1、材料成型技術(shù)基礎(chǔ)材料成型技術(shù)基礎(chǔ)Basic Knowledge about Technologies to Shape the Material東華大學(xué)機(jī)械學(xué)院東華大學(xué)機(jī)械學(xué)院 丁浩丁浩機(jī)械學(xué)院樓機(jī)械學(xué)院樓3059 Tel: 67792584Introduction1. How to shape? mass increase mass decrease mass formationCastingPlastic formingFabrication by joiningMachiningPowder metallurgyRapid prototypeMain shaping technologi

2、es 2. About This CurriculumTechnology Basic Coursev以研究常用工程材料及機(jī)器零件的成型以研究常用工程材料及機(jī)器零件的成型工藝原理為主的綜合性基礎(chǔ)課工藝原理為主的綜合性基礎(chǔ)課v涉及的課程知識：材料學(xué)、傳熱學(xué)、力涉及的課程知識：材料學(xué)、傳熱學(xué)、力學(xué)、冶金學(xué)、機(jī)械制圖學(xué)、冶金學(xué)、機(jī)械制圖Main Topics in This Curriculum v鑄造鑄造 Foundry v壓力加工壓力加工 Mechanical Workingv焊接焊接 Welding Fabrication3. How to study?課程要求課程要求v掌握各種成型技術(shù)的基本

3、原理掌握各種成型技術(shù)的基本原理v熟悉各種成型工藝的特點(diǎn)及其主要應(yīng)用熟悉各種成型工藝的特點(diǎn)及其主要應(yīng)用v熟悉熟悉零件零件成型的成型的結(jié)構(gòu)工藝性結(jié)構(gòu)工藝性v掌握常用金屬的工藝性能以及影響因素掌握常用金屬的工藝性能以及影響因素成績評定成績評定v平時成績占平時成績占30%v閉卷考試占閉卷考試占70%教學(xué)方法教學(xué)方法v授課：授課：必須認(rèn)真聽，記筆記必須認(rèn)真聽，記筆記v作業(yè)：獨(dú)立、按時完成作業(yè)：獨(dú)立、按時完成v自學(xué)：認(rèn)真對待自學(xué)：認(rèn)真對待v錄像：開闊視野錄像：開闊視野v實驗實驗學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法v重視各個教學(xué)環(huán)節(jié)重視各個教學(xué)環(huán)節(jié)v重視實踐環(huán)節(jié)重視實踐環(huán)節(jié)v培養(yǎng)總結(jié)知識能力培養(yǎng)總結(jié)知識能力v培養(yǎng)分析解決問題能

4、力培養(yǎng)分析解決問題能力4. 主要參考書主要參考書 References 沈其文主編沈其文主編材料成型工藝基礎(chǔ)材料成型工藝基礎(chǔ)，華中理工大，華中理工大學(xué)出版社，學(xué)出版社，1999.9 李遇昌等主編李遇昌等主編熱加工工藝熱加工工藝，成都科技大學(xué)出，成都科技大學(xué)出版社，版社，1989.6 美美E.Paul DeGarmo Materials and Processes in Manufacturing機(jī)械制造工藝及材料，機(jī)械工業(yè)機(jī)械制造工藝及材料，機(jī)械工業(yè)出版社，出版社，1985只是參考，主要教材只是參考，主要教材第二篇第二篇 鑄造鑄造 Foundry什么叫鑄造 Casting？ (p37)The

5、production of shaped articles by pouring molten metal into the mould廣泛wide-ranging精度相對較高 Precision、 便宜 Low Cost鑄造的特點(diǎn)形狀：復(fù)雜、特別是內(nèi)腔復(fù)雜的零件:機(jī)箱,閥體,汽缸等Especially for the production of articles with complicate shape and structurev 各種材料 Suit for almost all kinds of alloyv 大小： from several grams to tons v 批量：單件

6、大量 鑄造的局限性材料力學(xué)性能比鍛件低 Structure and property 容易產(chǎn)生鑄造缺陷 勞動條件差好鑄件Perfect Casting 形狀完整：Shape is properly formed 內(nèi)部質(zhì)量好： Internally sound 沒有缺陷：Free from defects如何生產(chǎn)好鑄件？選好材料，造好鑄型，設(shè)計好的結(jié)構(gòu)，采用好的工藝應(yīng)用好的方法什么叫好？適合鑄造本身特點(diǎn)：充型，凝固，冷卻中不產(chǎn)生缺陷第一章第一章 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)The Basic Knowledge鑄造性能鑄造性能獲得好鑄件（獲得好鑄件（Perfect Casting）的難易程度）的難易

7、程度取決于：充型、凝固、冷卻取決于：充型、凝固、冷卻Depend on liquid metal, flow property under foundry condition, solidification process, cooling process1 液態(tài)合金的充型液態(tài)合金的充型The Mould Filling of Liquid Alloy充型能力 mould filling capacity (p34)液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力形狀不完整、輪廓不清晰產(chǎn)生缺陷問：影響鑄件充型的因素有哪些？澆不足 Short Run 冷隔 Cold Shut充型能力差選好

