模块一(铸造)
合集下载
模块一课题二任务改善T12钢的切削加工性能课件(共7张PPT)2023年《机械制造基础(第三版)》
第一篇 金属材料及热加工基础
模块一 金属材料的性能
模 块 一 金属材料的性能
金属材料的性能包括使用性能和工艺性能两大类。 使用性能是指金属材料在使用过程中所表现出来的性能。它是保证工件正常工 作应具备的性能，主要包括物理性能（如密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀 性、磁性等）、化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等）和力学性能等。 工艺性能是指金属材料在加工过程中适应各种加工工艺方法的性能，主要包括 铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。 金属材料的力学性能是零件设计、选材和验收的主要依据，直接关系到零件能 否正常使用。在选择和制定零件的加工工艺方法时，需要考虑材料的工艺性能， 如铸铁的铸造性能较好，却不能锻造，则应通过铸造形成毛坯。
切削困难、严重磨损刀具的现象。这是由于T12 钢硬度高。这就涉及切削加工性 能的问题，也就是说T12 钢的切削加工性能较差。
（二）分析及解决问题 对某些钢进行适当的热处理，能够改善钢的切削加工性能。如用T12 钢制造锉
刀时，应该在锻造后（即切削加工之前）对T12 钢毛坯进行球化退火（一种热处 理工艺），以降低钢的硬度，改善切削加工性能。
（二）锻造性能
锻造性能是指金属材料用锻造成型方法获得优良锻件的能力。锻件是指金属材 料经过锻造变形而得到的工件或毛坯。锻造性能的好坏主要与金属材料的塑性和 塑性变形抗力有关。塑性越好，塑性变形抗力越小，金属材料的锻造性能越好。 （三）焊接性能
焊接性能是指金属材料对焊接加工的适应性，主要指在一定的焊接工艺条件下 获得优质焊接接头的难易程度。 （四）切削加工性能
THANK YOU!
切削加工性能是指金属材料进行切削加工的难易程度。切削加工性能一般由工 件切削后的表面粗糙度、断屑性能及刀具寿命等方面来衡量。
模块一 金属材料的性能
模 块 一 金属材料的性能
金属材料的性能包括使用性能和工艺性能两大类。 使用性能是指金属材料在使用过程中所表现出来的性能。它是保证工件正常工 作应具备的性能，主要包括物理性能（如密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀 性、磁性等）、化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等）和力学性能等。 工艺性能是指金属材料在加工过程中适应各种加工工艺方法的性能，主要包括 铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。 金属材料的力学性能是零件设计、选材和验收的主要依据，直接关系到零件能 否正常使用。在选择和制定零件的加工工艺方法时，需要考虑材料的工艺性能， 如铸铁的铸造性能较好，却不能锻造，则应通过铸造形成毛坯。
切削困难、严重磨损刀具的现象。这是由于T12 钢硬度高。这就涉及切削加工性 能的问题，也就是说T12 钢的切削加工性能较差。
（二）分析及解决问题 对某些钢进行适当的热处理，能够改善钢的切削加工性能。如用T12 钢制造锉
刀时，应该在锻造后（即切削加工之前）对T12 钢毛坯进行球化退火（一种热处 理工艺），以降低钢的硬度，改善切削加工性能。
（二）锻造性能
锻造性能是指金属材料用锻造成型方法获得优良锻件的能力。锻件是指金属材 料经过锻造变形而得到的工件或毛坯。锻造性能的好坏主要与金属材料的塑性和 塑性变形抗力有关。塑性越好，塑性变形抗力越小，金属材料的锻造性能越好。 （三）焊接性能
焊接性能是指金属材料对焊接加工的适应性，主要指在一定的焊接工艺条件下 获得优质焊接接头的难易程度。 （四）切削加工性能
THANK YOU!
