1、1机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室1机械制造技术基础机械制造技术基础I I2机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室2机械制造技术机械制造技术概述概述2121世纪制造技术发展的总趋势世纪制造技术发展的总趋势 1 制造的概念制造的概念3机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室3 制造（Manufacturing):是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明进步的动力。狭义：为机电产品的机械加工工艺过程广义：国际生产工程学会1990年：制造是涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。(Manufacturing
2、 is series of interrelated activities and operations involving the design，planning，production，quality assurance，management and marketing of the products of the manufacturing industries。)1 1、制造的概念、制造的概念4机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室4 按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物资工具，将原材料物化为人类所需产品的工程技术。即：使原材料成为产品而使用的一系列技术的总称 产品从设计、生
3、产、使用、维修、报废、回收等的全过程，也称为产品生命周期。将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、信息、人力等）利用制造技术，通过制造过程，转化为供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。1 1、制造的概念、制造的概念5机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室51）用机器代替手工，从作坊形成工厂 19世纪机器在英国诞生，先后传人法国、德国和美国。2）从单件生产方式发展成大量生产方式 泰勒：以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理。福特：零件互换技术，1913年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术 柔性制造系统、计算机集成制造系统、网络化制造、智
4、能制造系统、及时生产、精良生产、敏捷制造2.12.1 制造业发展的历程制造业发展的历程6机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室6一、美国的教训一、美国的教训1)1)上个世纪上个世纪7070年代年代,美国不重视制造业美国不重视制造业,把制造业称为把制造业称为“夕阳工业夕阳工业”,结果导致美国结果导致美国8080年代的经济衰退。年代的经济衰退。2)802)80年代后期，美国的一些国会议员、政府要员纷纷要求政府出面，年代后期，美国的一些国会议员、政府要员纷纷要求政府出面，协调和支持制造产业的发展，协调和支持制造产业的发展，19911991年，布什政府期间，美国白宫年，布什政府期间，美国白宫科学技术
5、政策办公室发表了总数为科学技术政策办公室发表了总数为2222项的美国国家关键技术，其项的美国国家关键技术，其中制造技术占中制造技术占4 4项，标志着美国科技政策的转变。项，标志着美国科技政策的转变。3)3)克林顿上台后，对制造业大力支持，他把先进制造技术列为六大克林顿上台后，对制造业大力支持，他把先进制造技术列为六大国防关键技术之首。结果美国在机械工业、汽车工业、航空工业国防关键技术之首。结果美国在机械工业、汽车工业、航空工业及信息产业等方面取得了明显的进展，使美国的经济连续及信息产业等方面取得了明显的进展，使美国的经济连续8 8年取得年取得了了2-3%2-3%的增长率，而且还同时保持低通胀率
6、和低失业率。这就是的增长率，而且还同时保持低通胀率和低失业率。这就是克林顿虽发生丑闻而未被弹劾的主要原因。克林顿虽发生丑闻而未被弹劾的主要原因。2.22.2 制造业发展的教训制造业发展的教训7机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室7二、日本的经验1）在上个世纪70-80年代，日本非常重视制造业，特别抓了汽车制造和微电子制造，结果日本的汽车和家用电器占领了全世界的市场，特别是大举进入了美国市场。2）日本的微电子芯片成为美国高技术产品的关键元件。1991年海湾战争结束后，日本人说美国赢得这场战争是依靠的日本的芯片，是“日本的芯片打败了伊拉克的钢片”。2.22.2 制造业发展的教训制造业发展的教训
