第二三篇铸造成形和金属塑性成形

影响合金流动性的因素——合金成分共晶成分的合金——凝固温度最低逐层凝固：表层逐渐向中心凝固，固液界面比较滑，对液态合金的流动阻力较小。糊状凝固：合金在一定温度范围内凝固，由于初生树枝状晶体与液体金属两相共存，粗糙的固液界面使合金的流动阻力加大，合金的流动性大大下降。结晶温度区间越宽，流动性越差。本文档共54页；当前第1页；编辑于星期三\11点7分2、充型能力考虑铸型及工艺因素影响时熔融金属的流动性。影响充型能力的因素（1）流动性：熔融金属本身的流动能力，是影响充型能力的主要因素之一。（2）浇注温度及铸型条件浇注温度：铸钢为1520~1620℃；铸铁1230~1450℃；铝合金为680~780℃。浇注温度高，也太合金的粘度下降；过热多大，液态合金所含热量增加，因而液态合金传给铸型的热量增多，减缓了合金的冷却速度，这大大提高了充型能力。因此，提高合金的浇注温度，是改善充型能力的重要工艺措施。

本文档共54页；当前第2页；编辑于星期三\11点7分铸型条件对充型能力有很大影响。铸型中凡是能增加金属流动阻力、降低流速和提高金属冷却速度的因素，均会降低合金的充型能力。铸型压力、畜热系数；铸件与浇铸系统结构。本文档共54页；当前第3页；编辑于星期三\11点7分二、合金的收缩

合金的收缩：合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象。

液态收缩：（T浇）-液相线温度Tl间的收缩。

凝固收缩：（Tl）-固相线温度Ts间的收缩。

固态收缩：（Ts）到室温间的收缩缩孔：集中在铸件上容积较大的孔洞。缩松：分散在铸件某些区域内的细小孔洞。

防止缩孔、缩松的方法：1、选用结晶温度范围窄的合金。2、定向凝固定向凝固：冒口放在厚大部位，冒口本身最后凝固。本文档共54页；当前第4页；编辑于星期三\11点7分

铸造应力：固态收缩受到阻碍产生的应力。铸造热应力：壁厚不均匀、各部分收缩不一致产生的应力。铸造机械应力：合金线收缩受到铸型或型芯的机械阻碍形成的内应力。减小应力的措施：1、使铸件同时凝固同时凝固：铸件个部分热分布趋于一致，同时凝固收缩。2、改善退让性3、去应力退火本文档共54页；当前第5页；编辑于星期三\11点7分三、铸件常见缺陷

冷隔、浇不足—充型能力不足。预防：提高浇注温度、浇注速度气孔—在金属液结壳前气体未逸出，在铸件内生成的孔洞。预防：降低金属液含气量；增大型砂的透气性；在型腔的最高处增设出气冒口。粘砂—粘附铸件表面上难以清除的砂粒。机械粘砂、化学粘砂夹砂—在铸件表面形成的沟槽和疤痕砂眼—铸件内部充塞的砂洞。预防：提高型砂的强度；增大模样起模斜度。本文档共54页；当前第6页；编辑于星期三\11点7分胀砂—在金属液的压力作用下铸件局部胀大变形—铸造应力大于屈服强度。预防：反变形量，加大加工余量裂纹—铸造应力大于强度极限。热裂：高温下产生热裂。裂纹短、缝隙宽、形状曲折、氧化色。冷裂：在较低温度下形成的裂纹。裂纹细小、呈直线状、裂缝内呈蓝色。大而薄的铸件容易产生冷裂防止裂纹：减小铸造应力、如铸件壁厚要均匀；增加型砂的退让性；降低合金的脆性控制硫、磷量。本文档共54页；当前第7页；编辑于星期三\11点7分砂型（sandmould）铸造工艺

铸造生产过程本文档共54页；当前第8页；编辑于星期三\11点7分青铜文化四羊方尊虎食人卣本文档共54页；当前第9页；编辑于星期三\11点7分青铜文化二里冈出土饕餮乳钉纹方鼎大禾人面方鼎本文档共54页；当前第10页；编辑于星期三\11点7分铜钟通高6.75米，钟壁厚度不等，最厚处185毫米，最薄处94毫米，重w约46吨。钟体内外遍铸经文，共22.7万字。铜钟合金成分为：铜80.54％、锡16.40％、铝1.12％，为泥范铸造。

