金工实习教学课件

金工实习机械工业出版社陈志鹏主编第1章安全文明生产目录劳动保护1.1金工实习中的劳动保护1.2生产安全已成为人们日益关注的问题,而劳动保护与生产安全密切相关。劳动保护,就是保护劳动者在劳动生产过程中的人身安全与健康。劳动者是社会的主人,更是创造财富的主体;实践“以人为本”的理念,把人的健康与安全摆在首要地位是毫无疑问的。因此,必须采取有效的技术措施,保护劳动者在生产过程中的安全与健康。从技术措施上,保护劳动者在劳动过程的安全与健康,应包括安全技术与劳动卫生。1.1劳动保护1.安全技术安全技术是指在生产过程中为防止各种伤害,以及火灾、爆炸等事故,并为职工提供安全、良好的劳动条件而采取的各种技术措施。安全技术的研究范围包括机械、物理、化学等因素引起急性的,即突然发生的人身伤害事故。机械方面的不安全因素有碰击、绞轧造成的砸、割损伤,压力容器爆炸发生的伤害等;物理方面的不安全因素有火焰、熔融金属造成的高温烧伤或灼伤,触电引起的电伤、电击;化学方面的不安全因素有化学物品(如氰化物等)急性中毒。安全技术措施,主要是进行技术改造,改善劳动条件,实现机械化、自动化操作;设置防护、保险机构和实现劳动者的自我防护。2.劳动卫生劳动卫生是指针对长期从事有害健康的劳动,以致使身体发生慢性病理改变,导致职业中毒或患职业病而应该采取的防护措施。劳动卫生研究的内容有物理、化学、物理化学和生物等方面的不卫生因素。物理方面的不卫生因素包括气象条件、热辐射、电磁波、电离辐射、噪声等;化学、物理化学和生物方面的不卫生因素有生产性毒物(如有机溶剂蒸气等)、生产性粉尘(如硅尘、煤尘等)、微生物与寄生虫的侵袭等。劳动卫生的技术措施主要从技术工艺改进着手,把有毒、有尘作业改为无毒、无尘作业;同时采取防尘、防毒措施,以及劳动者个人使用防护用品加以保护。

1.2金工实习中的劳动保护金工实习中涉及劳动保护的内容主要有铸造、金属压力加工、焊接、金属热处理、机械切削加工和钳工等。这些工艺实施和相关设备的运行过程中都潜在种种不安全、不卫生因素,对操作者的身体安全和健康构成威胁,应分别加以认识并采取必要的措施进行防范。1.2.1铸造中的劳动保护1.安全技术铸造工艺的实施,必须将固态金属加热熔化成为具有流动性的液态。金属的熔点甚高,而且为了使熔融金属具有流动性,必须使加热温度高于金属熔点,即所谓的浇注温度。砂型铸造所使用的铸造用砂,其主要成分为二氧化硅,铸造过程中进行干砂搅拌和落砂清理时,会有大量含硅粉尘飞扬,通过呼吸道进入人体。当进入人体的含硅粉尘数量达到一定程度后,就会形成不可逆转的硅肺病,严重时将会威胁人的生命。1.2.1铸造中的劳动保护2.铸造中的安全保护铸造中的安全保护措施,除了对运动机器加以必要的防护外,更重要的是注意安全操作和操作者的自我保护。主要措施如下:(1)避免高温伤害(2)避免硅尘进入体内搅拌型砂、落砂清理时,采用湿式搅拌、清理。按规定,操作者必须戴符合要求的口罩。(3)其他安全操作1.2.2压力加工中的劳动保护1.压力加工中的不安全因素金属压力加工,包括自由锻造、模型锻造和冷冲压,它们的工艺过程都是对金属施加冲击力(或压力)而改变其形状,其间,机械设备或工具均处于连续锻击的运动状态,引起十分强烈的振动。和振动相伴是噪声。噪声会使人的注意力分散、烦躁,劳动者若长期暴露于噪声中,听觉器官和其他系统会受到损伤而发生病变,从而引起噪声性疾病。运动中的机械极易发生机械碰击,直接伤害人体。除冷冲压外的其他压力加工中,金属在高温状态下受力变形,亦属于高温作业,存在着高温、热辐射等不安全因素。1.2.2压力加工中的劳动保护2.压力加工中的安全保护金属压力加工中的安全保护主要包括如下内容:(1)机械设备的防护各种锻压机床的齿轮传动或带传动部分,必须加上牢固的防护罩,防止人体误入而受到伤害。(2)遵守安全操作规程(3)个人防护1.2.3焊接中的劳动保护1.焊接中的不安全因素电弧焊、埋弧焊、电阻焊、气体保护焊等的动力来源均是强大的电流。电流在绝缘的载体内流动,对人体无害,但一旦暴露于外,并与人体接触时,就会对人体造成电击、电伤。电弧焊工艺过程还会产生电弧,电弧温度高达3000℃以上,在此温度下可产生大量紫外线,作用于人眼,使人眼产生急性角膜炎、结膜炎,称为电光性眼炎。气焊、气割使用的氧和可燃气体,均储存于高压钢瓶内。这些钢瓶一旦爆裂,将会造成极大的危害。1.2.3焊接中的劳动保护2.焊接中的安全保护(1)焊接设备的安全技术(2)自我防护(3)触电的预防与救护1.2.4金属热处理中的劳动保护1.金属热处理中的不安全因素金属热处理中的正火、淬火、退火和渗碳,须将钢材加热到750~1250℃,炽热的金属会对人体造成灼伤。金属加热所需的能源多数来自电能,电能的使用有触电的潜在危险。金属加热设备中的盐浴炉炉温高达1300℃,盐呈熔融状态,容易飞溅伤人。较重的热处理件处于高温状态,且均用起重机进行操作,有可能因起重机操作失误而造成伤害事故。1.2.4金属热处理中的劳动保护2.金属热处理中的安全保护(1)自我防护(2)遵守安全操作规程(3)预防触电事故1.2.6钳工操作中的劳动保护1.钳工操作中的不安全因素钳工操作虽然以操作者的双手为主,但也存在不安全因素。例如,錾削时挥动锤子,就可能脱锤伤人;锯削用力不当可能造成断锯刺伤;刮削时可能因工件的毛刺刮伤肌肤等。同时,钳工操作中还会用钻床钻孔、用砂轮机磨削刀具,而钻床、砂轮机都是旋转运动的机器,亦有可能造成人身伤害事故。1.2.6钳工操作中的劳动保护2.钳工操作中的安全防护穿好工作服,戴好工作帽,将长发塞入帽中。进行锯、锉、刮、錾削应戴手套,但使用钻床等旋转运动机器时,不得戴手套。使用锉刀、刮刀前应检查木柄是否开裂;不能使用没有木柄的锉刀、刮刀进行操作。放置锉刀时,不要把锉刀露出钳台外面。使用手锯时,不可突然用力过猛;当将要锯断时,适当减力,以免锯条折断刮伤。使用钻床、砂轮机前要检查设备有无故障,确认没有钻夹头钥匙或楔铁插在钻床主轴上;要变更钻床转速,必须在停机状态下进行;停机时应待钻床自然停止,切不可用手去停止;装卸钻削工件,必须待钻床主轴停止转动后才能进行。金工实习机械工业出版社陈志鹏主编第2章金工实习基础知识目录常用的金属材料及非金属材料2.1常用量具2.22.1常用的金属材料及非金属材料2.1.1金属材料1.金属材料的分类金属是指具有良好的导电性和导热性,有一定的强度和塑性,并具有光泽的物质,如铁、铝和铜等。金属材料是由金属元素组成的材料或以金属元素为主要成分,并具有金属特性的工程材料。金属材料包括纯金属和合金两类。金属材料可分为黑色金属和有色金属两大类。铁或以铁为主而形成的金属,称为黑色金属,如钢和铸铁。除黑色金属以外的其他金属,称为有色金属,如铜、铝、镁、锌等。2.