《機械制造基礎》第2版 課件 柳青松 第6、7章 鑄造、壓力加工

Chapter鑄造66.1鑄造成形基礎

案例導入圖6-1插齒機刀軸蝸輪工藝圖圖6-1所示為插齒機刀軸蝸輪鑄造工藝圖，其工藝分析如下。⑴生產批量大批生產⑵技術要求1）材質耐磨鑄鐵2）結構特點如圖6-1所示為筒類鑄件。最大直徑，長260mm，主要壁厚30mm，鑄件質量48kg。案例導6.1鑄造成形基礎

案例導入圖6-1插齒機刀軸蝸輪工藝圖案例導3）使用要求①蝸輪的齒部是與材質為20Cr的蝸桿嚙合，要求精度保持性好，且耐磨。②內徑φ165mm和外徑φ205mm的圓柱面為滑動摩擦面，要求表面粗糙度低（Ra0.63~0.32um）。因此鑄件必須組織致密、硬度均勻、耐磨，不允許有任何鑄造缺陷。6.1鑄造成形基礎

初步分析案例導⑴分型面的選擇①分型面選在蝸輪的一側上（如圖6-1Ⅰ），采用此方案對造型、下芯均方便。但存在兩個缺點，首先其內澆道必然開在蝸輪的輪緣上；此外，其組織不致密，硬度不均勻，耐磨性不好，也容易產生錯型缺陷。②沿中心線水平分型（如圖6-1Ⅱ），此時造型、下芯更為方便。澆注系統(tǒng)可另行設計，以確保鑄件內部質量。6.1鑄造成形基礎

初步分析案例導⑵澆注位置的選擇①水平澆注用此方案時鑄件上部的質量較差，易產生砂眼、氣孔、夾渣等缺陷，且組織不致密、耐磨性差。②垂直澆注如圖6-1所示，采用反雨淋式澆口，垂直澆注。由于澆注系統(tǒng)的撇渣效果好，氣體易排除，鐵液上升穩(wěn)定，因而鑄件不易產生夾渣、氣孔等鑄造缺陷，鑄件的組織致密、均勻、耐磨性良好。綜上分析比較，確定選用平做立澆、一型兩件的工藝，采用機器造型。6.1鑄造成形基礎

鑄造成形基礎合金的鑄造性能，是指合金在鑄造生產中表現(xiàn)出來的工藝性能，即獲得優(yōu)質鑄件的能力，它對是否易于獲得合格鑄件有很大影響。合金的鑄造性能是選擇鑄造合金、確定鑄造工藝方案及進行鑄件結構設計的重要依據(jù)。合金的鑄造性能主要指合金的充型能力、收縮、吸氣性等。6.1鑄造成形基礎

鑄造成形基礎6.1.1合金的充型能力

合金的充型能力是指液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得尺寸正確、形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力。充型能力取決于液態(tài)金屬本身的流動性，同時又受鑄型、澆注條件、鑄件結構等因素的影響。因此，充型能力差的合金易產生澆不到、冷隔、形狀不完整等缺陷，使力學性能降低，甚至報廢。影響合金充型能力的主要因素是合金的流動性。6.1鑄造成形基礎

鑄造成形基礎

合金的流動性是液態(tài)合金本身的流動能力，它是影響充型能力的主要因素之一。流動性越好，液態(tài)合金充填鑄型的能力越強，越易于澆注出形狀完整、輪廓清晰、薄而復雜的鑄件；有利于液態(tài)合金中氣體和熔渣的上浮和排除；易于對液態(tài)合金在凝固過程中所產生的收縮進行補縮。如果合金的流動性不良，則鑄件易產生澆不足、冷隔等鑄造缺陷。

合金的流動性大小，通常以澆注的螺旋試樣長度來衡量。6.1鑄造成形基礎

鑄造成形基礎如圖6-2所示，螺旋上每隔50mm有一個小凸點作測量計算用。在相同的澆注條件下澆注出的試樣越長，表示合金的流動性越好。不同合金的流動性不同。表6-1列出了常用鑄造合金的流動性。由表6-1可見，鑄鐵、硅黃銅的流動性最好，鑄鋼的流動性最差6.1鑄造成形基礎

鑄造成形基礎表6-1常用合金的流動性6.1鑄造成形基礎

鑄造成形基礎

6.1.2合金流動性的影響因素主要包括合金的化學成分、澆注溫度、充型壓力以及鑄型。

1.合金的化學成分

不同成分的鑄造合金具有不同的結晶特點，對流動性的影響也不相同。純金屬和共晶成分的合金是在恒溫下進行結晶的，結晶過程中，由于不存在液、固并存的凝固區(qū)，從表面開始向中心逐層凝固，如圖6-3(a)所示。凝固層內表面比較光滑，因而對尚未凝固的液態(tài)合金的流動阻力小，故流動性好。6.1鑄造成形基礎

鑄造成形基礎特別是共晶成分的合金，熔點最低，因而流動性最好。非共晶成分的合金是在一定溫度范圍內結晶，如圖6-3(b)所示，在結晶區(qū)域內，既有形狀復雜的枝晶，又有未結晶的液體。復雜的枝晶不僅阻礙未凝固的液態(tài)合金的流動，而且使液態(tài)合金的冷卻速度加快，從而流動性差。合金結晶區(qū)間越大，流動性越差。圖6-3不同成分合金的結晶

(a)在恒溫下凝固；(b)在一定溫度范圍內凝固6.1鑄造成形基礎

鑄造成形基礎

2.澆注溫度

合金的澆注溫度對流動性的影響極為顯著。澆注溫度越高，合金的黏度越低，液態(tài)金屬所含的熱量越多，在同樣冷卻條件下，保持液態(tài)的時間延長，傳給鑄型的熱量增多，使鑄型的溫度升高，降低了液態(tài)合金的冷卻速度，改善了合金的流動性，充型能力加強。但是，澆注溫度過高，會使液態(tài)合金的吸氣量和總收縮量增大，增加了鑄件產生氣孔、縮孔等缺陷的可能性，因此在保證流動性的前提下，澆注溫度不宜過高。在鑄鐵件的生產中，常采用“高溫出爐，低溫澆注”的方法。6.1鑄造成形基礎

鑄造成形基礎高溫出爐能使一些難熔的固體質點熔化；低溫澆注能使一些尚未熔化的質點及氣體在澆包鎮(zhèn)靜階段有機會上浮而使鐵水凈化，從而提高合金的流動性。對于形狀復雜的薄壁鑄件，為了避免產生冷隔和澆不足等缺陷，澆注溫度以略高為宜。6.1鑄造成形基礎

