机械制造基础

机械制造基础

缩孔的防止方法可以考虑采用冒口补充热节圆处的金属液体，和采用冷铁激冷远离冒口处的金属，在生产上一般称为定向凝固补缩原则。即远离冒口处的金属先凝固，靠近冒口处的金属后凝固，冒口处的金属最后凝固，形成一条畅通的补缩通道，如下图所示。动画：定向凝固18

三箱造型的特点是只能手工造型。因此，造型时工艺操作比较麻烦，只适应于单件小批生产。由于三箱造型的中箱高度与中箱模样的高度相等，故中箱的通用性较差。并且由于机器造型不能采用三箱造型，在大批生产时，往往采用外型芯环，从而使槽轮铸件的三箱造型变为两箱造型。19动画：变三箱造型为两箱造型

(5)应尽量使加工基准面与大部分加工面在同一砂箱内动画：分型面选择原则520以确保铸件的加工精度。

浇注系统的类型很多，根据合金种类和具体铸件情况不同，按照内浇道在铸件上开设位置的不同，可将浇注系统分为顶注式、底注式、中间注入式和分段注入式等。1)顶注式浇注系统2.浇注系统的类型

优点是易于充满型腔，型腔中金属的温度自下而上递增，因而补缩作用好、简单易做、节省金属。但对铸型冲击较大，有可能造成冲砂、飞溅和加剧金属的氧化。所以这类浇注系统多用于重量小，高度低和形状简单的铸件。动画：顶注式浇注系统212.5特种铸造

所谓特种铸造，是指有别于砂型铸造方法的其他铸造工艺。特种铸造一般能至少实现以下一种性能：铸造方法公差等级(CT)GB6414-86手工砂型11～13机器砂型8～10金属型6～9低压6～9熔模5～7提高铸件的尺寸精度和表面质量提高铸件的物理及力学性能提高金属的利用率(工艺出品率)减少原砂消耗量适宜高熔点、低流动性、易氧化合金铸造改善劳动条件，便于实现机械化和自动化26

随着大工业的到来，机器造型和特种铸造的需求日益上升，金属型开始进入使用。砂型───一次型泥型───半永久型金属型──永久型动画：整体式金属型铸造27

压铸模是进行压铸生产的主要工艺装备，压铸生产过程能否顺利进行，铸件质量有无保证，在很大程度上取决于模具结构的合理性和技术上的先进性。压铸模主要由动模和定模两大部分组成，其总体结构如下图所示。3.压铸模动画：压铸模28

型壳熔模铸造工艺如下视频所示。用易熔材料(蜡或塑料等)制成精确的可熔性模型,并进行蜡模组合，涂以若干层耐火涂料，经干燥硬化成整体型壳，加热型壳熔失模型，经高温焙烧而成耐火型壳，在型壳中浇注铸件。教学视频熔模铸造工艺29型壳熔模铸造工艺

铸造生产中，砂型（芯）直接承受液体金属作用的只是表面一层厚度仅为数毫米的砂壳，其余的砂只起支撑这一层砂壳的作用。若只用一层簿壳来制造铸件，将减少砂处理工部的大量工作，并能减少环境污染。

1940年，JohannesCroning发明用热法制造壳型，称为“C法”或“壳法”(shellprocess)，或叫壳型造型(shellmolding)，目前该法不仅可用于造型，更主要的是用于制壳芯。壳型铸造30

1.壳型铸造（翻斗法）

该法用酚醛树脂作黏结剂，配制的型（芯）砂叫覆膜砂，像干砂一样松散。其制壳的方法有两种：翻斗法和吹砂法。翻斗法常用于制造壳型，吹砂法用于制造壳芯。31动画：壳型铸造（翻斗法）

教学视频：壳形铸造32

磁性铸造是德国在研究消失模铸造的基础上发明的铸造方法，其实质是采用铁丸代替型砂及型芯砂，用磁场作用力代替铸造黏结剂，用泡沫塑料气化模代替普通模样的一种新的铸造方法。其质量状况与实型铸造相同，同时比实型铸造更减少了铸造材料的消耗。经常用于自动化生产线上，可铸材料和大小范围广，常用于汽车零件等精度要求高的中小型铸件生产。磁性铸造33动画：磁型铸造

差压铸造装置如动画所示，其工作原理是：浇注前密封室内有一定的压力（或真空度），然后借往密封室A中加压或由密封室B减压，使A、B室之间形成压力差，进进行升液、充型和结晶。34动画：差压铸造