7、8机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室8三、东南亚经济危机的启示1）1998年爆发的东南亚经济危机，从另一个侧面反映了一个国家发展制造业的重要。一个国家，如果把经济的基础放在股票、旅游、金融、房地产、服务业上，而无自己的制造业，这个国家的经济就容易形成泡沫经济，一有风吹草动就会产生经济危机。2）新加坡、台湾都有自己的制造业，因此受经济危机的影响小一些。2.22.2 制造业发展的教训制造业发展的教训9机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室9四、四、瑞士依靠什么使人均产值居世界第一？瑞士依靠什么使人均产值居世界第一？1）瑞士是一个仅700万人口的小国，但瑞士的制造业十分发达，瑞士的精密机械产
8、品的出口量是我国的8倍，瑞士的手表世界第一，连小小的军刀，也风靡全世界。2）现在瑞士的年人均国民生产总值达到4.3万美元以上,居世界第一。2.22.2 制造业发展的教训制造业发展的教训10机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室103 3、二十一世纪机械制造技术发展的总趋势、二十一世纪机械制造技术发展的总趋势 1.1.以微见著以微见著 精密化是机械制造发展的核心精密化是机械制造发展的核心2.2.以综见著以综见著 自动化是机械制造发展的途径自动化是机械制造发展的途径3.3.以网见著以网见著 信息化是机械制造发展的急需信息化是机械制造发展的急需4.4.以智见著以智见著 智能化是机械制造发展的方向智
9、能化是机械制造发展的方向5.5.制造业与制造技术的创新制造业与制造技术的创新11机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室113.23.2 高技术及其产业领域高技术及其产业领域(1)(1)信息科学技术（包括微电子、光电子科学技术）信息科学技术（包括微电子、光电子科学技术）(2)(2)生物科学技术（包括生命科学技术）生物科学技术（包括生命科学技术）(3)(3)新能源科学技术（包括核能科学技术）新能源科学技术（包括核能科学技术）(4)(4)新材料科学技术（包括纳米科学技术）新材料科学技术（包括纳米科学技术）(5)(5)环境科学技术（包括地球科学技术）环境科学技术（包括地球科学技术）(6)(6)航空航
10、天科学技术（包括军事科学技术）航空航天科学技术（包括军事科学技术）(7)(7)海洋科学技术（包括地球科学技术）海洋科学技术（包括地球科学技术）(8)(8)先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术）先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术）(9)(9)管理科学技术（包括软科学技术）管理科学技术（包括软科学技术）(10)(10)认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术）认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术）12机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室12 第二篇第二篇 铸造铸造 第三篇第三篇 金属压力加工金属压力加工 第四篇第四篇 焊接焊接 第五篇第五篇 切削加工切削加工机械制造技术基础机械制
11、造技术基础I I讲课学时：讲课学时：323213机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室13绪论绪论本课程研究的范围本课程研究的范围 金属工艺学是一门研究有关制造金属零件工金属工艺学是一门研究有关制造金属零件工艺方法的的综合性技术学科。艺方法的的综合性技术学科。主要内容主要内容 研究传统的机械制造方法及各种制造方法之研究传统的机械制造方法及各种制造方法之间的联系。间的联系。课程性质课程性质本课程是建立在金工实习基础上的技术基础课。本课程是建立在金工实习基础上的技术基础课。它是后续各专业课它是后续各专业课 的基础。的基础。14机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室14本课程的教学任务本课程的教
