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1、工程实践工艺设计Fundamentals of Materials Forming Process哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学工程训练中心工程训练中心 为了保证零件的质量、提高生产效率和降低生产成本，在生产零件之前，首先要编制出零件生产工艺过程的有关技术文件，即进行工艺设计。零件工艺规程是进行技术准备、生产管理、零件检验和经济核算的依据。 工艺设计就是根据零件图纸、零件的材料牌号和技术要求，结合生产实际来设计该零件的加工工艺方案、并分析零件结构设计合理性的过程，形成供今后制造零件的有关技术文件。绪论绪论原材料原材料铸锭、型材铸锭、型材铸造成铸造成形形塑性成形塑性成形焊接成形焊接成形毛坯毛坯切削
2、加工切削加工零件零件装配装配机器机器切削加工切削加工铸造成形铸造成形塑性成形塑性成形焊接成形焊接成形 热处理热处理切削加工切削加工 热处理热处理退火，正火退火，正火淬火，回火淬火，回火表面加工表面加工表面形变；淬火强化表面形变；淬火强化表面涂（镀）层；表面涂（镀）层；气相沉积镀膜气相沉积镀膜绪论绪论原材料原材料铸锭、型材铸锭、型材铸造成形铸造成形塑性成形塑性成形焊接成形焊接成形毛坯毛坯切削加工切削加工零件零件装配装配机器机器切削加工切削加工铸造成形铸造成形塑性成形塑性成形焊接成形焊接成形 热处理热处理切削加工切削加工 热处理热处理表面加工表面加工绪论绪论绪论绪论 常用毛坯的类型及其选择 在零件
3、的制造过程中，常见的毛坯有如下几种：1.型材 指具有各种截面形状和规格的成型轧材。如钢材中的各种圆钢、方钢、槽钢、角钢、工字钢、钢轨、六角钢、钢管、板材等。此外，一些板材、线材，还有用挤压法生产的各种截面的轻合金型材等都属于型材。它可以现货购进，在锻件、焊接件和机械加工件中作为原材料（毛坯）使用。绪论绪论 常用毛坯的类型及其选择 2.铸造毛坯 不宜用型材作坯料的场合。零件的形状复杂或者很复杂、而力学性能要求不太高，可以通过铸造成型的，就不用型材，从而节约材料与工时的耗费。3.锻压毛坯 不宜用型材作坯料的场合。零件的力学性能要求较高时，利用锻压可以消除某些铸态组织的缺陷，从而提高机械性能的优点。
4、原始原材料（毛坯）采用型材或者是铸锭进行下料。 此外，毛坯形式还有冲压件、挤压件、粉末冶金件等多种形式。在具体选用毛坯件时，可能由于工艺上的限制，或者是使用上的特殊要求，往往将几种毛坯下料方式综合应用，例如铸锻结合、锻焊结合等进行下料。绪论绪论 将液态金属材料熔化成液态后，浇注入与拟成形的零件形状及尺寸相适应的模型空腔（称铸型）中，待其冷却凝固后获得具有一定形状和尺寸的毛坯或零件的方法。铸造的概念铸造工艺设计手工造型砂型铸造 铸造工艺设计 特种铸造主要有金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、低压铸造、连续铸造、陶瓷型铸造、消失模铸造、磁型铸造、实型铸造等。特种铸造方法 铸造工艺设计铸造工艺