鑄造成形基礎

3.充型壓力

金屬液態(tài)合金在流動方向上所受到的壓力稱為充型壓力。充型壓力越大，合金的流速越快，流動性越好。但充型壓力不宜過大，以免產生金屬飛濺或因為氣體排出不及時而產生氣孔等缺陷。砂型鑄造的充型壓力由直澆道所產生的靜壓力形成，提高直澆道的高度可以增大充型能力。通過壓力鑄造和離心鑄造來增加充型壓力，即可提高金屬液的流動性，增強充型能力。6.1鑄造成形基礎

鑄造成形基礎

4.鑄型條件

鑄型條件包括鑄型的蓄熱系數(shù)、鑄型溫度以及鑄型中的氣體含量等。鑄型的蓄熱系數(shù)是指鑄型從金屬液吸收并儲存熱量的能力。鑄型材料的導熱率、密度越大，蓄熱能力越強，蓄熱系數(shù)越大，對液態(tài)合金的激冷作用越強，金屬液保持流動的時間就越短，充型能力越差。鑄型溫度越高，金屬液冷卻越慢，越有利于提高充型能力。另外，在澆注時，鑄型如產生氣體過多，且排氣能力不好，則會阻礙充型，并易產生氣孔缺陷。6.2合金的收縮和鑄造內應力

合金的收縮

6.2.1合金的收縮

1.合金收縮的概念液態(tài)合金從澆注溫度逐漸冷卻、凝固，直至冷卻到室溫的過程中，其尺寸和體積縮小的現(xiàn)象，稱為收縮。整個收縮過程經歷了液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮三個階段。

液態(tài)收縮為合金從澆注溫度冷卻至液相線溫度的收縮。凝固收縮為合金從液相線溫度冷卻至固相線溫度之間的收縮。固態(tài)收縮為合金從固相線溫度冷卻至室溫時的收縮。常用合金中，灰鑄鐵的收縮率最小，鑄造碳鋼的收縮率最大。6.2合金的收縮和鑄造內應力

合金的收縮2.鑄件中的縮孔與縮松

澆入鑄型中的液態(tài)合金，因液態(tài)收縮和凝固收縮所產生的體積收縮而不能得到外來液體的補充時，在鑄件最后凝固的部位形成的孔洞稱為縮孔?？s孔分為集中縮孔與分散縮孔兩類，一般把前者稱為縮孔，后者稱為縮松。廣義的縮孔也包括縮松，它是鑄件上危害最大的缺陷之一。6.2合金的收縮和鑄造內應力

合金的收縮

1)縮孔

縮孔是容積較大的孔洞，常出現(xiàn)在鑄件的上部或最后凝固的部位，其形狀不規(guī)則，多呈倒錐形，且內表面粗糙。其形成過程如圖6-4所示。

液態(tài)合金填滿鑄型后，合金液逐漸冷卻，并伴隨有液態(tài)收縮，此時因澆注系統(tǒng)尚未凝固，型腔還是充滿的，如圖6-4(a)所示。隨著冷卻的繼續(xù)進行，當外緣溫度降至固相線溫度以下時，鑄件表面凝固成一層硬殼。如內澆道已凝固，所形成的硬殼就像一個封閉的容器，里面充滿了液態(tài)合金，如圖6-4(b)所示。6.2合金的收縮和鑄造內應力

合金的收縮鑄件進一步冷卻時，除了里面的液態(tài)合金產生液態(tài)收縮及凝固收縮外，已凝固的外殼還將產生固態(tài)收縮。但硬殼內合金的液態(tài)收縮和凝固收縮遠大于硬殼的固態(tài)收縮，故液面下降，與硬殼頂面脫離，如圖6-4(c)所示。此時在大氣壓力作用下，硬殼可能向內凹陷，如圖6-4(d)所示。隨著凝固的繼續(xù)進行，凝固層不斷加厚，液面繼續(xù)下降，在最后凝固的部位形成一個倒錐形的縮孔，如圖6-4(e)所示。6.2合金的收縮和鑄造內應力

合金的收縮圖6-4縮孔的形成6.2合金的收縮和鑄造內應力

合金的收縮

2)縮松

鑄件中分散在某區(qū)域內的細小孔洞稱為縮松，其分布面積較廣。產生縮松的原因也是由于鑄件最后凝固區(qū)域的收縮未能得到補充，或者是由于合金結晶間隔寬，被樹枝狀晶分隔開的小液體區(qū)難以得到補充所致?？s松可分為宏觀縮松與顯微縮松兩種。宏觀縮松用肉眼或放大鏡可以觀察到，它多分布在鑄件中心、軸線處或縮孔下方，如圖6-5所示。顯微縮松是分布在晶粒之間的微小孔洞，要用顯微鏡才能觀察到。顯微縮松難以完全避免，對于一般鑄件不作為缺陷對待，但對氣密性、力學性能、物理化學性能要求很高的鑄件，則必須設法減少。6.2合金的收縮和鑄造內應力

合金的收縮圖6-5宏觀縮松6.2合金的收縮和鑄造內應力

合金的收縮3.縮孔和縮松的防止措施防止縮孔常用的工藝措施就是控制鑄件的凝固次序，使鑄件實現(xiàn)順序凝固。所謂順序凝固，就是使鑄件按遞增的溫度梯度方向從一個部分到另一個部分依次凝固。在鑄件可能出現(xiàn)縮孔的熱節(jié)處，通過增設冒口或冷鐵等一系列工藝措施，使鑄件遠離冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口部位凝固，最后是冒口本身凝固，如圖6-6所示。按此原則進行凝固，能使縮孔集中到冒口中，最后將冒口切除，就可以獲得致密的鑄件。6.2合金的收縮和鑄造內應力

合金的收縮圖6-6順序凝固示意圖6.2合金的收縮和鑄造內應力

合金的收縮順序凝固原則主要適用于純金屬和結晶溫度范圍窄、靠近共晶成分的合金，也適用于凝固收縮大的合金補縮。

通過加壓補縮的方法也可以防治縮孔和縮松。將鑄型放于壓力室中，澆注后使鑄件在壓力下凝固，可顯著減少顯微縮松。此外，采用壓力鑄造、離心鑄造等特種鑄造方法使鑄件在壓力下凝固，也可有效地防治縮孔和縮松。6.2合金的收縮和鑄造內應力

鑄造內應力6.2.2鑄造內應力

鑄件在凝固后繼續(xù)冷卻的過程中產生的固態(tài)收縮受到阻礙及熱作用，會產生鑄造內應力，它是鑄件產生變形和裂紋等缺陷的主要原因。鑄造內應力按產生的不同原因主要分為熱應力和機械應力兩種。

