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北京理工大学远程教育北京理工大学远程教育热加工工艺基础热加工工艺基础 材料学院材料学院 张朝晖张朝晖 副教授副教授TEL：01068913304E-MAIL：热加工工艺基础复习大纲热加工工艺基础复习大纲英文名称：英文名称：High Temperature Process学分：学分：2 学时：学时：40 适用专业：适用专业：机电工程、车辆工程机电工程、车辆工程教材及参考书：教材及参考书：教材：教材：王俊昌、王荣声王俊昌、王荣声 工程材料及机械制造基础工程材料及机械制造基础 机械工业出版社机械工业出版社 第一章第一章 铸铸 造造1、何为铸造？、何为铸造？熔炼金属，制造铸型，并将熔融金熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法，称为铸造。和性能铸件的成形方法，称为铸造。一、流动性和充型能力一、流动性和充型能力（一）合金的流动性（一）合金的流动性1.流动性流动性 流动性是指熔融金属的流动能力。流动性是指熔融金属的流动能力。第一节第一节 合金的铸造性能合金的铸造性能2.流动性的影响因素流动性的影响因素1）合金的种类）合金的种类 不同种类的合金，不同种类的合金，即具有不同的流动性。其中灰铸铁的即具有不同的流动性。其中灰铸铁的流动性最好，硅黄铜、铝硅合金次之，流动性最好，硅黄铜、铝硅合金次之，而铸钢的流动性最差。而铸钢的流动性最差。2）化学成分和结晶特征）化学成分和结晶特征 纯金属和纯金属和共晶成分的合金，凝固是由铸件壁表共晶成分的合金，凝固是由铸件壁表面向中心逐渐推进，凝固后的表面比面向中心逐渐推进，凝固后的表面比较光滑，对未凝固液体的流动阻力较较光滑，对未凝固液体的流动阻力较小，所以流动性好。小，所以流动性好。在一定凝固温度范围内结晶的亚共晶合在一定凝固温度范围内结晶的亚共晶合金，凝固时铸件内存在一个较宽的既有金，凝固时铸件内存在一个较宽的既有液体又有树枝状晶体的两相区。凝固温液体又有树枝状晶体的两相区。凝固温度范围越宽，则枝状晶越发达，对金属度范围越宽，则枝状晶越发达，对金属流动的阻力越大，金属的流动性就越差。流动的阻力越大，金属的流动性就越差。对于铁碳合金，纯铁和共晶铸铁的流动对于铁碳合金，纯铁和共晶铸铁的流动性最好，亚共晶铸铁和碳素钢随凝固温性最好，亚共晶铸铁和碳素钢随凝固温度范围的增加，其流动性变差。度范围的增加，其流动性变差。（二）合金的充型能力（二）合金的充型能力1.充型能力充型能力 考虑铸型及工艺因素影响的熔融金属考虑铸型及工艺因素影响的熔融金属流动性叫合金的充型能力。合金的流动流动性叫合金的充型能力。合金的流动性是金属本身的属性，不随外界条件的性是金属本身的属性，不随外界条件的改变而变化，而合金的充型能力不仅和改变而变化，而合金的充型能力不仅和金属的流动性相关，而且也受外界因素金属的流动性相关，而且也受外界因素的影响。的影响。2.充型能力的影响因素充型能力的影响因素（1）铸型填充条件）铸型填充条件a）铸型的蓄热能力、）铸型的蓄热能力、b）铸型温度）铸型温度c）铸型中的气体）铸型中的气体 （2）浇注条件）浇注条件a）浇注温度、）浇注温度、b）充型压力）充型压力c）铸件结构）铸件结构二二 合金的凝固与收缩合金的凝固与收缩（一）铸件的凝固方式及影响因素一）铸件的凝固方式及影响因素1.铸件的凝固方式铸件的凝固方式（1）逐层凝固方式）逐层凝固方式（2）糊状凝固方式）糊状凝固方式（3）中间凝固方式）中间凝固方式（二）（二）铸造合金的收缩铸造合金的收缩1.液态收缩液态收缩 金属在液态时由于温度降低金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。而发生的体积收缩。2.凝固收缩凝固收缩 熔融金属在凝固阶段的体积熔融金属在凝固阶段的体积收缩。收缩。液态收缩和凝固收缩是铸件产生液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因缩孔和缩松的基本原因。3.固态收缩固态收缩 金属在固态时由于温度降低金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。而发生的体积收缩。固态收缩是铸造应固态收缩是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。（三）（三）影响合金收缩的因素影响合金收缩的因素1.化学成分化学成分 不同成分的合金其收缩率一不同成分的合金其收缩率一般也不相同。在常用铸造合金中铸刚的收般也不相同。在常用铸造合金中铸刚的收缩最大，灰铸铁最小。缩最大，灰铸铁最小。2.