材料成型工艺基础X模板

绪论材料成形：全部利用物理、化学、冶金原理使材料成形方法，称之为材料成形加工工艺。一、材料和材料科学材料是用来制作有用器件物质，是人类生产和生活所必需物质基础。历史学家把人类社会发展按其使用材料类型划分为石器时代、青铜时代、铁器时代，现在正处于人工合成材料新时代。材料科学研究内容材料科学是研究多种固体材料成份、组织、性能和应用之间关系及其改变规律科学，它包含四个基础要素：材料合成和制备，成份和组织结构，材料性能和使用性能。材料分类按化学成份：金属材料：钢、铸铁、铜、铝等高分子材料：塑料、橡胶、胶粘剂、纤维材料等陶瓷材料复合材料金属材料是怎么得到呢？冶炼----把金属从矿石中提炼出来，这个过程就叫金属冶炼。材料新技术芯片光纤超导材料二、材料成形技术1、课程性质材料成形基础是一门研究常见工程材料坯件及机器零件成型工艺原理综合性技术基础学科。2、材料成形加工在国民经济中地位材料成形加工在工业生产各个部门和行业全部有应用，尤其对于制造业来说更是含有举足轻重作用。制造业是指全部生产和装配制成品企业群体总称，包含机械制造、运输工具制造、电气设备、仪器仪表、食品工业、服装、家俱、化工、建材、冶金等，它在整个国民经济中占有很大比重。统计资料显示，在中国，多年来制造业占国民生产总值GDP百分比已超出35%。同时，制造业产品还广泛地应用于国民经济很多其它行业，对这些行业运行产生着不可忽略影响。所以，作为制造业一项基础和关键生产技术，材料成形加工在国民经济中占有十分关键地位，而且在一定程度上代表着一个国家工业和科技发展水平。经过下面列举数据，能够帮助我们真切、具体地了解到成形加工对制造业和国民经济影响。据统计，占全世界总产量快要二分之一钢材是经过焊接制成构件或产品后投入使用；在机床和通用机械中铸件质量占70~80%，农业机械中铸件质量占40~70%；汽车中铸件质量占约20%，锻压件质量约占70%；飞机上锻压件质量约占85%；发电设备中关键零件如主轴、叶轮、转子等均为锻件制成；家用电器和通信产品中60~80%零部件是冲压件和塑料成形件。再从我们熟悉交通工具——轿车组成来看，发动机中缸体、缸盖、活塞等通常全部是铸造而成，连杆、传动轴、车轮轴等是铸造而成，车身、车门、车架、油箱等是经冲压和焊接制成，车内饰件、仪表盘、车灯罩、保险杠等是塑料成形制件，轮胎等是橡胶成形制品。所以，能够毫不夸张地说，没有优异材料热加工工艺，就没有现代制造业。中国是世界上少数多个拥有运载火箭、人造卫星和载人飞船发射实力国家，这些航天飞行器建造离不开优异加工成形工艺，其中，火箭和飞船壳体全部是采取了高强轻质材料，经过优异特种焊接和胶接技术制造。3、课程内容作为高等工科学校机械类专业学生一门技术基础课，本课程关键包含是和机械制造相关材料成形加工工艺基础知识。它关键研究：多种成型工艺方法本身规律性及其在机械制造中应用和相互联络；零件成型工艺过程和结构工艺性；常见工程材料性能对成型工艺影响；工艺方法综合比较等。它几乎包含机器制造中全部工程材料成型工艺。机械制造是将原材料制造成机械零件，再由零件装配成机器过程。其中，机械零件制造在整个机械制造过程中占据了很大比重，而成形加工又是机械零件制造关键工作。传统上机械大全部是用金属材料加工制造，伴随科学和生产技术发展，机械制造所用材料已扩展到包含金属、非金属和复合材料在内多种工程材料，所以机械产品成形加工工艺也就不再局限于传统意义上金属加工范围，而是将非金属和复合材料等成形加工也包含进来了。金属材料成形通常有铸造、塑性成形、焊接、粘接和机械加工（包含切削加工和特种加工）等常见方法，非金属和复合材料则另有各自特殊成形方法。4、基础要求本课程是机械类专业主干课程之一，也是部分非机械类专业通常开设一门课程。学生在学完本课程以后，应达成以下基础要求：（1）掌握多种热加工方法基础原理、工艺特点和应用场所，了解多种常见成形设备结构和用途，含有进行材料热加工工艺分析和合理选择毛坯（或零件）成形方法初步能力。（2）含有综合利用工艺知识，分析零件结构工艺性初步能力。（3）了解和材料成形技术相关新材料、新工艺及其发展趋势。第一章金属材料导论第一节金属材料性能一、材料性能二、材料在载荷作用下力学行为

材料在载荷(外力)作用下表现(反应)，大家习惯称之为力学行为。材料在载荷作用下，对于塑性材料来说会产生弹性变形，塑性变形，直至断裂。1.弹性变形

当物体受外力作用时产生了变形，若除去外力，物体发生变形会完全消失，恢复到原始状态，这种变形称之为弹性变形。2.塑性变形当外力增加到一定程度时，物体发生变形不能完全消失而一部分被保留下来，所保留变形称之为塑性变形或永久变形。3.断裂

断裂前出现显著宏观塑性变形断裂称为韧性断裂；在断裂前没有宏观塑性变形断裂行为称之为脆性断裂。三、材料在静载荷作用下关键力学性能指标静载荷是指加载方法不影响材料变形行为，加载速率较为缓解载荷。材料在静载荷作用下关键力学性能指标有弹性，刚度,强度，塑性，硬度等性能指标可经过拉伸试验和硬度试验测得。１.弹性极限σe：材料产生完全弹性变形时所能承受最大应力值，以σe表示,单位为ＭＰa。２.弹性模量(E)：材料在弹性变形阶段内，直线斜率，即产生单位弹性应变所需要应力值，以Ｅ表示，单位ＭＰa。其大小反应材料刚度大小。材料在外力作用下抵御弹性变形能力称为刚度。强度：材料在外力作用下，抵御塑性变形和断裂能力。3.屈服强度（点）σs:材料产生屈服时最低应力值称为屈服点，以σs表示，单位为ＭＰa。它表征了材料抵御微量塑性变形能力。4.抗拉强度σb材料在拉断前所承受最大应力值，称为抗拉强度，通常见σb表示，单位ＭＰa。它表征了材料在拉伸条件下所能承受最大应力。抗拉强度—是脆性材料选材依据。5.塑性材料在外力作用下，产生永久变形而不引发破坏能力。常见δ和ψ作为衡量塑性指标。伸长率：断面收缩率:良好塑性是金属材料进行塑性加工必需条件。（三）硬度金属材料抵御其它更硬物体压入其内能力。它是衡量材料软硬程度力学性能指标。材料硬度越高其耐磨性就越好，而且材料硬度和它力学性能和工艺性能（如切削加工性、焊接性能等）之间存在着一定对应关系，所以硬度是最常见性能指标之一。在部分零件图中硬度是检验产品质量关键指标。1.布氏硬度（HB）(1)测试原理

布氏硬度试验用一定直径钢球或硬质合金球，以对应试验力压入试样表面，保持一定时间后，卸除试验力，在试样表面得到直径为d压痕直径，用试验力除以压痕表面积所得值即为布氏硬度值，用ＨＢ表示。计算公式：(2)测定条件压头为淬火钢球，适于测定硬度在450以下材料，如结构钢、铸铁及非铁合金等，以HBS表示；压头为硬质合金，以HBW表示，适于测定硬度值在450以上材料，最高可测650HBW。(3)表示方法比如：120HBS10/1000/30(4)适用范围铸铁、铸钢、非铁金属材料及热处理后钢材毛坯或半成品。２.洛氏硬度(HR)(1)测试原理洛氏硬度值用主载荷作用下试样产生塑性变形压痕深度BD来确定(2)表示方法硬度标尺：HRA、HRB、HRC，C标尺最常见。如250HRC(3)适用范围在批量成品或半成品质量检验中广泛使用，也可测定较薄工件或表面有较薄硬化层硬度。常见洛氏硬度标尺试验条件和应用ＨＲ前面为硬度数值，后面为使用标尺。最常见是：ＨＲＡ，ＨＲＢ，ＨＲＣ三种。其中Ｃ标尺用最多。３.维氏硬度(HV)(1)测试原理

