《工程材料及成形工艺基础》教案 第六章 铸造成形.docx

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课题

第六章铸造成形

课时

8课时(360min)

教学目标

知识目标:

(1)理解合金的流动性和收缩性

(2)掌握砂型铸造的造型材料、造型方法及工艺设计

(3)熟悉常用的特种铸造方法

(4)掌握铸件的结构设计

(5)了解铸造的新技术

素养目标:

培养持续学习的能力,能够及时掌握新技术和工具,并将其应用到实际项目中

教学重难点

教学重点:合金的流动性和收缩性,砂型铸造的造型材料、造型方法及工艺设计,常用的特种铸造方法,铸件的结构设计

教学难点:掌握常用的铸造方法,以及铸件的结构设计

教学方法

情景模拟法、问答法、讨论法

教学用具

电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程

主要教学内容及步骤

考勤

【教师】使用APP进行签到

【学生】班干部报请假人员及原因

问题导入

【教师】播放“金属铸造工艺”视频(详见教材),提出问题:

什么是金属铸造工艺?可以分为哪几类?

【学生】聆听、思考、回答

传授新知

【教师】通过学生的回答,引入新知,讲解合金的流动性和收缩性、砂型铸造、特种铸造、铸件的结构设计,以及铸造的新技术等知识

铸造成形是将熔融的金属液浇注在相应的铸型中,待其冷却凝固后,获得相应形状和性能的铸件的工艺过程。用铸造成形方法制成的毛坯或零件称为铸件。铸造成形的应用范围较为广泛,在一般机械设备中,铸件的重量占设备总重的40%~90%。铸造成形的方法很多,一般将铸造工艺分为砂型铸造和特种铸造两大类。

与其他成形方法相比,铸造成形具有以下特点。

较强的适应性:铸件的形状、尺寸、质量和材料等所受限制较小,从几克的精密零件到重达数百吨的大型铸件均可铸造成形。工业上凡能熔化成液态的金属材料均可铸造成形,尤其像铸铁等脆性材料,铸造是其唯一的成形方法。

良好的经济性:铸造所使用原材料的价格较为低廉;铸件的形状和尺寸接近零件,使铸件切削加工的费用和浪费的材料都相应减少。

力学性能与质量不稳定:铸造的部分工艺过程难以控制,铸件内部组织容易出现铸造缺陷,导致铸件的力学性能与质量不稳定。

近年来,随着精密铸造技术的迅速发展,铸件的表面质量有了很大的提高,有的铸件甚至可以作为零件直接装在机器设备上。同时,由于球墨铸铁等新型铸造合金的普遍应用以及小型铸钢件的推广,铸件的力学性能显著提高,使用范围不断扩大。

【教师】讲述“铸造工艺的历史”的内容,并提出以下问题:

想一想,现代工业中,哪些地方运用了铸造工艺?

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生的回答

第一节铸造成形基础

铸件的质量与铸造原材料密切相关。铸造生产中,纯金属使用较少,更多是采用合金作为原材料。为了更加合理地选用铸造合金,除了认识其物理、化学性能外,了解合金的铸造性能也极为重要。合金的铸造性能是一个复杂的综合性能,主要包括合金的流动性和收缩性。

一、合金的流动性

【教师】利用多媒体展示“螺旋形试样”图片(详见教材)和“常用铸造合金的流动性”表格,并进行讲解

合金的流动性是指液态金属的流动能力。它是合金铸造成形的基本条件,通常用浇注螺旋试样的方法来测量。首先在相同的铸型和相同的过热度条件下,将不同的液态合金浇注成如图所示的试样;然后比较各种合金试样的长度。浇注出的试样越长,说明合金的流动性越好。常用铸造合金的流动性如表所示。其中,灰铸铁、硅黄铜的流动性较好,铸钢的流动性较差。

常用铸造合金的流动性

合金

造型材料

浇注温度/℃

螺旋线长度/mm

灰铸铁

()

砂型

1300

1800

()

砂型

1300

1300

()

砂型

1300

1000

()

砂型

1300

600

铸钢()

砂型

1600

100

锡青铜(,)

砂型

1040

420

硅黄铜()

砂型

1100

1000

铝合金

金属型(300℃)

680~720

700~800

在实际生产中,影响合金流动性的因素很多,但以化学成分的影响最为显著。

【教师】利用多媒体展示“合金的凝固方式”和“凝固前沿示意图”图片(详见教材),并进行讲解

由相图得知,合金的化学成分不同,固液共存区的宽窄不同。因此,液态合金的凝固方式分为逐层凝固、糊状凝固和中间凝固三种,如“合金的凝固方式”图片所示。凝固方式对合金的流动性影响很大。纯金属和共晶成分的合金,按逐层凝固方式结晶,结晶前沿比较平滑,对金属的流动阻力小,流动性好,如“凝固前沿示意图”(a)图所示;在一定温度范围内结晶的合金,凝固前沿发达的枝晶与液态合金相互交错,对金属的流动阻力大,流动性差,如“凝固前沿示意图”(b)图所示;合金的结晶温度范围越宽,越倾向于糊状凝固方式结晶,流动性越差。常用铸铁的碳当量接近共晶成分,具有优良的流动性;铸钢的凝固温度高,在一定的温度范围内结晶,流动性较差。此外,

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