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金属液态成型原理
作者：张金山
出版：化学工业出版社
金属液态成型原理《金属液态成型原理》共10章，书中系统阐述了材料热加工过程中金属液态成形的基本原理。第1章是液态金属的结构和性质，第2章是金属凝固过程的传热，第3章是液态金属凝固热力学及动力学，第4章是单相及多相合金的结晶，第5章是金属凝固组织的控制，第6章是凝固新技术，第7章是合金中的成分偏析，第8章是气孔与夹杂，第9章是缩孔与缩松，第10章是铸造应力、变形及裂纹。 《金属液态成型原理》是普通高等学校 “材料成形与控制工程专业”液态成形（铸造）方向本科生用的教材，同时也可作为材料加工液态成形方向研究生的参考书，还可作为金属材料工程、热加工以及机械等工程专业师生和工程技术人员的参考用书。0 绪论10.1 金属的液态成形与凝固的关系10.2 凝固过程研究的对象10.3 凝固理论的研究进展2第1章 液态金属的结构和性质41.1 固体金属的加热、熔化41.1.1 晶体的定义与结构41.1.2 金属的加热膨胀41.1.3 金属的熔化61.2 液态金属的结构61.2.1 液态金属的热物理性质71.2.1.1 体积和熵值的变化71.2.1.2 熔化潜热与汽化潜热71.2.2 X射线结构分析71.2.3 液态金属的结构81.2.3.1 纯金属液态结构81.2.3.2 实际金属液态结构91.2.4 液态金属理论结构模型钢球模型与PY理论101.3 液态金属的性质121.3.1 液态金属的黏滞性121.3.1.1 液态金属黏滞性的基本概念131.3.1.2 黏滞性（黏度）在材料成形过程中的意义141.3.2 液态金属的表面张力151.3.2.1 表面张力的基本概念和实质151.3.2.2 影响表面张力的因素171.3.2.3 毛细现象及表面张力引起的附加压力191.3.2.4 表面张力在材料成形中的意义201.4 液态金属的充型能力211.4.1 液态金属充型能力的基本概念211.4.1.1 充型能力的定义及其他相关名词211.4.1.2 液态金属流动性测试方法221.4.2 液态金属停止流动的机理与充型能力221.4.2.1 液态金属停止流动的机理221.4.2.2 液态金属的充型能力241.4.3 影响充型能力的因素271.4.3.1 金属性质方面的因素271.4.3.2 铸型性质方面的因素291.4.3.3 浇注条件方面的因素301.4.3.4 铸件结构方面的因素311.5 液体金属中的流动311.5.1 自然对流和强迫对流311.5.2 凝固过程液相区液态金属的流动321.5.3 液态金属对流对凝固组织的影响33习题与思考题34第2章 金属凝固过程的传热352.1 概述352.1.1 热量传递的基本方式352.1.2 铸造过程中的热交换352.2 导热基本定律362.2.1 温度场362.2.1.1 概念362.2.1.2 等温面及等温线362.2.2 傅里叶定律362.2.3 导热微分方程372.3 凝固温度场的求解方法392.3.1 方法介绍392.3.2 铸件凝固温度场的解析解法392.3.3 半无限大物体的非稳态导热解析法412.3.4 测温法432.3.5 影响铸件温度场的因素432.3.5.1 金属性质的影响432.3.5.2 铸型性质的影响432.3.5.3 浇注条件t浇442.3.5.4 铸件结构的影响442.4 不同界面热阻条件下温度场462.4.1 概述462.4.1.1 热阻462.4.1.2 多层板的热阻462.4.2 铸件在非金属型中凝固482.4.3 金属型铸造凝固482.5 铸件的凝固方式及其对铸件质量的影响492.5.1 凝固动态曲线492.5.2 凝固区域及其结构492.5.3 铸件的凝固方式及其影响因素512.5.3.1 凝固方式512.5.3.2 影响凝固方式的因素522.6 合金凝固方式与铸件质量的关系522.6.1 窄结晶温度范围的合金522.6.2 宽结晶温度范围的合金532.6.3 中等结晶温度范围的合金542.7 无限大平板铸件的凝固时间计算542.7.1 理论计算法542.7.2 经验公式法55习题与思考题56第3章 液态金属凝固热力学及动力学573.1 凝固热力学573.1.1 液固相变驱动力573.1.2 曲率、压力对金属平衡结晶温度的影响593.1.2.1 曲率对金属平衡结晶温度的影响593.1.2.2 压力对物质熔点的影响593.2 自发形核过程603.2.1 液态金属的结晶过程603.2.2 自发形核形核功613.2.3 自发形核形核率623.3 非自发形核过程643.3.1 非自发形核形核功643.3.2 非自发形核的形核条件663.4 晶核的生长673.4.1 液固界面的结构及其影响因素683.4.2 粗糙界面与光滑界面693.5 晶体的生长方式及生长速度703.5.1 晶体的生长方式703.5.2 晶体的生长速度703.5.2.1 连续生长713.5.2.2 