2.差压铸造的工作原理常用铸造方法的比较表2-7常用铸造方法与砂型铸造方法的比较

铸造种类比较项目砂型铸造熔模铸造陶瓷型铸造金属型铸造低压铸造压力铸造离心铸造适用合金的范围不限制以碳钢和合金钢为主以高熔点合金为主以有色金为主以有色金为主用于有色合金多用于黑色金属,铜合金适用铸件的大小及重量范围不限制一般<25kg大中型件，最大达数吨中小件，铸钢可达数吨中小件最重可达数百千克一般中小型铸件中小件适用铸件的最小壁厚范围(mm)灰铸件3，铸钢件5，有色合金3通常0.7，孔Φ1.5～2.0通常>1，孔>Φ2铝合金2～3,铸铁>4铸钢>5通常壁厚2～5最小壁厚0.7铜合金<2其它0.5～1孔Φ0.7最小内孔为ΦΦ7表面粗糙度(um)粗糙6.3～1.66.3～1.612.5～6.312.5～1.63.2～0.8尺寸公差(mm)CT11～13CT4CT6CT6CT6CT4金属利用率70909070809570～90铸件内部质量结晶粗结晶粗结晶粗结晶细结晶细结晶细结晶细生产率(在适当机械化、自动化后)可达240箱/h中等低中等中等高高应用举例各类铸件刀具、机械叶片、测量仪表、电风设备等各类模具发动机、汽车、飞机、拖拉机、电器零件等发动机、电器零件；叶轮；壳体；箱体等汽车、电器仪表、照相器材、国防工业零件等各种套、环、筒、辊、叶轮等常用铸造方法与砂型铸造方法的比较见表2-7。

35锻压成形(1)部分主要包含了以下内容：363.1金属的塑性变形及锻造性能3.1.1金属的塑性变形3.1.2金属及合金的锻造性能3.2锻造3.2.1自由锻造3.2.2胎模锻3.2.3模型锻造3.2.4压力机上模锻3.2.5锻造自动生产线锻压成形(1)

锻压是利用金属的塑性变形，改变坯料的尺寸和形状，并改善其内部组织和力学性能，获得所需毛坯或零件的成形加工方法。锻造和冲压是锻压成形的主要方法之一。锻造一般是将轧制圆钢、方钢（中、小锻件）或钢锭（大锻件）加热到高温状态后进行加工。锻造能够改善铸态组织、锻合铸造缺陷（缩孔、气孔等），使锻件组织紧密、晶粒细化、成份均匀，从而显著提高金属的力学性能。因此，锻造主要用来制造那些承受重载、冲击载荷、交变载荷的重要的机械零件或毛坯，如各种机床的主轴和齿轮、汽车发动机的曲轴和连杆、起重机吊钩及各种刀具、模具等。锻压成形383.1.1金属的塑性变形3.1金属的塑性变形及锻造性能动画：单晶体正应力拉伸

1.塑性变形金属在外力作用下，内部产生应力和应变。当应力小于屈服强度时，内部只发生弹性应变；当应力超过屈服强度时，迫使组成金属的晶粒内部产生滑移或孪晶，同时晶粒间也产生滑移和转动，因而形成了宏观的塑性变形。

1）弹性变形及破断当金属受外力作用时，外力可分为正应力和切应力，正应力使金属产生弹性变形或破断。39

2）单晶体塑性变形

实验表明，晶体只有在切应力的作用下才会发生塑性变形。室温下，单晶体的塑性变形主要是通过滑移和孪生进行的。滑移是指在切应力作用下，晶体的一部分相对于晶体的另一部分沿滑移面作整体滑动，动画为单晶体在切应力作用下的滑移变形过程。动画：单晶体在切应力作用下的滑移变形40动画：几种常用锻压方法的应力状态41综上所述，金属的锻造性不仅取决于金属的本质，还取决于变形的工艺条件。因此，进行压力加工时，要力求创造最有利的变形条件,充分发挥金属的塑性，降低变形抗力，使能量消耗最少,用最经济的方法达到加工的目的。教学视频：锻造性及其影响因素422．自由锻的基本工序

自由锻的基本工序是指锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工艺过程。主要包括镦粗、拔长、弯曲、冲孔、扭转、错移等，其中最常用的是镦粗、拔长和冲孔。

