热加工工艺-铸造

1、热加工工艺热加工工艺: 机器零件毛坯的生产方法。机器零件毛坯的生产方法。金属材料金属材料 零件：零件：毛坯毛坯铸造铸造锻压锻压焊接焊接切削加工切削加工冷加工冷加工一般需要两个阶段一般需要两个阶段热热加加工工热加工工艺学习要点热加工工艺学习要点 热加工部分主要介绍零件毛坯的生产方法，分别是：热加工部分主要介绍零件毛坯的生产方法，分别是： 铸造铸造、金属压力加工（、金属压力加工（锻压锻压）和）和焊接焊接。一一 铸造部分铸造部分 1 铸造生产的特点和应用范围：能生产形状复杂件，但铸件的铸造生产的特点和应用范围：能生产形状复杂件，但铸件的 力学性能差。适用于外形或内腔复杂但受力不是很大的零件毛力学性能

2、差。适用于外形或内腔复杂但受力不是很大的零件毛坯，如：机器的底座、支架、箱体等。坯，如：机器的底座、支架、箱体等。 2 合金的铸造性能：合金的流动性和合金的收缩性。合金的铸造性能：合金的流动性和合金的收缩性。流动性越好、收缩越小则合金的铸造性越好。铸造性好的合金流动性越好、收缩越小则合金的铸造性越好。铸造性好的合金容易生产出质量完美的铸件；而材料的铸造性能不好，则易使容易生产出质量完美的铸件；而材料的铸造性能不好，则易使铸件产生诸如：浇不足、冷隔、气孔、夹渣，缩孔、缩松、应铸件产生诸如：浇不足、冷隔、气孔、夹渣，缩孔、缩松、应力、变形和裂纹等铸造缺陷。力、变形和裂纹等铸造缺陷。合金的流动性：液

3、态合金本身的流动能力。合金的流动性：液态合金本身的流动能力。不同的合金其流动性不同，铸铁的流动性最好，而铸钢的流动性最差。不同的合金其流动性不同，铸铁的流动性最好，而铸钢的流动性最差。故而铸铁能铸出的最小壁厚比铸钢件小。故而铸铁能铸出的最小壁厚比铸钢件小。铸造合金的收缩性：合金从浇注、凝固直至冷却到室温，铸造合金的收缩性：合金从浇注、凝固直至冷却到室温， 其体积或尺寸缩减的现象。其体积或尺寸缩减的现象。合金的收缩经历三个阶段：液态收缩、凝固收缩和固态收缩。合金的收缩经历三个阶段：液态收缩、凝固收缩和固态收缩。液态收缩、凝固收缩将会导致铸件产生缩孔、缩孔；液态收缩、凝固收缩将会导致铸件产生缩孔、

4、缩孔；固态收缩则可能引起铸件中的应力、变形和裂纹缺陷。固态收缩则可能引起铸件中的应力、变形和裂纹缺陷。缩孔的产生原因：缩孔的产生原因： 合金的液态收缩和凝固收缩使体积减小，如得不到外来液体的补充，合金的液态收缩和凝固收缩使体积减小，如得不到外来液体的补充，则产生缩孔；则产生缩孔； 防止缩孔的工艺措施防止缩孔的工艺措施是采用顺序凝固原则，在最后凝固的部位加冒口；是采用顺序凝固原则，在最后凝固的部位加冒口； 热应力的产生原因：热应力的产生原因： 铸件的壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，收铸件的壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，收缩不同步，而且互相阻碍，于是产生应力。缩不同步，而且互相阻碍，于是产生应力

5、。 应力性质及变形规律：拉厚压薄，薄凸厚凹。应力性质及变形规律：拉厚压薄，薄凸厚凹。 防止应力和变形的工艺措施防止应力和变形的工艺措施是采用同时凝固原则，浇口开在薄处，是采用同时凝固原则，浇口开在薄处，并在最后凝固的厚部加冷铁并在最后凝固的厚部加冷铁；提高型砂退让性等。；提高型砂退让性等。 3 铸造方法分两大类铸造方法分两大类， 特种铸造方法的实质和应用特种铸造方法的实质和应用。4 铸件结构设计铸件结构设计热应力热应力、收缩压力、相变应力收缩压力、相变应力第一章第一章 铸铸 造造一一 铸造生产的实质铸造生产的实质1、实质：制造铸型，熔炼金属，并将熔融金属浇入铸型型腔，实质：制造铸型，熔炼金属，