永乐大钟本文档共54页；当前第11页；编辑于星期三\11点7分一、造型（造芯）方法

手工造型、机器造型手工造型：填砂、紧实和起模都用手工来完成。

优点：操作方便灵活、适应性强。生产率低，劳动强度大，质量不易保证。故只适用单件、小批量生产。

型（芯）砂的性能：强度、透气性、耐火度、退让性、可塑性。

造型：加砂、紧砂和起模用造型机完成大批量生产砂型的主要方法。

造芯：制作铸件空心、内凹部分—型芯。本文档共54页；当前第12页；编辑于星期三\11点7分手工造型过程：备砂造型（芯）修型（芯）烘干下芯合箱浇铸（金属熔炼）落砂清理检验。手工造型常用方法：过程：准备砂箱、模型填砂紧实扎气孔起模开浇口整模造型；分活块造型；挖砂造型；假箱造型；三箱造型；刮板造型。型芯制造：放芯骨—紧砂—开通气道—刷涂料烘干本文档共54页；当前第13页；编辑于星期三\11点7分型砂mouldingsand配制造型砂型干燥工装准备炉料准备合金冶炼芯砂coresand配制造芯coremaking型芯干燥工艺三大块：冶炼，造型（芯）和浇注落砂shakeout清理cleaning

铸件检验入库砂型sandmould铸造工艺流程图合型浇注凝固冷却本文档共54页；当前第14页；编辑于星期三\11点7分本文档共54页；当前第15页；编辑于星期三\11点7分砂型铸造工艺简图浇注金属造型、芯做木模铸件空心圆柱的铸造工艺流程

本文档共54页；当前第16页；编辑于星期三\11点7分二、砂型铸造工艺设计

铸造工艺图—指导模样（芯盒）设计、生产准备、造型和铸件检验的工艺文件。在零件图上用规定的红、兰等各色符号表示：浇注位置、分型面、加工余量、收缩率、起模斜度、反变形量、浇、冒口系统、冷铁，铸肋，砂芯数量及芯头大小、下芯次序等。（一）选择浇注位置遵循原则：1、重要加工面朝下或位于侧面。2、铸件的大平面应朝下。3、面积大的薄壁置于铸型下部、垂直或倾斜位置。4、厚大部分放上部或侧面，以便定向凝固。本文档共54页；当前第17页；编辑于星期三\11点7分（二）铸型分型面的选择原则1、简化工艺、便于起模，使造型工艺简化尽量使分型面平直、数量少，避免不必要的活块和型芯。2、尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱3、尽量使型腔及主要型芯位于下型（三）工艺参数的确定机械加工余量、起模斜度、收缩率、型芯头尺寸等具体参数灰铸铁加工余量表1-6、最小铸孔表1-7、型芯头收缩率本文档共54页；当前第18页；编辑于星期三\11点7分（四）铸造工艺设计的一般程序

1、铸造工艺设计、画铸造工艺图：①产品零件的技术条件和结构工艺性分析。②选择铸造及造型方法。③确定浇注位置和分型面。④选用工艺参数。⑤设计浇冒口、冷铁和铸肋。⑥型芯设计。2、画铸件毛坯图—在铸造工艺图基础上。3、铸型装配图4、铸造工艺卡片：说明造型、造芯、浇注、打箱、清理等工艺操作过程及要求本文档共54页；当前第19页；编辑于星期三\11点7分C6140车床进给箱铸造工艺方案分析本文档共54页；当前第20页；编辑于星期三\11点7分车床进给箱铸造工艺图本文档共54页；当前第21页；编辑于星期三\11点7分三、铸件结构设计

1、铸造工艺对铸件结构设计的要求铸件的外形必须力求简单、造型方便，不加工表面，应给出结构斜度，铸件的内腔必须力求简单、尽量少用型芯2、合金性能对铸件结构设计的要求壁厚均匀内表面及外表面转角的连接处应为圆角铸件上部大的水平面（按浇注位置）设计成倾斜面采用能够自由收缩或减缓收缩受阻的结构厚壁与薄壁相连接要逐步过渡应采用对称或加肋的结构本文档共54页；当前第22页；编辑于星期三\11点7分§8-3特种铸造一、熔模铸造（失蜡铸造）1．熔模铸造的工艺过程制造蜡模→制造型壳→熔化蜡模→脱蜡→焙烧→浇注→脱壳和清理2、熔模铸造的特点（1）铸件形状复杂精度高。（尺寸精度达IT11~IT14，表面粗糙度Ra12.5~1.6μm，最小壁厚为0.3mm，最小孔径为0.5mm.（2）铸造合金不受限制，（3）铸件生产批量不受限制（4）工序繁杂，生产周期长、成本较高；