5、设计铸造的应用铸造的应用铸造工艺设计铸造的应用铸造工艺设计铸造的特点 能够制造形状复杂的铸件，尤其是能制造具有复杂内腔的毛坯。 工艺适应性强，铸件质量、大小、形状及所用合金种类几乎不受限制。 成本低，原材料来源广泛， 价格低廉,一般不需要昂贵的设备。铸 造优 点铸造工艺设计铸造的特点铸造缺点 用同样金属材料制造的铸件，其力学性能不如锻件。 铸造工序繁多，且难以精确控制，故铸件质量有时会不够稳定。 劳动条件较差。铸造工艺设计砂型铸造 特点： 手工造型操作灵活、工艺装备(模样、芯盒、砂箱等)简单、生产准备时间短、适应性强，造 型质量一般可满足工艺要求，但生产率低、劳动强度大、铸件质量较差，所以主要
6、用于单件小批生产。造型材料: 型砂和芯砂 由原砂、粘结剂、水和附加物铸造工艺设计造型方法: 压实式造型 震压实式造型 机器造型 微震压实式造型 气流紧实式造型 射压式造型 抛砂式造型手工造型砂型铸造 铸造工艺设计手工造型： 填砂、紧实、起模等主要有人工完成，操作灵活，生产率低，主要用于单件小批量生产。手工造型的主要方法: 分模造型，整模造型，刮板造型，三箱造型，挖砂造型，假箱造型，活块造型。砂型铸造 铸造工艺设计 铸件在生产之前，首先应编制出控制该铸件生产工艺过程的科学技术文件，即铸造工艺规程设计，简称铸造工艺设计。铸造工艺规程是生产的指导性文件，也是生产准备、管理和验收的依据。因此，铸造工艺
7、设计的好坏，对铸件质量、生产率及成本起着很大的作用。铸造工艺设计制定工艺规程的目的： 制造合格的铸件 降低铸件的成本 减少生产的工作量铸造生产的首要步骤合理的制订铸造工艺方案铸造工艺设计铸造工艺设计依据： 零件结构特点 技术要求 生产批量 设备技术条件铸造工艺设计制定工艺规程的内容： 铸造工艺设计一般内容：铸造工艺图，铸件（毛坯）图，铸型装配图（合箱图），工艺卡。广义地，铸造工艺装备设计也属于铸造工艺设计的内容，例如模样图、模板图、砂箱图、芯盒图、压铁图、专用量具图及组合下芯夹具图等。 一般大量生产的定型产品、特殊重要的单件生产的铸件，铸造工艺设计制订得细致，内容涉及较多。单件、小批生产的一般
8、性产品，铸造工艺设计的内容可以简化。在最简单的情况下，只拟绘一张铸造工艺图。铸造工艺设计制定工艺规程的内容：对零件进行工艺分析对零件进行工艺分析, ,绘制铸造工艺图绘制铸造工艺图产品零件的技术条件和结构工艺性分析产品零件的技术条件和结构工艺性分析选用铸型种类及造型方法选用铸型种类及造型方法确定浇注位置和分型面确定浇注位置和分型面确定加工余量及有关工艺参数确定加工余量及有关工艺参数确定型芯数目和设置方式确定型芯数目和设置方式确定浇注系统的位置确定浇注系统的位置铸造工艺设计1. 选择浇注位置浇注位置-浇注时铸件在铸型中所处的空间位置 选择浇注位置的主要原则： 1）质量要求高的重要加工面、受力面应该
9、朝下。车床床身的浇注位置铸造工艺设计平台类铸件的浇注位置选择浇注位置的主要原则： 1）质量要求高的重要加工面、受力面应该朝下。1. 选择浇注位置铸造工艺设计 1.3 铸造工艺设计浇注位置的选择原则2）铸件的宽大平面应朝下1.3.1 浇注位置的选择大平面铸件的浇注位置大平面铸件的浇注位置 选择浇注位置的主要原则：3）大而薄的平面朝下，或侧立、倾斜 曲轴箱的浇注位置 合理不合理1. 选择浇注位置铸造工艺设计选择浇注位置的主要原则：4）厚大部分放在上面或侧面铸钢双排链轮的浇注位置 1. 选择浇注位置铸造工艺设计选择浇注位置的主要原则： 5）应充分考虑型芯的定位、稳固和检验方便 箱体的浇注位置1. 选
