第七章_铸造.ppt

第七章第七章 铸造铸造 铸造铸造是将是将液态金属或合金浇注液态金属或合金浇注到与零件的形状、尺寸相到与零件的形状、尺寸相适应的适应的铸型内铸型内，待其，待其冷却凝固冷却凝固后后获得毛坯或零件的方法获得毛坯或零件的方法。在机械制造业中，铸造已成为制造零件和毛坯的主要方法。在机械制造业中，铸造已成为制造零件和毛坯的主要方法。液体成型液体成型 7.1 金属或合金的铸造性能金属或合金的铸造性能金属或合金的金属或合金的铸造性能铸造性能主要指金属或合金的主要指金属或合金的流动性和收缩性能流动性和收缩性能。7.1.1 金属或合金的流动性及充型能力金属或合金的流动性及充型能力 1 金属或合金的流动性金属或合金的流动性金属或合金的金属或合金的流动性流动性是指液态金属或合金是指液态金属或合金自身的流动能力。自身的流动能力。铸铸 造造 缺缺 陷陷 金属或合金流动性金属或合金流动性是采用螺旋形试祥的是采用螺旋形试祥的长度来衡量的。长度来衡量的。2.影响流动性的因素影响流动性的因素1)金属或合金的金属或合金的种类种类的影响。的影响。2)合金成分和结晶合金成分和结晶特征特征对流动性的影对流动性的影响最为显著。响最为显著。3)液态金属或合金的液态金属或合金的粘度、粘度、结晶潜热结晶潜热等对流动性的影响等对流动性的影响 铸铁铸铁和硅黄铜的和硅黄铜的流动性最好流动性最好，铝硅合金的次之铝硅合金的次之，铸铸钢的最差钢的最差。3.金属或合金的充型能力金属或合金的充型能力 金属或合金的金属或合金的充型能力充型能力是指液态金属或合金是指液态金属或合金充满铸型、充满铸型、获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。(1)金属或合金自身的金属或合金自身的流动性流动性：金属或合金自身金属或合金自身的流动性好，充型能力就强。的流动性好，充型能力就强。(2)浇注条件浇注条件 如：浇注温度，适当提高液态金属或合如：浇注温度，适当提高液态金属或合金的浇注温度能改善其流动性，提高充型能力。金的浇注温度能改善其流动性，提高充型能力。(3)铸型的铸型的充型条件充型条件(4)铸件的结构铸件的结构适当提高烧注温度、充型压力和预热铸型，可改善充型能力。适当提高烧注温度、充型压力和预热铸型，可改善充型能力。7.1.2 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩 1.铸件的凝固方式铸件的凝固方式逐层凝固方式：逐层凝固方式：指纯金同或共晶成分的合金指纯金同或共晶成分的合金糊状凝固方式糊状凝固方式：指结晶温度范围很宽的合金凝固：指结晶温度范围很宽的合金凝固：液固两相共存区贯穿铸件的整个断面液固两相共存区贯穿铸件的整个断面中间凝固方式：中间凝固方式：介于逐层凝固和糊状凝固之间介于逐层凝固和糊状凝固之间 多数合金的凝固方式多数合金的凝固方式2.铸造金属或合金的收缩铸造金属或合金的收缩 铸造金属或合金的铸造金属或合金的收缩收缩是指从浇入铸型、凝固和直是指从浇入铸型、凝固和直至冷却到室温的过程中，其至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸的缩减规象体积或尺寸的缩减规象。