切削加工性能是指金属材料进行切削加工的难易程度。切削加工性能一般由工 件切削后的表面粗糙度、断屑性能及刀具寿命等方面来衡量。
铸造模拟软件ProCAST
Ｐ ｒ ｏ Ｃ Ａ Ｓ Ｔ 由美国 Ｕ Ｅ Ｓ 软件公司开 发， １９８８ 年发布第 １ 版， 经过多年的开 发完善，至今已成为世界上著名的铸 造凝固仿真软件之一。 Ｐ ｒ ｏ Ｃ Ａ Ｓ Ｔ 是铸造工艺人员的有力 工具，可以提供新的途经来解决铸造 过程中遇到的困难。ＰｒｏＣＡＳＴ 的 ＣＡＤ／ Ｃ Ａ Ｅ 集成化程度很高，它使用有限元 技术，同时拥有功能强大的能直接利 用三维 Ｃ Ａ Ｄ 进行完全自动网格划分的 软件Ｍｅｓｈｃａｓｔ。
图２ 缩孔预测
过程中可能出现的问题，为铸造工程 师提供新的途经来研究铸造过程，使 他们有机会看到型腔内所发生的一切， 从而得到新的设计方案。模拟结果可 以由计算机屏幕直接显示，从而使比 较复杂的铸造过程能够通过网络得到 有效的讨论分析和研究。 （２） 缩孔 收缩缺陷在铸造中占很大比例。 ＰｒｏＣＡＳＴ 可以确认封闭液体的位置， 并 使 用 特 殊 的 判 据 ，例 如 宏 观 缩 孔 或 Ｎｉｙａｍａ 判据来确认缩孔缩松是否会在 这些敏感区域内发生， 同时可以计算与 缩孔缩松有关的补缩长度，如图２所 示。在砂铸中，ＰｒｏＣＡＳＴ 可以优化冒口 的位置、大小及绝热保温冒口的效果。 在压铸中， ＰｒｏＣＡＳＴ 可以模拟计算模型 中的热节、 冷却加热通道的位置和大小 以及溢流槽的位置对铸件的影响。
一、ＰｒｏＣＡＳＴ 模块设置
ＰｒｏＣＡＳＴ 共有 １０ 个模块，其中包 括 Ｍｅｓｈｃａｓｔ （网格划分） 用户可以根 。 据需要灵活购买这些模块。对于普通 用户， ＰｒｏＣＡＳＴ 有基本模块、 流动分析 模块、应力分析模块和网格划分模块。 对铸造模拟有更高要求的用户则需要 有更多功能的其他模块。 Ｐ ｒ ｏ Ｃ Ａ Ｓ Ｔ 的基本模块包括前处理 模块、 热分析模块和后处理模块。 功能 模块包括流动分析模块、应力分析模 块和辐射分析模块。高级模块包括晶 粒结构分析模块、微观组织分析模块、 电磁分析模块和射芯流动分析模块。 工具模块包括网格生成模块、反向求 解模块。
模块一典型机械设备的修理
表面材料在遭到不断的气泡冲击和溃灭冲击后，导致疲劳损坏而脱落；
气泡继续向纵深破坏。腐蚀过程伴随而来，最终导致零件失效。
④减轻气蚀危害的措施
减少液体内的压力波动，也就阻止了气泡的萌生与溃灭，具体方法可以采用减振措施、与液体接触的机件表面设计成流线型，防止液体产生涡流等。
选用强度高、抗腐蚀性能好的材料，如不锈钢、陶瓷、尼龙等。
2.分类：
弹性变形：在作用应力小于材料屈服强度时产生的变形。
可以恢复的变形，应力消除，变形消失。
超量（超过设计允许的）弹性变形会影响零件正常工作。
塑性变形：在外载荷去除后留下来的一部分不可恢复的变形。
（永久变形）导致零部件各部分尺寸和外形的变化。
3.零件变形的原因：
⑴毛坯制造——铸造、锻造、焊接等热加工零件由于温度差异、冷却和组织转变的先后不一都会形成残余的内应力。毛坯的内应力不稳定（通常在12-20个月内逐步消失），随应力的重新分布，零件会产生变形。
2.分类：
按断口的宏观形态特征分：
韧性断裂：超过强度极限前发生韧性变形后而发生断裂，一般在切应力下发生，又称为切变断裂。
脆性断裂：一般发生在应力达到屈服强度前，没有或只有少量的塑性变形。
按载荷性质分类：
一次加载断裂：零件在一次静拉伸、静压缩、静扭转、静弯曲、静剪切或一次冲击能量作用下的断裂。
疲劳断裂：经历反复多次的应力作用或能量负荷循环后才发生断裂的现象。占断裂的80%-90%。
（3）控制载荷，防止超载
（4）其它
三、机械零件的磨损
1、定义：工作表面在摩擦时沿其表面发生的微观或宏观变化过程的结果。随着这个过程的进行，可能产生表面材料的位移和脱离而使材料数量减少或表面层性质改变等。
2、按机理分类：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损、气蚀磨损与冲蚀磨损。
气泡继续向纵深破坏。腐蚀过程伴随而来，最终导致零件失效。
④减轻气蚀危害的措施
减少液体内的压力波动，也就阻止了气泡的萌生与溃灭，具体方法可以采用减振措施、与液体接触的机件表面设计成流线型，防止液体产生涡流等。
选用强度高、抗腐蚀性能好的材料，如不锈钢、陶瓷、尼龙等。
2.分类：
弹性变形：在作用应力小于材料屈服强度时产生的变形。
可以恢复的变形，应力消除，变形消失。
