第9章铸造 (NXPowerLite).ppt

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1、,生产技术准备,毛坯制造,切削加工,检验、装配调试,（车，铣，刨，磨，钻，镗等）,（检验、组装，部装，总装）,（铸造，焊接，压力加工等）,机械制造：,将原材料制成零件的毛坯，将毛坯加工成机械零件，再将零件装配成机器的整个过程。概括的讲，将原材料转变为成品的各种劳动过程。,（工艺规程、原材料供应、工艺装备的配备）,机械制造工艺：,将各种原材料、半成品加工成为产品的方法和过程。,第九章 铸造、锻压和焊接,第九章 铸造、锻压和焊接,1、毛坯生产,引言：,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。,2、毛坯生产方法：,铸造、锻造、冲压、焊接等。,常用的毛坯

2、除型材外，主要有铸件、锻件、冲压件和焊接件。,9.1 铸造,一、铸造的概念,将经过熔化的液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型中，冷却凝固后获得毛坯或零件的一种工艺方法。,二、铸造的方法,三、铸造的特点,砂型铸造、特种铸造,(2)生产成本低，较为经济,(1)成型方便，适应性强,(3)铸件组织性能差,利用液态成形,适应各种形状、尺寸，不同材料的铸件.,节省金属,材料来源广泛，设备简单。,铸件晶粒粗大，力学性能差.,合金的铸造性：指在铸造生产过程中，铸造成形的难易程度。容易获得正确的外形、内部又健全的铸件，其铸造性能就好。铸造性能是一个综合性能。,四、合金的铸造性,1、液态金属的充型能力 是指

3、液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。1）金属液的流动性 液态金属的流动性是指金属液的流动能力。流动性越好的金属液，充型能力越强。流动性的好坏，通常用在特定情况下金属液浇注的螺旋形试样的长度来衡量。,如图所示，螺旋形试样，其截面为等截面的梯形，试样上隔50mm长度有一个凸点，以便于计量其长度。合金的流动性愈好，其长度就愈长。,四、合金的铸造性,2）外界条件 一些外界因素通过影响金属与铸型之间的热交换条件，从而改变金属液的充型能力。（1）浇注条件 提高浇注温度，使液体粘度下降，流速加快，还能使铸型温度上升，金属散热速度减慢，充型能力增强。提高金属液体的充型压力和浇注速度，也可使

4、充型能力增强。浇注系统越复杂，流动阻力越大，充型能力越低。,四、合金的铸造性,2）外界条件 一些外界因素通过影响金属与铸型之间的热交换条件，从而改变金属液的充型能力。（2）铸型特性 铸型的导热速度越快或对金属液流动阻力越大，金属的流动时间越短，充型能力越差。（3）铸件结构 铸件壁厚小，壁厚急剧变化，结构复杂，有大的水平面时充型能力越差。,四、合金的铸造性,2、合金的收缩性 指铸件在冷却过程中，其体积和尺寸缩小的现象。它是铸造合金固有的物理性质。1）收缩三阶段 金属从液态冷却到室温，要经历三个相互联系的收缩阶段：液态收缩从浇注温度冷却至凝固开始温度之间的收缩。凝固收缩从凝固开始温度冷却到凝固结束

5、温度之间的收缩。固态收缩从凝固完毕时的温度冷却到室温之间的收缩。前两阶段是铸件产生缩孔或缩松的基本原因；最后阶段是产生铸造应力，导致铸件变形甚至产生裂纹的主要原因。,四、合金的铸造性,常用的金属材料中，铸钢收缩最大，有色金属次之，灰口铸铁最小。灰口铸铁收缩小是因为析出石墨而引起体积膨胀的结果。,2、合金的收缩性2）影响收缩因素 铸件在冷却过程中发生收缩是三个阶段的总和，其影响因素如下：a.化学成分 如随着含碳量增加，凝固收缩率增加，而固态收缩率略减；碳、硅含量越高，硫含量越低，收缩率越低。b.浇注温度 主要影响液态收缩率。浇注温度越高，液态收缩增加。c.铸件结构与铸型条件 铸件收缩为受阻收缩，

