1、工程實踐工藝設(shè)計Fundamentals of Materials Forming Process哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學工程訓練中心工程訓練中心原材料原材料鑄錠、型材鑄錠、型材鑄造成鑄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加工切削加工零件零件裝配裝配機器機器切削加工切削加工鑄造成形鑄造成形塑性成形塑性成形焊接成形焊接成形 熱處理熱處理切削加工切削加工 熱處理熱處理退火，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變；淬火強化表面形變；淬火強化表面涂（鍍）層；表面涂（鍍）層；氣相沉積鍍膜氣相沉積鍍膜緒論緒論原材料原材料鑄錠、型材鑄錠、型材鑄造成形鑄造成形塑性成形塑

2、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裝配裝配機器機器切削加工切削加工鑄造成形鑄造成形塑性成形塑性成形焊接成形焊接成形 熱處理熱處理切削加工切削加工 熱處理熱處理表面加工表面加工緒論緒論緒論緒論在零件的制造過程中，常見的毛坯有如下幾種：1.型材 指具有各種截面形狀和規(guī)格的成型軋材。如鋼材中的各種圓鋼、方鋼、槽鋼、角鋼、工字鋼、鋼軌、六角鋼、鋼管、板材等。此外，一些板材、線材，還有用擠壓法生產(chǎn)的各種截面的輕合金型材等都屬于型材。它可以現(xiàn)貨購進，在鍛件、焊接件和機械加工件中作為原材料（毛坯）使用。2.鑄造毛坯 不宜用型材作坯料的場合。零件的形狀復雜或者很復雜、而力學性能要求不太高，

3、可以通過鑄造成型的，就不用型材，從而節(jié)約材料與工時的耗費。3.鍛壓毛坯 不宜用型材作坯料的場合。零件的力學性能要求較高時，利用鍛壓可以消除某些鑄態(tài)組織的缺陷，從而提高機械性能的優(yōu)點。原始原材料（毛坯）采用型材或者是鑄錠進行下料。4.焊接毛坯 適用于具有一定的尺寸和體積，又不能用鑄造或鍛壓方法制造的構(gòu)件。如各種容器、桁架結(jié)構(gòu)、較大的箱體、罩殼等。 此外，毛坯形式還有沖壓件、擠壓件、粉末冶金件等多種形式。在具體選用毛坯件時，可能由于工藝上的限制，或者是使用上的特殊要求，往往將幾種毛坯下料方式綜合應(yīng)用，例如鑄鍛結(jié)合、鍛焊結(jié)合等進行下料。緒論緒論 常用毛坯的類型及其選擇 在零件的制造過程中，常見的毛坯

4、有如下幾種：1.型材 指具有各種截面形狀和規(guī)格的成型軋材。如鋼材中的各種圓鋼、方鋼、槽鋼、角鋼、工字鋼、鋼軌、六角鋼、鋼管、板材等。此外，一些板材、線材，還有用擠壓法生產(chǎn)的各種截面的輕合金型材等都屬于型材。它可以現(xiàn)貨購進，在鍛件、焊接件和機械加工件中作為原材料（毛坯）使用。緒論緒論 為了保證零件的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本，在生產(chǎn)零件之前，首先要編制出零件生產(chǎn)工藝過程的有關(guān)技術(shù)文件，即進行工藝設(shè)計。零件工藝規(guī)程是進行技術(shù)準備、生產(chǎn)管理、零件檢驗和經(jīng)濟核算的依據(jù)。 工藝設(shè)計就是根據(jù)零件圖紙、零件的材料牌號和技術(shù)要求，結(jié)合生產(chǎn)實際來設(shè)計該零件的加工工藝方案、并分析零件結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性的過程，形

