《机械制造基础》一体化教案1

1、机械制造基础教案2016 2017 学年第 1 学期课程类型： 一体化 授课班级： 机电15 授课教师： 蔡文华 2016 年 9 月 29 日课题名称金属材料的成形授课课时4教学目标1、铸造生产的特点及铸造工艺流程。2、合金的铸造性能。4、培养学生动手能力；培养学生团队合作意识；5、培养学生观察、分析能力；遵守劳动纪律和操作规程。实训课时2理论课时2授课日期2016.10.8-10.14教 具多媒体、实物、挂图教学重点铸造工艺概论教学难点金属的铸造性能教学回顾说明 任课教师签名：蔡文华 专业部主任签名： 蔡振坚 日期： 9.30 教 学 过 程 第 页一、组织教学。（5分钟）1、点名并登记好

2、出勤情况。2、讲解注意事项、检查学生自身安全隐患并排除。3、让学生合编成几个小组、以小组组长为每组负责人。二、导入新课。（5分钟）铸造是金属液态成形的一种方法，它能铸造各种尺寸、形状复杂的毛坯货零件，铸造具有实用性广、成本低廉的特点，是机械零件毛坯或零件成品热加工的一种重要工艺方法。本节开始将对铸造工艺概论基础知识进行讲解。三、理论新授。（一）铸造工艺概论（35分钟）（重点讲解）1、概论 （1）铸造定义：所谓金属液态成型，即铸造，是将液态金属借助外力充填到型腔中，使其凝固冷却而获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的工艺。 （2）用图片和动画展示一般的砂型铸造过程。 （3）铸造工艺特点：1）适应性广。

3、适应铸铁，碳钢，有色金属等材料；铸件大小，形状和重量几乎不受限制；壁厚1mm到1m ，质量零点几克到数百吨（三峡的水轮机叶轮重达430T）。2）可复杂成形。适合形状复杂，尤其是有复杂内腔的毛坯或零件。3）成本较低。可直接利用成本低廉的废机件和切屑，设备费用较低；在金属切削机床中，铸件占机床总重量75%以上，而生产成本仅占15-30%4）但也存在一些不足，如组织缺陷，力学性能偏低，质量不稳定，工作环境较差。因此，铸件多数做为毛坯用。组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺陷产生，导致铸件力学性能，特别是冲击性能较低。（发展了铸锻联合工艺）污染环境。铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对

4、环境的污染，比起其他机械制造工艺来更为严重，需要采取措施进行控制。（特种铸造工艺） 2、砂型铸造（结合实物讲解）（1）造型用造型材料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。造型材料：砂型铸造用的造型材料主要指型砂和芯砂。型砂和芯砂用原砂、粘结剂（粘土、水玻璃、树脂等）、附加物（煤粉、木屑等）等按一定比例配制而成。型（芯）砂应具备下列主要性能：强度、透气性 、耐火度 、退让性。 造型方法：造型方法可分为手工造型和机器造型两类。浇注系统：为使金属液顺利充填型腔而在砂型中开设的通道，称为浇注系统。浇注系统通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。 用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造，其生产过程如下

5、图。 造芯 ：型芯主要用来形成铸件的内腔。为了简化某些复杂铸件的造型工艺，型芯也可以用来形成铸件的外形。型芯通常采用芯盒制造。芯盒的种类如图2-3所示。 合型。将铸型的各个部分组合成一个完整铸型的操作过程称为合型。 （2）金属的熔炼和浇注熔炼。熔炼的目的是为了获得一定化学成分和温度的金属液。铸铁的熔炼常采用冲天炉，铸钢的熔炼采用电炉，非铁合金的熔炼采用坩埚炉。冲天炉的炉料有金属料、燃料和熔剂。金属料包括铸造生铁、回炉铁、废钢和铁合金。铸造生铁是炉料的主要成分。利用浇冒口、废铸铁件等回炉铁可降低铸件成本。加入废钢以及硅铁、锰铁等铁合金可调整金属液的化学成分。冲天炉的燃料为焦碳。 浇注。浇注是将金

