热加工工艺基础
热加工工艺基础知识
麻花钻的改进（P67）
为了提高钻孔的质量和生产率，倪志褔（上个世 纪50年代，北京市三个著名劳动模范之一）对麻花钻 的结构进行了改进，即所谓的群钻，如P67图4－4所示 。
1）在钻头的主刀刃上磨出凹弧刃R，以增大横刃附近主 刀刃上各点的前角；
2）把横刃磨到只有原来长度的1/5～1/7； 3）在刀刃上磨出分悄槽。
二、孔加工方案的选用
1、孔加工常用的方案(P78)
孔加工常用的方案如表4-2所示。
拟定孔加工方案时，除考虑加工表面精度、粗 糙度、材料性质、热处理要求以及生产规模以 外，还要考虑孔径大小和孔径比。
2、选用孔加工方案的几点说明(P79)
1)在实体上加工孔，首选必须钻孔。 2)中等精度和粗糙度：
2)在镗床上镗孔：如P71图4-13和图4-14所示： 主运动— 镗刀刀杆装在机床主轴锥孔中，随主轴一起 旋转； 进给运动—工作台带动工件作纵向移动，也可以由主 轴带动镗刀作轴向移动来实现。
镗床结构视频 镗床应用视频 镗床加工视频
2、镗削的特点（P72）
1)可用多次走刀来校正孔轴线的偏斜，其位置精度也较 高；(这些是铰孔所不能的)
1、回转体零件的轴心孔：轴心孔通常为重要的基准面， 一般和外圆面和端面一道在车床上完成精加工，以保 证位置精度。
2、箱体支架类零件的轴承孔：这类孔是主要的基准面， 技术要求高，对于大中型支架和箱体的轴承孔，通常 在卧式镗床上加工；中小型可在铣床上加工。
3、其它孔，如紧固孔、辅助孔等可根据零件大小及批量 在各类钻床上加工。
§4－2 孔的加工方法及特点（P65）
由于孔的技术要求不同，孔的结构差异较大，所 以孔的加工方法较多，常用的有钻、扩、铰、镗、拉 、磨、研磨和珩磨等。
热加工工艺基础
1.合金的充型能力不好时，易产生哪些缺陷？设计铸件时应如何考虑充型能力？答：合金的充型能力不好时(1)在浇注过程中铸件内部易存在气体和非金属夹杂物（2)容易造成铸件尺寸不精确，轮廓不清晰；(3)流动性不好，金属液得不到及时补充，易产生缩孔和缩松缺陷。
设计铸件时应考虑每种合金所允许的最小铸出壁厚，铸件的结构尽量均匀对称。
以保证合金的充型能力。
2.铸钢的铸造性能如何？铸造工艺上的主要特点是什么？答：铸造性能：①钢液的流动性差；②铸钢的体积收缩率和线收缩率大；③易吸气氧化和粘砂；④铸钢的铸造性能较差，易产生缩孔和裂纹等缺陷。
工艺特点：铸钢件在铸造工艺上必须首先考虑补缩问题，防止产生缩孔和裂纹等缺陷，铸件壁厚要均匀，避免尖角和直角结构，还可设置铸造小肋（防止铸件结构内侧因收缩应力而产生热裂）、提高型砂和型芯的退让性、多开内浇道、设置冒口和冷铁。
3自由锻工序包括哪三大类？基本工序包括哪些（至少列三种）答：自由锻工序包括基本工序、辅助工序、精整工序三大类，基本工序包括：镦粗拔长、冲孔、切割、弯曲等等4试分析下图所示焊接结构，指出其结构工艺性不合理之处，并进行修改答：如图横梁焊缝和最大应力在跨度中间，使结构承载能力减弱，若如右图，加一条焊缝，并改变焊缝位置，则改善了焊缝受力情况，提高了横梁的承载能力。
5.何为铸件结构斜度？与起模斜度有何不同？图2-2-5所示结构是否合理？如何改进？答：铸件结构斜度为铸件上垂直于分型面的不加工表面，为起模方便和铸件精度所具有的斜度。
铸件的结构斜度与起摸斜度不容混淆。
结构斜度是在零件设计时直接在零件图上标出，且斜度值较大；起模斜度是在绘制铸造工艺图时，对零件图上没有结构斜度的立壁给予很小的起模斜度（0.5°～3.0°）图中内腔上方的小孔斜度不合理，模型不易从砂型中取出。
6避免曲面相交，避免锥体，不能锻出凹凸不平的辐板，自由锻避免加强筋结构。
热加工工艺基础
热加工工艺基础机械制造基础-Ⅱ
机电工程学院
金工学部
课程概论
机械制造基础Ⅰ--工程材料
Ⅱ--热加工工艺基础Ⅲ--机械加工工艺基础
课程概论
机械制造基础Ⅰ--工程材料
Ⅱ--热加工工艺基础Ⅲ--机械加工工艺基础
课程概论
机械制造基础Ⅰ--工程材料
Ⅱ--热加工工艺基础Ⅲ--机械加工工艺基础
课程概论
热加工工艺基础铸造
压力加工焊接
课程的性质和任务
《热加工工艺基础》是机械类、近机械类各专业学生必修的一门专
业技术基础课.