12、学任务金属工艺学是研究机械零件的制造方法：金属工艺学是研究机械零件的制造方法：材料选择、材料选择、制造毛坯、直到加工出零件制造毛坯、直到加工出零件的综合性课程。它主要的综合性课程。它主要有有热加工热加工和和冷加工冷加工两大部分组成。它的任务是通过两大部分组成。它的任务是通过本课程的学习使学生对机械工程中各零部件的加工本课程的学习使学生对机械工程中各零部件的加工方法及工艺有所认识和了解，从而在工程设计中正方法及工艺有所认识和了解，从而在工程设计中正确地选用。确地选用。15机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室15机器制造过程机器制造过程矿石生铁铸锭毛坯零件机器型材16机械制造技术基础I山东建筑
13、大学机制教研室16热加工（hothot processingprocessing ofof metalmetal）在高于再结晶温度的条件下，使金属材料同时在高于再结晶温度的条件下，使金属材料同时产生塑性变形和再结晶的加工方法。产生塑性变形和再结晶的加工方法。热加工通常包热加工通常包括铸造、锻造和金属热处理等工艺括铸造、锻造和金属热处理等工艺，有时也将焊接、，有时也将焊接、热切割、热喷涂等工艺包括在内。热加工中金属的热切割、热喷涂等工艺包括在内。热加工中金属的变形抗力小，塑性大，不会产生加工硬化现象，可变形抗力小，塑性大，不会产生加工硬化现象，可以进行大量的加工变形。热加工能使金属零件在成以进行
14、大量的加工变形。热加工能使金属零件在成形的同时改善其组织，或者使已成形的零件改变结形的同时改善其组织，或者使已成形的零件改变结晶状态以改善其机械性能。对于铅、锌、锡等低熔晶状态以改善其机械性能。对于铅、锌、锡等低熔点的金属材料，由于其再结晶温度低，即使在室温点的金属材料，由于其再结晶温度低，即使在室温下对其进行塑性加工也属于热加工。热加工主要适下对其进行塑性加工也属于热加工。热加工主要适用于加工截面尺寸大，变形量较大的金属制品及半用于加工截面尺寸大，变形量较大的金属制品及半成品，以及那些硬脆性较大的金属材料。成品，以及那些硬脆性较大的金属材料。17机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室17冷
15、加工（cold processing of metal）通常指金属的通常指金属的切削加工切削加工，即用切削工具从金，即用切削工具从金属材料（毛坯）或工件上切除多余的金属层，从属材料（毛坯）或工件上切除多余的金属层，从而使工件获得具有一定形状、尺寸精度和表面粗而使工件获得具有一定形状、尺寸精度和表面粗糙度的加工方法。糙度的加工方法。如车削、钻削、铣削、刨削、如车削、钻削、铣削、刨削、磨削、拉削等。磨削、拉削等。在金属工艺学中，与在金属工艺学中，与热加工热加工相对相对应，冷加工则指在低于再结晶温度下使金属产生应，冷加工则指在低于再结晶温度下使金属产生塑性变形的加工工艺，如冷轧、冷拔、冷锻、塑性变形
16、的加工工艺，如冷轧、冷拔、冷锻、冲冲压压、冷挤压等。冷加工变形抗力大，在使金属成、冷挤压等。冷加工变形抗力大，在使金属成形的同时，可以利用形的同时，可以利用加工硬化加工硬化提高提高工件工件的硬度和的硬度和强度。冷加工适于加工截面尺寸小，加工尺寸和强度。冷加工适于加工截面尺寸小，加工尺寸和表面粗糙度要求较高的金属零件。表面粗糙度要求较高的金属零件。18机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室18第二篇第二篇 铸铸 造造 我国有辉煌的传统冶铸我国有辉煌的传统冶铸历史，在殷商时期就有灿历史，在殷商时期就有灿烂的青铜器铸造技术。如烂的青铜器铸造技术。如北京明朝永乐青铜大钟，北京明朝永乐青铜大钟，重达重
17、达46.5t，钟高钟高6.75m，钟唇厚钟唇厚22cm，外径外径3.3m，钟体内遍铸经文钟体内遍铸经文22.7万字，万字，击钟时尾音长达击钟时尾音长达2分钟以上，分钟以上，传距传距20km。外形和内腔如外形和内腔如此复杂、重量如此巨大、此复杂、重量如此巨大、质量要求如此高的青铜大质量要求如此高的青铜大钟，说明我国早已掌握冶钟，说明我国早已掌握冶炼和铸造技术。炼和铸造技术。永乐大钟19机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室19青铜龙耳尊马踏飞燕彩彩绘绘铜铜车车马马铸造的发展：铸造的发展：历史：我国至少历史：我国至少40004000年年的铸造史，较早掌握铸的铸造史，较早掌握铸造技术。造技术。夏朝
18、：铸铜；夏朝：铸铜；周朝：铸铁。周朝：铸铁。20机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室20一般铸造工艺分为：砂型铸造和特种铸造21机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室21优点：优点：可制造形状复杂件可制造形状复杂件 适用范围广适用范围广 费用低费用低 影响铸件质量的因素很多，其中合金的铸造工艺性影响铸件质量的因素很多，其中合金的铸造工艺性就是主要因素之一。就是主要因素之一。重点：铸铁件的砂型铸造和铸件结构工艺性。重点：铸铁件的砂型铸造和铸件结构工艺性。第一章第一章 铸造工艺基础铸造工艺基础铸造铸造-将液态合金浇注到具有与零件形状、尺寸相将液态合金浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型空腔
