件内腔和尺寸较大的孔，有时也用于形成铸件外形以简化造型技术。 单体、批量生产时，经常手工制作芯的大量生产时，使用机械制作芯。 制作芯时，在芯内放置芯骨，通过提高强度和打开通气孔来提高排气能力的芯，多为了进一步提高强度和通气性而干燥。3、合箱、熔炼和浇注合箱将铸模的各部分组装成一个完整的铸模的作业过程成为合箱。 合上箱子前检查铸模安装芯上模按上下模。 金属溶解的目的是得到一定的化学成分和温度的合格金属液。 浇注是将熔融金属从浇包注入铸模的过程。 浇注时，请控制浇注温度和浇注速度，一次完成浇注。 4、落砂与落砂的清扫是将铸件与铸件砂、砂箱手工或机械分离的过程。 铸件必须在砂型中冷却到一定的温度才能落砂。 落砂太快，铸件表层出现白口组织，切削加工困难，落砂太慢，收缩应力增大，铸件裂纹倾向也增大。 扫除是在砂子掉落后，从铸件上取下浇口、芯、毛刺、表面粘砂等的过程。 清扫过的铸件要进行质量检查。 二、铸造技术设计铸造技术设计依据零件的结构特点：凸台、肋的有无等技术要件：表面粗糙度、尺寸、位置精度等生产批次：如单体小批次或大批次等生产条件：铸造设备、技术水平等。 铸造技术设计的主要内容是设计选择浇注位置和分型面的铸造工艺参数的浇注系统。 1、浇注位置和分型面的选择1 )浇注位置的选择浇注位置是浇注时模具分型面所在的位置，分型面为上、下模具间的接合面，可以水平、垂直或倾斜。 选择浇注位置的基本原则是铸件的重要表面朝下或位于侧面。 金属液中的熔渣、气体等容易上浮，铸件的上部缺陷多于下部，组织也不如下部致密。 铸件的宽平面应朝下。 宽阔的平面向上，模腔上表面在高温下烧成的面积大，铸砂因急剧的热膨胀而向外侧翘曲，容易破裂，形成砂体缺陷。 铸件的薄壁部分应放置在型腔下部或垂直倾斜位置，以便于金属液的填充，以免发生冷隔离或注射不足等缺陷。 铸件较厚的部分应位于型腔上部，以进行冒口，实现自下而上的定向凝固，防止缩痕。2 )分型面的选择分型面是指上下模型间的接合面，可以是水平、垂直或倾斜的。 选择分离面的基本原则是分离面在铸件的最大截面上使起模变得容易。 尽量使分离面平直，数量只有一个。 这样，造型变得简单，可以减少盒子等的不足。为了保证铸件的精度，尽量将铸件的全部或大部分放入同一砂箱中。 必须考虑下芯、检查和装箱的便利性。 2、主要铸造工艺参数1 )加工馀量为保证铸件加工面的尺寸和零件精度，应增加铸造工艺设计时机械加工时切除的金属层厚度，其等于后续所有加工工序的加工馀量之和。 如果加工馀量过大，金属的消耗和切削加工工时增加，加工馀量过小，零件有可能被废弃。 对于特定的零件，在图形中具有表面粗糙度符号、尺寸公差、螺纹符号或表面几何公差符号的部分必须给出加工馀量。 零件的孔、槽是否铸造，必须考虑工艺上的可行性和使用上的必要性。 通常，大的孔和槽需要铸造以节约金属材料和切削加工的工时。小的孔和槽不需要铸造，搬到机械加工上比较经济。 无拔模斜度，有拔模斜度，2 )拔模斜度在图案上与拔模方向平行的面需要一定的斜度，以便易于从模具中取出图案，称为拔模斜度。 拔模斜度的大小取决于高度、造型方法、花纹材料等要素。 墙壁越高，倾斜度越大的机械形状的倾斜度必须比手工作业的形状小，模具的倾斜度必须比木模小，外模的倾斜度必须比内壁小。 3 )铸造圆角在设计铸件和图案时，交叉壁的接合部有圆弧过渡，被称为铸造圆角。 铸造圆角，砂型不易破损，铸件尖角不会产生凹痕、松弛等缺陷，也不会形成应力集中。铸造圆角半径一般取壁厚的0.20.4倍，尺寸统一记载于技术要求，图中一般不显示铸造圆角。 