1.熱應力

熱應力是由于鑄件壁厚不均勻、各部分冷卻速度不一致，致使鑄件在同一時期內各部分的收縮不一致而引起的。如圖6-7所示。6.2合金的收縮和鑄造內應力

鑄造內應力

圖6-7熱應力的形成6.2合金的收縮和鑄造內應力

鑄造內應力

固態(tài)收縮使鑄件的厚壁或心部受拉，薄壁或表面受壓。合金的固態(tài)收縮率越大、鑄件壁厚差別越大、形狀越復雜，所形成的熱應力越大。

同時凝固原則，就是從工藝上采取必要的措施，使鑄件各部分冷卻速度盡量一致。但是這種凝固方式易使鑄件中心出現(xiàn)宏觀縮松或縮孔，影響鑄件的致密性。因此，這種凝固原則主要適用于縮孔、縮松傾向較小的灰口鑄鐵等合金。但是同時凝固原則的工藝措施與防止縮孔、縮松缺陷的順序凝固措施相矛盾，此時，應根據(jù)鑄件的具體結構特點，設計實際的工藝措施以防止缺陷的產生。

6.2合金的收縮和鑄造內應力

鑄造內應力2.機械應力

鑄件收縮時受到鑄型、型芯等的機械阻礙而引起的應力稱為機械應力，機械應力是暫存的，鑄件落砂后機械阻礙消除可自行消失。形成機械阻礙的原因是型砂的高溫強度高，退讓性差；鑄件型腔結構等。

3.鑄件的變形與防止

內應力的存在是鑄件產生變形的主要原因。鑄件的變形使鑄件精度降低，嚴重時可能使鑄件報廢，必須進行防止。為防止鑄件變形，首先在鑄件設計時，應盡量使鑄件壁厚均勻、形狀簡單和結構對稱。另外，在生產中常用反變形法防止鑄件變形。也可采用同時凝固原則，減少熱應力及鑄件變形。

6.2合金的收縮和鑄造內應力

鑄造內應力圖6-9鑄件結構對變形的影響6.3常用的鑄造成形方法砂型鑄造6.3.1砂型鑄造及分類

按工藝方法不同，常用的鑄造方法可分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類。砂型鑄造是傳統(tǒng)的鑄造方法，其特點是適應性廣，成本低，生產周期短，應用最為廣泛，但鑄件的精度不高，粗糙度值大，鑄型僅能使用一次，而且工人的勞動強度也大等。特種鑄造是指與普通砂型鑄造有一定區(qū)別的一些鑄造方法，如熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造等，這些方法主要從鑄型及鑄型材料、制造鑄型的工藝方法、澆注條件及液態(tài)金屬的冷卻速度等方面加以改善，有利于提高鑄件精度和表面質量，從而獲得比砂型鑄件力學性能更高的鑄件。6.3常用的鑄造成形方法砂型鑄造

砂型鑄造以型砂和芯砂為造型材料制成鑄型，如圖6-10所示，它是一種通過液態(tài)金屬在重力作用下充填鑄型來生產鑄件的鑄造方法。2.鑄型

所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。砂型的基本原材料是鑄造砂和型砂黏結劑。最常用的鑄造砂是硅質砂，當高溫性不滿足要求時可用鋯英砂、鉻鐵礦砂、剛玉砂等特種砂。應用最廣的型砂黏結劑是黏土，也可采用干性油或半性油、水柔性硅酸鹽或磷酸鹽和各種合成樹脂。1.砂型鑄造6.3常用的鑄造成形方法砂型鑄造6.3常用的鑄造成形方法砂型鑄造3.砂型鑄造的分類

1)手工造型

手工造型操作靈活，工藝裝備簡單，成本低，大小鑄件均可適應，特別能鑄造出形狀復雜、難以起模的鑄件。但是手工造型鑄件質量較差，生產效率低，勞動強度大，要求工人技術水平高，適用于單件、小批量生產。手工造型的方法很多，表6-2列出手工造型各種方法及應用。6.3常用的鑄造成形方法砂型鑄造

表6-2手工造型各種方法及應用6.3常用的鑄造成形方法砂型鑄造表6-2

手工造型各種方法及應用-續(xù)表6.3常用的鑄造成形方法砂型鑄造2)機器造型

用機器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序稱機器造型。與手工造型相比，機器造型生產效率高，改善勞動強度，環(huán)境污染小，制出的鑄件尺寸精度和表面質量高，加工余量小。但設備和砂箱、模具投資大，費用高，生產準備時間長。因此，機器造型適用于中、小型鑄件成批或大批量生產。同時，在各種造型機上只能采用模板進行兩箱造型或類似于兩箱造型的其他方法，并盡量避免活塊和挖砂造型等，提高造型機的生產率。常用的機器造型方法的特點及應用見表6-3。6.3常用的鑄造成形方法砂型鑄造

表6-3

常用的機器造型方法的特點及應用6.3常用鑄造成形方法特種鑄造1.熔模鑄造

熔模鑄造又稱失蠟鑄造。其工藝過程如圖6-11所示。熔模鑄造出的鑄件尺寸精度高，表面粗糙度值小，可以減少或省去機械加工余量。這種方法能鑄造出各種合金的鑄件，尤其是那些高熔點合金、難切削加工的合金及形狀復雜的小型零件，如汽輪機葉片、成型刀具和汽車、拖拉機、機床上的小型零件。6.3.2特種鑄造6.3常用鑄造成形方法特種鑄造6.3常用鑄造成形方法特種鑄造2.金屬型鑄造

將液態(tài)金屬澆注到用金屬制成的鑄型而獲得鑄件的方法稱為金屬型鑄造。金屬型通常使用鑄鐵或鑄鋼制成，可以反復使用，故鑄造又稱“永久型鑄造”。

金屬型鑄造實現(xiàn)了“一型多鑄”，節(jié)省了造型材料和工時，提高了勞動生產率。鑄件組織結構致密，力學性能高；同時鑄件的尺寸精度和表面質量比砂型鑄造高，切削加工余量小，加工費用低。但金屬型生產成本高，周期長，鑄造工藝嚴格。因此，金屬型鑄造主要適用于形狀簡單的有色合金鑄件的大批量生產，如內燃機的鋁活塞、汽缸體、汽缸蓋以及銅合金的軸瓦、軸套等；有時也可用于生產某些鑄鐵件或鑄鋼件。6.3常用鑄造成形方法特種鑄造3.壓力鑄造

壓力鑄造是指在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以高速充填金屬鑄型，并在壓力作用下凝固而獲得鑄件的方法。高壓和高速充填金屬鑄型是壓力鑄造區(qū)別于普通金屬型鑄造的重要特征。壓鑄時所用的壓力高達數(shù)十兆帕(有時高達200MPa)，充填速度約為5m/s～50m／s，液態(tài)合金充滿鑄型的時間為0.01s～0.2s，在這種情況下，對金屬的流動性要求不高，澆注溫度可以降低，甚至可用半液態(tài)金屬來進行澆注。壓鑄工藝過程如圖6-12所示。6.3常用鑄造成形方法特種鑄造圖6-12

