【正文】 8 以獲得鑄件的鑄造方法。 1 基本工藝 立式：鑄型繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，用于生產(chǎn)圓環(huán)鑄件； 臥式：鑄型繞水平軸旋轉(zhuǎn)，用于生產(chǎn)管類和套類鑄件。 離心鑄造的鑄型主要使用金屬型，也可以用砂型。 2. 離心鑄造的特點(diǎn)和適用范圍 （ 1）鑄造圓筒形鑄件時(shí)，可節(jié)省型芯和澆注系統(tǒng)，省工省料，降低成本； （ 2）鑄件組織致密，極少有縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷； （ 3）合金充型能力得到了提高，可以澆注流動(dòng)性較差的合金鑄件和薄壁鑄件，如渦輪、葉輪等； （ 4）便于制造雙金屬件，如軋輥、鋼套、鑲銅襯、滑動(dòng)軸承等。 適用范圍 ： 鑄鐵管、氣缸套、雙金屬軸承、特殊鋼的無(wú)縫管坯。 六 . 陶瓷型鑄造 在砂型鑄造和熔模鑄造基礎(chǔ)上發(fā)展形成的一種精密鑄造工藝。 (見(jiàn)圖 ) （ 1）砂套造型： 目的：節(jié)約昂貴的陶瓷材料及提高鑄型的透氣性 材料：水玻璃砂 制造過(guò)程與砂型鑄造相同，只是砂套木模 B比鑄件木模 A大一個(gè)陶瓷料厚度。 （ 2）灌漿與膠結(jié)：制造陶瓷面層 將鑄件木模固定于平板上，刷上分型劑，扣上砂套。把陶瓷漿由澆口注滿，幾分鐘后陶瓷漿開(kāi)始結(jié)膠變硬，形成陶瓷面層。 陶瓷漿由剛玉粉（耐火材料）、硅酸乙脂（粘結(jié)劑）、氫氧化鈣（催化劑）及雙氧水（透氣劑）等組成。 （ 3）起模與噴燒：灌漿約 十幾分鐘后，在漿料尚有一定彈性時(shí)起出模型，然后用明火噴燒整個(gè)型腔以加速固化。 （ 4）焙燒與合箱：澆注前陶瓷型要加熱到 350～ 550℃焙燒幾個(gè)小時(shí)，去除殘留在陶瓷型中的乙醇及水分，并進(jìn)一步提高鑄型強(qiáng)度。 （ 5）澆注與凝固 澆注時(shí)，溫度要略高，冷卻凝固后獲得成形好的鑄件。 2. 陶瓷型鑄造的特點(diǎn)和適用范圍 （ 1）陶瓷材料耐高溫，故可澆注高熔點(diǎn)合金； （ 2）鑄件大小不受限制，幾千克～數(shù)噸； （ 3）投資少，生產(chǎn)周期短 適用范圍：主要用于厚大精密鑄件，廣泛用于鑄造沖模、鍛模、玻璃器皿模、壓鑄模等。 七 .磁型鑄造 ：用鐵丸代替型砂，依靠磁力進(jìn)行緊實(shí) 圖 陶瓷型鑄造工藝過(guò)程 磁丸 激磁、澆注 造型 落 丸 9 （ 1）制作氣化模：將聚苯乙烯發(fā)泡后制成氣化模，氣化模表面涂掛涂料，并留出澆口位置，不需要從鑄型中取出，澆注時(shí)可自行氣化燃燒掉。 （ 2）造型（埋箱）：把氣化模埋入磁丸箱，微振緊實(shí)。 （ 3）激磁、澆注：將磁丸箱推入推入馬蹄形電磁鐵中，通電后，馬蹄形電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)把磁丸磁化而相互吸引，形成鑄型。這種鑄型既有一定強(qiáng)度，又有良好的透氣性。 把金屬液順澆口注入磁型型腔，高溫的金屬液將氣化模燒掉氣化，液體金屬注滿整 個(gè)型腔。 （ 4）落丸：鑄件冷卻凝固后，切斷電源，磁場(chǎng)力消失，磁丸自動(dòng)落下，鑄件自行脫出。磁丸經(jīng)凈化后可反復(fù)使用。 3. 