南京航空航天大学材料成型工艺基础复习纲要

材料成型工艺基础复习纲要第一部分铸造1.铸造的实质、特点及应用范围。

铸造方法分类。

铸造：将熔融的液体浇注到与零件的形状相适应的铸型型腔中，冷却后获得铸件的工艺方法。

铸造的实质：利用液态金属的流动成型。

铸造生产的特点:1）适应性大（铸件重量、合金种类、零件形状都不受限制）2）成本低3）工序多，质量不稳定，废品率高4）机械性能较同样材料的锻件差【原因】晶粒粗大，组织疏松，成分不均匀铸造的应用:主要用于受力较小，形状复杂或简单、重量较大的零件毛坯。

2.合金铸造性能：充型能力和流动性的概念。

充型能力和流动性对铸件质量的影响。

影响充型能力和流动性的主要因素，充型能力不足产生的缺陷，提高充型能力和流动性的主要措施（提高充型压力）。

适合铸造的灰铁的牌号及牌号代表的意义。

流动性：液态金属本身的流动能力。

与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。

充型能力：合金充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。

流动性好的合金，易于充满薄而复杂的型腔；有利于气体和夹杂物上浮排除，有利于铸件凝固时的补缩。

流动性不好的合金，其充型能力差，易产生浇不足、气孔、缩孔、缩松、热裂纹等缺陷。

影响充型能力的因素：充型能力首先取决于金属本身的流动性，同时还受铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响。

熔融合金的流动性通常以“螺旋形试样”长度来衡量。

充型能力不足产生的缺陷：铸件产生浇不足、冷隔的缺陷影响合金流动性的因素:1)合金的种类灰铸铁、硅黄石最好，铝合金次之，铸钢最差2)合金的成分纯金属和共晶成分合金的结晶流动性最好3)浇注条件①浇注温度浇注温度越高，液态金属的粘度越低，且因其过热度高，金属液含热量多，保持液态时间长，有利于提高合金的流动性。

②充型压力砂型铸造时，充型压力是由直浇道所产生的静压力形成的，故直浇道的压力必须适当。

压力铸造、离心铸造因增加了充型压力，充型能力较强，金属液的流动性也较好。

4)铸型的充填条件①铸型的蓄热能力②铸型温度③铸型中的气体④铸型结构灰铁HT数值表示其最低抗拉强度（Mpa）3.收缩的概念。

铸造应力、收缩对铸件质量的影响。

缩孔、缩松、变形、裂纹等铸造缺陷的形成机理和防止措施。

收缩的概念：铸件在液态、凝固态、固态冷却过程中所发生的体积和尺寸减小的现象。

收缩的三个阶段:液态收缩凝固态收缩——铸件形成缩孔和缩松固态收缩——铸件产生内应力、变形和开裂形成机理：在铸件的凝固过程中，由于合金的液态收缩和固态收缩，使铸件的最后凝固部位出现孔洞，容积较大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。

影响缩孔、缩松形成的因素：①成分：共晶成分、近共晶成分或凝固温度范围小的合金易形成集中缩孔，反之易形成缩松。

缩孔易于检查和修补。

②增加铸件的冷却速度可促进缩松向缩孔转化。

③缩孔和缩松总是存在于铸件的最后部位。

防止缩孔的措施：实现“定向凝固”（也称顺序凝固）就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，在远离冒口的部位安放冷铁，使铸件上远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。

防止缩松的措施：缩松常出现在凝固温度范围大的合金铸件中，采用冒口对其热节处补缩，由于发达的树枝状晶体堵塞了补缩通道，而使冒口难以发挥补缩作用①在热节处安放冷铁或在局部砂型表面涂敷激冷涂料，加大铸件的冷却速度；②加大结晶压力，以破碎树枝状晶体，减少其对金属液流动的阻力，从而达到部分防止缩松的效果铸造内应力：铸件在凝固末期，其固态收缩若受到阻碍，铸件内部将产生内应力。

内应力是铸件产生变形和裂纹的根本原因。

分为热应力、收缩应力和相变应力减小或消除铸造内应力的措施①合理设计铸件结构②合理选用合金③采取同时凝固的工艺④减少收缩应力⑤对铸件进行时效处理铸件变形是由铸造应力引起的，前面所提到的减小或消除铸造应力的措施可以防止和减小铸件的变形。

