机械工程基础热加工.doc
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1、学科机械工程基础第 七 章 第 1,2节 1概述课 题 2. 砂型铸造 授 课 时 数2累计时间授 课 日 期授课班级数控50204教 学 目 的与 要 求1掌握铸造的特点及分类2掌握合金的铸造性能3了解铸件常见的缺陷及其产生因素和防止措施4掌握浇注系统的含义、组成和作用;冒口的作用和设立的位置 教 学 重 点与 难 点重点:铸造的特点及分类;合金的铸造性能;铸件常见的缺陷及其产生因素和防止措施;浇注系统的含义、组成和作用;冒口的作用和设立的位置难点:浇注系统的含义、组成和作用;冒口的作用和设立的位置授 课 方 法 讲授教 具 执行后摘记导入新课:机械制造工艺是各种机械的制造方法和过程的总称。
2、机械制造工艺过程为: 铸造、锻压 机械加工 装配金属材料毛坯零件机器 焊接 热解决机械制造工艺发展方向是高质量、高生产率、低成本。讲授新课:第七章 铸造1铸造:将熔化后的金属浇注、压射或吸入铸型型腔中,待其凝固、冷却后,得到一定形状的毛坯或零件的成形方法。2铸件:用铸造获得的零件或毛坯。7-1 概述一、铸造的特点及分类1特点(1)成形方便且适应性强;(2)成本较低;(3)铸件的组织性能较差。2铸造分类(1)砂型铸造 :直接形成铸型的材料重要是型砂,且液态金属完全靠重力充满整个铸型型腔。用型砂紧实成形的铸造方法。(2)特种铸造:砂型铸造以外的其他铸造方法。(在7-3中专门介绍)二、合金的铸造性能
3、:指合金在铸造时表现出来的工艺性能。1流动性(1)流动性的概念:液态合金充满铸型的能力。通常用一定条件下浇出的“螺旋形试样”的长度来衡量。如P172图7-2。 铸铁和硅黄铜流动性最佳,铸钢最差。 常用铸造合金的流动性:P172表7-1。(2)影响流动性的因素1)合金成分。共晶成分的合金流动性最佳;凝固范围小的合金流动性较好;凝固范围大的合金流动性差;2)浇注温度。浇注温度越高,流动性越好;3)铸型。铸型中凡能增长金属流动阻力、减少流速、加快冷却速度的因素,都会减少合金的流动性。2收缩(1)收缩的概念:指铸件在浇铸、凝固和冷却过程中,发生体积与尺寸减小的现象。分为三个阶段:液态收缩、凝固收缩、固
4、态收缩。液态收缩和凝固收缩表现为铸件体积的缩小,以体收缩率表达,是铸件产生缩孔和缩松的基本因素;固态收缩引起的体积缩小表现为铸件外形尺寸的变化,以线收缩率表达,是铸件产生应力、变形和裂纹的基本因素。(2)影响收缩的因素(与影响流动性的因素类似)1)不同成分的合金具有不同的收缩率;常见合金的收缩率:P173表7-2。2)浇注温度越高,收缩越大;3)铸型对铸件收缩产生机械阻力,故铸件实际收缩率比自由收缩率小。(3)缩孔和缩松的形成和防止缩孔:铸件在凝固过程中,因补缩不良而产生的孔洞。P174图7-3。缩松:铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。防止缩孔重要措施:采用定向凝固原则。即增设冒口、冷铁等。P
5、174图7-4、图7-5。防止缩松重要措施:采用接近共晶成分或结晶间隔小的合金生产铸件。(4)铸造应力、变形和裂纹铸造应力是铸件产生变形、裂纹等缺陷的基本因素。减少应力、防止开裂的措施是:合理设计铸件结构,力求壁厚均匀,结构对称;合理设计浇冒口、冷铁等使铸件冷却均匀;采用退让性好的型砂和芯砂;严格控制合金中硫和磷的含量;切勿过早落砂;铸件在清理后进行去应力退火。7-2 砂型铸造砂型铸造基本工艺过程:P175图7-6。一、模样与芯盒1模样:由木材或金属或其他材料制成,用来形成铸型形腔的工艺装备。外部轮廓与零件相似的模型。2芯盒:制造型芯或其他耐火材料芯所用的装备。3设计模样时必须考虑:(1)在需
