金属工艺学文本教案

1、金 属 工 艺 学教学计划第一部分第一章铸造铸造：铸件被液态金属的自重或压力模具冷却并凝固铸造特点：优点：1。适应性强2.铸造成本低原料来源广泛，价格低廉，投资少，易于生产铸造：加工量相对较小，成本较低缺点：1。废品率高，生产过程难以控制；2.铸件的机械性能很差。3.砂型铸造精度差。1.1铸造工艺规程的制定(1)可铸造性浇注料：金属在铸造过程中的能力主要由金属填充能力和收缩率决定。一、灌装量图2.18合金成分对模具填充的影响液态金属填充型腔的能力(液态金属流入型腔，液态金属精确而清晰地复制型腔结构)影响因素：(1)金属成分(流动性)纯金属和共晶金属在恒温下结晶，具有良好的充型能力。参见图2.1

2、8。(2)温度和压力温度越高，原子的动能越大，保持液态的时间越长，传递给模具的热量越多，这就降低了模具对金属的冷却效果，具有很强的充型能力。增加压力和改变压力场可以显著提高金属的填充能力。(3)充模条件A.模具的蓄热能力：模具吸收和储存金属热量的能力模具材料的热导率和比热越大，液态金属的冷却能力越强，金属的填充能力越差。如金属模具，浇注不足模具温度：影响液态金属的冷却速度温度高，充型能力强，金属模具和熔模铸造，预热模具C.模具排气能力：透气性和模具填充能力措施：应刺破气孔，加入锯末，并在远离大门的最高处开气孔。二。收缩铸件凝固过程中，温度变化很大，不可避免地会产生收缩。后果：收缩和多孔性(液体

3、固体)(2)热应力、机械应力(固体)(3)变形和开裂注意事项：控制凝固方式，有效喂入进行顺序凝固，在易出现缩孔的位置增加冒口。(2)加入冷铁改变局部凝固速度。(二)制定铸造工艺规程工艺规范包括：铸造方法、绘制铸造工艺图、选择工艺参数等。其核心内容：绘制铸造工艺图(在零件图上使用各种工艺符号来表示铸造工艺图的图形)。首先，选择浇注位置：浇注过程中铸件在模具中的空间位置。确定原则如下：图4.1床身的铸造位置图4.2起重机卷筒的浇注位置图4.3大型平面铸件的铸造位置图4.4薄零件的浇注位置(1)铸件的重要工作面或主要加工面应朝下或处于横向状态。防止砂眼、气孔、夹渣和其他缺陷(缩孔)向下：图4.1侧支

4、架：图4.2(2)铸件的大平面或薄壁结构应向下或处于横向状态。防止砂眼、气孔、夹渣、夹砂和浇注不充分。向下：图4.3侧支架：图4.4(3)浇筑位置应有利于投料和防止缩孔大部分铸件厚度放置在铸件的上部，以便放置冒口并实现从底部到顶部的顺序凝固，如图4.2所示二。分型面的确定：模具间的接触面确定原则如下：(1)模型或铸件应方便地按顺序取出图4.5锥齿轮分型面示意图图4.6三通铸件的分型面平面图通常在铸件的最大横截面上选择。(2)应尽可能与浇筑位置一致，并尽可能满足浇筑位置的要求(图4.5)(3)分型面应避免曲折，数量应少，最好是一个平面，并且只有一个分型面可用于机器建模(图4.6)(4)所有或大部

5、分型腔应尽可能放在同一个砂型中，最好在下模中制作型腔或加工面和基准面拔模斜度在铸造工艺图中标出，其大小取决于垂直壁的高度、造型方法、模型材料和侧边在型腔中的位置。通常在15 3，见图4.8图4.8拔模角3.核心和核心负责人型芯：铸件的孔形和各种内腔简化了模型的外观，并在铸件上铸造了凸台、凹槽和其他结构，这些结构部分地阻碍了绘图。根据空腔内的状态，一般分为水平芯和垂直芯。型芯头：铸造时不与液态金属接触，起到定位和支撑型芯、引导型芯内气体排出的作用。1.2铸造方法根据铸件的成形条件和用于制备模具的不同材料，铸造方法可分为砂型铸造、熔模铸造、压力铸造、金属铸造、离心铸造、低压铸造、陶瓷铸造等。砂型铸