5、成供今后制造零件的有關(guān)技術(shù)文件。緒論緒論 將液態(tài)金屬材料熔化成液態(tài)后，澆注入與擬成形的零件形狀及尺寸相適應(yīng)的模型空腔（稱鑄型）中，待其冷卻凝固后獲得具有一定形狀和尺寸的毛坯或零件的方法。鑄造的概念鑄造工藝設(shè)計整模造型砂型鑄造 鑄造工藝設(shè)計 特種鑄造主要有金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、熔模鑄造、低壓鑄造、連續(xù)鑄造、陶瓷型鑄造、消失模鑄造、磁型鑄造、實型鑄造等。特種鑄造方法 鑄造工藝設(shè)計鑄造工藝設(shè)計鑄造的應(yīng)用鑄造的應(yīng)用鑄造工藝設(shè)計鑄造的應(yīng)用鑄造工藝設(shè)計鑄造的特點 能夠制造形狀復雜的鑄件，尤其是能制造具有復雜內(nèi)腔的毛坯。 工藝適應(yīng)性強，鑄件質(zhì)量、大小、形狀及所用合金種類幾乎不受限制。 成本低，原材

6、料來源廣泛， 價格低廉,一般不需要昂貴的設(shè)備。鑄 造優(yōu) 點鑄造工藝設(shè)計鑄造的特點鑄造缺點 用同樣金屬材料制造的鑄件，其力學性能不如鍛件。 鑄造工序繁多，且難以精確控制，故鑄件質(zhì)量有時會不夠穩(wěn)定。 勞動條件較差。鑄造工藝設(shè)計砂型鑄造 特點： 手工造型操作靈活、工藝裝備(模樣、芯盒、砂箱等)簡單、生產(chǎn)準備時間短、適應(yīng)性強，造 型質(zhì)量一般可滿足工藝要求，但生產(chǎn)率低、勞動強度大、鑄件質(zhì)量較差，所以主要用于單件小批生產(chǎn)。造型材料: 型砂和芯砂 由原砂、粘結(jié)劑、水和附加物鑄造工藝設(shè)計造型方法: 壓實式造型 震壓實式造型 機器造型 微震壓實式造型 氣流緊實式造型 射壓式造型 拋砂式造型手工造型砂型鑄造 鑄造

7、工藝設(shè)計手工造型： 填砂、緊實、起模等主要有人工完成，操作靈活，生產(chǎn)率低，主要用于單件小批量生產(chǎn)。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，活塊造型。砂型鑄造 鑄造工藝設(shè)計 鑄件在生產(chǎn)之前，首先應(yīng)編制出控制該鑄件生產(chǎn)工藝過程的科學技術(shù)文件，即鑄造工藝規(guī)程設(shè)計，簡稱鑄造工藝設(shè)計。鑄造工藝規(guī)程是生產(chǎn)的指導性文件，也是生產(chǎn)準備、管理和驗收的依據(jù)。因此，鑄造工藝設(shè)計的好壞，對鑄件質(zhì)量、生產(chǎn)率及成本起著很大的作用。鑄造工藝設(shè)計制定工藝規(guī)程的目的： 制造合格的鑄件 降低鑄件的成本 減少生產(chǎn)的工作量鑄造生產(chǎn)的首要步驟合理的制訂鑄造工藝方案鑄造工藝設(shè)計鑄造工藝設(shè)計依據(jù)：

8、 零件結(jié)構(gòu)特點 技術(shù)要求 生產(chǎn)批量 設(shè)備技術(shù)條件鑄造工藝設(shè)計制定工藝規(guī)程的內(nèi)容： 鑄造工藝設(shè)計一般內(nèi)容：鑄造工藝圖，鑄件（毛坯）圖，鑄型裝配圖（合箱圖），工藝卡。廣義地，鑄造工藝裝備設(shè)計也屬于鑄造工藝設(shè)計的內(nèi)容，例如模樣圖、模板圖、砂箱圖、芯盒圖、壓鐵圖、專用量具圖及組合下芯夾具圖等。 一般大量生產(chǎn)的定型產(chǎn)品、特殊重要的單件生產(chǎn)的鑄件，鑄造工藝設(shè)計制訂得細致，內(nèi)容涉及較多。單件、小批生產(chǎn)的一般性產(chǎn)品，鑄造工藝設(shè)計的內(nèi)容可以簡化。在最簡單的情況下，只擬繪一張鑄造工藝圖。鑄造工藝設(shè)計制定工藝規(guī)程的內(nèi)容：對零件進行工藝分析對零件進行工藝分析, ,繪制鑄繪制鑄造造工藝圖工藝圖產(chǎn)品零件的技術(shù)條件和結(jié)構(gòu)工