维氏硬度试验原理和布氏硬度试验原理基础相同。将顶角为136°正四棱锥金刚石压头，在载荷作用下，压头进入试件表面，保持一定时间后，卸除载荷，测量压痕两对角线长度d1和d2，求其平均值，用于计算压痕表面积。(2)表示方法比如：640HV30/20(3)适用范围用于测量金属镀层薄片材料和化学热处理后表面硬度。*各硬度值之间大致有以下关系：布氏硬度值在200-450范围内，HBS(HBW)=10HRC；布氏硬度值小于450HBS，HBS≈HV。四、材料在动载荷作用下关键力学性能指标动载荷是指突加、冲击性大小、方向随时间而改变载荷。材料在动载荷作用下力学性能，包含冲击韧性和疲惫强度。1．冲击韧性:材料抵御冲击载荷作用下断裂能力。2．疲惫强度:指材料经无数次交变载荷作用而不停裂最大应力值，用σ-1表示，单位为Mpa。它表现了材料抵御疲惫断裂能力。疲惫断裂：零件在循环应力作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后忽然产生断裂过程。是由疲惫裂纹产生－－扩展－－瞬时断裂三个阶段组成。特点：①断裂前无显著塑性变形，极难事先觉察到，断裂忽然发生。②断裂时应力很低，大多低于σs，属于低应力脆断。第二节金属及合金结晶一金属结构金属键:由金属正离子和自由电子之间相互作用而结合方法称为金属键。依据金属键结合特点能够解释金属晶体通常性能。因为自由电子存在，轻易形成电流，显示出良好导电性。自由电子易动性和正离子振动使金属有良好导热性。金属原子移动一定位置后，金属键不会遭到破坏，使金属含有很好形变能力和强度。自由电子能够吸收光能量，所以金属不透明。自由电子所吸收能量在电子回复到原来状态时产生辐射，使金属含有光泽。2.金属晶体结构全部金属和合金全部是晶体晶格—原子排列形成空间格子晶胞—组成晶格最基础单元金属经典晶体结构3、晶面和晶向晶面：各个方位上一系列原子组成平面。晶向：各个方向上原子列。1）晶面指数(hkl)标定过程2）晶向指数[uvw]4．金属实际晶体结构（1）多晶体结构晶格位向（即原子排列方向）完全一致晶体为单晶体。实际使用金属材料包含有很多外型不规则小晶体，每个小晶体内部晶格位向全部是一致，而各小晶体之间位向却不相同，称多晶体。外形不规则、呈颗粒状小晶体称为晶粒。晶粒和晶粒之间界面称为晶界。（2）晶体缺点在晶体内部及边界存在原子排列不完整性，称为晶体缺点。按其几何形状特点，晶体缺点可分为以下三类：1)点缺点：是指三维尺寸全部很小，不超出多个原子直径缺点。关键有空位和间隙原子。2)线缺点：指三维空间中在二维方向上尺寸较小，在另一维方面上尺寸较大缺点。属于这类缺点关键是位错。位错是晶体中某处有一列或若干列原子发生了某种有规律错排现象。它又分为刃型位错、螺型位错3)面缺点指二维尺寸很大而第三维尺寸很小缺点。通常是指晶界和亚晶界。晶界：晶粒之间边界称为晶界。亚晶界：亚晶粒之间边界叫亚晶界。亚晶粒：尺寸很小、位向差也很小小晶块。二、金属结晶过程1.金属结晶过程(1)金属结晶过冷现象(2)金属结晶过程2．铸件晶粒组织铸件晶粒组织是指铸件晶粒形状和大小。通常铸件经典晶粒组织分为三个区域。(1)表层细晶粒区液态金属强烈过冷，形成大量自发晶核。(2)柱状晶粒区晶轴垂直于模壁晶粒，沿着枝晶轴向模壁传热有利，这些晶粒优先长大，从而形成柱状晶粒。(3)中心等轴晶粒区在锭模心部剩下液态金属内部温差愈来愈小，散热方向已不显著，所以形成较粗大等轴晶粒区。细晶强化方法：1)增加液态金属结晶时过冷度增大过冷度能够使铸件晶粒变小。2)变质处理在金属液结晶前，向金属液中加入一些物质（称变质剂），形成大量分散固态微粒作为非自发形核界面，或起阻碍晶体长大作用，从而取得细小晶粒，这种细化晶粒方法，称为变质处理。3)附加振动金属液结晶时，可采取机械振动，超声波或电磁振动等方法，使铸型中液体金属运动，造成枝晶破碎，碎晶块起晶核作用，从而使晶粒细化。3、金属同素异晶转变同素异晶转变—在固态下，伴随温度改变，金属晶体结构从一个晶格类型转变为另一个晶格类型过程。一个金属能以多个晶格类型存在性质—称为同素异晶性。金属同素异晶转变是金属从一个晶格类型固态转变为另一个晶格类型固态转变。它也是一个结晶过程，只不过这个结晶是在固态下进行，所以把这种固态转固态结晶称为重结晶或二次结晶。三、合金结构合金—两种或两种以上元素组成含有金属特征物质。成份相同、结构相同，并和其它部分有界面分开均匀组成部分称为相。依据结构特点不一样可将合金中相分为：固溶体合金中晶体结构和组成元素之一晶体结构相同固相。据溶质原子在溶剂晶格中所占据位置不一样固溶体性能特点：含有良好塑性和韧性，强度、硬度较低。2、金属化合物合金中其晶体结构和组成元素晶体结构均不相同固相。金属化合物性能特点：脆性大、硬度高；强度低；塑性、韧性差；高熔点。三、合金结晶即使纯金属在人类生活和生产中取得了一定程度应用，但它们性能远不能满足多方面需求。在工业中更广泛地被应用是合金。为了正确地对多种合金进行熔铸、锻压和热处理，必需了解它们熔点和发生固态转变温度，并研究它们凝固进程和凝固后组织。现在已测定出很多二元合金系成份和其熔点及固态转变温度关系曲线，并分析了不一样成份合金在不一样温度下组织状态。合金相图就是以这些试验结果为基础而建立起来。1.相图基础知识(1)相图合金相图是一个能够反应给定合金系中合金成份、温度和其组织状态之间关系图形。二元合金相图是一个平面图形，它表示由两个组元组成合金系统中合金平衡状态、温度和成份之间关系。2.二元合金相图(1)二元匀晶相图二组元在液态无限溶解，在固态无限固溶，并形成固溶体二元合金系所形成相图，称为二元匀晶相图。这类合金在结晶过程中全部是从液相中结晶出单相固溶体，这种结晶过程称为匀晶转变。合金结晶过程以Cu-Ni合金相图中Ni含量ωNi=40%为例说明其结晶过程，当液态合金缓慢冷却到和液相线相交温度时开始结晶，此时温度为t1，结晶出固相ωNi为α1，α1含镍量（ωNi）大于40%；冷却到t2时，L成份L2，α相成份为α2；当合金冷却完成，全部为固相α，此时固相成份α3即为合金本身成份。枝晶偏析实际金属结晶过程中，因为冷却速度快，前后结晶出来固溶体成份不一样，扩散来不及进行，使得晶粒内部化学成份不均匀现象。危害：材料力学性能↓，加工工艺性↓，耐蚀性↓。方法：扩散退火（均匀化退火）（2）共晶相图两组元在液态无限互溶，在固态有限溶解（或不溶），并在结晶时发生共晶转变所组成相图称为二元共晶相图。共晶转变指含有一定成份液态合金，在一定温度下，同时结晶出两种不一样固相转变。其转变产物为共晶组织，或称共晶体。（3）共析相图