6、要切削加工的表面上留出加工余量。加工余量按铸件精度决定;(2)在冷凝过程中产生的收缩量。不同材料具有不同的收缩率; (3)垂直部分要有起模斜度。一般为0.53 ;(4)夹角处要做成(铸造)圆角。使造型方便,并防止铸件粘砂或产生裂纹;(5)合理选取分型面。应使造型方便,取模容易,并保证铸件质量;(6)型芯头:便于型芯在铸型中的定位,以保证铸件内形对的。二、造型材料:制造铸型或型芯用的材料。砂型铸造的材料:沙、粘结剂、水和其他附加物。性能规定:(1) 足够的强度:能承受金属熔液的冲击和压力,使型腔不变形毁坏;(2) 良好的可塑性:易于成形,且能保持清楚的型腔;(3) 高的耐火性:保证铸件表面不粘沙
7、;(4) 良好的透气性:使铸件内部不易产气愤孔;(5) 良好的退让性:减少铸件的内应力,防止变形开裂。三、造型:制造砂型的工艺。1手工造型(P175表7-3)(1)分箱造型 A、整模造型 模样为一整体B、分模造型 模样分段(常见上下分)(2)脱箱造型合用:大批量、小型铸件的铸造。(3)、刮箱造型合用:小批量、尺寸较大的回转件铸件铸造。2机器造型:用机器完毕所有或至少完毕紧砂操作的造型工序。(1)优点:提高生产率,改善劳动条件,提高铸件质量,减少加工余量。(2)合用:大批量生产。P177图7-7。四、造芯1手工造芯(1)种类:芯盒造芯(常用P177图7-8);刮板造芯。(2)合用:单件、小批量生
8、产2机器造芯(1)特点:把填砂紧实和起模两道工序由一台造芯机来完毕(2)优点:生产率高、型芯质量好(3)合用:大批量生产无论哪种造芯方法,都要在砂芯中放置芯骨,并将砂芯烘干,以增强砂芯的强度。通常还在砂芯中扎出通气孔或埋入蜡线形成通气孔。五、浇注系统及冒口1浇注系统:为使液体金属顺利进入铸型型腔而开设的通道。(1)作用:平稳迅速地导入液体金属;防止熔渣、砂粒进入型腔;调节铸件的凝固顺序和补缩。(2)组成:l 浇口盆:缓和金属液的冲击作用、挡渣。l 直浇道:调节金属液流入型腔的速度和压力。l 横浇道:分派金属液流入内浇道、挡渣。l 内浇道:控制金属液的流速和方向。2 冒口(1)作用:补缩、排气、
9、浮渣。(2)设立:铸件最高处和最厚处。六、铸铁的熔炼铸铁熔炼的目的:得到温度足够高且化学成分符合规定的铁液。铸铁熔炼的设备:冲天炉。构造简朴,操作方便,生产率高,生产成本低。1 冲天炉的构造及熔炼过程 P178图7-102 冲天炉的炉料:金属炉料、燃料、熔剂。七、浇注、落砂、清理和检查(一)浇注:将熔融金属从浇包注入铸型的操作。1温度:不能太高或太低,铸铁一般为1340度左右。2速度:视铸件的具体情况而定。3注意点:金属液充满浇口杯,应连续浇注,防止飞溅和满溢。(二)落砂:铸件从砂型中取出。方法:手工落砂和机械落砂两种。(三)清理:去除铸件浇口、浇道、冒口、表面粘砂及毛刺的操作。方法:锤击、锯
10、割、气割、喷砂、錾除、磨削等(四)检查1内容:形状、尺寸、气孔、砂眼、粘砂、缩孔、裂纹等。2方法:观测、使用量具、仪器等。3内在质量:通过金相检查、无损探伤等方法检查。4力学性能:用同批铁液浇出试棒做实验。课堂小结:1 铸造、铸件的含义,铸造特点及分类。2 合金的铸造性能。3 铸件常见的缺陷及产生因素。4 砂型铸造的概念。5 浇注系统的含义、组成和作用;冒口的作用。作业:P184/ 13学科机械工程基础第 七 章 第 3,4节 1特种铸造课 题 2. 铸造工艺新技术 授 课 时 数2累计时间授 课 日 期授课班级数控50204教 学 目 的与 要 求 1. 了解几种特种铸造的特点及合用场合2了