本课程的任务是:使学生获得有关热加工工艺和设备、毛坯质量控制、毛坯结构工艺性、毛坯选择等方面
的专业基础知识.
本课程与相关课程的关系
本课程应安排在金工实习及工程材料课程之后进行,即学生应具有材料的机械性能和金属加工工艺方面的基本知识.为后续课程和毕业设计等打好有关毛坯制造工艺方面的基础.
课程的基本教学要求
本课程重点阐述毛坯制造的基础理论知识和常见的生产方法,通过典型零件、典型工艺的分析,力求使理论和实际、原理与工艺密切结合,使学生具有根据零件的材料、结构等特征选择毛坯制造方案的能力.
教材及主要参考书一.教材:
《热加工工艺基础》
主编王志海
出版社武汉工业大学出版社
教材及主要参考书二.参考书:
《金属工艺学》
主编邓文英
出版社高等教育出版社 《金属工艺学》
主编王允禧
出版社高等教育出版社
课程的教学安排
课堂理论授课22学时;
课堂理论讨论及习题课6学时; 实验教学2学时.。
热加工工艺基础
热加工工艺基础热加工工艺是指通过加热材料以改变其物理、化学或机械性质的一种加工方法。
热加工工艺广泛应用于金属、玻璃、塑料等材料的加工过程中，可以实现材料的塑性变形、膨胀、熔化等各种形式的加工目标。
热加工工艺的基础是对材料的加热过程的控制。
在热加工过程中，加热温度、加热时间和加热方式是关键的控制参数。
不同的材料对于这些参数的要求也不同，需要根据具体材料的性质和加工目标来确定最佳的加热条件。
热加工工艺主要包括热压缩、热挤压、热锻造、热拉伸、热压铸等多种方法。
其中，热压缩是将材料置于加热设备中进行加热，然后用模具对材料进行压缩变形的工艺。
热挤压是将加热的材料通过模具挤出，以实现形状的改变。
热锻造是将加热的金属材料放置在压力机上，通过受力变形来改变材料形态和结构的工艺。
热拉伸是将材料在加热的条件下拉伸，使其变形成所需形状。
热压铸是将加热的金属液体注入到模具中，通过压力和冷却来制造零件的工艺。
热加工工艺具有许多优点。
首先，热加工可以改善材料的可变形性能，使其更易于加工。
其次，热加工可以改变材料的组织结构和性能，提高材料的机械强度和耐磨性。
此外，热加工还可以实现对材料的精确控制，使其达到更高的加工精度和表面质量。
然而，热加工工艺也存在一些限制。
首先，由于在加热的过程中会发生材料的晶粒长大和相变等现象，可能会导致材料的变形不均匀性和内部缺陷的产生。
其次，热加工需要大量能源和设备投入，对于环境保护和资源消耗也会带来一定的压力。
因此，在使用热加工工艺时，需要合理设计加热过程，控制加热参数，以避免以上问题的发生。
总之，热加工工艺是一种重要的材料加工方法，可以实现材料形状、性能等多方面的改变。
掌握热加工工艺的基础知识和技术，对于实现高效、精确的材料加工具有重要意义。
热加工工艺是一种重要的材料加工方法，可以通过加热材料来改变其物理、化学或机械性质。
它广泛应用于金属、玻璃、塑料等材料的加工过程中，以实现各种形式的加工目标。
热加工工艺基础知识(PPT 187页)
（2）析出性气孔 析出性气孔是溶解在金属液中的 气体，在凝固时由金属液中析出而未能逸出铸件所 产生的气孔。其特征是尺寸细小，多而分散，形状 多为圆形、椭圆形或针状，往往分布于整个铸件断 面内。
c）铸件结构 铸件壁厚过小，壁厚急剧变 化，结构复杂，有大的水平面时，都将会影 响合金的充型能力。
二 合金的凝固与收缩
（一）铸件的凝固方式及影响因素
1. 铸件的凝固方式
（1）逐层凝固方式 合金在凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线 清楚地分开，这种凝固方式称为逐层凝固。常见合 金如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶 铝硅合金及某些黄铜都属于逐层凝固的合金。
2. 充型能力的影响因素
（1）铸型填充条件
a）铸型的蓄热能力 铸型从金属液中吸收和储存 热量的能力。铸型的热导率和质量热容越大，对 液态合金的激冷作用越强，合金的充型能力就越 差。
b）铸型温度 提高铸型温度，可以降低铸型和 金属液之间的温差，进而减缓了冷却速度，可 提高合金液的充型能力。
c）铸型中的气体 铸型中气体越多，合金的充型 能力就越差。
（一） 铸铁的分类
1. 根据碳在铸铁中的存在形式分类
（1）白口铸铁 指碳主要以游离碳化铁形式出现 的铸铁，断口呈银白色。
（2）灰铸铁 指碳主要以片状石墨形式出现的铸 铁，断口呈灰色。它是工业中应用最广的铸铁。
（3）麻口铸铁 指碳部分以游离碳化铁形式出现 ，部分以石墨形式出现，断口灰白相间。
2. 根据铸铁中石墨形态分类
晶内偏析（又称枝晶偏析）是指晶粒内各部分化学 成分不均匀的现象，这种偏析出现在具有一定凝固 温度范围的合金铸件中。为防止和减少晶内偏析的 产生，在生产中常采取缓慢冷却或孕育处理的方法 。
热加工工艺基础
铸型
铸件
三、砂型铸造生产过程
1.型砂和芯砂的配制 构成：原砂（硅砂）、粘接剂、水、附加物等 性能：强度、可塑性、耐火性、透气性、退让性等
热加工工艺基础
三、砂型铸造生产过程
2.手工造型方法
整模造型
热加工工艺基础
2.手工造型方法
整模造型特点：
分型面为平面，铸型型腔全部在一个砂 箱内，造型简单，铸件不会产生错箱缺陷。
热加工工艺基础
The end
《制造技术基础训练》
——
热加工工艺基础
2007.03.
