绪论、锻造与铸造---上课用

1、机械制造工艺基础机械制造工艺基础（少学时）（少学时）机械系 乔建军绪论绪论学习机械制造工艺目的学习机械制造工艺目的 机械制造业是国民经济的基础产业，它决定着整个国家的工业生产能力和水平。各行业的生产技术水平和经济效益在很大程度上取决于机械制造业所能提供装备的技术性能。加速发展我国机械制造业，迅速提高技术水平，不断地提供各种先进的设备，对国民经济的发展具有十分重要的意义。 机械制造工艺是工业产品制造的基础，先进的制造工艺可以使生产企业处于优势的竞争地位。优质产品来源于优秀的设计，更依赖于优良的制造，而优良制造取决于完善的加工工艺。只有选择了正确的加工工艺，才能制造出高精度产品，降低生产成本，提高

2、生产效率，为企业创造良好的效益。一、机械制造过程一、机械制造过程 机械制造是指利用各种手段对金属材料进行加工从而得到所需产品的过程。机械制造包括从金属材料毛坯的制造到制成零件后装配到产品上的全过程。对机械的总要求装配图与零件图零件制造图选择原材料机械零件机器毛坯铸、锻、焊机械加工机械加工装配、检验热处理热处理二、机械制造的主要职业（工种）和特点机械制造热加工冷加工铸造工锻造工焊工钳工车工镗工铣工磨工特点：特点：高温职业（工种），高温职业（工种），将金属经过高温融化将金属经过高温融化后注入大小和形状不后注入大小和形状不同的模具中成型，冷同的模具中成型，冷却后形成毛坯或零件。却后形成毛坯或零件。特

3、点：特点：利用锻压、冲压设备，在高温或者常温下，用捶打和挤压、冲压的方式使金属成形，形成毛坯或零件特点：特点：利用焊接和气割设备对金属材料进行结合或切割加工特点：特点：利用手工工具并经常在台虎钳上完成金属零部件的加工、装配与调整。特点：特点：利用车床对工件进行各种回转表面的加工，如加工内、外圆柱面，圆锥面，成形回转表面及端面等。特点：利用镗床对工件进行孔加工。特点：特点：利用铣床对工件进行平面和曲面加工，如加工平面、凸轮、键槽、齿轮等。特点：特点：利用磨床对工件进行平面、外圆和内孔等的精加工。 第一节第一节 锻造锻造 锻造锻造是在压力设备及工（模）具的作用下，使金属坯料或铸锭产生局部或全部的塑

4、性变形，以获得一定几何形状、尺寸和质量的锻件的加工方法。 第一章锻造与铸造锻造概述锻造概述自由锻 模锻 一、坯料的加热一、坯料的加热 1 1金属材料的始锻温度和终锻温度金属材料的始锻温度和终锻温度 始锻温度始锻温度允许加热达到的最高温度。 终锻温度终锻温度停止止锻造的温度。 2 2锻造温度范围锻造温度范围 锻造温度范围锻造温度范围锻件的始锻温度到终锻温度的温度间隔。 3 3加热速度加热速度 加热温度加热温度加热时坯料表面温度升高的速度（/h）。 二、自由锻二、自由锻 自由锻自由锻是利用冲击力或压力使金属在上、下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状和尺寸及一定力学性能的锻件的一种加

5、工方法。1 1自由锻设备自由锻设备 自由锻分为手工自由锻和机器自由锻两种。手工自由锻 机械自由锻 空气锤 蒸汽空气锤 水压机 2 2自由锻的基本工序自由锻的基本工序 （1）镦粗 （2）拔长 （3）冲孔 （4）弯曲 （5）扭转 （6）切断 镦粗镦粗是对原坯料沿轴向锻打，使其高度降低、横截面面积增大的操作过程 。分为整体镦粗和局部锻粗 。整体镦粗局部锻粗 拔长拔长是使坯料长度增加、横截面面积减小的锻造工序。 拔长时，每次送进量L应为砧宽B的0.30.7倍。若L太大，拔长效率反而下降；若L太小，又易产生夹层。 拔长的送进量a）送进量合适 b）送进量太大，拔长效率低 c）送进量太小，易产生夹层a） b

6、） c）较重锻件的拔长 较小锻件的拔长 圆形坯料拔长时的过渡截面形状 冲孔冲孔是用冲子在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。1）单面冲孔：厚度小的坯料 2）双面冲孔 预冲凹坑 冲至3/4深度 翻转坯料 冲透坯料 弯曲弯曲使坯料弯曲成一定角度或形状的锻造工序。 a） b） c）a），b）角度弯曲 c）成形弯曲 扭转扭转使坯料的一部分相对于另一部分旋转一定角度的锻造工序。切断切断分割坯料或切除料头的锻造工序。 方形截面切断 圆形截面切断 3 3自由锻的特点及应用自由锻的特点及应用 （1）设备和工具有很大的通用性，且工具简单，通常只能制造形状简单的锻件。 （2）自由锻可以锻制质量不足1kg到300t左