二维生核生长723.5.2.3 沿螺型位错生长723.5.3 晶体的生长方向和生长表面73习题与思考题74第4章 单相及多相合金的结晶754.1 凝固过程中的质量传输754.1.1 溶质分配方程754.1.1.1 扩散第一定律754.1.1.2 扩散第二定律754.1.2 凝固传质过程的有关物理量764.1.2.1 扩散系数D764.1.2.2 溶质平衡分配系数k0764.1.2.3 液相线斜率mL774.1.2.4 液相温度梯度GL774.1.3 稳定态扩散（溶质传输）过程的一般性质774.1.3.1 稳定态定向凝固特征微分方程的通解784.1.3.2 固液界面处的溶质平衡784.1.3.3 远离固液界面的液体成分784.2 单相合金的凝固794.2.1 溶质再分配现象的产生794.2.2 平衡凝固时的溶质再分配804.2.3 非平衡凝固时的溶质再分配814.2.3.1 固相无扩散，液相充分扩散时的溶质再分配814.2.3.2 固相无扩散，液相只有有限扩散的溶质再分配834.2.3.3 固相无扩散、液相存在部分混合时的溶质再分配854.3 成分过冷的产生874.3.1 溶质富集引起界面前方熔体凝固温度的变化874.3.2 热过冷与成分过冷884.3.3 成分过冷判据884.4 界面前方过冷状态对凝固过程的影响904.4.1 热过冷对纯金属结晶过程的影响904.4.2 成分过冷对一般单相合金结晶过程的影响914.4.3 凝固参数和微观组织形态之间的关系964.5 多相合金的凝固974.5.1 共晶合金的凝固974.5.1.1 共晶组织的分类与特点974.5.1.2 规则共晶的凝固994.5.1.3 非小平面小平面共晶合金的结晶1024.5.1.4 离异生长及离异共晶1054.5.2 偏晶合金的凝固1064.5.2.1 偏晶合金大体积的凝固1064.5.2.2 偏晶合金的单向凝固1064.5.3 包晶合金的凝固1074.5.3.1 平衡凝固1074.5.3.2 非平衡凝固107习题与思考题109第5章 金属凝固组织的形成与控制1115.1 铸件宏观凝固组织的形成及其影响因素1115.1.1 铸件宏观凝固组织的特征1115.1.2 晶粒游离的产生1115.1.2.1 液态金属流动对结晶中晶粒游离过程的作用1115.1.2.2 铸件结晶中的晶粒游离1125.1.3 表面细晶粒区的形成1145.1.4 柱状晶区的形成1155.1.5 内部等轴晶区的形成1165.1.5.1 关于等轴晶晶核的来源1165.1.5.2 关于等轴晶区的形成过程1165.2 铸件宏观凝固组织的控制1175.2.1 铸件凝固组织对铸件质量和性能的影响1175.2.2 等轴晶组织的获得和细化1185.2.2.1 合理控制热学条件1185.2.2.2 孕育处理与变质处理1205.2.2.3 动态晶粒细化1245.2.2.4 等轴晶枝晶间距的控制125习题与思考题125第6章 凝固新技术1266.1 定向凝固1266.1.1 定向凝固的理论基础1266.1.1.1 定向凝固技术的工艺参数1266.1.1.2 成分过冷理论与界面稳定性理论1276.1.2 非平衡条件下的定向凝固1286.1.2.1 非平衡凝固时的溶质分配系数1286.1.2.2 非平衡定向凝固的界面形态选择1286.1.3 定向凝固技术及其应用1306.1.3.1 传统的定向凝固技术1306.1.3.2 新型定向凝固技术1326.1.3.3 定向凝固技术的应用1336.2 快速凝固1356.2.1 快速凝固技术简介1356.2.1.1 急冷凝固技术1366.2.1.2 深过冷法1376.2.2 快速凝固方法1376.2.2.1 急冷快速凝固方法1376.2.2.2 深过冷快速凝固方法1386.2.2.3 表面快速熔凝技术1406.2.2.4 喷射成型技术1416.2.2.5 表面沉积技术1416.2.3 快速凝固显微组织1416.2.4 金属玻璃1466.2.4.1 金属玻璃的基本概念1466.2.4.2 容易形成金属玻璃的合金系1476.2.4.3 金属玻璃的性能特点1476.3 超常凝固1476.3.1 微重力下的凝固1486.3.2 微重力实验环境的获得1486.3.3 声悬浮下的凝固1496.3.3.1 声悬浮技术简介1506.3.3.2 声悬浮理论1516.3.3.3 声悬浮凝固组织1526.3.4 高压凝固1536.3.4.1 压力对凝固参数的影响1536.3.4.2 高压下的非晶形成1556.3.4.3 高压下的纳米晶的形成1556.4 物理场作用下的凝固1566.4.1 电脉冲作用下的凝固1566.4.1.1 液相线以上电脉冲处理机理1566.4.1.2 液固两相区内电脉冲处理机理探讨1566.4.1.3 电脉冲作用下的凝固组织1576.4.2 电场作用下的凝固1576.4.2.1 连续电流作用下合金熔体凝固组织研究结果1576.4.2.2 连续电流对凝固组织的作用机制1586.4.3 超声波作用下的凝固1596.4.3.1 