第二篇金属的塑性成形工艺
金属塑性成形——在外力作用下，金属产生了塑性变形，以此获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件。
此生产方法称金属塑性成形（也称压力加工）
外力冲击力——锤类设备
压力——轧机、压力机
有一定塑性的金属——压力加工（热态、冷态）
基本生产方法：
1．轧制——钢板、型材、无缝管材（图6-1）（图6-2）
2．挤压——低碳钢、非铁金属及其合金（图6-3）（图6-4）
3．拉拔——各种细线材，薄壁管、特殊几何形状的型材（图6-5）（图6-6）4．自由锻——坯料在上、下砥铁间受冲击力或压力而变形（图6-7a）
5．模锻——坯料在锻模模腔内受冲击力或压力而变形（图6-7b）
6．板料冲压——金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法（图6-7c）
金属的原材料，大部通过轧制、挤压、拉拔等制成。
第六章金属塑性成形的工艺理论基础
压力加工——对金属施加外力→塑性变形
金属在外力作用下，使其内部产生应力——发生弹性变形外力>屈服应力塑性变形
塑性变形过程中一定有弹性变形存在，外力去除后，弹性变形将恢复→“弹复”现象，它对有些压力加工件的变形和工件质量有很大影响，须采取工艺措施的保证产品质量。
§6-1 塑性变形理论及假设
一、最小阻力定律
金属塑性成形问题实质，金属塑性流动，影响金属流动的因素十分复杂（定量很困难）。应用最小阻力定律——定性分析（质点流动方向）
最小阻力定律——受外力作用，金属发生塑性变形时，如果金属颗粒在几个方向上都可移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动。
利用此定律，调整某个方向流动阻力，改变金属在某些方向的流动量→成形
合理。
（图6-10）最小阻力定律示意图
在镦粗中，此定律也称——最小周边法则
二、塑性变形前后体积不变的假设
弹性变形——考虑体积变化
塑性变形——假设体积不变（由于金属材料连续，且致密，体积变化很微小，可忽略）
此假设+最小阻力定律——成形时金属流动模型
三、变形程度的计算
变形程度——用“锻造比”表示
拔长时锻造比为： T 拔=Fo/F
镦粗时锻造比： Y 镦=Ho/H
式中：H 0、F 0——坯料变形前的高度和横截面积
H 、F ——坯料变形后的高度和横截面积
T 锻=2~2.5 （要求横向力学性能）纵向Y 锻↑
由Y 锻可得坯料的尺寸。
如：拔长时，F 坯料=Y 拔?F 锻件 （F 锻件——锻件的最大截面积）
L 钢坯=钢坯坯料F V （体积 / 横截面积）
§6-2 冷变形及热变形
金属的塑性变形 冷变形——在再结晶温度以下的变形
热变形——在再结晶温度以上的变形
一、冷变形
变形过程中无回复与再结晶现象，变形后的金属只具有加工硬化现象——故变形过程中变形程度不宜过大，避免产生破裂。
冷变形可获得较高硬度和低粗糙度，可提高产品的表面质量和性能。
如：常温下进行的冷镦、冷挤、冷轧、冷冲压
二、热变形
变形后，金属具有再结晶组织，而无加工硬化痕迹。金属只有在热变形情况下，才能以较小的功达到较大的变形，同时能获得具有高力学性能的再结晶组织。
故，金属压力加工多采用热变形来进行。
如：自由锻、热模锻、热轧、热挤压等。
§6-3 纤维组织的利用原则
压力加工最原始坯料—铸锭（钢锭）
内部组织很不均匀、晶粒较粗大，并存在气孔、缩松、非金属夹杂物等缺陷。
加热压力加工后→塑性变形、再结晶→改变粗大铸造组织→获得细化再结晶组织，并使气孔、缩松、压合→致密、力学性能↑
铸锭在压力加工产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生变形→沿着变形方向被拉长，呈纤维形状→这种结构叫纤维组织。
它使金属性能上具有方向性，对变形后的质量也有影响。
顺纤维方向的力学性能优于横纤维方向；金属的变形程序越大，纤维组织越明显，力学性能的方向性也越显著。
[注]纤维组织的化学稳定性强，不能用热处理方法加以消除，只有经过锻压，使金属变形，才能改变其方向和形状。
因此，为获得具有最好力学性能的零件，设计、制造时，应充分利用纤维组织方向性。
①使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断。
②使零件所受最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。
（图6-9）切削加工与局部镦粗。
§6-4 影响塑性变形的因素
金属的可锻性——衡量材料在经受压力加工时获得优质零件难易程度的一个工艺性能。
可锻性好——适合于压力加工成形
可锻性差——不宜于选用压力加工
可锻性常用金属的塑性
变形抗力综合衡量
塑性越大、变形抗力越小——可锻性好
金属的塑性，用截面收缩率ψ、延伸率δ、冲击韧性αk表示，
ψ、δ、αk↑→塑性↑，
变形抗力——金属对变形的抵抗力。
变形抗力↓→变形中所消耗的能量↓，
金属的可锻性取决于材质和加工条件。
一、材料性质的影响
1．化学成分的影响
纯金属的可锻性比合金要好；
如：纯铁、低碳钢、高合全钢——可锻性依次下降
2．金属组织的影响
内部的组织结构不同，可锻性差别很大
纯金属及固溶体（如奥氏体）的可锻性好；
碳化物（如渗碳体）的可锻性差
铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻性好。
二、加工条件的影响
1．变形温度的影响
提高变形时的温度→改善可锻性，并对生产率、产品质量及金属的有效利用均影响大。
但温度过高必将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷→锻件报废
应严格控制锻造温度——始锻温度和终锻温度间的温度范围（以合金状态图为依据）
2．变形速度的影响
变形速度——单位时间内的变形程度。
其影响是矛盾的（图6-12）
一方面，由于变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象→金属塑性↓抗力↑→可锻性变坏；
另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使温度升高（热效应现象），使塑性↑变形抗力↓（图中a点以后）→可锻性好，但热效应现象除高速锤锻造外，一般压力加工的变形过程不明显→故采用较小的变形速度为宜。
3．应力状态的影响
三向应力状态图中压应力数量↑→塑性好
拉应力数量↑→塑性差
（图6-13）（图6-14）
第七章锻压成形工艺
锻压成形自由锻（无模自由成形）
模锻（模膛塑性成形）
自由锻——利用冲击力或压力使金属在上、下砥铁间产生塑性变形→所需几何形状及内部质量的锻件。
手工自由锻——小型锻件，生产率低
机器自由锻——锤上自由锻——空气锤、蒸汽—空气锤（1500kg锻件）
液压机上自由锻——水压机（300吨锻件）
生产巨型锻件唯一成形设备
自由锻可分为基本工序、辅助工序、精整工序
基本工序——使金属坯料产生一定程度的塑性变形，满足形状、尺寸
辅助工序——为基本工序操作方便而进行的预先变形工序
（如压钳口、压钢锭棱边、切肩等）
精整工序——用以减少锻件表面缺陷
[注]由于自由锻的生产效率低，对操作工人技艺要求高，劳动强度大，锻件精度差→自由锻日趋衰落，而模锻逐渐取代自由锻
国外工业发达国家，自由锻（中、小型）只占20%~40%。
§7-1 模膛锻造成形
模锻——在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变形，在变形过程中由于模膛对金属坯料流动的限制，因而锻造终了时能得到和模膛形状相符的锻件。
模锻与自由锻比较有如下优点。
①生产率较高
②模锻尺寸精确，加工余量小
③可锻出形状比较复杂的锻件
④节省金属材料，减少切削加工量
⑤操作简单，易于机械化、自动化
模锻按使用的设备不同分为：
锤上模锻（固定模腔成形）
胎模锻
压力机上模锻
一、胎模锻造成形工艺及应用
在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的工艺方法。
两种方法：
胎模放在砧座上，将加热后的坯料放入胎模，锻制成形
自由锻预锻→胎模终锻成形
特点及应用——生产率较高，锻件质量好，节省材料，成本低，不需专用锻
造设备，模具简单，易制造，应用——小批量生产（也逐渐淘汰）。
二、固定模膛成形工艺的分类及设备
成型设备不同：锤上模镗成形工艺——大批量（蒸汽-空气锤、无砧座锤、高速锤）压力机上模镗成形工艺
