机械制造技术基础 课件 第3章 零件毛坯的制备方法

机械制造技术基础目录第3章零件毛坯的制备方法3.1 铸造3.2 锻造3.3 焊接3.4 板料冲压3.5 型材第3章零件毛坯的制备方法

阅读导入：

重型燃气轮机是迄今公认效率最高的热-功转换类发电设备，是能源动力装备领域最高端的产品。第3章零件毛坯的制备方法

阅读导入：2020年，我国成功攻克重型燃机核心部件——高温透平叶片的精密铸造技术，使其可以在1327℃的高温下正常工作，打破国外长期技术垄断，成为全世界第五个具备重型燃气轮机制造能力的国家。

每一台大国重器的诞生都是国家科技实力和综合国力的象征。第3章零件毛坯的制备方法

本章学习目标：第3章零件毛坯的制备方法

3.1铸造3.1.1铸造的概述

铸造是将液态金属浇注到铸型的型腔中，凝固冷却后获得具有一定形状和性能铸件的成形方法。

铸造生产在国民经济中占有极其重要的地位。

铸造在机械制造业中应用广泛，是生产毛坯的主要方法之一。机床、内燃机、重型机器中，铸件约占70%~90%风机、压缩机中占60%~80%农业机械中占40%~70%汽车中占20%~30%第3章零件毛坯的制备方法

铸造的特点主要有：1)适合制造形状复杂，特别是内腔形状复杂的毛坯或零件，如气缸、箱体、泵体、阀体、叶轮等。2)铸件的大小几乎不受限制，如小到几克的电器仪表零件，大到数百吨的轧钢机机架，均可铸造成形。3)铸造工艺简单，使用的材料价格低廉，应用范围广，对于塑性差的材料，如铸铁，铸造是其毛坯生产的唯一成形工艺。

第3章零件毛坯的制备方法

影响铸件质量的因素复杂，容易产生浇不足、缩孔、缩松、气孔、砂眼、裂纹等铸造缺陷。第3章零件毛坯的制备方法

影响铸件质量的因素复杂，容易产生浇不足、缩孔、缩松、气孔、砂眼、裂纹等铸造缺陷。铸造工艺按铸型材料、造形方法和浇注条件等分为砂型铸造和特种铸造两大类。砂型铸造是传统的铸造方法，工艺灵活，成本低。特种铸造是指砂型铸造以外的其他铸造工艺方法。铸造性能是金属在铸造成形过程中所表现出来的工艺性能，铸造性能的好坏直接影响铸件的内在和外在质量，主要包括：流动性、收缩性、氧化性、吸气性和偏析性倾向性等。

第3章零件毛坯的制备方法

3.1.2砂型铸造以型砂为材料制备铸型的铸造方法即将熔化的金属浇注到砂型型腔内，凝固冷却后获得铸件的方法第3章零件毛坯的制备方法

用来形成铸件外轮廓的部分称为铸型用来形成铸件内腔或局部外形的部分称为型芯制造铸型的材料称为型砂制造型芯的材料称为芯砂型砂和芯砂统称为造型材料

第3章零件毛坯的制备方法

铸造工艺：1．造型造型是用模样形成砂型的内腔，在浇注后形成铸件外部轮廓，是砂型铸造的最基本工序，分为手工造型和机器造型两大类。

第3章零件毛坯的制备方法

2．制芯型芯是铸型的重要组件之一，作用是形成铸件内腔，也可形成铸件的外形。制芯是将芯砂填入芯盒，经舂砂紧实、修正等工序，制成型芯的过程。

第3章零件毛坯的制备方法

3．浇注系统与冒口引导液态金属流入铸型型腔的通道称为浇注系统，又称浇口。

第3章零件毛坯的制备方法

4．浇注把液态金属注入铸型的工序称为浇注，是保证铸件质量的重要环节。由于浇注原因而报废的铸件，占报废件总数的20%~30%，因此在浇注时必须严格控制浇注温度和浇注速度。5．落砂和清理落砂是从砂型中取出铸件的工序。落砂分手工落砂和机器落砂。第3章零件毛坯的制备方法