超量（超过设计允许的）弹性变形会影响零件正常工作。
塑性变形：在外载荷去除后留下来的一部分不可恢复的变形。
（永久变形）导致零部件各部分尺寸和外形的变化。
3.零件变形的原因：
⑴毛坯制造——铸造、锻造、焊接等热加工零件由于温度差异、冷却和组织转变的先后不一都会形成残余的内应力。毛坯的内应力不稳定（通常在12-20个月内逐步消失），随应力的重新分布，零件会产生变形。
2.分类：
按断口的宏观形态特征分：
韧性断裂：超过强度极限前发生韧性变形后而发生断裂，一般在切应力下发生，又称为切变断裂。
脆性断裂：一般发生在应力达到屈服强度前，没有或只有少量的塑性变形。
按载荷性质分类：
一次加载断裂：零件在一次静拉伸、静压缩、静扭转、静弯曲、静剪切或一次冲击能量作用下的断裂。
疲劳断裂：经历反复多次的应力作用或能量负荷循环后才发生断裂的现象。占断裂的80%-90%。
（3）控制载荷，防止超载
（4）其它
三、机械零件的磨损
1、定义：工作表面在摩擦时沿其表面发生的微观或宏观变化过程的结果。随着这个过程的进行，可能产生表面材料的位移和脱离而使材料数量减少或表面层性质改变等。
2、按机理分类：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损、气蚀磨损与冲蚀磨损。
一铸造ppt课件
浇注温度低流动性差，易产生浇不到或冷隔。浇注温度过高，铸件晶粒粗大， 缩孔增大，易产生缩孔、裂纹和粘砂。
浇注温度由铸造合金`种类、铸件大小及形状确定。 形状复杂、薄壁灰铸铁件，浇注温度1400℃； 形状简单、厚壁灰铸铁件，浇注温度1300℃； 铸钢件浇注温度1500℃。
（2）浇注速度：
速度高流动性好，易冲砂；速度低，易于补缩，但易产生冷隔、夹砂、砂眼。 浇注速度由铸件大小、形状确定。
除了以上性能的要求外，还有溃散性、发气性、吸湿性等的性能要求。 • 型、芯砂的诸多性能，有时是相互矛盾的，如强度高、塑性好，透气性
就可能下降，因此应根据铸造合金的种类，铸件大小、批量、结构等， 具体决定型、芯砂的配比。 型砂种类：
面砂 填充砂 单一砂 型芯砂
型（芯）砂的制备过程 • 烘干---筛分---混砂（先干混后湿混）---松砂---停放（闷砂）。
1.1 砂型铸造
三、造型和制芯
（一）造型方法 手工造型和机器造型
1 手工造型:全部用手工或手动工具完成的造型工序。 （1）、整模造型的模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在
半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型缺陷。适用于铸件最大截面 在一端，且为平面的铸件。
1.1 砂型铸造
（2）、分模造型是将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下两
个砂箱内，造型简单省工。常用于最大截面在中部的铸件。
1.1 砂型铸造
（4）、活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，肋条等这些 部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取出 活块。其造型费时，工人技术水平要求高。主要用于单件、小批生产带有突 出部分、难以起模的铸件。
1.1 砂型铸造
芯撑
（6）、铸件结构设计应考虑的其它问题
浇注温度由铸造合金`种类、铸件大小及形状确定。 形状复杂、薄壁灰铸铁件，浇注温度1400℃； 形状简单、厚壁灰铸铁件，浇注温度1300℃； 铸钢件浇注温度1500℃。
（2）浇注速度：
速度高流动性好，易冲砂；速度低，易于补缩，但易产生冷隔、夹砂、砂眼。 浇注速度由铸件大小、形状确定。
除了以上性能的要求外，还有溃散性、发气性、吸湿性等的性能要求。 • 型、芯砂的诸多性能，有时是相互矛盾的，如强度高、塑性好，透气性
就可能下降，因此应根据铸造合金的种类，铸件大小、批量、结构等， 具体决定型、芯砂的配比。 型砂种类：
面砂 填充砂 单一砂 型芯砂
型（芯）砂的制备过程 • 烘干---筛分---混砂（先干混后湿混）---松砂---停放（闷砂）。
1.1 砂型铸造
三、造型和制芯
（一）造型方法 手工造型和机器造型
1 手工造型:全部用手工或手动工具完成的造型工序。 （1）、整模造型的模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在