设备：曲柄压力机、摩擦压力机、平锻机、模锻水压机等
§7-2 锻模模膛及其功用
（图7-2）锤上模锻用的锻模
模膛根据功用的不同，可分为：
模锻模膛（终锻模镗、预锻模镗）
制坯模膛：拔长模膛（图7-4）
（预先制坯）滚压模膛（图7-5）
弯曲模膛（图7-6）a)
切断模膛（图7-6）b）
终锻模镗——形状同锻件，尺寸比锻件放大一个收缩量。（图7-3）
预锻模镗——形状、尺寸与锻件接近，无飞边槽，圆角和斜度较大
[注] 按变形的模膛数：单膛锻模（如齿轮坯）
多膛锻模（图7-7）
§7-3 锤上模锻成形工艺设计
模锻生产的工艺规程包括：制订锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步（选模膛）、选择设备及安排修整工序等。
最主要是锻件图的制定和模锻工步的确定
一、模锻锻件图的制定
是设计和制造锻模、计算坯料、检查锻件的依据。
制定时应考虑如下几个问题：
1．选择模锻件的分模面
（图7-8）选d-d是最合理的
2．余量、公差及敷料
余量一般为1~4mm；
公差一般取在±0.3~3mm
3．模锻斜度（图7-9）
一般5°~15°α2-α1=2°~5°
4．模锻圆面半径（图7-10）
R＞r
5．留出冲孔连皮
d<25mm 孔一般不锻出
d>25mm 孔带冲孔连皮（图7-3）
连皮厚度s与d有关，d =30~80→s=4~8mm
（图7-11）齿轮坯模锻件图
粗实线——锻件的形状
双点划线——零件的轮廓形状
二、模锻工步的确定及模膛种类的选择
形状分长轴类锻件（图7-12）
盘类锻件（图7-13）
模锻工步确定后，再选择制坯模膛和模锻模膛。
[注]：修整工序——①切边和冲孔②热处理———正火、退火
③校正——防变形④清理——去氧化皮等
三、模锻成形件的结构工艺性
便于模锻生产，降低成本
原则：①②③④⑤
§7-4 压力机上模膛成形
由于模锻锤工作时震动、噪音大，劳动条件差，蒸汽效率低，能源消耗多等缺点。
近年来，大吨位模锻锤有逐步被压力机所取代趋势。
压力机有：摩擦压力机、曲柄压力机、平锻机、模锻水压机
一、摩擦压力机上模锻
（图7-17）工作原理
吨位350t~1000t
多用于中、小型锻件
特点：①②③④
——结构简单，造价低，投资少，使用维修方便，基建要求不高、工艺用途广泛。
中、小型工厂均有此类设备
二、曲柄压力机模锻
传动系统如（图7-18）
吨位2000~12000吨
特点：①②③④⑤
锻件精度高，生产率高，劳动条件好，节省金属等
适合于大批大量生产（造价高）
三、平锻机上模锻
（图7-19）传动图滑块水平运动
吨位500kN~31500kN（50～3150吨）
φ25mm~φ230mm 棒料
特点：①②③④⑤
§7-5 模锻件的缺陷
1．错模
2．欠压
3．局部充不满—无法修正
4．折纹——无法修正
5．凹坑
6．残留毛利
第八章板料的冲压成形工艺
利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法——板料的冲压成形
常温下进行的，又叫冷冲压或薄板冲压。
只有当板料厚度>8~10mm时，采用热冲压，
板料冲压的特点：
（1）可冲出形状复杂的零件，废料较少；
（2）产品精度高，表面粗糙度较低，互换性好；
（3）能获得质量轻、材料消耗少、强度和刚度较高的零件；
（4）操作简单，工艺过程便于机械化，自动化，生产率很高——成本低
故应用广泛，特别在汽车、拖拉机、航空、电器、仪表及国防等工业，占有极其重要的地位。
常用金属材料——低碳钢、铜合金、铝合金、镁合金及塑性高的合金钢等。
常用设备——剪床、冲床
冲压生产可进行多种工序，其基本工序：分离工序、变形工序
§8-1 分离工序
使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。
如：落料、冲孔、切断、精冲、修整等。
一、落料及冲孔（统称冲载）
使坯料按封闭轮廓分离的工序，其坯料变形过程和模具结构都是一样，只是取舍不同。
落料——被分离的部分为成品，而周边是废料
冲孔——被分离的部分为废料，而周边是成品
如：平面垫圈：制取外形——落料
制取内孔——冲孔
1．冲裁变形过程
冲裁件质量、冲裁模结构与冲裁时板料变形过程关系密切，
其过程分三个阶段
（1）弹性变形阶段（图8-1）
冲头接触板料后，继续向下运动的初始阶段，使板料产生弹性压缩、拉伸与弯曲等变形，板料中应力迅速增大。此时，凸模下的材料略有弯曲，凹模上的材料则向上翘，间隙↑→弯曲、上翘↑
（2）塑性变形阶段
冲头继续压入，应力值→屈服极限→塑性变形，变形达一定程度时，位于凸、凹模刃口处的材料硬化加剧——出现微裂纹；塑性变形阶段结束。
（3）断裂分离阶段
冲头继续压入，已形成的上、下微裂纹扩大——向内扩展，上、下裂纹相遇重合时，材料被剪断分离。
（图8-2）冲裁变形区的应力与变形情况和冲裁件的切断面的状况
圆角带
光亮带
断裂带
2．凸、凹模间隙
不仅严重影响冲裁件的断面质量，而且影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。
（图8-3a）间隙过小——上、下裂纹向外错开，且材料与凸、凹模之间的摩
擦力增加→冲裁力、卸料力、推件力↑，磨损加剧→模具寿命↓
（图8-3）c 间隙过大→上、下裂纹向内错开，光亮带减小，圆角带与锥度增大→厚大的拉长毛刺，冲裁的翘曲现象严重。
对于批量较大而公差又无特殊要求的冲裁件——采用“大间隙”冲裁，提高模具寿命。
（图8-3）b 间隙合适，上、下裂纹重合一线，冲裁力、卸料力、推件力适中，模具寿命足够，零件尺寸几乎与模具一样。
（表8-1）冲裁模合理间隙值
3．凸、凹模刃口尺寸的确定
落料、冲孔分别计算
设计落料模——落料件确定凹模刃口尺寸
取凹模作设计基准件→根据间隙z 确定凸模尺寸
（缩小凸模刃口尺寸保证间隙值）
设计冲孔模——冲孔件确定凸模尺寸，
取凸模作设计基准件——z 确定凹模尺寸
（用扩大凹模刃口尺寸保证间隙值）
4．冲裁力的计算
冲裁力是选用冲床吨位和检验模具强度的一个重要依据。
平刃冲模的冲裁力按下式计算
τS KL p ?=
p ——冲裁力（N ）
L ——冲裁周边长度（mm ）
S ——坯料厚度（mm ）
K ——系数，常取1.3
τ——材料抗剪强度（MPa ） 查手册，或取b δτ8.0=
5．冲裁件的排样
排样是指落料件在条料、带料或板料上合理布置的方法，排样合理可使废料最少，材料利用率↑
（图8-4）不同排样方式材料消耗对比
落料件的排样有两种类型：
无搭边排样——用落料件形状的一个边作为另一个落料件的边缘（图d ），
材料利用率很高，但毛刺不在同一平面上，且尺寸不易准确。
有搭边排样——各落料件之间均留有一定尺寸的搭边，
优点：毛刺小，且在同一平面上，尺寸准确，质量高，但材料消耗多。
二、修整
利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪裂带和毛刺→尺寸精度↑表面粗糙度↓
（图8-5）a 外缘修整
（图8-5）b 内孔修整
修整后，冲裁件公差等级IT6~IT7
表面粗糙度 Ra0.8~1.6μm
三、精密冲裁
公差IT6~IT8级，表面粗糙造度Ra0.8~0.4μm ，且生产率高。
基本出发点——改变冲裁条件，以增大变形区的静水压作用，抑制材料的断裂，使塑性剪切变形延续到剪切的全过程，与材料不出现剪裂纹的冲裁条件下实现材料的分离——得到断面光滑而垂直的精密零件。
（图8-6）精冲法与普通冲裁法所用模具的比较
§8-2 变形工序
变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序
如：拉深、弯曲、翻边、胀型、旋压等
一、拉深
1．拉深过程及变形特点
利用模具使平面坯料变成开口空心件的冲压工序；
可制成筒形、阶梯形、盒形、球形、锥形及其它复杂形状的薄壁零件。 （图8-7）拉伸变形过程示意图
2．拉深中常见的废品及防止措施
最危险部位——直壁与底部过渡圆角处，
拉应力>材料强度极限时——拉裂
防裂措施
（1）正确选择拉深系数
D
d m d ——拉深件直径； D —— 坯料直径 m ↓→d ↓→变形程度↑易成拉裂
一般m ≥0.5~0.8
[注] 若m 过小——可采用多次拉深（图8-9）
（2）合理设计拉深模工作零件
凸、凹模圆角半径——过小，易拉裂
凸、凹模间隙——z=（1.1~1.2）s （比冲裁模大）
（3）注意润滑
摩擦↓→磨损↓→加润滑剂
（图8-10）起皱拉深件