浇注温度浇注温度 合金浇注温度越高，过热度合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。越大，液体收缩越大。3.铸件结构与铸型条件铸件结构与铸型条件 铸件冷却收缩铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致。却速度不同，导致收缩不一致。（四）收缩对铸件质量的影响（四）收缩对铸件质量的影响1.缩孔和缩松缩孔和缩松 铸件在凝固过程中，其液态收缩和凝固铸件在凝固过程中，其液态收缩和凝固收缩所减少的体积如果得不到及时的收缩所减少的体积如果得不到及时的补充，则会在铸件最后凝固的部位形补充，则会在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞，其中大而集中的孔洞叫成一些孔洞，其中大而集中的孔洞叫缩孔，小而分散的孔洞叫缩松。缩孔，小而分散的孔洞叫缩松。缩孔总是出现在铸件上部或最后凝固缩孔总是出现在铸件上部或最后凝固的部位的部位 宏观缩松多分布在铸件最后宏观缩松多分布在铸件最后凝固的部位，显微缩松则是存在于在凝固的部位，显微缩松则是存在于在晶粒之间的微小孔洞。晶粒之间的微小孔洞。（3）缩孔、缩松的防止措施）缩孔、缩松的防止措施a）采用定向凝固的原则）采用定向凝固的原则 所谓定向凝固，是使铸件按规定方向从一部所谓定向凝固，是使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。冒口和冷铁分到另一部分逐渐凝固的过程。冒口和冷铁的合理使用，可造成铸件的定向凝固，有效的合理使用，可造成铸件的定向凝固，有效地消除铸件上的缩孔和缩松。地消除铸件上的缩孔和缩松。b）合理确定铸件的浇注位置、内浇道位）合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置及浇注工艺置及浇注工艺2.铸造应力、变形和裂纹铸造应力、变形和裂纹 （1）铸造应力的产生铸造应力的产生 铸造应力主要是由于固态收缩而引起的，按铸造应力主要是由于固态收缩而引起的，按其产生的原因可分为以下三种形式：其产生的原因可分为以下三种形式：a）热应力）热应力 铸件在凝固和冷却过程中，不铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。b）固态相变应力）固态相变应力 铸件由于固态相变，各铸件由于固态相变，各部分体积发生不均衡变化而引起的应力。部分体积发生不均衡变化而引起的应力。c）收缩应力）收缩应力 铸件在固态收缩时，因受到铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口等外力的阻碍而产生的铸型、型芯、浇冒口等外力的阻碍而产生的应力。应力。（2）铸造应力的防止和消除措施）铸造应力的防止和消除措施a）采用同时凝固的原则）采用同时凝固的原则 同时凝固是指通过设置冷铁、布置同时凝固是指通过设置冷铁、布置浇口位置等工艺措施，使铸件温差尽浇口位置等工艺措施，使铸件温差尽量变小，基本实现铸件各部分在同一量变小，基本实现铸件各部分在同一时间凝固。时间凝固。b）提高铸型温度）提高铸型温度 c）改善铸型和型芯的退让性）改善铸型和型芯的退让性 d）进行去应力退火）进行去应力退火（3）铸件的变形和防止）铸件的变形和防止防止铸件变形有以下几种方法：防止铸件变形有以下几种方法：a）采用反变形法）采用反变形法 b)进行去应力退火进行去应力退火c)设置工艺肋设置工艺肋（4）铸件的裂纹及防止）铸件的裂纹及防止a)铸件裂纹的分类铸件裂纹的分类 铸件一般有热裂和冷裂两种开裂方式。铸件一般有热裂和冷裂两种开裂方式。b）铸件裂纹的防止）铸件裂纹的防止 为有效地防止铸件裂纹的发生，应尽可能为有效地防止铸件裂纹的发生，应尽可能采取措施减小铸造应力；同时金属在熔炼采取措施减小铸造应力；同时金属在熔炼过程中，应严格控制有可能扩大金属凝固过程中，应严格控制有可能扩大金属凝固温度范围元素的加入量及钢铁中的硫、磷温度范围元素的加入量及钢铁中的硫、磷含量。含量。三、铸造合金的偏析和吸气性三、铸造合金的偏析和吸气性 1.偏析偏析 铸件中出现化学成分不均匀的现象称为偏析。铸件中出现化学成分不均匀的现象称为偏析。铸件的偏析可分为晶内偏析、区域偏析和体积铸件的偏析可分为晶内偏析、区域偏析和体积质量偏析三类。质量偏析三类。晶内偏析（又称枝晶偏析）是指晶粒内各部分晶内偏析（又称枝晶偏析）是指晶粒内各部分化学成分不均匀的现象。化学成分不均匀的现象。区域偏析是指铸件截面的整体上化学成分和组区域偏析是指铸件截面的整体上化学成分和组织的不均匀。织的不均匀。铸件上、下部分化学成分不均匀的现象称为体铸件上、下部分化学成分不均匀的现象称为体积质量偏析。