金属材料的性能金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料在使用过程中表现出来的特性,包括力学性能、物理性能和化学性能等,它们决定金属材料的应用范围、安全可靠性和使用寿命。工艺性能是指材料对各种加工工艺适应的能力,包括铸造性能、可锻性、焊接性、切削加工性能和热处理工艺性能等。金属材料的使用性能见表2-13.常用钢铁材料工业上将碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金称为钢。钢具有良好的使用性能和工艺性能,因此获得了广泛的应用。(1)钢的分类钢的分类方法很多,常用的分类方法有以下几种。1)按化学成分分类,可分为碳素钢和合金钢。2)按用途分类,钢可以分为结构钢(主要用于制造各种机械零件和工程构件)、工具钢(主要用于制造各种刀具、量具和模具等)、特殊性能钢(具有特殊的物理、化学性能的钢,可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢等)。3)按品质分类,分为普通钢(wP≤0.045%,wS≤0.05%)、优质钢(wP≤0.035%,wS≤0.035%)、高级优质钢(wP≤0.025%,wS≤0.025%)。3.常用钢铁材料(2)碳素钢的牌号、性能及用途碳素结构钢的牌号用“Q+数字”表示,其中“Q”为屈服强度的“屈”字汉语拼音首字母,数字表示屈服强度的数值。牌号后可加注字母,表示钢材的质量等级或脱氧方法。(3)合金钢的牌号、性能及用途为了提高钢的性能,在碳素钢基础上特意加入合金元素所获得的钢种称为合金钢。(4)铸钢的牌号、性能及用途铸钢主要用于制造形状复杂,具有一定强度、塑性和韧性的零件。4.有色金属材料有色金属材料中应用最广的是铝及铝合金、铜及铜合金。(1)铝及铝合金纯铝主要用于熔炼铝合金、制造电线,以及要求导热、耐蚀的器具等。(2)铜及铜合金纯铜具有优良的导电性和导热性,工业中主要用于制造导体和配制合金。2.1.2非金属材料目前,在机械制造工程中使用的非金属材料主要有橡胶、工程塑料、陶瓷、粘结剂及复合材料等,它们已经成为机械工程材料中不可缺少的重要组成部分。1.橡胶橡胶是以高聚物为基础的高分子材料。它具有弹性好、抗折、耐磨、可塑性和加工工艺性能好的优点,但易老化,耐热性和热稳定性差,耐碱不耐强酸,耐油、耐溶剂性能差等缺点,广泛用于制作轮胎、胶带、胶管、密封件等橡胶制品。2.塑料塑料是以合成树脂为主要原料,加入各种改善性能的添加剂,在一定温度和压力的条件下,塑制成形的高分子材料。2.1.2非金属材料3.陶瓷材料陶瓷材料是无机非金属材料的统称,包括陶器、瓷器、玻璃、搪瓷、耐火材料等。陶瓷材料最突出的特点是其具有极好的耐热性能、绝缘性能和耐蚀性。4.粘结剂粘结剂主要用于粘结物体。粘结剂一般由几种成分混合而成,常以高聚物(或高分子化合物如树脂、橡胶)为基料,添加固化剂、填料、溶剂等配制而成,如环氧粘结剂、聚氨酯粘结剂、酚醛粘结剂等。5.复合材料复合材料是由两种或两种以上的化学性质不同的材料经人工合成获得的新型材料。2.2常用量具1.钢直尺钢直尺的长度规格有150mm、300mm、500mm、1000mm四种,常用的是150mm和300mm两种。图2.1钢直尺的使用方法2.2.1常见量具及其使用2.游标卡尺游标卡尺是一种常用的量具,具有结构简单、使用方便、精度中等和测量范围大等特点,可以用它来测量零件的外径、内径、长度、宽度、厚度、深度和孔距等。图2.2游标卡尺3.千分尺千分尺是微分套筒读数的示值为0.01mm的测量工具,其测量精度比游标卡尺高。按照用途可将千分尺分为外径千分尺、内径千分尺和深度千分尺等几种。图2.30~25mm外径千分尺4.百分表百分表的分度值为0.01mm,是一种精度较高的测量工具。它只能读出相对的数值,不能测出绝对数值,主要用来检验零件的形状误差和位置误差,也常在装夹时用于精密找正。图2.4百分表5.内径百分表内径百分表(图2-5)是百分表的一种,用来测量孔径及其形状精度,测量精度为0.01mm。图2.5内径百分表6.游标万能角度尺游标万能角度尺是用来测量精密零件内外角度或进行角度划线的角度量具。图2.6游标万能角度尺7.塞尺塞尺又称厚薄规或间隙片,主要用来检验机床特别紧固面和紧固面、活塞与气缸、活塞环槽和活塞环、十字头滑板和导板、进排气阀顶端和摇臂、齿轮啮合间隙等两个结合面之间的间隙图2.7塞尺8.刀口尺刀口尺是用光隙法检验直线度或平面度的量尺,如图2-13所示。如果工件的表面不平,则刀口形直尺与工件表面间有间隙存在。根据光隙可以判断误差状况,也可用塞尺检验缝隙的大小。图2.8刀口尺2.2.2量具的保养量具的精度直接影响检测的可靠性,因此,必须加强量具的保养。量具使用保养重点在于避免量具的破损、变形、锈蚀和磨损。因此,必须做到以下几点:1)量具在使用前、后必须用棉纱擦干净。2)不能用精密量具测量毛坯或运动着的工件。3)测量时不能用力过猛、过大,不能测量温度过高的物体。4)不能将量具与工具混放、乱放,不能将量具当工具使用。5)不能用脏油清洗量具,不能给量具注入脏油。6)量具用完后必须擦洗干净,涂油并放入专用的量具盒内。金工实习机械工业出版社陈志鹏主编第3章铸造目录铸造概述3.1砂型铸造3.2造型3.3金属的熔炼与浇注3.4铸件常见缺陷的分析3.5特种铸造3.6铸造是将熔化的金属液体浇注到与零件形状相似的铸型中,待其冷却凝固后获得一定形状和性能的毛坯或零件的成形方法。3.1铸造概述3.1.1铸造及其特点铸件一般是毛坯,需经切削加工后才能成为零件。精度要求较低和表面粗糙度值允许较大的零件可直接通过铸造的方式获得;经过特种铸造方法生产的精密铸件也可直接使用。1.铸造分类

铸造生产方法很多,常见的有两大类。(1)砂型铸造用型砂紧实成形的铸造方法称为砂型铸造。型砂来源广泛,价格低廉,且砂型铸造方法适应性强,因而是目前生产中应用最多、最基本的铸造方法。(2)特种铸造与砂型铸造不同的其他铸造方法,如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造和离心铸造等,称为特种铸造。2.铸造生产的优点1)可以制成外形和内腔十分复杂的毛坯,如各种箱体、床身、机架等。2)适用范围广。可铸造不同尺寸、重量及各种形状的工件;适用于不同的材料,如铸铁、铸钢、非铁合金。铸件重量可以从几克到几百吨。3)原材料来源广泛,还可利用报废的机件或切屑;工艺设备费用小,成本低。4)所得铸件与零件尺寸较接近,可节省金属的消耗,减少切削加工工作量。但铸件也有力学性能较差、生产工序多、质量不稳定、工人劳动条件差等缺点。随着铸造合金、铸造工艺技术的发展,特别是精密铸造的发展和新型铸造合金的成功应用,铸件的表面质量、力学性能都有显著的提高,铸件的应用范围日益扩大。铸件广泛用于机床制造设备、动力设备、交通运输设备、轻纺机械、冶金机械等。铸件重量约占机器总重量的40%~85%。3.1.2砂型铸造工艺过程

