材料成形工艺设计

1、材料成形工艺设计机械制造基础教学部机械制造基础教学部什么是工艺设计 根据零件图纸、零件的材料牌号和技术要求，结合生产实际来设计该零件的加工工艺方案、并分析零件结构设计合理性的过程。金属产品形成过程工艺设计的内容和步骤1、设计前的准备 分析零件图纸、结构工艺性、技术要求、选材合理、生产类型。2、进行工艺设计 1）选择加工方法，确定加工路线。 （2）查阅资料并进行必要的计算。 （3）绘制工艺图，如铸造工艺图、锻件图等。 （4）填写工艺文件，如工艺过程卡等。3、工艺方案的分析 优缺点、可行性、经济性、其它方案，等等。工艺设计或撰写创新思维报告的 要求(机类、近机类) 一、工艺设计一、工艺设计主要完成

2、内容: 零件设计和零件制造工艺的设计 铸造工艺设计（A）; 自由锻工艺设计（B）; 切削加工工艺设计（C）或（D）。 A、B、C、D类工艺设计，下课前每名同学抽签确定。（一）、零件设计要求（一）、零件设计要求u借助参考资料自行选择或设计零件，不许抄例题借助参考资料自行选择或设计零件，不许抄例题（带有工艺设计的例子）。（带有工艺设计的例子）。 轴类零件轴类零件 盘套类零件盘套类零件 支架类、箱体类支架类、箱体类 u按制图标准手绘零件图、图纸大小视零件情况而按制图标准手绘零件图、图纸大小视零件情况而定（一般用定（一般用A3规格），符合国标；不许用计算机规格），符合国标；不许用计算机绘图软件绘图。绘

3、图软件绘图。（1 1）轴类零件：）轴类零件： 阶梯轴，轴上圆柱表面五个以上（支撑表面、配合表面、过渡表面），键槽，螺纹，标注尺寸及公差、形位公差、表面粗糙度、技术要求（必须有热处理要求）、材料牌号。例图：阶梯轴例图：阶梯轴（2 2）盘套类零件：）盘套类零件： 该零件以内孔、外圆及端面为主。与轴配合时应有键槽；该零件以内孔、外圆及端面为主。与轴配合时应有键槽；外圆在三个以上，端面至少有一个与内孔有跳动要求或垂直外圆在三个以上，端面至少有一个与内孔有跳动要求或垂直度要求；螺纹孔。标注尺寸及公差、形位公差、表面粗糙度、度要求；螺纹孔。标注尺寸及公差、形位公差、表面粗糙度、技术要求、材料牌号。技术要求

4、、材料牌号。例图：盘、套类零件例图：盘、套类零件（3 3）支架类、箱体类或其它类型零件）支架类、箱体类或其它类型零件: : 零件要有大孔，三个以上加工表面，要有重要表面，标注零件要有大孔，三个以上加工表面，要有重要表面，标注尺寸及公差、形位公差、表面粗糙度、技术要求、材料牌号。尺寸及公差、形位公差、表面粗糙度、技术要求、材料牌号。例图：支架类零件例图：支架类零件例图：箱体类零件例图：箱体类零件（二）零件制造工艺设计要求（二）零件制造工艺设计要求随机确定下列的某一类的工艺设计：l 铸造工艺设计（A）l自由锻工艺设计（B）l切削加工工艺设计（C（轴类）、D（盘类）二撰写创新思维报告二撰写创新思维报

5、告对象：参加工程训练的部分学生。目的：通过对工程实践（或其他活动）中遇到的某一个问题深入思考，提出解决问题的途径及方案，应体现创造性的思维方法和创造能力。要求： 1、议题: a.关于制造工程中的某一种类的成型工艺、机械加工工艺（或其中的某一环节）方法的改进，或提出全新的工艺方法；对工艺过程中某一或某几道工序所用设备（装置、仪器）、工具、夹具、量具等、或者对某一设施（例如环保、安全、检测、控制、装卸、输送等）提出新设计方案。 b.关于日常生活用具新功能的开发，结构的改进或全新设计； c.关于某种机械的新功能开发，结构的改进或全新设计； 2、篇幅2000-3000字（或更多）；可附设计图纸若干（包

6、括设计构思、 图纸、装配图及零件图）。 3、写明关于议题的: a.历史与现状及其发展趋势； b.明确说明你的“创新”之处的闪光点或构思的特色； c.说明你的构思的实现途径或方案。 4、考核成绩评定与工艺设计成绩评定等效。三三. 几点说明：几点说明：1.“工艺设计”或“创新思维报告”任选其一来完成。2.提交实习和工艺设计心得一份（500字以上）。3. “工艺设计”或“创新思维报告”成绩不及格者，所修工程实践课程总成绩亦不及格。需重修者随下一年级本系工程训练学生同时进行。请注意集中理论授课时间。4设计资料可到图书馆借阅。5工艺设计及创新思维报告需独立完成。抄袭者抄袭者( (包括抄袭包括抄袭例题例题

