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(huà)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(duì)鑄件結(jié)構(gòu)工藝性的要求砂型鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 當(dāng)采用砂型鑄造來(lái)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(mǎn)足使用要求，同時(shí)可以滿(mǎn)足鑄造工藝簡(jiǎn)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(mǎn)型腔的最小厚度。主要取決于合金的種類(lèi)、鑄件的大小及形狀等因素。 臨界壁厚：鑄件壁厚超過(guò)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(duì)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(guò)采用加強(qiáng)筋或合理截面設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足。不合理合理一、鑄件質(zhì)量對(duì)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(guò)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(duì)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(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求鑄件壁厚力求均勻，避免局部過(guò)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(guò)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(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求鑄件的各壁之間應(yīng)均勻過(guò)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(duì)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(duì)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(guò)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(guò)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(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求原則在滿(mǎn)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(guò)程簡(jiǎn)化。 二、鑄造工藝對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(guò)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(guò)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(duì)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(chēng)為結(jié)構(gòu)斜度）（五）盡量不用和少用型芯以簡(jiǎn)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(guò)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(duì)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(guò)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(duì)零件結(jié)構(gòu)的要求（五）盡量不用和少用型芯以簡(jiǎn)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(duì)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(duì)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(duì)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(chē)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