6、属液从浇包注入铸型的过程。浇注时应注意安全，并控制好浇注温度和浇注速度。（3）落砂和清理 落砂-是指用手工或机械使铸件和型砂、砂箱分开的过程。铸件在砂型中要冷却到一定温度才能落砂。 清理-落砂后从铸件上清除浇冒口、型芯、毛刺、表面粘砂等过程称为清理。灰铸铁件、铸钢件、非铁合金铸件的浇冒口可分别用敲击、气割、锯割等方式去除。 （二）金属的铸造性能（20分钟）（难点，通过观看视频方法讲解）1、金属的流动性金属的流动性是指熔融金属的流动能力；在实际生产中，则是指熔融金属充填铸型的能力。金属的流动性主要受下列因素的影响：（1）化学成分（2）浇注温度（3）铸型条件和铸件结构。2、金属的收缩金属在铸型内随

7、着温度下降，其体积和尺寸会逐渐缩小，这种现象称为收缩。金属的收缩过程分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个阶段。金属的收缩主要受以下因素影响：化学成分、浇注温度 、铸型条件和铸件结构。 收缩对铸件质量的影响：缩孔和缩松、铸造应力。 3、合金的铸造性能v铸造性：指在铸造生产过程中合金铸造成形的难易程度。v主要衡量指标：合金的充型能力、收缩性v影响因素：合金的化学元素、工艺因素合金的流动性主要取决于它本身的化学成分。钢铁的流动性，可以从Fe-C合金相图判别。液相线与固相线的水平距离和垂直距离。距离越大，流动性越差。合金的化学成分决定了凝固模式v 凝固过程：液相凝固区固相区v 凝固区宽度分：逐层凝固、

8、中间凝固、糊状凝固凝固方式对流动性影响v 逐层凝固：纯金属、共晶类合金及窄结晶温度范围的合金。灰铸铁、硅黄铜及低碳钢。流动阻力小，填充能力强。v 糊状凝固：结晶温度范围大的合金。锡青铜、球墨铸铁及高碳钢。流动阻力大，填充能力差，容易产生铸造缺陷。中间凝固：中碳钢、白口铁及部分特种黄铜。（三）铸造生产方法（15分钟）1、基本工艺过程 2、造型材料 型（芯）砂、涂料等。 （1）对型（芯）砂的性能要求： 可塑性：主要与粘土含量有关。 强度：型砂在外力作用下易取得清晰的模型轮廓，外力去除后仍能保持其形状的性能。主要与原砂、粘接剂、紧实程度、砂粒粗细及其均匀性、水分等有关。 耐火性：型砂不软化、不烧结、

9、不粘在金属表面的性能。 主要与原砂的成分、形状和粒度有关。 透气性：允许气体透过的能力。砂粒粗大均匀，粘土少，水分适当透气性好。 退让性：铸件冷却收缩时，砂型和型芯被压缩的性能。减少粘土量，使用特殊的粘接剂和附加物（加锯末、木屑），可提高退让性。 （2）造型材料： 涂料 ：刷在砂型、型芯表面、防粘沙。3、各种砂型造型方法4、机器造型基本原理：填砂、紧砂、 压实、起模等实现机械化。 工艺特点：模板两箱造型。模样分做在模板两面。砂箱、模板、造型设备都是专用的。 分类：震击造型、压实造型、射砂造型、抛砂造型。 （1）震击造型：靠震击作用力将型砂紧实。特点是靠近模底板紧实程度高。 （2）压实造型：靠压

10、头的压力紧实型砂。特点是越接近模底板，紧实程度越差。 （3）射砂造型：生产率高，应用广。 （4）抛砂造型：生产率高，紧实均匀。四、小结（5分钟）要求学生掌握铸造生产的特点及铸造工艺流程与合金的铸造性能概述，包括合金充型能力、收缩性、常见缺陷现象及消除方法。五、实操（一）特种铸造专业知识讲解（40分钟）1、熔模铸造采用易熔材料制成模样来生产铸件的工艺方法。又称为“精密铸造”、“失蜡铸造”、“消失模铸造” （1）工艺过程：母模压型蜡模蜡模组装结壳脱蜡焙烧填砂造型浇注落砂清理及检验。 （2）工艺特点 铸件精度高（尺寸IT11-14）、表面质量好（Ra2.5-3.2）。 可作形状复杂的铸件。最小壁厚可