超声波对液体的作用机理1596.4.3.2 超声波对金属凝固组织的作用1606.5 半固态金属的凝固1616.5.1 半固态凝固技术简介1616.5.2 半固态金属的特性及形成机理1616.5.2.1 半固态金属的特性1616.5.2.2 半固态金属的形成机理1626.5.3 半固态铸造1626.5.3.1 半固态金属原料的制备1626.5.3.2 半固态金属铸造的特点及方法163习题与思考题165第7章 合金中的成分偏析1667.1 微观偏析1667.1.1 晶内偏析1677.1.1.1 晶内偏析的影响因素1677.1.1.2 晶内偏析的预防与消除1697.1.2 晶界偏析1707.2 宏观偏析1717.2.1 正常偏析1727.2.2 逆偏析1737.2.3 V型和逆V型偏析1737.2.4 带状偏析1747.2.5 重力偏析174习题与思考题175第8章 气孔和夹杂1768.1 气孔1768.1.1 金属中气体的来源及种类1768.1.1.1 金属中气体的来源1768.1.1.2 铁和钢中的气体1778.1.1.3 铝及铝合金中的气体1778.1.1.4 镁及镁合金中的气体1778.1.1.5 铜及铜合金中的气体1778.1.2 铸件中气孔的分类及特征1778.1.2.1 反应性气孔1778.1.2.2 侵入性气孔1788.1.2.3 析出性气孔1788.1.3 气孔的形成过程1798.1.3.1 经典形核理论1798.1.3.2 非经典形核理论1828.1.4 防止气孔形成的措施1868.1.4.1 防止侵入气孔的措施1868.1.4.2 防止析出气孔的措施1868.1.4.3 防止反应气孔的措施1878.1.4.4 防止卷入气孔的措施1878.2 夹杂1878.2.1 夹杂物的来源及分类1888.2.1.1 夹杂物的来源1888.2.1.2 夹杂物的分类1888.2.2 非金属夹杂物的形成过程1898.2.2.1 非金属夹杂物形成的热力学条件1898.2.2.2 初生夹杂物的形成过程1918.2.2.3 二次氧化夹杂物的形成过程1968.2.2.4 次生夹杂物的形成过程1978.2.3 非金属夹杂物的去除1978.2.3.1 气体搅拌1978.2.3.2 电磁净化1988.2.3.3 氯盐精炼法1998.2.3.4 熔剂净化法1998.2.3.5 化学法1998.2.3.6 过滤器199习题与思考题199第9章 缩孔和缩松2009.1 金属收缩的概念2009.1.1 液态收缩2019.1.2 凝固收缩2019.1.3 固态收缩2039.1.4 铸件的收缩2059.2 缩孔与缩松的形成机理2069.2.1 缩孔2079.2.1.1 缩孔的形成2079.2.1.2 缩孔的容积2079.2.1.3 缩孔位置的确定2099.2.2 缩松2109.2.2.1 缩松的形成2119.2.2.2 缩孔和缩松的相互转化2149.2.3 灰铸铁和球墨铸铁铸件的缩孔和缩松2159.3 防止铸件产生缩孔和缩松的途径2179.3.1 顺序凝固和同时凝固2179.3.1.1 顺序凝固2179.3.1.2 同时凝固2199.3.2 浇注系统的引入位置及浇注工艺2209.3.3 冒口、补贴和冷铁的应用2219.3.4 加压补缩221习题与思考题221第10章 铸造应力、变形和裂纹22210.1 概述22210.2 铸造应力22310.2.1 铸造应力的分类22310.2.2 应力的形成22310.2.2.1 热应力的形成22310.2.2.2 相变应力的形成22410.2.2.3 机械阻碍应力的形成22510.2.3 控制应力的措施22510.2.3.1 形成铸造应力的影响因素22510.2.3.2 减小应力的途径22510.2.3.3 消除残余应力的方法22610.3 变形22610.3.1 变形的种类22710.3.2 控制变形的措施22710.4 铸造中的裂纹22810.4.1 铸造中的热裂纹的形成与控制22810.4.1.1 热裂纹的分类及特征22810.4.1.2 热裂纹的形成机理22810.4.1.3 热裂纹的影响因素23110.4.1.4 合金因素的影响23110.4.1.5 工艺因素对热裂纹的影响23210.4.1.6 防止热裂纹的措施23210.4.2 冷裂纹232习题与思考题234参考文献235
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第二章 工程材料 分型面是指上、下砂型的接触表面。用符号：（图1-1）表示。钢的热处理 分型面确定的原则：①分型面应选择在模样的最大截面处；②热处理是将工件加热到一定的温度，经保温后以一定的冷却速度应使铸件上的重要加工面朝下或处于垂直位置；③应使铸件的冷却。通过热处理可使钢的组织和性能发生改变，可提高工件的全部或大部分在同一砂箱内，以减少错箱和提高铸件精度。 力学性能，改善工艺性能，达到充分发挥金属材料的潜力,提高2）浇注系统的确定 浇注系统是指液体金属流入铸型的通道，产品质量，延长使用性能，提高经济效益。 并能平稳地将液体金属引入铸型，要有利于挡渣和排气，并能控钢的热处理基本工艺有：退火、正火、淬火和回火。 制铸件的凝固顺序。