8、材料，造好鑄型，設(shè)計好的結(jié)構(gòu)，采用好的工藝應(yīng)用好的方法1. 合金的流動性合金的流動性 Fluidity Castability 1) 合金的流動性的概念合金本身流動的能力；粘度 viscosity流動性好 容易澆鑄出輪廓清晰、薄而復(fù)雜的鑄件 氣體、夾雜上浮與排除 補(bǔ)縮流動性差薄壁鑄件：澆不足 復(fù)雜鑄件：冷隔2) 合金流動性測量螺旋型試樣法：用澆注后試樣的長度來表示1試樣鑄件 2澆口 3冒口 4試樣凸點(diǎn) 流道長：1.5m P34, fig2-1 3) 影響合金的流動性的主要因素影響合金的流動性的主要因素 variables influencing fluidity成分 composition:

9、固液二相區(qū)間距越大，流動性越差純金屬及共晶點(diǎn)成分合金流動性好，后者的熔點(diǎn)更低，流動性更好。鐵碳合金流動性與含碳量關(guān)系p35,fig 2-2freezing rang 凝固區(qū)間, 凝固范圍2. 影響液態(tài)合金充型的其它因素影響液態(tài)合金充型的其它因素1）好鑄型鑄型材料：蓄熱系數(shù) 干砂型，濕砂型。石英砂，剛玉，鋯砂預(yù)熱：鑄型溫度 金屬型鑄造，壓力鑄造，熔模鑄造2）好工藝： 澆注溫度 T，充型能力強(qiáng) why?粘度低，流動性好過熱度高，保持流動時間長澆注溫度 Pouring temperature不能過高，why？熔煉溫度高，吸氣增加，氣孔收縮增加，縮孔、縮松 凝固速度降低，粗晶 易產(chǎn)生粘砂2. 影響液態(tài)

10、合金充型的其它因素影響液態(tài)合金充型的其它因素1）好鑄型v 鑄型材料：蓄熱系數(shù) 干砂型，濕砂型。石英砂，剛玉，鋯砂v預(yù)熱：鑄型溫度 金屬型鑄造，壓力鑄造，熔模鑄造溫度：合金T，流動性好，充型容易溫度取決于澆注溫度、鑄型溫度和鑄型材料v澆注溫度 T，流動性好，充型能力強(qiáng)澆注溫度 Pouring temperature不能過高，why？熔煉溫度高，吸氣增加，氣孔熔煉溫度高，吸氣增加，氣孔收縮增加，縮孔、縮松收縮增加，縮孔、縮松 凝固速度降低，粗晶凝固速度降低，粗晶 易產(chǎn)生粘砂溫度易產(chǎn)生粘砂溫度2) 充型壓力充型壓力 ：靜壓頭；靜壓頭； 低壓鑄造；低壓鑄造； 離心鑄造離心鑄造3) 鑄型中的氣體：鑄型中

11、的氣體： 排氣口，真空澆注排氣口，真空澆注2 鑄件的凝固與收縮鑄件的凝固與收縮Freezing and Shrinkage1. 鑄件的三種凝固方式鑄件的三種凝固方式 the wideness of paste zoneP36 圖圖2-3逐層凝固逐層凝固 Freezing layer by layer糊狀凝固糊狀凝固 Paste freezing中間凝固中間凝固 Middle freezing液態(tài)收縮和凝固收縮得不到補(bǔ)償，將產(chǎn)生縮孔或縮松液態(tài)收縮和凝固收縮得不到補(bǔ)償，將產(chǎn)生縮孔或縮松Noted: 凝固方式凝固方式(the wideness of paste zone)取決于取決于合金的成分：合金

12、的成分：freezing rang 凝固區(qū)間凝固區(qū)間, 凝固范圍凝固范圍溫度梯度溫度梯度temperature gradient 凝固方式?jīng)Q定了合金的補(bǔ)縮性能凝固方式?jīng)Q定了合金的補(bǔ)縮性能 feeding characters v 傾向于逐層凝固的合金（灰口鑄鐵，近共晶點(diǎn)鋁硅合金）傾向于逐層凝固的合金（灰口鑄鐵，近共晶點(diǎn)鋁硅合金）補(bǔ)縮性能好、鑄件致密度高、不容易產(chǎn)生縮松補(bǔ)縮性能好、鑄件致密度高、不容易產(chǎn)生縮松v 傾向于糊狀凝固的合金：錫青銅，鋁青銅，球墨鑄鐵傾向于糊狀凝固的合金：錫青銅，鋁青銅，球墨鑄鐵補(bǔ)縮性能差、鑄件致密度不高、不容易產(chǎn)生縮松補(bǔ)縮性能差、鑄件致密度不高、不容易產(chǎn)生縮松2. 鑄造

13、合金的收縮鑄造合金的收縮 Shrinkage of the Casting Alloys 合金從澆注、凝固、直至冷卻到室溫，其體積和尺寸縮減合金從澆注、凝固、直至冷卻到室溫，其體積和尺寸縮減現(xiàn)象（現(xiàn)象（p36）鑄鋼白口鑄鐵灰口鑄鐵鑄鋼白口鑄鐵灰口鑄鐵(p37表表2-1)液態(tài)收縮和凝固收縮得不到補(bǔ)償，將產(chǎn)生縮孔或縮松液態(tài)收縮和凝固收縮得不到補(bǔ)償，將產(chǎn)生縮孔或縮松液態(tài)收縮液態(tài)收縮liquid Contraction體收縮體收縮凝固收縮凝固收縮freezing contraction體收縮體收縮固態(tài)收縮固態(tài)收縮solid contraction 線收縮線收縮3. 鑄件中的縮孔和縮松鑄件中的縮孔和縮松

