金属工艺学--热加工工艺基础

1、金属工艺学主讲教师：李 建 辉联系电话子信箱：冶金与材料工程学院LJHCQUST金属热加工工艺 金属液态凝固成形（铸造） 金属固态塑性成形（锻压） 金属连接成形（焊接）热加工工艺铸件结构工艺性设计原则 合金铸造性能（铸件质量）对铸件结构工艺性的要求砂型铸造工艺对铸件结构设计的要求 当采用砂型铸造来生产零件毛坯或直接成形时，除进行形状和尺寸设计以外，还必须进行结构设计。 铸件结构工艺性设计目的，就是在结构设计上不仅能保证铸件的质量，满足使用要求，同时可以满足铸造工艺简单，生产率高等要求。 第三节 铸件的结构工艺性缺陷分析：结论：合理的铸件壁厚应介于最小壁厚和临界壁厚之间

2、。概念： 最小壁厚：在各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。 临界壁厚：铸件壁厚超过临界壁厚时，铸件壁的中心冷却慢，会造成晶粒粗大、缩孔、缩松等缺陷，从而使铸件的力学性能不升反降。各种铸造合金都存在一个临界壁厚，在砂型铸造条件下，各种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的 3 倍。 如果所设计铸件的壁厚小于允许的“最小壁厚”，铸件就易产生浇不足、冷隔等缺陷。 在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、 缩松、结晶组织粗大等缺陷，使铸件的力学性能下降。一、铸件质量对铸件结构的要求（一）铸件壁厚的设计1. 合理设计铸件壁厚合理的铸件壁厚应介于最小壁厚和临界壁厚

3、之间。如果临界壁厚不能达到强度要求，则可通过采用加强筋或合理截面设计来满足。不合理合理一、铸件质量对铸件结构的要求2. 铸件的壁厚应尽可能均匀铸件壁厚力求均匀，避免局部过厚形成热节结构；同时由于内壁散热条件差，冷却速度比外壁慢，为使内外壁同时凝固，减缓应力以防止变形及裂纹等缺陷，内壁尺寸应比外壁薄一些（一般相差10-30%）。不合理合理一、铸件质量对铸件结构的要求2. 铸件的壁厚应尽可能均匀不合理合理一、铸件质量对铸件结构的要求铸件壁厚力求均匀，避免局部过厚形成热节结构；同时由于内壁散热条件差，冷却速度比外壁慢，为使内外壁同时凝固，减缓应力以防止变形及裂纹等缺陷，内壁尺寸应比外壁薄一些（一般相

4、差10-30%）。铸件的各壁之间应均匀过渡，两个非加工表面所形成的内角应设计成圆角。不合理合理（二）铸件壁的连接一、铸件质量对铸件结构的要求铸件的各壁之间应均匀过渡，两个非加工表面所形成的内角应设计成圆角。（二）铸件壁的连接不合理合理一、铸件质量对铸件结构的要求应尽量使其能自由收缩，以减小应力，避免裂纹。如图所示的弯曲轮辐和奇数轮辐的设计，可使铸件能较好地自由收缩。（三） 轮辐和筋的设计 减缓肋、辐收缩的阻碍a 不合理，b、c 合理一、铸件质量对铸件结构的要求交叉接头因交叉处热节较大，内应力难以松弛，较易产生裂纹。交错接头和环状接头热节较小，且都可通过微量变形缓解内应力，抗裂性能较好。a、c

5、不合理，b、d 合理a b c d 一、铸件质量对铸件结构的要求（三） 轮辐和筋的设计 减缓肋、辐收缩的阻碍易裂处增设肋板以防热裂，厚度一般为连接壁厚的1/4-1/3。不合理合理一、铸件质量对铸件结构的要求（三） 轮辐和筋的设计 减缓肋、辐收缩的阻碍避免铸件产生翘曲变形。（四）防止变形的设计不合理合理一、铸件质量对铸件结构的要求不合理合理避免铸件产生翘曲变形。一、铸件质量对铸件结构的要求（四）防止变形的设计（五）尽量避免过大的水平面或采用倾斜的表面不合理合理避免铸件水平方向出现较大平面而产生夹砂、浇不足等缺陷。一、铸件质量对铸件结构的要求铸造工艺对铸件结构的要求原则在满足使用要求的前提下，尽可