一定成份固相，在一定温度下，同时析出两种化学成份和晶格结构完全不一样新固相，这个转变过程称为共析反应。（4）包晶相图两组元在液态下无限互溶，在固态下有限溶解，并在结晶时发生包晶转变相图，称为包晶相图。即由一定成份液相和一定成份固相在恒温下转变成另一个一定成份固相转变。因为新固相，首先在L相和原固相相界上形核并包着原固相长大，故称为包晶转变。第三节铁碳合金相图一铁碳合金基础组织1、铁素体（F）铁素体—碳（C）溶入α-Fe中所形成固溶体。727℃0.02%C力学性能：σb=250MPaδ=45~50%HB=802、奥氏体（A）奥氏体—碳（C）溶入γ-Fe中所形成固溶体。1147℃2.06%C、727℃0.77%℃力学性能：σb=250~350MPaδ=40~45%HB=160~2003、渗碳体（Fe3C）渗碳体—是金属化合物。6.67%C力学性能：σb=30MPaδ=0HB=800四、珠光体（P）珠光体—是铁素体和渗碳体组成机械混合物。727℃0.77%℃力学性能：σb=750MPaδ=25%HB=180-200五、莱氏体（Le）莱氏体—是奥氏体和渗碳体组成机械混合物。1147℃4.3%C力学性能：σb=30MPaδ=0HB=700二、经典铁碳合金结晶过程①共析钢[ωc=0.77%]②亚共析钢[0.0218%<ωc<0.77%]③过共析钢[0.77%<ω(c)≤2.11%]④共晶白口铸铁[ωc=4.3%]⑤亚共晶白口铸铁[2.11%<ωc<4.3%]⑥过共晶白口铸铁[4.3%<ωc<6.69%]⑦工业纯铁第四节钢铁材料热处理原理定义以合适方法对金属材料或工件加热、保温、冷却，取得预期组织结构和性能工艺方法。机床60-70％，汽车70-80％，量具、刃具、模具、轴承100％。1）整体热处理退火、正火、淬火、回火2）表面热处理表面淬火、化学热处理一、钢在加热时组织转变1、加热转变理论依据——Fe-Fe3C相图奥氏体化钢加热形成奥氏体过程。对于加热:非平衡条件下相变温度高于平衡条件下相变温度;对于冷却:非平衡条件下相变温度低于平衡条件下相变温度.2、奥氏体化过程包含奥氏体形核、长大，残余渗碳体溶解和奥氏体成份均匀化。二、奥氏体在冷却时组织转变奥氏体冷却转变，直接影响钢热处理后组织和性能。常见冷却方法有两种，等温冷却和连续冷却。1、过冷奥氏体等温冷却转变曲线俗称C曲线或TTT曲线。过冷奥氏体A1温度以下不稳定奥氏体。等温冷却曲线………………三、钢一般热处理1、钢退火

(降低硬度、消除应力，细化晶粒)完全退火：亚共析钢Ac3+30~50℃，缓冷到

600℃时空冷，得到F+P；等温退火：同完全退火，可节省时间；球化退火：过共析钢Ac1+20~30℃，消除网状

碳化物，使之成为球状；去应力退火：500-650℃炉冷至200℃后空冷，

消除应力。2、钢正火正火目标：细化晶粒，提升强度

低碳钢--提升硬度

高碳钢—消除网状渗碳体工艺过程：Ac3、Accm+30~50℃,保温后空冷优点：周期短、能耗少3、钢淬火淬火—钢加热到AC1或（AC3）以上，保温后以合适方法冷却，取得M或B组织热处理工艺。淬火目标：取得高硬度、高耐磨性马氏体，提高钢机械性能。加热温度：Ac3、Ac1+30~50℃保温碳钢：水冷，得细小M+A′合金钢：油或空冷，得M+Fe3C+A′钢经过淬火后必需回火！！！回火—将淬火钢加热到A1下某一温度后进行冷却热处理工艺。回火目标：消除应力，预防工件开裂回火工艺：Ac1以下保温后缓冷一、钢分类1．按化学成份分类1）碳素钢1）低碳钢C<0.25%（2）中碳钢C=0.25-0.6%（3）高碳钢C>0.6%2）合金钢（1）低合金钢Me<5%（2）中合金钢Me=5-10%（3）高合金钢Me>10%2.按质量分类S：使合金产生热裂、热脆缺点P：使合金产生冷裂、冷脆缺点3）高级优质钢：P、S<0.030%3．按用途分类二、钢编号及应用1．结构钢1）（一般）碳素结构钢碳素结构钢钢号用屈服强度表示。这类钢关键用于制造通常机械零件和工程构件。Q195（0.06-0.12%C）、Q215（0.09-0.15%C）、Q235（A（0.14-0.22%C）、B（0.12-0.20%C））、Q255（0.18-0.28%C）、Q275（0.28-0.38%C）2）优质碳素结构钢这类钢有害杂质P、S含量较低，钢质量很好，关键用于制造多种较关键机械零件。钢号用两位数字表示，数字表示含碳量万分之几。45—表示含碳量是万分之45（0.45%）08、10、15—冲压件、焊接件。15、20、25—渗碳淬火。30、35、40、45、50、55—调质处理。制造齿轮、连杆、凸轮和轴类零件。60、65、70—淬火+中温回火，制造弹簧。3）合金结构钢合金结构钢种类繁多，其钢号表示方法为：两为数字+元素符号+数字。如：40Cr2Mo4V、60Si2Mn、38CrMoAl低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是在低碳钢基础上加入少许合金元素制得，其合金原因总量不超出5%，以Mn为关键合金原因。这类钢通常在热轧或正火状态下使用，不需再进行热处理。广泛用于建筑、石油、化工、铁道、桥梁、造船等工业部门。牌号有Q295、Q345、Q460②机械结构用合金钢用于制造多种机械零件合金结构钢。又可分为：合金渗碳钢：20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA合金调质钢：40Cr、40MnB、38CrMoAl合金弹簧钢：60Si2Mn、50CrVA③滚动轴承钢滚动轴承钢是制造滚动轴承内、外套圈和滚珠、滚柱专用钢种。常见牌号有GCr9、GCr15等，含碳在0.95%-1.1%，合金元素关键是铬。含0.90-1.25%Cr、1.4-1.65%Cr。2．工具钢1）碳素工具碳素工具钢含碳量为0.65-1.35%，可制造低速切削刀具和一般模具、量具。常见牌号有T7、T8、T8Mn、T9、T10A、T11、T12A、T13等。2）合金工具钢其牌号表示方法是：一位数字（或无数字）+元素符号+数字。如：9SiCr、W18Cr4V、5CrNiMo等。合金工具钢又可分为合金刃具钢、合金模具钢、和合金量具钢。①合金刃具钢指用于制造多种刀具钢材。含碳量为0.75-1.50%，经典牌号为9SiCr、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。②合金模具钢模具钢是指用于制造多种模具钢材。冷做模具钢如：冲压模、拉拔模等。经典牌号为Cr12、Cr12MoV。热做模具钢如：热锻模、热挤压模、压铸模等。经典牌号为5CrMnMo、5CrNiMo。③合金量具钢在生产中常见量含有钢板尺、游标卡尺、卡规、千分尺、塞规、块规等。T10A、T12A、CrWMn、GCr15④塑料模具钢3．特殊性能钢1）不锈、耐蚀和耐热钢①不锈、耐蚀钢不锈钢是指在水、空气、酸、碱或其它介质中，含有较强抵御腐蚀能力钢。其含碳量低，主加合金元素为Cr、Ni。常见牌号有：1Cr13、7Cr17、1Cr17、1Cr18Ni9、0Ci19Ni9、1Cr17Mo等。②耐热钢在高温下含有良好抗氧化性和热强性钢，耐热钢可分为马氏体型、奥氏体型和铁素体型等多个，分别适合于在600以下、700-700、靠近1000高温状态下工作。经典牌号有：1Cr13、4Cr9Si2、4Cr14Ni14W2Mo、1CR17。2）特殊物理性能钢是指在一定范围内含有特殊磁、电、弹性、膨胀等物理性能钢。包含软磁钢、永磁钢、无磁钢、特殊弹性钢、特殊膨胀钢、高电阻钢和合金等。材料成形技术基础------铸造金属液态成型定义：所谓金属液态成型，即铸造，casting，是将液态金属借助外力充填到型腔中，使其凝固冷却而取得所需形状和尺寸毛坯或零件工艺。注意2个过程：（1）充填型腔；（2）凝固冷却实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中凝固和冷却。中国古代三大铸造技术在中国古代金属加工工艺中，铸造占着突出地位，含有广泛社会影响，像“模范”、“陶冶”、“熔铸”、“就范”等习语，就是沿用了铸造业术语。劳感人民经过世代相传长久生产实践，发明了含有中国民族特色传统铸造工艺。其中尤其是泥范、铁范和熔模铸造最关键，称古代三大铸造技术。