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热加工工艺基础
机械制造工艺过程
热加工工艺基础
铸造工艺
一、铸造发展历程 铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工 工艺，已有约6000年的历史。中国作为世 界四大文明古国之一，曾创造了光辉灿烂的 古代科技和文化。中国约在公元前1700～ 前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期， 工艺上已达到相当高的水平。商朝的重875 公斤的司母戊方鼎，西汉的透光镜，明朝的 永乐大钟，都是古代铸造的代表产品。
应用范围：
铸件最大截面在一端，且为平面。
热加工工艺基础
2.手工造型方法
分模造型
热加工工艺基础
2.手工造型方法
分模造型特点： 模样沿最大截面分为两半，型腔 位于上、下两个砂箱内。造型方便， 但制作模样较麻烦。 应用范围： 最大截面在中部，一般为对称性 铸件。
热加工工艺基础
2.手工造型方法
挖砂造型
热加工工艺基础
2.手工造型方法
挖砂造型特点： 模样为整体模，造型时需挖去阻 碍起模的型砂，故分型面是曲面。造 型麻烦，生产率低。 应用范围： 单件小批生产模样较薄、分模后 易损坏或变形的铸件。
热加工工艺基础-铸造
热加工工艺基础第一章铸造工艺基础1．名词解释充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。
缩孔：在铸件上部或最后凝固部位出现的容积较大的孔洞。
缩松：铸件断面上出现的分散、细小的孔洞。
逐层凝固：纯金属或共晶成分合金在凝固过程中不存在固、液相并存的凝固区，故断面上外层的固体和内层的液体由一条界限清楚地分开，随着温度的下降，固体层不断加厚，液体层不断减少直到中心层全部凝固。
糊状凝固：合金的凝固温度范围很宽或铸件断面温度分布曲线较为平坦，其凝固区在某段时间内，液固并存的凝固区贯穿整个铸件断面。
中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间的凝固方式。
定向凝固：使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。
同时凝固：尽量减少铸件各部位间的温度差使铸件各部位同时冷却凝固。
热裂：凝固后期合金收缩且受到铸型等阻碍产生应力，当应力超过某一温度下合金的强度所产生的裂纹。
冷裂：铸件固态下产生的裂纹。
热应力：由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期铸件各部分收缩不一致而产生的应力。
侵入气孔：砂型或砂芯受热产生气体侵入金属液内部在凝固前未析出而产生的气孔反应气孔：合金液与型砂中的水分、冷铁、芯撑之间或合金内部某些元素、化合物之间发生化学反应产生气体而形成的气孔。
·析出气孔：合金在熔炼和浇注过程中接触气体使气体溶解其中，当合金液冷却凝固时，气体来不及析出而形成的气孔。
2．合金的流动性不足易产生哪些缺陷？浇不足，冷隔，气孔，夹渣，缩孔，缩松。
影响合金流动性的主要因素有哪几个方面？合金的种类，合金的成分，温度。
在实际生产中常用什么措施防止浇不足和冷隔缺陷？a.选用黏度小，比热容大，密度大，导热系数小的合金，使合金较长时间保持液态。
b.选用共晶成分或结晶温度范围窄的合金作为铸造合金。
c.选择合理的浇注温度。
3．充型能力与合金的流动性有什么关系？合金的流动性越好，则其充型能力越好。
不同化学成分的合金为何流动性不同？合金的化学成分不同，它们的熔点及结晶温度范围不同，其流动性不同。
热加工工艺基础齿轮齿形的加工
热加工工艺基础齿轮齿形
的加工
汇报人：
目录
01 02 03 04 05 06
添加目录项标题 齿轮齿形加工概述
热加工工艺基础 齿轮齿形热加工工艺 齿轮齿形热加工工艺的应用 齿轮齿形热加工工艺的未来发展
01
添加目录项标题
02
齿轮齿形加工概述
齿轮齿形加工的重要性
齿轮是机械设备中的重要零部件 齿轮齿形加工对于机械设备的性能和使用寿命有着重要影响 齿轮齿形加工的精度和质量对于机械设备的运行稳定性和可靠性有着决定性的作用 齿轮齿形加工的方法和工艺对于齿轮的性能和使用寿命也有着重要影响
质量控制措施：通过调整加热温度、保温时间、冷却速度等参数，控制热处理过程中的关键因素， 确保零件质量稳定。
常见问题及解决方法：针对热处理过程中可能出现的问题，如脱碳、氧化、变形等，提出相应的 解决方法，提高零件的合格率。
04
齿轮齿形热加工工艺
滚齿加工
滚齿加工原理： 利用齿轮滚刀的 旋转切削刃对齿 轮毛坯进行切削 加工
对齿轮齿形热加工工艺的展望
未来齿轮齿形热加工工艺的发 展趋势
新材料在齿轮齿形热加工中的 应用
智能化和自动化技术在齿轮齿 形热加工中的应用
绿色环保理念在齿轮齿形热加 工中的体现
感谢观看
汇报人：
齿轮齿形加工的基本原理
齿轮齿形加工的基本原理 齿轮齿形加工的分类 齿轮齿形加工的工艺流程 齿轮齿形加工的注意事项
齿轮齿形加工的分类
滚齿加工
插齿加工
铣齿加工
剃齿加工
03
热加工工艺基础
热处理工艺
热处理原理：介绍热处理的基本 原理和作用，包括加热、保温和 冷却等过程。