6、并将熔融金属浇入铸型型腔， 冷凝后得到所需要的形状和性能的铸件。冷凝后得到所需要的形状和性能的铸件。2、主要工作：、主要工作：制做铸型制做铸型熔炼金属熔炼金属浇注浇注二二 铸造生产的特点铸造生产的特点1、能生产形状复杂的铸件，特别是具、能生产形状复杂的铸件，特别是具 有复杂内腔的零件毛坯；有复杂内腔的零件毛坯； 如复杂的箱体，内燃机的机体、如复杂的箱体，内燃机的机体、 缸盖缸盖、机床床身等。机床床身等。 概概 述述沧州铁狮子：沧州铁狮子：高高5.4m、长长6. 5m重重40吨吨液态成型液态成型各种形状、尺寸各种形状、尺寸（0.5mm1m壁厚）、壁厚）、 重量重量（几克（几克几百吨）几百吨）、

7、生产规模生产规模。 正定铜佛正定铜佛高高22m、42臂臂、重重120吨。吨。2、适应性广（工艺灵活性大）；、适应性广（工艺灵活性大）；各种金属各种金属：铸铁、铸钢及各种有色金属：铸铁、铸钢及各种有色金属4 力学性能差，特别是冲击韧性低于同材料的锻件，铸件笨重力学性能差，特别是冲击韧性低于同材料的锻件，铸件笨重。5 工序多且难于精确控制，质量不稳，废品率高工序多且难于精确控制，质量不稳，废品率高。6 劳动条件差：高温、高粉尘、高的劳动强度劳动条件差：高温、高粉尘、高的劳动强度。三三 铸造生产的用途铸造生产的用途除除受力复杂受力复杂（尤其受拉力、冲击力较大尤其受拉力、冲击力较大），对强度和韧性，对

8、强度和韧性 要求较高的重要件要求较高的重要件外外，均可使用铸件。，均可使用铸件。 如：机床床身、减速器箱体、电动机外壳等。如：机床床身、减速器箱体、电动机外壳等。3 成本低；原材料来源广，价格便宜，设备投资少成本低；原材料来源广，价格便宜，设备投资少。1 合金的铸造性能合金的铸造性能合金的铸造性能：指合金在铸造生产中所表现出来的工艺性能。合金的铸造性能：指合金在铸造生产中所表现出来的工艺性能。铸造性能是合金的流动性、收缩性、偏析性和吸气性等性能的综合体现。铸造性能是合金的流动性、收缩性、偏析性和吸气性等性能的综合体现。一一 合金的流动性和充型能力合金的流动性和充型能力（一）合金的流动性（一）合

9、金的流动性1 概念：概念：液体合金本身的流动能力。液体合金本身的流动能力。 合金的流动性越好：合金的流动性越好：a 容易浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件容易浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件，防止浇不足、冷隔缺陷；，防止浇不足、冷隔缺陷；b 有利于夹杂物和气体的上浮和排除，减少夹杂和气孔缺陷；有利于夹杂物和气体的上浮和排除，减少夹杂和气孔缺陷；c 有利于凝固过程中的补缩，减少缩孔和缩松。有利于凝固过程中的补缩，减少缩孔和缩松。2 流动性的度量：流动性的度量：（螺旋型流动性试样）（螺旋型流动性试样）铸铁的流动性最好，试样长度可达铸铁的流动性最好，试样长度可达1000mm；铝合金的流动性次之，试样长度可

10、达铝合金的流动性次之，试样长度可达800mm；铸钢的流动性最差，其试样长度仅为铸钢的流动性最差，其试样长度仅为200mm。3 流动性的影响因素：流动性的影响因素：a 合金的种类；合金的种类；b 合金的化学成分和结晶特征：合金的化学成分和结晶特征：c 合金的物理性能：合金的物理性能：纯金属和共晶成分的金属流动性最好；纯金属和共晶成分的金属流动性最好；结晶温度范围越宽，流动性越差结晶温度范围越宽，流动性越差粘度粘度 、结晶潜热、结晶潜热 、导热系数、导热系数 流动性流动性 。（二）合金的充型能力（二）合金的充型能力1 充型能力：充型能力：合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状正确的优质铸件的能力。合金充