泥范铸造中国自新石器晚期，就进入铜石并用时代。河北唐山等地出土早期铜器，有锻打成形，也有熔铸成形，说明范铸技术在中国源远流长，很早就发展起来。

熔模铸造传统熔模铸造通常称失蜡、出蜡或捏蜡、拨蜡。它和用来制造汽轮机叶片、铣刀等精密铸件现代熔模铸造，不管在所用蜡料、制模、造型材料、工艺方法等方面，全部有很大不一样。不过，它们工艺原理是一致，而且现代熔模铸造是从传统熔模铸造发展而来。青铜：第一个合金浇注工具：浇注常见工含有浇包、挡渣钩等。手提浇包和抬包完全靠人力进行浇注，通常见于小铸件浇注和生产条件较差车间。吊包是由吊机来吊运，用人手转动手轮倾转浇包进行浇注工作。在盛装金属液前，应对已使用过浇包进行清理和修补，内表面要涂覆耐火材料，并对浇包和挡渣钩等工具进行烘干，以免降低铁液温度及引发铁水飞溅。砂型sandmould铸造工艺步骤图型砂moldingsand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®合型浇注®凝固冷却®®落砂shakeout清理cleaning®铸件检验®入库工艺三大块：冶炼，造型（芯）和浇注模样是形成铸型型腔模具，芯盒是来制型芯以形成含有内腔铸件。为了确保铸件质量，在设计和制造模样和芯盒时，必需先设计出铸造工艺图，然后依据工艺图形状和大小，制造模样和芯盒。在设计工艺图时，要考虑下列部分问题：１）分型面选择分型面是上下砂型分界面，选择分型面时必需使模样能从砂型中取出，并使造型方便和有利于确保铸件质量。２）拔模斜度为了易于从砂型中取出模样，凡垂直于分型面表面，全部做出0.5°～4°拔模斜度。３）加工余量铸件需要加工表面，均需留出合适加工余量。４）收缩量铸件冷却时要收缩，模样尺寸应考虑收缩影响。通常铸铁件要加大1％；铸钢件加大1．5％～2％；铝合金为1％～l.5％。５）铸造圆角铸件上各表面转折处，全部要做成过渡性圆角,以利于造型及确保铸件质量。６）芯头有砂芯砂型，必需在模样上做出对应芯头，方便芯稳固地安放在铸型中。铸造工艺特点（1）适应性广。适应铸铁，碳钢，有色金属等材料；铸件大小，形状和重量几乎不受限制；壁厚1mm到1m，质量零点几克到数百吨（三峡水轮机叶轮重达430T）。（2）可复杂成形。适合形状复杂，尤其是有复杂内腔毛坯或零件。（3）成本较低。可直接利用成本低廉废机件和切屑，设备费用较低；在金属切削机床中，铸件占机床总重量75%以上，而生产成本仅占15-30%（4）但也存在部分不足，如组织缺点，力学性能偏低，质量不稳定，工作环境较差。所以，铸件多数做为毛坯用。组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺点产生，造成铸件力学性能，尤其是冲击性能较低.（发展了铸锻联合工艺）污染环境。铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境污染，比起其它机械制造工艺来更为严重，需要采取方法进行控制。（特种铸造工艺）2-1金属液态成型工艺基础1.熔融合金流动性flowability和充型moldfilling1流动性定义：flowability,液态合金充满型腔，形成轮廓清楚，形状和尺寸符合要求优质铸件能力(CSS,configuration,shapeandsize)。流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂物上浮和对铸件进行补缩。流动性通义是流体流动能力，但不一样学科对流动性有不一样定义，这里是材料成形学定义。它定义说流动性是这么一个能力，这种能力表现在2个方面：（1）充满型腔；（2）形成符合要求优质铸件。在相同浇注工艺条件下，将金属液浇入铸型中，测出其实际螺旋线长度。浇出试样愈长，合金流动性愈好！螺旋形流动性试样取浇注试样长度做比较度量。分析表1-1。铸铁流动性最好，最高可达1800mm。另外应注意到，化学成份有很大影响，Wc+Si表示合金元素含量，weightpercent，用重量百分比度量。如铸铁，关键是铁Fe和碳C合金，还含硅Si等。Wc+Si=6.2%表示化学成份为含碳量C%+含硅量Si%为6.2%，其它为Fe铸铁影响合金流动性材料原因合金流动性关键取决于它本身化学成份。充型——液态合金填充铸型过程。充型能力——液体金属充满铸型型腔，取得尺寸正确、轮廓清楚成形件能力。充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺点。影响熔融合金充型工艺条件①浇注pouring条件：关键指浇注温度，浇注速度和静压头高度。其中最关键是浇注温度。浇注温度指是浇注时熔融合金温度，通常要求比它液相线温度高，即存在过热度，推迟它凝固时间，以保持良好流动性。不过也不能太高，不然造成氧化，吸气，过收缩，粘砂，胀砂等不良后果。所以，每种合金有自己合理浇注温度范围。浇注温度：铸钢1520~1620℃；铸铁1230~1450℃；铝合金680~780℃（1）浇注温度通常T浇越高，液态金属充型能力越强。（2）充型压力液态金属在流动方向上所受压力越大，充型能力越强。（3）浇注系统结构浇注系统结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。型充填条件（1）铸型蓄热系数铸型蓄热系数表示铸型从其中金属吸收热量并储存在本身能力。(2）铸型温度铸型温度越高，液态金属和铸型温差越小，充型能力越强。（3）铸型中气体③铸件结构（1）折算厚度折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积和表面积之比。折算厚度大，热量散失慢，充型能力就好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更轻易充填。（2）铸件复杂程度铸件结构复杂，流动阻力大，铸型充填就困难。合金化学成份决定了3种凝固模式逐层凝固2.糊状凝固3.中间凝固影响铸件凝固方法关键原因：（1）合金结晶温度范围合金结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固纯金属和共晶合金，有确定熔点，恒温结晶，结果在铸型中凝固过程将从表及里推进，称为逐层凝固非共晶合金没有一个确定熔点，它凝固结晶是在一个温度区间内完成，属非恒温结晶。在这个温度区间内，同时存在已经凝固部分，如先晶，或树枝状晶主干，和还没有凝固部分，固相和液相并存，象桨糊状态，流动性差，所以称为糊状凝固mushysolification离共晶点C越远，结晶温度区间越宽，流动性就越差。换句话说，C点成份以前铁碳合金，即亚共晶铸铁，流动性随含碳量增加而提升；过共晶铸铁呢，即C点成份以后合金，流动性随含碳量增加而下降。这就是铁碳合金流动性和含碳量关系。1.2液态合金收缩收缩constriction定义是在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小现象。能产生缩孔，缩松，裂纹，变形，内应力等缺点，使铸件质量不符合要求。收缩历程对应凝固冷却过程能够分为3阶段①液态收缩Liquidshrinkage②凝固收缩Solidificationshrinkage③固态收缩Solidshrinkage合金收缩经历以下三个阶段：（1）液态收缩从浇注温度到凝固开始温度之间收缩。T浇—T液（2）