热处理设备：介绍用于热处理的 设备，如加热炉、淬火设备和回 火设备等，并说明其工作原理和 使用方法。
精选金属工艺学热加工工艺基础
（一） 避免铸件起模方向存在外部侧凹
不合理
合理
铸件整体结构应能选出合适的分型面，其数量应少，铸件外形应便于取出模样。
二、铸造工艺对零件结构的要求
（二）尽量使分型面为平面
不合理
合理
平直的分型面可避免操作费时的挖砂造型或假箱造型；同时，铸件的毛边少，便于清理。
二、铸造工艺对零件结构的要求
不合理
合理
一、铸件质量对铸件结构的要求
2. 铸件的壁厚应尽可能均匀
铸件壁厚力求均匀，避免局部过厚形成热节结构；同时由于内壁散热条件差，冷却速度比外壁慢，为使内外壁同时凝固，减缓应力以防止变形及裂纹等缺陷，内壁尺寸应比外壁薄一些（一般相差10-30%）。
不合理
合理
一、铸件质量对铸件结构的要求
2. 铸件的壁厚应尽可能均匀
（二）铸件壁的连接
一、铸件质量对铸件结构的要求
铸件的各壁之间应均匀过渡，两个非加工表面所形成的内角应设计成圆角。
（二）铸件壁的连接
不合理
合理
一、铸件质量对铸件结构的要求
应尽量使其能自由收缩，以减小应力，避免裂纹。如图所示的弯曲轮辐和奇数轮辐的设计，可使铸件能较好地自由收缩。
（三） 轮辐和筋的设计 — 减缓肋、辐收缩的阻碍
四、改错题：图示铸件的结构有何缺点，应如何改进？
9、静夜四无邻，荒居旧业贫。。10、雨中黄叶树，灯下白头人。。11、以我独沈久，愧君相见频。。12、故人江海别，几度隔山川。。13、乍见翻疑梦，相悲各问年。。14、他乡生白发，旧国见青山。。15、比不了得就不比，得不到的就不要。。。16、行动出成果，工作出财富。。17、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。。9、没有失败，只有暂时停止成功！。10、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。。11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。。12、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。。13、不知香积寺，数里入云峰。。14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。15、楚塞三湘接，荆门九派通。。。16、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。。17、空山新雨后，天气晚来秋。。9、杨柳散和风，青山澹吾虑。。10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。11、越是没有本领的就越加自命不凡。12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。。16、业余生活要有意义，不要越轨。17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。
2热加工工艺基础共58页文档
灰口铸铁的孕育处理
选用碳、硅量低的铁水：原铁水含碳量越低，石 墨越细小，铸铁 的强度、硬度就越高。 冷却速度:对其组织和性能影响较小。如下面的图：
球墨铸铁件的生产
向高温铁水中加入一定 量的球化剂和孕育剂，直 接得到球状石墨的铸造合 金。
球化剂：金属镁或稀土镁
孕育剂：含Si量为75%或95%的硅铁
方法
合理布置内浇道及确定浇铸工艺。 合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。
解决缩孔的方法演示： 冒口和冷铁
定向凝固原则解决缩孔的方法演示
液态成形内应力、变形与裂纹
内应力
热应力 机械应力
铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件 的壁厚不均匀，导致不同部位不均衡的 收缩而引起的应力。
铸件在固态收缩时，因受到铸型、型 芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生 的应力。
铸铁通常是C%=2.5%~4.0%的铁碳合金。 碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体和石墨
根据碳在铁碳合金中的存在形式铸铁可以分为： 白口铸铁：
灰口铸铁： 麻口铸铁
普通灰口铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁
灰口铸铁
灰口铸铁 可以看成是在钢的基体上分布着不同形态的石墨。而
石墨的形态、大小和分布直接影响着铸铁的性能。
结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域 较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨 架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所 致。
缩孔与缩松的形成演示
缩孔易出现的部位
判断缩孔出现的方法
A等温线法
B内截圆法
消除缩孔和缩松的方法
原理
定向凝固原则