7、) )和被抄袭者的成绩均为不及格。和被抄袭者的成绩均为不及格。6上交时间：一周后的中午12:3013:40，地点：61号楼5101室。每份作业需与实习心得装订一起递交， 并写明姓名，学号。材料和毛坯的选择牌 号热处理方式抗拉强度/MPa屈服强度s/MPa延伸率5 %应 用 举 例Q235 一般在供应状态（热轧或正火）下使用，不热处理37546023526轻载、不要求耐磨的零件，普通焊接构件09MnV43058027523螺旋焊管、冷弯钢建筑结构16Mn47064027534521桥梁、船舶、车辆建筑结构、压力容器15MnVN49068033539018大型焊接结构、压力容器08F正火29517

8、535用于冲压、冷作的零件15渗碳37522527用于轻载，表面要求耐磨的简单零件45调质60035516承受中等载荷的较简单零件，如齿轮轴20Cr渗碳淬火83554010机床齿轮，齿轮轴，蜗杆20CrMnTi渗碳淬火108083510汽车拖拉机齿轮，凸轮35SiMn调质88573515重要结构零件、曲轴、齿轮、连杆螺栓40Cr调质9807859同上38CrMoAi氮化98083514高级氮化钢、制造重要结构零件40CrMnMo调质98078510受冲击高强度零件65淬火及中温回火69541010弹簧1Cr13淬火回火53934325汽轮机叶片、水压机阀、螺栓螺母1Cr18Ni9Ti固溶处理5

9、2020640焊条芯、耐酸容器、输送管道 常用的各种结构钢举例常用的各种结构钢举例 类别牌号热处理后硬度HRC能保持硬度的温度应 用 举 例碳素工具钢T8或T8A4854250韧性较好，木工工具，手锤、剪刀等T10或T10A6062韧性中等，冲头、丝锥、手锯条简单冲模T12或T12A62高硬耐磨，不受冲击的锉刀、刮刀等低合金工具钢9SiCr6163250300丝锥、板牙、钻头、绞刀、冷冲模等CrWMn6162拉刀、长丝锥、长绞刀等高速钢W18Cr4V6366600各种车刀、刨刀、铣刀、钻头等W6Mo5Cr4V26466模具钢Cr126063400450各种冷冲模具、钻套、量规等常用的工具钢举例

10、常用的工具钢举例 类别牌号新/旧主要合金元素抗拉强度/MPa延伸率/%硬度HB应 用 举 例纯铝1070/L1Ai903828导线、铝箔、电容硬铝2A01/LY1Ai,Cu,Mg1602438铝铆钉2A11/LY11Ai,Cu,Mg,Mn180184245中强度结构件2A12/LY12Ai,Cu,Mg,Mn1801842防锈铝5A05/LF5Ai,Mg2702370塑性、可焊性均好。薄板容器、导管、焊接油箱、日用器具等5A11/LF11Ai,Mg27023703A21/LF21Ai, Mn1302030超硬铝7A04/LC4Ai,Mg,Cu,Mn,Zn,Cr22018可作主要受力构件，如飞机大

11、梁等锻铝2A20/LD2Ai,Mg,Cu,Mn,Si1302430铝锻件、铝冲压件 常用的铝合金举例常用的铝合金举例 （新-GB/T3190-1996、旧- GB/3190-1982） 4802604451005360033034916456650400164580445503504401606085050034025090类别牌号抗拉强度/ MPa延伸率 %硬度HB应 用 举 例纯铜T12404535电线、油管等金色黄铜H90双金属片，艺术品普通黄铜H62螺钉、栓圈、弹簧铅黄铜HPb59-1热冲压及切削加工零件锡青铜QSn4-3弹性元件，管道配件铍青铜Qbe290/250HV重要弹簧，耐磨零

12、件，轴承常用的铜合金举例常用的铜合金举例 金属材料热处理方式金属材料热处理方式钢的常用热处理 钢的常规热处理： 正火 细化晶粒、力学性能较高、改善低碳钢和低合金钢的切削加工性 退火 降低钢的硬度、提高塑性、好加工,细化晶粒、消除残余内应力 淬火 提高钢的强度和硬度 回火 淬火后的钢消除内应力、获得所需的力学性能、稳定组织和尺寸 调质处理：淬火+高温回火（中碳钢采用） 钢的表面热处理： 表面淬火：火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火 化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗零件的热处理分析实例 主轴选用45钢的锻件毛坯，热处理技术要求： 整体调质后硬度为220250HBS；内锥孔和外锥体硬度为4548HR

13、C；花键齿廓部分硬度为4853HRC。 备料锻造正火机械粗加工调质机械半精加工锥孔及外锥体的局部淬火、回火粗磨(外圆、锥孔、外锥体) 铣花键花键淬火、回火精磨(外圆、锥孔、外锥体)常见的毛坯形式及其选择型 材：指各种截面和规格的成型轧材。铸造毛坯：不宜用型材作坯料的场合，零件的 形状很复杂、力学性能要求不太高。锻压毛坯：不宜用型材作坯料的场合，零件的 力学性能要求较高。焊接毛坯：适用于具有一定的尺寸和体积，又 不能用铸造或锻压方法制造的构件。 常常 用用 型型 材材 规规 格格 表表 圆钢直径5 5.5 6 6.5 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