（图8-11）有压边圈的拉深
3．毛坯尺寸及拉深力的确定
毛坯尺寸计算——拉深前后的面积不变原则进行
最大拉伸力（圆筒件）
s r d D F s b ?--+=))((3max 凹δδ （具体说明P132）
二、弯曲
坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序。（图8-12）
坯料内侧—受压
外侧——受拉
弯曲时，尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直（8-13）以免破裂
三、其它冲压成形
1．胀形
主要用于平板毛坯的局部胀形（或叫起伏成形），
如：压制凹坑、加强筋、花纹、标记等。
胀形时，毛坯两向拉应力状态，不会产生失稳起皱现象——零件表面光滑、质量好
模具：刚模
软模（图8-14）——广泛采用
2．翻边
在坯料的平面部分或曲面部分上使板料沿一定的曲率翻成竖立边缘的冲压成形工序。
内孔翻边——（图8-15） 不变薄翻边——
外缘翻边—— 变薄翻边——
3．旋压
（图8-16）旋压过程示意图
旋压的基本要点 合理的转速
合理的过渡形状
合理加力
§8-3 冲模的分类和构造
一、简单冲模（图8-17）
二、连续冲模（图8-18）
三、复合冲模（图8-19）
第九章金属的其它塑性成形工艺
科学技术的不断发展，压力加工要求越高，不仅要生产各种毛坯，而且还要直接生产出各种形状复杂的零件；
不仅能用易变形材料加工，而且还要用更难变形的材料进行生产
近年来，出现了许多新工艺、新技术
如：超塑性成形、粉末锻造、零件的挤压、精密模锻、零件的轧制、液态模锻、高能高速成形等。
新工艺特点
①尽量使锻压件的形状接近零件的形状，以便少、无屑加工，节省原材料、切削加工工作量，提高力学性能和使用性能；
②具有更高的生产率；
③减小变形力，可在较小锻压设备上制造出大锻件；
④广泛利用电加热和少氧化、无氧化加热，提高锻件表现质量，改善劳动条件。
§9-1 零件的挤压
使坯料在挤压筒中受强大的压力作用而变形的加工方法。
一、挤压特点
①坯料在三向受压状态下变形，故可提高金属坯料的塑性。
挤压材料不仅有铝、钢等塑性好的非铁金属，而且碳钢、合金结构钢、不锈钢及工业纯铁等也可用挤压工艺成形。
在一定的变形量下某些高碳钢、轴承钢、甚至高速钢等也可进行挤压。
②可挤压动各种形状复杂、深孔、薄壁、异型断面的零件。
③零件精度高，表面粗糙度低
一般尺寸精度为IT6~IT7，表面粗糙度Ra3.2~0.4
④提高了零件的力学性能（纤维组织连续）
⑤节约原材料，材料利用率可达70%，生产率也高。
二、分类
1．按金属流动方向和凸模运动方向分类
①正挤压
金属流动方向与凸模运动方向相同（图9-1）
②反挤压
金属流动方向与凸模运动方向相反（图9-2）
③复合挤压
挤压时，坯料一部分金属的流动方向与凸模运动方向相同，而另一部分则相反（图9-3）
④径向挤压
金属流动方向与凸模运动方向成90°角（图9-4）
2．按金属坯料所具有的温度分类
①热挤压
挤压时坯料变形温度高于材料的再结晶温度，与锻造温度相同。
热挤压变形抗力小，允许每次变形程度较大，但产品表面粗糙。
广泛用于冶金部门中生产铝、铜、镁及其合金的型材和管材。
②冷挤压
坯料变形温度低于材料再结晶温度（经常在室温下）的挤压工艺。
其变形抗力比热挤压高得多，但产品表现光洁，内部组织为加工硬化组织→提高了产品强度。
广泛用于制造机器零件和毛坯。
③温挤压
介于热挤压和冷挤压之间的挤压方式，将金属加热到再结晶温度以下的某个合适温度（100~800℃）进行挤压。
不仅可挤压中碳钢，也可挤压合金钢零件。
此外，还有静液挤压方法（图9-5），凸模与坯料不直接接触，给液体加压（30000个大气压以上），液体传给坯料，使金属通过凹模而成形。
变形较均匀，挤压力较小，用于低塑性材料
[注]挤压设备——专用挤压机（液压式、曲轴式、肘杆式），也可在改进的曲柄压力机或摩擦压力机上进行。
§9-2 零件的轧制
轧制——除生产型材、板材和管材外，还可生产各种零件。
零件的轧制具有生产率高、质量好，成本低，并可大量减少金属材料的消耗。
一、零件轧制的特点
①设备结构简单，吨位小
②劳动条件好，易机械化，自动化，生产率高
③模具价廉——球墨铸铁、冷硬铸铁
④质量好，力学性能好
⑤材料利用率高（90%以上）
二、零件轧制的类型
根据轧辊轴线与坯料轴线不同，分为：纵轧、横轧、斜轧、楔横轧
1．纵轧
轧辊轴线与坯料轴线互相垂直的轧制方法。
包括各种型材轧制、辊锻轧制、辗环轧制
①辊锻轧制
（图9-6）把轧制工艺应用到锻造生产中，目前，成型辊锻适用于生产的三种类型锻件：
扁断面的长杆件，如板手，活动板手，链环等
带有不变形头部而沿长度方向横截面面积递减的锻件，如叶片
连杆成型辊锻
②辗环轧制（图9-7）
2．横轧
轧辊轴线与坯料轴线互相平行（如齿轮轧制）（图9-8）
3．斜轧
亦称螺旋斜轧、轧辊轴线与坯料轴线相交一定角度的轧制方法，如图9-9 b 钢球轧制
如图9-9 a 周期轧制（此外，丝杠冷轧）
4．楔横轧
利用两个表面镶有楔形凸块，并作同向旋转的平行轧辊对沿轧辊轴向送进的坯料进行轧制的方法（图9-10）
主要用于加工阶梯轴，锥形轴等各种对称的零件或毛坯。
§9-3 精密模锻
在模锻设备上锻造形状复杂，锻件精度高的模锻工艺
如：精密模锻伞齿轮，其齿形部分可直接锻出而不必再切削加工
尺寸精度可达IT12～IT15 Ra3.2~1.6
一、工艺过程（图9-20）
二、工艺特点
①②③④⑤⑥
§9-4 多向模锻
将坯料放于锻模内，用几个冲头从不同方向同时或先后对坯料加压，以获得形状复杂的精密锻件（图9-21）
凹面、凸肩、多向孔穴等，不需模锻斜度
一、优点
1．提高材料利用率、节约金属材料（40％～90％）
2．提高力学性能——强度↑30%以上
3．降低劳动强度
4．节约设备，提高劳动生产率
5．应用范围广
二、局限性
①需专用压力机，大吨位设备
②电力消耗量大（感应电加热，或气体保护无氧化加热）
③要求严格（毛坯尺寸）——精密计算或试料
§9-5 径向（旋转）锻造
（图9-22）两个以上锻模高频率、短冲程施加径向脉冲打击力——坯料径向尺寸减小、轴向尺寸增大。
（图9-23）径向锻造形式，
特点及应用——
§9-6 液态模锻
铸造+锻造组合工艺，
在压力铸造基础上发展起来。
一、工艺过程（图9-26）
工艺流程：原材料配制→熔炼→浇注→加压成形→脱模——灰坑冷却→热处理→检验→入库
设备：液压机
二、工艺的主要特点
①成形时，液态金属在压力下完成结晶凝固
②已凝金属在压力作用下——塑性变形（静压）
③对材料选择范围宽
§9-7 粉末锻造
一、原理
粉末冶金成形法+锻造（工序如图9-27）
二、优点
①材料利用率高（90%以上）
②力学性能高
③锻件精度高，表面光滑
④生产率高
⑤压力小
⑥可加工热塑性的材料
§9-8 超塑性成形
超塑性——金属或合金在特定条件下，其相对延伸率δ超过100%以上特性。
如：钢超过500%，纯钛超过300%，
它极易成形，可采用多种工艺制出复杂零件。
一、超塑性成形工艺的应用
1．板料冲压（图9-28）
2．板料气压成形（图9-29）
3．挤压和模锻
高温合金及钛合金常态下塑性很差，变形抗力大，若超塑性状态下模锻，克服缺点，节约材料，降低成本
二、工艺特点
①②③④
§9-9 高能高速成形
在极短时间内释放高能量而使金属变形的成形方法。
§9-10 冷镦与电镦
局部镦粗
（图9－17）冷镦（主要标准件）
（图9－18）电镦工作原理
（图9－19）电镦气门
[附] 各种压力加工方法比较表
课程设计说明书 泵盖铸造工艺设计 院系：机械工程学院 专业：材料成型及控制工程 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 时间：
目录 1.铸造工艺分析 (1) 1.1零件介绍 (1) 1.2零件生产方式选择 (1) 1.3技术要求分析 (1) 1.4 合金铸造性能分析 (2) 2.确定铸造工艺方案 (2) 2.1确定铸造方法 (2) 2.2确定浇注位置和分型面 (2) 2.3确定型内铸件数目 (3) 2.4不铸出孔及槽的确定 (3) 2.5机械加工余量和铸造圆角的确定 (3) 2.6起模斜度和分型负数的确定 (5) 2.7砂芯的确定 (7) 2.8铸造收缩率的确定 (7) 2.9冒口的确定 (7) 2.10浇注系统的确定 (8) 3.芯盒的设计 (9) 3.1芯盒材质和分盒方式的确定 (9) 4.总结 (9) 参考资料 (10)