14、3.1 縮孔與縮松的形成縮孔與縮松的形成 縮孔（又稱集中縮孔）縮孔（又稱集中縮孔） Shrinkage void 由于凝固收縮得不到補(bǔ)償，在最后凝固部位或者熱節(jié)處由于凝固收縮得不到補(bǔ)償，在最后凝固部位或者熱節(jié)處(thermal center)，形成容積較大的孔洞，形成容積較大的孔洞The formation of Shrinkage Void p37 Fig.2-4 縮松（又稱分散縮孔）縮松（又稱分散縮孔）Porosity由于凝固收縮得不到補(bǔ)償，在鑄件一定區(qū)域內(nèi)，形成分散的由于凝固收縮得不到補(bǔ)償，在鑄件一定區(qū)域內(nèi)，形成分散的小縮孔小縮孔宏觀縮松宏觀縮松肉眼可見肉眼可見 分布在鑄件心軸線處或縮孔

15、下方分布在鑄件心軸線處或縮孔下方微觀縮松微觀縮松在顯微鏡下可見在顯微鏡下可見 縮松影響鑄件的氣密性和力學(xué)性能縮松影響鑄件的氣密性和力學(xué)性能左左P38 Porosity3.2 縮孔和縮松傾向縮孔和縮松傾向 縮孔、縮松傾向取決于合金的收縮和補(bǔ)縮能力縮孔、縮松傾向取決于合金的收縮和補(bǔ)縮能力 合金的收縮包括液態(tài)收縮和凝固收縮合金的收縮包括液態(tài)收縮和凝固收縮v 合金的凝固區(qū)間（凝固溫度范圍）合金的凝固區(qū)間（凝固溫度范圍）: freezing rang 鑄鋼白口鑄鐵灰口鑄鐵鑄鋼白口鑄鐵灰口鑄鐵 球墨鑄鐵、錫青銅易形成縮松球墨鑄鐵、錫青銅易形成縮松v 澆注溫度澆注溫度 鑄件的補(bǔ)縮性能：凝固方式，補(bǔ)縮條件鑄件

16、的補(bǔ)縮性能：凝固方式，補(bǔ)縮條件v 凝固方式與凝固區(qū)間和溫度梯度有關(guān)凝固方式與凝固區(qū)間和溫度梯度有關(guān)逐層凝固的合金補(bǔ)縮性能好，不容易產(chǎn)生縮松逐層凝固的合金補(bǔ)縮性能好，不容易產(chǎn)生縮松糊狀凝固的合金補(bǔ)縮性能差，容易產(chǎn)生縮松糊狀凝固的合金補(bǔ)縮性能差，容易產(chǎn)生縮松v 壓力下凝固，可以防止縮松壓力下凝固，可以防止縮松3.3 縮孔和縮松的防止縮孔和縮松的防止 選用縮孔和縮松傾向小的合金選用縮孔和縮松傾向小的合金 :共晶合金共晶合金 eutectic alloy 對于縮孔對于縮孔 ：用冒口：用冒口(riser)補(bǔ)縮補(bǔ)縮v 采用順序凝固采用順序凝固progressive solidification原則原則順序

17、凝固（定向凝固）：在鑄件厚大部位安放冒口，鑄件遠(yuǎn)順序凝固（定向凝固）：在鑄件厚大部位安放冒口，鑄件遠(yuǎn)離冒口處先凝固，靠近冒口處后凝固，最后冒口本身凝固。離冒口處先凝固，靠近冒口處后凝固，最后冒口本身凝固。注意：冷鐵本身沒有補(bǔ)縮作用，但可以加快該處鑄件的冷卻注意：冷鐵本身沒有補(bǔ)縮作用，但可以加快該處鑄件的冷卻速度，與冒口一起使用，實現(xiàn)順序凝固速度，與冒口一起使用，實現(xiàn)順序凝固如何避免縮如何避免縮松？松？對于傾向粥狀凝固的合金對于傾向粥狀凝固的合金,例如錫青銅例如錫青銅,縮松很難避免縮松很難避免v 一般采用同時凝固的原則一般采用同時凝固的原則 避免局部產(chǎn)生較大尺寸的縮松避免局部產(chǎn)生較大尺寸的縮松不

18、管壁厚如何，同時一起收縮不管壁厚如何，同時一起收縮v要求更高，采用金屬型離心鑄造要求更高，采用金屬型離心鑄造v 也可以采用壓力鑄造，液態(tài)模鍛等工藝也可以采用壓力鑄造，液態(tài)模鍛等工藝3 鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋Internal Stress, Deformation and Crack1. 鑄造應(yīng)力鑄造應(yīng)力 鑄件冷卻，固態(tài)收縮受阻礙，在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力鑄件冷卻，固態(tài)收縮受阻礙，在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力得不到釋放，形成殘余內(nèi)應(yīng)力得不到釋放，形成殘余內(nèi)應(yīng)力超過屈服極限，產(chǎn)生變形超過屈服極限，產(chǎn)生變形超過斷裂極限，形成裂紋超過斷裂極限，形成裂紋形成方式：熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、相變應(yīng)力形成