1)镦粗使坯料整体或一部分高度减小、截面积增大的工序

(1)镦粗的种类。分为完全镦粗、局部镦粗和垫环镦粗等。动画：镦粗434）弯曲5）扭转教学视频：弯曲教学视频：扭转

将毛坯弯成所需形状的工序，在进行弯曲变形前，先要将毛坯锻成所需形状，使体积合理分配。便于获得合格产品。

将毛坯一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的工序。442)典型锻件的自由锻工艺示例45锻件名称工艺类别锻造温度范围设备材料加热火次齿轮坯自由锻1200～800℃65Kg空气锤45钢1

锻件图

坯料图序号工序名称工序简图使用工具操作要点1局部镦粗火钳镦粗漏盘控制镦粗后的高度为45mm表3-2自由锻工艺序号工序名称工序简图使用工具操作要点4修整平面火钳镦粗漏盘

轻打使锻件厚度达到441mm

46典型锻件的自由锻工艺示例（续）典型锻件的自由锻工艺示例（续）1．胎模锻锻模的种类、结构及用途

名称动画视频结构和用途摔模摔模由上摔、下摔及摔把组成。常用于回转体轴类锻件的成形或精整，或为合模制坯。弯模弯模由上模、下模组成。用于吊钩、吊环等弯杆类锻件的成形或为合模制坯。47胎模的种类、结构和用途

锻压成形(2)部分主要包含了以下内容：483.3板料冲压3.3.1概述3.3.2冲压设备3.3.3冲压的基本工序3.3.4冲模3.4粉末冶金3.4.1粉末冶金的概念及工艺过程3.4.2粉末冶金的特点与应用

3.5锻压新工艺3.5.1超塑性成形3.5.2粉末锻造3.5.3液态模锻3.5.4多向模锻3.5.5半固态金属塑性成形3.5.6高能率成形3.5.7精密冲裁3.5.8回转成形3.5.9其他成形：锻压成形(1)

板料冲压是在冲床上用冲模使金属或非金属板料产生分离或变形而获得制件的加工方法。板料冲压通常在室温下进行，所以又叫冷冲压。用于冲压的材料必须具有良好的塑性，常用的有低碳钢、高塑性合金钢、铝和铝合金、铜和铜合金等金属材料以及皮革、塑料、胶木等非金属材料。冲压的优点是生产率高、成本低；成品的形状复杂、尺寸精度高、表面质量好且刚度大、强度高、重量轻，无需切削加工即可使用。因此在汽车、拖拉机、电机、电器、日常生活用品及国防工业生产中得到广泛应用。板料冲压

概述50

冲压常用的设备有剪床和冲床等。剪床的作用是把板料切成一定宽度的条料，为后续的冲压备料。冲床的作用是完成冲压的各道工序，生产出合格的产品。冲压设备动画：剪床工作原理剪床51

1）翻边

所谓翻边就是将零件的孔边缘或外边缘在模具作用下，翻成竖立边缘的一种冲压工艺方法。4.其他成形工序简介

动画：翻边教学视频：翻边52

冲模是实现坯料分离或变形必不可少的工艺装备，工作时必须保证冲出合格的制件，同时能适应生产规模的需要，还应使模具制造及维修方便，操作简单、安全可靠。

1.冲模的结构组成和作用

一副完整的冲模应由工作零件、定位零件、卸料零件、导向零件、基础零件及紧固零件六大部分组成。冲模

动画：模具剖视53教学视频：冲模543)板料的真空成形和吹塑成形

将超塑性板料放在模具中，并与模具一起加热到超塑性温度后，将模具内的空气抽出（真空成形）或向模具内吹入压缩空气（吹塑成形），利用气压差使板坯紧贴在模具上，从而获得所需形状的工件。这种方法主要适合于成形钛合金、铝合金、锌合金等形状复杂的壳体零件。通常零件厚度在0.4～4mm之间的薄板用真空成形法，而厚度较大、强度较高的板料用吹塑法。真空成形和吹塑成形552.粉末锻造的工艺流程

粉末锻造的工艺流程为：

制粉混粉冷压制坯烧结加热模锻热处理成品。动画：粉末锻造的工艺流程56高能率成形

高能率成形是利用炸药或电装置在极短时间内释放出化学能、电能、电磁能等，通过空气或水等传压介质产生的高压冲击波使板坯迅速变形和贴模而获得制件的成形方法。常用的高能率成形方法有爆炸成形、电液成形、电磁成形等。它们的共同特点是模具简单，零件精度高、表面质量好，能加工塑性差的难成形材料，生产周期短、成本低。

1.爆炸成形爆炸成形是利用高能炸药在爆炸瞬间释放出的巨大化学能对金属毛