19、中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法称为铸造。件的生产方法称为铸造。22机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室22砂型铸造过程23机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室23铸造生产过程24机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室24液态合金的工艺性能液态合金的工艺性能表征为液态合金的液态合金的工艺性能表征为液态合金的铸造性能铸造性能通常是指合金的通常是指合金的流动性流动性、收缩性收缩性吸气性吸气性及及偏析偏析等性能等性能合金合金铸造性能铸造性能是是选择铸造金属材料选择铸造金属材料，确定铸件的确定铸件的铸造工艺方案铸造工艺方案及进行及进行
20、铸件结构设计铸件结构设计的的依据依据25机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室25铸造的优点适于做复杂外形，特别是复杂适于做复杂外形，特别是复杂内腔的毛坯内腔的毛坯对材料的适应性广，铸件的大对材料的适应性广，铸件的大小几乎不受限制小几乎不受限制成本低，原材料来源广泛，成本低，原材料来源广泛，价格低廉价格低廉,一般不需要昂贵的一般不需要昂贵的设备设备是某些塑性很差的材料是某些塑性很差的材料(如铸如铸铁等铁等)制造其毛坯或零件的唯制造其毛坯或零件的唯一成型工艺一成型工艺铸铸造造优优点点26机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室26缺缺 点点工艺过程比较复杂，一些工艺工艺过程比较复杂，一些工艺过
21、程还难以控制过程还难以控制液态成形零件内部组织的均匀液态成形零件内部组织的均匀性、致密性一般较差性、致密性一般较差液态成形零件易出现缩孔、缩液态成形零件易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷，产品裂纹等缺陷，产品 质量不够稳质量不够稳定定由于铸件内部晶粒粗大，组织由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴不均匀，且常伴 有缺陷，其力有缺陷，其力学性能比同类材料的塑性成形学性能比同类材料的塑性成形低低缺缺 点点27机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室271 液态合金的充型液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮
22、廓清晰的成型件的能力的成型件的能力充型能力的概念充型能力的概念:充型能力不足充型能力不足浇不足浇不足冷冷 隔隔夹夹 砂砂气气 孔孔夹夹 渣渣充型能力的决定因素充型能力的决定因素合金的流动性合金的流动性浇注条件浇注条件铸型填充条件铸型填充条件28机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室28合金的充型能力测试合金充型能测试合金充型能力的方法力的方法:如右图,将合金液浇入铸型中，冷凝后测出充满型腔的试样长度。浇出的试样越长，合金的流动性越好,合金合金充型能力越好充型能力越好.29机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室29几种不同合金流动性的比较*铸铁的流动性铸铁的流动性*铸钢的流动性铸钢的流动性实
23、验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。30机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室30合金流动性对充型能力的影响合金流动性的决定因素 合金的种类:合金不同流动性不同 化学成分：同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特点，流动性也不同。结晶特性:恒温下结晶，流动性较好；两相区内结晶，流动性较差31机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室3132机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室32由以上图表可见：由以上图表可见：合金的充型能力是由合金的流动性决定，同时合金的充型能力是由合金的流动性决定，同时又受外界条件的影响。如铸型、浇注条件、铸件结又受外界条件的影