6、阻力来源两个方面：一是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，收缩先后不一致，相互之间制约长生阻力；二是铸型和型芯对收缩的机械阻力。铸件受阻越大，收缩越小。,四、合金的铸造性,3）收缩导致的铸件缺陷 a.缩孔和缩松 铸件在凝固过程中，由于金属液态收缩和凝固收缩造成的体积减小得不到液态金属的补充，在铸件最后凝固的部位形成孔洞，其中容积较大而集中的称缩孔，细小而分散的称缩松。缩孔和缩松的形成过程示意图分别见图。,四、合金的铸造性,缩孔形成条件：金属在恒温或很小的温度范围内结晶，铸件壁是以逐层凝固方式进行凝固。,缩松形成条件：铸造合金结晶范围宽，呈糊状凝固中间凝固方式。,使铸件的凝固按薄壁厚壁冒口的

7、顺序先后进行，让缩孔移入冒口中，从而获得致密的铸件。,顺序凝固：就是在铸件可能出现缩孔或最后凝固的部位设置“冒口”或将冒口与“冷铁”配合使用，是铸件按照“远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固”，最后才是冒口凝固的顺序进行。顺序凝固可以有效地改善铸件缩孔现象，但会使铸件的温差大、热应力大、变形大，容易引起裂纹。适用于收缩大的铸件、壁厚悬殊以及对气密性要求高的铸件。,同时凝固：就是使铸件各部分几乎同时冷却凝固，以防止缩孔产生。可减轻铸件热应力，防止铸件变形和开裂，但是容易在铸心部位出现缩松，故仅适于收缩小的合金铸件。,b.铸造应力、变形和裂纹 铸造应力按其形成原因的不同，分为热应力、机械应力

8、等。减少铸造应力就应设法减少铸件冷却过程中各部位的温差，使各部位收缩一致，如将浇口开在薄壁处，在厚壁处安放冷铁，即采取同时凝固原则。铸造应力是导致铸件产生变形和开裂的根源。图为“T”形铸件在热应力作用下的变形情况，虚线表示变形的方向。当铸造应力超过材料的强度极限时，铸件会产生裂纹，裂纹有热裂纹和冷裂纹两种。,四、合金的铸造性,造 型,落 砂,合 箱,浇 注,造 芯,清 理,检 验,工艺准备,9.1.1 砂型铸造,砂型铸造是以砂为主要造型材料制备铸型的一种铸造方法。目前90%以上的铸件是用砂型铸造方法生产的。,齿轮毛坯的砂型铸造过程简图,二、造型材料,制造铸型用的材料称为造型材料，砂型铸造使用主

9、要是型砂和芯砂，它们是由砂、粘结剂和附加物组成。,造型材料应具备以下性能：,4、透气性,1、可塑性,3、耐火性,2、足够的强度,5、退让性,型砂和芯砂在外力作用下要易于成形。,型砂和芯砂在外力作用下要不易破坏。,型砂和芯砂在高温下要不易软化、烧结、粘附。,型砂和芯砂紧实后要易于通气。,型砂和芯砂在冷却时其体积可以被压缩。,砂型铸造,三、模样与芯盒,1、模样与芯盒是制造铸型和型芯的工具。,2、模样形成铸件的外形，其外形相当于铸件的外部形状；型芯形成铸件的内腔形状。芯盒是制造型芯的工具。,3、砂型铸造多用木材制造模样和芯盒。,4、特种铸造用金属模、塑料模和其它模样。,砂型铸造,四、造型方法,按造型

