機械制造技術基礎目錄第3章零件毛坯的制備方法3.1 鑄造3.2 鍛造3.3 焊接3.4 板料沖壓3.5 型材第3章零件毛坯的制備方法

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重型燃氣輪機是迄今公認效率最高的熱-功轉換類發電設備，是能源動力裝備領域最高端的產品。第3章零件毛坯的制備方法

閱讀導入：2020年，我國成功攻克重型燃機核心部件——高溫透平葉片的精密鑄造技術，使其可以在1327℃的高溫下正常工作，打破國外長期技術壟斷，成為全世界第五個具備重型燃氣輪機制造能力的國家。

每一臺大國重器的誕生都是國家科技實力和綜合國力的象征。第3章零件毛坯的制備方法

本章學習目標：第3章零件毛坯的制備方法

3.1鑄造3.1.1鑄造的概述

鑄造是將液態金屬澆注到鑄型的型腔中，凝固冷卻后獲得具有一定形狀和性能鑄件的成形方法。

鑄造生產在國民經濟中占有極其重要的地位。

鑄造在機械制造業中應用廣泛，是生產毛坯的主要方法之一。機床、內燃機、重型機器中，鑄件約占70%~90%風機、壓縮機中占60%~80%農業機械中占40%~70%汽車中占20%~30%第3章零件毛坯的制備方法

鑄造的特點主要有：1)適合制造形狀復雜，特別是內腔形狀復雜的毛坯或零件，如氣缸、箱體、泵體、閥體、葉輪等。2)鑄件的大小幾乎不受限制，如小到幾克的電器儀表零件，大到數百噸的軋鋼機機架，均可鑄造成形。3)鑄造工藝簡單，使用的材料價格低廉，應用范圍廣，對于塑性差的材料，如鑄鐵，鑄造是其毛坯生產的唯一成形工藝。

第3章零件毛坯的制備方法

影響鑄件質量的因素復雜，容易產生澆不足、縮孔、縮松、氣孔、砂眼、裂紋等鑄造缺陷。第3章零件毛坯的制備方法

影響鑄件質量的因素復雜，容易產生澆不足、縮孔、縮松、氣孔、砂眼、裂紋等鑄造缺陷。鑄造工藝按鑄型材料、造形方法和澆注條件等分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類。砂型鑄造是傳統的鑄造方法，工藝靈活，成本低。特種鑄造是指砂型鑄造以外的其他鑄造工藝方法。鑄造性能是金屬在鑄造成形過程中所表現出來的工藝性能，鑄造性能的好壞直接影響鑄件的內在和外在質量，主要包括：流動性、收縮性、氧化性、吸氣性和偏析性傾向性等。

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3.1.2砂型鑄造以型砂為材料制備鑄型的鑄造方法即將熔化的金屬澆注到砂型型腔內，凝固冷卻后獲得鑄件的方法第3章零件毛坯的制備方法

用來形成鑄件外輪廓的部分稱為鑄型用來形成鑄件內腔或局部外形的部分稱為型芯制造鑄型的材料稱為型砂制造型芯的材料稱為芯砂型砂和芯砂統稱為造型材料

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鑄造工藝：1．造型造型是用模樣形成砂型的內腔，在澆注后形成鑄件外部輪廓，是砂型鑄造的最基本工序，分為手工造型和機器造型兩大類。

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2．制芯型芯是鑄型的重要組件之一，作用是形成鑄件內腔，也可形成鑄件的外形。制芯是將芯砂填入芯盒，經舂砂緊實、修正等工序，制成型芯的過程。

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3．澆注系統與冒口引導液態金屬流入鑄型型腔的通道稱為澆注系統，又稱澆口。

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4．澆注把液態金屬注入鑄型的工序稱為澆注，是保證鑄件質量的重要環節。由于澆注原因而報廢的鑄件，占報廢件總數的20%~30%，因此在澆注時必須嚴格控制澆注溫度和澆注速度。5．落砂和清理落砂是從砂型中取出鑄件的工序。落砂分手工落砂和機器落砂。第3章零件毛坯的制備方法