另外还常采用反变形工艺铸件裂纹与防止①热裂纹：防止措施：合理调整合金成分（严格控制硫、磷含量）；合理设计铸件结构；采取同时凝固的工艺；改善型（心）砂退让性。

②冷裂纹：防止措施：防止冷裂纹的方法是尽量减小铸造内应力，还应控制钢铁的含磷量，防止冷却过快。

4.砂型铸造：常见手工造型、机器造型的种类、特点和适用范围。

5.特种铸造：熔模铸造、金属型铸造、低压铸造、压力铸造和离心铸造等特种铸造方法的工艺过程、特点及应用。

挤压铸造、消失模铸造等液态成形新工艺。

6.铸件结构设计；铸造工艺设计：浇注位置和分型面的选择；铸造工艺参数(加工余量、起模斜度、铸造收缩率、铸造圆角等)的确定；型芯设计？。

铸造工艺图实例P61。

铸件结构设计：详见书P47-531、铸件壁厚的设计○1合理设计铸件壁厚○2铸件壁厚应均匀、避免厚大截面。

2、铸件壁的连接○1铸件的结构圆角○2避免锐角连接○3厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡○4缓解收缩应力（如减缓肋、辐收缩的阻碍）○5避免过大水平面的设计3、铸件外形的设计铸件的外形应便于起模，简化造型工艺。

零件上的凸台、筋、凹面、外圆角等结构常常直接影响铸件的起模。

在可能的情况下，应给铸件的非加工表面设计结构斜度，便于起模。

一般铸件高度愈小，斜度愈大，通常在1到3度范围内。

4、铸件内腔的设计○1减少型芯数量，避免不必要的型芯○2便于型芯的固定、排气和铸件的清理铸造工艺设计：一、浇注位置与分型面的选择1.浇注位置的选择①铸件的重要加工面或主要工作面应处于底面或侧面②铸件的大平面应尽可能朝下或采用倾斜浇注③铸件的薄壁部分应放在铸型的下部或侧面④对于收缩大的铸件，为利于设置冒口进行补缩，厚实部位应置于上方。

2.分型面的选择①分型面应选择在最大截面处，保证模型能顺利从铸型中取出②应尽量使铸件的全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件的尺寸精度。

铸件的机加工面和基准面应尽量放在同一砂箱中。

③应尽量减少分型面数量，并力求采用平面作为分型面④尽量使型腔、主要型芯应尽量放在下半铸型中二、铸造工艺参数(加工余量、起模斜度、铸造收缩率、铸造圆角等)的确定1.铸件尺寸公差2.机械加工余量(RMA)3.铸件线收缩率 4. 起模斜度 5.最小铸出孔与槽 6.芯头和芯座一、铸造简介二、铸造方法及其发展1.砂型铸造（传统铸造方法）造型方法按使用设备不同分为手工造型：操作灵活，适应性强，设备简单，生产准备时间短，成本低，适合单件、小批量生产，特别是形状复杂或重型铸件的生产机器造型:现代化铸造生产的基本形式，大大提高了劳动生产率，改善劳动条件，对环境污染小，铸件的尺寸精度和表面质量高，加工余量小，大批量生产时成本低，只适于成批或大批量生产，只能采用两箱造型，或者类似于两箱造型的其他方法机器造型的紧砂方法主要有压实、振实、振压、抛砂四种基本形式。