6、造是一种广泛使用的方法，其他方法属于特种铸造。一、永久铸模铸造图4.11铸铝活塞示意图用金属材料(铸铁或钢)制成的铸模生产铸件的方法。也称为永久铸模铸造(可使用数千次)。根据分型面的状态，金属模具可分为卧式、立式和复合型。参见图4.11与型砂相比，金属材料导热速度快、不退让、不透气、耐火性差，容易出现浇注不充分、冷隔、裂纹、白口等缺陷。由于金属模具被热熔金属反复冲刷，其使用寿命将会降低，因此应采取相应的技术措施。1.喷涂：高导热耐火材料(氧化锌、石墨材料)功能：隔离液态金属与金属型腔的直接接触，便于铸造。(2)避免高温液态金属直接冲刷金属型腔表面，减弱液态金属对模具热冲击的影响，延长模具使用寿

7、命。(3)降低铸件的冷却速度，防止铸件产生裂纹和白组织等缺陷。2.保持适当的工作温度金属模具在使用前必须预热。铸铁的预热温度为250 350，有色金属的预热温度为100 250。预热的目的是减缓铸模对金属的激冷作用，便于熔融金属的填充，避免浇注不足、裂纹或白色缺陷的发生，降低浇注的金属与铸模之间的温差，提高铸模的使用寿命。3.控制开放时间如果浇注后模具打开过晚，模具会阻碍铸件的收缩并使其开裂，这将增加取出零件和型芯的难度。对于灰铸铁，白层也将加厚。然而，过早的开模也会影响铸件的成形，使铸件变形过大。通常开启时间为10 60秒，大多数都是通过实验来确定合适的开启时间。4.为了防止铸造灰铸铁零件时

8、出现白色组织铸铁件的壁厚应大于15毫米。铁水中碳和硅的总量应高于6%，涂料中应掺入硅铁粉，使铸件表面硅含量略高，并减弱白口倾向。铸件从模具中取出后，应在缓慢冷却的环境中冷却(如干砂坑、秸秆灰坑或保温炉)。金属型铸造的特点和应用；优点：节省成型材料、设备和工时，可“一模多模”，便于自动化生产，生产效率高；(2)金属模具冷却速度快，所得铸件组织致密，晶粒细小，力学性能好，强度比砂型铸件提高20%左右；(3)铸件尺寸精度高，公差等级IT12IT16，表面粗糙度低，Ra12.5m缺点：模具制造周期长，成本高，对工艺参数要求严格，容易产生大量具有相同缺陷的废品。用途：主要用于批量生产低熔点有色金属铸件，

9、如铝合金活塞、缸体、缸体等用于制作图案的可熔材料包括蜡基模具材料、树脂(松香)基模具材料、水性无机盐模具材料和水银模具材料。目前，前两种成型材料主要用于工业生产。图4.13蜡模制造2.过程(图4.12)(1)蜡模制造(图4.13)(1)仿形制造：仿形是制造蜡模的专用模具。钢、铜或铝应用于高精度和大规模生产。低熔点合金、塑料或石膏被小批量使用。(2)蜡模压制：将制备好的模具材料加热成糊状后，用2-3个大气压的压力注射压制，冷却固化后取出。(3)蜡模块组装：将几个带有内部浇口的单个蜡模块粘合到注入棒上，以形成蜡模块，从而提高生产率。(2)结壳：在蜡模上涂覆耐火材料，制成具有一定强度的耐火外壳。(1

10、)浸涂：将蜡模浸入由石英粉、粘合剂(水玻璃、硅酸乙酯等)组成的糊状混合物中。)以使涂层均匀地覆盖图案的表面层，并使空腔获得光滑的内表面。(2)撒砂：在浸有涂层的蜡模块上均匀撒一层石英砂。为了使壳迅速增厚，第一层和第二层中使用的砂更细，而后面层中使用的砂更粗。(3)硬化、砂化，为了使耐火层变成坚固的外壳，需要进行硬化处理。硬化后，应在空气中干燥。为了使外壳具有更高的强度，上述结皮形成过程应重复多次，以形成厚度为5-10毫米的硬化耐火外壳(3)脱蜡：取出蜡模，形成模腔。热水法：将结壳后的蜡模浇口向上浸泡在热水中(一般为85 95)，使其中的蜡料熔化并浮在水面上；高压蒸汽法：将模壳的浇口向下放入高压