图3-1砂型铸造的工艺过程砂型铸造的工艺过程如图3-1所示。根据零件的形状和尺寸,设计制造模样和型芯盒;配制型砂和芯砂;用模样制造砂型;用型芯盒制造型芯;把烘干的型芯装入砂型并合型;将熔化的液态金属浇入铸型;凝固后经落砂、清理、检验即得铸件。3.1.2砂型铸造工艺过程图3-2铸件生产流程示意图3.1.3铸型的组成图3-3砂型的组成铸型是根据零件形状用造型材料制成的,可以是砂型,也可以是金属型。砂型是由型砂(芯砂)等造型材料制成的。它一般由上型、下型、型芯、型腔和浇注系统组成,如图3-3所示。铸型之间的接合面称为分型面。铸型中造型材料所包围的空腔部分,即形成铸件本体的空腔称为型腔。液态金属通过浇注系统流入并充填型腔,产生的气体从出气孔、砂型等处排出。3.2砂型铸造3.2.1型砂和芯砂的制备砂型铸造用的造型材料主要是用于制造砂型的型砂和用于制造砂芯的芯砂。通常型砂是由耐火度较高的原砂(山砂或河砂)、黏土和水按一定比例混合而成的,其中黏土质量分数约为9%,水的质量分数约为6%,其余为原砂。有时还加入少量如煤粉、植物油、木屑等附加物,以提高型砂和芯砂的性能。型砂的各种原材料是在混砂机中均匀混合制成黏土砂的,紧实后的型砂结构如图3-4所示。芯砂由于需求量少,一般用手工配制。需求量大时用机器配制。一些要求高的小型铸件往往采用油砂芯(桐油+砂子,烘烤至黄褐色而成);大中型铸件的芯砂普遍采用树脂砂制造。图3-4型砂结构3.2.2型砂的性能型砂的质量直接影响铸件的质量,型砂质量差会使铸件产生气孔、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷。良好的型砂应具备下列性能:(1)透气性型砂能让气体透过的能力称为透气性。高温金属液浇入铸型后,型内充满大量气体,这些气体必须从铸型内顺利排出去,否则将使铸件产生气孔、浇不足等缺陷。铸型的透气性受型砂的粒度、黏土含量、水分含量及砂型紧实度等因素的影响。型砂的粒度越细,黏土及水分含量越高,砂型紧实度越高,透气性则越差。(2)强度型砂抵抗外力破坏的能力称为强度。型砂必须具备足够高的强度才能在造型、搬运、合箱过程中不引起塌陷,浇注时也不会因金属液的冲击破坏铸型表面。型砂的强度也不宜过高,否则会因透气性、退让性的下降使铸件产生缺陷。(3)耐火性指型砂抵抗高温热作用的能力。型砂耐火性差,铸件易产生粘砂。型砂中SiO2含量越多,型砂颗粒度越大,耐火性越好。(4)可塑性指型砂在外力作用下变形,去除外力后能完整地保持已有形状的能力。型砂可塑性好,造型操作方便,制成的砂型形状准确、轮廓清晰。(5)退让性指铸件在冷凝时,型砂可被压缩的能力。退让性不好,铸件易产生内应力或开裂。型砂越紧实,退让性越差。在型砂中加入木屑等材料可以提高其退让性。3.2.2型砂的性能型芯所处的环境恶劣,所以芯砂性能要求比型砂高,同时芯砂的粘结剂用量(黏土、树脂、油类等)比型砂中粘结剂的比例要大一些,所以其透气性不及型砂,制芯时要做出透气道(孔)。此外,为改善型芯的退让性,要加入木屑等附加物。在单件小批生产的铸造车间里,常用手捏法来粗略判断型砂的某些性能,如用手抓起一把型砂,紧捏时感到柔软容易变形,放开后砂团不松散、不粘手,并且手印清晰,如图3-5a所示;把它折断时,断面平整均匀并没有碎裂现象,同时感到具有一定的强度(图3-5b),就可认为型砂具有合适的性能。对大批量生产的铸造用型砂、芯砂,必须通过相应仪器检测其性能。图3-5手捏法检验型砂3.2.3模样和芯盒的制造模样是铸造生产中必要的工艺装备。对具有内腔的铸件,铸造时内腔由型芯形成,因此还要制备制芯用的芯盒。制造模样和芯盒常用的材料有木材、金属和塑料。在单件小批生产时广泛采用木质模样和芯盒,在大批生产时多采用金属或塑料模样、芯盒。金属模样与芯盒的使用寿命长达10万~30万次,塑料模样和芯盒的使用寿命最多几万次,而木质模样和芯盒的使用寿命仅1000次左右。为了保证铸件质量,在设计和制造模样和芯盒时,必须先设计出铸造工艺图,然后根据工艺图的形状和大小制造模样和芯盒。在设计铸造工艺图时,要考虑下列一些问题,如图3-6所示。3.2.3模样和芯盒的制造(1)分型面的选择分型面是上、下型的分界面,选择分型面时必须使模样能顺利地从砂型中取出,并使造型方便,有利于保证铸件质量。(2)起模斜度为了易于从砂型中取出模样,凡垂直于分型面的表面,都需做出0.5°~4°的起模斜度。图3-6压盖零件的铸造工艺图及相应的模样图a)零件图b)铸造工艺图c)模样图d)芯盒3.3造型用型砂及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。造型方法可分为手工造型和机器造型两大类。手工造型是全部用手工或手动工具紧实型砂的造型方法,其操作灵活,无论铸件结构复杂程度、尺寸大小如何,都能适应。因此在单件小批生产中,特别是对于不能用机器造型的重型复杂铸件,常采用手工造型。手工造型生产效率低,铸件表面质量差,要求工人技术水平高,劳动强度大。随着现代化生产的发展,机器造型已代替了大部分的手工造型。机器造型不但生产率高,而且质量稳定,是成批大量生产铸件时采用的主要方法。3.3.1手工造型手工造型的方法很多,按砂箱特征分有两箱造型、三箱造型、地坑造型等;按模样特征分有整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型和刮板造型等。实际生产中可根据铸件的形状、大小和生产批量加以选择。常用的手工造型方法介绍如下。1.两箱整模造型两箱整模造型过程如图3-7所示。两箱整模造型的特点是:模样是整体结构,最大截面在模样一端,为平面;分型面多为平面;操作简单。整模造型适用于形状简单的铸件,如盘、轴承、盖类铸件。图3-7两箱整模造型过程2.两箱分模造型两箱分模造型的特点是:模样是分开的,模样的分模面必须是模样的最大截面,以利于起模;分型面与分模面相重合。分模造型过程与整模造型基本相似,不同的是造上型时增加放上半模样和取上半模样两个操作。套筒的两箱分模造型过程如图3-8所示。两箱分模造型主应用于某些没有平整表面、最大截面在模样中部的铸件(如套筒、管子和阀体等),及形状复杂的铸件。图3-8套筒的两箱分模造型过程a)铸件零件图b)造下型c)造上型d)开箱、起模图3-8套筒的两箱分模造型过程(续)e)开浇口、下芯f)合型g)带浇口的铸件3.活块造型模样上可拆卸或能活动的部分称为活块。当模样上有妨碍起模的侧面伸出部分(如小凸台)时,常将该部分做成活块。起模时,先将模样主体取出,再将留在铸型内的活块单独取出,这种方法称为活块造型。