10、操作方法的不同，可分为：,1、手工造型,2、机器造型,填砂、紧实、起模等主要有人工完成，操作灵活，生产率低，主要用于单件小批量生产。,填砂、紧实、起模等实现机械化，生产率高，投资大，主要用于批量生产。,主要方法有：,主要方法有：,整模造型,挖砂造型,三箱造型,活块造型,刮板造型,地坑造型,振压紧实、抛砂紧实,分模造型,砂型铸造,两箱造型是造型的最基本方法，铸型由成对的上型和下型构成，操作简单。适用于各种生产批量和各种大小的铸件。,两箱造型,三箱造型的铸型由上、中、下三型构成。中型高度需与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型操作费工。主要适用于具有两个分型面的单件、小批生产的铸件。,三箱造型,三

11、箱造型,整模造型的模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型缺陷。适用于铸件最大截面在一端，且为平面的铸件。,整模造型,整模造型,分模造型是将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下两个砂箱内，造型简单省工。常用于最大截面在中部的铸件。,挖砂造型的模样是整体的，但铸件分型面为曲面。为便于起模，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂，其造型费工、生产率低，工人技术水平要求高。用于分型面不是平面的单件、小批生产铸件。,挖砂造型,地坑造型是利用车间地面砂床作为铸型的下箱。大铸件需在砂床下面铺以焦炭，埋上出气管，以便浇注时引气。一般只用上箱，因而减少了造砂箱的费用和时间

12、，但造型费工、生产率低，要求工人技术水平高。适用于砂箱不足，或生产要求不高的中、大型铸件，如砂箱、压铁、炉栅、芯骨等。,地坑造型,组芯造型是用若干块砂芯组合成铸型，而无需砂箱。它可提高铸件的精度，但成本高。适用于大批量生产形状复杂的铸件。,组芯造型,活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，肋条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费时，工人技术水平要求高。主要用于单件、小批生产带有突出部分、难以起模的铸件。,刮板造型是用刮板代替实体模样造型，它可降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，工人技术水平要求高。用于有等载面或回转体的大、中

13、型铸件的单件、小批生产、如带轮、铸管、弯头等。,刮板造型,刮板造型,五、造芯及合箱,1、造型芯,2、合箱,型芯的作用一是形成铸件的内腔，二是简化模型的外形，以制出铸件上的台和槽等。,型芯采用比型砂更好的造型材料。,造芯方法也有手工造芯和机器造芯两种。,铸型的装配工序简称合箱。合箱前，在铸型中放好型芯、扣上上箱、放置浇口杯。合箱后，两箱要卡紧，防止错箱和抬箱。,砂型铸造,六、铸铁的熔炼及浇注,1、铸铁的熔炼设备有冲天炉和感应炉等。其原料有金属料、燃料和熔剂。,2、浇注系统：引导金属液进入铸型型腔的通道。它包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道四个部分组成。,砂型铸造,七、落砂、清理和检验,1、落砂：

14、,出箱的温度一般不高于500度，以免铸件产生内应力或开裂。,清砂是清除型砂和芯砂的过程，用水清砂。,2、清理：,3、检验：,主要包括外观检验、内部检验、化学性能和金相检验等。,将浇注成形后的铸件从型砂和砂箱中分离出来的工序，它分为出箱和清砂两个过程。有手工落砂和机械落砂两种方法。,去除浇口、冒口、飞边、毛刺以及表面粘砂的工序。,其任务是确定合格的铸件，去除有缺陷的铸件。,砂型铸造,9.1.2 特种铸造,1、概念：,3、常用的特种铸造方法：,2、特种铸造的特点：,引言：,铸件精度高，力学性能好；生产率高；工人劳动条件好等。,特种铸造是指砂型铸造以外的其他铸造方法。,金属型铸造,压力铸造,熔模铸造

