金属工艺学总结

金属工艺学总结
一.铸造工艺图
在零件图上表示出以下内容;1）浇注位置2）分型面；3）工艺参数：机加工余量、拔模斜度、铸造圆角和铸造收缩率等； 4）型芯的设计及其他技术要求。

二. 浇注位置确定： 1. 重要面置于下型或侧立； 2. 大平面朝下，以免出现气孔和夹砂缺陷3. 大面积薄壁置于下型或侧立，以利充型； 4. 厚大部位置于顶面或侧面，以利补缩5. 近可能减少砂芯数目，简化造型。

三.确定分型面原则： 1. 重要加工和基准面位于同一个砂箱，以保尺寸精度；
2. 减少分型面和活块数目，简化造型；
3. 减少砂芯数目；
4. 采用平直分型面。

四.工艺参数的确定： 1. 机加工余量-----根据铸件结构、大小、材质和在铸型中位置及造型
方法的不同而定，或查表或靠经验。

2. 拔模斜度------根据铸件垂直壁高矮、位置以及造型方法来定。

一般为（0.5~4）°，内壁、短壁取大值。

3. 铸造圆角(Fillet)：壁与壁连接应圆角过渡，以防缩孔和裂纹。

4. 铸造收缩率（线）灰铸铁收缩率（0.7~1.0）%；铸钢收缩率（1.5~2.0）%；有色金属收缩率（1.0~1.5）%。

五.型芯设计及其它技术要求
1. 设计内容包括：型芯数量、形状、芯头结构、
下芯顺序及型芯稳固、排气和清理等。

2. 芯头(Core Head)
—定位和支撑型芯；排除型芯内气体；
落砂时清理型腔内砂子。

其它技术要求：如铸件某部位不允许有气孔缺陷。

材料铸造性能: 金属材料接受铸造、获得优质铸件的难易程度，包括流动性和收缩
一.流动性(Fluidity)
1.概念：金属液体充满铸型、获得形状正确、轮廓清晰铸件的能力。

2.质量影响：流动性不好，易产生浇不足和冷隔、气孔、和夹渣、缩孔和热裂。

3.衡量：螺旋形试样长度
4.影响因素（1）合金性质1)合金种类：灰铸铁的流动性比铸钢好，铝硅合金和硅黄铜其它合金好。

2）化学成分：纯金属和共晶成分合金的流动性最好。

如铸铁中的碳越接近共晶点，其流动性越好。

3）结晶特征：逐层凝固的（共晶点成分合金）流动性好；糊状凝固的流动性差。

4）其它物理特征：粘度大的流动性差。

（2）铸型：铸型导热力、蓄热能力越强，流动性越差。

（3）浇注条件1）浇注温度：太低，粘度大、流动性差；太高，由于吸气多、氧化严重，会降低流动性。

铸钢浇温：1520~1620℃铸铁浇温：1230~1450℃有色合金：680~780℃。

总之，薄件取高值，厚件取低值。

2）浇注压力：金属液压力越大，流动性越好。

3）浇注系统：结构越复杂，流动性越低。

（4）铸件结构 (Structure of Casting)
铸件壁越薄、壁厚变化急剧和大面积水平面等均降低流动性
5.改善流动性措施（1）选用共晶点成分或窄结晶温度范围合金铸造；（2）尽可
能提高金属液纯度；（3）适当提高浇注温度和压力；（4）合理设计浇注系统；（5）改善铸件结构（以后还会讲到）。