加热到一定温度，经保温后随炉冷却。 如浇注系统开设得不好，铸件易产生浇不足、缩孔、冷隔、裂纹
2.加热到一定温度，经保温后在空气中冷却。 和夹杂物等缺陷。 加热到临界温度以上的某一温度，经保温后以快速冷典型浇注系统一般包括：外浇口、直浇道、横浇道和内浇道等。 却（即大于临界冷却速度）。 ①外浇口――缓冲液体金属浇入时的冲击力和分离熔渣。②直浇
4.将淬火后的工件重新加热到临界点以下的某一温度，道――连接外浇口和横浇道的垂直通道，利用其高度使金属液产经长时期保温后缓慢冷却。可分为：①低温回火（150～250℃） 生一定的静压力而迅速地充满型腔。③横浇道――连接直浇道和目的是消除和降低淬火钢的内应力及脆性，提高韧性，使零件具内浇道，位于内浇道之上，稳定金属液的流动，使金属液平稳地有较高的硬度（58～64HRC）。主要用于各种工、量、模具及滚经内浇道流入型腔及向各内浇道分配金属液，并起挡渣作用。④动轴承等，如用T12钢制造的锯条、锉刀等，一般都采用淬火内浇道――直接和型腔相连的通道，可控制金属液流入型腔的位后低温回火。②中温回火（350～500℃） 中温回火后工件的硬置、速度和方向。冒口：主要起补缩作用。同时还兼有排气、度有所降低，但可使钢获得较高的弹性极限和强度（35～浮渣及观察金属液体的流动情况等。一般安放在壁厚顶部。 45HRC）。主要用于各种弹簧的热处理。③四、熔炼设备 铸铁――冲天炉；铸钢――电弧炉；有色金属――坩埚炉。
处理后的零件，既具有一定的强度、硬度，又具有一定的塑性和五、特种铸造
韧性，即综合力学性能较好（25～35HRC）。主要用于轴、齿轮、1.金属型铸造2.熔模铸造3.压力铸造4.离心铸造 连杆等重要结构零件。如各类轴、齿轮、连杆等采用中碳钢制造，在离心力的作用下,所以组织致密,无缩孔、气孔、渣眼等缺陷，经淬火+高温回火后，即可达到使用性能的要求。 因此力学性能较好。铸造空心旋转体铸件不需要型芯和浇注系一般随着回火温度的升高，钢的强度和硬度下降，而塑性韧性统，铸件不需要冒口补缩，省工省料、生产率高、质量好、成上升。 本低。
第三章 铸造 六、造型操作技术
铸造是熔炼金属，制造铸型并将熔融金属浇入与零件形状相适应七、造型方法 造型方法有手工造型和机器造型。 手工造的铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件的成型方法。铸件一型方法：整模两箱造型、分模两箱造型、挖砂造型和假箱造型、般是尺寸精度不高，表面粗糙的毛坯，必须经切削加工后才能成活块造型、刮板造型、三箱造型等。
为零件。若对零件表面要求不高，也可直接使用。 八、造芯 型芯的主要作用是形成铸件的内腔。
一、铸造的特点及应用 九、浇注温度 浇注温度偏低，金属液流动性差，易产生浇不
1.特点 1)铸造可以制成形状和内腔十分复杂的铸件，特别是足、冷隔、气孔等缺陷；浇注温度过高，铸件收缩大，易产生缩具有内腔的毛坯，如各种箱体、气缸体、气缸盖等。2)铸造的适孔、裂纹、晶粒粗大及粘砂等缺陷。合适的浇注温度应根据铸造应性强，可用于各种材料，如有色金属，黑色金属、铸铁和铸钢合金种类、铸件的大小及形状等确定。
等，但以黑色金属为主；可生产不同的尺寸及质量的铸件，如壁第四章 压力加工
厚可做到小于1mm、铸件的质量可以轻到几克、重达几百吨的一、压力加工的特点及应用
铸件等。3)铸件生产成本低，设备投资较少，原材料价格低，来 锻压属于金属压力加工的一部分，它是对坯料施加外力，使其源广等。 产生塑性，改变形状尺寸和改善性能，以制造机械零件、工件或因此铸造在机械制造中获得广泛的应用，但铸造生产工艺过程难毛坯的成形方法。它是锻造和冲压的总称。
以精确控制；铸件的化学成分和组织不十分均匀、晶粒粗大、组1.特点 金属材料经锻压后，其组织和性能都得到了改善，特织疏松，常有气孔、夹渣、砂眼等缺陷存在，使得力学性能不如别是铸造组织。通过压加工或锻造后，其内部的缺陷，如微裂锻件高的缺点。但随着新工艺、新材料的不断发展，铸件的质量纹、气孔、缩松等缺陷得到压合，使其结构致密，细化晶粒，也在不断提高。 力学性能大大提高。 与铸件、焊件相比，锻压加工一般只能获
2.应用 主要应用在各种箱体和非承受载荷的低速齿轮等。如得形状较简单的制件毛坯。
机床床身、齿轮箱、变速箱、手轮、内燃机气缸体、气缸盖、火2.应用 凡是承受重载的机器零件，如主轴、曲轴、齿轮等。 车轮、皮带轮、台虎钳钳座等。 金属压力加工的主要方法有轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻铸造生产方法很多，主要分为两大类：①砂型铸造；②特种铸造。 和板料冲压等。锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯
二、型（芯）砂――芯砂的性能要求比普通型砂的综合性能要料产生局部或全部的塑性变形，以获得一定的几何尺寸、形状和高。 质量的锻件的加工方法。
三、铸造工艺 按成形方法不同，锻造可分为自由锻和模型锻 两大类。
1.铸造主要工艺参数的确定 ①收缩余量②加工余量③起模二、金属的加热 锻造时，金属坯料需加热。加热的目斜度 起模斜度的大小与壁的高度、造型方法、模样材料及其表的是为了提高金属的塑性，降低变形抗力，以使金属产生大量面粗糙度等有关。④铸孔、槽及型芯头⑤铸造圆角 的变形，以便锻造。 一般金属材料的可锻性常用塑性和变形抗
2.造型工艺 造型时必须考虑到的工艺问题主要是力来衡量。随着含碳量的提高，金属材料的可锻性下降。 所以注系统,它们直接影响铸件的质量及生产率等。1)分型面的确定 一般工业纯铁、低碳钢的可锻性最好，而中碳钢、高碳钢、铸铁、
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铸造是将液态金属浇注到具有与零件形状相适应的铸型中
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内容提示：压力铸造(简称压铸,pressure die casting,pressure casting,die casting)是在高压下,快速地将液态或半液态合金压入金属铸型型腔,并在压力作用下凝固而获得铸件的一
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导读：第二章工程材料，达到充分发挥金属材料的潜力,提高产品质量，可用于各种材料，原材料价格低，但随着新工艺、新材料的不断发展，1.铸造主要工艺参数的确定①收缩余量②加工余量③起模斜度起模斜度的大小与壁的高度，1.特点金属材料经锻压后，一般金属材料的可锻性常用塑性和变形抗力来衡量，金属材料的可锻性下降，金属材料加热后，并且用或不用填充材料，可以节省材料，而高碳钢、铸铁、铸钢、有色金属、异种材料的焊接性第二章
工程材料钢的热处理热处理是将工件加热到一定的温度，经保温后以一定的冷却速度冷却。通过热处理可使钢的组织和性能发生改变，可提高工件的力学性能，改善工艺性能，达到充分发挥金属材料的潜力,提高产品质量，延长使用性能，提高经济效益。钢的热处理基本工艺有：退火、正火、淬火和回火。1.退火――加热到一定温度，经保温后随炉冷却。2.加热到一定温度，经保温后在空气中冷却。――加热到临界温度以上的某一温度，经保温后以快速冷却（即大于临界冷却速度）。4.――将淬火后的工件重新加热到临界点以下的某一温度，经长时期保温后缓慢冷却。可分为：①低温回火（150～250℃）
目的是消除和降低淬火钢的内应力及脆性，提高韧性，使零件具有较高的硬度（58～64HRC）。主要用于各种工、量、模具及滚动轴承等，如用T12钢制造的锯条、锉刀等，一般都采用淬火后低温回火。②中温回火（350～500℃） 中温回火后工件的硬度有所降低，但可使钢获得较高的弹性极限和强度（35～45HRC）。主要用于各种弹簧的热处理。③高温回火（500～具有一定的强度、硬度，又具有一定的塑性和韧性，即综合力学性能较好（25～35HRC）。主要用于用中碳钢制造，经淬火+高温回火后，即可达到使用性能的要求。一般随着回火温度的升高，钢的强度和硬度下降，而塑性韧性上升。第三章 铸造铸造是熔炼金属，制造铸型并将熔融金属浇入与零件形状相适应的铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件的成型方法。铸件一般是尺寸精度不高，表面粗糙的毛坯，必须经切削加工后才能成为零件。若对零件表面要求不高，也可直接使用。一、铸造的特点及应用1.特点
1)铸造可以制成形状和内腔十分复杂的铸件，特别是具有内腔的毛坯，如各种箱体、气缸体、气缸盖等。2)铸造的适应性强，可用于各种材料，如有色金属，黑色金属、铸铁和铸钢等，但以黑色金属为主；可生产不同的尺寸及质量的铸件，如壁厚可做到小于1mm、铸件的质量可以轻到几克、重达几百吨的铸件等。3)铸件生产成本低，设备投资较少，原材料价格低，来源广等。因此铸造在机械制造中获得广泛的应用，但铸造生产工艺过程难以精确控制；铸件的化学成分和组织不十分均匀、晶粒粗大、组织疏松，常有气孔、夹渣、砂眼等缺陷存在，使得力学性能不如锻件高的缺点。但随着新工艺、新材料的不断发展，铸件的质量也在不断提高。2.应用
主要应用在各种箱体和非承受载荷的低速齿轮等。如机床床身、齿轮箱、变速箱、手轮、内燃机气缸体、气缸盖、火车轮、皮带轮、台虎钳钳座等。 铸造生产方法很多，主要分为两大类：①砂型铸造；②特种铸造。二、型（芯）砂――芯砂的性能要求比普通型砂的综合性能要高。三、铸造工艺1.铸造主要工艺参数的确定
①收缩余量②加工余量③起模斜度
起模斜度的大小与壁的高度、造型方法、模样材料及其表面粗糙度等有关。④铸孔、槽及型芯头⑤铸造圆角2.造型工艺
造型时必须考虑到的工艺问题主要是它们直接影响铸件的质量及生产率等。1)分型面的确定