凝固收缩从凝固开始到凝固终止温度间收缩。T液—T固（3）

固态收缩从凝固终止温度到室温间收缩。T固—T室合金收缩率是3阶段收缩率之和。体收缩率：体收缩率是铸件产生缩孔或缩松根本原因。线收缩率：线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹根本原因。收缩是液态合金凝固冷却过程中肯定现象，它产生缩孔和缩松，内应力，变形和裂纹，对铸造工艺影响很大。缩孔和缩松shrinkagecavity铸造应力castingstress铸件变形castingdeformation铸件裂纹castingcrack1.缩孔shrinkagecavity和缩松缩孔形成机理：逐层凝固方法下最终凝固部位得不到补充而形成空隙。缩松形成机理：树枝状晶体dendriticcrystal所分隔晶间液体区得不到补缩形成小孔隙。树枝状晶体分隔开液体区难以得到补缩所致。缩松大多分布在铸件中心轴线处、热节处、冒口根部、内浇口周围或缩孔下方热节：在凝固过程中，铸件内比周围金属凝固缓慢节点或局部区域。冒口riser：铸型中特设空腔，用于贮备多出金属液体以填补收缩引发金属液体不足。冷铁Chill：型壁上外设铁块，用于加紧该处冷却速度。预防产生缩孔有效方法：定向凝固所谓定向凝固directionalfreezing，是经过安放冒口和冷铁等工艺方法，实现人为次序凝固。2.铸造应力stress和铸件变形deform内应力产生原因：凝固后固态收缩受阻引发铸造内应力分类：热应力thermalstress和机械应力mechanicalstress。机械应力：合金线收缩受到铸型或型芯机械阻碍而形成内应力。热应力：因为铸件壁厚不均，各部分冷却速度不一样，以致收缩不一致引发应力。热应力形成份析所谓弹塑临界温度，epct（elasticplasticcriticaltemperature）指金属从弹性状态向塑性状态转变温度。实际就是对应固相线温度tc。在epct以上，金属处于塑性状态，应力能够经过塑性变形消除。在epct以下，金属处于弹性状态，应力不能经过弹性变形消除。铸件因壁厚不均匀，或铸件中存在着较大温差，在同一时间内铸件各部分收缩不一样，先冷却部位阻碍了后冷却部位收缩，在其内部产生了内应力。铸件产生热应力和变形规律：①薄壁、细小部位：冷得快，受压应力（凸出）；②厚壁、粗大部位：冷得慢，受拉应力（凹进）。铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、箱挡等外力阻碍而产生应力称为机械应力。机械应力使铸件产生拉应力或切应力，而且是临时。不过假如在某一瞬间机械应力和热应力同时作用超出了铸件强度极限时，铸件将产生裂纹。经典结构变形举例带有残余应力铸件是不稳定，会自发地变形使残余应力降低而趋于稳定。如对于厚薄不均匀，截面不对称及含有细长特点杆类、板类和轮类等铸件，当残余铸造应力超出铸件材料屈服点时，往往会发生翘曲变形。铸件变形归纳因为内应力存在，厚薄不均、截面不对称和细长杆、板、轮类零件，在铸造应力超出铸件材料屈服极限时，产生翘曲变形。车床床身导轨面挠曲变形及反变形，采取加工模型制成和变形方向恰好相反形状以抵消其变形。反变形法适适用于细长易变形铸件。减小应力方法①工艺上同时凝固标准；不足②改善铸型和型芯退让性；型(芯)砂含有随铸件冷却收缩而被压缩其体积性能称为退让性。③去应力退火。同时凝固同时凝固具体工艺是将内浇口开在铸件薄壁处，以减缓其冷却；再在铸件厚壁处放置冷铁，以加紧其冷却。总而言之，同时凝固标准可降低铸件产生应力、变形和裂纹倾向；这种工艺因不设冒口，使工艺简化、并节省了金属材料。只是铸件心部会产生缩孔和缩松缺点，所以同时凝固标准只用于一般灰铸铁和锡青铜等铸造性能好铸件生产。去应力退火实践证实，铸件变形后其残余应力并未根本消除。这种铸件经机械加工后，内应力将重新分布，使零件缓慢地变形，丧失原有加工精度。为此，对不许可发生变形铸件，必需进行时效处理。时效处理可分为自然时效和人工时效两种。自然时效是将铸件置于露天场地六个月以上，使其缓缓地发生变形，从而使残余应力消除或降低，人工时效是将铸件加热到550~650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为根本，故应用广泛。3.裂纹Crack裂纹是铸造内应力超出金属材料抗拉强度产物。热裂：凝固后期因机械应力超强而产生。影响原因：合金性质和铸型阻力。冷裂：继续冷却至室温形成裂纹.产生原因：温度下降，σ铸↑，σ铸>σb时，则产生裂纹；冷裂常出现在复杂铸件受拉应力部位，尤其是应力集中处（如尖角处、缩孔、气孔、夹渣等缺点周围）。壁厚差悬殊，结构复杂铸件易于发生冷裂。不一样铸造合金冷裂倾向不一样，灰口铸铁、白口铸铁、高锰铜等塑性差合金较易产生。预防方法：a．降低铸造应力；b．降低合金中P含量；c．去应力退火；d．设计铸件时应避免应力集中。热裂纹是铸钢件和铝合金铸件常见缺点。凝固末期，结晶出来晶体已形成完整骨架，开始固态收缩，但晶粒之间还有少许液体金属，形成液膜，强度很低。假如固态收缩受到砂型和砂芯阻碍，机械应力超出次时金属液膜抗拉强度，即发生热裂。很显著，零件结构不合理、合金收缩率高、型砂或芯砂退让性差，合金高温强度低等，全部使铸件易于产生热裂纹。预防方法：a．合理设计铸件结构；b．改善铸型和型心退让性；c．限制铸钢和铸铁中S含量；d．选择结晶温度区间小合金。1.3

铸件常见缺点castingflaw冷隔coldshut、浇不足Missrun气孔porsity粘砂、夹砂inclusions砂眼sandhole，胀砂冷隔，浇不足若充型能力不足时，在型腔被填满之前，形成晶粒将充型通道堵塞，金属液被迫停止流动，于是铸件将产生浇不足或冷隔等缺点。气孔气体在金属液结壳之前未立即逸出，在铸件内生成孔洞类缺点。气孔内壁光滑，明亮或带有轻微氧化色。铸件中产生气孔后，将会减小其有效承载面积，且在气孔周围会引发应力集中而降低铸件抗冲击性和抗疲惫性。气孔还会降低铸件致密性，致使一些要求承受水压试验铸件报废。另外，气孔对铸件耐腐蚀性和耐热性也有不良影响。预防气孔产生：降低金属液中含气量，增大砂型透气性，和在型腔最高处增设出气冒口等。粘砂、夹砂inclusions粘砂.铸件表面上粘附有一层难以清除砂粒称为粘砂。粘砂既影响铸件外观，又增加铸件清理和切削加工工作量，甚至会影响机器寿命。比如铸齿表面有粘砂时轻易损坏，泵或发动机等机器零件中若有粘砂，则将影响燃料油、气体、润滑油和冷却水等流体流动，并会玷污和磨损整个机器。预防粘砂：在型砂中加入煤粉，和在铸型表面涂刷防粘砂涂料等。夹砂在铸件表面形成沟槽和疤痕缺点，在用湿型铸造厚大平板类铸件时极易产生。归纳本节关键介绍铸造工艺性：流动性和收缩。1.流动性：充型2.收缩：缩孔和缩松，内应力：热应力和机械应力（厚拉薄压），变形和裂纹：拉凹压凸；热裂纹thermalcracking和冷裂纹crack。3.其它缺点分类classfication按造型分:砂型铸造sandcasting和特种铸造SpecialProcessesofMetalCastings。砂型铸造是基础，特种铸造是在砂型铸造基础上革新发展起来。作业1一、判定题1.在铸件热节处安放冷铁能够起补缩作用。（）2.凝固温度范围大合金，铸造时铸件中易产生缩松。（）3.预防或降低铸件变形方法之一是提升流动性。（）4.合金浇注温度越高越好。（）5.铸钢件通常全部要安置冒口和冷铁，使之实现同时凝固。（）1.造成铸件冷隔关键原因是

a.浇注温度过高b.浇注温度过低c.浇注速度太快2.生产中为提升合金流动性常采取方法是

a.加大出气口b.延长浇注时间c.提升浇注温度3.冒口一个关键作用是

a.液体金属快速浇注满型腔b.浇注金属液通道c.补缩和排气4.浇注温度过高，铸件会产生

a.气孔b.夹杂物c.冷隔5.能够制造形状复杂、尤其是含有复杂内腔毛坯加工方法是

a.铸造b.压力加工c.焊接d.切削加工1.浇注温度过低，液体金属量不够，铸件就会产生冷隔或__________。2.______________对合金流动性影响最显著。3.合金铸造性能用______________和______________来衡量。4.铸钢流动性比铸铁______。5.浇注温度越______，合金充型能力越好。6.铸造合金收缩经历__________、___________、_________三个阶段。7.缩孔和缩松是因为合金________收缩和________收缩引发。8.预防缩孔方法是控制铸件_______次序，使之符合_________标准。四、问答题1.铸造合金收缩会造成哪些铸造缺点产生？2.铸件热应力形成原因是什么？3特种铸造

