能源与动力机械制造工艺学复习资料(部分)

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成批地制造相同产品，且周期性地重复生产，如机床制造等。根据产品特征及批量大小， 又分为小批、中批和大批生产三种。 3、大量生产 产品数量很大，大多数工作地一直按照一定的节拍进行同一种零件的某一道工序的加工， 称为大量生产。如自行车、洗衣机、汽车等生产。
第二章铸造工艺基础知识
型砂是由原砂(山砂或河砂)、 粘土和水按一定比例混合而成， 其中粘土约为 9％， 水约为 6％， 其余为原砂。有时还加入少量如煤粉、植物油、木屑等附加物以提高型砂和芯砂的性能。 型砂的性能 型砂的质量直接影响铸件的质量，型砂质量差会使铸件产生气孔、砂眼、粘砂、夹砂等缺 陷。良好的型砂应具备下列性能： ①透气性 型砂能让气体透过的性能称为透气性。 ②强度 型砂抵抗外力破坏的能力称为强度。 ③耐火性 指型砂抵抗高温热作用的能力。 ④可塑性 指型砂在外力作用下变形，去除外力后能完整地保持已有形状的能力。 ⑤退让性 指铸件在冷凝时，型砂可被压缩的能力。 造型方法 手工造型主要用于单件小批生产，机器造型主要用于大批大量生产。 1．手工造型 (1) 整模造型 整模造型的特点是：模样是整体结构，最大截面在模样一端为平面；分型面多为平面；操 作简单。整模造型适用于形状简单的铸件，如盘、盖类 (2)分模造型 分模造型的特点是：模样是分开的，模样的分开面（称为分型面）必须是模样的最大截面， 以利于起模。分模造型过程与整模造型基本相似，不同的是造上型时增加放上模样和取上半模 样两个操作。分模造型适用于形状复杂的铸件，如套筒、管子和阀体等。 (3)活块模造型 模样上可拆卸或能活动的部分叫活块。 当模样上有妨碍起模的侧面伸出部分(如小凸台)时，常将该部分做成活块。起模时，先将 模样主体取出，再将留在铸型内的活块单独取出，这种方法称为活块模造型。 用钉子连接的活块模造型时，应注意先将活块四周的型砂塞紧，然后拔出钉子。 (4)挖砂造型 当铸件按结构特点需要采用分模造型，但由于条件限制(如模样太薄，制模困难)仍做成整 模时，为便于起模，下型分型面需挖成曲面或有高低变化的阶梯形状(称不平分型面)，这种方 法叫挖砂造型。 (5)三箱造型 用三个砂箱制造铸型的过程称为三箱造型。前述各种造型方法都是使用两个砂箱，操作简 便、应用广泛。但有些铸件如两端截面尺寸大于中间截面时，需要用三个砂箱，从两个方向分 别起模。 (6)刮板造型 尺寸大于 500mm 的旋转体铸件，如带轮、飞轮、大齿轮等单件生产时，为节省木材、模样 加工时间及费用，可以采用刮板造型。 刮板是一块和铸件截面形状相适应的木板。造型时将刮板绕着固定的中心轴旋转，在砂型 中刮制出所需的型腔，如下图所示。
3mm；灰铸铁件的加工余量值可参阅 JB2854—80。 此外， 铸钢件上直径小于ф35mm 和铸铁件上直径小于ф25mm 的孔一般不铸出， 留待机械 加工更经济方便。对于机器造型的小件，不铸出的孔可以更小些。对于不要求加工的特殊形状、 机械加工困难的孔、槽，则必须铸出。 (2)起模斜度 为了使校样便于从铸型中取出，垂直于分型面的立壁上所加的斜度为起模斜度。模样越高， 斜度取值越小，内壁斜度比外壁斜度大。手工造型比机器造型的斜度大。模样矮时(≤100mm) 为 3º左右，模样高时(101～160mm)为 0.5°～１°。 (3)铸造圆角 为了防止铸件在壁的连接和拐角处产生应力和裂纹，防止铸型的尖角损坏和产生砂眼，在 设计铸件时铸件壁的连接和拐角部分应设计成四角。 (4)型芯头 为了保证型芯在铸型中的定位、固定和排气，模样和型芯都要设计出型芯头。 