应用：叶片、泵的叶轮、切削刀具等25kg以下铸件本文档共54页；当前第23页；编辑于星期三\11点7分二、金属型铸造（铸型用金属制成）种类—垂直分型式、水平分型式、复合分型式金属型铸造的工艺过程表面喷刷涂料→预热金属型→浇注→开型金属型铸造的优缺点及应用1、有较高的尺寸精度（IT12~IT16）2、铸件冷却速度快，晶粒较细，3、可实现一型多铸，劳动生产率高。4、金属型制造成本高，不适宜熔点高、形状复杂和薄壁铸件；铸铁件表面易产生白口应用：大批量生产的铜合金、铝合金铸件，活塞、连杆、汽缸盖等。本文档共54页；当前第24页；编辑于星期三\11点7分三、压力铸造

将熔融合金在高压、高速条件下充型的精密铸造方法。（比压：30~70MPa）压铸机—热压室、冷压室（立式、卧式）两类。压力铸造的优缺点及其应用1、铸件尺寸精度高，IT11~IT13，Ra6.3~1.6μm。2、可铸壁薄、形状复杂、具有小孔、螺纹的铸件。3、铸件内部组织极细密，4、生产率高，可实现半自动化及自动化生产。5、压铸件皮下易产生气孔，易产生缩孔和缩松；6、设备投资大，铸型制造周期长、造价高，不宜小批量生产。本文档共54页；当前第25页；编辑于星期三\11点7分四、低压铸造—液体金属在压力（0.02~0.06MPa）作用下，由下而上充填型腔的铸造工艺。特点：①压力和速度可以调节；②充型平稳无飞溅现象；③铸件组织致密；④铸件合格率高，节省金属；⑤设备投资少，劳动条件好。用途：发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等。五、离心铸造—液体金属在离心力作用下充填铸型并凝固成形的一种铸造方法。铸型转速在250~1500r/min特点：①铸中空铸件不用型芯；②提高金属充型能力；③补缩条件好；④无浇注系统和冒口，节约金属。用途：铸铁管、汽缸套、铜套、双金属轴承、无缝管坯、造纸机滚筒等铸件。本文档共54页；当前第26页；编辑于星期三\11点7分六、陶瓷型铸造工艺过程：砂套造型→灌浆胶结→起模、喷烧→焙烧→合型→浇注特点：①尺寸精度和表面粗糙度等与熔模铸造相近；②铸件的大小不受限制；③投资少、生产周期短；④不适于生产批量大、重量轻或形状复杂的铸件；主要用于：生产厚大的精密铸件其它特种铸造：实型铸造—发泡塑料模样造型，浇铸后模样气化磁型铸造—用磁丸微震紧实的实型铸造。挤压铸造—型腔内对金属液施加机械压力的铸造工艺本文档共54页；当前第27页；编辑于星期三\11点7分§8-4常用合金铸造生产一、铸铁灰铸铁:铸造性能优良，铸造工艺简单，生产中多采用同时凝固原则灰铸铁主要在冲天炉、电炉熔炼。孕育处理：铁液中冲入硅铁合金孕育剂处理方法。石墨分布均匀细小，含碳量愈少、石墨愈细小，铸铁的强度愈高。球墨铸铁铁液：高碳（Wc=3.6%~4.0%）、低硫、磷、锰。球化处理：（冲入法）1.0%~1.6%稀土镁合金。孕育：的主要作用是促进铸铁石墨化本文档共54页；当前第28页；编辑于星期三\11点7分二、铸钢件的生产铸造性能差、熔点高，易氧化；流动性差；收缩大铸钢的熔炼：电弧炉、平炉、感应电炉铸造工艺特点：1、型砂强度、耐火度、透气性要求高人造石英砂。2、采用定向凝固原则3、严格控制浇注温度热处理：wC≥0.35%均匀化退火；wC<0.35%正火。三、非铁合金铸件的生产铸件收缩大、实现定向凝固。坩锅炉来熔化。四、常用铸造方法的选择常用铸造方法比较见表1-18。本文档共54页；当前第29页；编辑于星期三\11点7分第三篇金属压力加工塑性成形：利用金属材料的塑性变形规律,在外力的作用下获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。塑性成形的方法：自由锻、模锻、板料冲压、挤压、拉拔、轧制特点：（1）能改善金属的组织，提高金属的力学性能（2）可提高材料的利用率（3）具有较高的生产率（4）可获得精度较高的毛坯或零件（5）压力加工不能加工脆性材料（如铸铁）