SpecialCastingProcesses为取得高质量、高精度铸件，提升生产率，大家在砂型铸造基础上，发明了多个其它铸造方法；通常把这些有别于砂型铸造其它铸造方法通称为特种铸造。特种铸造：铸型用砂较少或不用砂、采取特殊工艺装备进行铸造方法两类特点：1.充型力变更2.型模革新特种铸造属优异铸造，是铸造技术沿精密、洁净和高效方向发展。其中最关键发展是铸造过程数控自动化和铸造工艺绿色化。特点：特种铸造含有铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好、原材料消耗低、工作环境好等优点。但铸件结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定限制。因为铸造是提供毛坯关键工艺，精密铸造就意味着毛坯组织致密、表面光洁，和尺寸精度高，可达成少、无切削加工和直接成形。在节省材料和能源上有鲜明意义。成形加工方法产品耗能量106Jkg-1材料利用率%铸造30-3890冷变形加工4185热变形加工46-4975-80机械加工66-8245-50熔模铸造压力铸造金属型铸造低压铸造消失模铸造离心铸造陶瓷型铸造挤压铸造磁型铸造压力铸造，DieCastingpressurediecasting压力铸造是将熔融合金在高压作用下，以高速充填铸型型腔，并在高压下结晶凝固而取得铸件特种铸造工艺。两个特点高压：比压30-70MPa高速：充型时间0.01-0.2秒压力铸造工作原理工业应用：汽车、摩托车、家电、摄影机、仪表、计算机、医疗器械、电器、航天航空、五金、办公用具、钟表、纺织、军事武器等。汽车工业压铸应用分量例：镁合金70-80%铝合金60%锌合金50%压铸机分类按压室是否浸在熔融金属中，分冷室压铸机热室压铸机按压室位置，分卧式压铸机立式压铸机关键组成：：合型机构、压射机构、机座、液压传动系统、控制系统、润滑冷却系统等。压铸特点精度高（IT11-14级；3.2-0.8mm）、组织致密；适应形状复杂、轮廓清楚、薄壁深腔铸件；可组合压铸或镶嵌压铸；生产率高、材料利用率提升60-70%、实现少切削和零切削，经济效益好。缺点：压铸型寿命短、压铸机投资大、压铸件存在气孔。气体难以排出，压铸件易产生皮下气孔，压铸件不能进行热处理，也不宜在高温下工作；金属液凝固快，厚壁处来不及补缩，易产生缩孔和缩松；设备投资大，铸型制造周期长、造价高，不宜小批量生产。低压铸造lowpressuredie-casting低压铸造是液体金属在压力作用下，自下而上充填型腔以形成铸件成形工艺。低压铸造工艺原理关键步骤通气充型加压凝固放气开模低压铸造特点浇注压力和速度可调，适应多种铸型、合金和铸件大小；底注式平稳充型，无飞溅、气体卷入和型壁冲刷等弊病，铸件合格率提升；压力下结晶，组织致密，轮廓清楚，表面光洁，少切削或零切削，机械性能高，对薄壁件铸造尤其有利；节省补缩冒口，金属利用率高达90-98%；劳动强度低，劳动条件好，轻易数控自动化。离心铸造离心铸造是指将熔融金属浇入旋转铸型中，使液体金属在离心力作用下充填铸型并凝固成形一个铸造方法。（一）离心铸造类型铸型：金属型或砂型。分类：离心铸造机通常可分为立式和卧式两大类。离心铸造特点及应用范围离心铸造特点是：（1）液体金属能在铸型中形成中空自由表面，不用型芯即可铸出中空铸件，简化了套筒、管类铸件生产过程。（2）因为旋转时液体金属所产生离心力作用，离心铸造可提升金属充填铸型能力，所以部分流动性较差合金和薄壁铸件全部可用离心铸造法生产。（3）因为离心力作用，改善了补缩条件，气体和非金属夹杂物也易于自金属液中排出，产生缩孔、缩松、气孔和夹杂等缺点几率较小。（4）无浇注系统和冒口，节省金属。不足：金属中气体、熔渣等夹杂物，因密度较轻而集中在铸件内表面上，所以内孔尺寸不正确，质量也较差；铸件易产生成份偏析和密度偏析。应用：铸铁管、汽缸套、铜套、双金属轴承、特殊钢无缝管坯、造纸机滚筒等铸件生产。挤压铸造Squeezecasting是将定量金属液浇入铸型型腔内并施加较大机械压力，使其凝固、成形后取得毛坯或零件一个工艺方法。挤压铸造工艺过程1．铸型准备对铸型清理、型腔内喷涂料和预热等，使铸型处于待注状态。2．浇注将定量金属液浇入型腔。3．合型加压将上、下型锁紧，依靠冲头压力使金属液充满型腔，进而升压并在预定压力下保持一定时间，使金属液凝固。4．取出铸件卸压、开型、取出铸件。a)柱塞挤压b)直接冲头挤压c)间接冲头挤压挤压铸造特点及应用范围挤压铸造特点是：（1）压铸件尺寸精度高（IT11~IT13），表面粗糙度小（Ra6.3~1.6μm），铸件加工余量小。（2）无需设浇冒口，金属利用率高。（3）铸件组织致密，晶粒细小，力学性能好。（4）工艺简单，节省能源和劳动力，易实现机械化和自动化生产，生产率比金属型铸造高1~2倍。缺点：浇到铸型型腔内金属液中夹杂物无法排出。挤压铸造要求正确定量浇注，不然影响铸件尺寸精度。用途：用于生产强度要求较高、气密性好、薄板类铸件。如多种阀体、活塞、机架、轮毂、耙片和铸铁锅等。消失模铸造(EPC)EvaporativePatternCasting实型铸造气化模铸造泡沫塑料模浇注时气化消失实型铸造：采取聚苯乙烯发泡塑料模样替换一般模样，造好型后不取出模样就浇入金属液，在金属液作用下，塑料模样燃烧、气化、消失，金属液替换原来塑料模所占据空间位置，冷却凝固后取得所需铸件铸造方法。实型铸造含有以下特点：（1）因为采取了遇金属液即气化泡沫塑料模样，无需起模，无分型面，无型芯，所以无飞边毛刺，铸件尺寸精度和表面粗糙度靠近熔模铸造，但尺寸却可大于熔模铸造。（2）多种形状复杂铸件模样均可采取泡沫塑料模粘合，成形为整体，降低了加工装配时间，可降低铸件成本10%～30%，也为铸件结构设计提供充足自由度。（3）

简化了铸件生产工序，缩短了生产周期，使造型效率比砂型铸造提升2~5倍。缺点：实型铸造模样只能使用一次，且泡沫塑料密度小、强度低，模样易变形，影响铸件尺寸精度。浇铸时模样产生气体污染环境。用途：实型铸造关键用于不易起模等复杂铸件批量及单件生产。磁型铸造：在实型铸造基础上发展起来，利用磁丸（又称铁丸）替换干砂，并微震紧实，再将砂箱放在磁型机里，磁化后磁丸相互吸引，形成强度高、透气性好铸型，浇注时气化模在液体金属热作用下气化消失，金属液替换了气化模位置，待冷却凝固后，解除磁场，磁丸恢复原来松散状，便能方便地取出铸件。磁型铸造特点：（1）

提升了铸件质量。因为磁型铸造无分型面，不起模，不用型芯，造型材料不含粘结剂，流动性和透气性好，能够避免气孔、夹砂、错型和偏芯等缺点。（2）

所用工装设备少，通用性大，易实现机械化和自动化生产。（3）

节省了金属及其它辅助材料，改善了劳动条件，降低了铸件成本。用途：机车车辆、拖拉机、兵器、农业机械和化工机械等制造业。关键适适用于形状不十分复杂中、小型铸件生产，以浇注黑色金属为主。其质量范围为0.25~150kg，铸件最大壁厚可达80mm。陶瓷型铸造CeramicMoldCasting陶瓷型铸造是将金属液浇注到陶瓷铸型中取得铸件方法，是在砂型铸造和熔模铸造基础上发展起来一个精密铸造。陶瓷型制造方法有两种：一个是全陶瓷浆料灌制陶瓷型；另一个是底套式陶瓷型。底套能够是砂套，也能够是金属套。金属套经久耐用，取得铸件尺寸精度稳定，适合于大批量铸件生产。1．砂套造型先用水玻璃砂制出砂套。制造砂套模样B比铸件模样A应大一个陶瓷料厚度（图a）。砂套制造方法和砂型铸造相同（图b）。2．灌浆和胶结其过程是将铸件模样固定于模底板上，刷上分型剂，扣上砂套，将配制好陶瓷浆料从浇注口注满砂套（图c），经数分钟后，陶瓷浆料便开始结胶。陶瓷浆料由耐火材料（如刚玉粉、铝矾土等）、粘结剂（如硅酸乙酯水解液）等组成。3．起模和喷烧浆料浇注5~15min后，趁浆料还有一定弹性便可起出模样。为加速固化过程提升铸型强度，必需用明火喷烧整个型腔（图d）。4．焙烧和合型浇注前要加热到350~550℃焙烧2~5h，烧去残余水分、并使铸型强度深入提升。5．浇注浇注温度可略高，方便取得轮廓清楚铸件。陶瓷型铸造特点及适用范围陶瓷型铸造特点：（1）