19、方式：熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、相變應(yīng)力 熱應(yīng)力：熱應(yīng)力：鑄件各部分冷卻速度不同，收縮過程不一致造成的應(yīng)力鑄件各部分冷卻速度不同，收縮過程不一致造成的應(yīng)力 相變應(yīng)力：鑄件各部分相變時間不一致而產(chǎn)生的應(yīng)力相變應(yīng)力：鑄件各部分相變時間不一致而產(chǎn)生的應(yīng)力有時形成殘留應(yīng)力，有時為臨時應(yīng)力有時形成殘留應(yīng)力，有時為臨時應(yīng)力 機(jī)械應(yīng)力：鑄件受到機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力：鑄件受到機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力一般不形成殘留應(yīng)力一般不形成殘留應(yīng)力P39 圖圖2-8v 鑄件中厚的部分最后冷卻，總是受拉應(yīng)力，薄的部分受壓鑄件中厚的部分最后冷卻，總是受拉應(yīng)力，薄的部分受壓應(yīng)力應(yīng)力; 熱應(yīng)力形成殘留應(yīng)力熱應(yīng)力形成殘留應(yīng)力v 熱應(yīng)力的

20、預(yù)防：采用同時凝固的方法（很少用）、合理結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力的預(yù)防：采用同時凝固的方法（很少用）、合理結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力的消除：內(nèi)應(yīng)力的消除：自然時效、人工時效自然時效、人工時效熱應(yīng)力的形成熱應(yīng)力的形成 Formation of Thermal Stress2. 鑄件的變形與防止鑄件的變形與防止Cast Distortion and the Solution 鑄造應(yīng)力超過材料的屈服極限，鑄件將產(chǎn)生塑性變形鑄造應(yīng)力超過材料的屈服極限，鑄件將產(chǎn)生塑性變形機(jī)架的變形機(jī)架的變形 T型型材的變形型型材的變形預(yù)防鑄件變形的措施預(yù)防鑄件變形的措施設(shè)計時：鑄件結(jié)構(gòu)的壁厚均勻，形狀對稱設(shè)計時：鑄件結(jié)構(gòu)的壁厚均勻，形狀對稱 采用反

21、變形法：在模型上預(yù)先加一個反變形量采用反變形法：在模型上預(yù)先加一個反變形量采用同時凝固，但須考慮到縮孔采用同時凝固，但須考慮到縮孔同時凝固主要適用于灰鑄鐵和錫青銅，同時凝固主要適用于灰鑄鐵和錫青銅，why?p40, fig2-93. 鑄件的裂紋與防止鑄件的裂紋與防止 Cracking and Prevention 鑄造應(yīng)力超過材料的斷裂極限，鑄件將產(chǎn)生裂紋鑄造應(yīng)力超過材料的斷裂極限，鑄件將產(chǎn)生裂紋v 熱裂紋（晶間、高溫、凝固裂紋）熱裂紋（晶間、高溫、凝固裂紋）hot tearing寬，曲折，氧化色寬，曲折，氧化色v 冷裂紋（低溫裂紋）冷裂紋（低溫裂紋） cold crack：細(xì)，直，輕微氧化色

22、：細(xì)，直，輕微氧化色 防止裂紋措施防止裂紋措施v 選用裂紋傾向小的合金選用裂紋傾向小的合金熱裂傾向：凝固區(qū)間熱裂傾向：凝固區(qū)間solidification rang和鋼中的和鋼中的S冷裂傾向：塑性冷裂傾向：塑性plastic和鋼中的和鋼中的 Pv 鑄件的結(jié)構(gòu)：鑄件的結(jié)構(gòu)： 避免熱節(jié)、應(yīng)力集中避免熱節(jié)、應(yīng)力集中stress concentrationv 鑄型的退讓性鑄型的退讓性p40, fig2-10第二章第二章 常用合金鑄件的生產(chǎn)常用合金鑄件的生產(chǎn)Typical Cast Alloys1 鑄鐵件生產(chǎn)鑄鐵件生產(chǎn)1. 灰鑄鐵灰鑄鐵 Gray Cast Iron1.1 灰鑄鐵的組織性能特點(diǎn)灰鑄鐵的組

23、織性能特點(diǎn)灰鑄鐵的組織灰鑄鐵的組織鑄造性能好，成本低、應(yīng)用廣泛，產(chǎn)量高鑄造性能好，成本低、應(yīng)用廣泛，產(chǎn)量高常用鑄造合金的組織、性能以及鑄件的生產(chǎn)特點(diǎn)常用鑄造合金的組織、性能以及鑄件的生產(chǎn)特點(diǎn)基體基體+片狀石墨片狀石墨G：片狀（特點(diǎn)）：片狀（特點(diǎn)）3基體類基體類: F，P，F(xiàn)+P灰鑄鐵的性能特點(diǎn)灰鑄鐵的性能特點(diǎn)l 力學(xué)性能差，脆性材料力學(xué)性能差，脆性材料 流動性好流動性好 縮孔縮松傾向小縮孔縮松傾向小 熱裂、冷裂傾向低熱裂、冷裂傾向低l 優(yōu)良的優(yōu)良的 減震性減震性l 優(yōu)良的減摩性優(yōu)良的減摩性l 灰鑄鐵的鑄造性能好灰鑄鐵的鑄造性能好強(qiáng)度、硬度低，塑、韌性幾乎為強(qiáng)度、硬度低，塑、韌性幾乎為0由于由于