6．铸件质量检验铸件清理后应进行质量检验，最常用的方法是目视法，即通过观察(或借助于尖嘴锤)找出铸件的表面缺陷和近表面缺陷(皮下缺陷)，如气孔、砂眼、夹渣、粘砂、缩孔、浇不足、冷隔等。第3章零件毛坯的制备方法

3.1.3特种铸造通过改变铸型材料、浇注方法、液态合金充填铸型的形式或铸件凝固条件等因素，形成了许多不同于砂型铸造的其他铸造方法，统称为特种铸造方法，金属型铸造、熔模铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造、消失模铸造、连续模铸造等

第3章零件毛坯的制备方法

（1）金属型铸造液态金属在重力作用下注入金属型中成形的方法称为金属型铸造，也称为“硬模铸造”。金属铸型不同于砂型铸型，可“一型多铸”，一般可浇注几百次到几万次，故亦称为“永久型铸造”。1-型腔；2-滤网；3-外浇道；4-冒口；5-型芯；6-金属型；7-推杆

第3章零件毛坯的制备方法

（2）熔模铸造在易熔材料制成的模样上包覆多层耐火涂料，待干燥硬化后熔出模样而制成型壳，再经高温焙烧后，将液态金属浇入型壳，待凝固结晶后获得铸件的方法称为熔模铸造或失蜡铸造。

第3章零件毛坯的制备方法

（3）压力铸造压力铸造是在高压作用下，将液态或半液态金属快速压入金属压型中，并在压力下凝固而获得铸件的方法。

1-压铸活塞2、3-压型4-下活塞5-余料6-铸件(a)浇注(b)压射(c)开型第3章零件毛坯的制备方法

（4）离心铸造离心铸造是将液态金属浇入旋转着的铸型中，并在离心力的作用下凝固成形而获得铸件的铸造方法。

第3章零件毛坯的制备方法

（5）低压铸造低压铸造是介于金属型铸造和压力铸造之间的一种铸造方法，在0.02MPa~0.07MPa的低压下将金属液注入型腔，并在压力下凝固成形获得铸件。1-芯(金属)；2-铸件3-金属型；4-补加金属液开口5-盖板；6-密封拯；7-保温材料；8-升液管；9-坩埚；10-感应线圈；

11-炉壳；12-三通阀；13-U形水银压力计；14-基座第3章零件毛坯的制备方法

（6）消失模铸造用聚苯乙烯发泡的模样代替木模，用干砂(或树脂砂、水玻璃砂等)代替普通型砂进行造型，并直接将高温液态金属浇到铸型中，使模样燃烧、汽化、消失而形成铸件的方法称为消失模铸造，又称实型铸造。

第3章零件毛坯的制备方法

（7）连续铸造连续铸造是指金属液连续地浇入水冷金属型(结晶器)中，连续凝固成形的方法。浇注前，升降台上升封住水冷金属型底部浇注时，金属液经带有小孔的环形旋转浇杯均匀地进入水冷金属型空腔，当下部铸铁已凝固一定高度时，升降盘下降，不断将凝固的部分拉出，而铁液按相应的充型速度不断浇入，直到结束。

第3章零件毛坯的制备方法

3.2锻造利用外力使固态金属材料产生塑性变形，以改变其尺寸、形状和力学性能，制成机械零件或毛坯的成形方法主要包括自由锻、模锻和胎模锻等加工方法第3章零件毛坯的制备方法

工艺特点有：1)改善金属的组织，提高金属的力学性能。2)材料的利用率较高。3)具有较高生产率。4)适应性强。

第3章零件毛坯的制备方法

锻造的缺点：（1）常用的自由锻件的尺寸精度、形状精度和表面质量较低（2）胎模锻、锤上锻模的模具费用较高，且加工设备也比较昂贵等（3）与铸造相比，难以生产既有复杂外形又有复杂内腔的毛坯