14、21 22 2324 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 38 40 42 45 48 50 5255 56 58 60 63 65 68 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 240 250长度优质钢26m，普通钢当直径小于25时为410 m，小于10时常卷成盘状。薄板厚度0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.7 0.75 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.25 1.4 1.5 1.6 1.8 2.0

15、2.2 2.5 2.8 3.0 3.2 3.5 4.0宽度 500 600 710 750 800 850 900 950 1000 1100 1350 1400 1500热轧厚钢板厚度4.5 5 5.5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 232425 26 27 28 29 30宽度最小宽度为600，宽度间隔为50，最大宽度为3000。等边角钢号数2 2.5 3 44.5 55.66.377.5 8910边宽20 25 30 4045 5056637075 8090100边厚3 或 43、4、53、4、5、63、45、84、56、8

16、104、56、785、6、78、106、7、8、10126、7、8、10、13、1416续表槽钢型号8 10 12.6 14a 14b 16a 16 18a 18 20a 20 22a 22高度 80 100 126 140 160 180 200 220腰宽 41 48 53 58 60 63 65 68 70 73 75 77 79工字钢型号 10 12.6 14 16 18 20a 20b 22a 22b 25a 25b 28a 28b高度 100 126 140 160 180 200 200 220 220 250 250 280 280腿宽 68 74 80 88 94 100 1

17、02 110 112 116 118 122 124腰厚 4.5 5 5.5 6 6.5 7 9 7.5 9.5 8 10 8.5 10.5平均腿厚 7.6 8.4 9.1 9.9 10.7 11.4 11.4 12.3 12.3 13 13 13.7 13.7扁钢宽度 20 22 25 28 30 32 36 40 45 50 56 60 63厚度4 5 6 7 8 （每一宽度规格均有表中所列各种厚度与之相配）热轧无缝钢管外径 32 38 42 45 50 54 57 60 63.5 68 70 73 76 78 80 83 89 95 102 108 114 121 127 133壁厚 4

18、8 间 隔 0.5砂型铸造的工艺设计铸造砂型铸造：用型砂造型特种铸造：金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、低压铸造、连续铸造、陶瓷型铸造、消失模铸造、磁型铸造等。砂型铸造工艺过程砂型铸造工艺过程砂型铸造工艺设计的内容砂型铸造工艺设计的内容 1.对零件进行工艺分析； 2.选定铸型种类和造型方法； 3.确定浇注位置和分型面； 4.确定加工余量及有关工艺参数； 5.确定型芯数目和设置方式； 6.确定浇注系统形状，尺寸和位置； 7.绘制铸造工艺图。对零件进行工艺分析的内容1.细阅图纸：熟悉并审查对误、尺寸是否齐全、零件的作用、批量。2.铸造技术方面的要求：强度、金相组织，缺陷的限定等。3.所选合

19、金材料的合理性（见下页）。4.审查铸件的结构工艺性：是否需改进。 常用铸造合金的种类、牌号、性能、工艺特点及价格常用铸造合金的种类、牌号、性能、工艺特点及价格种类牌号举例机 械 性 能熔化设备需要的特殊工艺措施铸造性能铸件参考价格元/吨bMPasMPa%akJ/cm2HBS铸钢ZG230-450ZG270-500ZG310-570450500570230270310221815453530131143153电弧炉感应炉正火注意补缩较差55007000灰口铸铁HT100HT150HT200100150200143220168241170255感应炉最好30003500孕育铸铁HT300HT350

20、300350187255197269感应炉孕育处理好32003700可锻铸铁KTH370-12KTZ450-6370470126150150200感应炉扩散退火较差35004000球墨铸铁QT400-18QT500-7QT700-2QT900-14005007009002503504206001872160130180170230225305280360感应炉球墨化处理好45006000铸铜合金ZCuZn16Si4ZCuZn31Ai2ZCuSn10Pb5ZCuAi9Mn234529519539015121020坩埚炉感应炉脱氧及补缩较差4500055000铸铝合金ZL101ZL102ZL202

21、16015011024505050坩埚炉电阻炉感应炉除气处理稍差3000040000常见的造型方法常见的造型方法 造型方法铸型示意图工艺特点及其适用范围两箱造型铸型由上箱和下箱构成，是造型的最基本方法，易于实现机器造型。适用于单件或大批生产时用整模或分模铸造的各种铸件。三箱造型铸件的最大截面位于两端，必须用分开模、三个砂箱造型，模样从中箱两端的两个分型面取出。生产率低，难以应用机器造型，主要用于手工造型，单件、小批量生产的具有两个分型面的中、小型复杂铸件。挖砂造型模样虽为整体，但分型不为平面。为了取出模样，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂。生产率低，要求工人技术水平高。仅在单件和小批生产时采用。