11、满型腔，形成轮廓清晰、形状正确的优质铸件的能力。2 影响充型能力的因素：影响充型能力的因素：流动性；浇注条件；铸型条件；铸件结构。流动性；浇注条件；铸型条件；铸件结构。 流动性流动性对充型能力的影响最大，流动性越好，充型能力越强；对充型能力的影响最大，流动性越好，充型能力越强； 浇注条件浇注条件对充型能力有着决定性的影响：对充型能力有着决定性的影响：浇注温度：浇注温度：充型压力（直浇道高度）；充型压力（直浇道高度）；浇注系统结构。浇注系统结构。提高液态金属流动的阻力提高液态金属流动的阻力加快冷却速度加快冷却速度降低流动速动降低流动速动一般地，凡一般地，凡的因素，都使的因素，都使充型能力降低充型

12、能力降低。浇注温度：浇注温度：温度温度 充型能力充型能力适宜的浇注温度：铸铁适宜的浇注温度：铸铁 12301380 铸钢铸钢 15201620 铝合金铝合金 680780 充型压力（直浇道高度）：充型压力（直浇道高度）：提高充型压力提高充型压力（或增加直浇道高度或增加直浇道高度）可有效地提高充型能力。可有效地提高充型能力。直浇道高度应大于直浇道高度应大于200mm。浇注系统结构：浇注系统结构：浇注系统越复杂，流动阻力越大，充型能力下降。浇注系统越复杂，流动阻力越大，充型能力下降。 铸型条件铸型条件对充型能力有着显著的影响；对充型能力有着显著的影响； 铸型的蓄热能力：铸型从金属液中吸收和储存热量

13、的能力。铸型的蓄热能力：铸型从金属液中吸收和储存热量的能力。 铸型的导热性铸型的导热性、比热容、比热容 激冷作用激冷作用 充型能力充型能力铸型的温度；铸型的温度铸型的温度；铸型的温度 充型能力充型能力铸型中的气体：阻碍金属液的流动铸型中的气体：阻碍金属液的流动 充型能力充型能力 铸件结构铸件结构对充型能力有着相当的影响。对充型能力有着相当的影响。3 提高充型能力的措施：提高充型能力的措施：设计铸件时，尽量选用流动性好的合金；设计铸件时，尽量选用流动性好的合金；提高浇注温度，加高直浇道，扩大内浇口截面积；提高浇注温度，加高直浇道，扩大内浇口截面积；烘干铸型，增大出气口；烘干铸型，增大出气口；改进

14、铸件结构。改进铸件结构。二二 铸造合金的收缩铸造合金的收缩（一）（一） 概念：概念： 铸件在凝固和冷却的过程中，其体积和尺寸减小的现象。铸件在凝固和冷却的过程中，其体积和尺寸减小的现象。（二）收缩的形式和度量：（二）收缩的形式和度量：液态收缩：液态收缩：ABCD时间时间图中的图中的AB段，从浇注温度到开始凝固温度。段，从浇注温度到开始凝固温度。此阶段的收缩通常用体积收缩率来表示：此阶段的收缩通常用体积收缩率来表示：%100)(10010ttvvvvv凝固收缩：凝固收缩：固态收缩：固态收缩：图中的图中的BC段，从凝固开始温度到凝固结束温度。段，从凝固开始温度到凝固结束温度。凝固收缩通常也用体积收

15、缩率来表示。凝固收缩通常也用体积收缩率来表示。图中的图中的CD段，即从凝固终了冷却到室温的收缩。段，即从凝固终了冷却到室温的收缩。固态收缩通常用线收缩率来表示：固态收缩通常用线收缩率来表示：%100)(10010ttlllll灰铸铁的收缩最小，而铸钢和白口铁的收缩最大。灰铸铁的收缩最小，而铸钢和白口铁的收缩最大。ABCD时间时间（三）收缩对铸件质量的影响（三）收缩对铸件质量的影响1 铸件中的缩孔铸件中的缩孔a 缩孔的形成过程：缩孔的形成过程：b 产生原因：产生原因：合金的合金的液态收缩液态收缩、凝固收缩凝固收缩得不到液态金属的补充。得不到液态金属的补充。热节热节：铸件中局部厚大的部位。：铸件中