24、G片尖端相當(dāng)于裂片尖端相當(dāng)于裂紋，造成應(yīng)力集中紋，造成應(yīng)力集中灰鑄鐵的理想組織是什么？灰鑄鐵的理想組織是什么？基體：基體：P石墨：細(xì)小、均勻石墨：細(xì)小、均勻1.2 影響鑄鐵組織和性能的因素影響鑄鐵組織和性能的因素 化學(xué)成分化學(xué)成分 C, Si, Mn, S, P碳、硅碳、硅碳當(dāng)量碳當(dāng)量 C.E=C%+0.3 Si%白口鑄鐵，白口鑄鐵，a a麻口鑄鐵，麻口鑄鐵，珠光體灰口鑄鐵珠光體灰口鑄鐵b b珠光體珠光體鐵素體灰口鑄鐵，鐵素體灰口鑄鐵，鐵素體灰口鑄鐵鐵素體灰口鑄鐵問題：問題：1. 獲得高牌號灰口鑄鐵而不產(chǎn)生麻口獲得高牌號灰口鑄鐵而不產(chǎn)生麻口 2. 鑄件壁厚不一致，但性能均勻鑄件壁厚不一致，但性

25、能均勻 冷卻速度冷卻速度1.3 孕育處理孕育處理 Inoculation 定義定義將孕育劑（將孕育劑（75硅鐵）硅鐵）0.25-0.6%加入到低碳、低硅加入到低碳、低硅(2.7-3.3%C, 1-2%Si)的鐵水中，攪拌后澆注，以獲得細(xì)小且分的鐵水中，攪拌后澆注，以獲得細(xì)小且分布均勻石墨的灰鑄鐵件處理工藝布均勻石墨的灰鑄鐵件處理工藝 孕育鑄鐵孕育鑄鐵 Inoculated Cast Iron組織：細(xì)小、均勻的組織：細(xì)小、均勻的G + P基體基體性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)強(qiáng)度、硬度高強(qiáng)度、硬度高冷速對組織和性能的影響小冷速對組織和性能的影響小灰鑄鐵牌號灰鑄鐵牌號HT100HT3502. 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵

26、Malleable Cast Iron 什么叫可鍛鑄鐵？什么叫可鍛鑄鐵？ 性能特點(diǎn)：有一定的塑性、韌性，性能特點(diǎn)：有一定的塑性、韌性，不可鍛造不可鍛造 可鍛鑄鐵的生產(chǎn)過程可鍛鑄鐵的生產(chǎn)過程白口鑄鐵白口鑄鐵高溫退火高溫退火石墨呈團(tuán)絮狀石墨呈團(tuán)絮狀 成分：低碳、低硅；成分：低碳、低硅；2.42.8%C，0.41.4%Si 適用范圍：中壓閥門適用范圍：中壓閥門v 形狀復(fù)雜的薄壁小件：大件容易產(chǎn)生麻口形狀復(fù)雜的薄壁小件：大件容易產(chǎn)生麻口v 受一定沖擊的零件受一定沖擊的零件v 大批量生產(chǎn)大批量生產(chǎn): 單件成本高單件成本高 牌號牌號KTH300-063. 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 Spheroid Cast Ir

27、on 3.1 組織、性能特點(diǎn)及牌號組織、性能特點(diǎn)及牌號 QT700-2 性能好制造曲軸、連桿：疲勞性能高性能好制造曲軸、連桿：疲勞性能高 組織：球狀組織：球狀G + 基體基體球化劑：稀土鎂合金球化劑：稀土鎂合金孕育劑：孕育劑：75%硅鐵硅鐵目的：促進(jìn)石墨化，防止球目的：促進(jìn)石墨化，防止球化劑造成的白口傾向化劑造成的白口傾向P49, fig2-17沖入法球化處理沖入法球化處理3.2 生產(chǎn)關(guān)鍵生產(chǎn)關(guān)鍵 熔煉熔煉l 成分：高碳（成分：高碳（3.64% C），低），低P、低、低Sl 溫度：溫度：1420 球化處理、孕育處理球化處理、孕育處理F，P，B，F(xiàn)+P，A-B4. 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵v 鑄型工藝鑄

28、型工藝 增加鑄型剛度增加鑄型剛度 用干型防止皮下氣孔用干型防止皮下氣孔 澆注系統(tǒng)，擋渣澆注系統(tǒng)，擋渣v 熱處理：基體改善熱處理：基體改善蠕蟲狀蠕蟲狀G +基體；力學(xué)性能介于灰鐵與球鐵之間基體；力學(xué)性能介于灰鐵與球鐵之間優(yōu)異的耐熱疲勞性優(yōu)異的耐熱疲勞性 球墨鑄鐵易產(chǎn)生縮孔、縮松、皮下氣孔、夾渣等缺陷球墨鑄鐵易產(chǎn)生縮孔、縮松、皮下氣孔、夾渣等缺陷2 鑄鋼件生產(chǎn)鑄鋼件生產(chǎn)Production of Cast Steel Element 1. 鑄鋼牌號及成分鑄鋼牌號及成分 牌號：牌號：ZG270-500 p51 Table 2-6 成分特點(diǎn)：成分特點(diǎn)：中碳中碳 0.250.45%C why?v 含碳量

29、過低含碳量過低熔點(diǎn)高，流動性差，易粘砂，氣孔多；熔點(diǎn)高，流動性差，易粘砂，氣孔多；v 含碳量過高含碳量過高熔點(diǎn)雖低，但塑性差，易冷裂熔點(diǎn)雖低，但塑性差，易冷裂 鑄鋼的特點(diǎn)鑄鋼的特點(diǎn)v 熔點(diǎn)高，易氧化、吸氣熔點(diǎn)高，易氧化、吸氣v 鑄造性能差鑄造性能差流動性差、收縮大流動性差、收縮大(縮孔縮松傾向大縮孔縮松傾向大)、熱裂傾向大、熱裂傾向大 電電爐爐熔熔煉煉防止粘砂，用涂料防止粘砂，用涂料氣孔，干型，水玻璃型氣孔，干型，水玻璃型澆不足，開放澆不足，開放式澆注系統(tǒng)式澆注系統(tǒng)縮孔縮松，順序凝縮孔縮松，順序凝固，冒口補(bǔ)縮固，冒口補(bǔ)縮裂紋，退讓性裂紋，退讓性糖漿木屑糖漿木屑3 銅、鋁合金鑄件生產(chǎn)銅、鋁合金鑄