金金属或合金的收缩是一种物理属性，是属或合金的收缩是一种物理属性，是形成缩孔、缩松、形成缩孔、缩松、变形和裂纹等缺陷的根本原因。变形和裂纹等缺陷的根本原因。(1)液态收缩液态收缩(2)凝固收缩凝固收缩(3)固态收缩固态收缩固态收缩固态收缩是铸件产生是铸件产生应力和裂纹应力和裂纹的基本原因。的基本原因。3.缩孔与缩松缩孔与缩松 浇入铸型中的液态金属或合金在随后的冷却和浇入铸型中的液态金属或合金在随后的冷却和凝固过程中，若其由液态收缩和凝固收缩引起的凝固过程中，若其由液态收缩和凝固收缩引起的容积缩减得不到补充，会在铸件最后凝固的部位容积缩减得不到补充，会在铸件最后凝固的部位形成孔洞。形成孔洞。容积较大容积较大的叫的叫缩孔缩孔，容积细小且分散容积细小且分散的叫的叫缩松缩松。（1）缩孔缩孔 出现在铸件上部或铸件最后凝固的部位出现在铸件上部或铸件最后凝固的部位结晶温度范围窄的铸造合金倾向于逐层凝固，容易形成缩孔结晶温度范围窄的铸造合金倾向于逐层凝固，容易形成缩孔(2)(2)缩松缩松 缩松是指铸件最后凝固的区域没得到液缩松是指铸件最后凝固的区域没得到液态金属或合金的补缩形成态金属或合金的补缩形成分散和细小的缩孔。分散和细小的缩孔。糊状凝固的合金易产生缩松。糊状凝固的合金易产生缩松。(3)缩缩孔和缩松的防止孔和缩松的防止顺序凝固顺序凝固的工艺：铸件上远离冒口或的工艺：铸件上远离冒口或浇口部位先凝固，凝固收缩由浇、冒浇口部位先凝固，凝固收缩由浇、冒口的液态金属或合金补充；最后将缩口的液态金属或合金补充；最后将缩孔转移至冒口中，去除冒口获得致密孔转移至冒口中，去除冒口获得致密铸件。铸件。4铸造内应力、变形和裂纹铸造内应力、变形和裂纹固态收缩阶段固态收缩阶段铸件残留热应力的预防原则是减小铸件各部分铸件残留热应力的预防原则是减小铸件各部分间的温度差使其均匀冷却。间的温度差使其均匀冷却。同时凝固原则同时凝固原则同时凝固原则适合同时凝固原则适合普通灰铸铁和锡青铜等铸造性能普通灰铸铁和锡青铜等铸造性能好的铸件的生产好的铸件的生产,壁厚均匀的薄壁件。壁厚均匀的薄壁件。热裂热裂是在铸件凝固末期的高温下形成的是在铸件凝固末期的高温下形成的裂纹裂纹冷裂冷裂是铸件冷却到是铸件冷却到较低的温度较低的温度下即处于弹性状态时形成的裂纹下即处于弹性状态时形成的裂纹同时凝固原则可降低铸件产生应力、变形和裂纹的倾向同时凝固原则可降低铸件产生应力、变形和裂纹的倾向 7.1.3 铸件的偏析与铸造合金的吸气铸件的偏析与铸造合金的吸气 1.铸件偏析铸件偏析 铸件偏折铸件偏折是指液态合金在铸型中凝固成铸件时，其断面是指液态合金在铸型中凝固成铸件时，其断面上各个部分及晶粒与晶界之间的上各个部分及晶粒与晶界之间的化学成分不均匀现象化学成分不均匀现象，有有晶内偏析晶内偏析、区域偏析区域偏析和和比重偏析比重偏析三种类型。三种类型。2.铸造合金的吸气铸造合金的吸气铸造合金所吸收的气体主要来源于炉料、各种辅助材铸造合金所吸收的气体主要来源于炉料、各种辅助材料、炉气及坩锅等熔化工具。料、炉气及坩锅等熔化工具。产生气孔缺陷产生气孔缺陷7.2 砂型铸造砂型铸造 砂型铸造的工艺过程包括：砂型铸造的工艺过程包括：混砂、混砂、造型造型和造芯、烘干、和造芯、烘干、合箱、熔化与合箱、熔化与浇注浇注、铸件的铸件的清理和检验清理和检验等等 工序。