10、择浇注位置铸造工艺设计分型面是指铸型之间的结合面。如果选择不当，不仅影响铸件质量，而且还将使制模、造型、造芯、合型或清理，甚至机械加工等工序复杂化。分模面：将模样分开的切面，有时与分型面重叠。2. 分型面的选择铸造工艺设计2. 分型面的选择铸造工艺设计确定分型面的原则：1）便于取模 分型面的确定应能方便、顺利地取出模样或铸件，分型面一般选在铸件的最大截面处。尽量把铸件放在一个砂箱内，而且尽可能放在下箱，以方便下芯和检验，减少错箱和提高铸件精度。2. 分型面的选择铸造工艺设计11451模样砂子阻碍起模下上下上下上11451模样砂子阻碍起模下上下上下上(a) 铸件图 (b) 不正确 (c) 正确
11、2. 分型面的选择铸造工艺设计确定分型面的原则：2）尽量使铸件位于同一铸型内 分型面对铸件的精度会有影响，除了合型会引起偏差外，还会因合型不严而产生飞翅，造成垂直于铸件分型方向上尺寸增加。 箱体铸件分型面的正确选择箱体铸件分型面的正确选择上下BAab上下确定分型面的原则：3） 尽量减少分型面和活块的数量尽量减少分型面和活块的数量对于机器造型尤其是生产线造型，一般只允许有一个分型面，凡阻碍起模的部位宁可采用型芯以减少分型面，而不是采用活块或多箱造型。 铸造工艺设计2 分型面的选择(a) 两个分型面 (b) 用型芯减少分型面 确定分型面的原则：4）分型面的选择应考虑尽可能减少型芯的数目分型面的选择
12、应考虑尽可能减少型芯的数目 铸造工艺设计2 分型面的选择接头铸件分型面方案的比较接头铸件分型面方案的比较（a） （b）铸造工艺参数铸造工艺参数：铸造工艺设计时所需要的特定的工艺数据，包括：铸件尺寸公差和质量公差、机械加工余量、铸造收缩率、起模斜度、最小铸出孔和槽、铸造圆角。 1.1.尺寸公差和机械加工余量尺寸公差和机械加工余量3. 铸造工艺参数的确定毛坯铸件基本尺寸加工后尺寸RMARMACT/2CT/2最小极限尺寸最大极限尺寸 铸件尺寸公差与极限尺寸铸件尺寸公差与极限尺寸 铸造工艺设计铸造方法公差等级CT铸件材料钢灰铁球铁可锻铸铁铜合金锌合金轻合金镍、钴基合金砂型手工造型11141114111
13、41114101310139121114砂型机器造型和壳型81281281281281081079812金属型铸造-8108108108107979-压铸-684647-精铸水玻璃797979-58-5879硅溶胶464646-46-4646实际批量生产中铸件的尺寸公差等级实际批量生产中铸件的尺寸公差等级 铸造工艺参数铸造工艺参数：铸造工艺设计时所需要的特定的工艺数据。 1.1.尺寸公差和机械加工余量尺寸公差和机械加工余量1) 铸件尺寸公差：指铸件基本尺寸的正负偏差。铸件尺寸公差等级分为16级，表示为CT1CT16，1级精度最高，16级精度最低。 3. 铸造工艺参数的确定铸造工艺参数铸造工艺参
14、数：铸造工艺设计时所需要的特定的工艺数据。 1.1.尺寸公差和机械加工余量尺寸公差和机械加工余量1) 铸件尺寸公差：指铸件基本尺寸的正负偏差 。铸件尺寸公差铸件尺寸公差 铸件基本尺寸公差等级CT12345678910111213141516100.090.130.180.260.360.520.741.01.52.02.84.2-10160.10.140.200.280.380.540.781.11.62.23.04.4-16250.110.150.220.300.420.580.821.21.72.43.24.668101225400.120.170.240.320.460.640.901.
