【正文】 機(jī)械制造基礎(chǔ)肖 民（機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院）42學(xué)時(shí)（理論）課程性質(zhì)161。 性質(zhì)：機(jī)械制造基礎(chǔ) (金屬工藝學(xué) )是一門(mén)有關(guān)制造金屬零件常用的加工及工藝方法的綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課。161。 加工方法l 鑄造l 壓力加工l 焊接l 熱處理 l 切削加工161。 用材（金屬及合金）l 鋼材、鍛件、鑄件等。熱加工工藝 毛坯金屬材料冷加工工藝 零件金屬材料或毛坯改善金屬材料或毛坯的加工性能和力學(xué)性能課程主要內(nèi)容金屬材料導(dǎo)論 (工程材料 )鑄造金屬壓力加工焊接切削加工金屬材料導(dǎo)論鑄造壓力加工焊接切削加工汽車(chē)生產(chǎn)物流示意圖壓力加工 油漆車(chē)身裝配 內(nèi)部裝飾驅(qū)動(dòng)橋裝配變速箱裝配輪胎裝配底盤(pán)裝配 車(chē)身安裝 最后試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)機(jī)械加工熱處理鍛造熔化造型澆鑄壓鑄油漆 機(jī)械加工自動(dòng)線(xiàn)熱處理第二篇 鑄造161。 定義：l 將液態(tài)金屬澆注到具有與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)（成形）方法，稱(chēng)為鑄造 ，是生產(chǎn)金屬零件和毛坯的主要形式之一。鑄造的特點(diǎn) 2．鑄件成本低原材料：來(lái)源廣、價(jià)格低、投資少、易生產(chǎn)鑄件：機(jī)械加工量相對(duì)較小，成本低 缺點(diǎn) : 1．廢品率較高，生產(chǎn)過(guò)程難以控制； 2．鑄件力學(xué)性能較差； 3．砂型鑄造鑄件精度較差。優(yōu)點(diǎn)： 1．具有較強(qiáng)的適應(yīng)性 與其他零件成形工藝相比， 鑄造成形具有生產(chǎn)成本低，工藝靈活性大，不受零件尺寸大小及形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度限制等特點(diǎn)。 鑄造不僅是生產(chǎn)毛坯的基本方法，而且用精密鑄造還可制得精度高和表面粗糙度低的零件。本篇的內(nèi)容161。 鑄造工藝基礎(chǔ)l 液體合金的充型l 凝固與收縮l 鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋161。 常用合金鑄件的生產(chǎn)l 砂型鑄造l 特種鑄造l 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一章第一章 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)（一）合金的鑄造性能 合金的鑄造性能是合金鑄造成型所表現(xiàn)的工藝性能，主要包括流動(dòng)性、收縮性等。 合金的鑄造性能是選擇鑄造合金、確定鑄造工藝方案及進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，合金鑄造性能的好壞，直接影響鑄件質(zhì)量。 v 充型能力 液態(tài)金屬充滿(mǎn)鑄型，獲得尺寸精確、輪廓清晰的鑄件， 取決于充型能力。 在液態(tài)合金充型過(guò)程中，一般伴隨著結(jié)晶現(xiàn)象，若充型能力不足，在型腔被填滿(mǎn)之前，形成的晶粒將充型的通道堵塞，金屬液被迫停止流動(dòng)，鑄件將產(chǎn)生澆不足或冷隔等缺陷。