24、响。如铸型、浇注条件、铸件结构构.。结论：合金流动性越强，充型能力越高。结论：合金流动性越强，充型能力越高。设计零件时，尤其是结构复杂、壁厚薄的铸件，设计零件时，尤其是结构复杂、壁厚薄的铸件，一定要选流动性好的合金。一定要选流动性好的合金。合金流动性的决定因素合金流动性的决定因素-具有共晶成分的具有共晶成分的 合金、纯金属流动性好。合金、纯金属流动性好。铸铁类铸铁类-含碳量在含碳量在4.3%C 附近的铁合金、附近的铁合金、多数多数QT的（不含铬）流动性较好。的（不含铬）流动性较好。有色金属类有色金属类-硅黄铜、硅铝明（铝硅黄铜、硅铝明（铝硅系铸造铝合硅系铸造铝合金）的流动性好一般。金）的流动性
25、好一般。铸钢铸钢-流动性很差。流动性很差。33机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室33浇注条件对充型能力的影响浇注浇注条件条件浇注温度浇注温度充型压力充型压力浇注系统浇注系统浇注温度越高，液态金属的粘度越小，浇注温度越高，液态金属的粘度越小，过热度高，金属液内含热过热度高，金属液内含热 量多，保持量多，保持液态的时间长，充型液态的时间长，充型 能力强。能力强。液态金属在流动方向上所受的压力称为液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力。充型压力越大充型压力。充型压力越大,充型能力越充型能力越强。强。浇注系统的结构越复杂，则流动浇注系统的结构越复杂，则流动 阻力越大，充型能力越差。阻力越大，
26、充型能力越差。34机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室34 流动性与浇注温度的关系流动性与浇注温度的关系流动性浇注温度T熔合金温度高，液态时间长、粘度低.浇注温度对流动性的影响35机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室35铸型填充条件对充型能力的影响填充填充条件条件铸型材料铸型材料铸型温度铸型温度铸型中的铸型中的气体气体铸型材料的导热系数和比热容越大铸型材料的导热系数和比热容越大,对合金的激冷能力愈强对合金的激冷能力愈强,其充型能力其充型能力愈差愈差金属型铸造、压力铸造等金属型铸造、压力铸造等,铸型被预铸型被预加热至数百度加热至数百度,减缓金属液的冷却速减缓金属液的冷却速度度,以提高充型
27、能力以提高充型能力.铸型的发气和透气能力：铸型的发气和透气能力：浇铸时产生气体能在金属液与铸型浇铸时产生气体能在金属液与铸型间形成气膜，减小摩擦阻力，有利间形成气膜，减小摩擦阻力，有利于充型。但发气能力过强于充型。但发气能力过强,透气能透气能力又差时力又差时,若浇铸速度太快若浇铸速度太快,则型腔则型腔中的气体压力增大，充型能力减弱。中的气体压力增大，充型能力减弱。36机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室361.浇注温度（T）2.充型压力（HV）3.铸型的材料（蓄热能力），常用金属型和砂型4.铸型温度（热交换延长T）5.铸型中气体（阻力V）lTlVHl散热蓄热37机械制造技术基础I山东建筑大
28、学机制教研室37三种含碳量的铸铁的凝固方式2 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩38机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室38结论：结论：合金在凝固过程中，一般存在三个区域，即固相区、合金在凝固过程中，一般存在三个区域，即固相区、凝固区、液相区。凝固区、液相区。按凝固区的宽窄，划分为：按凝固区的宽窄，划分为：1.1.逐层凝固逐层凝固-凝固区不明显（见于纯金属或共晶凝固区不明显（见于纯金属或共晶成分合金，铸件充型能力强，如灰铸铁。）成分合金，铸件充型能力强，如灰铸铁。）2.2.糊状凝固糊状凝固-凝固区很宽（见于非共晶成分合金，凝固区很宽（见于非共晶成分合金，结晶温度范围宽，铸件质量差，如铝铜合金
29、。）结晶温度范围宽，铸件质量差，如铝铜合金。）3.3.中间凝固中间凝固-凝固区介于凝固区介于1 1、2 2之间。大多数合金之间。大多数合金的凝固方式属于这种凝固方式。的凝固方式属于这种凝固方式。39机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室39铸件凝固方式对铸件质量的影响：铸件凝固方式对铸件质量的影响：凝固过程实质是金属的结晶过程，它从两方面影响凝固过程实质是金属的结晶过程，它从两方面影响铸件的性能：铸件的性能：1）形成的金相组织）形成的金相组织-晶粒的大小、形状及晶粒的内晶粒的大小、形状及晶粒的内部缺陷等影响合金的机械性能；部缺陷等影响合金的机械性能；2）金属的致密度）金属的致密度-液态金属结