磁型鑄造的特點(diǎn)和適用范圍： （ 1）不用型砂，無(wú)粉塵造成的危害，造型材料可反復(fù)使用； （ 2）設(shè)備簡(jiǎn)單，占地面積小，造型、清理等操作簡(jiǎn)便； （ 3）不需起模，無(wú)分型面造成的披縫，鑄件精度及表面質(zhì)量好。 （ 4）不適于厚大復(fù)雜件，煙氣污染空氣。 適用范圍：中、小型鑄鋼件大批量生產(chǎn)。 167。 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先要保證鑄件使用要求，同時(shí)應(yīng)根據(jù)鑄造工藝特點(diǎn)，避免鑄造缺陷，簡(jiǎn)化鑄造工藝，降低鑄 造成本。 一．避免鑄造缺陷的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ①允許最小壁厚值（表 ）不同鑄造方法，不同種類的鑄造合金，充型能力有較大差異，允許的最小壁厚值也各不相同。 ②增設(shè)加強(qiáng)筋，減小壁厚（圖 ） ③鑄件各壁冷卻速度均勻相近（圖 ，表 ） ，避免局部過(guò)厚形成熱節(jié)（圖 ） ，兩個(gè)非加工表面所形成內(nèi)角應(yīng)設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)圓角。 不同壁厚聯(lián)結(jié)應(yīng)逐步過(guò)渡，以避免出現(xiàn)應(yīng)力集中和裂紋。圖 直角結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生缺陷：（圖 ） ①難成形、易夾砂 、金屬聚集，縮孔、縮松 ②應(yīng)力集中，易出現(xiàn)裂紋 ③柱狀晶晶粒分界面，積聚雜質(zhì)，形成薄弱環(huán)節(jié) 金屬熔化 氣化模 鑄 件 10 ①細(xì)長(zhǎng)或平板形結(jié)構(gòu)，當(dāng)斷面不對(duì)稱時(shí)，會(huì)產(chǎn)生翹曲變形，應(yīng)設(shè)計(jì)成對(duì)稱結(jié)構(gòu)（圖 ） ②大的水平平面結(jié)構(gòu)，易產(chǎn)生彎曲變形，應(yīng)增加筋條，易產(chǎn)生澆不足、夾砂、缺肉等缺陷，應(yīng)修改結(jié)構(gòu)。（圖 ） 二．簡(jiǎn)化工藝過(guò)程的合理結(jié)構(gòu) ，且平直，便于取出模型。 圖 接頭結(jié)構(gòu) 圖 圓角結(jié)構(gòu) 圖 防止變形的鑄件結(jié)構(gòu) 圖 避免大水平平面的鑄件結(jié)構(gòu) 圖 采用加強(qiáng)筋減小壁厚 圖 鑄件內(nèi)部壁厚相對(duì)減薄 圖 壁厚均勻?qū)嵗? 11 ，避免側(cè)壁的局部凹陷結(jié)構(gòu)。 圖 圖 設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)斜度：零件設(shè)計(jì)時(shí)，垂直于分型面的非加工表面均應(yīng)設(shè)計(jì)出斜度，以便于造型時(shí)拔模，確保型腔質(zhì)量。結(jié)構(gòu)斜度在零件圖上標(biāo)出，數(shù)值可較大。見(jiàn)圖，表 。 鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于型芯的固定、排氣和清理（見(jiàn)圖 ） 型芯在鑄型中不能牢固安放時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生偏芯，氣孔、砂眼等缺陷。 三 .結(jié)合鑄造方法的合理結(jié)構(gòu) ①便于從壓型中取出蠟?zāi)＂跒楸阌诮焱?料和撒砂，孔、槽不宜過(guò)小或過(guò)深。 孔 d＞ 2mm, h＜ 4d 槽 t＞ 2mm, h＜ 4t ③壁厚均勻、避免過(guò)多的分散熱節(jié) 。 ①應(yīng)順利出型，方便抽芯，確定合理分型面 ②壁厚均勻，不能過(guò)薄 ③便于型芯安放和抽芯，孔徑不宜過(guò)小，過(guò)深。 ①盡可能采用薄壁，均勻結(jié)構(gòu)，最小壁厚可鑄螺紋、孔、齒形、圖案等具體尺寸應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選定 ②非加工表面應(yīng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)斜度和圓角 ③發(fā)揮鑲嵌件的優(yōu)越性，但應(yīng)確保連接牢固，使用可靠。 圖 結(jié)構(gòu)斜度 圖 活塞結(jié)構(gòu)實(shí)例 12 第二章 塑性加工 概述 ： ： 打鐵 → 鍛 壓 → 壓力加工 → 塑性加工 金屬材料 外力 塑性變形 —— 產(chǎn)品 （ 1）金屬材料：主要加工對(duì)象，現(xiàn)包括非金屬材料 （ 2）外力：多數(shù)情況下為壓力，故亦稱壓力加工 （ 3）產(chǎn)品：原材料、毛坯、零件三大類 ： （ 1） 節(jié)省材料：塑性變形 （ 2） 生產(chǎn)率高：幾十件甚至上千件 /分 （ 3） 產(chǎn)品力學(xué)性能好：強(qiáng)度、硬度 （ 4） 產(chǎn)品范圍廣：幾克～上百噸 167。 鍛造成形 （一）可鍛性 ：衡量材料通過(guò)塑性加工獲得優(yōu)質(zhì)零件難易程度的工藝性能。 2. 可鍛性指標(biāo)： 塑性：ψ截面收縮率；δ延伸率；α K沖擊韌性 變形抗力：在變形過(guò)程中金屬抵抗 工具作用的力 P 塑性↑，變形抗力↓，可鍛性↑ ： （ 1）金屬本質(zhì)（內(nèi)在因素）： ①化學(xué)成分： C％↑，塑性↓，可鍛性↓，純金屬好于合金 ②金屬組織：晶體結(jié)構(gòu)：面心 體心 密排六方 組織狀態(tài)：鑄態(tài)組織↓，晶粒粗大↓，碳化物↓，純金屬及固溶體↑ （ 2）加工條件（外在因素） ①變形溫度：提高金屬變形時(shí)的溫度，是改善金屬可鍛性的有效措施 變形溫度 T↑，材料塑性δ↑，變形抗力P↓，→可鍛性↑ 碳素結(jié)構(gòu)鋼，加熱溫度超過(guò) A3線，組織為單一 A，固很適宜塑性加工 鍛造溫度范圍的確定（圖 ）： 始鍛溫度：固相線以下 200℃左右 終鍛溫度： A1線以上 800～ 750℃之間 注意事項(xiàng)：溫度過(guò)高將產(chǎn)生過(guò)熱、過(guò)燒、脫碳和嚴(yán)重氧化等缺陷，甚至使鍛件報(bào)廢。 C%80091212501538液相線固相線溫度 /176。CAEP SKLL+AAA+ FA+ Fe C 3 ⅡF+ P P Fe C + PG3 Ⅱ始鍛溫度終鍛溫度圖 碳鋼的鍛造溫度范圍 抗力塑性變形速度a變形抗力曲線塑性變化曲線圖 變形速度對(duì) 塑性及變形抗力的影響 13 ②變形速度（應(yīng)變速率 。? ）單位時(shí)間內(nèi)的變形程度 dtd??