第一章第一章 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ) 充型能力首先取決于金屬液本身的流動(dòng)能力，同時(shí)又受鑄型性質(zhì)、澆注條件及鑄件結(jié)構(gòu)等因素的影響。216。 影響充型能力的因素： 合金的流動(dòng)性、鑄型的蓄熱系數(shù)、鑄型溫度、鑄型中的氣體、澆注溫度、充型壓力、澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、鑄件的折算厚度、鑄件的復(fù)雜程度等。 如表 21所示。 表 11 影響充型能力的因素和原因7 續(xù)表 11 影響充型能力的因素和原因8液態(tài)合金的充型一、合金的流動(dòng)性 （合金的本質(zhì)屬性） 是指液態(tài)金屬的流動(dòng)能力，在鑄造時(shí)即表現(xiàn)為液態(tài)金屬充填鑄型的能力。 流動(dòng)性好： 合金液體在撓注后不僅可以獲得 輪廓清晰、尺寸精確、薄而復(fù)雜 的鑄件，而且有助于合金在鑄型中收縮時(shí)得到補(bǔ)充。有利于液態(tài)金屬中的非金屬夾雜物和氣體的上浮與排除 。 流動(dòng)性不好： 則鑄件會(huì)產(chǎn)生 澆不足或冷隔缺陷， 其他如氣空、夾渣和縮孔等缺陷也容易產(chǎn)生。?流動(dòng)性判定方法：以 “ 螺旋形 ” 試樣長(zhǎng)度來(lái)衡量。?相同澆注條件 : 合金的流動(dòng)性越好 , 所澆出的試樣越長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)得知 : 灰鑄鐵、硅黃銅的流動(dòng)性為最好；鋁合金其次；鑄鋼的流動(dòng)性最差。流動(dòng)性判定方法流動(dòng)性判定方法液態(tài)合金的充型l 一 合金的流動(dòng)性l 影響流動(dòng)性的主要因素： 合金的化學(xué)成分、澆注溫度以及鑄型的充填條件。合金對(duì)流動(dòng)性影響：1)熔點(diǎn) 合金的熔點(diǎn)越高．流動(dòng)性越差。這是因?yàn)榻饘僖号c環(huán)境溫差大．熱量容易散失，保持液態(tài)時(shí)間短；2)結(jié)晶區(qū)間 合金結(jié)晶溫度區(qū)間越大．流動(dòng)性越差。 因?yàn)楹辖鹉虝r(shí)存在一個(gè)寬的液固兩相共存區(qū)，增大了金屬液的粘度和流動(dòng)阻力。因此，純金屬或共晶成分的合金流動(dòng)性最好；3)雜質(zhì)元素 合金成分中凡能形成 高熔點(diǎn)夾雜物的元素， 均會(huì)降低合金的流動(dòng)性。 圖 22 合金流動(dòng)性與含碳量關(guān)系 液態(tài)合金的充型二 澆注條件1. 澆注溫度161。 澆注溫度高 合金的粘度下降，流動(dòng)性增強(qiáng)，充型能力提高161。 對(duì)薄壁鑄件或流動(dòng)性較差的合金 適當(dāng)提高澆注溫度， 可以防止?jié)膊蛔愫屠涓羧毕荨?61。 澆注溫度過(guò)高 : 金屬的收縮量增加．吸氣增多，氧化也越嚴(yán)重。鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松、粘砂、氣孔、粗晶等缺陷， 保證充型能力前提下，澆注溫度不宜過(guò)高。2. 充型壓力161。 液態(tài)合金流動(dòng)方向 壓力大 充型能力強(qiáng) 液態(tài)合金的充型 三 鑄型填充條件 鑄型中凡能增加金屬流動(dòng)阻力，降低流速和加快冷卻速度的因素，均能降低合金的流動(dòng)性。