壓鑄工藝過程圖6.3常用鑄造成形方法特種鑄造

壓力鑄造所獲得的鑄件精度及表面質量高，可以壓鑄出形狀復雜的薄壁件和很小的孔或螺紋等，因為壓型的冷卻速度快，所以鑄件組織致密，抗拉強度比砂型鑄造高。但由于液態(tài)金屬充型速度高，壓力大，氣體難以排出，使鑄件內部易產生皮下氣孔，此外，金屬液也難以補縮，鑄件厚大部分易產生縮孔和縮松。因此壓力鑄造目前多用于有色金屬精密鑄件的大量生產，如發(fā)動機的汽缸體及箱體、化油器、支架等。6.3常用鑄造成形方法特種鑄造4.離心鑄造

將液態(tài)金屬澆入高速旋轉的鑄型中，使金屬液在離心力的作用下充填鑄型并結晶凝固制成鑄件的方法，稱為離心鑄造。離心鑄造必須在離心鑄造機上進行，主要用于生產圓筒形鑄件。

圖6-13(a)為立式離心鑄造機的鑄型繞垂直軸旋轉示意圖，當其澆注圓形鑄件時，金屬液并不填滿型腔，在離心力的作用下緊貼型腔外側而自動形成中空的內腔，其厚度取決于加入的金屬量。立式離心鑄造主要用于高度小于直徑的環(huán)、套類零件。圖6-13(b)為臥式離心鑄造機，主要用于長度較大的筒類、管類鑄件。

6.3常用鑄造成形方法特種鑄造圖6-13離心鑄造示意圖

(a)立式離心鑄造；(b)臥式離心鑄造6.3常用鑄造成形方法特種鑄造離心鑄造由于金屬的結晶按由外向內順序凝固，鑄件組織致密，無縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷，力學性能好。當生產圓形內腔鑄件時，不需要型芯，此外，還省去了澆注系統(tǒng)，節(jié)省了材料。離心鑄造便于生產雙金屬鑄件，例如鋼套鑲銅襯套，其結合面牢固，節(jié)省貴重金屬。但離心鑄造不宜生產偏析傾向大的合金，如鋁青銅鑄件。6.3常用鑄造成形方法鑄造方法選擇

選擇鑄造方法時要結合具體生產情況，從合金的種類、生產批量、鑄件的結構、質量、現(xiàn)有設備條件及經濟性進行綜合分析，比較出一種可行的最佳方案，進行鑄造生產。表6-4列出了各種鑄造方法的比較，供選擇時參考。6.3.3鑄造方法的比較與合理選擇6.3常用鑄造成形方法鑄造方法選擇表6-4

各種鑄造方法的比較6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計

鑄造工藝設計就是根據(jù)鑄造零件的結構特點、技術要求、生產批量和生產條件等，確定鑄造方案和工藝參數(shù)，繪制鑄造工藝圖，編制工藝卡等技術文件的過程。鑄造工藝設計的有關文件，是生產準備、管理和鑄件驗收的依據(jù)，并用于直接指導生產操作。因此，鑄造工藝設計的好壞，對鑄件品質、生產率和成本的高低起著重要作用。鑄造工藝設計的一般內容和程序見表6-5。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計表6-5

鑄造工藝設計的一般內容和程序6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計

鑄造工藝設計內容的繁簡程度，主要取決于批量的大小、生產要求和生產條件。一般包括下列內容：鑄造工藝圖，鑄件(毛坯)圖、鑄型裝配圖(合箱圖)、工藝卡及操作工藝規(guī)程。廣義地講，鑄造工藝裝備的設計也屬于鑄造工藝設計的內容，例如模樣圖、芯盒圖、砂箱圖、壓鐵圖、專用量具圖和樣板圖、組合下芯夾具圖等。本節(jié)以砂型鑄造為例介紹鑄造工藝的設計。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計6.4.1砂型鑄造的基本過程

砂型鑄造生產工藝過程如圖6-14所示。由圖6-14可以看出，砂型鑄造首先是根據(jù)零件圖繪制鑄造工藝圖，并以此做成適當?shù)哪Ｐ?，再用模型和配制好的型砂制成一定的砂型，將液態(tài)合金澆注到鑄型空腔中，待液態(tài)合金冷卻凝固后，就可落砂清理鑄件，經檢驗獲得符合圖紙技術要求的合格鑄件。6.3砂型鑄造工藝設計

鑄造工藝設計圖6-14砂型鑄造生產工藝過程圖6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計

1.澆注位置的選擇

澆注位置是指澆注時鑄件在鑄型內所處的位置。選擇時應考慮以下原則。

(1)鑄件的主要加工面或主要工作面應處于底面或側面。這是因為鑄件上部冷卻速度慢，晶粒較粗大，上表面容易形成砂眼、氣孔、渣孔等缺陷。鑄件下部的晶粒細小，組織致密，缺陷少，質量優(yōu)于上部。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計

當鑄件有幾個重要加工面或重要面時，應將主要的和較大的加工面朝下或側立。無法避免在鑄件上部出現(xiàn)的加工面，應適當加大加工余量，以保證加工后鑄件質量。如機床床身(見圖6-15)和圓錐齒輪(見圖6-16)，圖示的位置可以避免氣孔、砂眼、縮孔、縮松等缺陷出現(xiàn)在工作面上。6.3砂型鑄造工藝設計

鑄造工藝設計圖6-15機床床身圖6-16圓錐齒輪

(a)不合理；(b)合理6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計(2)鑄件的大平面應朝下，見圖6-17。因為在澆注時，高溫的液態(tài)金屬對型腔的上表面有強烈的熱輻射，型腔上表面急劇地熱膨脹而拱起或開裂，使鑄件表面易產生夾砂缺陷。

(3)鑄件的薄壁部分應放在鑄型的下部或側面，以免產生澆不足、冷隔等缺陷(見圖6-18)。

(4)對于容易產生縮孔的鑄件，應將截面較厚的部分置于上部或側面，以便在鑄件厚處直接安置冒口，使之實現(xiàn)自下而上的凝固順序。圖6-18所示的罩殼，厚截面放在上部是有利于補縮的。

6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計圖6-17大平面鑄件澆注位置

(a)不合理；(b)合理6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計圖6-18

薄件澆注位置6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計

(5)盡量減小型芯的數(shù)量，便于型芯的固定、檢驗和排氣。圖6-19所示的床腿鑄件，采用圖6-19(b)的方案，中間空腔由自帶芯來形成，簡化了造型工藝。

6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計圖6-19床腿鑄件澆注位置

(a)不合理；(b)合理6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計

2.鑄型分型面的選擇

鑄型分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。分型面選擇是否合理，對鑄件的質量好壞影響很大。因此分型面的選擇應在保證鑄件質量的前提下，減化鑄造工藝過程，以節(jié)省人力物力，在選擇分型面時要考慮以下原則：