陶瓷面层在含有弹性状态下起模，同时陶瓷面层耐高温且变形小，故铸件尺寸精度和表面粗糙度等和熔模铸造相近。（2）

陶瓷型铸件大小几乎不受限制，可从几千克到数吨。（3）

在单件、小批量生产条件下，投资少、生产周期短，在通常铸造车间即可生产。（4）

陶瓷型铸造不适于生产批量大、重量轻或形状复杂铸件，生产过程难以实现机械化和自动化。用途：厚大精密铸件，广泛用于生产冲模、锻模、玻璃器皿模、压铸型和模板等，也可用于生产中型铸钢件等。铸造发展很快，除以上常见多个外，还有很多其它特种铸造方法，如连续铸造、壳型铸造、真空吸铸和冷冻铸造等。砂型铸造sandcasting铸造因为含有适应性广，经济性好等很多优点，通常见来提供切削加工毛坯，有时也直接铸造成形。在机器中，铸件通常占很大百分比，比如，在汽车中，铸件重量占40-60%；机床中占70-95%。而铸件中，砂型铸造占90%。所以，必需掌握砂型铸造铸件设计。造型造芯方法介绍1.手工造型handmolding：填砂、紧实和起模人工完成2.机器造型machinemolding：机器加砂、紧砂和起模（造型机）手工造型两箱造型三箱造型three-piecemoulding铸型由上、中、下三部分组成，中型高度须和铸件两个分型面间距相适应。三箱造型费工，应尽可能避免使用地坑造型floormold在车间地坑内造型，用地坑替换下砂箱，只要一个上砂箱，可降低砂箱投资。大型铸件单件生产时,降低铸型高度,便于浇注操作。但造型费工，而且要求操作者技术水平较高。整模造型Singlepiecepattern模样是整体，多数情况下，型腔全部在下半型内，上半型无型腔。造型简单，铸件不会产生错型缺点铸件最大截面在一端，且为平面。挖砂造型模样是整体，但铸件分型面是曲面。为了起模方便，造型时用手工挖去阻碍起模型砂。每造一件，就挖砂一次，费工、生产率低假箱造型为了克服挖砂造型缺点，先将模样放在一个预先作好假箱上，然后放在假箱上造下型，省去挖砂操作。操作简便，分型面整齐分模造型Splitpattern将模样沿最大截面处分为两半，型腔分别在上、下两个半型内。造型简单，节省工时活块造型铸件上有妨碍起模小凸台、肋条等。制模时将此部分作成活块，在主体模样起出后，从侧面取出活块。单件小批生产带有突起部分铸件刮板造型Sweeppattern用刮板替换模样造型。可大大降低模样成本，节省木材，缩短生产周期。但生产率低，要求操作者技术水平较高.机器造型顶杆起模式震压造型机工作过程填砂→震击紧砂→辅助压实→起模工艺特点:机器造型工艺采取模底板进行两箱造型。模板是铸件模样、浇注系统模样和模底板组合体。模样形成型腔，模底板形成份型面。模板通常是单面，上模板固定在一台造型机工作台上，造上型，下模板固定在另一台造型机工作台上，造下型。抛砂造型抛砂机抛砂机头电动机驱动高速叶片，连续地将传送带运来型砂在机头内初步紧实，并在离心力作用下，型砂呈团状被高速（30－60m／s）抛到砂箱中，使型砂逐层地紧实。

抛砂紧实同时完成填砂和紧实两个工序，生产效率高、型砂紧实密度均匀。抛砂机适应性强，可用于任何批量大、中型铸型或大型芯生产。造型方法选择标准：应依据铸件生产批量、尺寸大小、形状复杂程度，车间生产设备、工人技术水平：在满足铸件技术要求条件下，以低成本、高生产率、高效益标准选择造型方法。2.砂型铸造工艺设计工艺设计关键内容：绘制铸造工艺图 ——在零件图中用工艺符号表示铸造工艺方案其它内容：铸件图，铸型装配图，铸造工艺卡片。铸造工艺方案内容浇注位置选择标准浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处位置。1.关键加工面应朝下或在侧面；2.大平面朝下铸件大平面尽可能朝下或采取倾斜浇注铸型上表面除了轻易产生砂眼、气孔、夹渣外，大平面还常产生夹砂缺点。同时也有利于排气、减小金属液对铸型冲刷力。3.大面积薄壁置铸型下部或位垂直/倾斜,预防浇不到和冷隔缺点；4.轻易形成缩孔铸件(如铸钢、球墨铸铁、可锻铸铁、黄铜)浇注时应把厚部位放在分型面周围上部或侧面，方便安放冒口，实现次序凝固，进行补缩。5便于型芯固定和排气，能降低型芯数量。2.2分型面选择标准（1）便于起模，使造型工艺简化。考虑分型面形状和数目，活块，型芯。分型面Partingline是指两半铸型相互接触表面。除了实型铸造法外，全部要选择分型面。应尽可能使用平直分型面，以简化模具制造及造型工艺，避免挖砂。应使铸件有最少分型面，并尽可能做到只有一个分型面这是因为：①多一个分型面多一份误差，使精度下降；②分型面多，造型工时大，生产率下降；③机器造型只能两箱造型，故分型面多，不能进行大批量生产。应使型芯和活块数量尽可能降低。确保模样能从型腔中顺利取出(分型面设在铸件最大截面处)。应尽可能使加工基准面和大部分加工面在同一砂箱内，以使铸件加工精度得以确保。尽可能使铸件全部或大部置于同一砂箱，以确保铸件精度。（3）尽可能使型腔及关键型芯在下型，以利于下芯、合理和检验型腔尺寸。工艺参数确定机加工余量Finishormachiningallowance最小铸出孔起模斜度Draft收缩率shrinkage型芯头COREPRINTS（1）机加工余量和最小铸出孔Finishormachiningallowance：造型方法；合金种类；铸件尺寸；加工面和基准面距离；浇注位置等。通常查手册。孔处理：最小孔直径和经济性标准。在铸件上为切削而加大尺寸称为机械加工余量。加工余量必需认真选择，余量过大，切削加工费工，且浪费金属材料；余量过小，制品会因残留黑皮而报废，或，因铸件表层过硬而加速刀具磨损。铸孔及铸槽铸件上孔和槽类这部分结构是否铸出，取决于工艺可行性和必需性。通常来说，尺寸较小孔不铸出反而经济。设计时查手册。注---零件图上没有要求加工孔必需铸出。所以，设计时必需注意这类孔尺寸不可太小！（2）起模斜度Draft：为了使模样(或型芯)便于从砂型(或芯盒)中取出，凡垂直于分型面立壁在制造模样时，必需留出一定倾斜度,此倾斜度称为起模斜度。立壁愈高，斜度愈小。取决于立壁高度；造型方法和模样材料等原因，通常15’-3°。内外壁有分（内壁3-10°）。（3）收缩率：因为合金线收缩,铸件冷却后尺寸将比型腔尺寸略为缩小,为确保铸件应有尺寸,模样尺寸必需比铸件放大一个该合金收缩量。通常灰铸铁为0.7％～1.0％,铸造碳钢为1.3％～2.0％，铝硅合金为0.8％～1.2％。（4）型芯头COREPRINTS：芯头关系装配工艺性和稳定性。垂直芯头斜度，水平芯头长度，间隙。2.铸件结构设计当采取砂型铸造来做零件毛坯或直接成形时，除形状和尺寸设计以外，还必需进行结构设计铸件结构工艺性设计目标，就是在结构设计上，努力争取使铸造，和后续切削加工轻易进行。设计关键：铸件结构工艺性砂型铸造工艺对铸件结构设计要求合金铸造性能对铸件结构工艺性要求铸件最小壁厚设计铸造工艺对铸件结构要求标准在满足使用要求前提下，尽可能使制模，造型，造芯，合箱和清理等过程简化。1.砂型铸造工艺对铸件结构设计要求（1）应使模样pattern和芯盒corebox制作轻易结构努力争取简单，尽可能由直线，平面，圆柱等简单几何图形组成，要使分模面最少。（2）铸件结构应便于造型①使分型面少，方便降低砂箱，避免错箱camber和2个以上分型面；尽可能使分型面为平直面；②避免无须要型芯Core和活块loosepiece；③垂直分型面不加工表面，要考虑结构斜度draft，方便起模。结构斜度和起模斜度不是一回事，需直接在零件图上标示，而起模斜度是标在铸造工艺图上。；④考虑铸型装配时稳定和便于排气vent。铸件结构斜度Structuredraft拔模斜度是垂直于分型面加工表面上为了方便起模而设置斜度；结构斜度是垂直于分型面不加工表面上为了方便起模而设置斜度.说明结构斜度、拔模斜度及其区分。下面铸件结构是否合理？应怎样更正？在零件设计中所确定非加工表面斜度为结构斜度。而在绘制铸造工艺图中加在垂直分型面侧面所含有斜度称为拔模斜度，以使工艺简化和确保铸件质量。图中铸件之孔和外圆面应含有斜度才合理。假如外表面加工则在加上加工余量后再加上部分金属使其含有斜度。铸件内腔设计不用或少用型芯能够节省制造芯盒、造芯和烘干等工序工具和材料，可避免型芯在制造过程中变形、合箱中偏差，从而提升铸件精度。图示铸件有一内凸缘，造型时必需使用型芯，改成图b）设计后，能够去掉型芯，用砂垛在下型形成“自带型芯”，简化了造型工艺。后续切削工艺对铸件结构设计要求（1）