30、晶为固态，引起的体液态金属结晶为固态，引起的体积收缩所形成的孔洞，若得不到液态金属的补缩，积收缩所形成的孔洞，若得不到液态金属的补缩，将产生铸造缺陷，影响合金的致密性及强度。将产生铸造缺陷，影响合金的致密性及强度。40机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室40二、铸造合金的收缩二、铸造合金的收缩 合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体积或尺寸合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体积或尺寸缩减的现象。缩减的现象。液态收缩液态收缩 浇注温度浇注温度 凝固开始温度间的收缩凝固开始温度间的收缩凝固收缩凝固收缩 凝固开始温度凝固开始温度 凝固结束温度凝固结束温度固态收缩固态收缩 凝固终止温度凝固终止温度
31、室温的收缩，主要表现为尺寸室温的收缩，主要表现为尺寸收缩。收缩。41机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室41三、铸件中的缩孔与缩松三、铸件中的缩孔与缩松1、形成、形成 液态金属冷凝过程中，由于液态收缩和凝液态金属冷凝过程中，由于液态收缩和凝固收缩得不到补充，在铸件最后凝固部位形成的固收缩得不到补充，在铸件最后凝固部位形成的孔洞。孔洞。集中的较大孔洞集中的较大孔洞 缩孔缩孔 图图2-4。分散的细小孔洞分散的细小孔洞 缩松缩松 图图2-5下页。下页。42机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室42缩孔形成过程缩孔的形成缩孔的形成:纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金纯金属、共晶成分和凝固温度
32、范围窄的合金,浇注后在浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中，如得不型腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中，如得不到合金液的补充，在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔到合金液的补充，在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔.43机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室43缩松的形成原因缩松的形成原因:铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。的小液
33、体区难以得到补缩所致。44机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室44缩孔易出现的部位45机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室45结论如下：结论如下：1 1）逐层凝固和窄凝固范围的合金，在凝固过程中）逐层凝固和窄凝固范围的合金，在凝固过程中的体积收缩能得到补缩，倾向于最后形成大的孔洞的体积收缩能得到补缩，倾向于最后形成大的孔洞-缩孔。合金的致密性好缩孔。合金的致密性好“热裂热裂”倾向小。这类合倾向小。这类合金包括：共晶合金、纯金属。金包括：共晶合金、纯金属。2 2）凝固范围越宽，形成缩松及热裂的倾向越大。）凝固范围越宽，形成缩松及热裂的倾向越大。这类金属包括：远离共晶点成分的合金。这类金属
34、包括：远离共晶点成分的合金。防止缩孔和缩松的措施防止缩孔和缩松的措施 1.1.合理选用铸件材料（选用近共晶成分或结晶温度范合理选用铸件材料（选用近共晶成分或结晶温度范围较窄的合金）。围较窄的合金）。2.2.工艺措施；工艺措施；顺序（定向）凝固原则顺序（定向）凝固原则-合理设置冒口和增设冷合理设置冒口和增设冷铁。铁。46机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室46通过控制凝固顺序，使缩孔产生在冒口中！47机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室47解决缩孔的方法演示：冒口和冷铁48机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室48铸造内应力铸造内应力-铸件在凝固收缩时，受到阻碍内部形成的应铸件在凝固收