1.铸造工艺分析 零件简介： 1.1零件介绍： 零件名称：泵盖 零件材料：HT200 1.2零件生产方式选择： 大批量生产，零件图如下：
1.3技术要求分析 按照国家标准，对于HT200，其抗拉强度应达到200Mpa。铸件在使用时工作条件较好，但此铸件需起隔爆作用，按照技术要求，需在粗加工后进行时效处理及相应的热处理工艺。另外，铸件清砂后，焖火铲除毛刺喷砂后喷G04-6铁红过氯乙烯底漆。除此外无特殊技术要求。 注：其中φ21H7内孔为重要加工面，不允许存在气孔、夹砂等铸造缺陷。 1.4 合金铸造性能分析 灰铸铁具有良好的铸造性能： （1）流动性。灰铸铁的熔点较低，结晶温度范围较小，在适宜的浇注温度下，具有良好的流动性，容易填充形状复杂的薄壁铸件，且不易产生气孔、浇不足、冷隔等缺陷。 （2）收缩性。灰铸铁的浇注温度较低，凝固中发生共析石墨化转变，使其线收缩小，产生的铸造应力也较小，所以铸件出现翘曲变形和开裂的倾向以及形成缩孔、缩松的倾向都较小。 （3）灰铁充型能力好，强度较高，耐磨、耐热性好，减振性良好，铸造性较好，但需人工时效。 2.确定铸造工艺方案 2.1确定铸造方法 铸件材质为HT200，，其轮廓尺寸25×φ110，属中小件，联结结构合理，符合灰铸铁铸造要求，可以进行铸造工艺设计。采用湿砂型机器造型大批量生产。 采用湿砂型机器脱箱造型，热芯盒水玻璃砂射芯机制芯。 2.2确定浇注位置和分型面 浇注位置选择原则： （1）重要加工面应朝下或呈直立状态； （2）铸件的大平面应朝下； （3）应有利于铸件的补缩； （4）应保证铸件有良好的金属液导入位置，保证铸件能充满； （5）应尽量少用或不用砂芯； （6）应使合型、浇注和补缩位置一致。
名词解释 1.材料成形技术：利用生产工具对各种原材料进行增值加工或处理，材料制备成具一定结构形式和形状工件的方法 2.液态成型：将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法 3.逐层凝固：纯金属和共晶成分的合金在凝固中不存在固液两相并存的凝固区，所以固液分界面清晰可见，一直向铸件中心移动（铸铁） 4.糊状凝固：铸件在结晶过程中，当结晶温度范围很宽且铸件界面上的温度梯度较小，则不存在固相层，固液两相共存的凝固区贯穿整个区域（铸钢） 5.同时凝固原则：铸件相邻各部位或铸件各处凝固开始及结束的时间相同或相近，甚至是同时完成凝固过程，无先后的差异及明显的方向性 6.顺序凝固原则：在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口本身凝固。 7.均衡凝固原则：利用铸铁件石墨的共晶膨胀消除缩松的工艺方式 8.砂型铸造：以型砂（SiO2）为铸型、在重力下充型的液态成形工艺方法 9.金属型铸造：以金属为铸型、在重力下的液态成形方法。 10.熔模铸：以蜡为模型，以若干层耐火材料为铸型材料，成形铸型后，熔去蜡模形成型腔，最终在重力下成形的液态成形方法 11.压力铸：把液态或半液态的金属在高压作用下，快速充填铸型，并在高压下凝固而获得铸型的方法 12.低压铸造：是液态金属在较小的压力（20—80Kpa）作用下，使金属液由下而上对铸型进项充型，并在此压力下凝固成型的铸造工艺 13.反重力铸造：液态金属在与重力相反方向力的作用下完成充型，凝固和补缩的铸造成型 14.离心铸造：将液态金属浇注到高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填型腔并凝固成型的方法 15.消失模铸造：用泡沫塑料制成带有浇冒系统的模型，覆上涂料，用干砂造型，无需取模，直接浇注的铸件方法 16.浇注系统：液态金属流入型腔的通道的总称，通常由浇口杯，直浇道，直浇道窝，横浇道和内浇道组成 17.阻流界面：在浇注系统各组元中，截面积最小的部分称为阻流截面 18.集渣包：横浇道上被局部加大加高的部分 19.浇口比：直浇道，横浇道，内浇道截面积之比 20.热节：在壁的相互连接处由于壁厚增加，凝固速度最慢，最容易形成收缩类缺陷 分型面：两半铸型相互接触的表面。分为平直和曲面。作用：便于造型、下芯和起模具。 21.砂芯：为了起模方便并形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位，所采用的砂块 22.芯头：伸出铸件以外不与金属液接触的砂芯部分芯头种类：垂直芯头、水平芯头、特殊结构的芯头 23.冒口：铸型内用于储存金属液的空腔，在铸件凝固过程中补给金属，起到防止缩孔，缩松，排气和集渣的作用 冒口=冒口区+轴线缩松区+末端区 24.冒口的补缩距离：冒口补缩后形成的致密冒口区和致密末端区之和 25.补贴：为实现顺序凝固和增强补缩效果，在靠近冒口的壁厚上补加倾斜的金属块 26.均衡凝固：利用铸铁件石墨的共晶膨胀消除缩松的工艺方法 27.缩孔与缩松：液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的称为锁孔，细小而分散的称为缩松 28.收缩时间分数：铸铁件表观收缩时间与铸件凝固时间的比值 29.补缩量：铸件从浇注系统，冒口抽吸的补缩液量收缩模数：均衡凝固时均衡点的模数 30.复合材料：由有机高分子，无机非金属和金属等几类不同材料人工复合而成的新型材料。它既保留原组分的主要特征，又获得了原组分不具备的优越性能 31.机械加工余量：在铸件加工表面上流出的、准备切削去的金属厚度。 32.冒口补缩通道：末端多了一个散热面，散热快—构成一个朝向冒口而递增的温度梯度；存在平行于轴线的散热表面，形成一个朝向冒口的楔形的补缩通道 33.工艺出品率：铸件质量占铸件及浇注系统（含冒口）质量的比例 34.反重力铸造：指液态金属在与重力方向相反方向力的作用下完成充型，补缩和凝固过程的铸造成型方法 35.离心铸造：指将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填型腔并凝固成型的方法
《铁－石墨自生金属型特种成型技术》的优越性 我公司重点项目为：《铁－石墨自生金属型特种成型技术》 我公司与上海交通大学材料系联合研发该项技术：《铁-石墨自生金属型特种成型技术》，技术水平处于国内领先地位，该技术及利用该技术生产的产品（FPM件主要用于汽车、机床、压缩机和液压件等）填补了省内空白。该技术是把铁碳合金在金属模中高速冷却，使得微观组织中的石墨形成致密的珊瑚状（具有分支的纤维），均匀分布在基体组织中。这种珊瑚状石墨由于是在合金液凝固过程中通过冷却速度的控制和加入微量元素而得到的，无须外加加入非金属强化材料（纤维或粒子），故被认为是自生复合材料。由于石墨本身具有优良的润滑性能，当该材料用于耐磨件时，一方面，石墨有润滑作用，另一方面，石墨剥落形成的显微凹坑可以在摩擦面上形成储油腔，使得在工件相互运动时可在配合面形成一层均匀的油膜，对材料起到保护作用．因此，铁－石墨自生复合材料作为高强度耐磨材料，具有广泛的用途。 表8 典型金属型铸铁化学成分、组织与性能
注：1.表中化学成分含量百分数皆指质量分数。 2.净化球墨铸铁铁液，控制Ti、Pb、S、Mn、Cu等元素对金属型球铁质量也十分重要。 ①Mg：高冷却速度（铜）型薄壁件低硫铁液加Mg0.01%即可使石墨完全球化。过高残Mg是造成多种金属型球墨铸铁件废、次品的主因。 ②P：增加流动性，又可防热裂，有的加到3.6%[53]。还加Sb0.02%～0.04%53]。磷加于炉料中的效果比加于铁液中明显。 ③Ti对灰铸铁可增加铁液过冷度，促进生成D型石墨。低CE作用明显。为保护机加工刀具Ti＜0.075%。 该技术的主要优越性及先进性体现为：环境与资源是当今世界的两个重大课题。如何保护环境、节约资源是目前各国铸造工作者迫切追求的目标。为了实现这一目标，人们提出了绿色集约化铸造（绿色材料环境材料）的概念。所谓绿色集约化铸造是指铸造整个生产过程中应满足对环境无害、合理使用和节约自然资源、依靠科学技术得到最大的产出和效益等几个要求。所谓绿色材料是指资源和能源消耗小、对生态环境影响小、再生循环利用率高或可降解使用的具有优异实用性能的新型材料。按照这些要求，如前所述“铁－石墨自生金属型特种成型技术”代表了这一趋势。它除了在材料微观组织结构的优点，还摈弃了铁合金铸造中采用的砂型铸造的污染严重，劳动强度大等落后的生产方法。该技术生产的铸铁可保证致密无气孔、缩孔、缩松，工艺出品率高；铸铁尺寸精度高，表面光洁，加工量少且易加工（退火后）；结晶细，性