30、件生產(chǎn)熔化設(shè)備：坩堝熔化設(shè)備：坩堝爐爐銅合金的氧化問題（形成銅合金的氧化問題（形成CuO2）加覆蓋劑加覆蓋劑鋁合金的吸氫問題鋁合金的吸氫問題加氯化鋅加氯化鋅（ZnCl2 ）、六氯乙烷）、六氯乙烷（C2Cl6）或加）或加Cl2第三章第三章 砂型鑄造砂型鑄造 Sand casting用型砂緊實成型的鑄造方法稱為砂型鑄造用型砂緊實成型的鑄造方法稱為砂型鑄造砂型鑄造是應(yīng)用最廣泛的一種鑄造方法砂型鑄造是應(yīng)用最廣泛的一種鑄造方法 可追溯到公元前可追溯到公元前30004000年年砂型鑄造工藝流程砂型鑄造工藝流程合適的鑄造合金合適的鑄造合金正確的熔煉和澆注正確的熔煉和澆注 合理的鑄型工藝合理的鑄型工藝獲得健全

31、的鑄件獲得健全的鑄件砂型鑄造的鑄型工藝砂型鑄造的鑄型工藝主要體現(xiàn)在鑄造工藝主要體現(xiàn)在鑄造工藝圖和鑄型裝配圖圖和鑄型裝配圖鑄造工藝圖鑄造工藝圖定義：用工藝符號和參數(shù)，表示鑄造工藝方案的圖形定義：用工藝符號和參數(shù)，表示鑄造工藝方案的圖形一般直接畫在零件圖上一般直接畫在零件圖上作用：指導(dǎo)模型（芯盒）設(shè)計，生產(chǎn)準(zhǔn)備，鑄型制造作用：指導(dǎo)模型（芯盒）設(shè)計，生產(chǎn)準(zhǔn)備，鑄型制造作為鑄件檢驗依據(jù)作為鑄件檢驗依據(jù)選擇造型方法后，就開始制定鑄型工藝選擇造型方法后，就開始制定鑄型工藝砂砂型型鑄鑄造造概概略略圖圖 鑄型工藝鑄型工藝實線：分型面；實線：分型面； 文字、箭頭：鑄件的澆注位置文字、箭頭：鑄件的澆注位置型芯的數(shù)

32、量、形狀、尺寸、固定方法等型芯的數(shù)量、形狀、尺寸、固定方法等 工藝參數(shù)：加工余量（涂黑），拔模斜度、收縮率（數(shù)字）工藝參數(shù)：加工余量（涂黑），拔模斜度、收縮率（數(shù)字） 澆注工藝：澆注系統(tǒng)、冒口、冷鐵澆注工藝：澆注系統(tǒng)、冒口、冷鐵鑄造工藝圖的內(nèi)容鑄造工藝圖的內(nèi)容 用造型混合料及模樣等工藝裝備制造鑄型的過程稱為造型用造型混合料及模樣等工藝裝備制造鑄型的過程稱為造型 手工造型手工造型全部用手工或手動工具完成的造型工序全部用手工或手動工具完成的造型工序v 手操作靈活、適應(yīng)性廣、工藝裝備簡單、成本低手操作靈活、適應(yīng)性廣、工藝裝備簡單、成本低v 鑄件質(zhì)量差、生產(chǎn)率低、勞動強(qiáng)度大、技術(shù)水平要求高鑄件質(zhì)量差、

33、生產(chǎn)率低、勞動強(qiáng)度大、技術(shù)水平要求高v 手工造型主要用于單件小批生產(chǎn)手工造型主要用于單件小批生產(chǎn) 特別是重型和形狀復(fù)雜的鑄件特別是重型和形狀復(fù)雜的鑄件 機(jī)器造型機(jī)器造型 用機(jī)器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序用機(jī)器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序v 鑄件尺寸精確、表面質(zhì)量好、加工余量小鑄件尺寸精確、表面質(zhì)量好、加工余量小v 需要專用設(shè)備，投資較大需要專用設(shè)備，投資較大v 適合大批量生產(chǎn)適合大批量生產(chǎn)1 造型方法的選擇造型方法的選擇手工造型手工造型兩箱造型兩箱造型 三箱造型三箱造型地坑造型地坑造型脫箱造型脫箱造型組芯造型組芯造型整模造型整模造型分模造型分模造型挖砂造型挖砂造型 假箱造型假