积质量偏析。2.铸件中的气孔和合金的吸气铸件中的气孔和合金的吸气（1）侵入性气孔）侵入性气孔 侵入性气孔是由于铸型表侵入性气孔是由于铸型表面聚集的气体侵入金属液中而形成的孔洞。面聚集的气体侵入金属液中而形成的孔洞。（2）析出性气孔）析出性气孔 析出性气孔是溶解在金属析出性气孔是溶解在金属液中的气体，在凝固时由金属液中析出而未液中的气体，在凝固时由金属液中析出而未能逸出铸件所产生的气孔。能逸出铸件所产生的气孔。（3）反应性气孔）反应性气孔 浇入铸型中的金属液与铸浇入铸型中的金属液与铸型材料、型芯撑、冷铁或溶渣之间，因化学型材料、型芯撑、冷铁或溶渣之间，因化学反应产生气体而形成的气孔，统称反应性气反应产生气体而形成的气孔，统称反应性气孔。孔。第二节第二节 常用铸造合金常用铸造合金一、铸铁一、铸铁 铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。的总称。（一）（一）铸铁的分类铸铁的分类1.根据碳在铸铁中的存在形式分类根据碳在铸铁中的存在形式分类（1）白口铸铁）白口铸铁 指碳主要以游离碳化铁形式指碳主要以游离碳化铁形式出现的铸铁。出现的铸铁。（2）灰铸铁）灰铸铁 指碳主要以片状石墨形式出现指碳主要以片状石墨形式出现的铸铁。的铸铁。（3）麻口铸铁）麻口铸铁 指碳部分以游离碳化铁形式指碳部分以游离碳化铁形式出现，部分以石墨形式出现。出现，部分以石墨形式出现。2.根据铸铁中石墨形态分类根据铸铁中石墨形态分类（1）普通灰铸铁）普通灰铸铁 石墨呈片状石墨呈片状（2）蠕墨铸铁）蠕墨铸铁 石墨呈蠕虫状石墨呈蠕虫状（3）可锻铸铁）可锻铸铁 石墨呈团絮状石墨呈团絮状（4）球墨铸铁）球墨铸铁 石墨呈球状石墨呈球状3.根据铸铁的化学成分分类根据铸铁的化学成分分类（1）普通铸铁）普通铸铁（2）合金铸铁合金铸铁（二）（二）灰铸铁灰铸铁（1）灰铸铁的显微组织）灰铸铁的显微组织 灰铸铁的显微组织由金属基体（铁素体灰铸铁的显微组织由金属基体（铁素体和珠光体）与片状石墨组成。和珠光体）与片状石墨组成。（2）灰铸铁的性能）灰铸铁的性能 a)力学性能力学性能 断裂强度通常为断裂强度通常为120250Mpa；塑性和；塑性和冲击韧性近于冲击韧性近于0，属于脆性材料。，属于脆性材料。b)工艺性能工艺性能 灰铸铁属于脆性材料，不能进行冲压灰铸铁属于脆性材料，不能进行冲压；同；同时，其焊接性能也很差。但灰铸铁的切削时，其焊接性能也很差。但灰铸铁的切削加工性能较好。加工性能较好。c)减振性好减振性好d)耐磨性好耐磨性好e)缺口敏感性低缺口敏感性低（三）（三）可锻铸铁可锻铸铁 可锻铸铁是白口铸铁通过石墨化或氧化可锻铸铁是白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳可锻化处理，改变其金相组织或成分脱碳可锻化处理，改变其金相组织或成分而获得的有较高韧性的铸铁。可锻铸铁实而获得的有较高韧性的铸铁。可锻铸铁实际上并非可以锻造，这个名子只表示它具际上并非可以锻造，这个名子只表示它具有一定的塑性和韧性。有一定的塑性和韧性。可锻铸铁的显微组织由金属基体（铁素可锻铸铁的显微组织由金属基体（铁素体和珠光体）与团絮状石墨组成。体和珠光体）与团絮状石墨组成。可锻铸铁的强度一般为可锻铸铁的强度一般为300400Mpa，最高可达最高可达700 Mpa，同时，可锻铸铁具有一，同时，可锻铸铁具有一定的塑性和较高的冲击韧度。定的塑性和较高的冲击韧度。（四）球墨铸铁（四）球墨铸铁 球墨铸铁是铁液经过球化处理后使石墨大球墨铸铁是铁液经过球化处理后使石墨大部分或全部呈球状，有时少量为团絮状的铸部分或全部呈球状，有时少量为团絮状的铸铁。铁。球墨铸铁的显微组织由金属基体（铁素体球墨铸铁的显微组织由金属基体（铁素体和珠光体）与球状石墨组成。球墨铸铁不仅和珠光体）与球状石墨组成。球墨铸铁不仅强度远远高于灰铸铁，优于可锻铸铁，甚至强度远远高于灰铸铁，优于可锻铸铁，甚至可与钢媲美，疲劳强度与中碳钢接近，而且可与钢媲美，疲劳强度与中碳钢接近，而且其耐磨性远高于其耐磨性远高于45钢表面淬火。球墨铸铁还钢表面淬火。球墨铸铁还具有优良的热处理性能，球墨铸铁的铸造性具有优良的热处理性能，球墨铸铁的铸造性能、减振性、切削加工性及缺口敏感性较灰能、减振性、切削加工性及缺口敏感性较灰铸铁差，但仍优于铸钢。其塑性和韧性虽低铸铁差，但仍优于铸钢。其塑性和韧性虽低于钢，但仍能满足一般零件的要求。于钢，但仍能满足一般零件的要求。（五）（五）蠕墨铸铁蠕墨铸铁 指大部分石墨为蠕虫状石墨的铸铁。蠕墨铸指大部分石墨为蠕虫状石墨的铸铁。蠕墨铸铁的力学性能介于基体相同的灰铸铁和球墨铁的力学性能介于基体相同的灰铸铁和球墨铸铁之间。铸铁之间。