铸造工艺课程设计课程教学改革研究 结合《铸造工艺课程设计》实践教学的实际教学中存在的问题，采取及时更新工艺设计题目、增设工艺设计方案验证环节、引入任务驱动型自主学习模式、强化教师实践教学能力以及改善考核方法等一系列措施，从而有效提高学生的工程实践能力和自主学习能力，以适应铸造行业对人才的需求。《铸造工艺课程设计》作为材料成型及控制工程专业的重要实践教学环节，其教学目标是能够运用所学铸造理论及工艺设计知识比较系统地学习掌握铸造工艺及工装设计方法，使学生能够制定出比较合理的铸造工艺，并设计出结构合理的工装模具；同时通过课程设计，也使学生进一步提高设计绘图能力、查阅工艺设计资料的基本技能以及分析解决铸造工程实际问题的能力，以满足铸造行业用人需求。然而在《铸造工艺课程设计》实践教学过程中还存在一些不足之处。（1）课程设计题目陈旧且数量较少现有题目陈旧，缺乏时效性，与铸造生产实际脱节，致使学生的专业素质很难达到铸造行业的需求。图纸数量较少，难以满足1人1题，甚至需要多人共用1题或每年重复使用，这就导致存在学生之间相互抄袭或抄袭往届学生作品的现象，不利于培养学生具备独立自主从事铸造工艺设计工作的能力。（2）缺乏工艺验证环节课程设计通常只包括工艺设计、工装设计以及设计说明书的撰写等内容，而不进行实际生产验证，这就导致学生无法判断工艺设计方案的合理性及可行性。（3）教师指导不足通常1名老师指导1个班级的课程设计工作，人数在40人左右，这就导致指导教师无法详细指导每位学生。（4）考核评价机制不够全
面课程考核更侧重于图纸质量以及设计说明书的规范性，而忽略了对设计过程中学生的自主性、创新性及工程实践应用能力的考核与评价。鉴于此，以《铸造工艺课程设计》核心课程建设为契机，本文归纳总结了铸造工艺课程设计实践教学中所采取的的改革与实践方法。 1.及时更新工艺设计题目 铸造工艺课程设计题目要做到推陈出新，以激发学生的设计热情。为此建立了以企业实际在生产零件为主的课程设计零件图纸库，且图纸数量要多于专业人数，且要保证每年有10%以上的题目更新，以保证课程设计与企业生产实际接轨。图纸库的建立与更新由教研室每年定期审核通过，以保证图纸的规范性及零件结构复杂程度适中。课程设计分配设计任务时，保证1人1题，且指导教师要综合考虑所带学生的设计基础差异问题，题目的选择与分配要有难度区分，并在课程设计任务分配时给出明确说明及评分标准。 2.增设工艺设计方案验证环节 本课程增设了工艺设计方案验证环节，有两种不同方式可供学生自主选择。第一种验证方法是引入Procast及AnyCasting等铸造模拟软件对铸件充型、铸造温度场以及铸造缺陷出现的位置和数量等进行模拟分析，进而优化工艺设计方案。模拟仿真环节的引入有利于学生发现和解决工艺设计中存在的问题，使铸造工艺设计更符合铸造生产实际，同时也提高了学生学习与应用软件的能力。第二种验证方法则是按照其工艺设计方案进行实际铸造生产，铸造生产可直接在校内铸造生产实训中心进行，该中心不仅有砂型铸造所需设备及原材料，且
2.1 确定零件材料及牌号 零件的支座的零件图如图所示，其轮廓尺寸为Φ80×200×110，平均壁厚30，支座底部需螺栓固定，留有2个螺栓孔，尺寸Φ15，可在铸件完成后切削加工，且有一定的表面精度要求。 支架在铸造过程中，应该选用灰铸铁作为材料。灰铸铁流动性好，易浇注，且收缩率最小，并且随着含碳量的增加而减少，使铸件易于切削加工。采用砂型铸造，简单而且工艺性好。 此铸铁为200×110mm的灰铸铁件，其型号应为HT150。
2.2 铸造方案的拟定 2.2.1 铸型种类的选择 支座零件具有内腔，小孔，圆角，凸台以及锥角，形状较为复杂，表面质量无特殊要求，最大轮廓尺寸为200mm，应选用砂型铸造成形。又采用小批量生产，所以铸件类型应使用湿砂型铸造。这样灵活性大，生产率高，生产周期短，便于组织流水生产，易于实现机械化和自动化，材料成本低，节省烘干设备、燃料、电力等。模样采用金属模是合理的。 2.2.2 画出零件图 图2 零件图
2.3 分型面的确定 2.3.1分型选择原则 分型面是指两半铸型相互接触的表面。分型面的优劣在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。应满足以下要求 1.应使铸件全部或大部分置于同一半型内 2.应尽量减少分型面的数目 3.分型面应尽量选用平面 4.便于下芯、合箱和检测 5.不使砂箱过高 6.受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度 7.注意减轻铸件清理和机械加工量 2.3.2 几种分型方案 初步对支座进行分析，有以下四种方案Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，如图3所示
图3 分型方案图 2.3.3 分析各个方案的优缺点 Ⅰ方案以支架的底面为分型面在分型面少而平的原则中，其分型面数量不仅少而且还平直，铸件全部放在下型，既便于型芯安放和检查，又可以使上型高度减低而便于合箱和检验壁厚，还有利于起摸及翻箱操作。 Ⅱ方案铸件没有能尽可能的位于同一半型内，这样会因为合箱对准误差使铸件产生偏错。也有可能因为合箱不严在垂直面上增加铸件尺寸。
铸造生产的工艺流程 铸造生产是一个复杂的多工序组合的工艺过程，它包括以下主要工序： 1）生产工艺准备，根据要生产的零件图、生产批量和交货期限，制定生产工艺方案和工艺文件，绘制铸造工艺图； 2）生产准备，包括准备熔化用材料、造型制芯用材料和模样、芯盒、砂箱等工艺装备； 3）造型与制芯； 4）熔化与浇注； 5）落砂清理与铸件检验等主要工序。 成形原理 铸造生产是将金属加热熔化，使其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的铸型型腔中，在重力或外力（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却并凝固成铸件（或零件）的一种金属成形方法。 图1 铸造成形过程
铸件一般作为毛坯经切削加工成为零件。但也有许多铸件无需切削加工就能满足零件的设计精度和表面粗糙度要求，直接作为零件使用。 型砂的性能及组成 1、型砂的性能型砂（含芯砂）的主要性能要求有强度、透气性、耐火度、退让性、流动性、紧实率和溃散性等。 2、型砂的组成型砂由原砂、粘接剂和附加物组成。铸造用原砂要求含泥量少、颗粒均匀、形状为圆形和多角形的海砂、河砂或山砂等。铸造用粘接剂有粘土（普通粘土和膨润土）、水玻璃砂、树脂、合脂油和植物油等，分别称为粘土砂，水玻璃砂、树脂砂、合脂油砂和植物油砂等。为了进一步提高型（芯）砂的某些性能，往往要在型（芯）砂中加入一些附加物，如煤份、锯末、纸浆等。型砂结构，如图 2 所示 图2 型砂结构示意图 工艺特点 铸造是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对于有些脆性金属或合金材料（如各种铸铁件、有色合金铸件等）的零件毛坯，铸造几乎是唯一的加工方法。与其它加工方法相比，铸造工艺具有以下特点： 1）铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。铸件材料可以是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料；铸件可以小至几克，大到数百吨；铸件壁厚可以从0．5 毫米到1 米左右；铸件长度可以从几毫米到十几米。 2）铸造可以生产各种形状复杂的毛坯，特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。 3）铸件的形状和大小可以与零件很接近，既节约金属材料，又省切削加工工时。 4）铸件一般使用的原材料来源广、铸件成本低。 5）铸造工艺灵活，生产率高，既可以手工生产，也可以机械化生产。 铸件的手工造型手工造型的主要方法砂型铸造分为手工造型（制芯）和机器造型（制芯）。手工造型是指造型和制芯的主要工作均由手工完成；机器造型是指主要的造型工作，包括填砂、紧实、起模、合箱等由造型机完成。泊头铸造工量具友介绍手工造型的主要方法：手工造型因其操作灵活、适应性强，工艺装备简单，无需造型设备等特点，被广泛应用于单件小批量生产。但手工造型生产率低，劳动强度较大。手工造型的方法很多，常用的有以下几种： 1．整模造型 对于形状简单，端部为平面且又是最大截面的铸件应采用整模造型。整模造型操作简便，造型时整个模样全部置于一个砂箱内，不会出现错箱缺陷。整模造型适用于形状简单、最大截面在端部的铸件，
