工程材料及成形工艺基础-课件

工程材料及热成形工艺基础

---铸造1金属材料毛坯零件

机械零件的形成过程铸、锻、焊切削热加工根据零件的使用要求性能结构精度确定零件的材料加工工艺过程2ppt课件钢铁材料分类回顾金属钢铁铸铁——钢白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁非合金钢——（碳钢）碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、易切削钢、铸钢合金钢合金结构钢低合金结构钢、渗碳钢、调质钢、滚动轴承钢、弹簧钢、超高强度钢合金工具钢量具刃具钢合金模具钢高速钢冷作模具钢热作模具钢特殊性能钢——不锈钢、耐热钢、耐磨钢非铁金属——铜、铝、钛、锌、…，轴承合金，硬质合金3ppt课件毛坯生产

毛坯：根据机器零件所要求的工艺尺寸、形状而制成的坯料，供进一步加工使用，以获得成品零件。常用的毛坯除型材外，主要有铸件、锻件、冲压件和焊接件。获得毛坯的生产过程就是毛坯生产。

毛坯生产方法：铸造、锻造、冲压、焊接等。4ppt课件毛坯的获得？选材原则：使用性、工艺性、经济性5ppt课件概述—定义铸造——将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。6ppt课件概述—特点、分类特点：铸造方法

砂型铸造——90%以上； 特种铸造——铸件性能较好，精度低，效率高

金属型铸造、压力铸造、熔模铸造、离心铸造……优点：零件的形状复杂；工艺灵活；成本较低。缺点：机械性能较低；精度低；效率低、劳动条件差7ppt课件概述—本章要点本章要点金属铸造性能砂型铸造铸造工艺设计要点特种铸造8ppt课件铸造性能—流动性流动性——流动能力，影响到液态合金的充型能力

流动性意义：

流动性测量：螺旋形流动试样的长度试样越长，流动性越好流动性不足对铸件质量的影响：冷隔、浇不到易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件；有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除；易于补缩及热裂纹的弥合9ppt课件铸造性能—流动性常用合金的流动性（砂型，试样截面8×8mm）合金种类铸型种类浇注温度（℃）螺旋线长度（mm）铸铁C+Si=6.2%

C+Si=5.9%

C+Si=5.2%

C+Si=4.2%砂型砂型砂型砂型1300130013001300180013001000600铸钢C=0.4%砂型砂型16001640100200铝硅合金（铝硅明）镁合金（含Al及Zn）锡青铜（Sn=10%,Zn=2%）硅黄铜（Si=1.5～4.5%）金属型（300℃）砂型砂型砂型680～72070010401100700～800400～600420100010ppt课件铸造性能—流动性流动性影响因素材料化学成分——结晶温度范围：恒温？一定温度区间？纯金属、共晶合金铸造工艺条件铸造工艺条件——浇注温度、浇注压力铸型材料导热性、铸型内腔形状与尺寸改善流动性措施成分（共晶或附近）透气性（好），导热系数（小）浇注温度（高）浇注压力（大）浇注系统截面尺寸11ppt课件铸造性能——收缩率合金收缩的概念——金属液在凝固和冷却时的体积和尺寸缩减。收缩液态收缩（浇注温度—液相线）凝固收缩（液相线—固相线）固态收缩（固相线—室温）形成缩孔、缩松（体收缩率）——产生变形和裂纹（线收缩率）几种铁碳合金的体积收缩率合金种类含碳量（%）浇注温度（℃）液态收缩（%）凝固收缩（%）固态收缩（%）总体积收缩（%）线收缩率（%）碳素铸钢白口铸铁灰铸铁0.353.03.51610140014001.62.43.53.04.00.17.865.4~6.33.3~4.212.4612~12.96.9~7.81.38~2.01.35~2.00.8~1.012ppt课件缩孔缩松示意图13ppt课件铸造性能——收缩率收缩对铸件质量的影响影响收缩的因素:【化学成分】【工艺条件】:温度、型腔【缩孔】液态收缩和凝固收缩部分得不到补足时，在铸件的最后凝固处出现的较大的集中孔洞【缩松】是分散在铸件内的细小的缩孔。【变形与开裂】铸件凝固后继续冷却，固态收缩受到阻碍就产生铸造内应力，当内应力达到一定数值，铸件便产生变形甚至开裂14ppt课件砂型铸造造型材料来源广泛，成本低廉，是最常用的铸造方法，目前我国砂型铸件约占铸件产量的80%15ppt课件砂型铸造过程型砂模样落砂清理造型浇注铸件16ppt课件砂型铸造常见缺陷孔洞：气孔、缩孔、缩松、砂眼、渣眼；表面缺陷：粘砂、夹砂；裂纹：热裂、冷裂等；其他：浇不足、冷隔、错箱等。17ppt课件几种造型方法整模造型分模造型三箱造型活块造型刮板造型挖砂造型……18ppt课件1、整模造型模样为整体模,且分型面是平面；用于形状简单且最大截面在一端并为平面的的铸件。19ppt课件2、分模造型模样有几部分组成,且分型是平面；用于铸件没有平面，且最大截面在中部，可将模样从中间分开。20ppt课件3、三箱造型21ppt课件4、活块造型用于带有突出部分而妨碍起模的铸件。22ppt课件5、刮板造型用于单件大回转体铸件.23ppt课件6、挖沙造型主要用于外廓为曲面或阶梯型的铸件。24ppt课件特种铸造金属型铸造压力铸造熔模铸造离心铸造实型铸造25ppt课件特种铸造--金属型26ppt课件特种铸造--压力铸造27ppt课件特种铸造--熔模铸造28ppt课件特种铸造--离心铸造29ppt课件铸造方法的选择砂型铸造熔模铸造金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造适用金属任意铸钢为主有色合金为主铝、锌合金等有色合金为主铸铁、铜合金铸件大小任意<25Kg中小为主<10Kg中小为主不限表面质量差高较高最高较高较高生产批量不限成批、大量大批大量大批大量成批、大量成批、大量生产率低、中低、中中、高最高中中、高应用床身,机架箱体带轮刀具叶片自行车零件铝活塞水暖化油器仪表喇叭缸体缸盖壳体螺旋桨铁管环套辊轴承30ppt课件铸件的结构工艺性进行铸件结构设计，不仅要保证其力学性能要求，还必需考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求，使铸件的结构与这些要求相适应。使这些铸件具有良好的工艺性，以便保证铸件质量，降低生产成本，提高生产率。