第3章零件毛坯的制备方法

3.2.1自由锻造自由锻造是利用通用设备和简单通用工具，使加热后的金属坯料在冲击力或压力作用下在上、下砧铁间产生塑性变形，从而获得所需形状、尺寸和性能锻件的一种锻造工艺方法

第3章零件毛坯的制备方法

3.2.1自由锻造

第3章零件毛坯的制备方法

3.2.1自由锻造

第3章零件毛坯的制备方法

3.2.1自由锻造

第3章零件毛坯的制备方法

3.2.2模型锻造模型锻造(简称模锻)是利用锻模迫使经加热后的金属坯料在锻模的模膛内受压，产生塑性变形并充满模膛，从而获得与模膛形状、尺寸一致的锻件的锻造方法第3章零件毛坯的制备方法

3.2.2模型锻造模锻与自由锻相比，优点有：1)能锻造形状比较复杂的锻件，锻件的金属流线分布较均匀且连续，从而提高零件的力学性能和使用寿命。2)模锻件的形状和尺寸较精确(更接近零件的形状和尺寸)，表面粗糙度值较小，加工余量较小，可以节省金属材料和切削加工工时。3)模锻操作较简单，生产率较高，对操作工人的技术要求较低，工人劳动强度也较低，且易于实现机械化和自动化。

第3章零件毛坯的制备方法

3.2.2模型锻造模锻与自由锻造相比，主要缺点是：1)锻模结构比较复杂，制造周期长、成本高；模锻使用的设备吨位大、费用高；2)锻件不能太大，质量一般在150kg以下，且工艺灵活性不如自由锻造(一副模具只能加工一种锻件)，所以模锻适用于中、小型锻件的成批和大量生产。

第3章零件毛坯的制备方法

3.3.3胎模锻在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的一种锻造方法是一种介于自由锻和模锻之间的锻造方法第3章零件毛坯的制备方法

3.3.3胎模锻与自由锻相比，具有生产率高、锻件尺寸精度高、表面粗糙度值小、余块少、节约金属、降低成本等优点与模锻相比，具有胎模制造简单、不需贵重的模锻设备、成本低、使用方便等优点但胎模锻件的尺寸精度和生产率不如锤上模锻高，工人劳动强度大，胎模寿命短第3章零件毛坯的制备方法

3.3焊接是指通过加热、加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。金属的焊接种类很多，根据焊接时的物理冶金特征(原子间结合方式的不同)分为熔焊、压焊、钎焊三大类。焊接第3章零件毛坯的制备方法

3.3焊接专用机床是为特定尺寸形状零件的某工序而设计的生产设备，多为单件小批生产，床身若采用铸造方法制造，则成本较高、生产周期较长，故可采用焊接式床身

第3章零件毛坯的制备方法

3.4板料冲压板料冲压是一种利用冲模使板料产生分离或变形，从而获得所需零件或毛坯的成形工艺。板料冲压通常以比较薄的金属板料做毛坯，在常温下进行，所以又称为冷冲压。

第3章零件毛坯的制备方法

3.4板料冲压

（a）弹性变形阶段

（b）塑性变形阶段

（c）出现裂纹（d）裂纹贯通

（e）板料完全断裂分离阶段第3章零件毛坯的制备方法

3.4板料冲压板料冲压与铸造、锻造、切削加工等方法相比，具有以下特点：1)可加工的范围广，可加金属材料或非金属材料。2)操作简单，生产率高，易于实现自动化。冲床的一次行程就能得到一个制件。大型冲压件(汽车壳体)的生产率可达每分钟几件，高速冲压的小件每分钟可达上千件。3)产品重量轻，强度高、刚性好。4)材料的利用率较高，一般可达70%~85%。5)产品质量稳定，精度高