1.收缩概念：金属液在冷却过程中引起的体积缩减。

用体收缩率或线收缩率表示。

2.收缩的三个阶段：（1）液态收缩（2）凝固收缩（3）固态收缩
注：液态收缩和凝固收缩是产生缩孔和缩松的基本原因，固态收缩是产生铸造应力、变形和裂纹的基本原因。

V 以上三个阶段之和为合金总收缩。

三.缩孔和缩松缩孔——由于收缩而产生的大而集中孔洞。

缩松——也是由收缩引起、但是小而分散。

2.形成： A）原因——液态和凝固收缩得不到金属液补充而造成。

B）存在部位——缩孔：厚壁处、两壁相交处和内浇口附近 ,, 缩松：缩孔下方、冒口根部和壁的轴线处。

3.影响因素（1）合金成分——结晶温度范围窄的或恒温结晶合金易形成缩孔,结晶温度范围宽，倾向于形成缩松。

（2）浇注条件——提高浇温、放慢浇速，有利于补缩、减小缩孔倾向。

（3）铸型条件——增大铸型冷却能力，可减小凝固宽度，减小缩松倾向。

（4）铸件结构——避免厚大壁，消除热节。

4.防止缩孔和缩松工艺（1）采用顺序凝固原则。

（2）具体措施： A.在铸件厚大部位或经冒口开内浇口； B.合理使用冒口、冷铁和补贴等工艺措施； C.提高浇温和减缓浇速；
（3）顺序凝固原则适用范围： A.收缩大合金，如：铸钢、可锻铸铁和高强度灰铸铁；
B.壁厚相差大铸件。

（4）顺序凝固不足：铸件内应力大，易开裂或变形。

四.铸造应力、变形和裂纹
1.铸造应力概念：固态收缩受阻而产生的应力。

2.分类：热应力和机械应力。

热应力——由于冷却速度不一致造成，属于残留应力，厚壁处受拉，薄壁处受压。

机械应力——由于受机械阻力造成，属于临时应力。

3.减小和消除应力方法1）采用同时凝固原则（1）具体措施；A.内浇口开铸件薄的部位；
B.冷铁放在厚的部位。

（2）适用范围： A.收缩小的合金，如灰铸铁； B.结晶温度范围宽的合金，如锡青铜；
C.壁厚均匀的铸件。

（3）不足之处——铸件致密性差。

2）改善铸型和砂芯退让性； 3）合理设计铸件结构。

4）去应力退火。

4.变形和裂纹
（1）变形A.产生原因——铸造应力大于铸件屈服强度所产生的变形。

B. 危害——因机加工余量不足而报废,C.防止措施：防止产生铸造应力；采用反变形工艺；加大机加工余量；采用早落砂和及时焖火工艺。

（2）裂纹A.产生原因——铸造应力大于铸件抗拉强度就会产生裂纹。

B.裂纹分类——热裂和冷裂。

C.热裂：在凝固末期产生的
1）特征——裂纹有氧化色，属于沿晶开裂，呈曲折状。

2）部位——应力集中处、热节处等部位。

3）防止——合理设计铸件结构；改善铸型和砂芯退让性；减小浇口、冒口对铸件收缩的阻碍，符合同时凝固原则；提高金属液熔炼质量，以提高高温抗拉强
度。

D.冷裂：在完全凝固的弹性阶段产生的。

1）特征——裂纹有金属光泽、微氧化色，穿晶开裂，直而光滑；
一、铸铁介绍
1．铸铁概念和分类
1)概念：C（2.4-4.0）% Fe-C合金。

C ，
2)分类：（1）灰口铸铁： G ，断口呈暗灰色（2）白口铸铁： Fe
3
断口呈亮白色（3）麻口铸铁： G + Fe
C，断口黑白相间
3
（MPa）如HT150
1）灰铸铁：牌号：HT###，###：最低σ
b
性能特点：普通灰铸铁—
（1）σ
＜200MPa；δ≈0 （2）硬度、抗压强度与碳钢相近；（3）耐磨、减振
b
及缺口敏感性小；应用：受力小、耐磨、减振件如：机座、支架等。

2）球墨铸铁：牌号：QT###-##， ##：δ如QT450-10
性能特点：（1）σ
和硬度比灰铸铁高；（2）具有较高塑性；（3）与碳钢比，
b
屈强比大，且更耐磨、减振；应用：代替碳钢制造汽车后桥壳、曲轴和连杆等。

3）蠕墨铸铁：牌号： RuT### 如RuT260
4）可锻铸铁： Malleable Cast Iron 不能接受锻造牌号： KTH###-##，如KTH330-08
KTZ###-##，如KTZ550-04
注：能耗大、成本高，逐渐被球铁取代。