11、解几种典型的铸造新方法 教 学 重 点与 难 点重点:几种特种铸造的特点及合用场合难点:几种特种铸造的特点及合用场合;铸造工艺新技术授 课 方 法 讲授教 具 执行后摘记导入新课:1 铸造特点及分类。2 合金的铸造性能。3 铸件常见的缺陷。4浇注系统的组成和作用;冒口的作用。讲授新课:7-3 特种铸造特种铸造:与砂型铸造不同的其他铸造方法。一、金属型铸造(永久型铸造):采用金属制造铸型,将液体金属浇入金属型中而获得铸件的铸造方法。1金属型结构及工艺特点(1)结构:P179图7-11。(2)工艺特点1)浇铸前应将金属型预热;2)型腔和型芯要涂耐火材料;3)每浇铸一次,都要涂一层煤油。2铸造特点及
12、应用(1)特点1)可一型多铸,节省造型工时和造型材料,生产率高;2)铸件精度较高(尺寸精确),表面光洁,机械性能高;3)制导致本高,生产周期长。(2)应用:大批量生产的非铁金属(有色金属)铸件。二、压力铸造:在高压下快速地将液态或半液态合金压入金属铸型型腔,并在压力作用下凝固而获得铸件的方法。1铸造过程:P180图7-12。(1)合型浇注;(2)压射;(3)开型顶件。2特点及应用(1) 特点1)具有金属型铸造的特点;2)可得到复杂形状的薄壁件或镶嵌件;3)可适当减少浇注温度,金属浇注时流动性好。(2)应用:大批量生产的薄壁、复杂的小型非铁金属铸件。三、离心铸造:将液态金属浇入高速旋转的铸型中,
13、使金属液在离心力的作用下充满铸型并结晶的铸造方法。1铸造过程:P179图7-11。(1)铸型旋转;(2)浇注;(3)2特点及应用(1)特点1)铸件机械性能好,无气孔、缩孔、夹渣等缺陷,铸件质量好;2)铸造圆形内腔铸件,不需型芯;3)没有浇注系统,可减少金属熔液的消耗;4)铸出的内孔尺寸不精确,非金属夹杂物较多。(2) 应用:空心回转体铸件(毛坯)。四、熔模铸造又称失蜡铸造,是一种精密铸造。1铸造过程(1)压铸蜡模;(2)组合蜡模;(3)结壳脱蜡;(4)焙烧和浇注;(5)毁壳(取件)。2特点及应用(1)特点1)铸件为一整体,无分型面;2)能制作复杂的薄壁铸件,尺寸精确,表面光洁;3)生产工艺复杂
14、,周期较长,成本较高,铸件重量不宜太大。(2)应用:高熔点或难切削加工铸件(如耐热合金、磁钢等),成批大量生产的小型精密铸钢件。五、各种铸造方法比较:P182表7-4。7-4 铸造工艺新技术一、实型铸造 又称气化模铸造,简称EPC。1铸造过程(1)制造泡沫塑料模型(涉及浇注系统);(2)造砂型;(3)浇注;(4)落砂取件。2特点(1)没有分型面、铸造斜度和活块,没有飞翅;(2)尺寸精度和表面粗糙度近似熔模铸件;(3)铸件内部质量好,生产率高,对环境无公害。3应用:范围较广,特别是用于生产形状复杂的铸件。二、悬浮铸造:在浇注过程中,将一定量的金属粉末(悬浮剂)加入到金属液流里,使其与金属液掺和在
15、一起而流入铸型的铸造方法。1特殊浇注系统:P183图7-16。2特点(1)可减少热裂和横截面、轴向偏析的发展;(2)减少缩孔,减轻缩松;(3)铸件的力学性能有所提高。三、真空密封造型(V法造型) 简称真空造型。1特点(1)铸件精度高,表面粗糙度低;(2)金属流动性提高;(3)落砂清理方便,砂的回用率高,铸件成本较低。2应用:生产面积大、壁薄、形状不太复杂及表面规定光洁、轮廓清楚的铸件。课堂小结:1金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造的特点及应用。2实型铸造、悬浮铸造、真空铸造是几种典型的铸造新方法。作业:P184/ 8,9学科机械工程基础第 八 章 第 1,2 节 1概述课 题 2. 自由