二、铸钢二、铸钢 三、有色金属铸造三、有色金属铸造第三节第三节 砂型铸造砂型铸造 用型砂紧实成型的铸造方法称为砂用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造。型铸造。一、造型方法的选择一、造型方法的选择 用造型混合料及模样等工艺装备制用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。造型是砂造铸型的过程称为造型。造型是砂型铸造的最基本工序，通常分为手型铸造的最基本工序，通常分为手工造型和机器造型两大类。工造型和机器造型两大类。（一）手工造型（一）手工造型 根据砂型的不同特征，手工造型方法可根据砂型的不同特征，手工造型方法可分为：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、分为：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型、组芯造型；根据模样的不同地坑造型、组芯造型；根据模样的不同特征，手工造型方法可分为：整模造型、特征，手工造型方法可分为：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造型。造型、刮板造型。（二）机器造型（二）机器造型 机器造型是指用机器全部完成或至机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。机器少完成紧砂操作的造型工序。机器造型铸件尺寸精确、表面质量好、造型铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小，但需要专用设备，投加工余量小，但需要专用设备，投资较大，适合大批量生产。资较大，适合大批量生产。常用的机器造型方法有：压实紧实、常用的机器造型方法有：压实紧实、高压紧实、震击紧实、震压紧实、高压紧实、震击紧实、震压紧实、微震紧实、抛砂紧实、射压紧实、微震紧实、抛砂紧实、射压紧实、射砂紧实。射砂紧实。二、铸造工艺设计二、铸造工艺设计1 浇注位置的选择浇注位置的选择 浇注位置的选择应考虑以下原则：浇注位置的选择应考虑以下原则：a）体积收缩大的合金以及壁厚差较大的体积收缩大的合金以及壁厚差较大的铸件，应按定向凝固的原则，将壁厚较铸件，应按定向凝固的原则，将壁厚较大的部位和铸件的热节部位置于上部或大的部位和铸件的热节部位置于上部或侧部，以便设置冒口进行补缩。侧部，以便设置冒口进行补缩。b）重要加工面、耐磨表面等质量要求较重要加工面、耐磨表面等质量要求较高的部位应置于下面或者侧面。高的部位应置于下面或者侧面。c）具有大面积的薄壁铸件，应将薄壁部具有大面积的薄壁铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部，同时要尽量使薄壁分放在铸型的下部，同时要尽量使薄壁部分处于垂直位置或倾斜位置。部分处于垂直位置或倾斜位置。d）具有大平面的铸件，应将铸件的大平具有大平面的铸件，应将铸件的大平面朝下。面朝下。e）尽量减少型芯的数目，最好使型芯位尽量减少型芯的数目，最好使型芯位于下型以便下芯和检查，同时应保证型于下型以便下芯和检查，同时应保证型芯在铸型中安放牢靠、排气通畅。芯在铸型中安放牢靠、排气通畅。2 分型面的选择分型面的选择 a）分型面应尽量采用平面分型，避免曲）分型面应尽量采用平面分型，避免曲面分型，并应尽量选在最大截面上。面分型，并应尽量选在最大截面上。b）尽量将铸件全部或大部放在同一砂箱。）尽量将铸件全部或大部放在同一砂箱。c）应使铸件的加工面和加工基准面处于）应使铸件的加工面和加工基准面处于同一砂箱中。同一砂箱中。d）若铸件的加工面很多，又不可能全部若铸件的加工面很多，又不可能全部与基准面放在分型面的同一侧时，则应与基准面放在分型面的同一侧时，则应使加工基准面与大部分加工面处于分型使加工基准面与大部分加工面处于分型面的同一侧。面的同一侧。e）尽量减少分型面的数目，最好只有一尽量减少分型面的数目，最好只有一个分型面。个分型面。f）铸件的非加工表面上，尽量避免有披铸件的非加工表面上，尽量避免有披缝。缝。第四节第四节 特种铸造特种铸造一、熔模铸造一、熔模铸造 熔模铸造是用易熔材料制成模样，然后熔模铸造是用易熔材料制成模样，然后在模样上涂挂若干层耐火涂料制成型壳，在模样上涂挂若干层耐火涂料制成型壳，经硬化后再将模样熔化，排出型外，从经硬化后再将模样熔化，排出型外，从而获得无分型面的铸型。铸型经高温焙而获得无分型面的铸型。铸型经高温焙烧后即可进行浇注。烧后即可进行浇注。（一）熔模铸造的工艺过程（一）熔模铸造的工艺过程 熔模铸造的工艺过程包括：蜡模制造、结熔模铸造的工艺过程包括：蜡模制造、结壳、脱蜡、焙烧和浇注等。