用钉子连接的活块造型如图3-9所示,应注意先将活块四周的型砂塞紧,然后拔出钉子。图3-9活块造型3.活块造型活块造型的操作难度较大,生产效率低,仅适用于单件生产。当产量较大时,可用外型芯取代活块,从而将活块造型改为整模造型,使造型容易,如图3-10所示。图3-10用外型芯做出活块a)模样b)取模、下芯c)合型4.挖砂造型有些铸件如手轮、法兰盘等,其最大截面不在端部,而模样又不能分开时,只能做成整模放在一个砂型内,起模时需在造好下型翻转后,挖掉妨碍起模的型砂至模样最大截面处,其下型分型面被挖成曲面或有高低变化的阶梯形状(称不平分型面),这种方法称为挖砂造型。手轮的挖砂造型如图3-11所示。图3-11手轮的挖砂造型过程a)零件图b)造下型c)翻下型、挖修分型面d)造上型、敞箱、起模e)合箱f)带浇口的铸件5.三箱分模造型三箱分模造型操作程序复杂,必须有与模样高度相适应的中箱,如图3-12所示,因此难以应用于机器造型。当生产量大时,可采用外型芯(如环形型芯)的办法,将三箱分模造型改为两箱整模造型(图3-13)和两箱分模造型(图3-14),以适应机器两箱造型。图3-12三箱分模造型过程a)铸件b)造下型c)造中型d)造上型e)起模、下芯、合型5.三箱分模造型图3-13采用外型芯的两箱整模造型a)模样b)外型心c)合型图3-14采用外型芯的两箱分模造型6.刮板造型6.刮板造型用与铸件截面形状相适应的特制木质刮板代替模样进行造型的方法称为刮板造型。尺寸大于500mm的旋转体铸件,如带轮、飞轮、大齿轮等单件生产时,为节省木材、模样加工时间及费用,可以采用刮板造型。刮板是一块和铸件截面形状相适应的木板。造型时将刮板绕着固定的中心轴旋转,在砂型中刮制出所需的型腔,如图3-15所示图3-15带轮铸件的刮板造型过程a)带轮铸件b)刮板(轮廓abcde与铸件相应)c)刮制下型d)刮制上型e)合型7.地坑造型直接在铸造车间的砂地上或砂坑内造型的方法称为地坑造型。大型铸件单件生产时,为节省砂箱,降低铸型高度,便于浇注操作,多采用地坑造型。图3-16所示为地坑造型结构,造型时需考虑浇注时能顺利将地坑中的气体引出地面,常以焦炭、炉渣等透气物料垫底,并用铁管引出气体。图3-16地坑造型结构3.3.2制芯为获得铸件的内腔或局部外形,用芯砂或其他材料制成的、安放在型腔内部的铸型组元称为型芯。绝大部分型芯是用芯砂制成的。砂芯的质量主要依靠配制合格的芯砂及采用正确的造芯工艺来保证。浇注时砂芯受高温金属液的冲击和包围,因此除要求砂芯具有与铸件内腔相适应的形状外,还应具有较好的透气性、耐火性、退让性、强度等性能,故要选用杂质少的石英砂和用植物油、树脂、水玻璃等粘结剂来配制芯砂,并在砂芯内放入金属芯骨和扎出通气孔,以提高型芯的强度和透气性。形状简单的大、中型型芯,可用黏土砂来制造,但对形状复杂和性能要求很高的型芯来说,必须采用特殊粘结剂来配制,如采用油砂、合脂砂和树脂砂等。另外,芯砂还应具有一些特殊的性能,如吸湿性要低(以防合箱后型芯返潮),发气量要少(金属液浇注后,型芯材料受热而产生的气体应尽量少),出砂性要好(以便清理时取出型芯)。3.3.2制芯型芯一般是用芯盒制成的,其中开式芯盒制芯是常用的手工制芯方法,适用于圆形截面的较复杂型芯。对开式芯盒制芯过程如图3-17所示。图3-17对开式芯盒制芯过程a)准备芯盒b)夹紧芯盒,分次加入芯砂、芯骨,舂砂c)刮平、扎通气孔d)松开夹子,轻敲芯盒e)打开芯盒,取出砂芯,上涂料3.3.3机器造型机器造型的实质是把造型过程中的主要操作——紧砂与起模实现机械化。为了提高生产效率,采用机器造型的铸件应尽可能避免活块和砂芯;同时机器造型只适合两箱造型,因无法造出中箱,故不能进行三箱造型。机器造型根据紧砂和起模方式的不同,可分为气动微振压实造型、射压造型、高压造型、抛砂造型等。现以气动微振压实造型机和多触头高压造型机为例进行介绍。1.气动微振压实造型机气动微振压实造型是以压缩空气为动力,在高频率(700~1000次/min)、低振幅(5~10mm)的微振下,利用型砂的惯性紧实作用,同时或随后加压紧实型砂的方法。常采用两台造型机配对使用,分别对上型和下型进行紧实。这种造型机噪声较小,型砂紧实度均匀,生产效率高。气动微振压实造型机的紧实原理如图3-18所示。1.气动微振压实造型机图3-18气动微振压实造型机的紧实原理a)填砂b)振击紧实c)辅助压实d)起模2.多触头高压造型机高压造型的压实比压大于0.7MPa,砂型紧实度高,铸件尺寸精度较高,铸件表面粗糙度值低,铸件致密性好;与脱箱或无箱射压造型相比,高压造型辅助设备多,砂箱数量大,造价高,需造型流水线配套。高压造型比较适用于像汽车制造这类生产批量大、质量要求高的现代化生产,我国各大汽车制造厂已引进了这类生产线。多触头高压造型机的触头由许多可单独动作的触头组成,可分为主动式触头(可主动伸缩)和浮动式触头。实际生产中使用较多的是弹簧复位浮动式多触头,如图3-19所示。当压实活塞向上推动时,高压触头将型砂从余砂框压入砂箱,而自身在多触头箱体的相互连通的油腔内浮动,以适应不同形状的模样,使整个砂型得到均匀的紧实度。多触头高压造型机通常也配备气动微振装置,以便增加其工作适应能力。2.多触头高压造型机图3-19多触头高压造型工作原理a)原始位置b)压实位置3.3.4浇冒口系统1.浇注系统浇注系统是为金属液流入型腔而开设于铸型中的一系列通道。其作用是:平稳、迅速地注入金属液;阻止熔渣、砂粒等进入型腔;调节铸件各部分温度,补充金属液在冷却和凝固时的体积收缩。正确地设置浇注系统,对保证铸件质量、降低金属的消耗具有重要的意义。若浇注系统开设得不合理,铸件易产生冲砂、砂眼、渣孔、浇不到、气孔和缩孔等缺陷。典型的浇注系统由外浇口、直浇道、横浇道和内浇道四部分组成,如图3-20所示。对于形状简单的小铸件,可以省略横浇道。图3-20典型浇注系统(1)外浇口其作用是容纳注入的金属液并缓解液态金属对砂型的冲击。小型铸件通常为漏斗状(称为浇口杯),较大型铸件为盆状(称为浇口盆)。(2)直浇道它是连接外浇口与横浇道的垂直通道。改变直浇道的高度可以改变金属液的静压力大小和金属液的流动速度,从而改变液态金属的充型能力。如果直浇道的高度或直径太小,会使铸件产生浇不足的现象。为便于取出直浇道棒,直浇道一般做成上大下小的圆锥形。(3)横浇道它是将直浇道的金属液引入内浇道的水平通道,一般开设在砂型的分型面上,其截面形状一般是高梯形,并位于内浇道的上面。横浇道的主要作用是分配金属液进入内浇道和挡渣。(4)内浇道它是直接与型腔相连,并能调节金属液流入型腔的方向和速度,调节铸件各部分的冷却速度。内浇道的截面形状一般是扁梯形和月牙形,也可为三角形。2.冒口常见的缩孔、缩松等缺陷是由于铸件冷却凝固时体积收缩而产生的。