16、锻授 课 时 数2累计时间授 课 日 期授课班级数控50204教 学 目 的与 要 求1掌握锻压的概念、特点、分类及应用2熟悉自由锻常用的基本工序3掌握锻件的加热、冷却和热解决工艺方法 教 学 重 点与 难 点重点:锻压的概念、特点、分类及应用;自由锻常用的基本工序;锻件的加热、冷却和热解决工艺方法;难点:锻压的概念、特点、分类及应用;锻件的加热、冷却和热解决工艺方法授 课 方 法 讲授教 具 执行后摘记导入新课:几种特种铸造方法的特点及应用。讲解新课: 第八章 锻压8-1 概述锻压:是指对坯料施加外力,使其产生塑性变形,改变尺寸、形状及改善性能,用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。一
17、、锻压的特点、分类及应用1特点(1)改善金属内部组织,提高力学性能;(2)节省金属;(3)生产率高;(4)适应性广;(5)不能锻制外形、内腔复杂的工件(与铸件相比)。2分类(P185图8-1)(1)锻造:在锻造设备及工(模)具的作用下,使坯料产生局部或所有塑性变形,以获得一定形状、尺寸和质量的锻件加工方法。分为自由锻造和模型锻造。(2)冲压:在冲压设备上运用冲模使坯料产生分离或变形的加工方法。它重要用于板料加工。二、锻造的基本知识1影响锻造性能的因素 塑性越好,变形抗力越小,表白金属的锻造性能越好;反之则差。(1) 化学成分。纯金属比合金好;碳含量越低越好。(2) 组织。纯金属及单一固溶体的好
18、,多相组织的差;细小而均匀的晶粒的好,粗大的晶粒的差。(3) 变形温度。变形温度提高,锻造性提高。(4) 变形速度。变形速度增长,冷变形强化严重,锻造性能变差;变形速度增长,产生热效应,使变形抗力减少,塑性增长,锻造性能得以改善。 在一般锻压生产中,变形速度并不不久,因而热效应作用也不明显。2锻造流线与锻造比(1)锻造流线 P186图8-2。加工时,应尽也许使流线与零件的轮廓相符合而不被切断。(2)锻造比(Y):锻件变形前后的横截面或长度的比值。A0、A变形前、后的横截面积;L0、L变形前、后的长度。 若用钢材为坯料进行锻造时,不考虑锻造比。8-2 自由锻自由锻:在自由锻造设备上运用通用工具使
19、金属坯料产生变形而获得锻件的加工方法。分类:手工锻造;机器锻造。 特点:锻件的形状和尺寸由操作者的水平来保证。合用:单件、小批量生产,大型及特大型锻件。加热炉:一般为火焰放射炉,也有煤气炉、油炉、电阻炉。一、自由锻设备1锻锤 有空气锤(图8-3)和蒸气-空气锤。吨位以锤头下落的质量来表达,一般为40750kg,重要用于生产中、小型锻件。2液压机 重要是水压机。吨位以上砧铁的最大工作总压力来表达,一般为50012023t。重要用于生产大型锻件,是巨型锻件的唯一成形设备。二、自由锻基本工序1 镦粗:使毛坯高度减小,横截面积增大的工序。分为完全镦粗、局部镦粗和垫环镦粗等,P187图8-4。重要用于制
20、造高度小、截面大的工件,如齿轮、圆盘等。(高径比h/d2.5)2 拔长:使毛坯横截面积减小,长度增长的工序。分为平砧拔长、赶铁拔长和芯棒拔长等,P188图8-5。重要用于制造长度大、截面小的工件。(送进量L /宽B1.8)3 冲孔:用冲子在坯料上冲出通孔或不通孔的工序。分为实心冲头冲孔(孔径小于400mm)和空心冲头冲孔(孔径大于400mm),P188图8-6。重要用于制造空心件。方法:1)双面冲孔 2)单面冲孔4 切割:用剁刀将坯料切断或部分切开的工序。方法:1)单面切割。合用于切断坯料、切除料头。 2)双面和四周切割。合用于切割横截面积较大的坯料。 3)圆料切割。第一刀:1/31/2;旋转
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