金屬工藝學(xué)--熱加工工藝基礎(chǔ)

1、金屬工藝學(xué)主講教師：李 建 輝聯(lián)系電話子信箱：冶金與材料工程學(xué)院LJHCQUST金屬熱加工工藝 金屬液態(tài)凝固成形（鑄造） 金屬固態(tài)塑性成形（鍛壓） 金屬連接成形（焊接）熱加工工藝鑄件結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)原則 合金鑄造性能（鑄件質(zhì)量）對鑄件結(jié)構(gòu)工藝性的要求砂型鑄造工藝對鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 當(dāng)采用砂型鑄造來生產(chǎn)零件毛坯或直接成形時(shí)，除進(jìn)行形狀和尺寸設(shè)計(jì)以外，還必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)目的，就是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不僅能保證鑄件的質(zhì)量，滿足使用要求，同時(shí)可以滿足鑄造工藝簡單，生產(chǎn)率高等要求。 第三節(jié) 鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性缺陷分析：結(jié)論：合理的鑄件壁厚應(yīng)介于最小壁厚和臨界壁厚之間

2、。概念： 最小壁厚：在各種工藝條下，鑄造合金能充滿型腔的最小厚度。主要取決于合金的種類、鑄件的大小及形狀等因素。 臨界壁厚：鑄件壁厚超過臨界壁厚時(shí)，鑄件壁的中心冷卻慢，會(huì)造成晶粒粗大、縮孔、縮松等缺陷，從而使鑄件的力學(xué)性能不升反降。各種鑄造合金都存在一個(gè)臨界壁厚，在砂型鑄造條件下，各種鑄造合金臨界壁厚約等于其最小壁厚的 3 倍。 如果所設(shè)計(jì)鑄件的壁厚小于允許的“最小壁厚”，鑄件就易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。 在鑄造厚壁鑄件時(shí)，容易產(chǎn)生縮孔、 縮松、結(jié)晶組織粗大等缺陷，使鑄件的力學(xué)性能下降。一、鑄件質(zhì)量對鑄件結(jié)構(gòu)的要求（一）鑄件壁厚的設(shè)計(jì)1. 合理設(shè)計(jì)鑄件壁厚合理的鑄件壁厚應(yīng)介于最小壁厚和臨界壁厚

3、之間。如果臨界壁厚不能達(dá)到強(qiáng)度要求，則可通過采用加強(qiáng)筋或合理截面設(shè)計(jì)來滿足。不合理合理一、鑄件質(zhì)量對鑄件結(jié)構(gòu)的要求2. 鑄件的壁厚應(yīng)盡可能均勻鑄件壁厚力求均勻，避免局部過厚形成熱節(jié)結(jié)構(gòu)；同時(shí)由于內(nèi)壁散熱條件差，冷卻速度比外壁慢，為使內(nèi)外壁同時(shí)凝固，減緩應(yīng)力以防止變形及裂紋等缺陷，內(nèi)壁尺寸應(yīng)比外壁薄一些（一般相差10-30%）。不合理合理一、鑄件質(zhì)量對鑄件結(jié)構(gòu)的要求2. 鑄件的壁厚應(yīng)盡可能均勻不合理合理一、鑄件質(zhì)量對鑄件結(jié)構(gòu)的要求鑄件壁厚力求均勻，避免局部過厚形成熱節(jié)結(jié)構(gòu)；同時(shí)由于內(nèi)壁散熱條件差，冷卻速度比外壁慢，為使內(nèi)外壁同時(shí)凝固，減緩應(yīng)力以防止變形及裂紋等缺陷，內(nèi)壁尺寸應(yīng)比外壁薄一些（一般相

4、差10-30%）。鑄件的各壁之間應(yīng)均勻過渡，兩個(gè)非加工表面所形成的內(nèi)角應(yīng)設(shè)計(jì)成圓角。不合理合理（二）鑄件壁的連接一、鑄件質(zhì)量對鑄件結(jié)構(gòu)的要求鑄件的各壁之間應(yīng)均勻過渡，兩個(gè)非加工表面所形成的內(nèi)角應(yīng)設(shè)計(jì)成圓角。（二）鑄件壁的連接不合理合理一、鑄件質(zhì)量對鑄件結(jié)構(gòu)的要求應(yīng)盡量使其能自由收縮，以減小應(yīng)力，避免裂紋。如圖所示的彎曲輪輻和奇數(shù)輪輻的設(shè)計(jì)，可使鑄件能較好地自由收縮。（三） 輪輻和筋的設(shè)計(jì) 減緩肋、輻收縮的阻礙a 不合理，b、c 合理一、鑄件質(zhì)量對鑄件結(jié)構(gòu)的要求交叉接頭因交叉處熱節(jié)較大，內(nèi)應(yīng)力難以松弛，較易產(chǎn)生裂紋。交錯(cuò)接頭和環(huán)狀接頭熱節(jié)較小，且都可通過微量變形緩解內(nèi)應(yīng)力，抗裂性能較好。a、c