半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型缺陷。适用于铸件最大截面 在一端，且为平面的铸件。
1.1 砂型铸造
（2）、分模造型是将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下两
个砂箱内，造型简单省工。常用于最大截面在中部的铸件。
1.1 砂型铸造
（4）、活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，肋条等这些 部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取出 活块。其造型费时，工人技术水平要求高。主要用于单件、小批生产带有突 出部分、难以起模的铸件。
1.1 砂型铸造
芯撑
（6）、铸件结构设计应考虑的其它问题
ESI铸造软件介绍
ProCAST软件特点背景ProCAST自1985年开始一直由位于美国马里兰州首府Annapolis的UES Software进行开发，并得到了美国政府和诸多研究机构的大力资助。
1990年后，位于瑞士洛桑的Calcom SA和瑞士联邦科技研究院也加入了ProCAST部分模块的开发工作，基于其强大的材料物理背景，Calcom在ProCAST的晶粒计算模块和反向模块开发上贡献良多。
2002年，ProCAST和Calcom SA先后加入ESI集团。
ESI也重新整合了其原有的热物理模拟队伍如PAM-CAST和SYSWELD，这样ProCAST（有限元铸造仿真）整合了Calcosoft（连续铸造仿真），与QuikCAST（有限差分元铸造仿真）、SYSWELD （热处理与焊接模拟）一起组成ESI完整的材料热处理成型综合解决方案。
功能ProCAST是为评价和优化铸造产品与铸造工艺而开发的专业CAE系统，借助于ProCAST系统，铸造工程师在完成铸造工艺编制之前，就能够对铸件在形成过程中的流场、温度场和应力场进行仿真分析并预测铸件的质量、优化铸造设备参数和工艺方案。
ProCAST可以模拟金属铸造过程中的流动过程，精确显示充填不足、冷隔、裹气和热节的位置以及残余应力与变形，准确地预测缩孔、缩松和铸造过程中微观组织的变化。
作为ESI集团热物理综合解决方案的旗舰产品，ProCAST是所有铸造模拟软件中现代CAD/CAE集成化程度最高的。
是目前唯一能对铸造凝固过程进行热－流动－应力完全耦合的铸造模拟软件。
适用范围模块化设计适合任何铸造过程的模拟。
∙高、低压铸造∙砂模铸造，金属型铸造和斜浇注∙熔模铸造，壳模铸造∙消失模铸造和离心铸造∙等等材料数据库ProCAST可以用来模拟任何合金，从钢和铁到铝基、钴基、铜基、镁基、镍基、钛基和锌基合金，以及非传统合金和聚合体。
ESI旗下的热物理仿真研究开发队伍汇集了全球顶尖的五十多位冶金、铸造、物理、数学、计算力学、流体力学和计算机等多学科的专家，专业从事ProCAST和相关热物理模拟产品的开发。
铸造成型
第五单元 铸造成形
模块一 模块二 模块三 模块四
铸造概述 砂型铸造 金属铸造性能 特种铸造简介
模块一 铸造概述
一、铸造成型特点 1、适应性广。各种金属、复杂形状、各种大小。 2、经济性好。废材料利用、设备简单、机加工少。 3、力学性能低。质量不稳、晶粒粗大，缩孔、气孔。 砂型铸造 特种铸造：金属型铸造、 压力铸造、 离心铸造、 熔模铸造等。
特种铸造
一、金属型铸造 一模多铸 1、金属型材料：铸铁或碳钢。 2、金属型铸造的工艺特点 1）金属型预热 预热温度一般不低于150℃。 2）刷耐火涂料 厚0.3-0.4mm，以保护型壁表面。 3、金属型铸造的特点 1）金属型铸件冷却快，组织致密，力学性能高。 2）铸件的精度和表面质量较高 3）金属型成本贵，易产生浇不足。
二、压力铸造
简称压铸
常用压射压力为5－1500MPa，充填速度约5-5m/s， 充填时间很短，约0.01－02s。 压铸过程主要由压铸机来实现。 优点：薄壁、生产率高、细晶、强度较高。 缺点：铸件易产生缩松，制造费用贵。 应用：大批量、薄壁复杂的非铁金属小铸件。
三、离心铸造
优点：力学性能较好；省去芯子和浇注系统。 缺点：内表面质量较差。 应用：空心旋转体、钢套镶铜轴承等。 离心铸造必须在离心铸造机上进行。
铸造应力: 收缩应力、热应力和相变应力 减小铸件变形的措施: 1. 力求使铸件壁厚均匀，形状对称； 2. 合理设计浇冒口等，使铸件冷却均匀； 3. 采用退让性好的型砂和芯砂； 4.