22、刮板造型用刮板代替模样造型。节约模样材料，缩短生产周期，但生产率低，要求工人技术水平高，铸件尺寸精度差。主要用于等截面或回转体大、中型铸件的单件、小批量生产。如大皮带轮、飞轮、铸管、弯头等。活块造型当铸件上有妨碍起模的小凸台、肋板时，制模时将它们做成活动部分。造型起模时先起出主体模样，然后再从侧面取出活块。造型生产率低，要求工人技术水平高。主要用于带有突出部分难以起模的铸件的单件和小批生产。地坑造型在地面砂床中造型，不用砂箱或只用上箱。操作过程复杂，可节约砂箱，成本低。生产要求不高的中、大型铸件的单件和小批生产。浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型面的选择浇注位置： 指浇注时铸件在铸型中所处的

23、空间位置。分型面：铸型之间的结合面。确定砂型铸件的浇注位置原则1使铸件的重要部分位于铸型的下部。2. 铸件的宽大平面应朝下，薄壁部分宜位于底面或倾斜位置。3铸型的位置应有利于型芯的定位与支承，有利于排气。4需补缩的部分，宜位于铸型的上部，以便放冒口。确定砂型铸件的分型面原则1分型面一般取在铸件的最大截面处，以便于起模。2尽量使铸型有最简单的和数目最少的分型面，最好是 一平面。3尽量使铸件全部在同一砂箱内，尽量使加工基准面与加工面在同一砂箱内。4尽量少用型芯和活块。5尽量使型芯位于下箱，便于下芯，检验和合箱，避免吊芯。 举例：举例：三三 个个 零零 件件工艺符号的表达法机械标准（JB）确定铸造工

24、艺参数 铸造工艺参数包括：铸件尺寸公差和质量公差、机械加工余量、铸造收缩率、起模斜度、最小铸出孔和槽、铸造圆角。 在有些情况下，还有工艺补正量、分型负数、砂芯负数、反变形量等。1.铸件尺寸公差 铸件的尺寸公差是指铸件基本尺寸允许的变动量。铸件的尺寸公差由国标GB/T64141999铸件尺寸公差与机械加工余量进行规定。 铸件尺寸公差等级分为16级，表示为CT1CT16，1级精度最高，16级精度最低。 铸件尺寸公差等级的选取、铸件尺寸公差具体数据可参考以下表格。实际批量生产中铸件的尺寸公差等级铸造方法公差等级CT铸件材料钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金轻合金镍基合金钴基合金砂型铸造手工造型11

25、14111411141114101310139121114 1114砂型铸造机器造型和壳型81281281281281081079812812金属型铸造-8108108108107979-压力铸造-684647-熔模铸造水玻璃797979-58-587979硅溶胶464646-46-464646单件、小批量生产中铸件的尺寸公差等级造型材料公差等级CT铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻金属合金干、湿型砂131513151315131513151113自硬砂121411131113111310121012铸件尺寸公差铸件基本尺寸公差等级CT大于至12345678910111213141516100

26、.090.13 0.180.260.360.520.741.01.52.02.84.2-10160.10.140.200.280.380.540.781.11.62.23.04.4-16250.110.150.220.300.420.580.821.21.72.43.24.668101225400.120.170.240.320.460.640.901.31.82.63.65.079111440630.130.180.260.360.500.701.01.42.02.84.05.68101216631000.140.200.280.400.560.781.11.62.23.24.4691114

27、181001600.150.220.300.440.620.881.21.82.53.65.0710121620160250-0.240.340.500.701.01.42.02.84.05.6811141822250400-0.400.560.781.11.62.23.24.46.2912162025400630-0.640.901.21.82.63.65710141822286301000-0.721.01.42.02.84.068111620253210001600-0.801.11.62.23.24.679131823293716002500-2.63.85.4810152126334

28、225004000-4.46.2912172430384940006300-7.010142028354456630010000-111623324050642.机械加工余量 在零件图上标有加工符号的地方，制模时必须留有加工余量。毛坯铸件的机械加工余量等级 铸造方法机械加工余量等级铸件材料钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金轻合金镍基合金钴基合金砂型铸造手工造型GKFHFHFHFHFHFHGKGK砂型铸造机器造型和壳型FHEGEGEGEGEGEGFHFH金属型（重力铸造和低压铸造）-DFDFDFDFDFDF-压力铸造-BDBDBD-熔模铸造EEE-E-EEE 铸件机械加工余量（RMA） mm机

29、加后铸件最大轮廓尺寸机械加工余量等级大于至ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42631000.20.30.40.50.711.422.841001600.30.40.50.81.11.52.23461602500.30.50.711.422.845.582504000.40.70.91.31.42.53.557104006300.50.81.11.52.234691263010000.60.91.21.82.53.5571014100016000.711.422.845.58111616002