4 )铸造收缩率将铸件冷却时的尺寸缩小率称为收缩率。 铸造合金在冷却时会收缩，为了保证铸件的尺寸，在制造花纹时，花纹的尺寸必须大于铸件的尺寸。 收缩率的大小与金属的线收缩率有关。 灰铸铁为0.71.0%； 铸钢为1.52.0%。 3、浇注系统为了将金属液顺畅地填充到型腔中而在砂型上开设的通路称为浇注系统。 汤杯：汤杯接收进入浇包的金属液，使浇注变得容易，缓和金属液对砂型的冲击，阻止熔渣流入型腔。 直浇道：直浇道以其高度产生的静压使型腔的各部分充满金属液。 流道：流道将金属液分配给各流道，作为熔渣发挥作用。 流道：控制金属液流入型腔的方向和速度。 冒口：向铸件最后的凝固部位供给金属液，起到补偿收缩的作用。 熔模铸造工艺、三、其他铸造方法介绍1、熔模铸造熔模铸造是利用易熔材料(钎料等)制作图案，在图案上复盖几层耐火涂料，制作硬壳，熔化图案后，可高温烧结浇铸的铸造方法。 熔模铸造特点：无分离面，型腔内表面清洁，熔模铸造精度高，表面质量好，可生产形状复杂的铸件熔模铸造适用于各种铸造合金、各种生产批次的缺点是生产工序多，生产周期长，铸件不大。 熔模铸造应用范围：用于形状复杂、精度高或切削加工困难的小型零件的批量生产。 目前广泛应用于航空航天、船舶、汽车等行业。 垂直分型金属模铸造，2，用金属模铸造使液态金属流入金属模具得到铸件的方法。 金属模具是由铸铁和铸钢制成的。 根据分离面的方向，金属模型分为一体型、垂直分离型、水平分离型、适合分离型。 金属模铸造特点：金属模铸造可进行一型多铸造，生产率高，成本低，生产机械化和自动化容易的金属模铸件精度高，表面质量好，表面粗糙度值小，切削加工馀量减少的金属模具热传导快，铸件冷却快，铸件晶粒细小，力学性能提高，但、 由于金属液流动性降低，容易发生浇注不足、冷隔离等缺陷，铸件形状不应过于复杂，壁不应过薄，金属模具制造成本高，周期长，因此金属铸造不适合单体少量生产。 金属模具铸造应用范围：用于有色金属铸件的大量生产，如铝合金活塞、缸等。 第二节锻压成形、锻压利用金属的塑性变形，改变材料的尺寸和形状，改善内部组织和力学性能，得到必要的材料和部件成形加工方法。 锻压主要有锻造和冲压。 一、锻造锻造：在冲压设备和工(模具)的作用下，使原材料或铸锭发生局部或全部塑性变形，得到一定的几何尺寸、形状和质量的锻造品的加工方法。 自由锻模是锻模，1、自由锻模只是一种简单通用的锻造工具，或者是锻造设备的上下砧间坯料直接变形得到锻件的锻造方法。 这分为手工自由锻炼和机械自由锻炼。 自由锻造的特点：自由锻造可加工各种大小的锻造件，对于大型锻造件，自由锻造是唯一的生产方法自由锻造所需的生产准备时间短自由锻造生产率低、劳动强度大、锻造件形状简单、精度低、加工馀量大，适合单件少量生产。 气锤的工作原理，1 )自由锻造设备(1)气锤以压缩空气为工作介质，使锤子上下运动工作，吨位一般在50750kg之间，主要用于小型锻件的生产。蒸汽-空气自由锻锤，水压机，(2)蒸汽-空气自由锻锤蒸汽-空气自由锻锤以蒸汽或压缩空气为工作介质。 使锤子上下运动工作时，其常用吨位为15t，适合锻造中型或大型锻件。 (3)水压机在高压水的巨大静压下使金属变形，主要用于大型锻件的生产。 2 )自由锻造的基本工序(1)镦粗是减少坯料高度、增大横截面积的锻造工序，有完全镦粗和局部镦粗两种。 (2)在减少坯料横截面积、增加长度的锻造工序中，拔模长度可分为平砧拔模长度和芯棒拔模长度两种。 