16、局部厚大的部位。e 缩孔的防止方法：缩孔的防止方法：在结构设计时，避免铸件壁过厚；在结构设计时，避免铸件壁过厚；加加冒口冒口、冷铁冷铁，工艺上采用工艺上采用顺序凝固顺序凝固原则。原则。c 缩孔的位置缩孔的位置同一厚度：靠近上表面同一厚度：靠近上表面不同厚度：最厚部位靠近上表面不同厚度：最厚部位靠近上表面d 缩孔的危害缩孔的危害降低有效面积，降低力学性能。降低有效面积，降低力学性能。2 铸件中的缩松铸件中的缩松凝固顺序：远离冒口部位凝固顺序：远离冒口部位 冒冒口口 3 铸造应力：铸造应力：铸件凝固后仍处于高温，在以后的冷却收缩过程中如受到阻碍，其内部铸件凝固后仍处于高温，在以后的冷却收缩过程中如

17、受到阻碍，其内部将产生应力，这个内应力叫做铸造内应力。将产生应力，这个内应力叫做铸造内应力。铸造内应力可分为两类：铸造内应力可分为两类：热应力热应力、收缩应力收缩应力和和相变应力相变应力。（1）热应力）热应力122+-热应力产生的原因：热应力产生的原因：铸件铸件壁厚不均壁厚不均，冷却速度不一致，收缩不同步且互相阻碍。，冷却速度不一致，收缩不同步且互相阻碍。热应力性质：热应力性质： 厚：拉应力；薄：压应力。厚：拉应力；薄：压应力。热应力产生的原因：热应力产生的原因：铸件铸件壁厚不均壁厚不均，冷却速度不一致，收缩不同步且互相阻碍。，冷却速度不一致，收缩不同步且互相阻碍。练习练习分析如图所示铸件所产

18、生的热应力分析如图所示铸件所产生的热应力T型梁铸件型梁铸件热应力性质：热应力性质：厚（冷却慢）：拉应力厚（冷却慢）：拉应力薄（冷却快）薄（冷却快） ：压应力：压应力园柱铸件园柱铸件+-（2）相变应力）相变应力（3）收缩应力）收缩应力如铸件各部分发生相变的时间不一致，其体积变化不均如铸件各部分发生相变的时间不一致，其体积变化不均衡，则可能导致相变应力的产生。衡，则可能导致相变应力的产生。铸件弹性阶段的收缩受到铸型和型芯的机械阻铸件弹性阶段的收缩受到铸型和型芯的机械阻碍碍。收缩应力是临时应力，落砂后自行消失。收缩应力是临时应力，落砂后自行消失。铸型铸型型芯型芯（4）铸造应力对铸件的危害）铸造应力对

19、铸件的危害a 铸态变形：铸态变形：-b 切削加工变形：切削加工变形：+-铸态铸态车外圆车外圆钻中心孔钻中心孔刨侧面刨侧面变形规律：变形规律：厚：内凹厚：内凹薄：外凸薄：外凸含碳含碳0.3%碳钢碳钢 室温室温 ： b480Mpa；17% 1400 ：b 约为约为2Mpa；约为约为0.3% 收缩应力收缩应力 b ： 产生热裂纹产生热裂纹c 铸件的裂纹：铸件的裂纹：当铸件内的应力大于材料的强度极限时，则会产生裂纹。当铸件内的应力大于材料的强度极限时，则会产生裂纹。热裂热裂： 凝固末期高温下形成的裂纹。凝固末期高温下形成的裂纹。特征特征：裂纹短小，形状曲折，缝内有氧化色。：裂纹短小，形状曲折，缝内有氧