15、,离心铸造,壳型铸造,特种铸造,一、金属型铸造,将液态金属注入用金属制成的铸型中，以获得铸件的方法。,工艺特点：,一型多铸，铸件精度高，力学性能好，但成本高，主要用于大批大量生产铜、铝、镁等非铁合金铸件。,特种铸造,金属型铸造,二、熔模铸造,将蜡料制成模样，在上面涂以若干层耐火涂料制成型壳，然后加热型壳，使模样熔化、流出，并焙烧成有一定强度的型壳，再经浇注，去壳而得到铸件的一种铸造方法。,工艺特点：,以熔化模样为起模方式。铸件精度高，是少无切削加工的方法之一。其设备简单，生产批量不受限制，主要用于大批、大量生产。其缺点是工艺过程复杂，生产周期长。,特种铸造,熔模铸造,三、压力铸造,将熔融的金属

16、在高压下，快速压入金属铸型的型腔中，并在压力下凝固，以得到铸件的一种铸造方法。,工艺特点：,高速高压。多用于非铁合金（如铝、铜、镁等）精密铸件的批量生产。,特种铸造,压力铸造,四、离心铸造,将熔融的金属浇入高速旋转的铸型中，使金属液在离心力的作用下凝固成形，以得到铸件的一种铸造方法。,工艺特点：,组织紧密，铸件质量好。,用于生产空心铸件。,特种铸造,离心铸造,9.2 锻 压,1、锻压的概念,借助于外力作用，使金属坯料产生塑性变形，从而获得所要求形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的一种压力加工方法。,2、金属的塑性变形,金属塑性变形的能力大小，主要取决于三个因素：,（1）金属的化学成分,（3）变形

17、时温度,（2）组织结构,碳、合金含量越低，分布越均匀，塑性越好。,钢的奥氏钵组织塑性最好，渗碳体最差。,温度越高，塑性越好。,金属的锻造性能的优劣，常用金属的塑性和变形抗力两个指标来衡量。金属塑性好，变形抗力低，则锻造性能好，反之则差。影响金属材料塑性和变形抗力的主要因素有两个方面。,3、锻压的特点,(2)节约金属材料,(1)改善金属组织、提高力学性能,(3)较高的生产率,锻压的同时可消除铸造缺陷，均匀成分，形成纤维组织，从而提高锻件的力学性能。,比如在生产六角螺钉时采用模锻成形就比切削加工效率约高50倍。,比如在热轧钻头、齿轮、齿圈及冷轧丝杠时节省了切削加工设备和材料的消耗。,（4）锻压主要

18、生产承受重载荷零件的毛坯，如机器中的主轴、齿轮等，但不能获得形状复杂的毛坯或零件。,锻压,4、锻压生产的分类,（1）自由锻造,（2）模样锻造,（3）板料冲压,利用冲击力或静压力使经过加热的金属在锻压设备的上、下砧铁之间塑性变形、自由流动称为自由锻造。,把金属坯料放在锻模模膛内施加压力使其变形的一种锻造方法。又简称模锻。,将金属板料置于冲模之间，使板料产生分离或变形的加工方法。通常在常温下进行，也称冷冲压。,锻压,第一节 锻造工艺,一、加热,1、目的：提高塑性能、降低变形抗力，以利于变形和获得良好的 锻后组织。,2、锻造温度范围：,从开始锻造的最高温度到终止锻造的最低温度之间的范围，叫做锻造温度

19、范围。始锻温度过高，容易产生过热或过烧缺陷;终锻温度过低，则材料的塑性降低，变形阻力增大。,二、自由锻造,1、特点：,锻件成形主要靠工人的操作技能；,采用通用设备和工具；,只能生产形状简单的锻件，适用于单件小批生产。,2、基本工序：,锻造的基本工序是指为了达到工件的形状和尺寸而进行的使金属发生变形的工艺过程。主要工序有：,镦 粗,拔 长,冲 孔,扭转,弯 曲,切割,错移,三、模样锻造,以锻模模膛限制金属坯料的变形，从而获得锻件的成形方法，其特点是：,可以锻造出质量好，形状较为复杂的锻件；,生产率高，但设备吨位较大，锻模制造困难，费用高；,适用于中、小型锻件的大批量生产。,锻压,2.基本工序1）