前言 铸造工艺学课程就是培养学生熟悉对零件及产品工艺设计的基本内容、原则、方法与步骤以及掌握铸造工艺与工装设计的基本技能的一门主要专业课。课程设计则就是铸造工艺学课程的实践性教学环节,同时也就是我们铸造专业迎来的第一次全面的自主进行工艺与工装设计能力的训练。在这个为期两周的过程里,我们有过紧张,有过茫然,有过喜悦,从中感受到了学习的艰辛,也收获到了学有所获的喜悦,回顾一下,我觉得进行铸造工艺学课程设计的目的有如下几点: 通过课程设计实践,树立正确的设计思想,增强创新意识,培养综合运用铸造工艺学课程与其她先修课程的的理论与实际知识去分析与解决实际问题的能力。 通过制定与合理选择工艺方案,正确计算零件结构的工作能力,确定尺寸,掌握了浇冒口的作用及其原理,具有正确设计浇冒口系统的初步能力;掌握铸造工艺与工装设计的基本技能。 熟悉型砂必须具备的性能要求,原材料的基本规格及作用,并初步具备分析与解决型砂有关问题的能力。 熟悉涂料的作用、基本组成及质量的控制;了解提高铸件表面质量与尺寸精度的途径。 了解合金在铸造过程中容易产生的铸造缺陷以及采取相关的防止途径,并初步具备分析、解决这类缺陷的基本解决途径 学习进行设计基础技能的训练,例如:计算、绘图、查阅设计资料与手册等。 目录 第一章零件铸造工艺分析 (4) 1、1零件基本信息 (4) 1、2材料成分要求 (4) 1、3铸造工艺参数的确定 (4) 1、3、1铸造尺寸公差与重量公差 (5) 1、3、2机械加工余量 (5) 1、3、3铸造收缩率 (5) 1、3、4拔模斜度 (5) 1、4其她工艺参数的确定 (5) 1、4、1工艺补正量 (5) 1、4、2分型负数 (5) 1、4、3非加工壁厚的负余量 (5)
熔模铸造工艺流程 模具制造 制溶模及浇注系 统 模料处理 模组焊接 模组清洗 上涂料及撒砂 涂料制备 重
复 型壳干燥(硬化 多 次 脱蜡 型壳焙烧 浇注 熔炼 切 割 浇 口 抛 光 或 机
工 钝化 修整焊补 热处理 最后清砂 喷丸或喷砂 磨内
口 震 动 脱 壳 模料 制熔模用模料为日本牌号：K512模料 模料主要性能： 灰分≤0.025% 铁含量灰分的10% ≤0.0025% 熔点 83℃-88℃（环球法）60℃±1℃ 针入度 100GM（25℃）3.5-5.0DMM 450GM（25℃）14.0-18.0DMM 收缩率 0.9%-1.1% 比重 0.94-0.99g/cm3 颜色新蜡——兰色、深黄色 旧蜡——绿色、棕色
蜡（模）料处理 工艺参数： 除水桶搅拌时温度 110-120℃ 搅拌时间 8-12小时 静置时温度 100-110℃ 静置时间 6-8小时 静置桶静置温度 70-85℃ 静置时间 8-12小时 保温箱温度 48-52℃ 时间 8-24小时 二、操作程序 1、从脱蜡釜泄出的旧蜡用泵或手工送到除水桶中，先在105-110℃下置6-8小时沉淀，将水分泄掉。 2、蜡料在110-120℃下搅拌8-12小时，去除水份。 3、将脱完水的蜡料送到70-85℃的静置桶中保温静置桶中保温静置8-12小时。 4、也可将少量新蜡加入静置桶中，静置后清洁的蜡料用手工灌到保温箱蜡缸中，保温温度48-52℃，保温时间8-24小时后用于制蜡模。
5、或把静置桶中的回收蜡料输入到气动蜡模压注机的蜡桶中，保温后压制浇道。 三、操用要点 1、严格按回收工艺进行蜡料处理。 2、除水桶、静置桶均应及时排水、排污。 3、往蜡缸灌蜡时，蜡应慢没缸壁流入，防止蜡液中进入空气的灰尘。 4、蜡缸灌满后应及时盖住，避免灰尘等杂物落入。 5、经常检查每一个桶温，防止温度过高现象发生。 6、作业场地要保持清洁。 7、防止蜡液飞溅。 8、严禁焰火，慎防火灾。 压制蜡（熔）模 一、工艺参数 室温20-24℃压射蜡温50-55℃ 压射压力0.2-0.5Mpa 保压时间10-20S 冷却水温度15±3℃ 二、操作程序
热加工工艺课程设计支座铸造工艺设计 院系：工学院机械系 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 时间：
黄河科技学院课程设计任务书 工学院机械系机械设计制造及其自动化专业 2011级 1班 学号姓名指导教师 设计题目: 支座铸造工艺设计 课程名称:热加工工艺课程设计 课程设计时间：5 月 22 日至 6 月 6 日共 2 周 课程设计工作内容与基本要求(已知技术参数、设计要求、设计任务、工作计划、所需相关资料)（纸张不够可加页） 1、已知技术参数 图1 支座零件图 2、设计任务与要求 1）设计任务 1 选择零件的铸型种类，并选择零件的材料牌号。 2 分析零件的结构，找出几种分型方案，并分别用符号标出。 3 从保证质量和简化工艺两方面进行分析比较，选出最佳分型方案，标出浇注位 置和造型方法。 4 画出零件的铸造工艺图（图上标出最佳浇注位置与分型面位置、画出机加工余 量、起模斜度、铸造圆角、型芯及型芯头，图下注明收缩量） 5 绘制出铸件图。
2）设计要求 1设计图样一律按工程制图要求，采用手绘或机绘完成，并用三号图纸出图。 2 按所设计内容及相应顺序要求，认真编写说明书（不少于3000字）。 3、工作计划 熟悉设计题目，查阅资料，做准备工作 1天 确定铸造工艺方案 1天 工艺设计和工艺计算 2天 绘制铸件铸造工艺图 1天 确定铸件铸造工艺步骤 2天 编写设计说明书 3天 答辩 1天 4．主要参考资料 《热加工工艺基础》、《金属成形工艺设计》、《机械设计手册》 系主任审批意见： 审批人签名： 时间：2013年月日
支座铸造工艺设计 摘要 铸造是指将液态金属或合金浇注到与零件尺寸、形状相适应的铸型型腔里，待其冷却凝固后获得毛坯或零件的方法。铸造成形是机械类零件和毛坯成形的重要工艺方法之一，尤以适合于制造内腔和外形复杂的毛坯或零件。 本文主要分析了支座的结构，并根据其结构特点确定了它的砂型铸造工艺。支座是支撑其他零部件的重要承力零件，主要承受着径向压缩及轴向摩擦的作用，它具有结构稳定、形状简单、廉价实用等特点，故在机械零件的设计、加工制造中支座都起着不可替代的作用。 本文设计了支座的砂型铸造工艺，包括铸型（型芯）及造型方法的选择、分型面选择和浇注位置的确定、浇注系统及冒口的设置、落砂清理及检验等。绘制了铸件的零件图及铸造工艺图。本文还对支座的铸造质量指标（包括加工余量、拔模斜度、收缩率及变形等）进行了分析与评估，以便于工艺更好的完善。 关键词：砂型铸造，浇注，加工余量，拔模斜度，收缩率
第一篇金属的铸造成形工艺 第一章铸造成形工艺理论基础 §1-1 概述 金属液态成形工艺——铸造、液态冲压、液态模锻等 铸造（最广泛）——将液态合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，使其冷却凝固，得到毛坯或零件的成形工艺（生产方法）。 一、特点 1．能制成形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯： 如：阀体、泵体、叶轮、螺旋浆等 2．铸件的大小几乎不受限制，重量从几克到几百吨 3．常用的原材料来源广泛，价格低廉，成本较低，其应用及其广泛 （如：机床、内燃机中铸件70~80%，农业机械40~70%） 但铸造生产过程较复杂，废品率一般较高，易出现浇不足，缩孔，夹渣、气孔、裂纹等缺陷。 二、分类 铸造 砂型铸造——90%以上，成本低 特种铸造——熔模、金属型、压力、低压、离心 质量、生产率高，成本也高 §1-2 铸造的工艺性能 工艺性能——符合某种生产工艺要求所需要的性能 铸造性能——合金的流动性、收缩性、吸气性、偏析等 一、合金的流动性 1．概念 指液态合金本身的流动能力，它是合金主要的铸造性能，流动性愈强，愈便于浇铸出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。 同时，有利于非金属夹杂物和气体的上浮与排除，还有利于对合金冷凝过程所产生的收缩进行补缩。 流动性不好——浇不足、冷隔 [注]：流动性的测定——“螺旋形试样”（图1-1）