6．鑄件質量檢驗鑄件清理后應進行質量檢驗，最常用的方法是目視法，即通過觀察(或借助于尖嘴錘)找出鑄件的表面缺陷和近表面缺陷(皮下缺陷)，如氣孔、砂眼、夾渣、粘砂、縮孔、澆不足、冷隔等。第3章零件毛坯的制備方法

3.1.3特種鑄造通過改變鑄型材料、澆注方法、液態合金充填鑄型的形式或鑄件凝固條件等因素，形成了許多不同于砂型鑄造的其他鑄造方法，統稱為特種鑄造方法，金屬型鑄造、熔模鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、低壓鑄造、消失模鑄造、連續模鑄造等

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（1）金屬型鑄造液態金屬在重力作用下注入金屬型中成形的方法稱為金屬型鑄造，也稱為“硬模鑄造”。金屬鑄型不同于砂型鑄型，可“一型多鑄”，一般可澆注幾百次到幾萬次，故亦稱為“永久型鑄造”。1-型腔；2-濾網；3-外澆道；4-冒口；5-型芯；6-金屬型；7-推桿

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（2）熔模鑄造在易熔材料制成的模樣上包覆多層耐火涂料，待干燥硬化后熔出模樣而制成型殼，再經高溫焙燒后，將液態金屬澆入型殼，待凝固結晶后獲得鑄件的方法稱為熔模鑄造或失蠟鑄造。

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（3）壓力鑄造壓力鑄造是在高壓作用下，將液態或半液態金屬快速壓入金屬壓型中，并在壓力下凝固而獲得鑄件的方法。

1-壓鑄活塞2、3-壓型4-下活塞5-余料6-鑄件(a)澆注(b)壓射(c)開型第3章零件毛坯的制備方法

（4）離心鑄造離心鑄造是將液態金屬澆入旋轉著的鑄型中，并在離心力的作用下凝固成形而獲得鑄件的鑄造方法。

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（5）低壓鑄造低壓鑄造是介于金屬型鑄造和壓力鑄造之間的一種鑄造方法，在0.02MPa~0.07MPa的低壓下將金屬液注入型腔，并在壓力下凝固成形獲得鑄件。1-芯(金屬)；2-鑄件3-金屬型；4-補加金屬液開口5-蓋板；6-密封拯；7-保溫材料；8-升液管；9-坩堝；10-感應線圈；

11-爐殼；12-三通閥；13-U形水銀壓力計；14-基座第3章零件毛坯的制備方法

（6）消失模鑄造用聚苯乙烯發泡的模樣代替木模，用干砂(或樹脂砂、水玻璃砂等)代替普通型砂進行造型，并直接將高溫液態金屬澆到鑄型中，使模樣燃燒、汽化、消失而形成鑄件的方法稱為消失模鑄造，又稱實型鑄造。

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（7）連續鑄造連續鑄造是指金屬液連續地澆入水冷金屬型(結晶器)中，連續凝固成形的方法。澆注前，升降臺上升封住水冷金屬型底部澆注時，金屬液經帶有小孔的環形旋轉澆杯均勻地進入水冷金屬型空腔，當下部鑄鐵已凝固一定高度時，升降盤下降，不斷將凝固的部分拉出，而鐵液按相應的充型速度不斷澆入，直到結束。

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3.2鍛造利用外力使固態金屬材料產生塑性變形，以改變其尺寸、形狀和力學性能，制成機械零件或毛坯的成形方法主要包括自由鍛、模鍛和胎模鍛等加工方法第3章零件毛坯的制備方法

工藝特點有：1)改善金屬的組織，提高金屬的力學性能。2)材料的利用率較高。3)具有較高生產率。4)適應性強。

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鍛造的缺點：（1）常用的自由鍛件的尺寸精度、形狀精度和表面質量較低（2）胎模鍛、錘上鍛模的模具費用較高，且加工設備也比較昂貴等（3）與鑄造相比，難以生產既有復雜外形又有復雜內腔的毛坯