15、31.82.63.65.079111440630.130.180.260.360.500.701.01.42.02.84.05.68101216631000.140.200.280.400.560.781.11.62.23.24.4691114181001600.150.220.300.440.620.881.21.82.53.65.07101216203. 铸造工艺参数的确定铸造方法机械加工余量等级铸件材料钢灰铁球铁可锻铸铁铜合金锌合金轻合金镍、钴基合金砂铸手工造型GKFHFHFHFHFHFHGK砂铸机器造型和壳型FHEGEGEGEGEGEGFH金属型-DFDFDFDFDFDF-压铸-BDB
16、DBD-精铸EEE-E-EE毛坯铸件的机械加工余量等级毛坯铸件的机械加工余量等级 铸造工艺参数铸造工艺参数1.1.尺寸公差和机械加工余量尺寸公差和机械加工余量2) 机械加工余量：为了保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸造工艺设计时预先增加的而在机械加工时要切除的金属层厚度，称之为机械加工余量。加工余量过大，不仅浪费金属，而且也切去了晶粒较细致、性能较好的铸件表层；余量过小，则达不到加工要求，甚至有黑皮残留，影响产品质量。其等级由精到粗分为A、B、C、D、E、F、G、H、J和K共10个等级。确定机械加工余量前需要确定机械加工余量等级。3. 铸造工艺参数的确定铸件机械加工余量铸件机械加工余量铸造工艺
17、参数铸造工艺参数2) 2) 机械加工余量机械加工余量3. 铸造工艺参数的确定铸造工艺参数铸造工艺参数2.2.最小铸出孔最小铸出孔: :太小的孔不易铸出铸件材料种类壁厚最小铸出孔直径铸铁8106102025101540501530501003550铝合金或镁合金20铜合金25铸铁和有色合金铸件最小铸出孔尺寸铸铁和有色合金铸件最小铸出孔尺寸 3. 铸造工艺参数的确定铸造工艺参数铸造工艺参数2.2.最小铸出孔最小铸出孔: :太小的孔不易铸出3. 铸造工艺参数的确定铸钢件最小铸出孔尺寸 铸造工艺参数的确定3.3.铸造收缩率铸造收缩率: :铸造收缩率包括线收缩率和体收缩率。线收缩率是指铸件从浇注到冷却结
18、束这一过程中的线性收缩比率，其定义式为： 100%砂型铸造时几种合金的铸件线收缩率砂型铸造时几种合金的铸件线收缩率 121LLLl铸造工艺参数铸造工艺参数4.4.起模斜度起模斜度: :为了便于起模和出芯，模样和芯盒的侧面应避免与底平面垂直，要留有一定的斜度，使得起模或出芯时，砂型或砂芯不易损坏，该斜度是为了工艺要求而设，称为起模斜度或拔模斜度。 3. 铸造工艺参数的确定4.4.起模斜度起模斜度3. 铸造工艺参数的确定5.铸造圆角铸造圆角 铸件上相邻两壁之间的交角，应做出铸造圆角，以铸件上相邻两壁之间的交角，应做出铸造圆角，以防止在尖角处产生冲砂及裂纹等缺陷。圆角半径一般防止在尖角处产生冲砂及裂
19、纹等缺陷。圆角半径一般约为相交两壁平均厚度的约为相交两壁平均厚度的1/51/3。3. 铸造工艺参数的确定 型芯的作用是形成铸件的内腔、孔以及铸件外形不易起模的部位。 其设计的主要内容包括：确定型芯的形状和数量、芯头设计、芯内排气系统的设计等方面。 6. 6. 型芯的设计型芯的设计铸造工艺设计芯头设计芯头设计芯头是指伸出铸件以外，且不与金属相接触的砂芯部分。其作用是对型芯进行定位和固定，此外还可以通过芯头进行排气。根据型芯在铸型中的位置，可分为垂直芯头和水平芯头。（a）一般形式 （b）只有下芯头 （c）无芯头 垂直芯头的形式垂直芯头的形式 铸造工艺设计6. 6. 型芯的设计型芯的设计水平芯头的形