5、不合理，b、d 合理a b c d 一、鑄件質(zhì)量對鑄件結(jié)構(gòu)的要求（三） 輪輻和筋的設(shè)計(jì) 減緩肋、輻收縮的阻礙易裂處增設(shè)肋板以防熱裂，厚度一般為連接壁厚的1/4-1/3。不合理合理一、鑄件質(zhì)量對鑄件結(jié)構(gòu)的要求（三） 輪輻和筋的設(shè)計(jì) 減緩肋、輻收縮的阻礙避免鑄件產(chǎn)生翹曲變形。（四）防止變形的設(shè)計(jì)不合理合理一、鑄件質(zhì)量對鑄件結(jié)構(gòu)的要求不合理合理避免鑄件產(chǎn)生翹曲變形。一、鑄件質(zhì)量對鑄件結(jié)構(gòu)的要求（四）防止變形的設(shè)計(jì)（五）盡量避免過大的水平面或采用傾斜的表面不合理合理避免鑄件水平方向出現(xiàn)較大平面而產(chǎn)生夾砂、澆不足等缺陷。一、鑄件質(zhì)量對鑄件結(jié)構(gòu)的要求鑄造工藝對鑄件結(jié)構(gòu)的要求原則在滿足使用要求的前提下，盡可

6、能使制模、造型、造芯、合箱和清理等過程簡化。 二、鑄造工藝對零件結(jié)構(gòu)的要求鑄件結(jié)構(gòu)工藝性分析符合鑄造生產(chǎn)的工藝要求技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理（一） 避免鑄件起模方向存在外部側(cè)凹不合理合理鑄件整體結(jié)構(gòu)應(yīng)能選出合適的分型面，其數(shù)量應(yīng)少，鑄件外形應(yīng)便于取出模樣。二、鑄造工藝對零件結(jié)構(gòu)的要求（二）盡量使分型面為平面不合理合理平直的分型面可避免操作費(fèi)時(shí)的挖砂造型或假箱造型；同時(shí)，鑄件的毛邊少，便于清理。二、鑄造工藝對零件結(jié)構(gòu)的要求（三）凸臺(tái)和筋條結(jié)構(gòu)應(yīng)便于起模合理設(shè)計(jì)凸臺(tái)和避免側(cè)壁具有防礙拔模的局部凹陷結(jié)構(gòu)。不合理合理二、鑄造工藝對零件結(jié)構(gòu)的要求合理設(shè)計(jì)凸臺(tái)和避免側(cè)壁具有防礙拔模的局部凹陷結(jié)構(gòu)。不合理合理二、鑄造工藝

7、對零件結(jié)構(gòu)的要求（三）凸臺(tái)和筋條結(jié)構(gòu)應(yīng)便于起模設(shè)計(jì)鑄件應(yīng)合理確定其結(jié)構(gòu)斜度。不合理合理起模斜度是造型過程中為便于起模而額外加的斜度，如果是加工面，鑄后必須通過機(jī)械加工切除；結(jié)構(gòu)斜度是設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)時(shí)直接帶的，這樣可以不必再特意設(shè)置拔模斜度，鑄完不用切除。二、鑄造工藝對零件結(jié)構(gòu)的要求（四）垂直分型面的非加工表面應(yīng)設(shè)計(jì)一定的斜度 （稱為結(jié)構(gòu)斜度）（五）盡量不用和少用型芯以簡化工藝不用或少用型芯可以節(jié)省制造芯盒、造芯和烘干等工序的工具和材料，可避免型芯在制造過程中的變形、合箱中的偏差，從而提高鑄件精度。不合理合理二、鑄造工藝對零件結(jié)構(gòu)的要求不用或少用型芯可以節(jié)省制造芯盒、造芯和烘干等工序的工具和材料，

8、可避免型芯在制造過程中的變形、合箱中的偏差，從而提高鑄件精度。不合理合理二、鑄造工藝對零件結(jié)構(gòu)的要求（五）盡量不用和少用型芯以簡化工藝（六）鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于型芯的固定、排氣和清理鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于型芯的固定、排氣和清理。不合理合理二、鑄造工藝對零件結(jié)構(gòu)的要求鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于型芯的固定、排氣和清理。不合理合理二、鑄造工藝對零件結(jié)構(gòu)的要求（六）鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于型芯的固定、排氣和清理三、不同鑄造合金對鑄件結(jié)構(gòu)的要求（表 11-7）薄而大的平板，收縮易發(fā)生翹曲變形，加上幾條筋之后便可避免，如下圖所示。鑄件壁較厚，容易產(chǎn)生縮孔。將壁厚減薄，采用加強(qiáng)筋，可防止縮孔。 習(xí) 題一、判斷題1. 砂型鑄造是

9、鑄造生產(chǎn)中唯一的鑄造方法。（ ）2. 砂型鑄造時(shí)，木模尺寸應(yīng)與鑄件尺寸完全相同。（ ）3. 鑄件的重要受力面、主要加工面，澆注時(shí)應(yīng)朝上。（ ）4. 圓角是鑄件結(jié)構(gòu)的基本特征。（ ）5. 機(jī)器造型生產(chǎn)率高，鑄件精度較高，因此應(yīng)用廣泛。（ ）二、選擇題1. 鑄件的重要加工面，應(yīng)盡量放在鑄型的（ ） a. 側(cè)面b. 下面c. 上面2. 造型方法按其手段的不同，可分為（ ） a.分模造型和挖砂造型b.整模造型和刮板造型 c.手工造型和機(jī)器造型3. 機(jī)器造型要求操作技術(shù)不高，適合于（ ） a. 二箱造型 b. 活塊造型 c. 三箱造型4. 分型面應(yīng)選擇在（ ） a. 受力面的上面 b. 加工面上 c. 鑄件的最大截面處5. 普通車床床身澆注時(shí)，導(dǎo)軌面應(yīng)（ ） a. 朝左側(cè)b. 朝右側(cè)c. 朝