20、化色。冷裂冷裂： 铸件于弹性阶段即在低温时形成的裂纹。铸件于弹性阶段即在低温时形成的裂纹。特征特征：裂纹细小，呈连续直线状，缝内干净。：裂纹细小，呈连续直线状，缝内干净。结晶温度范围越大，收缩应力越大，越容易产生热裂纹结晶温度范围越大，收缩应力越大，越容易产生热裂纹。铸钢、可锻铸铁、某些铝合金热裂倾向大；铸钢、可锻铸铁、某些铝合金热裂倾向大； 灰铸铁件、球磨铸铁件热裂倾向小灰铸铁件、球磨铸铁件热裂倾向小。塑性差的合金，如白口铸铁件、高碳钢件容易产生冷裂纹。塑性差的合金，如白口铸铁件、高碳钢件容易产生冷裂纹。铸件上受拉伸部位，尤其是有应力集中部位容易产生冷裂纹。铸件上受拉伸部位，尤其是有应力集中

21、部位容易产生冷裂纹。 常出现在应力集中部位或热节附近常出现在应力集中部位或热节附近。（5）应力、变形和裂纹的防止措施：）应力、变形和裂纹的防止措施：铸件设计尽量使壁厚均匀；铸件设计尽量使壁厚均匀；采取合理的铸造工艺采取合理的铸造工艺 同时凝固同时凝固原则；原则；去应力退火。去应力退火。冷铁冷铁增加型（芯）砂的退让性；增加型（芯）砂的退让性；铸件设计壁厚力求均匀，形状对称；铸件设计壁厚力求均匀，形状对称；采用反变形法；采用反变形法；尽量减小铸造应力；尽量减小铸造应力；限制有害元素的含量，如钢铁中的限制有害元素的含量，如钢铁中的S、P含量。含量。a 减小应力的措施减小应力的措施b 减小变形的措施减

22、小变形的措施c 防止裂纹的措施防止裂纹的措施3 铸造方法铸造方法铸造方法可分为铸造方法可分为砂型铸造砂型铸造和和特种铸造特种铸造两大类。两大类。一一 砂型铸造砂型铸造用用型砂型砂紧实成型的铸造方法。紧实成型的铸造方法。生产过程：生产过程：2 熔炼金属熔炼金属3 浇注浇注4 落砂落砂5 清理清理6 检验检验落砂落砂检验检验1 制造砂型制造砂型造型造型造芯造芯合箱合箱（一）手工造型（一）手工造型（二）机器造型（二）机器造型特点：操作灵活，工装简单，适应性强。特点：操作灵活，工装简单，适应性强。劳动强度大，生产率低，质量不稳定。劳动强度大，生产率低，质量不稳定。造型方法：造型方法：应用范围：应用范围

23、：单件小批量生产，特别是重型和形状复杂件单件小批量生产，特别是重型和形状复杂件紧实型砂和起模由机器来完成的造型方法。紧实型砂和起模由机器来完成的造型方法。紧实型砂和起模由手工来完成的造型方法。紧实型砂和起模由手工来完成的造型方法。特点及应用范围：特点及应用范围：生产率高，铸件质量易保证；生产率高，铸件质量易保证；需专用设备、砂箱和模板，投资较大。需专用设备、砂箱和模板，投资较大。适用于大批量生产铸件。适用于大批量生产铸件。 在在造型材料造型材料、造型方法造型方法以及以及浇注条件浇注条件等方面与砂型等方面与砂型铸造有着显著区别的一些铸造方法。铸造有着显著区别的一些铸造方法。二二 特种铸造特种铸造

24、砂型铸造特点：砂型铸造特点：砂子来源广，设备投资少砂子来源广，设备投资少。适应性广适应性广。生产率低生产率低。铸件质量不够好铸件质量不够好。（一）（一） 熔模铸造熔模铸造1、工艺过程：、工艺过程：2、特点：、特点：可铸出精度高、表面光可铸出精度高、表面光、形状复杂的铸件；形状复杂的铸件；适用于各种铸造合金；适用于各种铸造合金；适合各种批量；适合各种批量；工序长，生产周期工序长，生产周期 415天，成本高。天，成本高。3、用途：、用途：要求精度高，且不便于进行切削加工的零件，如发动机的叶片要求精度高，且不便于进行切削加工的零件，如发动机的叶片、齿轮滚刀。多用于小型零件，一般不超过齿轮滚刀。多用于