11、釜中，向高压釜中通入0.2-0.5兆帕的高压蒸汽，使蜡料熔化。当图案是树脂基的，它不需要脱蜡，但在烘烤过程中烧掉图案。(4)焙烧图4.14待浇铸的模具将脱蜡后的外壳放入加热炉中，加热至800-1000进行焙烧，去除外壳中的水分、残留蜡和其他杂质，提高外壳的强度。(5)填砂成型：将脱蜡后的壳体放入铁箱中，四周填充粗砂，以加固壳体，防止壳体在浇注过程中变形或开裂。图4.14(6)浇注：烘烤后趁热(600 700)浇注，以提高铸造合金的填充能力，同时防止浇注不充分和冷隔等缺陷。(7)落砂清理：铸件冷却凝固后，打破型壳，取出铸件，用氧乙炔火焰切断铸件和冒口，清理毛刺。3.熔模铸造的特点和应用范围；(1

12、)模具无分型面，型腔表面极其光洁，成型过程中无振动，型腔变形很小，铸造精度和表面质量好；(2)浇注模具预热后(600 700)，可生产形状复杂的薄壁零件(最小壁厚可达0.7mm)；(3)适用于铸造各种合金。该外壳材料具有高耐火性，可铸造高熔点合金和硬切削合金，如(高锰钢、耐热合金等)。)；(4)生产批次不受限制，适合批量生产和单件生产。(5)原材料昂贵，工艺复杂，生产周期长，铸造成本高，铸件尺寸和重量有限。适用范围：(1)批量生产高熔点合金精密铸件。(2)形状复杂、切割困难的小零件。三压力铸造(压铸)液态金属在5 150兆帕(高压)结晶器压力下的结晶铸造0.0010.2S(快速)1.压铸机和压

13、铸工艺压铸机可分为两种类型：热压室型和冷压室型。图4.15冷室压铸机热室式压铸机的压力室与合金熔炼炉成一体，或者压力室浸入熔融的液态金属中，通过芯棒或co产生的压力进行压铸冷室式卧式压铸机的工艺流程如图4.15所示。(1)金属注射喷漆关闭仿形液态金属通过压力室上的注液孔注入压力室。(2)压铸注射冲头被向前推，金属被液压压入压机以保持压力和固化。(3)取出铸件铸件凝固后，同时拔出型腔两侧的型芯，将动模向左移动，将铸件冲出压力室，用顶杆将铸件推出2.压铸的特点和应用范围(1)精度和表面质量比其他铸造方法高，切削很少或没有切削。(2)压铸件具有高强度、高硬度和良好的力学性能。(3)薄壁零件和形状复杂

14、的嵌件可以压铸，最小壁厚为0.4毫米(4)高生产率(5)设备投资高，铸模制造周期长适用于压铸的合金种类有限。压铸件不能通过热处理进行修改，也不能承受冲击载荷。适用范围：大量有色金属铸件、缸体、齿轮、箱体、支架等。四.低压铸造图4.17低压铸造低压铸造是介于重力铸造(如砂型和金属型铸造)和压力铸造之间的一种铸造方法。液态合金在压力下自下而上充满型腔并在压力下结晶形成铸件的过程。所用压力相对较低，一般为0.02 0.07兆帕。1.过程密封保温坩埚用于熔炼和储存金属液体。垂直提液管将金属液与模具的向下浇口连接起来。模具可以是砂型或金属型，其中最常用的是金属型，但金属型必须预热并喷涂油漆。浇注前，上半

15、模锁紧。在浇注过程中，首先将压缩空气缓慢引入坩埚室。熔融金属在液体提升管中稳定上升，直到模具填满。压力升至所需压力(工作压力)。压力被保持、固化和结晶。液体提升管和浇口中的凝固熔融金属在重力作用下回流到坩埚中。上模由气动装置打开。铸件被取出。参见图4.17。2.低压铸造的特点及应用范围(1)充型时的压力和速度易于控制和调节，充型稳定，液态合金中的气体更容易排出，气孔、夹渣等缺陷较少；图4.18圆柱形零件的离心铸造(2)在低压作用下，冒口中的液态合金不断补充铸型，有效防止缩孔和气孔的产生，特别是克服了铝合金的针孔缺陷；(3)节省了进料冒口，金属利用率提高到90-98%；(4)铸件组织致密，力学性能好；(5)压力增加了液态合金的充型能力，有利于大型薄壁零件的铸造。适用范围：主要用于批量生产高质量要求的铝及镁合金铸件，如气缸、曲轴、高速内燃机活塞、纺织机械零件等。V.离心铸造将液态金属倒入高速(250-1500转/分)旋转的模具中，在离心力的作用下用金属液体填充模具，得到铸件的铸造方法。1基本流程垂直：模具绕垂直轴旋转以生产环形铸件。水平：铸模围绕水平轴旋转，用于生产管道和套管铸件。离心铸造模具主要采用金属模具或砂型。2.离心铸