为防止缩孔和缩松,往往在铸件的顶部或厚大部位及最后凝固的部位设置冒口。冒口中的金属液可不断地补充铸件的收缩,从而避免铸件出现缩孔、缩松。常用的冒口分为明冒口和暗冒口。冒口的上口露在铸型外的称为明冒口,其优点是有利于铸型内的气体排出,便于从冒口中补加热金属液,缺点是消耗金属液多。位于铸型内的冒口称为暗冒口,浇注时看不到金属液冒出,其优点是散热面积小,补缩效率高,可减少金属液消耗。冒口是多余部分,清理时要切除掉。冒口除了有补缩作用外,还有排气和集渣的作用。3.3.5造型的基本操作造型方法很多,但每种造型方法大都包括舂砂、起模、修型、合箱等工序。1.造型模样模样是铸造生产中必要的工艺装备。用木材、金属或其他材料制成的铸件原形统称为模样,它用来形成铸型的型腔。用木材制作的模样称为木模,用金属或塑料制成的模样称为金属模或塑料模。目前大多数工厂使用的是木模。模样的外形与铸件的外形相似,不同的是铸件上如有孔穴,在模样上不仅实心无孔,而且要在相应的位置制作出芯头。2.造型前的准备工作1)准备造型工具,选择平整的模底板和大小适合的砂箱。砂箱选择过大,不仅消耗过多的型砂,而且浪费舂砂工时;砂箱选择过小,则木模周围的型砂舂不紧,在浇注的时候金属液容易从分型面流出。通常,木模与砂箱内壁及顶部之间须留有30~100mm的距离,此距离称为吃砂量。吃砂量的具体数值视木模大小而定。使用图3-21所示的造型工具可进行各种手工造型。2)擦净木模,以免造型时型砂粘在木模上,造成起模时损坏型腔。3)安放木模时,应注意木模上的斜度方向,不要把它放错。图3-21常用手工造型工具a)浇口棒b)砂舂c)通气针d)起模针e)镘刀f)秋叶g)砂钩h)皮老虎i)砂箱j)模底板k)刮砂板3.舂砂1)舂砂时必须分次加入型砂。对小砂箱每次加砂厚为50~70mm。加砂过多舂不紧,而加砂过少又浪费工时。第一次加砂时须用手将木模周围的型砂按紧,以免木模在砂箱内的位置移动。然后用砂舂的尖头部位分次舂紧,最后改用砂舂的平头舂紧型砂的最上层。2)舂砂应按一定的路线进行,切不可东一下、西一下乱舂,以免各部分松紧不一。3)舂砂用力大小应适当,不要过大或过小。用力过大,砂型太紧,浇注时型腔内的气体跑不出来;用力过小,砂型太松易塌箱。同一砂型各部分的松紧是不同的,靠近砂箱内壁应舂紧,以免塌箱。靠近型腔部分,砂型应稍紧些,以承受液体金属的压力。远离型腔的砂层应适当松些,以利透气。4)舂砂时应避免砂舂撞击木模。一般砂舂与木模相距20~40mm,否则易损坏木模。4.撒分型砂在造上型之前,应在分型面上撒一层细粒无黏土的干砂,即分型砂,以防止上、下箱粘在一起开不了箱。撒分型砂时,手应距砂箱稍高,一边转圈、一边摆动,使分型砂经指缝缓慢而均匀地散落下来,薄薄地覆盖在分型面上。最后应将木模上的分型砂吹掉,以免在造上型时,分型砂粘到上型表面,而在浇注时被液体金属冲落下来,导致铸件产生缺陷。5.扎通气孔除了保证型砂有良好的透气性外,还要在已舂紧和刮平的型砂上用通气针扎出通气孔,以便浇注时气体易于逸出。通气孔要垂直且均匀分布。6.开外浇口外浇口应挖成60°的锥形,大端直径为ϕ60~80mm(视铸件大小而定)。浇口面应修光,与直浇道连接处应修成圆弧过渡,以引导金属液平稳流入砂型。若外浇口挖得太浅而成碟形,则浇注金属液时会四处飞溅而伤人。7.做合箱线若上、下箱没有定位销,则应在上、下型打开之前,在砂箱壁上做出合箱线。最简单的方法是在箱壁上涂上粉笔灰,然后用划针画出细线。需进炉烘烤的砂箱,则用砂泥粘敷在砂箱壁上,用镘刀抹平后再刻出线条,称为打泥号。合箱线应位于砂箱壁上两直角边最远处,以保证x向和y方向均能定位。两处合箱线的线数应不相等,以免合箱时弄错。做完合箱线后,即可开箱起模。8.起模1)起模前要用水笔蘸些水,刷在木模周围的型砂上,以防起模时损坏砂型型腔。刷水时应一刷而过,不要使水笔停留在某一处,以免局部水分过多而在浇注时产生大量水蒸气,使铸件产生气孔缺陷。2)起模针位置要尽量与木模的重心沿铅垂线重合。起模前,要用小锤轻轻敲打起模针的下部,使木模松动,便于起模。3)起模时,慢慢将木模垂直提起,待木模即将全部起出时,加快起模速度,快速取出。起模时注意不要偏斜和摆动。9.修型起模后,型腔如有损坏,应根据型腔形状和损坏程度,正确使用各种修型工具进行修补。如果型腔损坏较大,可将木模重新放入型腔进行修补,然后再起出。10.合型将上型、下型、型芯、外浇口等组合成一个完整铸型的操作过程称为合型,又称合箱。合型是制造铸型的最后一道工序,直接关系到铸件的质量。即使铸型和型芯的质量很好,若合型操作不当,也会引起气孔、砂眼、错箱、偏芯、飞边和跑火等缺陷。合型工作如下:(1)铸型的检验和装配检查型芯是否烘干,有无破损。下芯前,应先清除型腔、浇注系统和型芯表面的浮砂,并检查型腔形状、尺寸和排气道是否通畅。砂芯在砂型中的位置应该准确稳固,避免浇注时被金属液冲偏,在芯头与型芯座的间隙处填满泥条或干砂,防止浇注时金属液钻入芯头而堵死排气道,然后导通砂芯和砂型的排气道。最后,平稳、准确地合上上型:合箱时应注意使上箱保持水平下降,并应对准合箱线,防止错箱。合箱后最好用纸或木片盖住浇口,以免砂子或杂物落入浇口中。(2)铸型的紧固为避免由于金属液作用于上箱引发的抬箱力而造成缺陷,装配好的铸型需要紧固。单件小批生产时,多使用压铁压箱,压铁重量一般为铸件重量的3~5倍。成批、大量生产时,可使用压铁、卡子或螺栓紧固铸型。紧固铸型时应注意用力均匀、对称;先紧固铸型,再拔合型定位销;压铁应压在砂箱箱壁上。铸型紧固后即可浇注,待铸件冷凝后,开箱,落砂、清除浇冒口,便可获得铸件。(3)加工余量铸件需要加工的表面均需留出适当的加工余量。(4)收缩量铸件冷却时要收缩,模样的尺寸应考虑铸件收缩的影响。通常铸铁件的模样尺寸要加大1%;铸钢件的模样尺寸加大1.5%~2%;铝合金件的模样尺寸应加大1%~1.5%。(5)铸造圆角铸件上各表面的转折处,都要做成过渡性圆角,以利于造型及保证铸件质量。(6)芯头有砂芯的砂型,必须在模样上做出相应的芯头,以支承和固定型芯。10.合型3.4金属的熔炼与浇注金属熔炼的目的是获得符合要求的液态金属。不同类型的金属,需要采用不同的熔炼方法及设备。例如铸铁的熔炼多采用冲天炉;钢的熔炼用转炉、平炉、电弧炉、感应电炉等;而非铁金属如铝、铜合金等的熔炼,则用坩埚炉。3.4.1铸铁的熔炼在铸造生产中,铸铁件占铸件总重量的70%~75%,其中绝大多数采用灰铸铁。为获得高质量的铸铁件,首先要熔化出优质铁液。1.铸铁的熔炼要求1)铁液温度要高。2)铁液化学成分要稳定在所要求的范围内。3)提高生产率,降低成本。2.铸铁的熔炼设备图3-22冲天炉的构造(1)冲天炉的构造冲天炉是熔炼铸铁的设备,其结构如图3-22所示。炉身是用弯成圆筒形的钢板构成的,内砌有耐火砖炉衬。