25、小型零件，一般不超过25公斤。公斤。母模母模压型压型压制蜡模压制蜡模组模组模结壳结壳熔模熔模焙烧焙烧浇注浇注在造型方法上改革在造型方法上改革（制壳（制壳 硬结）硬结）（二）（二） 金属型铸造金属型铸造1、实质：、实质：将液体金属浇入金属铸型型腔以获将液体金属浇入金属铸型型腔以获得铸件的工艺过程。得铸件的工艺过程。对传统砂型铸造对传统砂型铸造造型材料造型材料的改革。的改革。（永久型铸造）（永久型铸造）2、特点：、特点： 生产率高；铸件质量好；难铸薄壁件；铸型成本高；生产率高；铸件质量好；难铸薄壁件；铸型成本高； 3、用途：、用途：大批量生产有色金属件大批量生产有色金属件，如铝合金的如铝合金的活塞

26、活塞等。等。金属型金属型：水平分型式、垂直分型式、复合分型式、整体式水平分型式、垂直分型式、复合分型式、整体式金属型材料：金属型材料：铸铁、铸钢（要求较高时）铸铁、铸钢（要求较高时）与砂型铸造相比与砂型铸造相比：金属材料导热性好金属材料导热性好 浇不足、冷隔浇不足、冷隔 金属材料没有透气性金属材料没有透气性、退让性退让性 气孔、应力气孔、应力高温液态金属反复与型腔壁接触，受到高温液态金属反复与型腔壁接触，受到“热激热激” ，降低铸型使用寿命降低铸型使用寿命（三）（三） 压力铸造压力铸造 在高压（在高压（505000MPa）下，快速将液态或半液态金属压入金属型）下，快速将液态或半液态金属压入金属

27、型中，以得到铸件。是对砂型铸造中，以得到铸件。是对砂型铸造造型材料和浇注方法造型材料和浇注方法的改革。的改革。1、工艺过程：、工艺过程：2、生产特点：、生产特点： 具备金属型铸造的特点，但可生产薄壁件；具备金属型铸造的特点，但可生产薄壁件； 生产率极高，每八小时可压铸生产率极高，每八小时可压铸30007000次；次； 内部常有气孔，不能进行热处理和过量切削加工；内部常有气孔，不能进行热处理和过量切削加工； 设备复杂、昂贵。设备复杂、昂贵。3、用途、用途：大批量生产有色金属件，特别是薄壁件，如大批量生产有色金属件，特别是薄壁件，如仪表的外壳仪表的外壳。闭闭合合压压型型压压入入金金属属打打开开压压

28、型型顶顶出出铸铸件件合型机构和压射机构合型机构和压射机构静静型型动动型型铸型：压型铸型：压型 设备：压铸机设备：压铸机型芯型芯（五）（五） 离心铸造离心铸造1、工艺过程：、工艺过程：将液体金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力将液体金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用的作用 下充填铸型和结晶。下充填铸型和结晶。2、特点：、特点：铸件质量比较好铸件质量比较好；中空结构可不用型芯和浇注系统，简化生产过程，节约金属；中空结构可不用型芯和浇注系统，简化生产过程，节约金属；便于生产双金属结构；便于生产双金属结构；内孔不准确，内表面缺陷多。内孔不准确，内表面缺陷多。3、用途：、用途：主要用于生产一些管、套类铸件，如主要用于生产一些管、套类铸件，如下水道管下水道管等。等。（四）（四） 低压铸造低压铸造5 零件结构的铸造工艺性零件结构的铸造工艺性一一 铸件结构的合理性铸件结构的合理性（满足合金铸造性能的要求）（满足合金铸造性能的要求）1、铸件应有合理的壁厚：、铸件应有合理的壁厚：太薄：浇不足、冷隔；太薄：浇不足、冷隔；太厚：晶粒粗大，机械性能下降。太厚：晶粒粗大，机械性能下降。HT件壁厚大于件壁厚大于5mm ，不应超过，不应超过25mm；ZG8mm，临界壁厚，临界壁厚40mm。总要求总要求 铸件结构的合理性铸件结构的合理性（满足合金铸造性能的要求）（满足合