7、右的锻件。大型锻件只能采用自由锻，因此自由锻在一般机械制造中具有重要意义。 （3）自由锻依靠操作者的技术控制形状和尺寸，锻件精度低，表面质量差，金属消耗多。 三、模锻三、模锻 模锻模锻将加热后的坯料放在锻模的模腔内，经过锻造，使其在模腔所限制的空间内产生塑性变形，从而获得锻件的锻造方法。 液压模锻锤模锻件1 1模锻工艺过程模锻工艺过程 模锻的锻模结构有单模膛锻模和多模膛锻模。 单模膛锻模 锻模过程 模锻工艺过程 2 2模锻的特点及应用模锻的特点及应用 （1）由于有模膛引导金属的流动，锻件的形状可以比较复杂。 （2）锻件内部的锻造流线按锻件轮廓分布，从而提高了工件的力学性能和使用寿命。 （3）锻

8、件表面光洁、尺寸精度高，可节约材料和切削加工工时。 （4）生产率较高。 （5）操作简单，易于实现机械化。 （6）锻模所需设备吨位大，设备费用高；加工工艺复杂，制造周期长，费用高。 模锻只适用于中、小型锻件的成批或大量生产。模锻只适用于中、小型锻件的成批或大量生产。四、四、锻件的锻后冷却锻件的锻后冷却冷却方式 定义特点适用场合空冷 热态锻件在空气中冷却的方法 冷却速度较快的一种冷却方式，锻后置空气中散放，冷速快，晶粒细化 低碳、低合金中小型锻件或锻后不直接切削加工件 堆冷 将热态锻件成堆放在空气中进行冷却的方法 冷却速度低于空冷 低碳钢、中碳钢的小型锻件 坑冷 将热态锻件放在地坑（或铁箱）中缓慢

9、冷却的方法 锻后置于填有石灰、砂子或炉灰的坑内或箱内堆在一起。冷速稍慢，其冷却速度较堆冷低 低合金钢及截面尺寸较大的锻件，锻后可直接切削加工 灰砂冷 将热态锻件埋入炉渣、灰或砂中缓慢冷却的冷却方法 锻件入灰（砂）温度一般不低于500，冷却至150左右出灰（砂），周围蓄砂厚度不能小于80mm 灰砂冷的冷却速度低于坑冷 炉冷 锻后锻件放入炉中缓慢冷却的方法 锻后置原加热炉中，随炉冷却，冷速极慢，其冷却速度低于灰砂冷 高合金钢及中大型锻件锻后可切削加工六、自由锻的常见缺陷六、自由锻的常见缺陷 l裂纹产生原因 （1）坯料质量不好（2）加热不充分 （3）锻造温度过低（4）锻件冷却不当（5）锻造方法有误

10、l末端凹陷和轴心裂纹 （1）锻造时坯料内部未热透，变形只产生在坯料表面 （2）坯料整个截面未锻透，变形只产生在坯料表面 产生原因 l折叠 产生原因 坯料在锻压时送进量小于单面压下量。 第二节第二节 铸铸 造造 铸铸造造将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔中，待其凝将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔中，待其凝固后而得到一定形状和性能铸件的方法。固后而得到一定形状和性能铸件的方法。 第一章锻造与铸造铸造铸造概述概述一、一、 铸铸造基础造基础1.铸造及其分类铸造砂型铸造特种铸造熔模铸造金属铸造压力铸造离心铸造2.铸铸造的特点造的特点铸造的特点3.铸铸造的应用造的应用 由于铸造具有上述特点，所以被广泛应

11、用于机械工件的毛坯制造。在各种机械和设备中，铸件质量占有很大的比例，如拖拉机及其他农业机械中，铸件质量所占比例达40%70%；在金属切削机床、内燃机中达70%80%，在重型机械设备中则可高达90%。但由于铸造易产生缺陷，性能不高，因此多用于制造承受应力不大的工件。二、砂型铸造砂型铸造砂型铸造用型砂紧实成型的铸造方法。优优点：点：操作灵活、设备简单、生产准备时间短，使用于各种批量的生产。缺点：缺点：尺寸精度低，质量不稳定，容易形成废品，不适用于铸件精度要求较高的场合。（1 1）制）制作模样与芯盒作模样与芯盒 模样模样用来形成铸型型腔的工艺装备。 芯盒芯盒用来制造型芯的工艺装备。 1.砂砂型铸造的

12、工艺过程型铸造的工艺过程（2 2）制）制备型（芯）砂备型（芯）砂 基本原材料基本原材料铸造砂和型砂黏结剂。 型（芯）砂型（芯）砂用来制造铸型的材料。 常用的铸造砂常用的铸造砂原砂、硅质砂、锆砂、铬铁矿砂、刚玉砂等。型砂和芯砂的经验检验型砂和芯砂的经验检验（3 3）造）造型型1）手工造型 造型造型利用制备的型砂及模样等制造铸型的过程。 手工手工造型造型2）机器造型两箱造型三箱造型地坑造型组芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活块造型刮板造型 手工造型手工造型全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型操作灵活、适应性广、工艺装备简单、成本低，但其铸件质量不稳定、生产率低、劳动强度大、操作技艺要