30、5000.81.11.62.23.24.5691418250040000.91.31.82.53.5571015204000630011.422.845.581116226300100001.11.52.234.569121724其它工艺参数其它工艺参数1、孔、槽等部位是否铸出： 铸铁件孔径30、槽截面2010； 铸钢件孔径40、槽截面3020。2、拔模斜度： 外垂直壁0.253， 内垂直壁310。3、铸造圆角半径： 取相邻两壁厚平均值的 1/31/5。 4、铸造收缩率（） =（L模-L铸件）/L模100% 灰铸铁约为0.71.0%、 铸钢约为1.52.0%、 有色金属合金约为1.01.5%

31、制模型用、在工艺图上注明数值。型芯设计芯头的作用： 定位 支撑 排气水平芯头与芯座之间的配合尺寸参考值水平芯头与芯座之间的配合尺寸参考值（） LD或（A+B）/225265051100101150151200201300301400401500芯头长度l1001012002014004016006018008011000 202535253530403545406030403545406050706080354545555070608070908010040505070608070908010090110507060807090801009011010012060807090801009011

32、01001201101308010080100100120110130120140间隙湿型S1S2S30.51.01.00.51.01.50.51.52.01.01.52.01.01.52.01.52.03.01.52.03.02.03.04.0干型S1S2S31.01.52.01.01.52.01.52.03.01.52.03.01.53.04.02.03.04.02.04.06.02.54.06.0LD或（A+B）/230316061100101150151300下芯头高h30315051100101150151300301500501700701100015202525303035354

33、51520202525303035354540606080202525303035354540606080202525303040355545657090202525303040355545657090铸型种类间隙s湿型干型0.50.50.50.50.50.51.01.51.52.0由h查h1下芯头高h1520253035404550556065708090上芯头高h11515152020252530303535404550垂直芯头的斜度上增减值a、a1芯头高152025303540用a/h或a1/h表示时上芯头a13456781/5下芯头a1.52.02.53.03.54.01/10垂直芯头

34、与芯座之间的配合尺寸参考值垂直芯头与芯座之间的配合尺寸参考值（）浇注系统的组成浇注系统的组成 1 外浇口 2 直浇口 3 横浇口 4 内浇口（a）带盆形外浇口的浇注系统 （b）带漏斗形外浇口的浇注系统浇注系统各部分的截面积比例 封闭式： F直F横F内 。 特点是挡渣能力强，但对铸型冲刷力大。 开放式： F直F横F内 。 特点是充型平稳，对铸型冲刷力小，但挡渣作用 差，适用于易氧化的铝、镁合金等有色金属铸件。 半封闭式： F内F直F横 。 作用介于上两种之间。 对中小铸铁件，推荐采用封闭式浇注系统。各部分比例为： F内：F横：F直=l：1.1：1.15浇注系统尺寸的确定 查表法（见下表）确定F内

35、：铸件的重量：包括浇冒口，中小件取值1035%璧厚确定F横、F直：按比例关系计算出F横和F直，确定相关的形状和尺寸 （单个F内 0.32，D F直 15，避免浇不足、冷隔等缺陷）适用于中小铸件的浇注系统截面尺寸适用于中小铸件的浇注系统截面尺寸 铸造工艺图 在工艺图中应表示出：浇注位置、分型面、机械加工余量、型芯及型芯头、浇注系统、拔模斜度和铸造圆角等。 砂型铸造工艺设计实例例题一：支承台铸造工艺设计 要铸造图示的支承台零件50件，此件用于支承中等静载荷，试作出铸造工艺并绘出铸造工艺图。 解：方案之一方案一的铸造工艺图解：方案之二方案二的铸造工艺图例题二、支撑座的铸造工艺设计过程例题二、支撑座的

36、铸造工艺设计过程铸件名称支撑座件数10材料Q235铸造方法砂型铸造零件图铸造图序号工艺设计步骤工艺步骤简图工艺设计内容1选择铸型种类造型方法此件作为支撑座，属于单件、小批生产，可用湿砂型，手工分模两箱造型2浇注位置分型面分模面取图示的最大截面作为分型面，铸件的大部分处于下砂箱中，分模面与分型面重合序号工艺设计步骤工艺步骤简图工艺设计内容3加工余量及有关工艺参数此件有三处须留加工余量，圆柱两端面分别处于上、下砂箱中，根据铸件的最大尺寸为155，上端面与基准面的距离为55，下端面与基准面的距离为60，因此，上端面加工余量为5，下端面加工余量为4，底座面与基准面的距离为80，且处于侧面，因此，连同拔

37、模斜度一起考虑，上端取5，下端取4。其它未注明的拔模斜度取1，铸造圆角按相邻壁厚的1/31/5计算，应为35。收缩率按1.5%考虑序号工艺设计步骤工艺步骤简图工艺设计内容4型芯设计 此件的圆柱中心孔符合铸出条件，需用型芯铸出，而底座上的两个孔不符合铸出条件，留待以后切削加工制出。 圆柱中心孔型芯直径考虑留加工余量后，为32，其属于垂直型芯，两端须留有带斜度的芯头，根据结构尺寸查表确定相应参数，见图蓝色线所示。 底座上的两个孔不符合铸出条件，用红色线叉掉，表示不铸出。序号工艺设计步骤工艺步骤简图工艺设计内容5浇注系统根据此件的分型结构特点和合金特点，选用封闭的直浇道顶注式（分型面处引入铸型）和加