是铸件让远离冒口的地方先凝 固，靠近冒口的地方次凝固， 最后才是冒口本身凝固。实现 以厚补薄，将缩孔转移到冒口 中去。
热加工基础
1、液态金属的结构与性质：易流动性和无定形性（即不能保持自身的固定形状而只能具有所盛容器形状）的宏观特性2、铸件的凝固方式：逐层凝固；糊状凝固；中间凝固3、合金的流动性及其影响因素：熔融合金本身的流动能力称为流动性。
影响因素合金种类、化学成分、杂质含量4、合金的充型能力及其影响因素：熔融金属是否能够顺利充满型腔，从而获得轮廓清晰、形状完整的铸件，这种能力被称为合金的充型能力。
影响因素：合金本身流动性、浇注条件、铸行条件、铸行结构5、合金的收缩及其影响因素：铸造合金从液态凝固直至冷却到室温的过程中发生的体积和尺寸减小的现象，称为合金的收缩。
影响因素：合金的化学成分、浇注温度、铸形条件6、铸件缩孔的形成机理：当液态金属充满铸形后，随着温度的下降将产生液态收缩，但在系统尚未凝固前，型腔依然充满。
由于铸形吸热，靠近铸形的金属线凝固成外壳，其内的金属液被该层外壳封闭。
铸件继续冷却，凝固层加厚，内部剩余液体由于液态收缩和凝固收缩之和大于外壳的固态收缩，液体体积将不足以充满壳内空间，故液面下降，在铸件内部出现空隙。
随着金属不断向内凝固，液面不断下降，直至凝固结束后在铸件最后凝固部位形成缩孔。
7、顺序凝固：在铸件上建立一个从远离冒口的部分到冒口之间逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口处向冒口方向顺序的凝固。
8、同时凝固：采取一定的工艺措施，尽量减小铸件各部分之间的温度差，是铸件的各部分几乎同时凝固。
9、熔模铸造及其工艺过程：熔模铸造是用易容材料制成模样，造型后将模样融化并排出型外，从而获得无分型面的型腔，经浇注后获得铸件的铸造方法。
工艺过程：蜡模制造-制造型壳-熔去蜡模-焙烧-浇注10、金属型铸造：将液态金属浇入金属铸型，在中立作用下充型而获得铸件的铸造方法。
11、压力铸造：使熔融金属在高压作用下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。
12、离心铸造：将熔融金属浇入高速旋转的铸形中，使其在离心力作用下填充铸形并结晶，从而获得铸件的方法。
热加工工艺
• 陶瓷热压
• 减少能源消耗
• 陶瓷注射成型
• 减少环境污染
热加工工艺在复合材料加工中的应用
热加工工艺在复合材料加工中的应用
• 复合材料固化
• 复合材料熔融
• 复合材料热压
• 复合材料注射成型
热加工工艺在复合材料加工中的优势
• 提高材料性能
• 降低生产成本
• 减少能源消耗
• 减少环境污染
05
热加工工艺的节能减排技术
热加工工艺的环保措施
• 环境污染
• 清洁能源应用
• 资源消耗
• 设备能效提高
• 废弃物处理
• 工艺参数优化
• 废热回收利用
热加工工艺的安全与环保管理
热加工工艺的安全与环保管理
热加工工艺的安全与环保管理体系
• 安全管理制度
• 安全与环保管理机构
• 环保管理制度
• 安全与环保管理制度
• 安全与环保培训
• 加热速度快
• 材料变形大
• 工艺过程复杂
热加工工艺的基本原理
01
热加工工艺原理
• 热力学原理
• 材料学原理
• 动力学原理
02
热加工工艺过程
• 加热阶段
• 变形阶段
• 冷却阶段
03
热加工工艺影响因素
• 材料性能
• 加热温度
• 变形速度
• 冷却速度
热加工工艺的应用领域
航空航天领域
汽车制造领域
船舶制造领域
能源领域
• 航空器零部件制造
• 发动机零部件制造
• 船舶零部件制造
• 核反应堆零部件制造
• 航天器零部件制造
• 底盘零部件制造
• 潜艇零部件制造
热加工工艺基础
热加工工艺基础缩孔：形成原因：液态收缩和凝固收缩总和大于固态收缩。
形成条件：以逐层凝固方式凝固。
防止措施：采用定向凝固，在厚大部位安放冒口，增设冷铁缩松：形成原因：液态收缩和凝固收缩总和大于固态收缩量形成条件：以糊状凝固方式凝固。
防止措施：尽量使缩松转变为缩孔再定向凝固。
为什么铸件和重要加工面和主要工作面在铸型中应朝下？因为铸件上部凝固速度慢，晶粒较粗大，易形成缩孔，缩松，而且气体，非金属夹杂物密度小，易在铸件上部形成砂眼，气孔等缺陷。
铸件下部晶粒细小，组织致密缺陷少，质量优于上部。
如何选择铸件的浇注位置和铸型的分型面？浇注位置的选择：①铸件的重要加工面和主要工作面应朝下或位于侧面②铸件的大平面应朝下③铸件上面积较大的薄壁部分应处于铸型的下部或处于垂直，倾斜位置④易形成缩孔的铸件，应使截面较厚的部分放在分型面附近的上部或侧面⑤应尽量减少芯子的数量。
分型面的选择①应保证顺利起膜②应使铸型的分型面最少③应尽量使铸件全部或大部分在同一个砂箱内。
机械加工余量：为进行机械加工，铸件比零件增大的一层金属称为机械加工余量。
收缩余量：为补偿铸件收缩，模样比铸件图纸低尺寸增大的数值称为收缩余量。
何为球墨铸铁？有哪些优越性？适用于哪些铸件？①球墨铸铁：将铁液经球化处理，使石墨全部或大部分呈球状而制成的铸铁②优越性：具有较高的综合性能，处理工艺简单，成本低③适用于承受冲击震动的零件，强度与塑性中等的零件，载荷大耐磨受力复杂的零件，高强度耐磨耐疲劳的零件。
灰铸铁，球墨铸铁进行孕育处理的目的是什么？灰铸铁：增加铸铁的结晶晶核数目和细化共晶团或石墨。
球墨铸铁：清楚白口组织，细化石墨使石墨更加均匀。