9、藝性分析產(chǎn)品零件的技術(shù)條件和結(jié)構(gòu)工藝性分析選用鑄型種類及造型方法選用鑄型種類及造型方法確定澆注位置和分型面確定澆注位置和分型面確定加工余量及有關(guān)工藝參數(shù)確定加工余量及有關(guān)工藝參數(shù)確定型芯數(shù)目和設(shè)置方式確定型芯數(shù)目和設(shè)置方式確定澆注系統(tǒng)的位置確定澆注系統(tǒng)的位置鑄造工藝設(shè)計1. 選擇澆注位置澆注位置-澆注時鑄件在鑄型中所處的空間位置 選擇澆注位置的主要原則： 1）質(zhì)量要求高的重要加工面、受力面應(yīng)該朝下。車床床身的澆注位置鑄造工藝設(shè)計平臺類鑄件的澆注位置選擇澆注位置的主要原則： 1）質(zhì)量要求高的重要加工面、受力面應(yīng)該朝下。1. 選擇澆注位置鑄造工藝設(shè)計 1.3 鑄造工藝設(shè)計澆注位置的選擇原則2）鑄件

10、的寬大平面應(yīng)朝下1.3.1 澆注位置的選擇大平面鑄件的澆注位置大平面鑄件的澆注位置 選擇澆注位置的主要原則：3）大而薄的平面朝下，或側(cè)立、傾斜 曲軸箱的澆注位置 合理不合理1. 選擇澆注位置鑄造工藝設(shè)計選擇澆注位置的主要原則：4）厚大部分放在上面或側(cè)面鑄鋼雙排鏈輪的澆注位置 1. 選擇澆注位置鑄造工藝設(shè)計選擇澆注位置的主要原則： 5）應(yīng)充分考慮型芯的定位、穩(wěn)固和檢驗方便 箱體的澆注位置1. 選擇澆注位置鑄造工藝設(shè)計分型面是指鑄型之間的結(jié)合面。如果選擇不當，不僅影響鑄件質(zhì)量，而且還將使制模、造型、造芯、合型或清理，甚至機械加工等工序復雜化。分模面：將模樣分開的切面，有時與分型面重疊。2. 分型面

11、的選擇鑄造工藝設(shè)計2. 分型面的選擇鑄造工藝設(shè)計確定分型面的原則：1）便于取模 分型面的確定應(yīng)能方便、順利地取出模樣或鑄件，分型面一般選在鑄件的最大截面處。盡量把鑄件放在一個砂箱內(nèi)，而且盡可能放在下箱，以方便下芯和檢驗，減少錯箱和提高鑄件精度。2. 分型面的選擇鑄造工藝設(shè)計11451模 樣砂 子 阻 礙 起 模下上下上下上11451模樣砂子阻礙起模下上下上下上(a) 鑄件圖 (b) 不正確 (c) 正確 2. 分型面的選擇鑄造工藝設(shè)計確定分型面的原則：2）盡量使鑄件位于同一鑄型內(nèi) 分型面對鑄件的精度會有影響，除了合型會引起偏差外，還會因合型不嚴而產(chǎn)生飛翅，造成垂直于鑄件分型方向上尺寸增加。 箱

12、體鑄件分型面的正確選擇箱體鑄件分型面的正確選擇上下BAab上下確定分型面的原則：2）盡量使鑄件位于同一鑄型內(nèi)分型面對鑄件的精度會有影響，除了合型會引起偏差外，還會因合型不嚴而產(chǎn)生飛翅，造成垂直于鑄件分型方向上尺寸增加。 鑄造工藝設(shè)計2 分型面的選擇上下6.36.36.30.80.812.512.56.36.36.30.80.8上下(a)(b)確定分型面的原則：3） 盡量減少分型面和活塊的數(shù)量盡量減少分型面和活塊的數(shù)量對于機器造型尤其是生產(chǎn)線造型，一般只允許有一個分型面，凡阻礙起模的部位寧可采用型芯以減少分型面，而不是采用活塊或多箱造型。 鑄造工藝設(shè)計2 分型面的選擇(a) 兩個分型面 (b)