1.常用铸铁零件采用灰口铸铁制造，有灰铸铁、球铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。

2.铸铁中石墨主要形成于一次结晶过程；基体则在共析阶段形成。

铸铁成分和冷却速度是
最关键的影响因素。

砂型铸件结构工艺性
一.简化工艺的要求
1.对外形要求 1）避免外形有侧凹；2）使分型面为平面，去掉不必要外圆角；
3）避免凸台、加强筋的设置妨碍起模；4）减少分型面数目；5）在铸件不加工面上设计结构斜度。

2.对内腔要求1）尽可能少用或不用芯子；2）需芯子时，考虑芯子稳固、排气和清理。

二.合金铸造性能对铸件结构要求
1.对壁厚要求： 1）壁厚应适当和均匀；2）内壁厚度应略小于外壁；3）壁厚相差大时，便于安放冒口补缩。

2.壁与壁连接： 1）壁与壁的连接应设计结构圆角，以免产生缩孔、应力集中和掉砂；2）壁与壁斜交，避免锐角接头，以免产生应力集中。

3）避免壁与壁直接交叉，采用交错接头或圆环接头；4）壁厚从薄到厚应逐步过渡，以免产生应力集中。

3.避免产生变形和裂纹，应注意以下几点：
1）细长类铸件，使其截面对称；
2）大面积平板时，设计加强筋；
3）轮类铸件应使轮辐数目为奇数或为弯曲轮辐。

锻压部分：锻压方法概述及金属塑性变形
一、概念: 利用塑性变形规律，获得一定形状、尺寸和性能锻件的方法。

二、锻压特点 1.改善组织，提高机械性能：塑性和冲击韧性。

2.节约材料和加工工时。

3.有较高的生产率。

4.形状不能太复杂；设备投资大；劳动条差。

三、种类自由锻、模锻、轧制、拉拔、挤压、板料冲压。

一．塑性变形实质
1．单晶变形实质：滑移和孪晶
1）滑移：形状改变，但晶格、位向和体积不变。

2）孪晶：只改变位向，以利滑移。

2．多晶体变形实质：
1）每个晶粒变形与单晶一致：滑移和孪晶。

2）晶界使变形阻力增大：位向差和杂质缠绕。

3）只有与外力方向成45°角的滑移面产生滑移，细晶粒较粗晶粒滑移面多。

二．塑性变形对组织和性能的影响
1．加工硬化（冷作强化）
1）概念：金属在低温下塑性变形时，表现出强度和硬度升高，塑性和韧性下降。

变形程度越大，加工硬化越严重。

2）组织： 1）晶粒形状-------改变2）晶格------扭曲3）滑移面上-------出现细碎晶
3）应用：冷轧、冷拔和冷挤低碳钢、纯铜和防锈铝
1）回复概念：加工硬化是一种不稳定状态，只要温度许可，原子会自发回到正常位置，晶格畸变消失。