2.特种铸造（1）金属型成形改善了劳动条件，提高了生产率，便于实现机械化、自动化生产尺寸精度高、表面质量好，节约材料金属性冷却速度快，铸件组织细密，力学性能好铸件质量较稳定，废品率低主要用于大批量生产形状简单的有色金属铸件和灰铸铁件（2）熔模铸造工艺过程：制造压型→制造蜡模→制壳→脱蜡→焙烧和浇注→清理铸件精度高，表面光洁；可铸出形状复杂的薄壁铸件；铸造合金种类不受限制；生产批量不受限制熔模铸造是少、无切削的先进的精密成型工艺，最适合25Kg以下的高熔点、难以切削加工合金铸件的成批大量生产（3）压力铸造按压力大小和加工工艺不同分为压力铸造、低压铸造和挤压铸造 压力铸造工艺过程：注入金属→压铸→取出铸件常用卧式压铸机，结构简单，生产率高，便于自动化特点：压力铸造的生产效率比其他铸造方法都高☆能铸出结构复杂、轮廓清晰的薄壁、精密的铸件铸件的尺寸精度和表面质量比其他铸造方法都高☆铸件组织细密，强度、硬度高，抗压强度大压力铸造目前多用于生产有色金属的精密铸件低压铸造工艺过程：准备合金液和铸型→升液，浇注→增压凝固→减压、降液→开型取出铸件特点：充型压力和速度便于控制铸件的组织致密，力学性能较高金属利用率高由于提高了充型能力，有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件设备较压铸简易，便于实现机械化和自动化生产目前主要用于生产质量要求较高的铝、镁合金铸件（4）离心铸造分类：立式离心铸造、卧式离心铸造、成型件的离心铸造特点：铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好。

铸造中空铸件时，可不用型芯和浇注系统，大大简化了生产过程，节约金属。

便于制造双金属铸件，如钢套镶铜轴承离心力作用下，金属液的充型能力得到提高，可浇注流动性较差的合金铸件和薄壁铸件，如涡轮、叶轮等离心铸造主要用于管、套类零件。

如铸铁管、铜套、气缸套等。

（5）挤压铸造工艺过程：铸型中浇入金属液，上型向下运动挤压金属液而成形特点：1）挤压铸件的尺寸精度和表面质量高，尺寸公差IT11 ∼IT13，Ra6.3∼Ra1.6；2）无需开设浇冒口，金属利用率高；3）适应性强，大多数合金都可采用挤压铸造；4）工艺简单、节省能源和劳力，易于实现机械化和自动化，生产率比金属型高1倍。

挤压铸造主要用于生产强度较高、气密性好的铸件及薄板类铸件，如阀体、活塞、机架、铸铁锅等。

（6）实型铸造实型铸造(称气化模铸造和消失模铸造)，它是采用泡沫塑料代替木模或金属模进行造型。

造型后模样不取出，浇入金属液后，模样燃烧气化消失，金属液填充模样的位置，冷却凝固成铸件的生产方法。

工艺过程：模样制造、造型、浇注、清理等过程。

特点：1）工序简单、生产周期短、效率高，劳动强度低；2）铸件尺寸精度高；3）可采用无粘结剂型砂，铸件清理方便；4）零件设计自由度大，即结构工艺性好。

实型铸造适用范围较广，几乎不受铸件结构、尺寸、重量、材料和批量的限制，特别适于生产形状复杂的铸件。

铸造方法的比较铸件内部质量适用合金种类复杂程度生产率设备投资生产批量熔模铸造金属型铸造压力铸造离心铸造低压铸造砂型铸造三、铸件结构和工艺设计第一部分锻造1．锻压的实质、特点和应用2．自由锻：利用压力或冲击力，使上下抵铁间金属产生自由流动获得锻件的方法。

自由锻分为手工自由锻和机器自由锻两类自由锻的特点：能生产各种大小的锻件。

对于大型锻件，自由锻是唯一可能的生产方法。

自由锻采用通用的设备和工具，成本低，生产准备周期短。

自由锻只能锻造形状简单件，生产率低，锻件表面质量差，工人的劳动强度大，只适用于单件小批量生产。

应用:自由锻适合于单件、小批和大型锻件的生产。

自由锻的基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移等。

生产中常用前三种。

工艺规程：绘制锻件图→坯料质量及尺寸计算→选择锻造工序胚料质量计算公式G坯=G锻+G烧+G切3.模锻即模型锻造，是利用模具使毛坯变形而获的锻件的锻造方法。

模锻的特点：锻件的形状和尺寸比较精确，表面粗糙度低，加工余量小，能锻出形状复杂的锻件金属坯料的锻造流线分布更合理，力学性能提高模锻操作简单，易于机械化，生产率高，大批量生产时，成本低模锻适合中小型锻件的批量生产，按照其所用设备的不同，可分为锤上模锻和压力机模锻热加工复习题第三部分—焊接焊接基础：焊接的实质，焊接热影响区。