分型面是指上、下砂型的接触表面。用符号：（图1-1）表示。分型面确定的原则：①分型面应选择在模样的最大截面处；②应使铸件上的重要加工面朝下或处于垂直位置；③应使铸件的全部或大部分在同一砂箱内，以减少错箱和提高铸件精度。浇注系统是指液体金属流入铸型的通道，并能平稳地将液体金属引入铸型，要有利于挡渣和排气，并能控制铸件的凝固顺序。如浇注系统开设得不好，铸件易产生浇不足、缩孔、冷隔、裂纹和夹杂物等缺陷。 典型浇注系统一般包括：外浇口、直浇道、横浇道和内浇道等。①外浇口――缓冲液体金属浇入时的冲击力和分离熔渣。②直浇道――连接外浇口和横浇道的垂直通道，利用其高度使金属液产生一定的静压力而迅速地充满型腔。③横浇道――连接直浇道和内浇道，位于内浇道之上，稳定金属液的流动，使金属液平稳地经内浇道流入型腔及向各内浇道分配金属液，并起挡渣作用。④内浇道――直接和型腔相连的通道，可控制金属液流入型腔的位置、速度和方向。冒口：主要起补缩作用。同时还兼有排气、浮渣及观察金属液体的流动情况等。一般安放在壁厚顶部。四、熔炼设备
铸铁――冲天炉；铸钢――电弧炉；有色金属――坩埚炉。五、特种铸造1.金属型铸造2.熔模铸造3.压力铸造4.离心铸造
离心铸造是在离心力的作用下,所以组织致密,无缩孔、气孔、渣眼等缺陷，因此力学性能较好。铸造空心旋转体铸件不需要型芯和浇注系统，铸件不需要冒口补缩，省工省料、生产率高、质量好、成本低。六、造型操作技术七、造型方法
造型方法有手工造型和机器造型。
手工造型方法：整模两箱造型、分模两箱造型、挖砂造型和假箱造型、活块造型、刮板造型、三箱造型等。八、造芯
型芯的主要作用是形成铸件的内腔。九、浇注温度
浇注温度偏低，金属液流动性差，易产生浇不足、冷隔、气孔等缺陷；浇注温度过高，铸件收缩大，易产生缩孔、裂纹、晶粒粗大及粘砂等缺陷。合适的浇注温度应根据铸造合金种类、铸件的大小及形状等确定。第四章
压力加工一、压力加工的特点及应用锻压属于金属压力加工的一部分，它是对坯料施加外力，使其产生塑性，改变形状尺寸和改善性能，以制造机械零件、工件或毛坯的成形方法。它是锻造和冲压的总称。1.特点
金属材料经锻压后，其组织和性能都得到了改善，特别是铸造组织。过压加工或锻造后，其内部的缺陷，如微裂纹、气孔、缩松等缺陷得到压合，使其结构致密，细化晶粒，力学性能大大提高。 与铸件、焊件相比，锻压加工一般只能获得形状较简单的制件毛坯。2.应用
凡是承受重载的机器零件，如主轴、曲轴、齿轮等。 金属压力加工的主要方法有轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻和板料冲压等。锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料产生局部或全部的塑性变形，以获得一定的几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。按成形方法不同，锻造可分为自由锻和模型锻 两大类。二、金属的加热
锻造时，金属坯料需加热。加热的目的是为了提高金属的塑性，降低变形抗力，以使金属产生大量的变形，以便锻造。 一般金属材料的可锻性常用塑性和变形抗力来衡量。随着含碳量的提高，金属材料的可锻性下降。 所以一般工业纯铁、低碳钢的可锻性最好，而中碳钢、高碳钢、铸铁、硬质合金、有色金属等可锻性较差。
加热温度高，则金属的塑性好，变形抗力小，但加热温度不能过高，因为超过一定温度后，金属易出现氧化、脱碳、过热和过烧 等缺陷，因此，加热最高温度以不出现过热为前提，即始锻温度。金属在热变形加工时，当温度降低到一定程度后，金属塑性变差，变形抗力增大，不仅难以继续变形，且易产生裂纹，因此必须停止锻造，重新加热，即为终锻温度。45 号钢的始锻温度为1150 ～1200℃ ，终锻温度为800℃。 金属材料加热后，随着温度的升高，其力学性能中的强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。三、锻造设备
锻造工艺分为：自由锻、胎模锻和模锻等。自由锻有手工锻和机器锻两种。 自由锻设备有空气锤、蒸气- 空气锤和水压机等。四、自由锻的基本工序
镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割等。前3种应用得最多。五、板料冲压
板料冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具，对板料施加压力，使其产生变形或分离 的工艺过程。也称为冷冲压。 板料冲压可分为分离工序和变形工序 两大类。 分离工序：剪切、冲裁等；变形工序：弯曲、拉深、成型等。第三章 焊接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，使焊件形成原子结合的一种连接方法。一、焊接的特点及应用1.特点
焊接实现的连接是不可拆卸的永久性连接，采用焊接方法制造的金属构件，可以节省材料，简化制造工艺，缩短生产周期，且连接处具有良好的使用性能；如焊接不当会产生缺陷、应力和变形等。2.应用