11、达0.3mm，最小孔径0.5mm。 适应各种合金的铸造，结壳材料耐火度高，可浇注高熔点合金及难切削合金（如不锈钢、高锰钢、耐热合金等）。 生产批量不受限制，既可成批生产，又可单件生产。原料价贵，工艺复杂，周期长，成本高，铸件尺寸、重量受限，最大不超过25Kg。 适用范围：（a）高熔点合金精密铸件的成批、大量生产。（b）形状复杂、难以切削加工的小零件。2、金属型铸造（结合实物讲解）（1）定义：用金属（铸铁或钢）铸型生产铸件的方法。 （2）分类：按分型方式，可分为整体式、水平式、垂直式和复合式。 （2）工艺特点：金属材料导热速度快、无退让性、透气性，耐火性差等金属型铸造的工艺措施 ：（1）预热：减

12、缓铸型对金属的激冷作用，避免浇不足、冷隔、裂纹等缺陷；减小浇注金属与铸型的温差，提高铸型寿命（2）刷耐火涂料：一般0.3-0.4mm，保护铸型、调节冷速、方便出型。 （3）分型面上做出通气槽和出气孔。 （4）掌握好开型时间。有利于取件、防止裂纹等缺陷。 金属型铸造的特点和应用： 尺寸精度高、表面质量好，节约金属。 组织致密，力性好实现“一型多铸”，生产率高，成本低，条件好，便于机械化和自动化。 铸型制造周期长、成本高、工艺参数要求严格，易出现大量同一缺陷的废品。 应用：大批量生产形状简单的有色金属铸件。黑金属铸件只限于形状简单的中、小型铸件。3、压力铸造（1）定义：金属液在高压下快速压入铸型，

13、并在压力下凝固而获得铸件的方法。 压力一般30-70MPa，充型时间一般0.05-0.25s。需专用设备压铸机。 （2）工艺过程：合型压射开型顶出铸件 （3）压铸的特点和适用范围： 1）精度和表面质量高于其他铸造方法，少、无切削加工。 2）压铸件强度、硬度较高，力学性能好。 3）可压铸出形状复杂的薄壁件，镶嵌件，最小壁厚0.4mm。 4）生产率高，条件好。 5）设备投资高，铸型制造周期长。 6）适用范围：大批量的有色金属铸件，缸体、齿轮、箱体、支架等。4、离心铸造将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下完成充型和凝固以获得铸件的方法。需专用设备：离心铸造机。分立式和卧式。 立式：铸型

14、绕垂直轴旋转，用于生产圆环铸件； 卧式：铸型绕水平轴旋转，用于生产管类和套类铸件。 离心铸造的特点和适用范围: 铸件组织致密，极少有缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷； 铸造圆筒形铸件时，可节省型芯和浇注系统，省工省料，降低成本；便于制造双金属铸件，如轧辊、钢套、镶铜衬、滑动轴承等。 合金充型能力得到了提高，可以浇注流动性较差的合金铸件和薄壁铸件，离心铸造内表面粗糙，尺寸不易控制，需增加加工余量且不适宜易偏析合金。 适用范围：管、套类铸件。铸铁管、气缸套、双金属轴承、特殊钢的无缝管坯等。（二）铸造工艺设计基础（结合实物讲解）（30分钟）1、浇注位置 浇注时，铸件在铸型中所处的位置称为浇注位置。浇注位置的选择应遵循以下基本原则：铸件的重要表面应朝下或位于侧面 ；铸件的宽大平面应朝下 ；铸件的薄壁部分应放在型腔的下部或垂直、倾斜位置，以利于金属液的充填，防止产生冷隔和浇不足等缺陷；铸件较厚的部分，浇注时应处于型腔的上部，以便安放冒口，实现自下而上的定向凝固，防止缩孔。 2、分型面的选择1）分型面应选择在铸件的最大截面处，以便于起模。2）尽量使分型面为平直面，且数量只有一个，以便简化造型，减少错型等缺陷。3）尽量使铸件的全部或大部分处于同一砂箱中，以保证铸件精度。4）应考虑下芯、检验和合型的方便。3、主要铸造工艺参数