壳、脱蜡、焙烧和浇注等。（二）熔模铸造的主要特点及适用范围（二）熔模铸造的主要特点及适用范围1）铸件的精度和表面质量较高。）铸件的精度和表面质量较高。2）适用于各种合金铸件。）适用于各种合金铸件。3）可制造形状较复杂的铸件。）可制造形状较复杂的铸件。4）工艺过程较复杂，生产同期长，制造费）工艺过程较复杂，生产同期长，制造费用和消耗的材料费用较高。用和消耗的材料费用较高。二、金属型铸造二、金属型铸造 金属型铸造又称硬模铸造，是将液体金属浇金属型铸造又称硬模铸造，是将液体金属浇入金属铸型，在重力作用下充填铸型，从而入金属铸型，在重力作用下充填铸型，从而获得铸件的铸造方法。获得铸件的铸造方法。（一）金属型（一）金属型 为保证使用寿命，制造金属型的材料具备如为保证使用寿命，制造金属型的材料具备如下的性能：高的耐热性和导热性，反复受热下的性能：高的耐热性和导热性，反复受热不变形，不破坏；一定的强度、韧性及耐磨不变形，不破坏；一定的强度、韧性及耐磨性；好的切削加工性能。金属型材料一般选性；好的切削加工性能。金属型材料一般选用铸铁、碳素钢或低合金钢。用铸铁、碳素钢或低合金钢。（二）金属型铸造的特点和应用范围（二）金属型铸造的特点和应用范围1）金属型铸件冷却快，组织致密，力学性能高。）金属型铸件冷却快，组织致密，力学性能高。2）铸件的精度和表面质量较高）铸件的精度和表面质量较高3）浇冒口尺寸较小，液体金属耗量较少。）浇冒口尺寸较小，液体金属耗量较少。4）不用砂或少用砂。）不用砂或少用砂。金属型铸造的主要缺点是金属型无透气和退金属型铸造的主要缺点是金属型无透气和退让性，铸件冷却速度大，容易产生浇不到、让性，铸件冷却速度大，容易产生浇不到、冷隔、裂纹等缺陷。冷隔、裂纹等缺陷。三、压力铸造三、压力铸造 压力铸造（简称压铸）的实质是在高压力铸造（简称压铸）的实质是在高压作用下，使液态或半液态金属以较压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填金属型型腔，并在压力高的速度充填金属型型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。下成型和凝固而获得铸件的方法。（二）压铸的特点和应用（二）压铸的特点和应用1.压铸优点：压铸优点：1）铸件的尺寸精度最高，表面粗糙度值最小。）铸件的尺寸精度最高，表面粗糙度值最小。2）铸件强度和表面硬度都较高。）铸件强度和表面硬度都较高。3）生产效率很高，生产过程易实现机械化和）生产效率很高，生产过程易实现机械化和自动化。自动化。2.压铸缺点：压铸缺点：1）铸件表面层存在气孔。）铸件表面层存在气孔。2）压铸黑色金属时，压铸型寿命很低，困难）压铸黑色金属时，压铸型寿命很低，困难较大。较大。3）设备投资大，生产准备周期长。）设备投资大，生产准备周期长。第五节第五节 零件结构的铸造工艺性零件结构的铸造工艺性 铸件结构的铸造工艺性包括：铸件铸件结构的铸造工艺性包括：铸件结构的合理性；铸件结构的工艺性；结构的合理性；铸件结构的工艺性；铸件结构对铸造方法的适应性。铸件结构对铸造方法的适应性。一、铸件结构的合理性一、铸件结构的合理性1、铸件应有合理的壁厚、铸件应有合理的壁厚2、铸件壁厚应力求均匀、铸件壁厚应力求均匀3、铸件壁的联接形式要合理、铸件壁的联接形式要合理4、尽量避免过大的水平面、尽量避免过大的水平面5、铸件结构应避免冷却收缩受阻和有利、铸件结构应避免冷却收缩受阻和有利于减小变形于减小变形 二、铸件结构的工艺性二、铸件结构的工艺性（一）铸件的外形设计（一）铸件的外形设计1.应使铸件具有最少的分型面应使铸件具有最少的分型面2.应尽量使分型面平直应尽量使分型面平直3.避免外部侧凹避免外部侧凹4.改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋条的改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋条的结构结构5.铸件要有结构斜度铸件要有结构斜度（二）铸件内腔的设计（二）铸件内腔的设计1.应使铸件尽可能不用或少用型芯应使铸件尽可能不用或少用型芯2.铸件结构设计中应避免封闭空腔铸件结构设计中应避免封闭空腔3.铸件的内腔设计应使型芯安放稳固、排铸件的内腔设计应使型芯安放稳固、排气容易、清砂方便气容易、清砂方便 第二章第二章 锻锻 压压 锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用变形、改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。它是锻造与冲压的总称，属于工方法。它是锻造与冲压的总称，属于压力加工的范畴。