工序。砂型组成砂型组成7.2.1 造型方法造型方法 造型是砂型铸造的重要工序，有造型是砂型铸造的重要工序，有手工造型和机手工造型和机器造型器造型两类两类 1手工造型手工造型手工造型方法操作灵活，手工造型方法操作灵活，单件或小批量铸件的生产单件或小批量铸件的生产2机器造型机器造型机器造型是指用机械设备实现机器造型是指用机械设备实现紧砂紧砂和和起模起模的造型方法。的造型方法。适用于中、小铸件成批或大量的生产适用于中、小铸件成批或大量的生产震压紧砂震压紧砂（1）震压造型震压造型 通过以压缩空气为动力震击使通过以压缩空气为动力震击使得砂箱下部的型砂在惯性力下紧实得砂箱下部的型砂在惯性力下紧实再用压头将砂箱上部松散的型砂再用压头将砂箱上部松散的型砂压实。压实。(2)微震压实造型微震压实造型(3)高压造型高压造型(4)射砂造型射砂造型7.2.2砂型铸造工艺砂型铸造工艺铸造工艺方案：铸造工艺方案：浇注位置浇注位置和和分型面分型面的选择、的选择、工艺工艺参数参数的确定等的确定等1.浇注位置的选择原则浇注位置的选择原则1)铸件上的铸件上的重要加工面或质量要求高的面重要加工面或质量要求高的面，尽可能置，尽可能置于铸型的于铸型的下部或处于侧立位置下部或处于侧立位置。2)将铸件上的将铸件上的大平面朝下大平面朝下，以免在此面上出现气，以免在此面上出现气孔和夹砂缺陷。孔和夹砂缺陷。(3)有大面积薄壁的铸件，应将其有大面积薄壁的铸件，应将其薄壁薄壁部分放在部分放在铸型的铸型的下部或处于侧立下部或处于侧立位置，以免产生位置，以免产生浇不足和浇不足和冷隔缺陷冷隔缺陷(4)为防止铸件产为防止铸件产生缩孔，应把铸生缩孔，应把铸件上易产生缩孔件上易产生缩孔的厚大部位置于的厚大部位置于铸型铸型顶部或侧面顶部或侧面，以便安放以便安放冒口补冒口补缩缩。如图。如图77中中的卷扬筒，其厚的卷扬筒，其厚端位于顶部是合端位于顶部是合理的。理的。2分型面位置的确定原则分型面位置的确定原则(1)尽可能将铸件的尽可能将铸件的重要加工面或大部分加工面重要加工面或大部分加工面与与加加工基准面工基准面放在同一砂箱内，以保证其精度。放在同一砂箱内，以保证其精度。分型面是指上、下或左、右砂箱间的接触表面。分型面是指上、下或左、右砂箱间的接触表面。(2)选择分型面应考虑方便起模和简化造型，尽可能减选择分型面应考虑方便起模和简化造型，尽可能减少分型面数目和活块数目。少分型面数目和活块数目。(3)分型面的选择应尽可能减少型芯的数目分型面的选择应尽可能减少型芯的数目(4)分型面的选择，应便于下芯、扣箱分型面的选择，应便于下芯、扣箱(合型合型)及检查及检查型腔尺寸等操作。型腔尺寸等操作。3铸造工艺参数的确定铸造工艺参数的确定铸造工艺参数铸造工艺参数包括机包括机加工余量加工余量、铸出孔铸出孔、起起模斜度模斜度、铸造圆角铸造圆角和和铸造收缩率铸造收缩率等。等。(1)机加工余量和铸出孔的大小机加工余量和铸出孔的大小(2)起模斜度起模斜度(或拔模斜度或拔模斜度)大于大于12mm(3)铸造圆角铸造圆角(4)铸造收缩率铸造收缩率壁和壁的交角应做成圆弧过渡壁和壁的交角应做成圆弧过渡应根据铸造合金收缩率将应根据铸造合金收缩率将模型或芯盒放大模型或芯盒放大，以保，以保证该合金铸件冷却至室温时的尺寸能符合要求。