20、镦粗,使坯料整体或一部分高度减小、截面积增大的工序称为镦粗。,镦粗有完全镦粗、局部镦粗和垫环镦粗等,2）拔长,使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序称为拔长,拔长主要用于轴杆类锻件成形，其作用是改善锻件内部质量。拔长的种类。有平砥铁拔长、芯轴拔长、芯轴扩孔等。,3）冲孔,采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序叫冲孔。,4）弯曲,是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。,5）扭转,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。,6）切割,将毛坯一部分或几部分切掉以获得所需形状的锻件的工序。,第二节 锻造设备,一、空气锤,利用

21、压缩空气推动锻锤进行工作。,以落下部分质量来表示锻造能力；,常用吨位为65750千克，用于锻造小型锻件。,靠飞轮、螺杆和滑块向下运动时所积蓄的动能使锻件变形。,二、蒸汽空气锤,三、液压机,四、摩擦压力机,利用一定蒸汽或压缩空气推动锻锤进行工作。,常用吨位为15吨，用于锻造中型锻件，是模锻的主要设备。,常用吨位为5150吨，用于锻造大型锻件，是大型锻件的唯一设备。,利用高压水为动力进行工作。靠静压力工作。,是模锻的主要设备。,第三节 板料冲压,板料冲压可获得尺寸精度高、互换性好、形状复杂的零件。冲压件一般不需要进行切削加工。冲压操作简单，易于实现机械化，生产率高。,一、冲压设备,剪床,冲床,油压

22、机,二、冲压基本工序,1、冲裁工序,2、变形工序,使坯料的一部分与另一部分分离的工序。,落料与冲孔：,按封闭的轮廓线分离的工序。其变形过程和模具结构是相同的。,落料是被分离的部分为成品，周边是废料；冲孔是被分离的部分是废料，周边是成品。,使坯料的一部分相对另一部分产生位移而不破坏的工序。,包括弯曲、拉深、翻边、成形工序等。,空气锤,空气锤,液压机,液压机,液压机,液压机,冲床,冲床,冲床,冲床,油压机,油压机,摩擦压机,摩擦压机,9.3 焊 接,引言：,1、焊接的概念,通过加热或加压(或两者并用),并且用(或不用)填充材料,使焊件达到原子间结合的连接方法。,加热可使被焊金属接头熔化,形成共同的

23、熔池,凝固后连接起来.,固态下焊接时需要加热或加压并加热:,熔焊接时需要加热:,加压力是使被焊金属的连接处产生塑性变形,以增加它们的真实接触面积.,加热是为了增加金属塑性和原子的扩散能力.,2、焊接的特点:,焊接与其它连接方法有本质的区别,不仅在宏观上建立了永久性的联系,在微观上也建立了组织之间的原子级的内在联系.,焊接比其它连接方法具有更高的强度,密封性,且质量可靠,生产率高,便于实现自动化.,节省金属,工艺简单,可以很方便的采用锻-焊,铸-焊等复合工艺,生产大型复杂的机械结构和零件.,焊接是一个不均匀加热的过程,焊后的焊缝易产生焊接应力,易引起变形.,焊接,3、焊接方法的分类,焊接方法的种类很多，根据实现金属原子间结合的方式不同，可分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。,焊接,3、焊接的种类:,(1)熔化焊:,根据焊接的过程可分为三类:,将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法.,主要有电弧焊,气焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊等.,(2)压力焊:,(3)钎焊:,通过加压和加热的综合作用,以实现金属接合的焊接方法.,以熔点低于被焊金属熔点的焊料填充接头形成焊缝的焊接方法.,主要包括电阻焊,摩擦焊,爆炸焊等.,主要包括软钎焊和硬钎焊.,焊接,