机械工程基础课件单元十金属热加工

单元十
金属热加工
挖砂造型工艺
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4）地坑造型 大型铸件单件生产时，为节省下砂箱，降低铸型高度 ，便于浇铸，多采用地坑造型。造型时先在地坑中填入型 砂，制好砂床，再将模样安卧好，再填砂舂实、刮平，造 上箱。
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（二）机器造型
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机器造型是将手工造型中的紧砂和起模工步实现了 机械化的方法。与手工造型相比，不仅提高了生产率、 改善劳动条件而且提高了铸件精度和表面质量。但是机 器造型所用的造型设备和工艺装备的费用高、生产准备 时间长，只适用于中、小铸件成批或大量的生产。 根据紧砂原理的不同，机器造型分为震压造型、微 震压实造型 、高压造型 、射砂造型 、抛砂紧实造型 等。
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2）分模造型
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分模造型的特点是：铸件的最大截面不在端部 而在中部，因而木模沿最大截面分成两半。 分模操作较简便，适用于形状较复杂的铸件， 广泛用于有孔或带有型芯的铸件，如套筒、水管 、阀体、箱体、曲轴、立柱等。
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3）挖砂造型
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当铸件最大截面在中部，且模样又不便分成两半时， 只能将模样做成整模，造型时挖掉防碍起模的砂子，称为 挖砂造型。 挖砂造型操作麻烦，生产率低，要求操作技术水平高 ，仅适用于单件小批量生产。
指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。充型能力差易产生冷隔、浇不足等缺陷。 1.金属液的流动性 指金属液的流动能力（与成份、物理性能等有关）。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。 影响流动性的因素 1）铁－碳合金的流动性与成分的关系。 2）浇注条件（温度、压力等） 3）充型条件 为改善铸型的充填条件，在设计铸件时必须保证其壁厚不 小于规定的“最小壁厚”。
力铸造、低压铸造等。
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砂型铸造工艺工程如下图所示：
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（一）手工造型 1.常见手工造型 1）整模造型
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整模造型的特点是： 模样是整体的，铸型的型腔一般只在下箱。造型时， 整个模样能从分型面方便地取出。
整模造型操作简便，型腔不受上下砂箱错位的影响， 所得型腔的形状和尺寸精度较好，故适用于外形轮廓上有 一个平面可作分型面的简单铸件，如齿轮坯、轴承、轮罩 等。
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二．合金的凝固特性
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合金从液态到固态的状态转变称为凝固或一次结晶。 1.逐层凝固 纯金属、二元共晶成分合金在恒温下结晶时，凝固 过程中铸件截面上的凝固区域宽度为零，截面上固液两 相界面分明，随着温度的下降，固相区由表层不断向里 扩展，逐渐到达铸件中心，这种凝固方式称为“逐层凝 固”。 2.体积凝固 当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯 度很小，铸件凝固的某段时间内，其液固共存的凝固区 域很宽，甚至贯穿整个铸件截面，这种凝固方式称为“ 体积凝固”（或称糊状凝固）。
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铸造的特点及应用
2）缺点:
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（1）力学性能较差(组织疏松、晶粒粗大，缩孔、缩松、 孔缺陷)； （2） 铸件工序多，质量不稳定； （3） 砂型铸造中，单件、小批，工人劳动强度大。
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3） 应用 内燃机关键零件，铸件重量占80％～90％； 汽车中铸件占19％（轿车）、23％（卡车）； 机床、拖拉机、液压泵、阀和通用机械中，铸件重量占 65％～80％。
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10.1 金属的铸造
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金属铸造是指将固态金属熔炼成液态，浇入 与零件形状相适应的铸型型腔中，冷凝后获得铸 件的工艺过程。 根据造型材料不同，可将铸造方法分为砂型 铸造和特种铸造两类。
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铸造工艺可分为三个基本部分:铸造
金属准备、铸型准备和铸件处理。 1）铸造金属准备： 铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料 ，它是以一种金属元素为主要成分，并加入其他金属或
非金属元素而组成的合金，习惯上称为铸造合金，主要
有铸铁、铸钢和铸造有色合金。 金属熔炼不仅仅是单纯的熔化，还包括冶炼过程， 使浇进铸型的金属，在温度、化学成分和纯净度方面都 符合预期要求。
单元十Βιβλιοθήκη 金属热加工2）铸型准备：不同的铸造方法有不同的铸型准备内容。 砂型铸造，铸型准备包括造型材料准备和造型造芯两 大项工作。 造型材料：砂型铸造中用来造型造芯的各种原材料， 如铸造砂、型砂粘结剂和其他辅料，以及由它们配制成的 型砂、芯砂、涂料等统称为造型材料。 造型造芯是根据铸造工艺要求，在确定好造型方法， 准备好造型材料的基础上进行的。
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铸造的特点及应用
1）优点：
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（1）可以生产形状复杂的零件，尤其复杂内腔的毛坯；
（2）工艺灵活性大，适应性广，工业常用的金属材料均可 铸造。几克～几百吨，壁厚0.3mm～1m； （3）铸造成本较低：原材料来源广泛，价格低廉； （4）铸件的形状尺寸与零件非常接近,减少切削量，属少 无切削加工。
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铸造分类
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铸造一般按造型方法来分类，习惯上分为 1）普通砂型铸造 2）特种铸造：
特种铸造按造型材料的不同，又可分为两大类：
（1）以天然矿产砂石作为主要造型材料：如熔模铸造、壳型铸 造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等；
（2）以金属作为主要铸型材料：如金属型铸造、离心铸造、压
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3．中间凝固
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金属的结晶范围较窄，或结晶温度范围虽宽，但 铸件截面温度梯度大，铸件截面上的凝固区域宽度介 于逐层凝固与体积凝固之间，称为“中间凝固”方法 。 影响因素： ①合金成分 ②温度梯度 合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾 向于逐层凝固；对于一定成分的合金，结晶温度范围 已定，凝固方式取决于铸件截面的温度梯度，温度梯 度越大，对应的凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固， 如图。
铸件的精度和全部生产过程的经济效果，主要取决于 这道工序。
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3）铸件处理：
铸件自浇注冷却的铸型中取出后，有浇口、冒口及金 属毛刺披缝，砂型铸造的铸件还粘附着砂子，因此必须经 过清理工序。 进行这种工作的设备有抛丸机、浇冒口切割机等。有 些铸件因特殊要求，还要后处理：热处理、整形、防锈、 粗加工等。
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震压 造型
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压力油
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高压造型
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射砂造型
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抛砂紧实造型
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起模方法： 型砂紧实以后就要进行起模，以获得完整的型腔。 大部分机器造型机均带有起模机构。大体有顶箱起模、 漏模和翻箱起模三类。
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铸造工艺基础知识
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一、液态金属的充型能力