流动性愈好，浇出的试样愈长 灰铸铁、硅黄铜最好，铝合金次之，铸钢最差 2．影响合金流动性的因素 ①化学成分 共晶成分合金的结晶是在恒温下进行的，此时，液态合金从表层逐层向中心凝固，由于已结晶的固体层内表面比较光滑（图1-3a）对金属液的阻力较小。同时，共晶成分合金的凝固温度最低（铁碳合金状态图）。 相对说来，合金的过热度（浇注温度与合金熔点之温差）大，推迟了合金的凝固，故共晶成分合金的流动性最好。 除纯金属外，其它成分合金是在一定温度范围的逐步凝固，即经过液、固并存的两相区。此时，结晶是在截面上的一定宽度的凝固区内同时进行的，由于初生的“树枝状”晶体，使已结晶固体层的表面粗糙（图1-3b）所以，合金的流动性变差。 共晶生铁，流动性好。 [注]：降低金属液粘度——提高流动性 如加P—铸铁凝固温度、粘度↓→流动性好 但引起冷脆性（性能要求不高的小件） S→MnS→内摩擦（粘度↑）→流动性↓ ②浇注条件 浇注温度——温度↑→粘度↓过热度↑，保持液态时间长→流动性好，但过高→收缩增大，吸气增多，氧化严重→缩孔、缩松、气孔、粘砂等 控制浇注温度：灰铸铁：1200~1380℃ 铸铜：1520~1620℃ 铝合金：680~780℃ 浇注压力——压力愈大，流动性愈好 增加直浇口高度或采用压力铸造、离心铸造 ③铸型充填条件 铸型的蓄热能力——铸型材料的导热系数和比热愈大，对液态合金的“激冷” 能力愈强，流动性差。如：金属型比砂型铸造更容易产生浇不足等缺陷。 铸型中气体——在金属液的热作用下，型腔中气体膨胀，腔中气体压力增大——流动性差（阻力大） 改善措施：使型砂具有良好的透气性，远离浇口最高部位开设气口。 二、合金的收缩性
课程设计说明书（论文）课程名称：成型工艺及模具课程设计II 设计题目：端盖零件铸造工艺设计 院系： 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：
1、设计任务 1.1、设计零件的铸造工艺图 1.2、设计绘制模板装配图 1.3、设计并绘制所需芯盒装配图 1.4、编写铸造工艺设计说明书 2、生产条件和技术要求 2.1、生产性质：大批量生产 2.2、材料：HT200 2.3、零件加工方法： 零件上有多个孔，除中间的大孔需要铸造以外，其他孔在考虑加工余量后不宜铸造成型，采用机械方法加工，均不铸出。 造型方法：机器造型 造芯方法：手工制芯 2.4、主要技术要求： 满足HT200的机械性能要求，去毛刺及锐边，未注明圆角为R3－R5，未注明的筋和壁厚为8，铸造拔模斜度不大于2度，铸造表面不允取有缺陷。 3、零件图及立体图结构分析 3.1、零件图如下： 图1.零件主视图图2.零件左视图 3.2三维立体图如下： 图3.三维图（1） 图4.三维图（2） 4、工艺设计过程 4.1、铸造工艺设计方法及分析 4.1.1铸件壁厚 为了避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件不应太薄。铸件的最小允许壁厚与铸造的流动性密切相关。在普通砂型铸造的条件下，铸件最小允许壁厚见表1。 表1. 铸件最小允许壁厚引【1，表1-3】
查得灰铁铸件在100~200mm的轮廓尺寸下，最小允许壁厚为5~6mm。由零件图可知，零件中不存在壁厚小于设计要求的结构，在设计过程中，也没有出现壁厚小于最小壁厚要求的情况。 4.1.2造型、制芯方法 造型方法：该零件需批量生产，为中小型铸件，应创造条件采用技术先进的机器造型，暂选取水平分型顶杆范围可调节的造型机，型号为Z145A。 制芯方法：由生产条件决定，采用手工制芯。 4.1.3砂箱中铸件数目的确定 当铸件的造型方法、浇注位置和分型面确定后，应当初步确定一箱中放几个铸件，作为进行浇冒口设计的依据。一箱中的铸件数目，应该是在保证铸件质量的前提下越多越好。 本铸件在一砂箱中高约52mm，长约130mm，宽约100mm，重约2.75Kg。这里选用一箱四件，根据本铸件分型面的确定，可以先确定下箱的尺寸。根据铸件重量在<5kg时，查得模型的最小吃砂量a=20mm， h=30mm， c=40mm，d或e=30mm， f=30mm， g=200mm，其中各字母所代表的含义如图5所示。先确定下箱的尺寸，再根据表格可以选择标准的砂箱。选用Z145A顶杆式起模的震实式造型机，砂箱最大内尺寸为500mm X 400mm X 300mm。根据本铸件的大概尺寸，在设计中采用一箱四件，因为浇注系统位于上箱，所以上砂箱的高度我们还要考虑到浇注系统才可以确定。铸件在砂箱中的放置方式初步设计为图6所示方式。 图5. 最小吃砂量示意图图6. 铸件排布的初步设计 4.2、铸造工艺参数的确定 4.2.1铸件尺寸公差和重量公差 在实际生产中，铸件的实际尺寸和重量与设计图纸所规定的尺寸和重量相比，总会有一些偏差，这种偏差愈小，铸件的精度也愈高。但铸造过程中影响铸件精度的因素很多，如铸造收缩率等工艺参数的选择，分型面、浇冒口系统和砂芯的设计，造型和制芯的工艺操作以及工艺装备本身的精度等。如果其中某个因素处理不当，就会降低铸件的精度。也不应该不顾铸件的要求和具体生产条件，盲目提高对铸件的精度要求，否则会导致铸件成本的提高和使工艺复杂化，造成不必要的浪费。二级精度灰铸铁铸件的尺寸偏差如表2所示，重量偏差如表3所示。
科技大学 课程设计 课程设计名称：端盖铸造工艺设计学生姓名： 学院： 专业及班级： 学号： 指导教师： 2015 年7 月7 日
铸造工艺课程设计任务书 一、任务与要求 1．完成产品零件图、铸件铸造工艺图各一，铸造工艺图需要三维建模(完成3D图)。 2．完成芯盒装配图一。 3．完成铸型装配图一。 4. 编写设计说明书一份(15～20页)，并将任务书及任务图放置首页。 二、设计容为2周 1. 绘制产品零件图、铸造工艺图及工艺图的3D图(2天)。 2. 铸造工艺方案设计：确定浇注位置及分型面，确定加工余量、起模斜度、铸造圆角、收缩率，确定型芯、芯头间隙尺寸。(1天)。 3. 绘制芯盒装配图(1天)。 4. 绘制铸型装配图、即合箱图(包括流道计算共2天)。 5. 编制设计说明书(4天)。 三、主要参考资料 1. 亮峰主编，材料成形技术基础[M]，高等教育，2011. 2. 丁根宝主编，铸造工艺学上册[M] ，机械工业，1985. 3. 铸造手册编委会，铸造手册：第五卷[M] ，机械工业，1996. 4. 其文主编, 材料成形工艺基础(第三版)[M]，华中科技大学，2003.
摘要 本设计是端盖的铸造工艺设计。端盖的材料为QT400-15，结构简单，无复杂的型腔。根据端盖的零件图进行铸造工艺性分析，选择分型面，确定浇注位置、造型、造芯方法、铸造工艺参数并进行浇注系统、冒口和型芯的设计。在确定铸造工艺的基础上，设计模样、芯盒和砂箱，并利用CAD、Pro/E等设计软件绘制端盖零件图、芯盒装配图。 关键词：铸造；端盖；型芯
ABSTRACT This design is about the casting process of end cap. The material of end cap is QT400-15. The end cap without complex cavity owns simple structures. Select the right parting line, pouring position, modeling method ,core making method, parameters of casting by analyzing the part drawing, then design gating system, riser, core. After the design of casting process, accomplish the part drawing of end cap and assembly drawing of core box with the aid of design software such as CAD and Pro/E. Keywords:Cast; End cap; Core
前言 铸造工艺学课程是培养学生熟悉对零件及产品工艺设计的基本内容、原则、方法和步骤以及掌握铸造工艺和工装设计的基本技能的一门主要专业课。课程设计则是铸造工艺学课程的实践性教学环节，同时也是我们铸造专业迎来的第一次全面的自主进行工艺和工装设计能力的训练。在这个为期两周的过程里，我们有过紧张，有过茫然，有过喜悦，从中感受到了学习的艰辛，也收获到了学有所获的喜悦，回顾一下，我觉得进行铸造工艺学课程设计的目的有如下几点：通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用铸造工艺学课程和其他先修课程的的理论与实际知识去分析和解决实际问题的能力。 通过制定和合理选择工艺方案，正确计算零件结构的工作能力，确定尺寸，掌握了浇冒口的作用及其原理，具有正确设计浇冒口系统的初步能力；掌握铸造工艺和工装设计的基本技能。 熟悉型砂必须具备的性能要求，原材料的基本规格及作用，并初步具备分析和解决型砂有关问题的能力。 熟悉涂料的作用、基本组成及质量的控制；了解提高铸件表面质量和尺寸精度的途径。 了解合金在铸造过程中容易产生的铸造缺陷以及采取相关的防止途径，并初步具备分析、解决这类缺陷的基本解决途径 学习进行设计基础技能的训练，例如：计算、绘图、查阅设计资料和手册等。