(１)鑄件應盡可能放在一個砂箱內或將加工面或加工基準面放在同一砂箱內，以保證鑄件的尺寸精度。圖6-20(b)的方案較圖6-20(a)更為合理，它將鑄件全部放在下型，避免錯箱，保證鑄件精度。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計圖6-20

床身鑄件分型面方案

(a)不合理；(b)合理6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計(２)盡量減少分型面的數(shù)量，并力求采用平直分型面代替曲折分型面。圖6-21所示為繩輪鑄件兩個分型面方案。圖6-21(b)利用環(huán)狀外型芯措施，將原來的兩個分型面減為一個分型面，并可采用機器造型。圖6-22為起重臂分型面的方案，可采用分模造型，使造型工藝簡化，如采用曲線作為分型面，則必須采用挖砂或假箱造型。

6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計圖6-21

繩輪鑄件6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計圖6-22

起重臂分型面的方案6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計

(３)盡量減少型芯和活塊的數(shù)量，以簡化制模、造型、合型工序。

(４)為了方便下芯、合箱和檢查型腔尺寸，通常把型芯放在下型箱內。以上所述的幾項原則，對于具體鑄件往往難以全面符合，因此在確定澆注位置和分型面時，一般情況下，確定澆注位置是首要的，分型面盡量與澆注位置相適應，在保證鑄件質量的前提下，解決主要問題，次要問題則應從工藝措施上設法解決。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計3.工藝參數(shù)的確定

1)機械加工余量

鑄件上為進行機械加工而加大的尺寸稱為機械加工余量。加工余量的大小取決于鑄件的大小、生產批量、合金種類、鑄件的復雜程度以及鑄件在澆注時的位置等。鑄鋼件表面粗糙，變形量大，加工余量比鑄鐵件大；有色金屬鑄件表面光滑、平整且價格較貴，加工余量較小。澆注時朝上的表面缺陷較多時，其加工余量應比底面或側面要大。此外，若采用機器造型，則鑄件精度高，加工余量??；6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計零件上的孔與槽是否鑄出，應考慮工藝上的可行性和使用上的經濟性。一般來說，較大的孔與槽應鑄出，這樣不僅節(jié)約金屬材料和切削加工工時，同時可以減少鑄件熱節(jié)。鑄鐵件上直徑小于25mm和鑄鋼件上直徑小于35mm的加工孔，在單件及小批量生產時可不鑄出，留待機械加工更為經濟。而零件圖上不要求加工的孔、槽不論大小，都應鑄出。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計

2)收縮率

鑄件在冷卻過程中，由于收縮，鑄件的尺寸比模型的尺寸要小，為了保證鑄件要求的尺寸，必須加大模型的尺寸。合金收縮率的大小，隨合金的種類及鑄件的尺寸、形狀、結構而不同，還與鑄件結構的復雜程度(即受阻收縮)有關。通?；铱阼T鐵的收縮率約為0.7%～1.0%，鑄鋼約為1.5%～2.0%，有色金屬約為1.0%～1.5%。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計

3)拔模斜度

為了從砂型中起?；驈男竞兄腥⌒痉奖?，垂直于分型面的側壁在制造模型時，必須做出一定的斜度，稱為拔模斜度，又稱為起模斜度。

拔模斜度的大小取決于垂直壁的高度、造型方法、模型材料等，通常為30′～3°。模型越高，斜度越?。唤饘倌１饶灸５男倍刃?；機器造型比手工造型的斜度小。鑄件內壁應比外壁斜度大，一般為3°～10°。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計

4)鑄造圓角

在設計和制造模樣時，對相交壁的交角要做成圓弧過渡，稱為鑄造圓角。其目的是為了避免鑄件壁在轉角處產生裂紋、縮孔和黏砂等缺陷。鑄造圓角的大小可以在有關手冊中查出。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計

5)型芯頭

型芯頭是指型芯的外伸部分，不形成鑄件輪廓，只落入型芯座內，是為了型芯在鑄型中的定位和固定而設置的。模樣上用以在型腔內形成芯座并放置芯頭的突出部分也稱型芯頭。型芯頭按在鑄型中的位置分為垂直型芯頭和水平型芯頭兩類。垂直型芯頭一般都有上、下型芯頭，短而粗的型芯也可不設置上型芯頭，型芯頭的高度Ｈ主要取決于型芯直徑ｄ。水平型芯頭的長度L根據(jù)型芯頭的直徑d和型芯的長度來確定。鑄型上的型芯座端部也應留有一定的斜度α。型芯頭和鑄型型芯座之間應留有1～4mm的間隙，以便于鑄型的裝配。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計

4.澆注系統(tǒng)

澆注系統(tǒng)為將液態(tài)金屬引入鑄型型腔而在鑄型內開設的通道，如圖6-23所示，它包括澆口杯、直澆口、橫澆口和內澆口。澆口杯承接澆包倒進來的金屬液，也稱外澆口。直澆口連接外澆口和橫澆口，將金屬液由鑄型外部引入鑄型內部。橫澆口則連接直澆口，分配由直澆口送來的金屬液流。內澆口連接橫澆口，向鑄型型腔灌輸金屬液。

澆注系統(tǒng)的作用是控制金屬液充填鑄型的速度及充滿鑄型所需的時間；使金屬液平穩(wěn)地進入鑄型，6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄造工藝設計圖6-23

典型澆注系統(tǒng)

6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求6.4.2

鑄造性能對結構的要求

設計鑄件的結構時，如果不能滿足合金的鑄造性能要求，就可能產生縮孔、縮松、變形、裂紋、冷隔、澆不足、氣孔等缺陷。因此，設計鑄件時，應考慮以下幾個方面。

1.鑄件壁厚設計合理

鑄件的最小壁厚是在滿足強度的前提下，還應考慮合金的流動性，否則鑄件易產生澆不足、冷隔等缺陷。鑄件的最小壁厚是由合金的種類、鑄件的尺寸決定的，表6-6列出了砂型鑄造條件下，常用合金鑄件的最小壁厚。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求

表6-6

常用合金鑄件的最小壁厚6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求2.鑄件壁厚盡量均勻

鑄件各部分壁厚相差過大，在厚壁處會形成金屬積聚(熱節(jié))，凝固收縮時在熱節(jié)處易形成縮孔、縮松等缺陷。同時，由于冷卻速度不一致，還會形成熱應力，有時會使鑄件厚薄連接處產生裂紋，改為均勻壁厚，則上述缺陷可以避免。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求3.鑄件壁的連接