13、求高。 铸型由成对的上型和下型构成，操作简单。适用于各种生产批量和各种大小的铸件两箱造型两箱造型三箱造型地坑造型组芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活块造型刮板造型 铸型由上、中、下三型构成，中型高度需与铸件两个分型面的间距相适应。操作费工。 主要适用于具有两个分型面的铸件的单件或小批量生产 。两箱造型三箱造型三箱造型地坑造型组芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活块造型刮板造型在地基上挖坑，并利用挖出的地坑进行造型主要用于大型铸件 两箱造型三箱造型地坑造型地坑造型组芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活块造型刮板造型 用若干块砂芯组合成铸型，而不需要砂箱。它可提高铸件的精度，但成本高

14、 。适用于批量生产形状复杂的铸件 两箱造型三箱造型地坑造型组芯造型组芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活块造型刮板造型 模样是整体的，铸件分型面为平面，铸型型腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型缺陷 。适用于铸件最大截面在一端且为平面的铸件 两箱造型三箱造型地坑造型组芯造型整模造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活块造型刮板造型模样是整体的，铸件分型面为曲面。 适用于分型面不是平面的单件或小批量生产的铸件 。两箱造型三箱造型地坑造型组芯造型整模造型挖砂造型挖砂造型假箱造型分模造型活块造型刮板造型 在造型前预先做一底胎（即假箱），然后在底胎上制作下箱，底胎不参与浇注。用于代替批量

15、生产中需要挖砂造型的铸件。两箱造型三箱造型地坑造型组芯造型整模造型挖砂造型假箱造型假箱造型分模造型活块造型刮板造型 将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下两个砂箱内。造型简单，生产率低。常用于最大截面在中部的铸件 两箱造型三箱造型地坑造型组芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型分模造型活块造型刮板造型 制模时，将铸件上妨碍起模的小凸台、肋条等部分做成活动的（即活块）。 主要用于带有凸出部分、难以起模的铸件的单件或小批量生产。 两箱造型三箱造型地坑造型组芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活块造型活块造型刮板造型 采用刮板代替实体模样造型，可降低模样成本，节约木 材，缩短生产周期。 可用于

16、有等截面或回转体的大、中型铸件的单件或小批量生产，如带轮、铸管、弯头等 。两箱造型三箱造型地坑造型组芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活块造型刮板造型刮板造型2）机器造型 机器造型机器造型指用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。 紧砂紧砂提高砂箱内的型砂和芯盒内的芯砂紧实度的操作。常用方法有压实法、震实法、抛砂法等。 振压式造型机紧砂和起模a）震压式造型机 b）紧砂 c）起模 （4 4）造）造芯芯 造芯造芯制造型芯的过程。 手手工造芯：工造芯：主要应用于单件、小批量生产。 机器造芯：机器造芯：生产效率高，砂芯质量好，适用于批量生产。 手工造芯过程手工造芯过程制造方法：制造方法：根据砂

17、芯尺寸、形状、生产批量及具体的生产条件进行选择的。 芯盒造芯示意图a）芯盒的装配b）取芯（5 5）合）合型型 合型合型又称合箱，是将铸型的各个组元，如上型、下型、型芯、浇注系统等组合成一个完整铸型的操作过程。 合型前，应对砂型和型芯的质量进行检查，若有损坏，需要进行修理；为检查型腔顶面与型芯顶面之间的距离，需要进行试合型（称为验型）试合型（称为验型）。 （6 6）熔炼）熔炼熔炼熔炼-使金属由固态转变为熔融状态的过程。 冲天炉冲天炉是最常用的熔炼设备。 浇注浇注把熔融金属注入铸型的过程，液体金属通过浇注系统进入型腔。 1）浇注系统2）冒口3）浇注工艺要求（7 7）浇）浇注注（1）浇注系统 浇注系

18、统浇注系统铸型中引导液体金属进入型腔的通道 。2）冒口 冒口冒口铸型内存储供补缩铸件用熔融金属的空腔。尺寸较大的铸件设置冒口除起到补缩作用外，还起到排气、集渣的作用。冒口一般设置在铸件的最高处和最厚处。 （3）浇注工艺要求 浇注温度浇注温度（）液体金属浇入铸型时所测量到的温度。 浇注速度浇注速度（kg/s）单位时间内浇入铸型中的液体金属的质量。 浇包浇包容纳、输送和浇注熔融金属用的容器，用钢板制成外壳，内衬耐火材料。 常用浇包a）握包 b）抬包 c）吊包（8 8）落砂）落砂 落砂落砂用手工或机械使铸件和型砂、砂箱分开的操作。落砂分为手工落砂和机械落砂两种。（9 9）清）清理理 清理清理落砂后从铸件上清除表面黏砂、型砂、多余金属（包括浇冒口、飞翅）和氧化皮等过程的总称。 （1010）检）检验验 （1）铸件的外观质量铸件的外观质量铸件表面状况和达到产品要求的程度。包括铸件的表面粗糙度、表