一、铸件结构应利于避免或减少铸件缺陷铸件的结构，如果不能满足合金铸造性能的要求，将可能产生浇不足、冷隔、缩松、气孔、裂纹和变形等缺陷。

31ppt课件1.壁厚合理“最小壁厚值”：铸件壁厚应大于最小壁厚，否则易产生浇不足、冷隔缺陷；但壁厚太大，金属液冷速降低，晶粒粗大，力学性能下降。32ppt课件铸件壁较厚，容易产生缩孔。将壁厚减薄，采用加强筋，可防止以上的缺陷。33ppt课件34ppt课件2.铸件壁厚力求均匀35ppt课件36ppt课件铸钢件应避免较大热节，故不宜采用交叉接头。37ppt课件3.铸件壁的连接结构圆角：可使铸件壁间的转角处避免热节、减轻应力集中、改善结晶方向，从而提高转角处的力学性能。外圆角还可美化铸件外形；内圆角还可防止金属液冲坏型腔尖角。38ppt课件避免锐角连接

——减小热节和内应力

厚薄壁间的连接要逐步过渡

——减少应力集中39ppt课件4.避免较大水平面浇注时铸件朝上的水平面易产生气孔、砂眼、夹渣等缺陷。因此，设计铸件时应尽量减小过大的水平面或采用倾斜的表面。40ppt课件合理的铸件结构设计，除了满足零件的使用性能要求外，还应使其铸造工艺过程尽量简单。以提高生产效率，降低废品率，为生产过程的机械化创造条件。二、铸件结构应利于简化铸造工艺1.铸件外形尽量简单（1）避免外部的侧凹，减少分型面或外部型芯：（2）分型面应平直：（3）凸台和筋的设计应便于造型和起模：（4）铸件的垂直壁上应考虑给出结构斜度：41ppt课件减少分型面数目42ppt课件43ppt课件分型面要平直44ppt课件避免活块45ppt课件2.铸件内腔结构应符合铸造工艺要求不用或少用型芯46ppt课件型芯稳固、排气清理方便47ppt课件48ppt课件3.铸件的结构斜度垂直于分型面的非加工面上设计出结构斜度，斜度较大。与拔模斜度不同，结构斜度是在设计时设计上去的，不再被加工掉。49ppt课件4.组合铸件的应用大型复杂铸件.三、铸件结构要便于后续加工减少加工量，便于加工50p