13、用型芯減少分型面 確定分型面的原則：4）分型面的選擇應(yīng)考慮盡可能減少型芯的數(shù)目分型面的選擇應(yīng)考慮盡可能減少型芯的數(shù)目 鑄造工藝設(shè)計2 分型面的選擇接頭鑄件分型面方案的比較接頭鑄件分型面方案的比較（a） （b）確定分型面的原則：5）便于下芯、合箱和檢查型腔尺寸便于下芯、合箱和檢查型腔尺寸鑄造工藝設(shè)計2 分型面的選擇（a）不合理 （b）合理 鑄造工藝參數(shù)鑄造工藝參數(shù)：鑄造工藝設(shè)計時所需要的特定的工藝數(shù)據(jù)，包括：鑄件尺寸公差和質(zhì)量公差、機械加工余量、鑄造收縮率、起模斜度、最小鑄出孔和槽、鑄造圓角。 1.1.尺寸公差和機械加工余量尺寸公差和機械加工余量3. 鑄造工藝參數(shù)的確定毛 坯 鑄 件 基 本 尺

14、 寸加 工 后 尺 寸RM ARM ACT/2CT/2最 小 極 限 尺 寸最 大 極 限 尺 寸 鑄件尺寸公差與極限尺寸鑄件尺寸公差與極限尺寸 鑄造工藝設(shè)計實際批量生產(chǎn)中鑄件的尺寸公差等級實際批量生產(chǎn)中鑄件的尺寸公差等級 鑄造工藝參數(shù)鑄造工藝參數(shù)：鑄造工藝設(shè)計時所需要的特定的工藝數(shù)據(jù)。 1.1.尺寸公差和機械加工余量尺寸公差和機械加工余量1) 鑄件尺寸公差：指鑄件基本尺寸的正負偏差。鑄件尺寸公差等級分為16級，表示為CT1CT16，1級精度最高，16級精度最低。 3. 鑄造工藝參數(shù)的確定鑄造工藝參數(shù)鑄造工藝參數(shù)：鑄造工藝設(shè)計時所需要的特定的工藝數(shù)據(jù)。 1.1.尺寸公差和機械加工余量尺寸公差和

15、機械加工余量1) 鑄件尺寸公差：指鑄件基本尺寸的正負偏差 。鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差 3. 鑄造工藝參數(shù)的確定毛坯鑄件的機械加工余量等級毛坯鑄件的機械加工余量等級 鑄造工藝參數(shù)鑄造工藝參數(shù)1.1.尺寸公差和機械加工余量尺寸公差和機械加工余量2) 機械加工余量：為了保證鑄件加工面尺寸和零件精度，在鑄造工藝設(shè)計時預先增加的而在機械加工時要切除的金屬層厚度，稱之為機械加工余量。加工余量過大，不僅浪費金屬，而且也切去了晶粒較細致、性能較好的鑄件表層；余量過小，則達不到加工要求，甚至有黑皮殘留，影響產(chǎn)品質(zhì)量。其等級由精到粗分為A、B、C、D、E、F、G、H、J和K共10個等級。確定機械加工余量前需要確定

16、機械加工余量等級。3. 鑄造工藝參數(shù)的確定鑄件機械加工余量鑄件機械加工余量鑄造工藝參數(shù)鑄造工藝參數(shù)2) 2) 機械加工余量機械加工余量3. 鑄造工藝參數(shù)的確定鑄造工藝參數(shù)鑄造工藝參數(shù)2.2.最小鑄出孔最小鑄出孔: :太小的孔不易鑄出鑄鐵和有色合金鑄件最小鑄出孔尺寸鑄鐵和有色合金鑄件最小鑄出孔尺寸 3. 鑄造工藝參數(shù)的確定鑄造工藝參數(shù)鑄造工藝參數(shù)2.2.最小鑄出孔最小鑄出孔: :太小的孔不易鑄出3. 鑄造工藝參數(shù)的確定鑄鋼件最小鑄出孔尺寸 鑄造工藝參數(shù)的確定3.3.鑄造收縮率鑄造收縮率: :鑄造收縮率包括線收縮率和體收縮率。線收縮率是指鑄件從澆注到冷卻結(jié)束這一過程中的線性收縮比率，其定義式為：