考虑加工余量对内腔形状影响。避免封闭结构内腔。（2）

应便于后续切削加工。①退刀槽；②避免斜面钻孔；③清楚区分加工面和不加工面。凸台高度。④便于切削装夹，降低刀具调整次数。壁厚设计合金铸造性能对铸件结构设计要求①最小壁厚，在一定铸造条件下，铸造合金能充满铸型最小厚度。和合金流动性，铸造方法和尺寸大小相关；②临界壁厚，壁厚超出临界壁厚，承载能力不随厚度增加，甚至反而显著下降，因为厚壁增加缩孔，缩松和晶粒粗大倾向。临界壁厚经验上按最小壁厚3倍考虑；厚均匀性，使冷却速度尽可能一致，降低热应力。连接壁设计①结构圆角，壁间转角处应开设结构圆角。原因：金属积聚，内侧散热差，易缩孔缩松；直角内侧应力集中；圆角是铸件结构特征，和壁厚相关，通常使转角处内接圆直径小于相邻壁厚1.5倍；②热节，内接圆直径大于壁厚部位，避免锐角连接以减小热节和内应力;③厚薄壁过渡，预防突变。为了降低铸件中应力集中现象，预防产生裂纹，铸件厚壁和薄壁连接时，应采取逐步过渡方法，预防壁厚突变。其过渡形式和尺寸见下图表所表示。为了减小热节和预防铸件产生缩孔和缩松，铸件壁应避免交叉连接和锐角连接。中、小铸件可采取交错接头，锐角连接宜采取过渡形式，大件宜采取环形接头。防裂肋设计及其它易裂处增设以防热裂，厚度为联结壁厚1/4-1/3。避免过大水平面，受阻收缩和翘曲变形。薄而大平板，收缩易发生翘曲变形，加上几条筋以后便可避免。以下图所表示铸件壁较厚，轻易产生缩孔。将壁厚减薄，采取加强筋，可预防以上缺点。设计铸件时应尽可能减小过大水平面或采取倾斜表面作业2一、判定题1.砂型铸造是铸造生产中唯一铸造方法。（）2.砂型铸造时，木模尺寸应和铸件尺寸完全相同。（）3.铸件关键受力面、关键加工面，浇注时应朝上。（）4.圆角是铸件结构基础特征。（）5.机器造型生产率高，铸件尺寸精度较高，所以应用广泛。（）二、选择题1.铸件关键加工面，应尽可能放在铸型

a.侧面b.下面c.上面2.造型方法按其手段不一样，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.受力面上面b.加工面上c.铸件最大截面处5.一般车床床身浇注时，导轨面应

a.朝左侧b.朝右侧c.朝下c.朝上三、填空题1.铸造方法可基础分为________铸造和________铸造两大类。2.造型方法可分为________造型和________造型两大类。3.拔模斜度是为了便于_________，或从芯盒中取出_________。熔模铸造(失蜡铸造)熔模铸件结构工艺性熔摸铸造铸件结构，除应满足通常铸造工艺要求外，还含有其特殊性：1．铸孔不能太小和太深不然涂料和砂粒极难进入腊模空洞内，只有采取陶瓷芯或石英玻璃管芯，工艺复杂，清理困难。2．铸件壁厚不可太薄通常为2~8mm。3．铸件壁厚应尽可能均匀熔摸铸造工艺通常不用冷铁，少用冒口，多用直浇口直接补缩，故不能有分散热节。熔模铸造特点和应用（1）铸件精度高，表面质量好，属少，无切削工艺。尺寸精度IT11-14，表面粗糙度Ra12.5-1.6mm。（2）可铸造形状复杂铸件，最小壁厚可达0.3mm，最小铸孔直径0.5mm。可一次铸出组合体。（3）铸造合金种类不受限制，尤其适合高熔点和难切削合金。（4）生产批量不受限制，可单件或成批生产。（5）工序繁杂，生产周期长，原辅材料费用高，生产成本较高，铸件限于25kg。金属型铸造PermanentMoldCasting金属型冷速快，一型多用。将液体金属在重力作用下浇入金属铸型，以取得铸件一个方法。铸型用金属制成，能够反复使用几百次到几千次。金属型结构和材料分型面——垂直、水平、复合分型垂直型便于开设浇注系统和取出铸件。工艺方法加强排气。表面喷刷涂料调整铸件冷却速度；保护金属型，预防高温金属液对型壁冲蚀和热击；利用涂料层蓄气排气。预热。预热温度200-350°C。立即开型。结构工艺性（1）

铸件结构斜度比砂型铸造大。（2）

壁厚要均匀，不能过薄。最小壁厚：铝硅合金2-4mm；铝镁合金3-5mm；铸铁2.5-4mm。（3）

铸孔不能过小，过深。金属型铸造特点及应用范围（1）机加工余量小，尺寸精度IT12-IT16；表面粗糙度Ra12.5-6.3mm。（2）冷却速度快，铸件晶粒较细，力学性能提升。金属型生产铸件，其机械性能比砂型铸件高。（3）一型多铸，提升生产率，节省造型材料，减轻环境污染，改善劳动条件。（4）成本高，不宜大型，形状复杂和薄壁铸件；铸铁件易白口化，切削困难，尺寸限制在300mm，重量8kg以下。塑性成形塑性成形——金属材料在外力作用下产生塑性变形，取得含有一定形状、尺寸和力学性能毛坯或零件生产方法。1金属塑性成形原理一、金属塑性变形实质1.单晶体塑性变形多种压力加工方法，全部是经过对金属材料施加外力，使之产生塑性变形来实现。单晶体塑性变形形式关键有滑移和孪晶两种。1）滑移：晶体一部分相对一部分沿一定晶面发生相对滑动。理论上，整体刚性滑移——滑移困难实际上，位错移动——滑移轻易2）孪晶：晶体在外力作用下，一部分沿着一定晶面（孪生面）产生一定角度切变。当滑移困难时(位错塞积），出现孪生变形塑性变形过程：滑移——孪生——滑移——孪生…….2.多晶体塑性变形二、塑性变形后金属组织和性能1.冷变形及其影响1）组织改变特征：①晶粒沿变形最大方向伸长；②晶格和晶粒均发生畸变；③晶粒间产生碎晶。2）性能改变特征：加工硬化：伴随变形程度增加，其强度和硬度不停提升，塑性和韧性不停下降。有利：强化金属材料不利：深入塑性变形带来困难回复使晶格扭曲被消除，内应力显著降低，但力学性能改变不大，部分地消除了加工硬化。3.再结晶以一些碎晶或杂质为晶核，成长为新等轴细晶