1)鑄件的結構圓角

鑄件壁間的轉角處一般設計成結構圓角。當鑄件兩壁直角連接時會形成金屬的局部積聚而易形成縮孔、縮松，內側轉角處應力集中嚴重而易產生裂紋。將轉角處設計成圓角，不僅鑄件外形美觀，而且有利于造型，可避免鑄型尖角損壞而形成黏砂或砂眼缺陷。圓角半徑R的數(shù)值可參閱表6-7。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求表6-7

鑄件的內圓角半徑R值mm6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求2)避免交叉和銳角連接

為了減少熱節(jié)，避免鑄件產生縮孔、縮松等缺陷，鑄件上筋的連接應盡量避免交叉和銳角連接，如圖6-24所示。中、小鑄件可采用交錯接頭，大件宜采用環(huán)狀接頭，而厚壁與薄壁相連接要逐步過渡，而不能采用銳角連接。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求圖6-24

鑄件接頭結構

(a)不合理；(b)合理6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求3)厚壁與薄壁間的連接要逐步過渡

不同壁厚的各個部分應逐步過渡，避免壁厚的突變而產生應力集中，同時防止裂紋的產生。表6-8為幾種壁厚的過渡形式及尺寸。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求表6-8

幾種壁厚的過渡形式及尺寸6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求4）避免受阻收縮

對于線收縮較大的合金，在凝固過程中應盡量減少鑄造應力。圖6-25(a)為偶數(shù)直線型，由于收縮應力過大，易產生裂紋，改成圖6-25(b)所示的彎曲輪輻或圖6-25(c)所示的奇數(shù)輪輻后，借輪輻或輪緣的微量變形來減少鑄造內應力，防止產生裂紋。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求圖6-25

輪輻的設計

(a)偶數(shù)直線型；(b)彎曲型；(c)奇數(shù)型6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求5）鑄件結構盡量避免過大的水平面

澆注時鑄件朝上的水平面易產生氣孔、夾砂等缺陷。此外，大水平面也不利于金屬的充填，易產生澆不足、冷隔等缺陷。6）防止鑄件的變形

設計某些細長鑄件時，應盡量采用對稱截面形狀模樣，以減少鑄件的變形。圖6-26(a)中梁由于受較大熱應力，產生變形，改成圖6-26(b)所示的工字截面后，雖然壁厚仍不均勻，但熱應力相互抵消，變形大大減小。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求

6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求4.合金鑄造性能對鑄件結構設計的要求

鑄件的結構設計，在保證鑄件使用要求的前提下，還應盡量簡化鑄造工藝過程，以提高生產率，降低成本，盡量使生產過程機械化。

(1)避免不必要的曲面和側凹，減小分型面和外部型芯。

圖6-27所示為一機床鑄件。圖6-27(a)在AB截面兩側設計成凹坑，必須采用兩個較大的外型芯才能取出模型，改成圖6-27(b)所示的結構，將凹坑改為擴展到底部的凹槽，可省去外部型芯。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求圖6-27

機床鑄件

(a)不合理；(b)合理6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求(2)分型面應盡量平直。

圖6-51為搖臂鑄件。圖6-28(a)中兩臂的設計不在同一平面內，分型面不平直，使制模、造型困難，改進結構設計后可以采用簡單平直的分型面進行造型，如下圖所示。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求(3)凸臺、筋條的設計應便于造型。

圖6-29(a)中的凸臺，必須采用活塊或外型芯才能取模，改成圖6-29b)后使造型簡化。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求

(4)鑄件應有合適的結構斜度。

鑄件上垂直于分型面的不加工表面，最好具有結構斜度，便于取模。圖2-53為結構斜度示例圖。

鑄件結構斜度的大小隨垂直壁的高度而不同，高度愈小，角度愈大。一般當采用金屬?；驒C器造型時，外側面結構斜度可取0.5°～1°，砂型和手工造型可取1°～3°，內側結構斜度較外側大些。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求5.鑄造方法對結構設計的要求

(1)盡量不用或少用型芯。

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，提高鑄件的精度。

(2)應使型芯安放穩(wěn)定、排氣暢通和清砂方便。圖6-30所示為軸承支架鑄件，圖6-30(a)所示的設計需用兩個型芯，其中大的型芯呈懸臂狀態(tài)，下芯時必須使用型芯撐，改成圖6-30(b)所示的結構，型芯變成一個整體，裝配簡便，易于排氣，穩(wěn)固性也大為提高。6.4鑄造成形的工藝與結構設計鑄件結構要求圖6-30軸承支架鑄件結構設計方案a)不合理b）合理Chapter壓力加工7第7章

壓力加工

案例導入圖7-1(b)的零件為某型號的機床變速箱中齒輪軸（虛線表示），該齒輪軸零件既要承擔扭矩傳遞功能，還要具有耐磨、變形小等，為此材料按照表7-1選擇為40Cr鋼棒制造，并以相應的熱處理保證相應力學性能；該零件屬于中、小批量生產。圖7-1齒輪軸(a)鍛件余量及余塊(b)鍛件圖第7章

壓力加工

初步分析依據(jù)圖7-1（b），結合零件生產類型，不難發(fā)現(xiàn)該零件具有以下的特點：⑴屬于臺階軸，且直徑方向差異很大，零件的最大直徑為，最小直徑小于。如用40Cr鋼棒制造，批量生產該零件時材料利用率低、成本較高。⑵為了保證齒輪軸的力學性能，符合產品圖紙設計要求，需要保證齒輪軸齒形部分的金屬纖維盡可能的少切削，并通過相關熱處理后達到設計圖紙要求的力學性能。為此，該零件選用自由鍛造制造毛坯。本章主要討論金屬材料鍛壓生產的原理、應用及鍛壓零件的結構工藝性。7.1金屬壓力加工基本原理

塑性變形的實質1.單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形有兩種方式：滑移與孿晶。其主要方式是滑移，只有當滑移過程很難進行時，才有可能發(fā)生孿晶變形。實驗證明，晶體只有受到切應力時才會產生塑性變形。單晶體的塑性變形主要是由于切應力引起晶體內部位錯運動（即滑移變形）產生的，如圖7-2所示。圖7-2晶體通過位錯運動產生滑移示意圖7.1金屬壓力加工基本原理

塑性變形的實質2.多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形也是通過滑移方式進行的，它的塑性變形可以看成是由許多單個晶粒產生變形的綜合效果。此外，在晶粒與晶粒之間也有滑動和轉動，稱為晶間變形。但多晶體的塑性變形以晶內變形為主，晶間變形很小，否則將引起金屬的破壞。多晶體的每個晶粒的形狀、大小不等，相鄰晶粒的位向也不同；同時多晶體內存在大量晶界，因此多晶體的塑性變形過程要比單晶體復雜得多。為此，金屬塑性變形的實質是晶體內部產生滑移變形，其中位錯是引起滑移變形的主要原因。7.1金屬壓力加工基本原理

