第四章金属热加工基础

铸造教案一【教学组织】1．提问10分钟2．讲解70分钟3．小结5分钟4．布置作业5分钟【教学内容】第四章金属热加工基础●热加工是在较高温度（高于再结晶温度）下对金属材料进行加工的方法。热加工通常包括热处理、铸造、热轧、锻造、焊接、热切割、热喷涂等工艺。第一节铸造成形●铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入与零件形状相适应的铸型中，待液态金属凝固后获得一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成形方法。●用铸造成形方法得到的毛坯称为铸件。一、铸造基础知识1．铸造方法分类铸造方法主要分为砂型铸造和特种铸造两类。●砂型铸造是指在砂型中生产铸件的铸造方法。●特种铸造是指与砂型铸造不同的其他铸造方法。特种铸造包括金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、连续铸造和挤压铸造等。2．铸造特点（1）（2）铸造具有较好的经济性。（3）二、砂型铸造1．造型材料、造型工具及砂型组成（1）造型材料。●制造铸型用的材料称为造型材料。造型材料主要包括型砂和芯砂。型砂和芯砂主要由原砂（SiO2）、粘结剂（如粘土、膨润土、水玻璃、植物油、树脂等）、附加物（如煤粉或木屑等）、旧砂和水组成。造型材料应具备一定的强度、可塑性、耐火性、透气性、退让性和溃散性等性能。（2）造型工具。●制造铸型用的工具称为造型工具。造型工具有：砂箱、底板、舂砂锤、通气针、起模针、皮老虎、镘刀、秋叶、提钩、半圆等。（3）砂型组成。●从砂型中取出模样后形成的空腔称为型腔。●上砂型与下砂型的分界面称为分型面。●型芯上的延伸部分称为芯头，用于安放和固定型芯。图4-5砂型组成示意图2．造型方法●用型砂及模样等工艺装备制造砂型的方法和过程，称为造型。造型方法通常分为手工造型和机器造型两大类。（1）手工造型。●全部用手或手动工具完成的造型工序称为手工造型。①整体模造型。●整体模造型是将模样做成与零件形状相应的整体结构进行造型的方法。整体模造型操作简便，不会产生错箱，适用于形状简单、横截面依次减小、最大截面在端部的铸件。a）填砂、紧砂、造下砂型b）刮砂c）翻转下型，撒分型砂，造上砂型，扎通气孔d）开箱、起模、挖内浇道e）合型f）落砂后的铸件图4-6整体模造型示意图②分开模造型。●模型分为两半，造型时模型分别在上砂箱和下砂箱内进行造型的方法，称为分开模造型。分开模造型操作简便，应用广泛，适用于生产形状较复杂的铸件以及带孔的铸件，如套筒、阀体、管子、箱体等铸件。a）零件图b）分开模结构c）用下半模造下砂型d）翻转下砂型，撒分型砂，造上砂型e）扎通气孔，开箱，起模，挖内浇道f）合型g）落砂后的铸件图4-7分开模造型示意图③挖砂造型。●模型虽是整体的，但铸件的分型面为曲面，为了能起出模型，造型时用手工挖去阻碍起模型砂的造型方法，称为挖砂造型。挖砂造型适用于单件或小批量生产分型面不是平面的铸件，生产率低，对操作人员的技术要求较高。a）模样b）放置模样，造下砂型c）翻转下砂型，挖出分型面d）撒分型砂，造上砂型e）合型f）落砂后的铸件图4-8挖砂造型示意图④假箱造型。●利用预先制备好的半个铸型简化造型操作的方法，称为假箱造型。假箱造型具有操作简便，不需要挖砂且分型面整齐。假箱造型适应于批量生产分型面不是平面的铸件。a）模样放在假箱上b）造下砂型c）翻转下砂型，撒分型砂，造上砂型图4-9假箱造型示意图⑤活块造型。●有些铸件上有一些小的突台、筋条等，造型时，妨碍起模，这时可将模样的凸出部分作成活块，起模时，先将主体模起出，然后再从侧面取出活块的造型方法，称为活块造型。活块造型适用于单件或小批量生产带有小凸台等不易起模的铸件。a）模样结构b）取出木模主体c）取出活块图4-10活块造型示意图⑥三箱造型。●当铸件的外形具有两端截面大而中间截面小时，只用一个分型面取不出模型，此时需要从小截面处分开模型，采用两个分型面，三个砂箱进行造型，这种方法称为三箱造型。