38、一明冒口补缩，此件重量为2.24，考虑浇冒口重量，按30计算，总重量为2.91，查表得D= 20，具体尺寸见图中红色线处所示。序号工艺设计步骤工艺步骤简图工艺设计内容6铸造工艺图的形成将1、2、3、4、5的处理结果形成铸造工艺图，按工艺图再分别形成模型图、芯盒图及铸型装配图，指导铸造生产和检验，获得铸件。序号工艺设计步骤工艺步骤简图工艺设计内容7去应力处理退火8切削加工按零件图进行轴孔端面及轴孔、底板及底孔的精加工铸件名称双孔支架件 数2材料Q235铸造方法砂型铸造零件图铸造工艺图序号工艺设计步骤工艺步骤简图工艺设计内容1分析铸件的结构和技术要求，选择铸型种类、造型方法此件结构形状为支架类零件

39、，结构比较复杂，毛坯成形一般适用铸造成型。由于该件属于单件、小批生产，故可用湿砂型，手工分模两箱造型。例题三、双孔支架的砂型铸造工艺设计例题三、双孔支架的砂型铸造工艺设计2浇注位置和分型面的确定取图示的最大截面中心线对称截面作为分型面，分模面与分型面重合，铸件分别处于上、下砂箱中。为了起模方便，四处4- 30凸台将拆成活块（下图所示）。3加工余量及有关工艺参数的确定此件有九处须留加工余量，根据GB/T64141999， CT13，MA-H，查表得各处加工余量数值如图所注，大部分为+4.5mm，内孔加工余量为+6mm。其它未注明的拔模斜度取1，铸造圆角按相邻壁厚的1/31/5计算，应为35mm。

40、收缩率按1.2%考虑。四处4- 30凸台需要拆成活块进行造型。4型芯设计此件的两个52中心通孔符合铸出条件，考虑此件的形状结构，可以用一个通芯的形式铸出。考虑孔的加工余量后，实际的型芯直径为40。而4个 19的小孔不符合铸出条件，用红色线叉掉，表示不铸出（图中画“”处），留待以后切削加工制出。5浇注系统设计根据此件的分型结构特点和合金特点，选用直浇道顶注与分型面处横浇道、内浇道相结合引入铸型的浇注系统，外设四个明冒口补缩。此件重量为5.43，考虑浇冒口重量，按30计算，总重量为7.06，壁厚为15mm，查表得F内= 1 . 6 c m2， F内=0.8cm2；按F横=1.1F内计算，得F横=1

41、.76cm2；按F直=1.15F内计算，得D= 15.3，取整为D= 20mm；各部分浇道截面尺寸具体见图中A-A、B-B、C-C所示。6铸 造 工艺 图 的形成将1、2、3、4、5的处理结果形成铸造工艺图，按工艺图再分别形成模型图、芯盒图及铸型装配图，指导铸造生产和检验，获得铸件。例题四、例题四、壳体的砂型铸造工艺设计壳体的砂型铸造工艺设计铸件名称壳体件 数1材料HT200铸造方法砂型铸造零件图铸造工艺图序号工艺设计步骤工艺步骤简图工艺设计内容1分析铸件的结构和技术要求，选择铸型种类、造型方法此件结构形状为箱体，特别适用于铸造成型。因为该件属于单件、小批生产，故可用湿砂型，手工分模三箱造型。

42、例题四、例题四、壳体的砂型铸造工艺设计壳体的砂型铸造工艺设计2浇注位置和分型面的确定取图示的两个最大截面上表面、下表面分别作为两个分型面，铸件整体处于中砂箱中。分模面位置具上分型面30mm。此外，根据该件的结构特点，还应该考虑活块造型（具体位置参考下一张图）。3加工余量及有关工艺参数的确定此件有七处须留加工 余 量 ， 根 据GB/T64141999， CT13，RMA-H/G，查表得各处加工余量数值如图所注，分别为+4.5mm，+5.5mm，+7.0mm。其它未注明的拔模斜度取1，铸造圆角 按 相 邻 壁 厚 的1/31/5计算，应为35mm。收缩率按1.2%考虑。4型芯设计此件的半圆孔、空

43、腔符合铸出条件，考虑此件的形状结构，可以用3个型芯铸出。而六个 13、两个 11、两个 8、一个M12、一个M14等的光孔和螺纹孔不符合铸出条件，用红色线叉掉，表示不铸出（图中画“”处），留待以后切削加工制出。5浇注系统设计根据此件的分型结构特点和合金特点，采用完整的内横直浇注系统将合金液体引入铸型，同时可以考虑外加四个明冒口补缩（铸铁件一般不用冒口）。此件重量为24.1，考虑浇冒口重量，按30计算，总重量为3 1 . 3 ， 壁 厚 为1015mm，局部为8mm，查表得F内=4.0cm2，F内=2.0cm2；按F横=1.1F内计算，得F横=4.4cm2，取为5 . 0 c m2； 按 F直=