34、箱造型 活塊造型活塊造型刮板造型刮板造型機(jī)機(jī)器器造造型型壓實緊實壓實緊實 高壓緊實高壓緊實震擊緊實震擊緊實微震緊實微震緊實拋砂緊實拋砂緊實射壓緊實射壓緊實手工造型與手工造型與機(jī)器造型重要區(qū)別機(jī)器造型重要區(qū)別震震壓壓緊緊實實 手工造型可以用手工造型可以用2、3、多箱、地坑、多箱、地坑機(jī)器造型一般機(jī)器造型一般2箱箱 手工造型用模樣，機(jī)器造型用模板手工造型用模樣，機(jī)器造型用模板 手工造型允許挖砂、活塊手工造型允許挖砂、活塊機(jī)器造型絕不允許機(jī)器造型絕不允許鑄造（型）工藝設(shè)計鑄造（型）工藝設(shè)計確定澆注位置和分型面確定澆注位置和分型面確定主要工藝參數(shù)確定主要工藝參數(shù)澆注系統(tǒng)的設(shè)計：澆注系統(tǒng)的設(shè)計：確保液態(tài)

35、金確保液態(tài)金屬能夠平穩(wěn)而合理地充滿型腔屬能夠平穩(wěn)而合理地充滿型腔為消除縮孔為消除縮孔和疏松，合理設(shè)置冒口、冷鐵等和疏松，合理設(shè)置冒口、冷鐵等澆注系統(tǒng)的組成澆注系統(tǒng)的組成Bush or basin Down runner runner ingates2 澆注位置與分型面的選擇澆注位置與分型面的選擇Casting Situation and Parting face1. 澆注位置的選擇原則澆注位置的選擇原則 鑄件的重要加工面應(yīng)朝下或者側(cè)面鑄件的重要加工面應(yīng)朝下或者側(cè)面 why?v上部組織不致密上部組織不致密v 容易產(chǎn)生砂眼、氣孔、夾渣等缺陷容易產(chǎn)生砂眼、氣孔、夾渣等缺陷有數(shù)個重要加工面時，應(yīng)使較大

36、者處于下部有數(shù)個重要加工面時，應(yīng)使較大者處于下部車床床身車床床身卷卷揚(yáng)揚(yáng)機(jī)機(jī)筒筒澆注位置的選擇原則澆注位置的選擇原則 鑄件的大平面應(yīng)朝下，防止夾砂鑄件的大平面應(yīng)朝下，防止夾砂型砂受高溫急劇膨脹，強(qiáng)度下降型砂受高溫急劇膨脹，強(qiáng)度下降而拱起或開裂而拱起或開裂油盤鑄件油盤鑄件平板澆注時的位置平板澆注時的位置 面積較大的薄壁部分面積較大的薄壁部分置于下部、處于垂直或傾斜位置置于下部、處于垂直或傾斜位置防止鑄件薄壁部分澆不足或冷隔缺陷防止鑄件薄壁部分澆不足或冷隔缺陷對容易產(chǎn)生縮孔的鑄件，厚的部分放在鑄型的上部或側(cè)面對容易產(chǎn)生縮孔的鑄件，厚的部分放在鑄型的上部或側(cè)面以便在鑄件厚壁處直接安置冒口，進(jìn)行補(bǔ)縮以

37、便在鑄件厚壁處直接安置冒口，進(jìn)行補(bǔ)縮定向（順序）凝固定向（順序）凝固Fig.2-31 三通分型方案三通分型方案分型面為鑄型組元間的接合面分型面為鑄型組元間的接合面選擇分型面原則：簡化造型、保證精度、方便裝配選擇分型面原則：簡化造型、保證精度、方便裝配 簡化造型簡化造型v 分型面平直、數(shù)量少：用分型面平直、數(shù)量少：用2箱造型，避免挖砂、假箱箱造型，避免挖砂、假箱v 不用、少用型芯和活塊（機(jī)器造型，不能使用活塊）不用、少用型芯和活塊（機(jī)器造型，不能使用活塊）2. 分型面的選擇分型面的選擇保證精度保證精度簡化造型簡化造型: 自帶型芯自帶型芯應(yīng)盡量使鑄件全部或大部置于同一砂箱應(yīng)盡量使鑄件全部或大部置于

38、同一砂箱Fig.2-32支架分型方案支架分型方案方便裝配方便裝配圖圖2-35 機(jī)床支柱機(jī)床支柱應(yīng)盡量使型腔及主要型芯位于下箱應(yīng)盡量使型腔及主要型芯位于下箱使造型、下芯、合箱、檢驗鑄件壁厚，操作方便使造型、下芯、合箱、檢驗鑄件壁厚，操作方便下箱不宜過深，并盡量避免吊芯和大的吊砂下箱不宜過深，并盡量避免吊芯和大的吊砂上述原則一般不能同時被滿足，有時甚至是互相矛盾的上述原則一般不能同時被滿足，有時甚至是互相矛盾的v 對質(zhì)量要求很高的鑄件，對質(zhì)量要求很高的鑄件， 應(yīng)在滿足澆注位置的前提下，應(yīng)在滿足澆注位置的前提下，再考慮簡化工藝再考慮簡化工藝v 對質(zhì)量要求不高的鑄件，對質(zhì)量要求不高的鑄件， 以簡化鑄造

39、工藝為主以簡化鑄造工藝為主3 工藝參數(shù)的選擇工藝參數(shù)的選擇Technological Parameters (Casting Dimension Criterion) 1. 機(jī)械加工余量和鑄孔機(jī)械加工余量和鑄孔Machining Allowance and Casting Hole 工藝參數(shù)很多：機(jī)械加工余量，最小鑄孔，拔模斜度，收工藝參數(shù)很多：機(jī)械加工余量，最小鑄孔，拔模斜度，收縮率，型芯頭的結(jié)構(gòu)和尺寸縮率，型芯頭的結(jié)構(gòu)和尺寸什么叫機(jī)械加工余量？什么叫機(jī)械加工余量？P 63機(jī)械加工余量確定原則：主要考慮經(jīng)濟(jì)性機(jī)械加工余量確定原則：主要考慮經(jīng)濟(jì)性v 生產(chǎn)批量生產(chǎn)批量大大考慮省料考慮省料 鑄件精