35、缩时，受到阻碍内部形成的应力。内应力发生在铸件凝固以后的继续冷却过程中，铸力。内应力发生在铸件凝固以后的继续冷却过程中，铸造内应力是铸造产生变形和裂纹的基本原因。造内应力是铸造产生变形和裂纹的基本原因。一般认为由下列三种情形产生：一般认为由下列三种情形产生：1）二次结晶时，新相与旧相体积不同，膨胀与收缩将产）二次结晶时，新相与旧相体积不同，膨胀与收缩将产生生-相变应力。相变应力。2）温度分布不同，各处收缩量不同时，内部互相制约，）温度分布不同，各处收缩量不同时，内部互相制约，产生产生-热应力。热应力。3）收缩时受到铸型、型芯的阻碍，产生）收缩时受到铸型、型芯的阻碍，产生-收缩应力。收缩应力。3
36、 铸造内应力、变形和裂纹铸造内应力、变形和裂纹一一.内应力的形成内应力的形成49机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室49应力状态应力状态-拉应力和压应力、剪应力。拉应力和压应力、剪应力。应力性质应力性质-分为临时应力和残余应力。分为临时应力和残余应力。按照内应力产生的原因，可分为热应力和机械应力按照内应力产生的原因，可分为热应力和机械应力两种。两种。1.热应力热应力-由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷却由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷却速度不同，使得在同一时期内铸件各部分收缩不一致速度不同，使得在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力。而引起的应力。50机械制造技术基础I山东建筑大学机制
37、教研室50再结晶温度以上时，金属处于塑性状态，不产生应力。再结晶温度以下时，金属处于弹性状态，将产生弹性变形从而形成应力。51机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室51结论：结论：1）铸件的各部分截面积差越大，产生的应力）铸件的各部分截面积差越大，产生的应力 差越大。差越大。2）当厚大部分进入弹性状态时，厚薄部分温差）当厚大部分进入弹性状态时，厚薄部分温差越大，产生的热应力越大。越大，产生的热应力越大。3）冷却慢的部分，残余应力为拉应力；冷却快）冷却慢的部分，残余应力为拉应力；冷却快的部分，残余热应力为压应力。的部分，残余热应力为压应力。预防方法预防方法:1、壁厚均匀、壁厚均匀 2、同时凝固
38、、同时凝固薄处设浇口薄处设浇口,厚处放冷铁厚处放冷铁52机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室52由于（铸型或型芯）收缩受阻，产生的都是拉应力或由于（铸型或型芯）收缩受阻，产生的都是拉应力或剪应力。剪应力。因为是产生在弹性状态下，落砂后随着产生弹性变形因为是产生在弹性状态下，落砂后随着产生弹性变形而消失，为临时应力。（但产生弹性变形的应力仍然而消失，为临时应力。（但产生弹性变形的应力仍然留在弹性体内）留在弹性体内）预防方法预防方法:机械应力会导致形成裂纹机械应力会导致形成裂纹,提高铸型和型提高铸型和型芯的退让性芯的退让性,且适时开箱加以解决。且适时开箱加以解决。2.机械应力（收缩应力）机械应
39、力（收缩应力）53机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室53铸造应力对铸件性能的影响：铸造应力对铸件性能的影响：当铸造应力形成时，若超过合金的屈服极限，当铸造应力形成时，若超过合金的屈服极限，则产生塑性变形；若超过合金的强度极限，则产则产生塑性变形；若超过合金的强度极限，则产生裂纹生裂纹冷裂；（冷裂形成机理）若低于弹性极冷裂；（冷裂形成机理）若低于弹性极限，则以残余应力的形式存在。限，则以残余应力的形式存在。有残余应力的铸件，经机械加工，一段时间有残余应力的铸件，经机械加工，一段时间后，将产生变形，影响零件精度。后，将产生变形，影响零件精度。54机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室54
40、由铸造应力的形成过程可知，铸件的变形发生在铸由铸造应力的形成过程可知，铸件的变形发生在铸造应力超过材料的屈服极限时。因此防止铸件产生造应力超过材料的屈服极限时。因此防止铸件产生变形的根本措施是消除铸造应力。变形的根本措施是消除铸造应力。此外还可以从工艺上采取措施此外还可以从工艺上采取措施 1）反变形）反变形-制造模型时采取反变形。制造模型时采取反变形。2）改变铸件结构）改变铸件结构-如改用弯轮辐代替直轮辐如改用弯轮辐代替直轮辐 3）设置拉筋）设置拉筋-在铸造应力集中的部位设置拉筋，在铸造应力集中的部位设置拉筋，热处理后去除热处理后去除 4）时效处理（自然时效和人工时效）。）时效处理（自然时效和