17、100%砂型鑄造時幾種合金的鑄件線收縮率砂型鑄造時幾種合金的鑄件線收縮率 121LLLl鑄造工藝參數(shù)鑄造工藝參數(shù)4 4. .起模斜度起模斜度: :為了便于起模和出芯，模樣和芯盒的側(cè)面應(yīng)避免與底平面垂直，要留有一定的斜度，使得起模或出芯時，砂型或砂芯不易損壞，該斜度是為了工藝要求而設(shè)，稱為起模斜度或拔模斜度。 3. 鑄造工藝參數(shù)的確定4 4. .起模斜度起模斜度3. 鑄造工藝參數(shù)的確定5.鑄造圓角鑄造圓角 鑄件上相鄰兩壁之間的交角，應(yīng)做出鑄造圓角，以鑄件上相鄰兩壁之間的交角，應(yīng)做出鑄造圓角，以防止在尖角處產(chǎn)生沖砂及裂紋等缺陷。圓角半徑一般防止在尖角處產(chǎn)生沖砂及裂紋等缺陷。圓角半徑一般約為相交兩壁

18、平均厚度的約為相交兩壁平均厚度的1/51/3。3. 鑄造工藝參數(shù)的確定 型芯的作用是形成鑄件的內(nèi)腔、孔以及鑄件外形不易起模的部位。 其設(shè)計的主要內(nèi)容包括：確定型芯的形狀和數(shù)量、芯頭設(shè)計、芯內(nèi)排氣系統(tǒng)的設(shè)計等方面。 6. 型芯的設(shè)計鑄造工藝設(shè)計芯頭設(shè)計芯頭設(shè)計芯頭是指伸出鑄件以外，且不與金屬相接觸的砂芯部分。其作用是對型芯進行定位和固定，此外還可以通過芯頭進行排氣。根據(jù)型芯在鑄型中的位置，可分為垂直芯頭和水平芯頭。（a）一般形式 （b）只有下芯頭 （c）無芯頭 垂直芯頭的形式垂直芯頭的形式 6. 型芯的設(shè)計鑄造工藝設(shè)計水平芯頭的形式水平芯頭的形式 芯頭設(shè)計芯頭設(shè)計芯頭是指伸出鑄件以外，且不與金屬

19、相接觸的砂芯部分。其作用是對型芯進行定位和固定，此外還可以通過芯頭進行排氣。根據(jù)型芯在鑄型中的位置，可分為垂直芯頭和水平芯頭。6. 型芯的設(shè)計鑄造工藝設(shè)計芯頭設(shè)計芯頭設(shè)計1）芯頭長度：）芯頭長度：芯頭長度指的是型芯延伸到鑄型部分的長度。2）芯頭間隙：）芯頭間隙：芯頭間隙是指工藝設(shè)計中芯頭與芯座之間所預留的配合間隙。3）芯頭斜度：）芯頭斜度：為了準確和方便下芯和合型而做出的芯頭和芯座部分的斜度。 5. 型芯的設(shè)計鑄造工藝設(shè)計6. 型芯的設(shè)計6. 型芯的設(shè)計澆注系統(tǒng)是鑄型中引導熔體充入型腔的通道系列，一般由澆口杯、直澆道、澆注系統(tǒng)是鑄型中引導熔體充入型腔的通道系列，一般由澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成。橫澆道和內(nèi)澆道組成。 澆注系統(tǒng)的設(shè)計鑄造工藝設(shè)計 澆注系統(tǒng)的組成鑄造工藝設(shè)計的內(nèi)容和一般程序1. 鑄造工藝設(shè)計的內(nèi)容和一般程序鑄造工藝設(shè)計的內(nèi)容和一般程序1）鑄造工藝圖）鑄造工藝圖內(nèi)容：內(nèi)容：在零件圖上用規(guī)定的紅、蘭等各色符號表示出：澆注位置、分型面、加工余量（起模斜度）、澆注系統(tǒng)、型芯形狀和數(shù)量以及芯頭大小等