加工硬化、再結晶1、加工硬化又稱冷變形強化，是指在冷變形過程中，隨著變形程度的增加，金屬材料的強度、硬度升高，塑性、韌性有所下降的現(xiàn)象。冷變形程度的大小對低碳鋼力學性能的影響如圖7-3所示。圖7-3冷變形程度對低碳鋼性能的影響7.1金屬壓力加工基本原理

加工硬化、再結晶2.再結晶當加熱溫度較高時，塑性變形后被拉長的晶粒將重新形核、結晶為等軸狀晶粒，加工硬化現(xiàn)象完全消除，金屬的組織和性能恢復到冷變形前的狀態(tài)，這一過程稱為再結晶，如圖7-4所示。圖7-4金屬的回復和再結晶示意圖7.1金屬壓力加工基本原理

冷加工與熱加工1.冷變形及其對組織結構和性能的影響冷變形過程中只產生加工硬化而無再結晶現(xiàn)象，因此金屬的變形抗力大，塑性低，變形程度小。一方面，冷變形使金屬制品強度、硬度升高，塑性、韌性降低，即產生了“冷變形強化”現(xiàn)象。要想繼續(xù)進行冷變形，必須增加再結晶退火工序。另一方面，冷變形能使金屬產品獲得較高的表面質量和尺寸精度。常用于對已熱變形過的坯料的再加工，如冷軋、冷拉、冷沖壓等。2.熱變形及其對組織結構和性能的影響熱加工可使鑄態(tài)金屬中的氣孔、疏松及微裂紋焊合，組織更加致密，強度、塑性和韌性提高7.1金屬壓力加工基本原理

可鍛性1.金屬的可鍛性金屬的可鍛性是衡量材料在進行塑性成形過程中獲得合格制件的難易程度。可鍛性的優(yōu)劣常用金屬的塑性和變形抗力來綜合衡量。塑性越好，變形抗力越小，則金屬的可鍛性越好。7.1金屬壓力加工基本原理

鍛造性2.影響鍛造性的因素金屬的鍛造性取決于金屬的本質和變形條件⑴金屬的本質金屬的力學性能取決于其化學成分與金屬的組織結構⑵變形條件金屬的變性條件取決于變形溫度、變形速度與應力狀態(tài)。①變形溫度的影響②變形速度的影響③應力狀態(tài)的影響圖7-5變形速度對金屬鍛壓性能的影響圖7-8金屬變形時的應力狀態(tài)7.2常用的鍛造合金與塑性加工方法常用鍛造合金常用的鍛造合金常用的鍛造合金包含著碳鋼、合金鋼、鋁合金以及銅合金等。⑴碳鋼⑵合金鋼⑶鋁合金⑷銅合金7.2常用的鍛造合金與塑性加工方法常見塑性加工方法圖7-7常見金屬塑性加工方法a)軋制b）擠壓c）拉拔d）自由鍛e）模鍛f）板料沖壓7.2常用的鍛造合金與塑性加工方法鍛壓加工特點⑴改善金屬組織，提高金屬的力學性能⑵范圍廣、效率高鍛壓產品適用范圍廣泛，模鍛和沖壓加工工藝有較高的生產率。⑶節(jié)省材料，減少切削加工工時⑷鍛壓的缺點是難以獲得形狀復雜的零件。7.2常用的鍛造合金與塑性加工方法自由鍛及分類⑴自由鍛如前所述，自由鍛所用的工具簡單，通用性強，靈活性大。鍛件質量從不足1kg至300噸。由于自由鍛是局部變形，變形抗力小，故所需設備功率比模鍛要小得多。如萬噸模鍛水壓機只能鍛造幾百千克的模鍛件，而萬噸自由鍛水壓機卻可鍛造百噸以上的大型鍛件?？梢姡谥匦蜋C械制造中的大型鍛件，自由鍛造是唯一可行的方法。但是，自由鍛靠人工操作，用簡單的工具來控制鍛件的形狀和尺寸，所以鍛件的形狀簡單、表面粗糙、精度低、生產率低、工人勞動強度大。適合于單件和小批生產。⑵分類現(xiàn)在生產中主要采用機器鍛造。根據(jù)鍛造設備對坯料產生的作用力性質的不同，機器鍛造可分為鍛錘自由鍛和水壓機自由鍛兩種。前者用于鍛造中小型鍛件，常用設備為空氣錘和蒸汽一空氣錘，后者用于鍛造大型鍛件，用水壓機產生靜壓力使金屬變形。7.2常用的鍛造合金與塑性加工方法自由鍛常用設備圖7-8蒸汽-空氣錘的工作原理示意圖1-進汽管2-節(jié)汽閥3-滑閥4-排汽管5-下汽道6-上汽道7-汽缸8-活塞9-錘桿10-錘頭11-下砧7.2常用的鍛造合金與塑性加工方法自由鍛工序⑴自由鍛的工序根據(jù)自由鍛工序的作用和變形要求不同，分為基本工序、輔助工序和精整工序三類⑵基本工序基本工序是改變坯料的形狀和尺寸以達到鍛件基本成形的工序，包括鐓粗、拔長、沖孔、錯移、彎曲、扭轉、切割等。其中，最常用的基本工序是鐓粗、拔長和沖孔。圖7-9鐓粗圖7-10拔長7.2常用的鍛造合金與塑性加工方法自由鍛工序圖7-11沖孔7.2常用的鍛造合金與塑性加工方法模鍛1.模鍛的特點與應用⑴模鍛的主要優(yōu)點模鍛與自由鍛相比的主要優(yōu)點如下：①可鍛造形狀比較復雜、尺寸精度高、表面粗糙度值小的接近于零件形狀的鍛件。②模鍛件機械加工余量小，公差僅是自由鍛鍛件公差的1/4～1/3，材料利用率高，因而可節(jié)省材料和切削加工工時。③模鍛件的鍛造流線組織分布更為合理，力學性能較好，因而可有效提高零件的使用性能和使用壽命。④生產操作簡單，易于實現(xiàn)機械化和自動化，生產效率高，鍛件生產成本低。⑤模鍛時坯料受三方向的壓應力，可以鍛造塑性較低的金屬。7.2常用的鍛造合金與塑性加工方法模型鍛造1.模鍛的特點與應用⑵模鍛的主要缺點

與自由鍛相比較，模鍛設備價格高，鍛模的設計和制造費用高、生產周期長、成本高，每種鍛模只能生產一種鍛件，由于設備能力的限制，模鍛件質量不宜過大，一般在150kg以下。