6、能使制模、造型、造芯、合箱和清理等过程简化。 二、铸造工艺对零件结构的要求铸件结构工艺性分析符合铸造生产的工艺要求技术经济合理（一） 避免铸件起模方向存在外部侧凹不合理合理铸件整体结构应能选出合适的分型面，其数量应少，铸件外形应便于取出模样。二、铸造工艺对零件结构的要求（二）尽量使分型面为平面不合理合理平直的分型面可避免操作费时的挖砂造型或假箱造型；同时，铸件的毛边少，便于清理。二、铸造工艺对零件结构的要求（三）凸台和筋条结构应便于起模合理设计凸台和避免侧壁具有防碍拔模的局部凹陷结构。不合理合理二、铸造工艺对零件结构的要求合理设计凸台和避免侧壁具有防碍拔模的局部凹陷结构。不合理合理二、铸造工艺

7、对零件结构的要求（三）凸台和筋条结构应便于起模设计铸件应合理确定其结构斜度。不合理合理起模斜度是造型过程中为便于起模而额外加的斜度，如果是加工面，铸后必须通过机械加工切除；结构斜度是设计铸件结构时直接带的，这样可以不必再特意设置拔模斜度，铸完不用切除。二、铸造工艺对零件结构的要求（四）垂直分型面的非加工表面应设计一定的斜度 （称为结构斜度）（五）尽量不用和少用型芯以简化工艺不用或少用型芯可以节省制造芯盒、造芯和烘干等工序的工具和材料，可避免型芯在制造过程中的变形、合箱中的偏差，从而提高铸件精度。不合理合理二、铸造工艺对零件结构的要求不用或少用型芯可以节省制造芯盒、造芯和烘干等工序的工具和材料，

8、可避免型芯在制造过程中的变形、合箱中的偏差，从而提高铸件精度。不合理合理二、铸造工艺对零件结构的要求（五）尽量不用和少用型芯以简化工艺（六）铸件内腔结构应有利于型芯的固定、排气和清理铸件结构应有利于型芯的固定、排气和清理。不合理合理二、铸造工艺对零件结构的要求铸件结构应有利于型芯的固定、排气和清理。不合理合理二、铸造工艺对零件结构的要求（六）铸件内腔结构应有利于型芯的固定、排气和清理三、不同铸造合金对铸件结构的要求（表 11-7）薄而大的平板，收缩易发生翘曲变形，加上几条筋之后便可避免，如下图所示。铸件壁较厚，容易产生缩孔。将壁厚减薄，采用加强筋，可防止缩孔。 习 题一、判断题1. 砂型铸造是

9、铸造生产中唯一的铸造方法。（ ）2. 砂型铸造时，木模尺寸应与铸件尺寸完全相同。（ ）3. 铸件的重要受力面、主要加工面，浇注时应朝上。（ ）4. 圆角是铸件结构的基本特征。（ ）5. 机器造型生产率高，铸件精度较高，因此应用广泛。（ ）二、选择题1. 铸件的重要加工面，应尽量放在铸型的（ ） a. 侧面b. 下面c. 上面2. 造型方法按其手段的不同，可分为（ ） a.分模造型和挖砂造型b.整模造型和刮板造型 c.手工造型和机器造型3. 机器造型要求操作技术不高，适合于（ ） a. 二箱造型 b. 活块造型 c. 三箱造型4. 分型面应选择在（ ） a. 受力面的上面 b. 加工面上 c. 铸件的最大截面处5. 普通车床床身浇注时，导轨面应（ ） a. 朝左侧b. 朝右侧c. 朝