炉身上部有加料口、烟囱、火花罩,中部有热风胆,下部有风带,风带通过风口与炉内相通。从鼓风机送来的空气,通过热风胆加热后经风带进入炉内,供燃烧用。风口以下为炉缸,熔化的铁液及炉渣从炉缸底部流入前炉。冲天炉的大小以每小时能熔炼出铁液的质量来表示,常用的为1.5~10t/h。(2)冲天炉炉料及其作用1)金属炉料。金属炉料包括生铁、回炉铁、废钢和铁合金等。生铁是铁矿石经高炉冶炼后的铁碳合金块,是生产铸铁件的主要材料;回炉铁如浇口、冒口和废铸件等,利用回炉铁可节约生铁用量,降低铸件成本;废钢是机加工车间的钢料头及钢切屑等,加入废钢可降低铁液碳的含量,提高铸件的力学性能;铁合金如硅铁、锰铁、铬铁及稀土合金等,用于调整铁液化学成分。2)燃料。冲天炉熔炼多用焦炭作为燃料。通常焦炭的加入量一般为金属料的1/12~1/8,这一数值称为铁焦比。3)熔剂。熔剂主要起稀释熔渣的作用。在炉料中加入石灰石(CaCO3)和萤石(CaF2)等矿石,会使熔渣与铁液容易分离,便于清除熔渣。熔剂的加入量为焦炭的25%~30%。(3)冲天炉的熔炼原理在冲天炉熔炼过程中,炉料从加料口加入,自上而下运动,被上升的高温炉气预热,温度升高;鼓风机鼓入炉内的空气使底焦燃烧,产生大量的热。当炉料下落到底焦顶面时,开始熔化。铁液在下落过程中被高温炉气和灼热焦炭进一步加热(过热),过热的铁液温度可达1600℃左右,然后经过桥流入前炉。此后铁液温度稍有下降,最后出铁温度为1380~1430℃。冲天炉内铸铁熔炼的过程并不是金属炉料简单重熔的过程,而是包含一系列物理、化学变化的复杂过程。熔炼后的铁液成分与金属炉料相比,含碳量有所增加,硅、锰等合金元素含量因烧损会降低,硫含量因焦炭中的硫进入铁液中而升高。3.4.2铝合金的熔炼铝合金的熔炼过程如图3-23所示图3-23铝合金的熔炼过程1.根据牌号要求进行配料计算和备料以铝锭重量为计算依据(因铝锭不好锯切加工),再反求其他化学成分。如新料成分占大部分,可按化学成分的上限值配料,一般减去烧损后仍能达标。注意,所有炉料均要烘干后再投入坩埚内,尤其是在湿度大的季节,以免铝液含气量大,即使通过除气工序也很难除净。2.空坩埚预热预热空坩埚到暗红后再投入金属料并加入烘干后的覆盖剂(以熔融后刚刚能覆盖住铝液表面为宜),快速升温熔化。若用焦炭坩埚炉熔炼时,铝液开始熔成液体后须停止鼓风,在非阳光直射时观察,若铝液表面呈微暗红色(温度为680~720℃),则可以除气。值得注意的是,在铝合金熔炼中使用的所有工具都应预热干燥,以防潮湿工具与铝液接触时产生爆炸。3.精炼常使用六氯乙烷(C2Cl6)精炼。用钟罩(形状如反转的漏勺)压入炉料总量0.2%~0.3%的六氯乙烷(C2Cl6)(最好压成块状),钟罩压入深度为距坩埚底部100~150mm,并做水平缓慢移动,此时,因C2Cl6和铝液发生下列反应3C2Cl6+2Al2AlCl3↑+3C2Cl4↑此过程会形成大量气泡,将铝液中的H2及Al2O3夹杂物带到液面,使合金得到净化。注意使用时应通风良好,因为C2Cl6预热分解的Cl2和C2Cl4均为强刺激性气体。除气精炼后立刻除去熔渣,静置5~10min。接着检查铝液的含气量。常用如下办法检测:用小铁勺舀少量铝液,稍降温片刻后,用废钢锯片在液面拨动,如没有针尖状突起的气泡,则证明除气效果好,如仍有为数不少的气泡,应再进行一次除气操作。4.浇注对于一般要求的铸件,在检查其含气量后就可浇注。浇注时视铸件厚薄和铝液温度高低,分别控制不同的浇注速度。浇注时浇包对准浇口杯先慢浇,待液流平稳后,快速浇入,见合金液上升到冒口颈部后浇速变慢,以增强冒口补缩能力。如有型芯的铸件,在即将浇入铝液时用火焰在通气孔处引气,可减少或避免“呛火”现象和型芯气体进入铸件的可能。5.变质对要求提高力学性能的铸件,还应在精炼后730~750℃时,用钟罩压入炉料总量1%~2%的变质剂。常用变质剂配方为:w(NaCl)35%+w(NaF)65%。6.获得优质铝液的主要措施隔离(隔绝合金液与炉气接触)、除气、除渣、尽量少搅拌并严格控制工艺过程。3.4.3合金的浇注把液体合金浇入铸型的过程称为浇注。浇注是铸造生产中的一个重要环节。浇注工艺是否合理,不仅影响铸件质量,还涉及工人的安全。1.浇注工具浇注常用工具有浇包(图3-24)、挡渣钩等。浇注前应根据铸件大小、批量选择合适的浇包,并对浇包和挡渣钩等工具进行烘干,以免降低金属液温度及引起金属液的飞溅。图3-24浇包a)手提浇包b)抬包c)吊包2.浇注工艺浇注温度过高,金属液在铸型中收缩量增大,易产生缩孔、裂纹及粘砂等缺陷;温度过低,则金属液流动性差,又容易出现浇不足、冷隔和气孔等缺陷。合适的浇注温度应根据合金种类和铸件的大小、形状及壁厚来确定。对形状复杂的薄壁灰铸铁件,浇注温度为1400℃左右;对形状较简单的厚壁灰铸铁件,浇注温度为1300℃左右即可;而铝合金的浇注温度一般在700℃左右。(2)浇注速度(1)浇注温度浇注速度太慢,金属液冷却快,易产生浇不足、冷隔及夹渣等缺陷;浇注速度太快,则会使铸型中的气体来不及排出而产生气孔,同时易造成冲砂、抬箱和跑火等缺陷。铝合金液浇注时勿断流,以防铝液氧化。3)浇注的操作浇注前应估算好每个铸型需要的金属液量,安排好浇注路线;浇注时应注意挡渣。浇注过程中应保持外浇口始终充满,这样可防止熔渣和气体进入铸型。浇注结束后,应将浇包中剩余的金属液倾倒到指定地点。(4)浇注注意事项1)浇注是高温操作,必须注意安全,必须穿工作服和工作皮鞋。2)浇注前,必须清理浇注时行走的通道,预防意外碰撞。3)必须烘干、烘透浇包,检查砂型是否紧固。4)浇包中金属液不能盛装太满,吊包液面应低于包口100mm左右,抬包和手提浇包液面应低于包口60mm左右。3.4.4铸件的落砂及清理1.落砂将铸件从砂型中取出来的过程称为落砂。落砂前要掌握好开箱时间。开箱过早会造成铸件表面硬而脆,增大机械加工的困难;开箱太晚则会增加场地的占用时间,影响生产效率。一般在浇注后1h左右开始落砂。落砂的方法有手工落砂和机械落砂两种。在小批量生产中,一般采用手工落砂,在大批量生产中则多采用振动落砂机落砂,如图3-25所示。图3-25振动落砂机2.清理(1)去除浇冒口对于铸铁件,可用铁锤敲掉浇冒口;对于铸钢件,则要用气割割掉浇冒口;对有色金属件,要用锯子锯掉浇冒口。(2)清除型芯铸件内部的型芯及芯骨多用手工清除。对于批量生产,也可用振动出芯机或水力清砂装置清除型芯。(3)清理表面粘砂铸件表面往往会粘结一层被烧结的砂子,需要清除。轻者可用钢丝刷刷掉,重者则需用錾子、风铲等工具清除。对于批量较大的大、中型铸件,可以在抛丸室内进行清理(这里不予介绍);对于小型铸件,可用抛丸清理滚筒进行清理,如图3-26所示。