压力加工的范畴。第一节第一节 金属的锻造性能金属的锻造性能 一、金属的塑性变形概述一、金属的塑性变形概述 金属塑性变形的实质，对于单晶体是由金属塑性变形的实质，对于单晶体是由于金属原子某晶面两侧受切应力作用产于金属原子某晶面两侧受切应力作用产生相对滑移，或晶体的部分晶格相对于生相对滑移，或晶体的部分晶格相对于某晶面沿一定方向发生切变，即滑移理某晶面沿一定方向发生切变，即滑移理论和孪生理论。论和孪生理论。二、热锻、冷锻、温锻、等温锻二、热锻、冷锻、温锻、等温锻 从金属学的观点划分锻压加工的界限为再结从金属学的观点划分锻压加工的界限为再结晶温度。晶温度。1热锻热锻 在金属再结晶温度以上进行的锻在金属再结晶温度以上进行的锻造工艺称为热锻。在变形过程中冷变形强化造工艺称为热锻。在变形过程中冷变形强化和再结晶同时存在，属于动态再结晶。和再结晶同时存在，属于动态再结晶。2冷锻冷锻 在室温下进行的锻造工艺称为冷锻。在室温下进行的锻造工艺称为冷锻。3温锻温锻 在高于室温和低于再结晶温度范在高于室温和低于再结晶温度范围内进行的锻造工艺称为温锻。围内进行的锻造工艺称为温锻。4等温锻等温锻 在锻造全过程中，温度保持恒在锻造全过程中，温度保持恒定不变的锻造方法称为等温锻。定不变的锻造方法称为等温锻。三、锻造流线和锻造比三、锻造流线和锻造比 锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，这样热锻后的金属组织就具有一定的方布，这样热锻后的金属组织就具有一定的方向性，通常称为锻造流线，又叫纤维组织。向性，通常称为锻造流线，又叫纤维组织。锻造比是锻造时变形程度的一种表示方法。锻造比是锻造时变形程度的一种表示方法。通常用变形前后的截面比、长度比或高度比通常用变形前后的截面比、长度比或高度比来表示。锻造比对锻件的锻透程度和力学性来表示。锻造比对锻件的锻透程度和力学性能有很大影响。能有很大影响。第二节第二节 自由锻自由锻 只用简单的通用性工具，或在锻造设备只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间直接使坯料变形而获得所的上、下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件，这种需的几何形状及内部质量的锻件，这种方法称为自由锻。方法称为自由锻。一、自由锻设备一、自由锻设备 根据对坯料作用力的性质不同，自由锻根据对坯料作用力的性质不同，自由锻设备可分为产生冲击力的锻锤和产生静设备可分为产生冲击力的锻锤和产生静压力的压力机两大类。压力的压力机两大类。二、自由锻零件结构工艺性二、自由锻零件结构工艺性1、零件结构应尽可能简单、对称、平、零件结构应尽可能简单、对称、平直；直；2、应避免零件上的锥形、楔形结构。、应避免零件上的锥形、楔形结构。3、应避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与、应避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交。棱柱面相交。4、零件上不允许有加强筋。、零件上不允许有加强筋。5、对横截面尺寸相差很大或形状复杂、对横截面尺寸相差很大或形状复杂的零件，应尽可能分别对其进行锻的零件，应尽可能分别对其进行锻造，然后用螺纹连接。造，然后用螺纹连接。三、高合金钢锻造特点三、高合金钢锻造特点（一）高合金钢的组织和再结晶特点（一）高合金钢的组织和再结晶特点1金属组织结构复杂、塑性低；金属组织结构复杂、塑性低；2再结晶温度高，再结晶速度低，变再结晶温度高，再结晶速度低，变形抗力大。形抗力大。（二）高合金钢的加热特点（二）高合金钢的加热特点1导热性差；导热性差；2锻造温度范围窄。锻造温度范围窄。（三）高合金钢锻造操作特点（三）高合金钢锻造操作特点1备料；备料；2控制变形量，增大锻造比；控制变形量，增大锻造比；3变形要均匀；变形要均匀；4避免出现拉应力。避免出现拉应力。第三节第三节 模模 锻锻 利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法称为模锻。法称为模锻。与自由锻相比，模锻具有锻件精度高、流与自由锻相比，模锻具有锻件精度高、流线组织合理、力学性能高等优点，而且生线组织合理、力学性能高等优点，而且生产率高，金属消耗少，并能锻出自由锻难产率高，金属消耗少，并能锻出自由锻难以成形的复杂锻件。受设备吨位的限，模以成形的复杂锻件。受设备吨位的限，模锻件不能太大。锻件不能太大。