芯棒的拔出长度是通过使中空材料的壁厚变薄来延长其长度的锻造工序。 拔长用于轴棒类锻件或长筒类锻件的生产。 (3)冲孔冲头是在原材料上冲出贯通孔或不贯通孔的锻造工序。 一般在冲裁前放入材料，降低冲裁高度。 薄料可单面冲裁，厚料需双面冲裁。 2、模锻是用模具使原材料变形得到锻造品的锻造方法。 模锻特点：模锻与自由锻造相比，具有生产率高、锻件外形复杂、尺寸精度高、表面粗糙度值小、加工馀量小等优点模锻件质量受设备能力限制一般在150kg以下，模锻制造成本高，模锻适合中小锻件的大量生产。 1 )锤上模锻设备锤上模锻的常用设备为蒸汽-空气模锻锤，其工作原理与蒸汽-空气模锻锤基本相同，常用吨数为115t，模锻件的质量为0.5150kg。 2 )冲模结构上的冲模紧固在锤子上，下面的冲模紧固在冲模垫上。 上模和下模的界面称为分离面，上模和下模之间的模腔称为模腔。 模锻时，将加热后的坯料放入下模的孔中，上模用锤子向下移动，上模、下模关闭后，坯料充满整个模的孔，多馀的坯料流入毛刺槽，取出，得到带毛刺的锻造品。 用切边模切毛刺可以得到所需的锻件。 3 )模具型腔通常分为预成形型腔、预成形型腔、端模型腔。 复杂形状的锻件，必须先放入预锻模具中再进行预锻。 坯料预锻后，形状、尺寸更接近锻件。 最终，用最终的锻造模具最终锻造成形，成为带毛刺的锻造品。 4 )皮带通孔的锻造品在锻造中不能直接形成通孔，经常残留金属层，称为连皮。 连皮需要在模锻后立即冲走。 切边和去皮后锻件要校正。 3、锻模锻造是利用自由锻造设备可移动的简单模具生产锻件的锻造方法。 冲模没有固定在锤或砧上，使用时放置在自由锤的下砧上，使用后放下。 胎膜锻炼的特点：与自由锻炼相比，由于坯料是在模孔内成形的，锻件尺寸比较准确，表面比较清洁，流线组织分布比较合理，质量高的锻件形状由模具控制，坯料成形快， 生产率比自由锻造高15倍的模锻能够锻造形状比较复杂的锻造品，加工馀量少，因此能够节约金属材料，同时减少加工工时。 与模具锻造相比，具有设备简便、技术灵活等优点。 锻模主要用于小型锻件的中小批量生产。 冲模锻造工序的流程，二、冲压机是利用冲模分离或成形杆而得到产品的加工方法，称为冲压机。 冲压特点：冲压操作简单，机械化和自动化简单，生产率高，产品成本低冲压零件精度高，表面质量好，兼容性好，一般无切削加工即可使用冲压零件重量轻，强度、刚性高，有利于减轻结构重量模具制造复杂，周期长，成本高。 在常温下进行冲压部分的冷压和热压的冲压加工称为冷压。 用于冷压的板材具有良好的塑性，厚度必须在8mm以下的板材厚度超过8mm时，最好采用热压。开式冲床、1、冲床设备冲床设备主要有冲床、冲床、冲床和冲床等。开式压力机拆装方便，标称压力通常为602000kN。 闭式压力机操作不便，标称压力大，通常为10003000kN。 冲压、旋涂机、厂家、冲压、冲压、2、冲压的基本工序1 )冲压是用冲压模具将板材封闭，用轮廓从材料中分离出来的冲压方法。 落料：冲裁时，落下的部分为零件，周边为废料时冲裁：冲裁时，周边为零件时，落下的部分为废料。 2 )弯曲弯曲是通过弯曲力矩将板材、型材或管材弯曲成具有一定曲率和角度的产品的成形方法。 在弯曲过程中，板材放置在冲模上，冲模将板材压入冲模下，板材的弯曲半径逐渐变小，冲模和板材减少至完全一致。 为了防止弯曲裂纹，弯曲模具弯曲半径大于规定的最小半径rmin，通常rmin=(0.251)，为金属板材料的厚度. 3 )光圈是利用模具将棒材成形为中空部件的冲压方法。 拉深过程中的板材通过冲压模具逐渐压入模具内