40、度鑄件精度 加工余量加工余量小小 考慮省工考慮省工加工余量加工余量 保證成品率保證成品率v 合金種類：決定鑄件精度、表面粗糙合金種類：決定鑄件精度、表面粗糙精度高、表面粗糙度低精度高、表面粗糙度低余量小余量小加工余量：有色金屬加工余量：有色金屬鑄鐵鑄鐵鑄鋼鑄鋼v 鑄件大小，加工面與基準(zhǔn)的距離、加工面位置等鑄件大小，加工面與基準(zhǔn)的距離、加工面位置等 尺寸和距離，絕對誤差尺寸和距離，絕對誤差 加工面在澆注時的位置：上面缺陷多，余量大加工面在澆注時的位置：上面缺陷多，余量大2. 拔模斜度拔模斜度 Pattern Draft鑄孔：主要考慮能否鑄出，經(jīng)濟(jì)性鑄孔：主要考慮能否鑄出，經(jīng)濟(jì)性但零件圖上不要求加

41、工孔、槽，無論大小，原則上都要鑄出但零件圖上不要求加工孔、槽，無論大小，原則上都要鑄出鑄件的工藝結(jié)構(gòu)之一：垂直于分型面?zhèn)缺诘膬A斜度鑄件的工藝結(jié)構(gòu)之一：垂直于分型面?zhèn)缺诘膬A斜度與造型方法、模型材料、立壁高度有關(guān)與造型方法、模型材料、立壁高度有關(guān) 加工表面加工表面結(jié)合加工余量直接畫出結(jié)合加工余量直接畫出 不加工表面不加工表面用文字注明用文字注明15 3o for out surface3o10o for inner surfaceDepend on : casting height, the way to produce mould, the pattern material 3. 收縮率收縮率

42、contraction ruler合金冷卻過程中有線收縮，模樣的尺寸比鑄件相應(yīng)放大，合金冷卻過程中有線收縮，模樣的尺寸比鑄件相應(yīng)放大，取決于合金種類和鑄件收縮阻礙情況取決于合金種類和鑄件收縮阻礙情況灰口鑄鐵灰口鑄鐵 0.71.0%，鑄鋼，鑄鋼 1.3 2.0%，鋁硅合金，鋁硅合金0.8 1.2%，錫青銅，錫青銅1.2 1.4%4. 型芯頭型芯頭型芯作用？型芯作用？型芯依靠芯頭與型腔定位和固定型芯依靠芯頭與型腔定位和固定在畫鑄造工藝圖時不畫，用數(shù)據(jù)標(biāo)出；模樣：定制的尺（縮尺）在畫鑄造工藝圖時不畫，用數(shù)據(jù)標(biāo)出；模樣：定制的尺（縮尺）垂直芯垂直芯芯頭有斜度芯頭有斜度。上芯頭上芯頭6150，下芯頭為，

43、下芯頭為5100水平水平芯頭有一定的長度芯頭有一定的長度, 懸懸臂芯的芯頭更長臂芯的芯頭更長芯頭與芯座之間有芯頭與芯座之間有間間隙隙：1 4mm4 綜合分析舉例綜合分析舉例 examples1. 造型方法選擇造型方法選擇 How to produce sand mould2. 澆鑄方案澆鑄方案 Pouring criterion 澆注位置澆注位置casting situation 、澆注系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)gating system 、冒口和冷鐵、冒口和冷鐵risers and chills圖圖2-38支座支座3. 鑄型方案鑄型方案 Moulding criterion分型面分型面parting f

44、ace 、型芯型芯 cores4. 工藝參數(shù)工藝參數(shù)Dimension criterion機(jī)加工余量機(jī)加工余量allowance for machining 、拔摸斜、拔摸斜度度draft angle 、收縮率、收縮率contraction ruler 、芯、芯頭結(jié)構(gòu)頭結(jié)構(gòu) core print等等圖圖2-39支座的鑄造工藝圖支座的鑄造工藝圖C6140車床進(jìn)給箱車床進(jìn)給箱 C6140車床進(jìn)給箱車床進(jìn)給箱分型面的選擇分型面的選擇進(jìn)給箱的鑄造工藝圖進(jìn)給箱的鑄造工藝圖第五章第五章 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計Structure Design of the Cast 滿足使用要求前提下，容易加工滿足使用要求前提下，容易加工1. 無缺陷無缺陷 2. 性能好性能好 3. 操作方便操作方便 鑄件基本工藝結(jié)構(gòu)：鑄件基本工藝結(jié)構(gòu)：1. 合理的壁厚合理的壁厚 2. 壁厚均勻過渡壁厚均勻過渡3. 鑄造圓角鑄造圓角 4. 加強(qiáng)筋加強(qiáng)筋5. 凸臺和凹槽凸臺和凹槽 6. 取模斜度取模斜度1 鑄件結(jié)構(gòu)與砂型鑄造的關(guān)系鑄件結(jié)構(gòu)與砂型鑄造的關(guān)系1. 容易起模容易起模1) 避免外部側(cè)凹避免外部側(cè)凹別擋著