证该合金铸件冷却至室温时的尺寸能符合要求。7.3 特种铸造特种铸造7.3.1 熔模铸造熔模铸造 熔模铸造熔模铸造又名又名“失蜡铸造失蜡铸造”，是用易熔的蜡质，是用易熔的蜡质材料制作模型，用造型材料将其包覆若干层后形成材料制作模型，用造型材料将其包覆若干层后形成型壳，再将其中蜡模熔化到出，烘干后浇入金属液型壳，再将其中蜡模熔化到出，烘干后浇入金属液而获得铸件的方法。而获得铸件的方法。熔模铸造的特点及适用范围熔模铸造的特点及适用范围(1)铸件的精度高铸件的精度高(2)适合于各种合金的铸造。适合于各种合金的铸造。(3)可铸出形状复杂、不便分型的铸件。可铸出形状复杂、不便分型的铸件。熔模铸造是一种熔模铸造是一种少切削或无切削少切削或无切削重要铸造方法。用重要铸造方法。用于汽轮机、燃气轮机和涡转发动机于汽轮机、燃气轮机和涡转发动机叶片和叶轮叶片和叶轮、切削刀、切削刀具及航空、汽车和机床上的小零件的制造。具及航空、汽车和机床上的小零件的制造。适用范围适用范围特点特点7.3.2金属型铸造金属型铸造 金属型铸造金属型铸造是将金属液浇注到是将金属液浇注到金属铸型金属铸型中获得铸件的方法中获得铸件的方法金属型能重复多次使用金属型能重复多次使用 1金属型的结构金属型的结构2金属型铸造的工艺特点金属型铸造的工艺特点(1)预热金属型预热金属型减缓铸型的冷却能力减缓铸型的冷却能力(2)刷涂料刷涂料保护铸型保护铸型(3)浇注浇注浇注温度应比浇注砂型的要高浇注温度应比浇注砂型的要高(4)打开铸型打开铸型浇注后开型太晚，从金属型内取出铸件困难浇注后开型太晚，从金属型内取出铸件困难3金属型铸造特点和应用金属型铸造特点和应用4）改善了劳动条件）改善了劳动条件特点特点 主要用于熔点较低的有色金属或合金铸件的主要用于熔点较低的有色金属或合金铸件的大批量生产大批量生产如飞机、汽车、内燃机等用的铝如飞机、汽车、内燃机等用的铝活塞、汽缸体、活塞、汽缸体、汽缸盖汽缸盖及铜合金的轴瓦、轴套及铜合金的轴瓦、轴套等。黑色金属类铸件只限于形状简等。黑色金属类铸件只限于形状简单的中、小铸件。单的中、小铸件。金属型制造成本高、周期长、工艺要求严格金属型制造成本高、周期长、工艺要求严格应用应用1）金属型的复用性好，可）金属型的复用性好，可“一型多铸一型多铸”2）获得铸件的组织致密、机械性能高；）获得铸件的组织致密、机械性能高；3）金属型铸造的铸件尺寸精度高）金属型铸造的铸件尺寸精度高7.4 铸件结构工艺性铸件结构工艺性7.4.1 铸件工艺对铸件结构的要求铸件工艺对铸件结构的要求 1对铸件外形的要求对铸件外形的要求(1)避免铸件外形侧凹避免铸件外形侧凹外形、内腔、斜度外形、内腔、斜度(2)铸件外形应去掉不必要的外圆角，使分型面铸件外形应去掉不必要的外圆角，使分型面为为 平面。平面。(3)设计铸件上的凸台和筋条时，应考虑方便造型设计铸件上的凸台和筋条时，应考虑方便造型4)铸件的外形应尽可能使铸件的分型面数目最少。铸件的外形应尽可能使铸件的分型面数目最少。2对铸件内腔的要求对铸件内腔的要求(1)铸件的内腔尽可能不用或少用型芯，使工艺简化。铸件的内腔尽可能不用或少用型芯，使工艺简化。(2)当铸件内腔较复杂，需用型芯时，应考虑型当铸件内腔较复杂，需用型芯时，应考虑型芯是否稳固，排气和清理是否方便。