铸件结构的合理性
1、铸件应有合理的壁厚 2、铸件壁厚应力求均匀 3、铸件要有结构斜度 4、应使铸件尽可能不用型芯
模块四
获得外形准确、内部无缺陷铸件的能力。 主要有吸气性、氧化性、流动性和收缩性等。
模块一 模块二 模块三 模块四
铸造概述 砂型铸造 金属铸造性能 特种铸造简介
模块一 铸造概述
一、铸造成型特点 1、适应性广。各种金属、复杂形状、各种大小。 2、经济性好。废材料利用、设备简单、机加工少。 3、力学性能低。质量不稳、晶粒粗大，缩孔、气孔。 砂型铸造 特种铸造：金属型铸造、 压力铸造、 离心铸造、 熔模铸造等。
特种铸造
一、金属型铸造 一模多铸 1、金属型材料：铸铁或碳钢。 2、金属型铸造的工艺特点 1）金属型预热 预热温度一般不低于150℃。 2）刷耐火涂料 厚0.3-0.4mm，以保护型壁表面。 3、金属型铸造的特点 1）金属型铸件冷却快，组织致密，力学性能高。 2）铸件的精度和表面质量较高 3）金属型成本贵，易产生浇不足。
二、压力铸造
简称压铸
常用压射压力为5－1500MPa，充填速度约5-5m/s， 充填时间很短，约0.01－02s。 压铸过程主要由压铸机来实现。 优点：薄壁、生产率高、细晶、强度较高。 缺点：铸件易产生缩松，制造费用贵。 应用：大批量、薄壁复杂的非铁金属小铸件。
三、离心铸造
优点：力学性能较好；省去芯子和浇注系统。 缺点：内表面质量较差。 应用：空心旋转体、钢套镶铜轴承等。 离心铸造必须在离心铸造机上进行。
铸造应力: 收缩应力、热应力和相变应力 减小铸件变形的措施: 1. 力求使铸件壁厚均匀，形状对称； 2. 合理设计浇冒口等，使铸件冷却均匀； 3. 采用退让性好的型砂和芯砂； 4.
铸件结构的合理性
1、铸件应有合理的壁厚 2、铸件壁厚应力求均匀 3、铸件要有结构斜度 4、应使铸件尽可能不用型芯
模块四
获得外形准确、内部无缺陷铸件的能力。 主要有吸气性、氧化性、流动性和收缩性等。
(金属材料与热处理)模块一金属的力学性能
此阶段中应力-延伸率成直线关系， 加力时产生变形，卸力后变形能完 全恢复拉伸曲线oa阶段的斜率(R/e) 为试验材料的弹性模量（E）。弹 性模量表示金属材料对弹性变形的 抵抗能力，也叫材料的刚度。 ✓ 第2阶段：滞弹性变形阶段（ab） 这阶段中应力-延伸率出现了非直 线关系，当力加到b点时卸除力， 变形仍可回到原点
硬度
布氏硬度试验过程
布氏硬度试验一般在10～35℃的室温下进行。将被测试样放置在样品台 中央，顺时针平稳旋转手轮，使样品台缓慢上升，试样与压头紧密接触， 直至手轮与螺母产生相对滑动，停止转动手轮。此时按下“开始”键， 试验开始自动进行，自此 自动完成以下过程:试验力加载，试验力完全 加上后开始按设定的保持时间保持该试验力，时间到后即开始卸载，完 成卸载后恢复初始状态。逆时针旋转手轮，样品台下降，取下试样，用 读数显微镜测量试样表面的压痕直径，并取下试样，从专门的硬度表中 查出相应的硬度值。
工艺性和焊接质量有较大影响。 1.密度 ✓ 密度是单位体积物质的质量，密度是金属材料的特性之一。不同金属的密度不同。
按密度的大小，将金属分为轻金属与重金属两类。 ✓ 在生产中，常利用金属的密度来计算毛坯或零件的质量。此外密度有
时是选择材料的依据。 2.熔点 ✓ 金属的熔点是指金属由固态熔化为液态时的温度。 ✓ 纯金属的熔点是固定不变的，合金的熔点取决于它的成分 ✓ 熔点是金属和合金进行冶炼、铸造、焊接时重要工艺参数
洛氏硬度试验原理示意图
硬度
洛氏硬度值以残余压痕深度h确定，残余压痕深度h越大， 硬度越低;反之则硬度越高。为了照顾习惯上数值越大，硬 度越高的概念，一般用一个常数k减去残余压痕深度h作为 硬度值，并以0.002 mm的压痕深度为一个硬度单位。由此 获得的硬度值称为洛氏硬度值，用符号HR表示。
硬度
布氏硬度试验过程
布氏硬度试验一般在10～35℃的室温下进行。将被测试样放置在样品台 中央，顺时针平稳旋转手轮，使样品台缓慢上升，试样与压头紧密接触， 直至手轮与螺母产生相对滑动，停止转动手轮。此时按下“开始”键， 试验开始自动进行，自此 自动完成以下过程:试验力加载，试验力完全 加上后开始按设定的保持时间保持该试验力，时间到后即开始卸载，完 成卸载后恢复初始状态。逆时针旋转手轮，样品台下降，取下试样，用 读数显微镜测量试样表面的压痕直径，并取下试样，从专门的硬度表中 查出相应的硬度值。
工艺性和焊接质量有较大影响。 1.密度 ✓ 密度是单位体积物质的质量，密度是金属材料的特性之一。不同金属的密度不同。
按密度的大小，将金属分为轻金属与重金属两类。 ✓ 在生产中，常利用金属的密度来计算毛坯或零件的质量。此外密度有
时是选择材料的依据。 2.熔点 ✓ 金属的熔点是指金属由固态熔化为液态时的温度。 ✓ 纯金属的熔点是固定不变的，合金的熔点取决于它的成分 ✓ 熔点是金属和合金进行冶炼、铸造、焊接时重要工艺参数