按模具类型模锻可分为开式模锻（有飞边按模具类型模锻可分为开式模锻（有飞边模锻）、闭式模锻（无飞边模锻）和多向模锻）、闭式模锻（无飞边模锻）和多向模锻等；按设备类型模锻可分为锤上模锻、模锻等；按设备类型模锻可分为锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻等。胎模锻、压力机上模锻等。一锤上模锻一锤上模锻（一）模锻锤（一）模锻锤 锤上模锻所用设备主要是蒸汽锤上模锻所用设备主要是蒸汽-空气模锻空气模锻锤，选择模锻锤的锻造能力有经验类比锤，选择模锻锤的锻造能力有经验类比法和查表法。法和查表法。1经验类比法经验类比法 模锻锤吨位可用公式：模锻锤吨位可用公式：G=（3.5-6.3）KA2查表法查表法 模锻锤吨位亦可查阅相关资模锻锤吨位亦可查阅相关资料。料。（二）模锻及锻模模膛（二）模锻及锻模模膛 锤上模锻使用的锻模是由带燕尾的上、下锤上模锻使用的锻模是由带燕尾的上、下模组成。上、下模接触时，其接触面上所形成模组成。上、下模接触时，其接触面上所形成的空间为模膛。具有一个模膛的锻模称为单模的空间为模膛。具有一个模膛的锻模称为单模膛模锻，具有两个以上模膛的锻模称为多模膛膛模锻，具有两个以上模膛的锻模称为多模膛模锻。多模膛模锻时，按其模膛的结构和功用模锻。多模膛模锻时，按其模膛的结构和功用可分为制坯模膛和模锻模膛两类。可分为制坯模膛和模锻模膛两类。1.制坯模膛制坯模膛 用以初步改变毛坯形状、合理分用以初步改变毛坯形状、合理分配金属，以适应锻件横截面积和形状的要求。配金属，以适应锻件横截面积和形状的要求。2.模锻模膛模锻模膛 模锻模膛又可分为预锻膛和终锻模锻模膛又可分为预锻膛和终锻模膛。模膛。（1）预锻模膛预锻模膛 为了改善终锻时金属的流动为了改善终锻时金属的流动条件，避免产生充填不满和折迭，使锻坯最条件，避免产生充填不满和折迭，使锻坯最终成形前获得接近终锻形状的模膛，它可提终成形前获得接近终锻形状的模膛，它可提高终锻模膛的寿命。其结构比终锻模膛高度高终锻模膛的寿命。其结构比终锻模膛高度大、宽度小、无飞边槽，模锻斜度和圆角大。大、宽度小、无飞边槽，模锻斜度和圆角大。（2）终锻模膛终锻模膛 模锻时最后成形用的模膛，模锻时最后成形用的模膛，和热锻件图上相应部分的形状、尺寸一致。和热锻件图上相应部分的形状、尺寸一致。模膛周围设飞边槽，通孔锻件需留冲孔连皮。模膛周围设飞边槽，通孔锻件需留冲孔连皮。（三）模锻零件的结构工艺性（三）模锻零件的结构工艺性1）模锻件应具有合理的分模面、模锻斜度模锻件应具有合理的分模面、模锻斜度和圆角半径；和圆角半径；2）非配合表面一律设计成非加工表面；非配合表面一律设计成非加工表面；3）零件的外形应力求简单、平直和对称；零件的外形应力求简单、平直和对称；4）应避免窄沟、深槽、深孔及多孔结构；应避免窄沟、深槽、深孔及多孔结构；5）形状复杂的锻件应采用锻形状复杂的锻件应采用锻-焊或锻焊或锻-机械机械加工联接的方法，以简化模锻工艺。加工联接的方法，以简化模锻工艺。二、胎模锻二、胎模锻 胎模是在自由锻设备上锻造模锻胎模是在自由锻设备上锻造模锻件时使用的模具。常用的胎模有摔件时使用的模具。常用的胎模有摔模、扣模、垫模、套模、合模、弯模、扣模、垫模、套模、合模、弯曲模、跳模等。曲模、跳模等。第四节第四节 冲冲 压压 使板料经分离或成形而得到制件的使板料经分离或成形而得到制件的工艺统称为冲压。工艺统称为冲压。冲压常用的设备有剪床和冲床等。冲压常用的设备有剪床和冲床等。剪床为冲床备料，将板料切成条料；而剪床为冲床备料，将板料切成条料；而冲压加工主要在各类冲床上进行。冲压加工主要在各类冲床上进行。一、冲压的基本工序一、冲压的基本工序（一）分离工序（一）分离工序1切断切断 将材料沿不封闭的曲线分离的冲压将材料沿不封闭的曲线分离的冲压方法称为切断。方法称为切断。2冲裁冲裁 利用冲模将板料以封闭的轮廓与坯利用冲模将板料以封闭的轮廓与坯料分离的冲压方法称为冲裁。料分离的冲压方法称为冲裁。3精密冲裁精密冲裁 用压边圈使板料冲裁区处于静用压边圈使板料冲裁区处于静液压作用下，抑制剪裂纹的发生，实现塑性液压作用下，抑制剪裂纹的发生，实现塑性变形分离的冲裁方法称为精密冲裁。变形分离的冲裁方法称为精密冲裁。4切口切口 将材料沿不封闭的曲线部分地分离将材料沿不封闭的曲线部分地分离开，其分离部分的材料发生弯曲，此种冲压开，其分离部分的材料发生弯曲，此种冲压方法称为切口。方法称为切口。（二）成形工序（二）成形工序 1拉深（拉延）拉深（拉延）变形区在一拉一压的应力状变形区在一拉一压的应力状态作用下，使板料成形为空心件而厚度基本不态作用下，使板料成形为空心件而厚度基本不变的加工方法称为拉深，也叫拉延。拉深变形变的加工方法称为拉深，也叫拉延。拉深变形后制件的直径与其毛坯直径之比称为拉深系数，后制件的直径与其毛坯直径之比称为拉深系数，保证危险断面不被拉裂的拉深系数的最小值又保证危险断面不被拉裂的拉深系数的最小值又称为极限拉深系数。