44、1.15F内计算，得F直=4.6 cm2,算得D= 24.21，取整为D= 25mm；各部分浇道截面尺寸具体见图中B-B、C-C 、D-D等所示。6铸 造工 艺图 的形成将1、2、3、4、5的处理结果形成铸造工艺图，按工艺图再分别形成模型图、芯盒图及铸型装配图，指导铸造生产和检验，获得铸件。铸造工艺设计铸造工艺设计（A）要求要求1）铸造工艺设计基本要求 铸造工艺图： a、要标出分型面和分模面；b、要标出不能铸出的孔和槽；c、标出机械加工余量及有关工艺参数；d、画出型芯及其芯头的尺寸和结构；e、画出浇注系统形状和位置；f、标出铸件的零件图所有尺寸。铸造工艺设计铸造工艺设计（A）要求要求（续） 填

45、写铸造工艺过程表，具体内容如下：铸造工艺设计铸造工艺设计（A）要求要求（续） 2） 作业内容： 一张铸造工艺图及一张铸造工艺图设计程序表自由锻工艺设计 压力加工方法示意图 a) 轧制 b) 挤压 c) 冷拔 d) 锻造 e) 冲压 特点：压密或焊合铸态金属组织中的缩孔、缩松、空隙、气泡和裂纹 等缺陷，细化晶粒和破碎夹杂物，获得一定的锻造流线组织。 性能得到极大的改善。 用途： 主要用于生产各种重要的、承受重载荷的机器零件或毛坯， 如机床的主轴和齿轮、内燃机的连杆、起重机的吊钩等。 缺点： 锻件精度不高、表面质量不好，受锻件结构工艺性制约，锻 件通常只作为机器零件的毛坯。锻造方法分类自由锻：在锻

46、造设备的上、下砧间直接使 坯 料变形获得锻件。胎膜锻：在自由锻设备上使用可移动模具（胎 模）生产模锻件的方法。模 锻：锤上模锻的简称，是在模锻锤上利用 模具（锻模）使毛坯变形而获得锻件 的方法。自由锻的基本变形种类胎膜锻模 锻锻 造 流 线合金的可锻性 经验公式作为合金锻造性的判断准则： K = / b 式中 K锻造性判据； 材料的断面收缩率（%）； b材料的抗拉强度（MPa） 按照K值的大小，可将合金的锻造性分成五个级别。级别K/%MPa-1锻造性10.01不能锻20.010.3差30.310.8可40.812.0良52.1优锻 造 比 锻造比是指坯料在锻造前后的断面积的比值。 拔长工序：

47、y拔长= 或 式中：A0、A拔长前、后坯料的断面积； L0、L拔长前、后坯料的长度。 镦粗工序： y镦粗= 或 式中：A0、A镦粗前、后坯料的断面积； H0、H镦粗前、后坯料的高度。 AA00LL0AAHH0锻件功能类别划分及标注锻件功能类别划分及标注一、锻件功能类别划分一、锻件功能类别划分( (引自引自GBGBT123631990)T123631990) I类锻件：承受复杂应力和冲击振动及重负荷的零件。失效或损坏导致严重后果，发生等级事故，或该零件虽受力不大，危及人身安全或导致系统功能失效。类锻件：承受固定的重负荷和较小的冲击振动的零件。失效或损坏可能直接影响到其它零件、部件的损坏或失效。或

48、影响产品某一部分正常工作，但不会导致等级事故和危及人身安全，不会导致系统工作的失效。类锻件：承受固定的负荷，但不受冲击和振动的零件。损坏只会引起产品局部出现故障。类锻件：承受负荷不大，不计算强度、安全系数很大的零件及除上述三类之外的其它锻件。 未注明者为类锻件。二、锻件类别标注二、锻件类别标注号锻件功能分类标准锻件类别材料标准号材料牌号GB12363307735GBCrMo举例： 自由锻造工艺设计 1根据零件图绘制锻件图； 2确定毛坯的重量和尺寸； 3. 确定变形工艺过程； 4锻造温度范围 5锻造设备； 6填写锻造工艺卡； 7估算锻件的加工费用。1. 1. 绘制锻件图绘制锻件图1）锻件余块）锻

49、件余块 2）机械加工余量）机械加工余量3）锻件公差）锻件公差台阶和凹档的锻出条件 mm台阶高度h零件总长度L零件相邻台阶的直径D040631001602004063100160200250大于至大于至锻出台阶或凹档最小长度的计算基数l580315100120140160180315630140160180210240630100018021024027030081403157080901001101203156309010011012014016063010001101201401601802101423031560708090100315630809010011012063010001001