芯头是型芯的外伸部分，落入铸型的芯座内，起定位和支承型芯的作用。 芯头的形状取决于型芯的型式，芯头必须有足够的高度(h)或长度(l)及合适的斜度，才能使 型芯方便、准确和牢固地固定在铸型中，以免型芯在浇注时飘浮、偏斜和移动。 (5)收缩余量 由于铸件在浇注后的冷却收缩，制作模样时要加上这部分收缩尺寸。一般灰铸铁的收缩余 量为 0．8％——1．0％，铸钢为 l．8％——2．2％，铸造铝合金为 1．0％——1．5％。收缩余 量的大小除了与合金种类有关外，还与铸造工艺、铸件在收缩时的受阻情况等有关。 1．合金的流动性 铸造时液态金属充填铸型的能力，称为流动性。 流动性好的合金：①易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件；②有利于非金属夹杂物和气 体的上浮和排除；③易于补缩及热裂纹的弥合。 合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度来衡量。试样越长，流动性越好。 影响合金流动性的因素 a、合金性质方面 纯金属、共晶合金流动性好。 （恒温下结晶，凝固层内表面光滑） 亚、过共晶合金流动性差。 （在一定温度范围内结晶，凝固层内表面粗糙不平） b、铸造工艺条件 凡是减小合金流动阻力、延长凝固时间的因素，都可以提高流动性。 适当提高浇注温度，延长凝固时间，金属液传导给铸型的热量多使金属液冷却速度减慢， 都能提高流动性。但是，浇注温度太高使铸件容易产生气孔、缩孔，并易产生粘砂、夹砂等缺 陷。因此，在保证流动性的前提下，浇注温度不宜过高。 提高直浇道高度、增加充型静压力、降低铸型导热系数(如用干型代替湿型)、提高铸型温 度、提高型砂透气性和开设出气冒口以降低气体阻力、简化浇注系统和增大内浇道截面、减少 金属液流动阻力等，都可以提高合金的流动性。 C、铸件结构 铸件壁厚>最小允许壁厚 2．合金的收缩 ⑴收缩的概念 收缩是铸件中的缩孔、缩松、变形和开裂等缺陷产生的原因。 收缩的三个阶段： 液态收缩 ——形成缩孔、缩松（体收缩率） 凝固收缩 ——形成缩孔、缩松（体收缩率） 固态收缩 ——产生变形和裂纹（线收缩率） ⑵铸件的缩孔和缩松
(7) 假箱造型 假箱造型是利用预制的成形底板或假箱来代替挖砂造型中所挖去的型砂，如下图所示。 (8) 地坑造型 直接在铸造车间的砂地上或砂坑内造型的方法称为地坑造型。 大型铸件单件生产时，为节省砂箱，降低铸型高度，便于浇注操作，多采用地坑造型。 下图为地坑造型结构，造型时需考虑浇注时能顺利将地坑中的气体引出地面，常以焦炭、 炉渣等透气物料垫底，并用铁管引出气体。 2．机器造型 手工造型生产率低，铸件表面质量差，要求工人技术水平高，劳动强度大，因此在批量生 产中，一般均采用机器造型。 机器造型是把造型过程中的主要操作---- 紧砂与起模实现机械化。根据紧砂和起模方式不 同，有气动微震压实造型、射压造型、高压造型、抛砂造型。 (1)气动微震压实造型是采用振击(频率 150～500 次/分， 振幅 25—80mm)——压实——微振 (频率 700～1000 次／分，振幅 5～l0mm)紧实型砂的。这种造型机噪音较小，型砂紧实度均匀， 生产率高。 气动微震压实造型机紧砂原理见下图。 (2)射压造型其特点是利用压缩空气将型砂射入型腔进行初紧实，然后压实活塞将砂型再紧 实，砂型推出后，前后两砂型之间的接触面为分型面。射压造型的铸件尺寸精确、表面粗糙度 小、生产率高。每小时 240-300 型，常用于中、小型铸件的大批量生产。 (3)高压造型是利用液压系统产生很高的压力来压实砂型。其特点是铸件尺寸精确、表面粗 糙度小、生产率高。高压造型适用于形状较复杂的中、小型铸件，多品种、中等批量以上的生 产。 (4)抛砂造型是利用高速旋转的叶片将输送带输送过来的型砂高速抛下来紧实砂型。抛砂造 型适应性强，不需要专用砂箱和模板，适用于大型铸件的单件小批生产。 1. 浇注位置的选择原则 (1)铸件的重要加工面应朝下 气孔、砂眼、夹渣、缩孔容易出现在上表面，而下部的金属 液比较纯净，金属的组织比较致密。有时当重要加工面朝下有因难，则应尽量使其处在例面位 置。 (2)铸件的大平面应朝下 由于浇注时的热辐射作用，铸型型腔上表面的型砂容易拱起和开 裂，使铸件上表面产生夹砂和夹杂缺陷，所以大平面应朝下。 (3)铸件薄壁部分应放在下部 薄壁部分易产生浇不足和冷隔，故在下部可增加充型压力， 提高金属充型能力。 (4)应保证铸件实现定向凝固 对于合金收缩大、壁厚不均匀的铸件，应使厚度大的部分置 于铸件的最上方或分型面附近，以利于安放冒口，实现定向凝固。 (5)应便于型芯的固定、安装和排气并便于合型。 2.分型面的选择原则 (1)分型面应选择在模样的最大截面处，以便于取模，挖砂造型时尤其要注意。(2)应尽量减 少分型面数目，成批量生产时应避免采用三箱造型。(3)应使铸件全部或大部分在同一砂型内， 以减少错箱、飞边和毛刺，提高铸件的精度。 (4)应尽量减少型芯和活块的数量可以简化造型、 造芯工艺，提高生产率。 六、工艺参数的选择 (1)加工余量 铸件上需要切削加工的表面，应预先留出一定的加工余量，其大小取决于铸造合金的种类、 造型方法、铸件大小及加工面在铸型中的位置等诸多因素。铸钢件表面粗糙，变形大，加工余 量大；非铁合金表面较光洁，加工余量小；机器造型精度高，加工余量可选小些；单件小批生 产时影响因素较多，加工余量要加大；铸件越大、越复杂，加工余量越大；铸型中铸件的顶面 比底面和侧面的加工余量大。 单件小批量生产的小铸铁件的加工余量为 4.5 ～ 5.5mm ；小型有色金属铸件加工余量为
缩孔的形成：纯金属或共晶成分的合金易形成缩孔。 缩松的形成：结晶温度范围大的合金易形成缩松。 缩孔和缩松的防止： 定向凝固——在铸件可能出现缩孔的厚大部位，通过增设冒口或冷铁等工艺措施，使 铸件上远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口的部位凝固，冒口本身最后凝固。 结果——铸件各部分的凝固收缩均能得到液态金属的补充， 而将缩孔转移到冒口之中。 石墨化——铸铁中碳以石墨形式析出的现象。 2、影响石墨化的因素 （1）化学成分 a.碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化元素。b.硅是强烈促进石墨化的元素。c.硅是强烈 阻碍石墨化的元素。d.锰是对石墨化的影响是双重的。e.磷对石墨化的作用不显著。 （2）冷却速度 缓慢冷却有利于石墨化过程的进行。 决定冷却速度的是铸件壁厚和铸型条件。铸型条件主要是指铸型导热系数，金属型比砂型 冷却速度大。 灰铸铁可分为：普通灰铸铁（灰铸铁） 、可锻铸铁、球墨铸铁 灰铸铁：粗大的片状石墨分布；可锻铸铁：石墨数量少且呈团絮状；球墨铸铁：石墨为球 状 灰铸铁铸造性能良好。力学性能：强度低、塑性低、韧性低且壁厚敏感；抗压强度、硬度 与相同基体碳钢相近。耐磨性好、减震性好 、缺口敏感性小、切削加工性能良好 。 可锻铸铁熔点高、铁水流动性差、凝固收缩大。 铸造应力 铸造内应力有热应力和机械应力，是铸件产生变形和开裂的基本原因。 1、热应力的形成——热胀冷缩不均衡 2、机械应力的形成——收缩受阻 减少和消除应力的措施：1、结构上——壁厚均匀，圆角连接，结构对称。2、工艺上—— 同时凝固，去应力退火。 铸造的裂纹 热裂：热裂是合金凝固末期高温下形成的。特征：形状曲折而不规则、裂缝宽、缝内呈氧 化色。 （防止办法：改善型芯的退让性，大的型芯制成中空的或内部填以焦碳） 冷裂：冷裂是合金在较低温度下形成的。特征：裂纹细小、呈连续直线状，有时缝内有轻 微氧化色。 （ （防止办法：减少铸件应力的各项措施，降低合金的脆性） 铸钢的铸造工艺特点 铸钢的铸造性能差，铸造工艺复杂： （1）对砂型性能如强度、耐火度和透气性要求更高。 （2）工艺上大都采用定向凝固原则（3）必须严格掌握浇注温度 铸铜 合理设计铸件壁厚 不同的合金、不同的铸造条件，对合金的流动性影响很大。为了获得完整、光滑的合格铸 件，铸件壁厚设计应大于该合金在一定铸造条件下所能得到的“最小壁厚” 。 铸件壁厚也不宜选择过厚。由于铸件中心部位冷却缓慢、晶粒粗大，容易产生缩松、缩孔 等缺陷，其承载能力并非按壁厚截面增加而成比例增加，所以壁厚应选择得适当。 一、熔模铸造 熔摸铸造是用低熔点模料制成与铸件相同的蜡模，在蜡模的表面涂挂多层耐火材料，经硬 化、干燥后将蜡模熔出，形成壳型，再经焙烧、浇注合金后获得铸件的铸造方法。 在生产中也将这种方法称为失蜡铸造或精密铸造。 2. 熔模铸造的特点 (1) 由于铸型精密，没有分型面，型腔表面极光洁，故铸件精度高、表面质量好，是少、
第 1 章机械制造工艺过程概述
机械加工工艺过程几个名词的含义： 1.工序 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完成的那部分工艺过程 叫工序。 2.安装 工件在机床或夹具中定位并夹紧的过程称为安装。 3.工位 工件在一次安装后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对于刀具或设备的固定部分所占 据的每一个位置上所完成的那一部分工艺过程称为工位。 4.工步 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）都不变的情况下，所连续完成的 那部分工艺过程，称为一个工步。 5.走刀 在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其它原因，需用同一把刀具以及同一 切削用量对同一表面进行多次切削。这样刀具对工件的每一次切削就称为一次走刀。 基准是在确定零件上其他面、线或点的位置准确度时所依据的该零件上的面、线或点。 基准的分类如下： 1．设计基准 它是设计零件图样时用以确定其他面、线或点的位置所依据的基准。 2．工艺基准 在制造过程(包括加工、度量和装配)中采用的各种基准，总称工艺基准，也称制造基准。 按用途不同，工艺基准又可分为工序基准、定位基准、度量基准及装配基准。 (1)工序基准 工序基准也称原始基准，是在工序卡片(或其他工艺文件)上用以确定被加工表面位置的基 准。确定被加工表面位置的尺寸称为工序尺寸，工序尺寸的起点就是工序基准。 (2)定位基准 定位基准是工件在夹具上(或直接在机床上)定位时，用以使工件在工序尺寸方向上相对于 刀具得到确定位置的基准。 (3) 度量基准 指用以度量加工表面位置的基准。在工件进行加工或加工完毕进行检验时，用到度量基准。 (4)装配基准 指当零件装配成部件和机器时，用以确定零、部件在机器中位置的基准。 各种基准，在可能情况下应尽量做到重合。 [例如] (1)设计零件图样时，应尽量以装配基准作为设计基准，这样可直接保证装配精度； (2)在制定工艺规程时，应尽量以设计基准作为工序基准，或以工序基准作为定位基准和度 量基推。这是由于基准统一可减少换算误差，保证零件的精度。 机床、刀具、夹具与工件四个要素组成一个机械加工工艺系统。 三种生产类型： 1、单件生产 单个地生产不同结构尺寸的产品，且很少重复的生产。如重型机械、大型船舶制造、新产 品试制等。 2、成批生产