三箱造型操作比较繁琐，要求工人操作技术较高，适用于单件或小批量生产具有两分型面的铸件。⑦刮板造型。●不用模样而用与铸件截面形状相同的刮板代替实体模样的造型和制芯方法，称为刮板造型。刮板造型适用于具有等截面的大、中型回转体铸件的单件小批生产，如皮带轮、飞轮、齿轮、弯管等。a）带轮零件b）刮制下砂型c）刮制上砂型d）合型、浇注图4-12刮板造型示意图（2）机器造型。●用机器全部地完成或至少完成紧砂操作的造型工序称为机器造型。①机器造型的紧砂方法。常用的紧砂方法有：震实、压实、震压、抛砂、射压等几种型式。②机器造型的起模方法。常用的起模方法有：顶箱、漏模、翻转三种。【教学重点与难点】1．重点：手工造型2．难点：假箱造型【教学方法与教学手段】1．利用试样、挂图等教具。2．利用多媒体资料进行短时演示。3．在讲解过程中要结合典型铸件进行造型方法介绍。【小结与布置作业】1．小结本次课主要介绍砂型铸造的基本概念、方法和应用等内容，学完之后：第一，要了解铸造的基本概念、方法和分类；第二，要理解砂型铸造的主要方法和应用范围；第三，学习过程中，要理论联系实际，并注意借助多媒体资料，帮助自己提高学习效率和拓展知识面，同时注重师生之间、同学之间的相互交流和探讨，提高交流能力和表达能力。2．布置作业一边复习本章的相关知识，一边完成《金属加工与实训习题集》中相关习题，并相互相互交流探讨。铸造教案二【教学组织】1．提问10分钟2．讲解70分钟3．小结5分钟4．布置作业5分钟【教学内容】3．造芯●制造型芯的过程称为造芯。型芯可以手工造芯，也可以机器造芯。a）准备芯盒b）紧砂，放置芯骨c）刮平，扎通气孔d）敲打芯盒e）打开芯盒图4-16对开式芯盒造芯示意图型芯必须具有较高的强度、耐火性、透气性、退让性和溃散性。通过合理地配制芯砂和正确的造芯工艺，可以保证型芯的性能要求。（1）在型芯上开设通气孔。（2）在型芯里放置芯骨。a）铁丝芯骨b）铸铁芯骨图4-17型芯的通气方式图4-18铁丝芯骨与铸铁芯骨（3）刷涂料及烘干。4．浇注系统●为了顺利填充型腔和冒口，开设在铸型中的一系列通道，称为浇注系统。浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。图4-19浇注系统组成浇注系统可设计成顶注式浇注系统、中注式浇注系统、底注式浇注系统、阶梯式浇注系统等形式。a）顶注式b）中注式c）底注式d）阶梯式图4-20常见的浇注系统形式5．熔炼常用的金属熔炼设备有：冲天炉（适于熔炼铸铁）、电炉（适于熔炼铸钢）、坩埚炉（适于熔炼非铁金属）。6．合型、浇注、落砂、清理和检验（1）合型（或合箱）是将铸型的各个组元如上砂型、下砂型、型芯、浇口杯等组合成一个完整铸型的操作过程。（2）浇注是将熔融金属从浇包注入铸型的操作。（3）落砂是用手工或机械使铸件和型砂（或芯砂）、砂箱分开的操作过程。（4）清理是落砂后从铸件上清除表面粘砂、型砂（芯砂）、多余金属（包括浇口、冒口、飞翅和氧化皮）等过程的总和。（5）检验是指铸件清理后，应进行质量检验。三、特种铸造简介1．金属型铸造●金属型铸造是指在重力作用下将溶融金属浇入金属型获得铸件的方法。金属型铸造的特点是：一个金属型可浇注几百次甚至几万次，节省了造型材料和造型工时，提高了生产率，改善了劳动条件，所获得的铸件尺寸精度高。图4-21垂直分型式金属型金属型铸造主要用于非铁金属铸件的大批量生产，如铝材内燃机活塞、汽缸体、汽缸盖、轴瓦、衬套等零件常用此法来成形。2．压力铸造●压力铸造是将熔融金属在高压下高速充填金属型腔，并在压力下使其凝固的铸造方法。压力铸造的特点是：在高压高速下注入金属熔液，可得到形状复杂的薄壁件，而且压力铸造的生产率高。压力铸造适用于大批量生产薄壁、复杂形状的非铁金属小铸件。3．离心铸造●离心铸造是将液态金属浇入绕水平主轴或倾斜主轴高速旋转的铸型中，并在离心力的作用下凝固成铸件的铸造方法。离心铸造的特点是：铸件组织致密，力学性能较好，但其内表面质量较差。离心铸造主要用于生产空心旋转体铸件，如各种管子、缸套、轴套、圆环等，也适合于生产双金属铸件（如双金属滑动轴承件）。4．