50、10120140160台阶轴类锻件机械加工余量 （GB/T 15826.7-1995） mm零件最大直径D零件总长L大于0315630100016002500至3156301000160025004000余量 与极限偏 差大于至锻件精度等级F040728393104406383931041251356010093104114135146167100160104114125146156177160200125135156167188200250135146167177198250315167188198219带孔圆盘类自由锻件加工余量与公差（GB/T 15826.31995）零件直径D零件高度H

51、040631001602004063100160200250加工余量a,b,c与极限偏差abcabcabcabcabcabc大至锻件精度等级 F631006 26 29 36 26 29 37 27 2114838 31251001607 26 21147 26 21148 37 2125838 31259 39 31461141141771602008 36 21258 37 21258 38 3125939 31461041041561251251882002509 37 21469 37 21469 38 31461049 31561141041771251251882503151048

52、 31561048 31561049 31561141041771251141881351252083154001259 31881259 3188125104188135114208146125219156135231040050014610421914611421915612 5231016714624101771562611 常常用用几几类类锻锻件件的的机机械械加加工工余余量量和和公公差差 4）形成锻件图 1）毛坯质量的计算）毛坯质量的计算 中小型锻件一般用型钢作毛坯： m毛坯=m锻件+m烧损+m料头 式中：m毛坯锻造前的毛坯质量； m锻件锻造后的锻件质量； m锻件=pV锻件 m烧损加热

53、时毛坯表面氧化而烧损的质量； m锻件*获得 室式煤炉=2.5%4.0%， 煤气炉=2%3%， 毛坯再次加热，减半。 m料头在锻造过程中被冲掉或被切掉的那部分金属质量。 毛坯形状端部料头体积V切（/mm3）端部料头质量G切（/kg）备 注圆 形（0.210.23）D3V切（为材料密度）D锻件直径（/mm）A锻件宽度（/mm）H锻件厚度（/mm）方 形（0.280.30）A2H冲孔方法芯料体积/mm3芯料质量/kg实心冲子冲孔在垫环上冲孔HdV2芯 )20. 015. 0(HdV2芯 )60. 055. 0(Hdm2芯 )18. 157. 1 (Hdm2芯 )32. 471. 4(注：表中注：表中

54、d d为实心冲子的直径为实心冲子的直径(mm)(mm)；H H为冲孔前坯料的高度（为冲孔前坯料的高度（mmmm） （1） 冲、切掉的钢料质量计算：（2） 冲孔芯料的计算：加 热 方 式烧损率烧损质量（/kg）火 焰 加 热3%（ m锻件m切头 ）电 加 热电 阻箱 式1%盐 浴0.05%电 感0.3%（3）烧损的钢料质量计算: 2）锻造比数值的确定）锻造比数值的确定 确定毛坯尺寸时，应考虑到毛坯在锻造过程中必要的变形程度，即锻造比的问题。 例如，碳素钢锭毛坯拔长时，Y 2.33；轧材作毛坯，Y1.31.5。 而镦粗时，为了方便下料和防止坯料被镦弯，Y值设定在1.252.5之间。3 3）毛坯尺寸

55、的确定）毛坯尺寸的确定（a）典型锻件的锻造比典型锻件的锻造比锻件名称 计算部位 锻造比 锻件名称 计算部位 锻造比 碳素钢轴类锻件 最大截面 2.02.5 锤 头 最大截面 2.5 合金钢轴类锻件 最大截面 2.53.0 水轮机主轴 轴 身 2.5 热轧辊 辊 身 2.53.0 水轮机立柱 最大截面 3.0 冷轧辊 辊 身 3.55.0 模 块 最大截面 3.0 齿轮轴 最大截面 2.53.0 航空用大型锻件 最大截面 6.08.0 （b）热轧圆钢直径（热轧圆钢直径（GB/T702-1996） mm55.566.57891011121314151617181920212223242526272

56、8293031323334353638404245485052555658606365687075808590951001051101151201254）普通轴类锻件和空心锻件的锻造工序方案工序过程工序过程变变 形形 简简 图图适用范围适用范围拔长切头光轴类锻件拔长切肩拔长切头单台阶轴类锻件拔长切肩拔长切肩拔长切头多台阶轴类锻件墩粗滚边冲孔滚边修整孔壁平整端面带孔园盘类锻件墩粗冲孔芯棒拔长平整端面套筒类锻件墩粗冲孔芯棒扩孔平整端面圆环类锻件例：几种典型锻件的锻造过程d.圆环的锻造过程c.圆筒的锻造过程b.齿轮坯的锻造过程a.传动轴的锻造过程4. 4.自由锻的锻造温度范围确定自由锻的锻造温度范围确定常用金属材料的始锻温度和终锻温度常用金属材料的始锻温度和终锻温度钢种钢种常用钢号常用钢号始锻温度始锻温度（）终锻温度终锻温度（）锻造温度范围锻造温度范围（）普通碳素结构钢Q195,Q215，Q235,Q27512001300700750600450优质碳素结构钢20Mn, 40,