试比较灰铁件与铸钢件的铸造工艺特点及性能。
①铸钢熔点高，流动性差易产生浇不足②收缩大，易产生变形热裂缩孔缩松等缺陷③氧化吸气严重，易产生气孔夹渣因而铸钢的铸造性能差。
工艺特点①铸件结构设计要合理②合理设置冒口冷铁③保证型砂性能，采用性能好的造型材料。
热加工工艺基础知识
热加工工艺基础知识热加工工艺是一种通过加热材料来改变其形状、性能或组织结构的方法。
它主要用于金属和热塑性塑料的加工，包括锻造、热轧、热挤压、热拉伸等多种方法。
以下是热加工工艺的一些基础知识：1. 温度控制：热加工工艺需要通过加热材料使其达到特定的温度区间。
不同的材料和加工方法有不同的工作温度范围，因此温度的控制非常重要。
过高或过低的温度都可能会影响加工品质。
2. 热造型：热造型是一种通过加热材料使其变得可塑性，然后通过压力或其他形式的力来改变其形状的方法。
这种方法使用在锻造、热挤压和热拉伸等多种加工过程中。
加热能够使材料的晶格结构变得松弛，从而使其更容易改变形状。
3. 材料的性能改变：热加工工艺可以改变材料的机械性能、物理性质和化学性质。
通过加热和冷却的过程，材料的内部结构和组织会发生变化，从而影响其性能。
例如，通过热处理可以改变金属的硬度、强度和耐腐蚀性。
4. 热循环：热加工过程中，材料经历了多次的加热和冷却循环。
这些循环可以使材料的结构发生变化，从而影响其性能。
一般来说，经过多次热循环的材料更容易加工，因为其晶粒尺寸会变大，从而使材料更容易塑性变形。
5. 材料选择：不同的材料适用于不同的热加工工艺。
某些材料在加热过程中容易氧化或熔化，因此不宜用于高温环境。
此外，材料的成分、结构和硬度也会影响其加工性能和加工后的性能。
综上所述，热加工工艺是一种通过加热材料来改变其形状、性能或组织结构的方法。
它需要控制温度、利用热造型、改变材料的性能，经历多次热循环，并选择适合的材料。
这些基础知识对于理解和应用热加工工艺非常重要。
当涉及到热加工工艺时，有几种常见的方法被广泛应用于金属和热塑性塑料的加工。
首先是锻造。
锻造是一种通过加热金属并施加巨大的压力，以改变其形状的方法。
在锻造过程中，金属材料被加热至其可塑性状态，然后通过冷却和引力来给予材料所需的形状。
锻造可用于制造各种各样的金属制品，包括零件、工具和大型结构等。
热加工工艺基础
热加工工艺基础铸造是将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的成形方法。
铸造成形特点：1.可以铸造出内腔、外形很复杂的毛坯，接近零件最终形状。
2.工艺灵活性大，几乎各种合金，各种尺寸，形状和质量的铸件都能生产。
3.铸造成本较低。
4.节约金属，减少切削加工量。
凝固方式：1逐层凝固，2糊状凝固，3中间凝固充型能力：液态合金充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。
影响充型能力因素：1流动性（是指合金本身的流动能力，它直接影响合金的充型能力）、2铸型和浇注条件、3铸件结构条件收缩：合金液浇入铸型后，在液态、凝固态和固态冷却过程中所发生的体积缩小现象。
缩松、缩孔的形成和防止方法：凝固结束后往往在铸件某些部位出现孔洞，大而集中的孔洞称缩孔，小而分散的孔洞称缩孔。
（合金的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩值且得不到补偿），1实现顺序凝固，用冒口补缩。
2合理确定内浇口位置及浇注工艺3使铸件实现同时凝固铸造应力：铸件的固态收缩收到阻碍而引起的应力——热应力（壁厚不均，厚壁存在拉应力，薄壁存在压应力）机械应力（受机械阻碍，一般都是拉应力）起模斜度（加工表面）：为方便起模，在平行与起模方向的模样表面上所增加的斜度（铸造）。
模锻斜度（锻造）。
结构斜度（非加工表面）影响铸铁石墨化及铸铁组织、性能的因素：1.化学成分（C、Si越多，石墨数量愈多，珠光体越少，强硬度低。
但碳硅质量分数过低，会使石墨化无法进行，形成白口组织）2冷却速度（越薄，冷却速度愈大，石墨化倾向愈小）灰铸铁性能特点：1铸造性能和机加工性能良好2减磨性好3减振性好4缺口敏感度小5力学性能差6…锻造性能、焊接性能和热处理性能也很差孕育铸铁适用于动载荷较小、静载荷较大、工作在摩擦条件下、要求吸收振动的形状复杂的支座类铸件，如机床床身、导轨、机座、发动机缸体、缸盖及阀体等球墨铸铁具有较好的力学性能且焊接性能和热处理性能都优于灰铸铁可锻铸铁的强度韧性比灰铸铁高铸钢的铸造工艺特点：1对型砂的强度、耐火性和透气性要求更高2铸型工艺上大都采用顺序凝固原则3铸后需热处理（为细化晶粒，改善铸态组织，消除铸造应力，提高力学性能，需退火和正火铸造铜合金：铸造青铜（除黄铜、白铜外的铸造铜合金），铸造黄铜Cu-Zn（与青铜比较，强度高，成本低，铸造性能好，所以应用更广）,白铜Cu-Ni。
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几种不同合金流动性的比较
比较下面几种合金流动性能 *铸钢的流动性
*铸铁的流动性
实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。
合金流动性对充型能力的影响
合金流动性的决定因数 合金的种类: 合金不同，流动性不同.