l 鑄型材料 鑄型材料導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容高 對(duì)液態(tài)合金激冷能力強(qiáng) 充型能力低 l 鑄型溫度由于鑄型預(yù)熱 金屬液冷卻速度低 充型能力強(qiáng) l 鑄型中氣體 （鑄型中將產(chǎn)生大量氣體，阻礙液態(tài)合金的充型）鑄型排氣能力強(qiáng) 透氣性高 充型能力強(qiáng) 一．鑄件的凝固方式 液態(tài)合金的結(jié)晶與凝固，是鑄件形成過(guò)程的關(guān)鍵問(wèn)題，在很大程度上決定了鑄件的鑄態(tài)組織及某些鑄造缺陷的形成， 冷卻與凝固 對(duì)鑄件質(zhì)量，特別是鑄件力學(xué)性能，起 決定性 的作用。 一般將鑄件的凝固方式分為三種類(lèi)型： 逐層凝固 方式、 糊狀凝固 方式和 中間凝固 方式。 鑄件的 “ 凝固方式 ” 是依據(jù)凝固區(qū)的寬窄來(lái)劃分的。 12鑄件的凝固與收縮鑄件的凝固與收縮圖 鑄件的凝固方式 鑄件的凝固與收縮鑄件的凝固與收縮 在鑄件的凝固過(guò)程中，其斷面上一般存在三個(gè)區(qū)域，即 固相區(qū)、凝固區(qū)和液相區(qū) ，其中對(duì)鑄件質(zhì)量影響較大的主要是液相和固相并存的 凝固區(qū)的寬窄。鑄件的凝固與收縮161。 鑄件的凝固方式l 逐層凝固161。 純金屬或共晶成分合金 在凝固過(guò)程中， 不存在液、固并存的凝固區(qū)， 斷面上外層的固相和內(nèi)層的液相由一條界限分開(kāi)。隨著溫度的下降，固體層不斷加厚、液體層不斷減少，直到鑄件的中心， 稱(chēng)為逐層凝固，充型能力強(qiáng)。l 糊狀凝固161。 合金的結(jié)晶溫度范圍越寬， 鑄件的溫度分布較均衡，在凝固的某段時(shí)間內(nèi)，不存在固體層，而液、固并存的凝固區(qū)貫穿整個(gè)斷面， 稱(chēng)為模糊凝固。易產(chǎn)生缺陷。l 中間凝固161。 介于逐層凝固和糊狀凝固之間的凝固方式， 稱(chēng)為中間凝固。鑄件的凝固與收縮161。 鑄件的凝固方式鑄件質(zhì)量與凝固方式密切相關(guān) ☆ 逐層凝固，充型能力強(qiáng)，便于防止縮孔、縮松 灰鑄鐵和鋁硅合金等傾向于逐層凝固 ☆ 糊狀凝固，難以獲得結(jié)晶緊實(shí)的鑄件 球鐵傾向于糊狀凝固鑄件的凝固與收縮161。 鑄造合金的收縮 ﹡ 合金從澆注、凝固直至冷卻到室溫，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象，稱(chēng)收縮。 ﹡ 收縮是多種 鑄造缺陷的根源，如縮孔、縮松、裂紋、變形和殘余應(yīng)力等。161。 收縮的三個(gè)階段 (1)液態(tài)收縮 從澆注溫度到凝固開(kāi)始溫度間的收縮。表現(xiàn)為型腔內(nèi)液面的降低 (體積收縮 )。 (2)凝固收縮 從凝固開(kāi)始溫度到凝固終止溫度間的收縮。表現(xiàn)為型腔內(nèi)液面的降低 (體積收縮 )，是縮松 (孔 )的基本原因 (3)固態(tài)收縮 從凝固終止溫度到室溫間的收縮。表現(xiàn)為三個(gè)方向線(xiàn)尺寸的縮小，即三個(gè)方向的 線(xiàn)收縮 ，是鑄造應(yīng)力和變形、裂紋基本原因。鑄件的凝固與收縮n 鑄件的實(shí)際收縮率與其化學(xué)成分、澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件有關(guān)。161。 影響鑄造合金收縮的因素l 化學(xué)成分 :不同種類(lèi)的合金，其收縮率不同。在常用的鑄 造合金中鑄鋼的收縮最大， 灰鑄鐵最?。ū恚?１）。