熔模铸造●用易熔材料（如蜡料）制成模样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成型壳，熔出模样后经高温焙烧即可浇注的铸造方法，称为熔模铸造。a）母模b）压型c）熔蜡d）铸造蜡模e）单个蜡模f）组合蜡模g）结壳、熔出蜡模h）填砂、浇注图4-24熔模铸造工艺过程示意图熔模铸造的特点是：铸型是一个整体，无分型面，以熔化模样作为起模方式，可以制作出各种形状复杂的小型铸件（如汽轮机叶片、刀具等），而且铸件尺寸精确、表面光洁，可以达到少切削或无切削加工。熔模铸造常用于中小型形状复杂的精密铸件或熔点高、难以压力加工或难以切削加工的金属。四、铸造新技术和新工艺简介1．真空密封铸造●真空密封铸造是利用真空使密封在砂箱和上、下塑料薄膜之间的无水、无粘结剂的干石英砂紧实并成型。在保持真空的状态下，下芯、合型、浇注和使铸件凝固，然后在失去真空的状态下使型砂自行潰散，并取出铸件的铸造方法。真空密封铸造的最大优点是：铸件质量高，与机器造型比较设备简单，初期投资以及运行和维修费用低，模板和砂箱使用寿命长，金属利用率高，可铸出3mm厚的薄壁件。真空密封铸造的主要缺点是：造型操作比较复杂，对于小铸件的生产，其生产率不易提高。真空密封铸造适合于生产面积大、壁薄、形状不太复杂、表面轮廓比较清晰的铸件。2．悬浮铸造●悬浮铸造是指在浇注金属液时，将一定量的金属粉末添加到金属液流中，使其与金属液掺和在一起而流入铸型的一种铸造方法。3．半固态铸造●半固态铸造是指将既非全呈液态，又非全呈固态的固态-液态的金属混合浆料，经压铸机压铸，形成铸件的铸造方法。4．低压铸造●铸型安放在密封的坩埚上方，坩埚中通入压缩空气，在熔池表面形成低压力（一般为60~150KPa），使金属液通过升液管充填铸型和控制凝固的铸造方法，称为低压铸造。图4-26低压铸造示意图低压铸造主要用于非铁金属（如铝合金、镁合金）制作的气缸体、缸盖、曲轴箱、内燃机活塞等铸件。5．铸造过程的计算机数值模拟技术利用数值模拟技术可以对极为复杂的铸造过程进行定量描述和仿真，模拟出铸件充型、凝固及冷却中的各种物理过程，并依此对铸件的设计结构和质量进行综合评价，做到简化和方便设计过程，提高设计速度，优化设计方案。【教学重点与难点】1．重点：造芯、压力铸造、熔模铸造2．难点：浇注系统【教学方法与教学手段】1．利用试样、挂图等教具。2．利用多媒体资料进行短时演示。3．在讲解过程中要结合典型案例进行介绍。【小结与布置作业】1．小结本次课主要介绍造芯、浇注系统、特种铸造、铸造新技术等内容，学完之后：第一，要了解基本概念、特点和应用；第二，学习过程中，要理论联系实际，并注意借助多媒体资料，帮助自己提高学习效率和拓展知识面，同时注重师生之间、同学之间的相互交流和探讨，提高交流能力和表达能力。2．布置作业一边复习本章的相关知识，一边完成《金属加工与实训习题集》中相关习题，并相互相互交流探讨。锻压教案一【教学组织】1．提问10分钟2．讲解70分钟3．小结5分钟4．布置作业5分钟【教学内容】第二节锻压●锻压是对坯料施加外力，使金属产生塑性变形、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工方法。锻压是锻造和冲压的总称。金属锻压成形加工包括：锻造（自由锻、模锻、胎模锻等）、板料冲压、挤压、轧制、拉拔等。一、锻压加工基础知识1．锻压加工的特点（1）锻压加工可改善金属内部组织，提高金属的力学性能。（2）锻压加工可节省金属材料。（3）锻压加工具有较高的生产率。（4）锻压加工适用范围广。2．可锻性●锻造是指在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件（图4-26）的加工方法。●金属在锻压加工过程中经塑性变形而不开裂的能力称为金属的可锻性。可锻性与金属的塑性和变形抗力有关，塑性愈好，变形抗力愈小，则可锻性愈好；反之，则可锻性愈差。金属的可锻性好，表明金属容易进行锻压加工；金属的可锻性差，表明金属不宜进行锻压加工。3．金属的塑性变形（1）金属塑性变形过程。