目录 零件铸造工艺分析 (4) 零件基本信息 (4) 材料成分要求 (4) 铸造工艺参数的确定 (4) 铸造尺寸公差和重量公差 (5) 机械加工余量 (5) 铸造收缩率 (5) 拔模斜度 (5) 其他工艺参数的确定 (5) 工艺补正量 (5) 分型负数 (5) 非加工壁厚的负余量 (5) 反变形量 (5) 分芯负数 (6) 铸造三维实体造型 (6) 上冠件图纸技术要求 (6) 上冠件结构工艺分析 (6) 基于UG零件的三维造型 (6) 软件简介 (6) 零件的三维造型图 (6) 第三章铸造工艺方案设计 (7) 工艺方案的确定 (7) 铸造方法 (7) 型（芯）砂配比 (8) 混砂工艺 (8) 铸造用涂料、分型剂及修补材料 (8) 铸造熔炼 (8) 熔炼设备 (9) 熔炼工艺 (9) 分型面的选择 (9) 砂箱大小及砂箱中铸件数目的确定 (10) 砂芯设计及排气 (11) 芯头的基本尺寸 (11) 芯撑、芯骨的设计 (12) 砂芯的排气 (12) 第四章浇冒系统的设计及计算 (12) 浇注系统的类型及选择 (12) 浇注位置的选择 (12)
铸造工艺设计： 就是根据铸造零件的结构特点,技术要求,生产批量和生产条件等,确定铸造方案和工艺参数,绘制铸造工艺图,编制工艺卡等技术文件的过程.设计依据： 在进行铸造工艺设计前,设计者应掌握生产任务和要求,熟悉工厂和车间的生产条件,这些是铸造工艺设计的基本依据.设计内容： 铸造工艺设计内容的繁简程度,主要决定于批量的大小,生产要求和生产条件.一般包括下列内容： 铸造工艺图,铸件(毛坯)图,铸型装配图(合箱图),工艺卡及操作工艺规程.设计程序： 1零件的技术条件和结构工艺性分析;2选择铸造及造型方法;3确定浇注位置和分型面;4选用工艺参数;5设计浇冒口,冷铁和铸肋;6砂芯设计;7在完成铸造工艺图的基础上,画出铸件图;8通常在完成砂箱设计后画出;9综合整个设计内容.铸造工艺方案的内容： 造型,造芯方法和铸型种类的选择,浇注位置及分型面的确定等.铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置.分型面是指两半铸型相互接触的表面.确定砂芯形状及分盒面选择的基本原则,总的原则是： 使造芯到下芯的整个过程方便,铸件内腔尺寸精确,不至造成气孔等缺陷,使芯盒结构简单.1保证铸件内腔尺寸精度;2保证操作方便;3保证铸件壁厚均匀;4应尽量减少砂芯数目;5填砂面应宽敞,烘干支撑面是平面;6砂芯形状适应造型,制型方法.铸造工艺参数通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些数据.1铸件尺寸公差： 是指铸件各部分尺寸允许的极限偏差,它取决于铸造工艺方法等多种因素.2主见重量公差定义为以占铸件公称质量的百分率为单位的铸件质量变动的允许值.3机械加工余量： 铸件为保证其加工面尺寸和零件精度,应有加工余量,即在铸件工艺设计时预先增加的,而后在机械加工时又被切去的金属层厚度,称为机械加工余量,简称加工余量.代号用MA，由精到粗分为ABCDEFGH和J9个等级。
铸造工艺学课程设计
题目：工艺学课程设计 学院： 专业：材料成型机控制工程班级： 学号： 姓名： 指导老师：
前言 铸造工艺学课程是培养学生熟悉对零件及产品工艺设计的基本内容、原则、方法和步骤以及掌握铸造工艺和工装设计的基本技能的一门主要专业课。课程设计则是铸造工艺学课程的实践性教学环节，同时也是我们铸造专业迎来的第一次全面的自主进行工艺和工装设计能力的训练。在这个为期两周的过程里，我们有过紧张，有过茫然，有过喜悦，从中感受到了学习的艰辛，也收获到了学有所获的喜悦，回顾一下，我觉得进行铸造工艺学课程设计的目的有如下几点： 通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用铸造工艺学课程和其他先修课程的的理论与实际知识去分析和解决实际问题的能力。 通过制定和合理选择工艺方案，正确计算零件结构的工作能力，确定尺寸，掌握了浇冒口的作用及其原理，具有正确设计浇冒口系统的初步能力；掌握铸造工艺和工装设计的基本技能。 熟悉型砂必须具备的性能要求，原材料的基本规格及作用，并初步具备分析和解决型砂有关问题的能力。 熟悉涂料的作用、基本组成及质量的控制；了解提高铸件表面质量和尺寸精度的途径。 了解合金在铸造过程中容易产生的铸造缺陷以及采取相关的防止途径，并初步具备分析、解决这类缺陷的基本解决途径 学习进行设计基础技能的训练，例如：计算、绘图、查阅设计资料和手册等。 目录 1
第一章零件铸造工艺分析 (4) 1.1零件基本信息 (4) 1.2材料成分要求 (4) 1.3铸造工艺参数的确定 (4) 1.3.1铸造尺寸公差和重量公差 (5) 1.3.2机械加工余量 (5) 1.3.3铸造收缩率 (5) 1.3.4拔模斜度 (5) 1.4其他工艺参数的确定 (5) 1.4.1工艺补正量 (5) 1.4.2分型负数 (5) 1.4.3非加工壁厚的负余量 (5) 1.4.4反变形量 (5) 1.4.5分芯负数 (6) 第二章铸造三维实体造型 (6) 2.1上冠件图纸技术要求 (6) 2.2上冠件结构工艺分析 (6) 2.3基于UG零件的三维造型 (6) 2.3.1软件简介 (6) 2.3.2零件的三维造型图 (6) 第三章铸造工艺方案设计 (7) 3.1工艺方案的确定 (7) 3.1.1铸造方法 (7) 3.1.2型（芯）砂配比 (8) 3.1.3混砂工艺 (8) 3.1.4铸造用涂料、分型剂及修补材料 (8) 3.2铸造熔炼 (8) 3.2.1熔炼设备 (9) 3.2.2熔炼工艺 (9) 3.3分型面的选择 (9) 3.4砂箱大小及砂箱中铸件数目的确定 (10) 3.5砂芯设计及排气 (11) 3.5.1芯头的基本尺寸 (11) 3.5.2芯撑、芯骨的设计 (12) 3.5.3砂芯的排气 (12) 第四章浇冒系统的设计及计算 (12) 4.1浇注系统的类型及选择 (12) 4.2浇注位置的选择 (12) 2
消失模铸造工艺流程及车间环境状况分析消失模铸造简称EPC，又称气化模铸造或实型铸造。它是采用泡沫塑料模样代替普通模样紧实造型，造好铸型后不取出模样、直接浇入金属液，在高温金属液的作用下，泡沫塑料模样受热气化、燃烧而消失，金属液取代原来泡沫塑料模样占据的空间位置，冷却凝固后即获得所需的铸件。 消失模铸造工艺简图： 消失模铸造生产线的工艺流程分为白区与黑区两大部分。 一、白区工艺流程： 首先根据铸件的材质以及壁厚选择适合它的原始珠粒。将原始珠粒按定量加入间歇式予发机中进行预发泡，使其达到工艺要求的密
度，通过予发机硫化床干燥后发送到熟化仓内进行熟化。熟化后的珠粒运送到成型间，将珠粒注入到成型机上的模具中，通蒸汽将其膨胀融解成型，形成铸件模样，通冷水进行冷却降温，使白模具有一样的强度，这时成型机起模人工取出白模放到白模烘干车上，运输至热风隧道通过式烘干室进行烘干。白模烘干车在烘干室轨道上行走，每推进室内一车，在另一端顶出一车，以此循环。烘干室采用热风强制循环系统，烘干室内的温度及湿度通过PLC自动控制达到工艺要求，大大提高了生产效率，并节约能源。白模烘干后运输到组模间组装、粘结浇冒口。组装好的白模运输至一次涂料间浸刷涂料，不同材质的铸件选择不同的涂料配方，将原材料放入涂料搅拌机中进行搅拌，达到工艺要求时间后测试涂料密度，经测试合格后再放入涂料槽中供工人使用。将浸刷好的白模放到烘干车上运输至黄模一次烘干室进行烘干，烘干后的黄模运输到二次涂料间进行二次浸刷涂料，达到工艺要求的涂层厚度，再运输至黄模二次烘干室进行烘干、修补。经过二次烘干后的黄模用烘干车运输到黑区造型工部进行填箱、造型，烘干车空车返回成型间。至此白区工艺流程全部结束。 二、黑区工艺流程： 1、造型工部： 造型工部由两条造型线和一条回箱线组成，砂箱的循环运行是由砂箱轨道、手动变轨车来完成，每一条生产线由工艺要求的砂箱数量组成。每一条造型线由一台2吨单维振实台，两台4吨变频三维振实台组成。造好型的砂箱依次进入两条浇注冷却线，浇注冷却线由真空对接机组成。浇注冷却线进入一定数量砂箱后真空对接机自动对接、人工浇注。浇注完成后进行保压冷却，保压后真空对接机复位，撤真空，保压结束后进入冷却段进行冷却。在这两条浇注线浇注的同时，造型线造好型的砂箱依次进入令外两条浇注线等待浇注，并重复前两条浇注线的动作，以此循环。 本造型工部采用BSZ-04k变频三维振实台，其结构及工作原理：