l 鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件 : 鑄件在鑄型中各部分冷卻速度不一，彼此相互制約，產(chǎn)生收縮阻力。鑄型和型芯對(duì)鑄件收縮產(chǎn)生機(jī)械阻力 (如圖 )，故實(shí)際線(xiàn)收縮率比自由線(xiàn)收縮率小。設(shè)計(jì)模樣時(shí)，須根據(jù)合金的種類(lèi)，鑄件的形狀、尺寸等，選擇收縮率。l 澆注溫度 : 澆注溫度愈高，液態(tài)收縮愈大，一般澆注溫度每提高 100度，體積收縮將會(huì)增加 ％左右。 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 中小型鑄件中大型鑄件特大型鑄件灰鑄鐵受阻收縮自由收縮鑄造收縮率（％）合金種類(lèi)表 22砂型鑄造時(shí)幾種合金的鑄造收縮率的經(jīng)驗(yàn)值鑄件的凝固與收縮161。 鑄件中的縮孔與縮松１．縮孔與縮松的形成： 合金液在鑄型內(nèi)冷凝過(guò)程中，體積收縮得不到補(bǔ)充時(shí)，將在鑄件最后凝固部位形成空洞。按 空洞的大小和分布分為縮孔和縮松。 縮孔和縮松可使鑄件力學(xué)性能、氣密性和物化性能大大降低，以至成為廢品。是極其有害的鑄造缺陷之一。（１） 縮孔 集中在鑄件上部或最后凝固部位容積較大的空洞。形狀不規(guī)則，多呈倒錐形，內(nèi)表面粗糙。l 形成過(guò)程圖２ ４ 縮孔形成過(guò)程示意圖縮孔形成過(guò)程示意圖 　鑄件的凝固與收縮（２）縮松 縮松的形成 縮松是分散在某區(qū)域內(nèi)的細(xì)小縮孔。產(chǎn)生縮松的原因是由于鑄件最后凝固區(qū)域的收縮未能得到補(bǔ)足．或者是由于 合金的結(jié)晶區(qū)間太寬，被樹(shù)枝狀晶分隔開(kāi)的小液體難以得到補(bǔ)縮所致。 如圖所示，縮松隱藏于鑄件內(nèi)部，外觀難以發(fā)現(xiàn)。　　　 不同鑄造合金的縮孔和縮松傾向不同。 純金屬、共晶合金或窄結(jié)晶溫度范圍合金的縮孔傾向大、縮松傾向小： 反之，結(jié)晶區(qū)間大的合金縮孔傾向雖小，但極易產(chǎn)生縮松。 采用一些工藝措施可以控制鑄件的凝固方式 ,縮孔和縮松可在一定范圍內(nèi)使其互相轉(zhuǎn)化。 集中縮孔易于檢查和修補(bǔ)，便于采取工藝措施防止。但縮松，特別是顯微縮松，分布面廣， 既難以補(bǔ)縮，又難以發(fā)現(xiàn) 。 合金液態(tài)收縮和凝固收縮愈大 (如鑄鋼、白口鑄鐵、鋁青銅等 ),收縮的容積就愈大，愈易形成縮孔。 合金澆注溫度愈高，液態(tài)收縮也愈大 (通常每提高 100℃ ，體積收縮增加 %左右 )， 愈易產(chǎn)生縮孔。結(jié)晶間隔大的合金，易于產(chǎn)生縮松；純金屬或共晶成分的合金，易于形成集中的縮孔 。 圖表示相圖與縮孔、縮松和鑄件致密性的關(guān)系。 25鑄件的凝固與收縮圖 26 相圖與縮孔 /縮松和鑄件致密性的關(guān)系26鑄件的凝固與收縮 ２縮孔和縮松的防止　　　 縮孔和縮松都會(huì)使鑄件的機(jī)械性能下降。 縮松還影響鑄件的氣密性和物理、化學(xué)性能。因此，必須根據(jù)技術(shù)要求，采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧枰苑乐埂? 基本原則： 針對(duì)該合金的收縮和凝固特點(diǎn)制定正確的鑄造工藝，使鑄件在凝固過(guò)程中建立良好的補(bǔ)縮條件， 盡可能使縮松轉(zhuǎn)化為縮孔，并使縮孔出現(xiàn)在鑄件最后凝固的地方。 這樣，在鑄件最后凝固的地方安置一定尺寸的冒口，使縮孔集中于冒口中，或者把澆口開(kāi)在最后凝固的地方