本文档共54页；当前第30页；编辑于星期三\11点7分本文档共54页；当前第31页；编辑于星期三\11点7分第一章金属塑性成形一、金属塑性变形的实质

金属塑性变形的概念金属塑性变形的实质：晶体内部产生滑移的结果。塑性成形实质：金属在固态下，通过力使坯料塑性流动（晶体内部产生滑移）。本文档共54页；当前第32页；编辑于星期三\11点7分二、金属塑性变形对组织和性能的影响

（一）金属在常温下塑性变形后，组织将发生以下变化：晶粒沿最大变形方向伸长；晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力；晶粒间产生碎晶。（二）塑性变形对力学性能的影响1、产生加工硬化金属在常温下随着变形量的增加，强度和硬度上升，而塑性和韧性下降的现象，称冷变形强化，又称加工硬化。回复：温度升高时，原子因获得热能，使原子得以回复正常排列，消除了晶格扭曲，部分的消除加工硬化。这一过程叫回复。

本文档共54页；当前第33页；编辑于星期三\11点7分再结晶：当温度升高时，金属原子获得更多的热能，开始以某些碎晶或杂质为核心，按变形前的晶格结构结晶形成新的晶粒，从而消除了全部的冷变形强化现象，这个过程叫再结晶。这时的温度叫再结晶温度。

在实际生产中，采用加热的方法使金属发生再结晶，再次获得良好的塑性，以便于使金属继续塑性变形产生加工硬化，来提高其强度和硬度。

塑性变形→产生加工硬化→回复→再结晶→提高塑性→塑性变形→提高强度和硬度塑性变形有以下两种：冷变形：在再结晶以下的变形叫冷变形。变形过程中无再结晶现象。变形后的金属具有冷变形强化现象。热变形：在再结晶温度以上的变形叫热变形。本文档共54页；当前第34页；编辑于星期三\11点7分2、纤维组织的利用纤维组织对金属的力学性能有很多的影响，使金属在性能上有了方向性。（1）变形程度的影响纤维组织的明显程度与金属的变形程度有关。变形程度越大，纤维组织越明显，金属在纵向（平行于纤维方向）上塑性和韧性越高，而在横向（垂直纤维方向）上塑性和韧姓降低。常用锻造比来表示变形程度：锻造比Y锻：拔长—Y锻=S0/S；镦粗—Y锻=H0/H碳钢Y锻=2~3；合金钢Y锻=3~4；高合金工具钢（高速钢）（Y锻=5~12）；型材Y锻=1.1~1.3本文档共54页；当前第35页；编辑于星期三\11点7分（2）纤维组织的利用零件工作时正应力方向与纤维方向一致，切应力方向与纤维方向垂直。纤维方向的分布与零件的外形轮廓相符合不被切断。本文档共54页；当前第36页；编辑于星期三\11点7分三、金属的可锻性（塑性变形性）

衡量金属材料在塑性变形时获得优质制品的难易程度。金属的可锻性：塑性和变形抗力来衡量。1、影响金属可锻性的内在因素化学成分：Wc；合金元素金属组织：2、影响金属可锻性的加工条件变形温度；变形速度；应力状态；本文档共54页；当前第37页；编辑于星期三\11点7分四、金属变形的规律1、体积不变规律（1）塑性变形只有形状和尺寸的改变，无体积的变化；（2）不论应变状态如何，必有一个主应变与其它两个主应变的符号相反，且绝对值最大。（3）根据两个主应变值，可算出第三个主应变大小。2、最小阻力定律—金属在塑性变形过程中，如果金属质点有向几种方向移动的可能时，则金属各质点将向阻力最小的方向移动。本文档共54页；当前第38页；编辑于星期三\11点7分§9-2自由锻一、自由锻工序基本工序：镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割等辅助工序：压钳口、压钢锭棱边、切肩等修整：校正、滚圆、平整二、自由锻工艺规程的制定1、绘制自由锻件图（1）敷料（2）锻件余量（3）锻件公差2、确定坯料质量尺寸G坯料=G锻件+G烧损+G料头3、选择锻造工序