焊接广泛应用于制造各种金属结构件，如桥梁、船体、建筑、压力容器、锅炉、车辆、飞机等；也常用于机器零件毛坯，如机架、底座、箱体、吊车车架等；还可用于修补铸、锻件的缺陷和局部损坏的零件，具有较大的经济效益。 焊接方法很多，主要分为三大类：
1.熔化焊：电弧焊、气焊、电渣焊等。电弧焊有手工电弧焊、埋糊自动焊、气体保护焊等；2.压力焊：电阻焊、摩擦焊等。电阻焊有点焊、对焊、缝焊等；3.钎焊：硬钎焊和软钎焊。原则上各种金属都能焊接，但焊接性能相差很大，要选用相应的焊接方法和工艺措施才能实现。焊接性能是随着含碳量的增加，可焊性下降。所以纯铁、低碳钢的焊接性能最好，而高碳钢、铸铁、铸钢、有色金属、异种材料的焊接性能差，一般不用来制作焊接结构件。二、手工电弧焊1.手弧焊的焊条
焊芯的作用：①作为电极传导焊接电流，产生电弧；②熔化后又作为焊缝的充填金属。 药皮的作用：①改善焊接工艺；②机械保护作用；③冶金处理作用。焊接不同的材料应选不同的焊条，并非选用焊条强度级别高的，就能提高焊缝质量。2.焊条直径的选择
焊条直径根据被焊工件的厚度和焊接质量来选择。3.焊接电流的选择三、气焊与气割1.气焊
气焊是利用可燃气体燃烧的高温火焰来熔化母材充填金属一种焊接方法。焊接时，一般焰芯顶端应距焊件2～3mm。
气焊通常使用的气体是乙炔和氧气。调节乙炔和氧气的比例，可得到三种不同的火焰：①中性焰 O2/C2H2=1.0～1.2 火焰呈中性
应用最广，如桥梁、机架等。常用于焊接低中碳钢、合金钢、铜和铝合金等；②碳化焰 O2/C2H2=1.0～1.2 火焰呈还原性，有增碳作用。常用于焊接高碳钢、铸铁、硬质合金等；③氧化焰 O2/C2H2=1.0～1.2 火焰呈氧化性
一般不采用，但可用于焊接黄铜。
气焊操作：点火时，先微开氧气阀，再开乙炔阀；灭火时，先关乙炔阀，再关氧气阀；回火时，应先关乙炔阀，再关氧气阀。 与电弧焊相比，气焊火焰温度比电弧焊低，热量分散，生产率低，焊接变形大，接头质量差，但气焊火焰可控制，操作方便，灵活性强，不需要电源，可在没有电源的地方应用。气焊适用于焊接厚度为3mm以下的低碳钢薄板、高碳钢、铸件、硬质合金、铜、铝等有色金属及合金。2.气割
对金属材料进行切割时，被切割金属应满足以下条件：（1）金属的燃点应低于燃点；（2）燃烧生成的金属氧化物的燃点应低于金属本身的燃点；（3）金属燃烧时产生大量的热，且金属本身导热性要低。满足上述条件的金属材料有低、中碳钢和低合金钢；而高碳钢、铸铁、高合金钢及铜、铝等有色金属及合金，均难以进行气割。四、电阻焊
电阻焊的特点：低电压、强电流、焊接时间短、不需填充金属、焊接变形小、生产率高、操作简单，易于实现机械化和自动化。电阻焊的基本形式有：1.点焊――主要用于焊接厚度为4mm以下的薄板结构；2.缝焊――即连续的点焊，主要用于焊接厚度为3mm以下，要求密封的容器和管道；五、钎焊
钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作为钎料，将焊件接头和钎料同时加热到钎料熔化而焊件不熔化，使液态嵌料渗入接头间隙并向接头表面扩散，形成钎焊接头的方法。按钎料熔点不同，钎焊可分为：
钎料熔点大于450℃，接头强度大于200MPa，主要用于接头受力较大，工作温度较高的焊件。2.软钎焊
钎焊熔点小于450℃ 接头强度小于70MPa ， 主要用于受力不大，工作温度较低的焊件。
钎焊与熔化焊相比，加热温度低，接头金属组织和性能变化及焊接变形小，尺寸容易保证，生产率高，易于实现机械化和自动化，可焊接异种金属，但接头强度较低，特别是冲击韧性较低。耐热能力较差。目前主要用于电子元件、精密仪表机械等。第六章
切削加工基础知识金属切削加工是通过刀具与工件的相对运动，从毛坯上切去多余的金属，以获得一定的形状、尺寸、加工精度和表面粗糙度都符合要求的零件加工方法。
金属切削加工分为钳工和机械加工两大类。
钳工――一般由工人手持工具对工件进行切削加工，包括划线、锯削、锉削、攻丝和套扣、刮研、钻孔、铰孔及装配等。
机械加工――通过各种金属切削机床对工件进行切削加工，如车（数车）、铣（数铣）、磨、钻、刨及特种加工（如线切割、电火化加工）等。一、切削运动和切削用量1.切削运动
切削速度υ2）进给量f3）背吃刀量α切削用量三要素中对刀具耐用度影响最大的 因此，在选定合理的刀具后， 二、刀具的几何角度金属切削刀具种类繁多，构造各异。较典型的车刀，其它刀具的切削部分都可看作以车刀为基本形态演变而成的。现以车刀为例来分析切削部分的几何角度。1.车刀的组成
车刀由刀尖和刀体两部分组成。刀尖为切削部分，刀体用来将车刀夹持在刀架上，起支承与传力作用。
刀头一般由三个面、二个刃和一个尖组成。1）前面2）主后面3）副后面4）主切削刃5）副切削刃6）刀尖 2.车刀几何角度
在正交平面上测量的前面与基面的夹角。增大前角，则刀具锋利，切削轻快，但前角过大，刀刃强度降低，硬质合金车刀的前角一般取-5°～+25°。 当工件材料硬度较低、塑性较好、刀具材料韧性较好及精加工时，前角可取大些，反之，前角取小些。
