机械制造基础第2版 第2章 金属材料的成形

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1、第2章金属材料的成形2.1铸造铸造可分为砂型铸造和特种铸造两类。目前，砂型铸造应用最广。2.1.1砂型铸造用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造，其生产过程如下图。2.1.1砂型铸造（续）1.造型用造型材料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。造型材料：砂型铸造用的造型材料主要指型砂和芯砂。型砂和芯砂用原砂、粘结剂（粘土、水玻璃、树脂等）、附加物（煤粉、木屑等）等按一定比例配制而成。型（芯）砂应具备下列主要性能：强度、透气性、耐火度、退让性。造型方法：造型方法可分为手工造型和机器造型两类。浇注系统：为使金属液顺利充填型腔而在砂型中开设的通道，称

2、为浇注系统。浇注系统通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。2.1.1砂型铸造（续）常用手工造型方法的特点和应用2.1.1砂型铸造（续）造芯：型芯主要用来形成铸件的内腔。为了简化某些复杂铸件的造型工艺，型芯也可以用来形成铸件的外形。型芯通常采用芯盒制造。芯盒的种类如图2-3所示。合型。将铸型的各个部分组合成一个完整铸型的操作过程称为合型。2.1.1砂型铸造（续）2.金属的熔炼和浇注熔炼。熔炼的目的是为了获得一定化学成分和温度的金属液。铸铁的熔炼常采用冲天炉，铸钢的熔炼采用电炉，非铁合金的熔炼采用坩埚炉。冲天炉的炉料有金属料、燃料和熔剂。金属料

3、包括铸造生铁、回炉铁、废钢和铁合金。铸造生铁是炉料的主要成分。利用浇冒口、废铸铁件等回炉铁可降低铸件成本。加入废钢以及硅铁、锰铁等铁合金可调整金属液的化学成分。冲天炉的燃料为焦碳。浇注。浇注是将金属液从浇包注入铸型的过程。浇注时应注意安全，并控制好浇注温度和浇注速度.3.落砂和清理落砂。落砂是指用手工或机械使铸件和型砂、砂箱分开的过程。铸件在砂型中要冷却到一定温度才能落砂。清理。落砂后从铸件上清除浇冒口、型芯、毛刺、表面粘砂等过程称为清理。灰铸铁件、铸钢件、非铁合金铸件的浇冒口可分别用敲击、气割、锯割等方式去除。2.1.2金属的铸造性能1.金属

4、的流动性：金属的流动性是指熔融金属的流动能力；在实际生产中，则是指熔融金属充填铸型的能力。金属的流动性主要受下列因素的影响：（1）化学成分（2）浇注温度（3）铸型条件和铸件结构。2.金属的收缩：金属在铸型内随着温度下降，其体积和尺寸会逐渐缩小，这种现象称为收缩。金属的收缩过程分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个阶段。金属的收缩主要受以下因素影响：化学成分、浇注温度、铸型条件和铸件结构。收缩对铸件质量的影响：缩孔和缩松、铸造应力。2.1.3铸造工艺设计基础1.浇注位置浇注时，铸件在铸型中所处的位置称为浇注位置。浇注位置的选择应遵循以下基本原则：铸

5、件的重要表面应朝下或位于侧面；铸件的宽大平面应朝下；铸件的薄壁部分应放在型腔的下部或垂直、倾斜位置，以利于金属液的充填，防止产生冷隔和浇不足等缺陷；铸件较厚的部分，浇注时应处于型腔的上部，以便安放冒口，实现自下而上的定向凝固，防止缩孔。2.1.3铸造工艺设计基础（续）2.分型面的选择：1）分型面应选择在铸件的最大截面处，以便于起模。2）尽量使分型面为平直面，且数量只有一个，以便简化造型，减少错型等缺陷。3）尽量使铸件的全部或大部分处于同一砂箱中，以保证铸件精度。4）应考虑下芯、检验和合型的方便。3.主要铸造工艺参数的选择：加工余量、起模斜度及铸

6、造圆角。2.1.3铸造工艺设计基础（续）4.铸造工艺图把铸造工艺设计的内容用文字和红、蓝色符号在零件图上表示出来，所得的图形称为铸造工艺图。它表明了铸件的形状、尺寸、生产方法和工艺过程，是指导模样和铸型制造，进行生产准备和铸件检验的基本工艺文件。2.1.4铸件结构工艺性1.铸件质量对铸件结构的要求：壁厚要适当、壁厚应均匀、壁间连接应合理、避免大的水平面。2.铸造工艺对铸件结构的要求：尽量减少分型面、尽量使分型面平直、尽量少用活块、应有结构斜度、尽量少用或不用型芯。2．1．5特种铸造1.金属型铸造：用重力浇注将金属液浇入金属铸型以获得铸件的方法，

7、称为金属型铸造。2.压力铸造：金属液在高压下高速充型，并在压力下凝固成形的铸造方法，称为压力铸造。3.熔模铸造：熔模铸造是用易熔材料（如蜡料）制成所需的熔模，在熔模上涂覆若干层耐火涂料并硬化，将熔模熔化并排出，经高温焙烧即可浇注的铸造方法。4.离心铸造：将金属液浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下充填铸型并凝固成形的铸造方法，称为离心铸造。2．2锻压加工2.2.1金属的塑性变形1.金属塑性变形基本知识：单晶体金属的塑性变形、多晶体金属的塑性变形2.塑性变形对金属组织和性能的影响:金属组织的变化和晶体缺陷的增加，会阻碍位错的运动，从而导致金属

8、的力学性能发生改变;金属在塑性变形后，由于变形的不均匀性以及变形造成的晶格畸变，内部会产生残余应力。3.冷塑性变形金属在加热时的变化:为了消除冷变形金