图3-26抛丸清理滚筒抛丸清理滚筒的清理原理:一是利用滚筒的旋转,其内壁的斜筋不断地翻转铸件,使铸件互相不断地碰撞、摩擦而进行清理;二是从抛丸器里抛射出来的铁丸不断地打击到铸件表面而进行清理。(4)去除毛刺和飞边用錾子、风铲、砂轮等工具去除掉铸件上的毛刺和飞边,并且进行打磨,尽量使铸件轮廓清晰、表面光洁。3.5铸件常见缺陷的分析在实际生产中,常需对铸件缺陷进行分析,其目的是找出产生缺陷的原因,以便采取措施加以防止。对于铸件设计人员来说,了解铸件缺陷及其产生原因,有助于正确地设计铸件结构,并结合铸造生产时的实际条件,恰如其分地拟订技术要求。铸件的缺陷很多,常见的铸件缺陷名称、特征及其产生的主要原因见表3-1。分析铸件缺陷及其产生原因是很复杂的,有时可见到在同一个铸件上出现多种不同原因引起的缺陷,或者同一原因在生产条件不同时会引起多种缺陷。表3-1常见的铸件缺陷及其产生原因3.6特种铸造随着科学技术的发展和生产水平的提高,对铸件质量、劳动生产效率、劳动条件和生产成本有了进一步的要求,因而铸造方法有了长足的发展。所谓特种铸造,是指有别于砂型铸造方法的其他铸造工艺。目前特种铸造方法已发展到几十种,常用的有熔模铸造、金属型铸造、离心铸造、压力铸造、低压铸造、陶瓷型铸造,另外还有实型铸造、磁型铸造、石墨型铸造、反压铸造、连续铸造和挤压铸造等。特种铸造能获得如此迅速的发展,主要是由于这些方法一般都能提高铸件的尺寸精度和表面质量,或者提高铸件的物理及力学性能;此外,大多特种铸造方法能提高铸件成品率(铸件出品率),减少消耗量;还有些特种铸造方法更适宜于高熔点、低流动性、易氧化合金铸件的铸造;有的还能明显改善劳动条件,便于实现机械化和自动化生产,提高生产率。现简要介绍几种常用的特种铸造方法。3.6.1压力铸造压力铸造是在高压作用下将金属液以较高的速度压入高精度的型腔内,力求在压力下快速凝固,以获得优质铸件的高效率铸造方法。它的基本特点是高压(5~150MPa)和高速(5~100m/s)。压力铸造的基本设备是压铸机。压铸机可分为热室压铸机和冷室压铸机两大类,冷室压铸机又可分为立式压铸机和卧式压铸机等类型,但它们的工作原理基本相似。图3-27所示为卧式冷室压铸机,用高压油驱动,合型力大,充型速度快,生产效率高,应用较广泛。图3-27卧式冷室压铸机压铸型是压力铸造生产铸件的主要装备(模具),主要由固定半型和活动半型两大部分组成。模具的固定半型固定在压铸机的固定半型座板上,通过浇道将压铸机压室与型腔连通。活动半型随压铸机的活动半型座板移动,完成开合模动作。完整的压铸型包括模体部分、导向装置、抽芯机构、顶出铸件机构、浇注系统、排气和冷却系统等部分。压铸工艺过程如图3-28所示,将金属液定量浇入压射室中(图3-28a),压射冲头以高压把金属液压入型腔中(图3-28b),铸件凝固后打开压铸型,用顶杆把铸件从压铸型型腔中顶出(图3-28c)。压铸工艺的优点是:铸件质量高,尺寸公差等级较高(IT11~ITl3),表面质量好,表面粗糙度值可达Ra0.8~3.2μm,强度与硬度高(σb比砂型铸件高20%~40%),生产率高(50~150件/h),能铸出各种孔眼、螺纹和齿轮等,适合于大批量生产。图3-28压铸工艺过程示意图压铸工艺的缺点是:由于压铸速度高,气体不易从模具中排出,所以压铸件易产生气孔(针孔)缺陷,且压铸件塑性较差;设备投资大,应用范围较窄,适于低熔点的合金和较小的、薄壁且均匀的铸件;适宜的壁厚视不同金属而不同,锌合金为1~4mm,铝合金为1.5~5mm,铜合金为2~5mm。3.6.1压力铸造3.6.2熔模铸造用易熔材料(蜡或塑料等)制成精确的可熔性模型,并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。熔模铸造的工艺过程如图3-29所示。熔模铸造的特点及应用如下:1)铸件尺寸公差等级高,可达IT9~IT12。表面质量好,表面粗糙度值可为Ra1.6~12.5μm。机械加工余量小,可实现少、无切削加工。2)可生产形状复杂、薄壁(厚度达0.3mm)的铸件。可铸出直径达ϕ0.5mm的小孔。3)适应性广。适合各类合金的生产,尤其适合生产高熔点合金及难以切削加工的合金铸件,如耐热合金、不锈钢等;生产批量不受限制。4)工艺过程较复杂,生产周期长,成本高;铸件质量不宜太大,一般在25kg以下。5)应用广泛。目前广泛应用于航空、航天、汽车、船舶、机床、切削刀具和兵器等行业。图3-29熔模铸造的工艺过程示意图a)母模b)压型c)熔蜡d)铸造蜡模e)单个蜡模f)组合蜡模g)结壳熔出蜡模h)填砂、浇注3.6.3低压铸造低压铸造是介于重力铸造(如砂型铸造、金属型铸造)和压力铸造之间的一种铸造方法。它是使液态金属在压力作用下自下而上地充填型腔,并在压力下结晶,以形成铸件的工艺过程。由于所用的压力较低,所以称为低压铸造。低压铸造浇注时的压力和速度可人为控制,所以金属液充型平稳,故适用于各种不同的铸型;铸件在压力下结晶,所以铸件组织致密,力学性能好,铸件成品率高,铸件合格率高。图3-30所示为J45型低压铸造机。J45型低压铸造机的工艺过程如图3-31所示,在密封的坩埚(或密封罐)中通入干燥的压缩空气,金属液在气体压力的作用下,沿升液管上升,通过浇口平稳地进入型腔,并保持坩埚内液面上的气体压力,一直到铸件完全凝固为止。然后解除液面上的气体压力,使升液管中未凝固的金属液流入坩埚,最后开启铸型,取出铸件。图3-30J45型低压铸造机图3-31J45型低压铸造机的工艺过程示意图低压铸造独特的优点表现在以下几个方面:1)金属液充型比较平稳。2)铸件成形性好,有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件,对于大型薄壁铸件的成形更为有利。3)铸件组织致密,力学性能高。4)金属利用率高。一般情况下不需要冒口,金属利用率可达90%~98%。5)劳动条件好;设备简单,易实现机械化和自动化,这也是低压铸造的突出优点。低压铸造常用于制造较大型、形状复杂的壳体或薄壁的筒形和环形类零件,主要用于铝合金铸件的大批量生产,如汽油机缸体、气缸盖、叶片等;也可用于生产较大的球墨铸铁、铜合金铸件。3.6.4金属型铸造金属型铸造中,用铸铁、碳钢或低合金钢等金属材料制成铸型,铸型可反复使用,故又可称为永久型铸造。金属型铸造是将金属液浇入金属铸型内,获得铸件的方法。根据铸型结构,金属型分为整体式、垂直分型式、水平分型式和复合分型式几种。图3-32所示为铸造铝活塞垂直分型式的金属型,它的外形由左、右两个半型组成,活塞内腔由左、中、右三个可拆式型芯组合而成,活塞销孔由两根销孔型芯形成。浇注后金属液冷却到一定温度时,分别抽出左侧型芯、中间型芯和右侧型芯,然后从水平方向抽出两侧销孔型芯,最后分开左、右两个半型,即可取出铸件。