2）后角α： 在正交平面上测量的主后面与切削平面的夹角。增大后角，可以减少刀具主后面与工件的摩擦，但后角过大，刀具强度降低。一般粗加工时取6°～8°；精加工时取10°～12°。即粗加工时取小值，精加工时取大值。
3）主偏角Κr：
在基面中测量，是主切削刃与进给运动方向在基面上投影的夹角。增大主偏角，则可使轴向分力加大，径向分力减小，有利于减小振动，改善切削条件。但刀具磨损加快，散热条件变差。 主偏角一般取45°～90°。工件刚度好，粗加工时取小值，反之取大值。
4）副偏角Κr′：在基面中测量，是副切削刃与进给运动反方向在基面上投影的夹角。增大副偏角可减小副切削刃与已加工面的摩擦，降低表面粗糙度，防止切削时产生振动。一般副切削刃取5°～15°，粗加工时取大值，精加工时取小值。
5）刃倾角λs：在切削平面中测量的主切削刃与基面的夹角。其主要作用是控制切屑的流动方向。切削刃与基面平行时，λs=0；刀尖处于切削刃的最低点，λs为负值，刀尖强度增大；切屑流向已加工表面，用于粗加工；刀尖处于切削刃的最高点，λs为正值，刀尖强度较低，切削流向待加工表面，用于精加工。刃倾角一般取-5° ～+10° 。粗加工时取负值，精加工时取正值。
在切削加工中，一般粗加工时，应选择小的γ；精加工时应选择大的γ； 车细长轴时应选择较大的Κr。3.刀具材料
(1) 刀具材料的性能
刀具切削部分的材料应具有：的硬度；②高的耐磨性；③高的热硬性；④足够的强度和韧性。(2 )常用刀具材料
1）碳素工具钢
如T10 、T10A 、T12 、T12A 等，用于制造手工工具，如锉刀、锯条等； 2）合金工具钢
如9SiCr 、CrWMn 等，用于制造复杂的刀具，如板牙、丝锥、铰刀等； 3）高速钢
如W18Cr4V 等，用于制造复杂的刀具，如钻头、拉刀、铣刀等； 4）硬质合金
可用于高速切削刀具。常用的有： ①钨钴类：用于加工脆性材料，如铸铁等。常用牌号有YG3、YG6、于加工塑性材料，如碳钢等。常用牌号有YT5、YT15、YT30等。YT5用于粗加工；4.常用量具
① 卡钳：内卡钳和外卡钳；② 游标卡尺； ③ 百分表； ④ 百分尺。第七章 车削加工车削是 机械加工中的主要方法，使用范围很广。车削是利用工件的旋转运动和刀具的直线运动来加工工件的，在车床上可加工内外圆柱面、内外圆锥面、内外螺纹、成形面、端面、沟槽、滚花等。一、普通车床
车床的组成：床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、拖板、刀架和尾座等。 其中：刀架是用来夹持刀具，并作纵向、横向或斜向的进给运动。二、车削时工件的装夹方法
1.三爪卡盘装夹工件 2.四爪卡盘装夹工件 3.顶尖装夹工件 4.用花盘装夹工件 5.用心轴装夹工件 6.中心架及跟刀架装夹工件三、车到的安装
1.车刀刀尖应与工件中心线等高 当刀尖高于工件中心线时, 则前角增大而后角减小, 车刀后面与工件之间的摩擦增大；反之，前角减小，后角增大，切削不顺利。 2.车刀刀杆轴线应与工件表面垂直 否则，会引起主偏角和副偏角发生变化。 3.刀杆伸出长度不宜太长
以免发生刀杆振动，一般伸出长度不超过刀杆厚度的1.1 ～1.5 倍。四、车端面
车端面时应注意： 1. 车刀刀尖应对准工件中心，否则将在端面中心处车出凸台，并易蹦坏刀尖。2.车端面时，切削速度由外向中心逐渐减少，会影响端面的粗糙度，因此，工件速度应比车外圆略高。用45°右偏刀车端面时，由外向中心车削时，凸台是瞬间车掉，易产生振动，损坏刀具，因此，切削接近中心时，应放慢进给速度。对于有孔的工件，车端面时，常用右偏刀由中心向外进给，这样切削厚度较小，刀刃有前角，因而切削顺利，粗糙度较小。3.车削直径较大的端面时，为避免因车刀受刀架移动产生凸出或凹进，可将拖板固定在床身上进行横向切削，背吃刀量用小刀架调节。五、车圆锥
1.转动小拖板法
当内外圆锥面的圆锥角为α时，将小刀架扳转α/2，然后固定，摇动小拖板手柄，即可车出所需的圆锥面。这种方法操作简单，可加工任意锥角的内、外圆锥面，但加工长度受到限制，只能手动进给，粗糙度为12.5～3.2μm。
2.偏移尾架法
向偏移一个S距离，使工件中心轴线与车床主轴中心线的交角等于工件锥角的1/2，利用车刀作纵向进给，即可车出圆锥。这种方法可加工较长的锥面，并可手动或自动进给，但不能车削内圆锥面。尾架的偏移量受到限制，故只能适用于车削锥度不大的锥面（α＜8°＝，粗糙度为6.3～1.6 μm 。
4.宽刀法六、车螺纹
1.保证正确的牙形角
1）车刀的刀尖角应等于牙形角α
使车刀切削部分形状与螺纹截面形状相吻合。为保证这一要求，应取前角γ0 =0。粗加包含总结汇报、经管营销、行业论文、自然科学、高中教育、计划方案、外语学习、旅游景点、高等教育以及浙大工程训练复习材料等内容。本文共2页
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