洛氏硬度试验原理示意图
硬度
洛氏硬度值以残余压痕深度h确定，残余压痕深度h越大， 硬度越低;反之则硬度越高。为了照顾习惯上数值越大，硬 度越高的概念，一般用一个常数k减去残余压痕深度h作为 硬度值，并以0.002 mm的压痕深度为一个硬度单位。由此 获得的硬度值称为洛氏硬度值，用符号HR表示。
机械制造基础课后习题参考答案 模块1-9 北邮(高职)
机械制造基础课后习题参考答案模块1-9北邮一、名词解释固溶体:合金结晶时，组元之间相互溶解所形成固相的晶体结构与组成合金的某一组元相同，这种固体称为固溶体淬透性：钢淬火时获得马氏体的能力。
时效强化：固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间变化而发生显著提高的现象。
临界冷却速度：钢淬火时获得完全马氏体的最低冷却速度。
共晶转变：指具有一定成分的液态合金，在一定温度下，同时结晶出两种不同的固相的转变。
固溶强化：因溶质原子溶入而使固溶体的强度和硬度升高的现象。
残余奥氏体：指淬火后尚未转变，被迫保留下来的奥氏体。
调质处理：指淬火及高温回火的热处理工艺。
过冷奥氏体：将钢奥氏体化后冷却至A1温度之下尚未分解的奥氏体。
二、判断题1-10：错、错、对、错、对、错、对、错、对、错11-20：对、错、对、对、错、对、错、错、错、对21-28：错、对、错、错、对、对、对、对三、选择题1-5： D、B、C、A、A6-10： D、B、C、C、D11-15： C、A、A、 C、 D16-18： B、A、 C四、简答题1、答：当过共析钢中出现网状渗碳体时，会使其硬度增加切削加工性能变差，此时可采用正火或球化退火的方式来改善其切削加工性能。
2、答：T12钢误当作45钢进行完全退火后，其得到的组织为珠光体加上网状二次渗碳体并不同而不同。
首先是利用物理方法、化学方法或物理化学方法进行精选原料，并根据需要与否，对原料进行预烧以改变原料的结晶状态及物理性能，利于破碎、造粒。
然后将破碎、造粒的原料按不同的成形方法要求配制成供成形用的坯料（如浆料、可塑泥团、压制粉料）。
坯体成形：陶究制品种类繁多，形状、规格、大小不一，应该正确选择合理的成形方法以满足不同制品的要求。
选择成形方法时可以从以下几方面考虑：（1）坯料的性能。
（2）制品的形状、大小和薄厚。
（3）制品的产量和质量要求。
（4）其他。
坯体的后处理成形后的坯体经适当的干燥后，先对其施釉（有浸釉、淋釉、喷釉等方法），再经烧制后得到陶瓷制品。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二、缩松的形成原因
铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围宽的合 金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达， 枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。
三、影响缩孔、缩松形成的因素
（1）合金的成分 缩孔:结晶温度范围越小的合金，产生缩孔的倾向越大 缩松:结晶温度范围越大的合金，产生缩松的倾向越大 （2）浇注过程 浇注温度、浇注速度等均影响合金的总体积收缩。浇注温度高， 形成缩孔的倾向大；浇注慢，缩孔的容积小。 （3）铸型条件 表现在铸型对铸件冷却速度的影响。铸型的激冷能力大，缩孔 的容积越小。湿型比干型的冷却能力强，金属型比砂型的冷却 能力强。 （4）铸件结构
铸型中气体越多，合金液的流动 能力就越差。
1.2 合金的铸造性能
需要了解的合金铸造性能：
• 影响充型能力的因素 • 合金的凝固特性 • 铸件的缺陷分析
影响合金充型能力因素
一、合金的流动性
★ 液态合金本身的流动能力，称 为合金的流动性。流动性越好，充 型能力愈强。
★ 合金流动性的好坏，通常以“螺旋形流动性试样”的 长度来衡量，将金属液体浇入螺旋形试样铸型中，在相同 的浇注条件下，合金的流动性愈好，所浇出的试样愈长。
(二)型（芯）砂的组成及配制过程
1、型（芯）砂的组成
原砂 是型砂和砂芯的主要组成部分，其主要成分是由SiO2及其 他氧化物。砂粒均匀且呈圆形的好，一般采自山地、沙漠、河滩 和海滨。 粘结剂 其作用是江砂粒互相粘结在一起，使型（芯）砂具有一 定的强度和可塑性。种类很多，常用的有陶（高岭）土、膨润土 、油类、合脂、树脂与水玻璃等。 附加物 为了改善型（芯）砂某些性能而附加的物质。例如，加 入煤粉可提高耐火性，加入水玻璃可提高强度，加入木屑可改善 透气性和退让性等。
★ 固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩
该项是造成线收缩，形成应力、变形的原因
液态收缩
缩孔:恒温下结晶
合金收缩
凝固收缩
缩松:两相区结晶
固态收缩 线形收缩
应力 变形
裂纹
合金种类 铸造碳钢 白口铸铁
灰铸铁
影响合金收缩的因素
Ø 化学成分 不同成分的合金其收缩率一般也不相同。 在常用铸造合金中铸刚的收缩最大，灰铸铁最小。
纯铁和共晶铸铁的流动性最好，亚共晶铸铁和碳素钢随凝固 温度范围的增加，其流动性变差。
合金的凝固特性
铸件的凝固过程
在铸件的凝固过程中，其截面一般存在三个 区域，即液相区、凝固区、固相区。对铸件质 量影响较大的主要是液相和固相并存的凝固区 的宽窄。铸件的凝固方式就是依据凝固区的宽 窄来划分的。
铸件的凝固方式
手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。分 为以下几种：
整模造型
分模造型
三箱造型
挖砂造型
活块造型
刮板造型
组芯造型
地坑造型
假箱造型
手工造型用材料、工具及造型方法
整模造型
模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在半个铸型内， 其造型简单，铸件不会产生错型缺陷。适用于铸件最大截面在 一端，且为平面的铸件。
二、流动性的影响因素
1、合金的成分
（1）合金的种类 不同种类的合金，具有不同的螺旋线长度 ，即具有不同的流动性。其中灰铸铁的流动性最好，硅黄铜 、铝硅合金次之，而铸钢的流动性最差。
（2）化学成分和结晶特征 纯金属和共晶成分的合金是在恒 温下结晶，是由铸件壁表面向中心逐渐推进，凝固后的表面 比较光滑，对未凝固液体的流动阻力较小，所以流动性好。 其它成分的合金是在一定温度范围内进行结晶，凝固时铸件 内存在一个较宽的既有液体又有树枝状晶体的两相区。凝固 温度范围越宽，则枝状晶越发达，对金属流动的阻力越大， 金属的流动性就越差。
在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，肋条等这些部分作成 活动的（即活块）。起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取 出活块。其造型费时，工人技术水平要求高。主要用于单件、小 批生产带有突出部分、难以起模的铸件。
刮板造型
用刮板代替实体模样造型，它可降低模样成本，节约木材，缩短生 产周期。但生产率低，工人技术水平要求高。用于有等载面或回转 体的大、中型铸件的单件、小批生产、如带轮、铸管、弯头等。
多通过震击和压实紧实型砂，绝大部分都是边震边压。
震击压实都采用气动,为高频率低振幅的微振形式,铸型硬度均 匀.
为减轻振动，设有缓冲机构，缓冲机构有气垫式和弹簧式两 种。
所有机器都带有起模结构，起模比较平稳。这种造型机的特 点是：机构简单、操作方便、投资较小，适用于各种材质小件的 造型。
（三）造芯
型砂和芯砂的组成物决定于铸造合金的种类，铸件的大小及 结构特征等。
2、型（芯）砂的制备过程
烘干---筛分---混砂（先干混后湿混）---松砂---停放（闷砂）。
砂型铸造 模样与芯盒的制造
模样与芯盒是铸造生产的工 艺装备之一，模样是用来形成铸 型型腔的工艺装备,按组合形式 ，可分为整体模和分开模。
芯盒是制造砂芯或其他种类 耐火材料芯所用的装备。
第一章 铸 造
司母戊鼎
铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔 融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状、尺 寸和性能的金属零件毛坯的成形方法。 用铸造方法获得的金属毛坯或零件称为铸件
铸造特点：
优点：
1．具有较强的适应性 2．铸件成本低
重量：几克～几百吨 尺寸：几毫米～十几米 壁厚：0.2mm～1m 结构：复杂外形、内腔 材质：不限，特别是脆性材料
铸件的主要缺陷
★ 缩孔（松） ★ 浇不足或冷隔 ★ 裂纹 ★ 气孔 ★ 夹渣
浇不足和冷隔缺陷
气孔缺陷
夹渣缺陷
缩孔和缩松
▪ 铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收 缩，往往在铸件最后凝固的部位出现空洞，容积大 而集中的孔洞为缩孔，细小而分散的孔洞为缩松。
一、缩孔的形成:
纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金，浇注后在型腔 内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中，如得不到合金液的补 充，在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔.