4、选择锻造设备5．确定锻造温度范围

本文档共54页；当前第39页；编辑于星期三\11点7分三、自由锻件的结构设计

设计原则：满足使用性能，形状应尽量简单。1．锻件上不应具有锥体或斜面结构。2．锻件几何体的交接处不应形成空间曲线。

3．锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面4．设计成由简单件构成的组合体。本文档共54页；当前第40页；编辑于星期三\11点7分§9-3模锻

模锻：在模锻设备上，利用金属锻模使坯料在模膛内受压发生塑性变形的锻造方法。

一、锤上模锻的工艺特点1、可多次连续锤击，逐步成型。2、锤头的行程、打击速度或打击能量均可调节。3、金属在上模模膛中具有更好的充填效果4、适应性广，可生产多种类型的锻件5、不适合低塑性材料（如镁合金等）。二、锤上模锻锻模结构

制坯模膛：拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛、切断模膛模锻模膛：终锻模膛、预锻模膛本文档共54页；当前第41页；编辑于星期三\11点7分三、锤上模锻工艺规程的制定

工艺规程：绘制模锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步（模膛）、选择锻造设备、确定锻造温度范围等1．绘制模锻件图（１）分模面

1）应选在模锻件最大水平投影尺寸的截面上。2）分模面的应使上下模模膛轮廓一致。3）分模面应使零件所加的敷料最少。（２）加工余量、公差和敷料

（３）模锻斜度

斜度为5°~15°；内壁比外壁大2°~5°本文档共54页；当前第42页；编辑于星期三\11点7分（4）设计时尽量避免有深孔或多孔结构（5）对复杂锻件，为减少敷料，简化模锻工艺，在可能条件下，应采用锻造—焊接或锻造—机械连接组合工艺。

五、其它模锻方法

胎模锻是在自由锻设备上用胎模生产模锻件的工艺方法模锻生产的压力机有摩擦压力机、平锻机、水压机、曲柄压力机本文档共54页；当前第43页；编辑于星期三\11点7分§9-4板料冲压

利用冲模在压力机上使板料分离或变形，获得冲压件的加工方法。冲压设备：剪床冲床本文档共54页；当前第44页；编辑于星期三\11点7分一、冲压工序及工艺设计

（一）分离工序分离工序是使板料的一部分与另一部分分离1．冲裁变形过程（a）弹性变形阶段（b）塑性变形阶段（c）剪裂分离阶段冲裁凸模、凹模锋利，间隙=5％～10％板厚。冲裁件断面：1—圆角带（塌角）2—光亮带（光面）3—剪裂带；4—毛刺。本文档共54页；当前第45页；编辑于星期三\11点7分2．冲裁工艺设计

（1）冲裁间隙的选择

Z=2Ct

（2）刃口尺寸计算1)落料时以凹模为设计基准；冲孔时凸模为设计基准。2）凹模的刃口的基本尺寸=落料件的最小极限尺寸；凸模刃口基本尺寸=孔的最大极限尺寸。3）采用配制加工时，刃口尺寸的制造公差一般为冲件公差的1/3~1/4。4）冲件形状简单模具用分别加工法，冲件形状复杂的模具用配制法计算刃口尺寸计算。（3）冲裁力计算F=KLtτ或F=Ltσb（4）排样设计a）有废料排样法b）少废料排样法c）无废料排样法

本文档共54页；当前第46页；编辑于星期三\11点7分3．整修与精冲

整修：利用模具将冲裁件的边缘切去一小层金属(0.1~0.4mm)，从而提高冲裁件断面质量与精度。工件精度：IT7~6级精密冲裁：无间隙(负间隙冲裁)

整修精密冲裁

本文档共54页；当前第47页；编辑于星期三\11点7分

（二）弯曲工序

1．弯曲变形过程与特点（1）弯曲变形区（2）最小弯曲半径rmin：弯曲半径大于rmin（3）中性层：计算弯曲件展开长度的依据。（4）回弹2、弯曲工艺设计（1）弯曲件的结构工艺性直边高H＞2t；L≥1~2t（2）毛坯展开尺寸计算（3）弯曲力的计算（4）弯曲件的工序安排本文档共54页；当前第48页；编辑于星期