⑶模鍛的應用

模鍛已廣泛應用于航空航天、汽車、拖拉機、機床和動力機械等行業(yè)重要零部件的生產中，主要適用于中小型鍛件的成批和大量生產。7.2常用的鍛造合金與塑性加工方法模型鍛造2.模鍛的分類

模鍛按所用設備的不同可分為：錘上模鍛、胎膜鍛、壓力機上模鍛等，生產中應用最多的是錘上模鍛。⑴錘上模鍛圖7-12模鍛工作示意圖7.2常用的鍛造合金與塑性加工方法模型鍛造1)制坯模膛2)模鍛模膛：a.預鍛模膛b.終鍛模膛圖7-13多膛鍛模7.2常用的鍛造合金與塑性加工方法模型鍛造圖7-21彎曲連桿模鍛過程7.2常用的鍛造合金與塑性加工方法模型鍛造（2）摩擦壓力機上模鍛的特點

1)摩擦壓力機結構簡單、易制造、維修方便、使用費用低，對廠房、地基的要求不高，鍛件成本低。2)摩擦壓力機滑塊行程不固定并具有一定的沖擊作用，因而可實現(xiàn)輕打、重打，坯料可在一個模膛內進行多次鍛打，不僅能完成鐓粗、彎曲、預鍛、終鍛等成形工序，也可進行校正、精整、切邊、沖孔等后續(xù)工序的操作。3)滑塊運動速度較低，金屬變形過程中的再結晶可以充分進行。4)因螺桿與滑塊間的非剛性連接，所以摩擦壓力機承受偏心載荷的能力差，通常只適用于單模膛鍛模，對于形狀復雜的鍛件，需要在自由鍛設備或其他設備上制坯。5)摩擦壓力機的飛輪慣性大，單位時間內的行程次數(shù)比其他設備低得多，因此其生產效率較低。7.2常用的鍛造合金與塑性加工方法模型鍛造摩擦壓力機上模鍛圖7-14摩擦壓力機上模鍛1-電動機2-傳動帶3-摩擦盤4-飛輪5-螺母

6-螺桿7-滑塊8-導軌9-工作臺10-操縱桿7.2常用的鍛造合金與塑性加工方法模型鍛造⑶平鍛機上模鍛平鍛機上模鍛的特點除具有曲柄壓力機上模鍛的特點外，還具有以下特點：1)坯料都是棒料或管材，并且只進行局部（一端）加熱和局部變形加工，因此，可以完成在立式鍛壓設備上不能鍛造的某些長桿類鍛件。

2)鍛模有兩個分模面，鍛件出模方便，可以鍛出在其他設備上難以完成的在不同方向上有凸臺或凹槽的鍛件。

3)鍛件尺寸精度高、表面粗糙度值小、飛邊小、材料利用率高。

但平鍛機是模鍛設備中結構較復雜的一種，價格高，投資大，適用于大批量生產的有頭桿類鍛件和有孔管件的局部需要鐓粗或脹孔的鍛件。7.3板料沖壓板料沖壓特點板料沖壓具有以下特點。①沖壓件尺寸精度高、表面質量好、互換性好、材料利用率高。②因加工硬化的產生，使沖壓件的強度和剛度好，有利于減輕結構重量。③沖壓過程操作簡單，易于實現(xiàn)機械化和自動化生產，生產效率高（一臺沖床班產量可達30000個零件），成本低。④能生產出形狀復雜的零件，沖壓件一般不再進行切削加工，生產周期較短。但沖模結構復雜、制造周期長、成本高，只有在大批量生產時，才能顯示其優(yōu)越性。7.3板料沖壓板料沖壓設備圖7-15落料（或沖孔）用簡單模1-模柄2-上模板3-導套4-導柱5-下模板6-凹模固定板7-凹模8-凸模固定板9-導料板10-凸模11-定位銷12-卸料板7.3板料沖壓板料沖壓設備圖7-16落料一拉深復合模的結構1一凸凹模2一定位銷3一頂出器；4—板料5一卸料板6一落料凹模7一拉深凸模8一落料件9一拉深件10--廢料7.3板料沖壓板料沖壓設備圖7-32沖孔-落料連續(xù)模結構1一落料凸模2一定位銷3一落料凹模4—沖孔凸模5一沖孔凹模6一卸料板7一板料8一成品9一廢料7.3板料沖壓板料沖壓工序7.3.3板料沖壓的基本工序1.分離工序：分離工序是使坯料的一部分與另一部分相互分離的工序。一般包括剪切、沖裁、修整等工序。2.變形工序：變形工序是使坯料的一部分相對于另一部分產生位移而不破裂的工序，如拉深、彎曲、成形等。圖7-21拉深工序圖1-坯料2-第一次拉深的產品，即第二次拉深的坯料3-凸模4-凹模5-成品圖7-22拉深缺陷（a）起皺（b）拉穿7.3板料沖壓板料沖壓工序圖7-23有壓邊圈的拉深圖7-24彎曲圖7-25彎曲線與鍛造流線的方向7.3板料沖壓板料沖壓工序7.4其他壓力加工方法軋制1.軋制軋制成形是指金屬坯料在旋轉軋輥的壓力作用下，產生連續(xù)塑性變形，以獲得所需要截面形狀的成形方法。軋制具有生產效率高、節(jié)約材料、成本低，產品質量和力學性能好的特點。軋制除生產板材、無縫管材和型材等原材料外，也廣泛用于生產各種零件。圖7-26輥鍛軋制示意圖圖7-27熱軋齒輪示意圖7.4其他壓力加工方法軋制2.軋制的分類根據(jù)軋輥軸線與坯料軸線方向的不同，軋制分為縱軋、橫軋和斜軋三種。圖7-28斜軋7.4其他壓力加工方法擠壓1.擠壓成形的特點⑴擠壓時金屬材料處于三向壓應力狀態(tài)，因而金屬的塑性可大大提高。不僅純鐵、低碳鋼、銅、鋁等塑性好的材料可以擠壓成形，高碳鋼、軸承鋼、高速鋼等材料也可擠壓成形。⑵擠壓件的精度高，可實現(xiàn)少、無切削加工，有的擠壓件可直接用于裝配。⑶擠壓時金屬的變形量大，可以擠壓出具有深孔、薄壁、細桿或異形截面的制件。⑷由于強烈的加工硬化作用和具有良好的鍛造流線，擠壓件的力學性能較高。⑸擠壓操作簡單，易于實現(xiàn)機械化和自動化，生產效率比一般鍛造等機械加工的方法提高幾倍甚至幾十倍。但擠壓時坯料變形抗力較大，需選用噸位較大的設備；擠壓時模具易于磨損。。7.4