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3.2.1自由鍛造自由鍛造是利用通用設備和簡單通用工具，使加熱后的金屬坯料在沖擊力或壓力作用下在上、下砧鐵間產生塑性變形，從而獲得所需形狀、尺寸和性能鍛件的一種鍛造工藝方法

第3章零件毛坯的制備方法

3.2.1自由鍛造

第3章零件毛坯的制備方法

3.2.1自由鍛造

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3.2.1自由鍛造

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3.2.2模型鍛造模型鍛造(簡稱模鍛)是利用鍛模迫使經加熱后的金屬坯料在鍛模的模膛內受壓，產生塑性變形并充滿模膛，從而獲得與模膛形狀、尺寸一致的鍛件的鍛造方法第3章零件毛坯的制備方法

3.2.2模型鍛造模鍛與自由鍛相比，優點有：1)能鍛造形狀比較復雜的鍛件，鍛件的金屬流線分布較均勻且連續，從而提高零件的力學性能和使用壽命。2)模鍛件的形狀和尺寸較精確(更接近零件的形狀和尺寸)，表面粗糙度值較小，加工余量較小，可以節省金屬材料和切削加工工時。3)模鍛操作較簡單，生產率較高，對操作工人的技術要求較低，工人勞動強度也較低，且易于實現機械化和自動化。

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3.2.2模型鍛造模鍛與自由鍛造相比，主要缺點是：1)鍛模結構比較復雜，制造周期長、成本高；模鍛使用的設備噸位大、費用高；2)鍛件不能太大，質量一般在150kg以下，且工藝靈活性不如自由鍛造(一副模具只能加工一種鍛件)，所以模鍛適用于中、小型鍛件的成批和大量生產。

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3.3.3胎模鍛在自由鍛設備上使用可移動模具生產模鍛件的一種鍛造方法是一種介于自由鍛和模鍛之間的鍛造方法第3章零件毛坯的制備方法

3.3.3胎模鍛與自由鍛相比，具有生產率高、鍛件尺寸精度高、表面粗糙度值小、余塊少、節約金屬、降低成本等優點與模鍛相比，具有胎模制造簡單、不需貴重的模鍛設備、成本低、使用方便等優點但胎模鍛件的尺寸精度和生產率不如錘上模鍛高，工人勞動強度大，胎模壽命短第3章零件毛坯的制備方法

3.3焊接是指通過加熱、加壓或兩者并用，并且用或不用填充材料，使焊件達到原子結合的一種加工方法。金屬的焊接種類很多，根據焊接時的物理冶金特征(原子間結合方式的不同)分為熔焊、壓焊、釬焊三大類。焊接第3章零件毛坯的制備方法

3.3焊接專用機床是為特定尺寸形狀零件的某工序而設計的生產設備，多為單件小批生產，床身若采用鑄造方法制造，則成本較高、生產周期較長，故可采用焊接式床身

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3.4板料沖壓板料沖壓是一種利用沖模使板料產生分離或變形，從而獲得所需零件或毛坯的成形工藝。板料沖壓通常以比較薄的金屬板料做毛坯，在常溫下進行，所以又稱為冷沖壓。

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3.4板料沖壓

（a）彈性變形階段

（b）塑性變形階段

（c）出現裂紋（d）裂紋貫通

（e）板料完全斷裂分離階段第3章零件毛坯的制備方法

3.4板料沖壓板料沖壓與鑄造、鍛造、切削加工等方法相比，具有以下特點：1)可加工的范圍廣，可加金屬材料或非金屬材料。2)操作簡單，生產率高，易于實現自動化。沖床的一次行程就能得到一個制件。大型沖壓件(汽車殼體)的生產率可達每分鐘幾件，高速沖壓的小件每分鐘可達上千件。3)產品重量輕，強度高、剛性好。4)材料的利用率較高，一般可達70%~85%。5)產品質量穩定，精度高