受极限拉深系数的限制，称为极限拉深系数。受极限拉深系数的限制，所需要的拉深不能一次完成而需要分几次逐步所需要的拉深不能一次完成而需要分几次逐步成形，这次数就称为拉深次数。成形，这次数就称为拉深次数。2弯曲弯曲 将板料、型材或管材在弯矩作用下将板料、型材或管材在弯矩作用下弯成具有一定曲率和角度的制件的成形方法称弯成具有一定曲率和角度的制件的成形方法称为弯曲。为弯曲。三、冲压零件结构工艺性三、冲压零件结构工艺性1对冲裁件的要求对冲裁件的要求1）冲裁件的外形应力求简单、对称；）冲裁件的外形应力求简单、对称；2）应避免长槽与细长悬臂结构；）应避免长槽与细长悬臂结构；3）孔的有关尺寸应满足要求；冲压件上应采）孔的有关尺寸应满足要求；冲压件上应采用圆角代替尖角联接，孔与沟槽尽量在变形用圆角代替尖角联接，孔与沟槽尽量在变形工序前的平板坯料上冲出；最小圆角半径值工序前的平板坯料上冲出；最小圆角半径值可查有关手册。可查有关手册。2对弯曲件的要求对弯曲件的要求1）弯曲件的形状应力求对称；）弯曲件的形状应力求对称；2）弯曲边尺寸不易过短；孔不能距弯曲线）弯曲边尺寸不易过短；孔不能距弯曲线太近。太近。3对拉深件的要求对拉深件的要求1）拉深件外形应简单、对称、且不宜太高；）拉深件外形应简单、对称、且不宜太高；2）拉深件的最小许可圆角半径可查有关手）拉深件的最小许可圆角半径可查有关手册。册。第五节第五节 少无切削工艺简介少无切削工艺简介一、特种锻造一、特种锻造 包括精密模锻、高速锤模锻、包括精密模锻、高速锤模锻、径向锻造、摆动辗压径向锻造、摆动辗压、多向模锻、多向模锻、粉末锻造粉末锻造 二、轧制二、轧制 金属材料（或非金属材料）在旋转轧辊金属材料（或非金属材料）在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，并获得的压力作用下，产生连续塑性变形，并获得要求的截面形状并改变其性能的方法称为轧要求的截面形状并改变其性能的方法称为轧制。制。三、拉拔三、拉拔 坯料在牵引力作用下引过模孔拉出，使之产坯料在牵引力作用下引过模孔拉出，使之产生塑性变形而得到截面缩小、长度增加的制生塑性变形而得到截面缩小、长度增加的制品的工艺称为拉拔。品的工艺称为拉拔。四、搓丝和滚丝四、搓丝和滚丝 当两搓板作相对运动时，使其间的坯料轧当两搓板作相对运动时，使其间的坯料轧成螺旋状的沟槽的加工方法，称为搓丝，具成螺旋状的沟槽的加工方法，称为搓丝，具有刃口的辊轮藉其旋转使棒坯滚轧成螺旋形有刃口的辊轮藉其旋转使棒坯滚轧成螺旋形的沟槽的加工方法称为滚丝。的沟槽的加工方法称为滚丝。五、挤压五、挤压 坯料在三向不均匀压应力作用下，从模坯料在三向不均匀压应力作用下，从模具的孔口或缝隙挤出，使之横断面积减具的孔口或缝隙挤出，使之横断面积减小、长度增加，成为所需制品的加工方小、长度增加，成为所需制品的加工方法称为挤压。按挤压温度可分冷挤、温法称为挤压。按挤压温度可分冷挤、温挤、热挤；按坯料从模孔中流出部分的挤、热挤；按坯料从模孔中流出部分的运动方向与凸模运动方向的关系可分为运动方向与凸模运动方向的关系可分为正挤压、反挤压、复合挤压和径向挤压。正挤压、反挤压、复合挤压和径向挤压。通过挤压可以得到各种截面形状的型材通过挤压可以得到各种截面形状的型材或零件。或零件。第三章第三章 焊焊 接接1、焊接定义、焊接定义 焊接是通过加热或加压，或两者并用，并焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。一种方法。2、焊接分类、焊接分类 焊接可分为熔化焊、压力焊和钎焊三大焊接可分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类，其中熔化焊又可分为电弧焊、气体保类，其中熔化焊又可分为电弧焊、气体保护焊、气焊、等离子焊、电渣焊、激光焊；护焊、气焊、等离子焊、电渣焊、激光焊；压力焊可分为电阻焊、摩擦焊、超声波焊、压力焊可分为电阻焊、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、锻焊；钎焊可分为烙铁钎焊、火冷压焊、锻焊；钎焊可分为烙铁钎焊、火焰钎焊、高频钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊、焰钎焊、高频钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊、真空钎焊。真空钎焊。1）熔焊熔焊 将待焊处母材金属熔化以形成将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊。焊缝的焊接方法称为熔焊。2）压焊压焊 焊接过程中，必须对焊件施加焊