化学成分：同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特点，流动也 不同。 结晶特性: 恒温下结晶，流动性较好；两相区内结晶，流动性较差.
铸铁的石墨化
碳以石墨的形式析出的过程。 通常视石墨化过 程充分与否，会得到不同基体的铸铁组织。
铸铁的基体通常有： *铁素体灰口铸铁 *铁素体—珠光体灰口铸铁 *珠光体灰口铸铁
影响石墨化的因素化学成分
化学成分：C是形成石墨的元素Si是促进形成石 墨的元素通常C%、 Si%越高，越容易石墨化。
影响石墨化的因素冷却速度
液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰 的成型件的能力
充型能力不足
浇不足
冷隔
夹砂
气孔
夹渣
充型能力的决定因数
合金的流动性 铸型性质 浇注条件 铸件结构等
合金的充型能力
测试合金充型 能力的方法:
如右图,将合 金液浇入铸型中， 冷凝后测出充满型 腔的式样长度。浇 出的试样越长，合 金的流动性越好, 合金充型能力越好.
影响收缩的因素
化学成分(c含量)
铸型条件 铸件结构
浇注温度
合金收缩
缩孔与缩松的形成
缩孔的形成: 纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的 合金,浇注后在型
腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中，如得不到合金 液的补充， 在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔.
缩松的形成原因:
铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围宽的 合金呈糊状凝固，凝固区域 较宽，液、固两相共存，树枝晶发达， 枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。
裂纹
当热应力大到一定程度会导致出现裂纹。
热应力的形成过程演示
热应力的消除方法
铸件的结构：铸件各部分能自由收缩
铸件的结构尽可能对称 铸件的壁厚尽可能均匀
工艺方面：采用同时凝固原则 时效处理：人工时效；自然时效
铸件的变形原因
结论： 厚部、心部受拉应力， 出现内凹变形。 薄部、表面受压应力， 出现外凸变形。
球墨铸铁件的生产
向高温铁水中加入一 定量的球化剂和孕育剂， 直接得到球状石墨的铸造 合金。
球化剂：金属镁或稀土镁 孕育剂：含Si量为75%或95%的硅铁
球墨铸铁件主要特点：
球墨铸铁件 生产中应注意的问题：
石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最低， 力学性能比灰铸铁有显著提高。
可通过热处理改善金属基体，进一步提高性能。 这一点与灰铸铁不同。
适用于制造承受震动和冲击、形 状复杂的薄壁小件。
铸钢
按化学成分：
铸造碳钢：以铸造中碳钢用的最多； 而铸造低碳钢和铸造高碳钢用的少。
铸造合金钢：在碳钢的基础上加入少量的合金元素， 如锰、铬、钼、钒等。ZGMn13为铸造耐磨钢； ZG1Cr18Ni9为铸造不锈钢。
不锈钢
按用途分类： 耐磨钢
……
铸钢件的铸造工艺
浇注条件对充型能力的影响
浇注 条件
浇注温度
浇注温度越高，液态金属的粘度越小， 过热度高，金属液内含热 量多，保持 液态的时间长，充型 能力强。
充型压力 浇注系统
液态金属在流动方向上所受的压力称为 充型压力。充型压力越大, 充型能力越 强。
浇注系统的结构越复杂，则流动 阻力越大，充型能力越差。
铸型充填条件对充型能力的影响
铸件的变形的消除方法
防止变形的方法：与防止应力的方法基本相同。带有
残余应力的铸件，变形使残余应力减小而趋于稳定。
问题 铸造时所受的应力与变形情况。 分析有长、短不一的两根弹簧，将
其固定，使其达到同等长度，即其中一 弹簧被拉长，另一弹簧被压缩，此时所 受的应力状态？然后将其固定约束去掉， 试分析其变形趋势？
铸钢的熔点高，钢液易氧化，吸气，流动性 差，收缩大。因此，铸造困难，易产生浇不足、 气孔、缩松缩孔、夹渣和粘砂等缺陷。 * 要求型砂的耐火度高，有良好的透气性和退让性。 * 应严格控制浇注温度，防止过高或过低。 * 铸钢件须热处理。
热加工工艺基础
热加工工艺
4金属连接成形 3金属塑性成形
2金属液态成形
1金属材料导论
2.1 金属液态成形基础概述
知识点:
常用金属材料
黑
有
粉
色
色
末
金
金
冶
属
属
金
钢
铸 钢 和 铸 铁
铜 及 铜 合 金
铝 及 铝 合 金
硬 质 合 金
粉 末 高 速 钢
金属液态成形基础概述
什么是金属的液态成形:
即将液态金属浇入与零件形状相适应的铸型空腔中，待其冷却凝 固，以获得毛坯或零件的工艺方法,亦称铸造.