20、式水平芯头的形式 芯头设计芯头设计芯头是指伸出铸件以外，且不与金属相接触的砂芯部分。其作用是对型芯进行定位和固定，此外还可以通过芯头进行排气。根据型芯在铸型中的位置，可分为垂直芯头和水平芯头。铸造工艺设计6. 6. 型芯的设计型芯的设计芯头设计芯头设计1）芯头长度：）芯头长度：芯头长度指的是型芯延伸到铸型部分的长度。2）芯头间隙：）芯头间隙：芯头间隙是指工艺设计中芯头与芯座之间所预留的配合间隙。3）芯头斜度：）芯头斜度：为了准确和方便下芯和合型而做出的芯头和芯座部分的斜度。 铸造工艺设计6. 6. 型芯的设计型芯的设计6. 6. 型芯的设计型芯的设计6. 型芯的设计浇注系统是铸型中引导熔体充入
21、型腔的通道系列，一般由浇口杯、直浇道、浇注系统是铸型中引导熔体充入型腔的通道系列，一般由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。横浇道和内浇道组成。 7.7.浇注系统的设计浇注系统的设计浇注系统的基本结构浇注系统的基本结构 内浇道横浇道直浇道浇口杯铸造工艺设计铸造工艺设计的内容和一般程序1. 铸造工艺设计的内容和一般程序铸造工艺设计的内容和一般程序1）铸造工艺图）铸造工艺图内容：内容：在零件图上用规定的红、兰等各色符号表示出：浇注位置、分型面、加工余量（起模斜度）、浇注系统、型芯形状和数量以及芯头大小等。用途及应用范围：用途及应用范围：是制造模样、模底板、芯盒等工装以及进行生产准备和验收的依据。适
22、用于各种批量的生产。它是指导铸造生产过程的最重要的工艺文件，也是生产准备、工艺操作和铸件验收的依据，直接影响铸件质量、生产率和生产成本等。铸造工艺设计铸造工艺图上所用主要铸造工艺符号及其表示方法铸造工艺图上所用主要铸造工艺符号及其表示方法铸造工艺图上所用主要铸造工艺符号及其表示方法铸造工艺图上所用主要铸造工艺符号及其表示方法铸造工艺图上所用主要铸造工艺符号及其表示方法铸造工艺图上所用主要铸造工艺符号及其表示方法接盘的铸造工艺设计过程 铸造工艺方案及铸造工艺图示例接盘的铸造工艺设计过程选定铸型种类及造型方法确定浇注位置和分型面确定加工余量确定其它工艺参数确定型芯及芯头结构该铸件生产批量不大，技术
23、要求一般，决定采用湿沙型，手工两箱造型。 因为中心孔质量要求较高。所以浇注位置采用接盘大端面朝上垂直浇注分型面采用沿接盘外端面分型 。操作简单方便，同时可采用整模造型，避免错型，铸件质量好该铸件为回转体，基本尺寸取94mm。查表取尺寸公差等级为CT14。砂型铸造手工造型的灰铸铁件机械加工余量等级为FH，现选H级。按零件最大尺寸为94mm，再查表，确定机械加工余量为量2mm。按照同样的方法查表，选取55mm和35mm的加工余量分别为1mm和0.7mm，并依次选取两端面的加工余量，其中大端面的加工余量需增至3mm。1. 因铸件两处侧壁高度均50mm，查表木模的起模斜度上增加值a为1.2，侧壁分别增
24、加至3.0mm，上端比下端大l.0 mm构成起模斜度。2. 对于小型铸件，外圆角半径取2mm，内圆角半径取4mm 3.查表，对于灰铸件小型铸件，铸造收缩率取1%。因为35的中心孔质量要求较高，需用型芯铸出，垂直芯头。为了增加型芯的稳定性，适当增大下芯头的高度。锥齿轮的浇注位置锥齿轮的浇注位置 浇注位置及分型面的选择例题1浇注位置及分型面的选择例题 CDAB(a)(b)(c)(d)三通的分型方案三通的分型方案 2浇注位置及分型面的选择例题隔板套的工艺方案改进隔板套的工艺方案改进下上下上1111111 1 11111111#2222222222 22#1111 1 1 11 11111 11111#(a) (b) 3浇注位置及分型面的选择例题4支撑座零件图4- 26180502080800.81.6铸造工艺方案及铸造工艺图示例51）确定浇注位置和分型面1234铸造工艺方案及铸造工艺图示例锥齿轮的浇注位置锥齿轮的浇注位置 合理合理 不合理不合理