41、人工时效）。5）同时凝固原则。）同时凝固原则。二二.铸件的变形与防止铸件的变形与防止55机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室55当铸造内应力超过金属地强度极限时，将产生裂纹。当铸造内应力超过金属地强度极限时，将产生裂纹。铸件裂纹分为：热裂纹和冷裂纹。铸件裂纹分为：热裂纹和冷裂纹。1.热裂纹热裂纹 裂纹断口形态：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、裂纹断口形态：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、呈氧化色。呈氧化色。形成机理：在凝固后期的固相线附近的温度范围内形成机理：在凝固后期的固相线附近的温度范围内（该区称为脆性区），合金的收缩系数急剧改变，（该区称为脆性区），合金的收缩系数急剧改变，若收缩受阻，将产生应力
42、。而此时合金尚未完全凝若收缩受阻，将产生应力。而此时合金尚未完全凝固（残余液体约固（残余液体约10%），强度极低，若应力超过其），强度极低，若应力超过其强度则形成裂纹。强度则形成裂纹。三三.铸件的裂纹与防止铸件的裂纹与防止56机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室56原因:1、凝固末期,合金呈完整骨架+液体,强,塑 2、含S热脆 3、退让性不好预防:设计结构合理,改善退让性,控制含S量57机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室57影响热裂形成的因素影响热裂形成的因素（1）合金性质合金结晶温度）合金性质合金结晶温度范围越宽，范围越宽，热裂倾向性热裂倾向性越大。越大。T热裂倾向线 收 缩开始温
43、度固相线58机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室58此外，合金中的一些其它元素对其热裂倾向也此外，合金中的一些其它元素对其热裂倾向也有一定的影响。如：碳素钢中的有一定的影响。如：碳素钢中的S、P、Si,Mn 四种因素对热裂性的影响。四种因素对热裂性的影响。SpSiMn%59机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室592.冷裂冷裂-形成冷裂的机理见形成冷裂的机理见“机械收缩机械收缩”。低温下形成的裂纹，裂缝细小，呈直线状。低温下形成的裂纹，裂缝细小，呈直线状。出现于复杂工件的受拉部位和应力集中部位。出现于复杂工件的受拉部位和应力集中部位。原因原因:复杂大工件受拉应力部位和应力集中处易发生复杂
44、大工件受拉应力部位和应力集中处易发生;材料塑性差材料塑性差;P P冷脆冷脆 预防预防:合理设计合理设计,减少内应力减少内应力,控制控制P P含量含量,提高退让提高退让性性（2）铸型阻力）铸型阻力铸型的退让性越大，机械应力越小，合金热裂倾铸型的退让性越大，机械应力越小，合金热裂倾向越小。向越小。60机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室60 由于影响铸件质量的因素很多，并且错综复杂，难由于影响铸件质量的因素很多，并且错综复杂，难以综合控制，生产中一般控制主要或重点要素，以综合控制，生产中一般控制主要或重点要素，具体为下列几方面：具体为下列几方面：1、合理选定铸造合金和铸件结构.2、合理制定铸件
45、技术要求(允许缺陷,具有规定)3、模型质量检验(模型合格铸件合格)4、铸件质量检验(宏观,仪器)5、铸件热处理:消除应力,降低硬度,提高切削性,保证机械性能,退火,正火等。4 铸件的质量控制铸件的质量控制61机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室61形状类缺陷62机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室62形状类缺陷63机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室63孔洞类缺陷64机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室64夹杂类缺陷65机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室65裂纹、冷隔类缺陷66机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室66表面缺陷67机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室67铸造工序繁多，影响铸件质量的因素复杂，铸件缺陷几乎难以完全避免，因此废品率较其它金属加工方法高！68机械制造技术基础I山东建筑大学机制教研室68小结：合金工艺性能合金工艺性能充充 型型 能能 力力凝凝 固固 方方 式式应力与变形应力与变形流动性流动性浇注条件浇注条件铸型条件铸型条件逐层凝固逐层凝固糊状凝固糊状凝固中间凝固中间凝固收收 缩缩 性性 能能液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩固态收缩固态收缩