理
铸件的生产工艺
实际生产中，由于铸铁材料(包括灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁)具有 优良的铸造性能，且资源丰富，冶炼方便，价格低廉，铸铁件占液态成形件 中相当大的份额。
铸铁通常是C%=2.5%~4.0%的铁碳合金。
碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体和石墨 根据碳在铁碳合
金中的存在形式铸铁可以分为：
白口铸铁：
由于铸件内部晶粒粗大，组织不均 匀，且常伴 有缺陷，其力学性能 比同类材料的塑性成形低
液态合金的工艺性能
液态合金的工艺性能表征为液态合金的铸造性能
通常是指合金的流动性、收缩性 吸气性及偏析等性能.
合金铸造性能是选择铸造金属材料，确定铸件的 铸造工艺方案及进行铸件结构设计的依据.
合金的充型能力
充型能力的概念:
合金的收缩
合金的收缩的过程:
合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的 现象。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许 多铸造缺陷。（如：缩孔、缩松、裂纹、变形等）。
合金收缩的三个阶段
合金的收缩
液态合金冷却 合金收缩
液态收缩 凝固收缩
固态合金冷却 线形收缩
缩孔:恒温下结晶
缩松:两相区结晶 应力 变形 裂纹
复杂程度：
铸件结构越复杂， 流动阻力就越大，铸 型的充填就越困难。
液态金属的凝固与收缩
铸件的凝固过程：
在铸件的凝固过程中， 其截面一般存在三个区 域，即液相区、凝固区、 固相区。对铸件质量影 响较大的主要是液相和 固相并存的凝固区的宽 窄。铸件的凝固方式就 是依据凝固区的宽窄来 划分的。
凝固方式有：
金属的液态成形的作用:
金属的液态成形是制造毛坯、零件的重要方法之一。按铸型材 料的不同，金属液态成形可分为砂型铸造和特种铸造（包括压力铸 造、金属型铸造等）.其中砂型铸造是最基本的液态成形方法，所生 产的铸件要占铸件总量的80%以上.
砂型铸造过程
液态成型的优点
液态成型 优点
适于做复杂外形，特别是 复杂内腔的毛坯
缩孔A等温线法
B内截圆法
消除缩孔和缩松的方法
原理
定向凝固原则
是铸件让远离冒口的地方先凝 固，靠近冒口的地方次凝固， 最后才是冒口本身凝固。实现 以厚补薄，将缩孔转移到冒口 中去。
方法
合理布置内浇道及确定浇铸工艺。 合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。
解决缩孔的方法演示：冒口和冷铁
铸型蓄热系数: 即从金属中吸取热量 并储存的能力
铸型温度(不能过高)
铸型的发气和透气能力： 浇铸时产生气体能在金属液与铸 型间形成气膜，减小摩擦阻力， 有利于充型。但发气能力过强, 透气能力又差时,若浇铸速度太 快,则型腔中的气体压力增大， 充型能力减弱。
铸件结构对充型能力的影响
折算厚度：
折算厚度也叫当量厚度 或模数,是铸件体积与铸件 表面积之比。折算厚度越 大，热量散失越慢，充型 能力就越好。铸件壁厚相 同时，垂直壁比水平壁更 容易充填.(大平面铸件不 易成形).
定向凝固原则解决缩孔的方法演示
液态成形内应力、变形与裂纹
内应力
热应力 机械应力
铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件 的壁厚不均匀，导致不同部位不均衡的 收缩而引起的应力。
铸件在固态收缩时，因受到铸型、型 芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生 的应力。
变形
残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定 状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应 力，以回到稳定的平衡状态。
球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、 皮下气孔、夹渣等缺陷。
石墨析出时，发生膨胀， 应适当提高铸型刚度。
控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相同； 具有高C高Si,中Mn,低S、P特点。
较高的铁液温度，以防止球化处理、孕育处 理后铁液温度过低，产生浇不足等缺陷
球化处理、孕育处理。
球墨铸铁的牌号、性能及用途
石墨形态：片状
问题
1）灰口铸铁牌号为什么不用含碳量多少表 示，而用力学性能表示？
2）有一铸件当其强度不够时，可否通过增 大截面 解决？
灰口铸铁的孕育处理
提高和改善灰口铸铁 的性能的途径
改善基体组织
改变石墨形态、数量、 大小和分布
灰口铸铁的孕育处理是提高和改善灰口铸铁的性能的途径行之 有效的方法。常用的孕育剂是含Si量为75%的硅铁。
小结
合金工艺性能
充型能力 凝固方式
收缩性能 应力与变形
流动性 浇注条件 铸型条件
逐层凝固 糊状凝固 中间凝固 液态收缩 凝固收缩 固态收缩
铸件的生产工艺
知识点：
常用合金铸件的生产
铸铁
铸钢
灰球可
蠕
铸墨锻
墨
铁铸铸
铸
铁铁
铁
普
孕
铸
通
育
造
灰
铸
的