芯是否稳固，排气和清理是否方便。(3)若一些铸件的内腔结构不利于型芯的稳定、排气若一些铸件的内腔结构不利于型芯的稳定、排气和清理时，应考虑增设工艺孔，如图和清理时，应考虑增设工艺孔，如图754b所示。所示。3结构斜度结构斜度结构斜度是指在铸件所有垂直于分型面的非加工面上设计的斜度结构斜度是指在铸件所有垂直于分型面的非加工面上设计的斜度7.4.2 金属或合金的铸造性能对铸件结构的要求金属或合金的铸造性能对铸件结构的要求 铸件结构的设计除了考虑到铸件结构的设计除了考虑到铸件工艺对铸件结构铸件工艺对铸件结构的的要求以外还应考虑到铸件所用金属或合金的要求以外还应考虑到铸件所用金属或合金的铸造性能铸造性能的好坏，否则铸件会的好坏，否则铸件会出现浇不足、冷隔、缩孔、缩松、出现浇不足、冷隔、缩孔、缩松、变形和裂纹等缺陷变形和裂纹等缺陷考虑铸件壁厚的合理性、铸件壁与壁的连接等考虑铸件壁厚的合理性、铸件壁与壁的连接等。1合理设计铸件壁厚合理设计铸件壁厚2)铸件的壁厚应尽可能均匀铸件的壁厚应尽可能均匀(3)当铸件壁厚有差别时，应使其顺序凝固当铸件壁厚有差别时，应使其顺序凝固2铸件壁与壁连接铸件壁与壁连接 铸件壁与壁的连接处或转角的设计，应尽可能避免金铸件壁与壁的连接处或转角的设计，应尽可能避免金属或合金的积聚和内应力的产生。属或合金的积聚和内应力的产生。(1)设计结构圆角设计结构圆角(2)应避免锐角连接应避免锐角连接 铸件壁与壁之间应避免锐角铸件壁与壁之间应避免锐角连接，以减小热节和降低内应力连接，以减小热节和降低内应力(3)铸件壁从厚到薄或从薄到厚的联接应逐步过铸件壁从厚到薄或从薄到厚的联接应逐步过渡渡(4)铸件壁与壁之间应避免交叉联接。铸件壁与壁之间应避免交叉联接。3与合金铸造性能相关的问题与合金铸造性能相关的问题(1)不阻碍收缩不阻碍收缩(2)避免过大面积的水平面避免过大面积的水平面(3)细长、易挠曲的梁形铸件截面应对称细长、易挠曲的梁形铸件截面应对称(4)设计加强筋设计加强筋7.5 常用合金铸件的制造常用合金铸件的制造常用铸造合金有铸铁、铸钢和一些有色金属或常用铸造合金有铸铁、铸钢和一些有色金属或合金。其中合金。其中铸铁件的应用最为广泛铸铁件的应用最为广泛。7.5.1 铸铁件的制造铸铁件的制造1铸铁的结晶及石墨化铸铁的结晶及石墨化（1）铸铁的一次结晶及石墨化）铸铁的一次结晶及石墨化从液相线开始到固相线结束的结晶为铸铁的从液相线开始到固相线结束的结晶为铸铁的一一次结晶过程。次结晶过程。(2)铸铁的二次结晶及石墨化铸铁的二次结晶及石墨化铸铁完成一次结晶后，在随后的冷却过程中所发生铸铁完成一次结晶后，在随后的冷却过程中所发生的组织转变称为铸铁的的组织转变称为铸铁的二次结晶二次结晶。(3)影响铸铁石墨化的因素影响铸铁石墨化的因素影响着铸铁的组织和性能。影响着铸铁的组织和性能。石墨化的因素石墨化的因素化学成分化学成分和和冷却速度冷却速度1)化学成分化学成分 主要指铸铁中的主要指铸铁中的碳、硅、锰、磷和碳、硅、锰、磷和 硫硫等元素对石墨化的影响。等元素对石墨化的影响。