温度： T
回=(0.25~0.30)T
熔
（K）组织：晶格扭曲消失，但细碎晶和变形晶依然
存在。

性能：只是塑性略有提高。

应用：冷拔钢丝卷制弹簧后，在250~300℃下回火，降低其脆性。

再结晶概念: 原子自由扩散和重新排列形成新等轴晶代替变形晶、细碎晶。

温度: T
再=（0.35~0.40）T
熔
（K）纯铁----450℃；钨----1200℃；铜----200℃；
铝---- 100℃；锌----室温。

组织: 新的等轴晶，加工硬化全部消失。

性能: 恢复良好塑性。

速度: 温度高、变形程度大，再结晶速度快。

应用: 重获良好塑性，可继续变形；可细化晶粒；消除不均匀铸态组织。

3.区分冷变形与热变形
冷变形：低于再结晶温度下变形；热变形：高于再结晶温度下变形。

4.锻造比与纤维组织
（1）锻造比:衡量变形程度参数，均大于1，提高锻造比，可细化组织。

（2）纤维组织：
1）概念：晶界杂质留下的痕迹。

如：塑性夹杂呈条状，脆性的杂呈链状。

热处理无法改变、消除纤维组织，只能通过变形改变分布方向。

2）对性能影响：
表现出方向性：平行于纤维方向，材料塑性、韧性增加，垂直这个方向则降低；抗拉强度相差不大。

3）与锻造比关系: : 锻造比大，变形程度大，纤维组织明显。

4）设计零件应注意纤维分布合理：
正应力与纤维平行；切应力与纤维垂直。

纤维分布与零件外形轮廓相符和不被切断。

三.金属的锻造性
1.概念：金属接受锻压难易程度。

2.衡量指标：塑性和变形抗力。

3.影响因素：
1）金属本质成分：纯金属锻造性最好，合金元素含量多，锻造性差。

组织：固溶体比机械混合物要好。

状态：铸态比轧态要差。

2）变形条件（1）变形温度：温度高、塑性好、抗力小。

（2）变形速度在某一值以前，变形速度越快，加工硬化来不及消除，变形抗力增大，降低锻造性；超过这一值，变形速度增大，热效应可改善塑性和降低变形抗力。

（3）应力状态:::压应力数目越多，表现出塑性越好，锻造性提高。

一.自由锻 1.概念：坯料受冲击或静压力，向四周流动 2.种类：手工自由锻,机器自由锻
3.特点：（1）工具简单；（2）锻件精度低；（3）适合简单件；（4）阻力小，锻造大型件唯一方法；（5）劳动强度大和生产率低。

4.应用: 适合形状简单、单件小批锻件生产。

二.模型锻造概念：在模膛冲击力（静压力）下成型2．种类(Classes)：锤上模锻、平锻机、曲柄压力机和摩擦压力机。

3．特点(Characteristics) ：（1）锻件形状较复杂；（2）纤维分布合理，与锻件轮廓相符；（3）表面光洁，尺寸和形状更接近零件；（4）生产率高，易于机械化；（5）缺点投资成本大。

4.应用: (Applications) 适合中、小型件大批量生产。

三.胎模锻
1.概念：自由锻锤上，用不固定模膛生产锻件。

2.特点：介于自由锻和模锻之间。

3.应用: 适合于小型锻件中、小批量生产。

.自由锻工序1．基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、切割、和错移。

2．辅助工序：倒棱、压肩用于基本工序前
3．精整工序：平整、校直最后形状和尺寸
二.自由锻工艺规程1．绘制锻件图：在零件图上表示出 (1)敷料（余块）； (2)尺寸公差； (3)机加工余量。

2．确定变形工步(1）锻件必需基本、辅助和精整工序； (2）确定所需工具； (3）各工步顺序和所达尺寸要求。

3．坯料重量和尺寸计算
(1）重量： G
坯=G
锻
+ G
锻损
= G
锻
+ G
锻烧
+ G
锻芯
+ G
锻切
(2）尺寸： y
钢锭
≥ 2.5-3.0
y
钢型材
≥ 1.3-1.5
4．选定设备
据锻件大小和材料定。

锻件重量加大,锻锤吨位也加大,大型锻件水压机锻压。

四.零件自由锻工艺分析:
1.避免锥面与斜面出现；
2.避免圆柱面与圆柱面相交；
3.避免不规则截面和外形；
4.避免筋板和凸台；
5.截面急剧变化应分段锻造
五.锤上模锻.概念:模锻锤进行模锻, 应用最多。

2.特点: 1）砧座更大，导向更好； 2）有分模面； 3）有脱模斜度； 4）有模膛圆角；终锻模膛有飞边槽。

1）选择分模面原则 (1）锻件易取出：最大截面； (2）坯料易充满：上下模膛等高 (3）分模面上下轮廓一致：以防错模；(4）敷料最小：节约金属； (5）最好为平面：便于制模。

常用焊接方法一. 埋弧自动焊二.气体保护焊三.电渣焊四.压焊五.钎焊。