金属型散热快,铸件组织致密,力学性能好,精度高和表面质量较好,金属液耗量少,劳动条件好,适用于大批生产有色合金铸件,如飞机、汽车、拖拉机、内燃机、摩托车的铝活塞、气缸盖、液压泵壳体、铜合金轴承及轴套等,有时也可用来生产某些铸铁件和铸钢件。其主要缺点是:制造成本高;制造周期长;由于铸型导热性好,会降低金属液的流动性,因而不宜浇注过薄、过于复杂的铸件;铸型无退让性,铸件冷却收缩产生的内应力过大时会导致铸件的开裂;型腔在高温下易损坏,因而不宜铸造高熔点合金。图3-32铸造铝活塞垂直分型式的金属型3.6.5离心铸造离心铸造是指将金属液浇入高速旋转(250~1500r/min)的铸型中,使其在离心力作用下填充铸型并结晶的铸造方法。根据铸型旋转轴空间位置的不同,离心铸造可分为立式铸造(图3-33a)和卧式铸造(图3-33b)两大类。图3-33离心铸造示意图a)立式离心铸造b)卧式离心铸造离心铸造的主要特点是:适合生产圆筒形铸件;铸件组织致密,没有或很少有气孔、缩孔等缺陷,故力学性能较好;不需用浇注系统和冒口,大大提高了铸件成品率;铸造空心圆筒铸件,可以不用型芯,且壁厚均匀(卧式浇注);适应各种合金薄壁件和双金属件;铸件内孔表面粗糙。离心铸造应用于各种铜合金套、环类铸件、铸铁水管、辊筒铸件、汽车和拖拉机的气缸套、轴瓦,以及刀具、齿轮等铸件。3.6.5离心铸造3.6.6实型铸造实型铸造又称消失模铸造,它是使用泡沫聚苯乙烯塑料制造模样(包括浇注系统),在浇注时,迅速将模样燃烧汽化直到消失掉,金属液充填了原来模样的位置,冷却凝固成铸件的铸造方法。其工艺过程如图3-34所示。实型铸造的特点如下:1)增大了设计铸造零件的自由度。砂型铸造对铸件结构工艺性有种种要求和限制,有许多难以实现的问题,而实型铸造从根本上不存在任何困难,产品设计者可直接根据总体机构或机器的需要来设计铸件结构,从而给设计工作带来极大的方便和自由。2)铸件尺寸精度较高。实型铸造与砂型铸造相比,具有不起模、不分型、没有铸造斜度和活块、不需要型芯(水平小孔可能用型芯)及浇注位置选择灵活等优点,因此对铸件尺寸影响较小,故能获得较高的铸件尺寸精度。3)简化了铸件生产工序,缩短了生产周期,提高了劳动生产率;同时减少了材料消耗,降低了铸造成本。4)泡沫塑料模只适用于浇注一次,在浇注过程中由于汽化、燃烧所产生大量的烟雾和碳氢化合物,使铸件易产生皱皮缺陷等,这些问题有待解决。实型铸造主要应用于形状结构复杂、难以起模、有活块和外型芯较多的铸件,如在汽车、船舶、机床等行业中用来生产模具、曲轴、箱体、阀门、缸体、制动盘等铸件。图3-34实型铸造工艺过程a)泡沫塑料模样b)造好的铸型c)浇注过程d)铸件3.6.6实型铸造金工实习机械工业出版社陈志鹏主编第4章锻压目录锻压概述4.1锻造生产过程4.2自由锻4.3模锻与胎模锻简介4.4板料冲压4.5锻造生产技术要求4.64.1锻压概述1.锻压概念锻压是在外力作用下使金属材料产生塑性变形,从而获得具有一定形状和尺寸的毛坯或零件的加工方法。它是机械制造中的重要加工方法。用于锻压的材料应具有良好的塑性,以便锻压时产生较大的塑性变形而不致被破坏。在常用的金属材料中,铸铁无论是在常温或加热状态下的塑性都很差,因此不能锻压(可锻铸铁除外)。低碳钢、中碳钢、铝、铜等有良好的塑性,可以锻压。在生产中,不同成分的钢材应分别存放,以防用错。在锻压车间里,常用火花鉴别法来确定钢的大致成分。金属材料经锻造后,能消除铸锭中的某些铸造缺陷,使材料内部晶粒细化、组织致密,使材料的力学性能显著提高。生产中的大型、重要的机器零件和工具部件,如车床主轴、高速齿轮、曲轴、连杆、锻模、镗床刀杆等,通常都采用锻造的方法来制取毛坯。冲压是在常温状态下进行压力加工,用于制造薄板类零件及大型覆盖件。冲压件具有强度高、刚性大、结构轻等优点。冲压在汽车、拖拉机、航空、仪表及日用品等工业生产中占有极为重要的地位。2.锻造对零件力学性能的影响经过锻造加工后的金属材料,其内部原有的缺陷(如裂纹、疏松等)在锻造力的作用下可被压合,且形成细小晶粒。因此,锻件组织致密、力学性能(尤其是抗拉强度和冲击韧度)比同类材料的铸件大大提高。机器上一些重要零件(特别是承受重载和冲击载荷)的毛坯,通常用锻造方a)车削方法b)镦粗法法生产,使零件工作时的正应力与流线的方向一致,切应力的方向与流线方向垂直。如图4-1a所示,用圆棒料直接以车削方法制造螺栓时,头部和杆部的纤维不能连贯而被切断,头部承受切应力时与金属流线方向一致,故质量较差。而采用锻造方法——镦粗法制造螺栓(图4-1b)时,其纤维未被切断,且具有较好的纤维方向,故质量较好。有些零件,为保证纤维方向和受力方向一致,应采用保持纤维方向连续性的变形工艺,使锻造流线的分布与零件外形轮廓相符合而不被切断,如吊钩用弯曲、钻头用扭转等。广泛采用的“全纤维曲轴锻造法”(图4-2a),可以显著提高曲轴的力学性能,延长其使用寿命。图4-2b所示加工方法则使曲轴内部材料纤维被切断,对零件不好。2.锻造对零件力学性能的影响图4-1螺栓的纤维组织比较

a)车削方法b)镦粗法图4-2曲轴纤维分布示意图a)纤维完整分布b)纤维被切断4.2锻造生产过程锻造生产的过程一般包括备料、锻前加热、锻造成形、锻后冷却、热处理、检验等环节。4.2.1备料锻造大型锻件时,一般使用未经轧制的钢锭做坯料,通常由专业钢铁厂按照合同要求直接供给;锻造中小型锻件时,则常以经过轧制的圆钢棒料或中厚钢板,经锯割、气割或剪切后成为一定尺寸的坯料。4.2.2锻前加热锻件坯料在锻造前必须加热,其目的是提高坯料的塑性和降低坯料的变形抗力,提高可锻性。锻件加热的常用设备有天然气炉、电炉、煤炉、煤气炉、油炉、手锻煤炉等。其中手锻煤炉的结构简单,操作方便,适合于学生金工实习使用。锻件允许加热达到的最高温度称为始锻温度,锻件停止锻造的温度称为终锻温度。由于化学成分各异,不同金属材料的始锻温度和终锻温度都是不一样的。常用金属材料的锻造温度范围见表4-1。钢类始锻温度终锻温度钢类始锻温度终锻温度碳素结构钢合金结构钢碳素工具钢合金工具钢1200~12501150~12001050~11501050~1150800800~850750~800800~850高速工具钢耐热钢弹簧钢轴承钢1100~11501100~11501100~11501080900800~850800~850800表4-1常用金属材料的锻造温度范围(单位:℃)测定锻件的温度,可以采用热电偶温度计进行,也可以根据被加热金属的火色来进行目测判断(目测法)。例如碳钢的加热温度与工件火色的关系大致见表4-2。火色黄白淡黄黄淡红樱红暗红赤褐温度/℃130012001100900800700600表4-2碳钢温度与火色的关系4.2.3锻造成形按成形方式不同,锻造可分为自由锻造和模型锻造两大类。自由锻造简称自由锻,它是利用简单的通用性工具