▪ 4、耐火性：型（芯）砂在高温液态金属作用下，不软化、不熔 融和不粘结的能力、耐火性差的型（芯）砂，砂粒易粘附在铸件 表面,使清砂和切削加工困难。
▪ 5、退让性：铸件凝固收缩时，型（芯）砂不阻碍铸件收缩。退 让性差的型芯砂，将阻碍铸件的收缩，会使铸件产生应力，引起 变形，甚至开裂。
▪ 型芯在浇注时，四周被液态金属包围，故要求芯砂性能 比型砂高。
★ 逐层凝固 在凝固过程中不存在液固并存的 凝固区 ★糊层凝固 铸件表面并不存在固体层，而液 固并存的凝固区贯穿整个断面，凝固方式与水泥 类似 ★中间凝固 多数凝固介于逐层和糊状凝固之间
影响凝固的主要因素
*合金的结晶温度范围： 合金的结晶温度范围越小，凝固区域越
窄，越趋向于逐层凝固。在铁碳合金中普通 灰铸铁为逐层凝固，高碳钢为糊状凝固。 *铸件的温度梯度：
四、消除缩孔和缩松的方法
1、原理——顺序凝固原则 即远离冒口处的金属先凝固，靠近冒口处的金属后凝固，冒口
分模造型
是将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下两个砂箱内， 造型简单省工。常用于最大截面在中部的铸件。
三箱造型
挖砂造型
模样是整体的，但铸件分型面为曲面。为便于起模，造型时用 手工挖去阻碍起模的型砂、其造型费工、生产率低，工人技术 水平要求高。用于分型面不是平面的单件、小批生产铸件。
活块造型
熔炼
液态金属
选配炉料
砂型铸造
砂型铸造工艺过程
制造模样、芯盒→配制型砂、芯砂→造型和造芯→烘干、 合箱→熔炼金属、浇注→落砂、清理与检验等
砂型铸造
造型材料: 型砂和芯砂 由原砂、粘结剂、水和 附加物
特点： •适应性强 •尺寸精度低 •生产率低、劳动条件差
造型方法:
手工造型 压实式造型 震机压实式造型
（二）机器造型
机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。 机器造型铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小，但需要专用 设备，投资较大，适合大批量生产。
机器造型的实质
将填砂、紧实、和起模等 主要工序实现机械化
机器造型的特点
生产效率高，产品质量稳定
震压式造型机
这类造型机主要由震击机构、压实机构、起模机构和控 制系统组成。
组芯造型
用若干块砂芯组合成铸型，而无需砂箱。它可提高铸件的精度， 但成本高。适用于大批量生产形状复杂的铸件。
地坑造型
在地平面以下的沙坑中或特制的地坑中制造下型的造型方法， 特点是省掉了下砂箱，但造型操作麻烦。用于中型、大型铸件单 件或小批量生产。
假箱造型
为克服挖砂造型的挖砂缺点，在造型前预先做个底胎 （即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不参予浇注，故 称假箱。比挖砂造型操作简单，且分型面整齐。适用于成批 生产中需要挖砂的铸件。
（二）芯盒的制造
芯盒的型腔与铸件的内腔孔洞相似。其尺寸应考虑铸件内腔 的加工余量和收缩量。根据制造芯盒的材质不同，也可以分 为木芯盒和金属芯盒，金属芯盒的材料一般是铸造铝合金。
砂型铸造 造型与制芯工艺
造型是指用型砂、模样、砂箱等工艺装备制造砂型的过程。 制芯是将芯砂制成符合芯盒形状的砂芯的过程。
（一）手工造型
Ø 浇注温度 合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。
Ø 铸件结构与铸型条件 铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度
不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加之铸型和型芯对铸件 收缩的阻力，故铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。这种 阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。
铸件的缺陷分析
模样和芯盒由木材、金属或 其他材料制成。
（一）模样的制造
一般情况，模样的外形与铸件的外形相似，其尺寸要 大于铸件，这是因为金属有冷却收缩。模样应有足够的强 度和刚度，以及与逐渐向适应的表面粗糙度和尺寸精度。 根据制造模样所用的材料不同，分为木模样、金属模样和 塑料模样等，可根据铸件的要求、造型方法和生产批量等 ，经济合理的选用。