碳和硅碳和硅 碳、硅是强烈促进石墨化的元素碳、硅是强烈促进石墨化的元素碳当量碳当量 为综合评价铸铁中各元素的石墨化能力，把铸铁中各元素对石墨综合评价铸铁中各元素的石墨化能力，把铸铁中各元素对石墨化的作用折算成碳对石墨化的作用，其总和为碳当量化的作用折算成碳对石墨化的作用，其总和为碳当量2)冷却速度冷却速度铸铁的冷却速度主要受铸型冷却能力和铸件壁厚的影铸铁的冷却速度主要受铸型冷却能力和铸件壁厚的影响。从微观上看铸铁中响。从微观上看铸铁中石墨的折出实质是碳原子扩石墨的折出实质是碳原子扩散和集聚的过程。散和集聚的过程。慢的冷却速度利于碳原于的扩散，所以有利于石墨折出慢的冷却速度利于碳原于的扩散，所以有利于石墨折出加快冷却速度会阻止石墨化过程的进行。加快冷却速度会阻止石墨化过程的进行。因此，因此，随铸铁件壁厚的增加随铸铁件壁厚的增加由于石墨片数量增多、尺寸增大，由于石墨片数量增多、尺寸增大，铸铁的强度和硬度下降的现象称为铸铁的铸铁的强度和硬度下降的现象称为铸铁的壁厚敏感性。壁厚敏感性。2.灰铸铁灰铸铁(1)灰铸铁的牌号、性能指标及选用灰铸铁的牌号、性能指标及选用HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350(2)不同灰铸铁件的生产不同灰铸铁件的生产1)普通灰铸铁件普通灰铸铁件(又称低强度灰铸铁件又称低强度灰铸铁件)壁厚敏感性大壁厚敏感性大 普通灰铸铁树质只适合制造受力较小、形状较复普通灰铸铁树质只适合制造受力较小、形状较复杂的中、小铸件如杂的中、小铸件如机座、泵壳、箱体机座、泵壳、箱体等。不易用来等。不易用来制造厚壁铸件。制造厚壁铸件。2)孕育铸铁件孕育铸铁件(又称高强度灰铸铁件又称高强度灰铸铁件)孕育处理是指铸铁件在浇注前，注铁水中加入孕育处理是指铸铁件在浇注前，注铁水中加入少少量颗粒状或粉末状的孕育剂量颗粒状或粉末状的孕育剂，以达增加铸铁的结，以达增加铸铁的结晶晶晶晶核数目和细化共晶团或石墨的目的核数目和细化共晶团或石墨的目的。3）球墨铸铁）球墨铸铁1)球墨铸铁件的生产特点球墨铸铁件的生产特点（1）严格控制铁水化学成分）严格控制铁水化学成分（2）铁水出炉温度较高）铁水出炉温度较高 （3）需要进行球化和孕育处理）需要进行球化和孕育处理 球化剂：球化剂：石墨呈球状析出的添加剂石墨呈球状析出的添加剂；我国常用；我国常用稀土镁合金稀土镁合金作球化剂。球化后应进行孕育处理，其目的是消除球化元素作球化剂。球化后应进行孕育处理，其目的是消除球化元素所造成的白口倾向、促进石墨化、细化石墨球；所造成的白口倾向、促进石墨化、细化石墨球；75硅铁硅铁 4可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁实际上可锻铸铁实际上并不可以接受锻造并不可以接受锻造，它只是具有一定塑性和，它只是具有一定塑性和韧性而已。韧性而已。可锻铸铁是可锻铸铁是白口铸铁毛坯白口铸铁毛坯在在长时间石墨化退火处理长时间石墨化退火处理后获得后获得的的石墨呈团絮状石墨呈团絮状的铸铁。在球易铸铁出现以前，它是机械的铸铁。在球易铸铁出现以前，它是机械性能最好的一种铸铁。性能最好的一种铸铁。可可锻锻铸铁的生产特点铸铁的生产特点第一步第一步是先铸出是先铸出白口铸铁毛坯白口铸铁毛坯，即采用碳、硅含量都低的铁，即采用碳、硅含量都低的铁水。水。第二步第二步是进行是进行石墨化退火石墨化退火这是制造可锻铸铁这是制造可锻铸铁最主要过程最主要过程。