＝。應(yīng)變對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，量綱 1/s ???。 時(shí)： 。? ? ，變形抗力↑、塑性↓，可鍛性↓ ???。 時(shí)： ?。? ，塑性↑、變形抗力↓，可鍛性↑ 原因：塑性變形引起的“熱效應(yīng)”。 當(dāng) ???。 時(shí)，變形速度相對(duì)較小，當(dāng) 。? 增加時(shí)，相應(yīng)的加工硬化現(xiàn)象也很顯著和劇烈，使得變形抗力上升，塑性下降，導(dǎo)致可鍛性下降。 當(dāng) ???。 時(shí)，變形速度整體上處于較高階段，隨著 。? 增加，金屬內(nèi)部變形 劇烈，晶粒間摩擦加劇，使一部分塑性變形功轉(zhuǎn)化為熱能，使金屬溫度升高，稱為熱效應(yīng)現(xiàn)象，消除了加工硬化現(xiàn)象，導(dǎo)致可鍛性提高。 通常情況下的塑性加工過(guò)程， 。? 均小于 a，只有在高速錘上鍛造時(shí)，才會(huì)出現(xiàn) ???。 情況。不同金屬材料，其 a值也不同。 （ 3）應(yīng)力狀態(tài)的影響 應(yīng)力狀態(tài)對(duì)可鍛性的影響非常復(fù)雜。有時(shí)對(duì)提高塑性有利的應(yīng)力狀態(tài)對(duì)降低變形抗力卻不利。而變形抗力低的應(yīng)力狀態(tài)，其塑性又不好。 工程上常以塑性指標(biāo)為主來(lái)考慮應(yīng)力狀態(tài)對(duì)可鍛性的影響。 應(yīng)力狀態(tài)對(duì)塑性的影響： 受力物體壓應(yīng)力的數(shù)目越多，金屬的塑性越好。 拉應(yīng)力的數(shù)目越多，金屬的塑性越差。 應(yīng)力狀態(tài)對(duì)變形抗力的影響： 物體受力時(shí)：同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下，變形抗力↑ 異號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下，變形抗力↓ 原因：根據(jù)金屬塑性變形的屈服準(zhǔn)則： Mises 準(zhǔn)則：σ 1－σ 3＝βσ s Tresca 準(zhǔn)則：σ 1－σ 3＝σ s 當(dāng)σ 1σ 3同號(hào)，︱σ 1－σ 3︱數(shù)值很小，不易達(dá)到βσ s/σ s 當(dāng)σ 1σ 3異號(hào)，︱σ 1－σ 3︱數(shù)值較大，容易達(dá)到βσ s/σ s （二） 鍛造成形 一．自由鍛 自由鍛是利用沖擊力或壓 力使金屬在上、下兩個(gè)抵鐵之間產(chǎn)生塑性變形，從而得到所需鍛件的鍛造方法。 特點(diǎn)：（ 1）金屬流動(dòng)自由 （ 2）形狀、尺寸精度由操作者操作技術(shù)保證 （ 3）生產(chǎn)率、產(chǎn)品精度較低 （ 4）通用性強(qiáng)，小到大型、巨型鍛件都可以生產(chǎn)，特別在重型機(jī)械制造中特別重要。 自由鍛設(shè)備： 圖 擠壓時(shí)金屬應(yīng)力狀態(tài) 圖 拉拔時(shí)金屬應(yīng)力狀態(tài) 圖 鍛件敷料 圖 鍛件余量 14 （ 1）鍛錘：空氣錘 小型鍛件 150 公斤以下 蒸汽－空氣錘 小于 1500 公斤鍛件 （ 2）壓力機(jī)：主要是水壓機(jī)，可鍛造質(zhì)量達(dá) 500t 鍛件，常用于大型和巨型鍛件。 ： 基本工序：使金屬產(chǎn) 生一定程度的塑性變形，以達(dá)到所需形狀及尺寸的工藝過(guò)程，完成鍛件的基本工藝過(guò)程。 輔助工序：為基本工序操作方便而進(jìn)行的預(yù)先變形工序。 精整工序：為減少鍛件表面缺陷而進(jìn)行的工序 （ 1）繪制鍛件圖：工藝規(guī)程中的核心內(nèi)容。 以零件圖為基礎(chǔ)，結(jié)合自由鍛工藝特點(diǎn)繪制而成。 ①敷料：簡(jiǎn)化鍛件形狀，便于進(jìn)行鍛造而增加的一部分材料，也稱為余塊。圖 ②余量：零件的加工表面上增加供切削加工用的材料，具體數(shù)值結(jié)合生產(chǎn)的實(shí)際條件查表確定。圖 ③公差：鍛件名義尺寸的允許變動(dòng)量。根據(jù)鍛件形狀、尺 寸并考慮到生產(chǎn)實(shí)際情況加以選取。 （ 2）坯料質(zhì)量及尺寸計(jì)算 質(zhì)量計(jì)算： 料頭燒損鍛件坯料 GGGG ??? 式中： G 坯料 — 坯料質(zhì)量； G 鍛件 — 鍛件質(zhì)量； G 燒損 — 加熱時(shí)坯料表面氧化而燒損的質(zhì)量。 第一次加熱時(shí)取被加熱金屬的 2%～ 3%，以后各次加熱取 %～ 2%； G 料頭 — 在鍛造過(guò)程中沖掉或切掉的金屬的質(zhì)量。如沖孔時(shí)坯料中部的料芯，修切端部產(chǎn)生的料頭等。 （ 3）選擇鍛造工序：根據(jù)工序特點(diǎn)和鍛件形狀 盤(pán)類件：鐓粗 (或拔長(zhǎng)及鐓粗 )、沖孔； 軸類鍛件：拔長(zhǎng) (或鐓粗及拔長(zhǎng) )、切肩和鍛臺(tái)階； 筒類鍛件：鐓 粗 (或拔長(zhǎng)及鐓粗 )、沖孔、在心軸上拔長(zhǎng)； 環(huán)類鍛件：鐓粗 (或拔長(zhǎng)及鐓粗 )、沖孔、在心軸上擴(kuò)孔； 曲軸類鍛件：拔長(zhǎng) (或鐓粗及拔長(zhǎng) )、錯(cuò)移、鍛臺(tái)階、扭轉(zhuǎn)； 彎曲類鍛件：拔長(zhǎng)、彎曲等。 二．模鍛： 在高強(qiáng)度金屬鍛模上預(yù)先制出與鍛件形狀一致的模膛，使坯料在模膛內(nèi)受壓變形的鍛造方法。 模鍛特點(diǎn)：（與自由鍛相比） ①生產(chǎn)率較高 ②鍛件尺寸精確，加工余量小 ③可鍛出形狀復(fù)雜鍛件 ④材料利用率高 模鍛設(shè)備：模鍛錘、模鍛壓力機(jī) ： 圖 錘上鍛模 15 設(shè)備有蒸汽－空氣錘，無(wú)砧座錘，高速錘 模鍛蒸汽－空氣錘原理：圖 與自由鍛蒸 汽－空氣錘相比： ①模鍛錘錘頭與導(dǎo)軌間間隙比自由鍛錘小，且機(jī)架與砧座相連 ②模鍛錘一般均由一名工人操縱 （ 1）鍛模結(jié)構(gòu)：（圖 ）包括上、下模，模膛，分模面 預(yù)鍛模膛：使坯料變形到接近鍛件的形狀和尺寸。在進(jìn)行終鍛時(shí)，金屬容易充滿終鍛模膛。減小終鍛模膛磨損，延長(zhǎng)壽命，無(wú)飛邊槽，斜度、圓角大。 終鍛模膛：使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸，模膛形狀應(yīng)和鍛件的形狀相同；鍛件冷卻時(shí)要收縮，