金属工艺学铸造成形.pptx

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1、铸造成型特点适于做复杂外形，特别是复杂内腔的毛坯对材料的适应性广，铸件的大小几乎不受限制成本低，原材料来源广泛，价格低廉,一般不需要昂贵的设备是某些塑性很差的材料(如铸铁等)制造其毛坯或零件的唯一成型工艺铸造成型铸造成型优优 点点第1页/共62页液态成型特点工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控制液态成形零件内部组织的均匀性、致密性一般较差液态成形零件易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷，产品 质量不够稳定由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴 有缺陷，其力学性能比同类材料的塑性成形低液态成型液态成型缺缺 点点第2页/共62页7.1铸造成形工艺基础合金的流动性和充型能力液态合

2、金的工艺性能表征为液态合金的液态合金的工艺性能表征为液态合金的铸造性能铸造性能通常是指合金的流动性、收缩性吸气性及偏析等性能合金铸造性能是选择铸造金属材料，确定铸件的铸造工艺方案及进行铸件结构设计的依据第3页/共62页合金的充型能力合金的充型能力充型能力的概念充型能力的概念:充型能力不足浇不足冷 隔夹 砂气 孔夹夹 渣渣充型能力的决定因数合金的流动性铸型性质浇注条件铸件结构等液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成型件的能力第4页/共62页合金流动性对充型能力的影响合金流动性对充型能力的影响合金流动性的决定因数 合金的种类:灰铸铁流动性最好；铸钢流动性最差。化学成分：同种合金中成分不同

3、的合金具有不同的结晶特点，流动性也不同。纯金属流动性较好。结晶特性:恒温下结晶，流动性较好；两相区内结晶，流动性较差第5页/共62页浇注条件对充型能力的影响浇注条件对充型能力的影响浇注条件浇注温度充型压力浇注系统浇注温度越高，液态金属的粘度越小，过热度高，金属液内含热 量多，保持液态的时间长，充型 能力强。液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力。充型压力越大,充型能力越强。浇注系统的结构越复杂，则流动 阻力越大，充型能力越差。第6页/共62页铸件结构对充型能力的影响铸件结构对充型能力的影响 折算厚度：折算厚度也叫当量厚度或模数,是铸件体积与铸件表面积之比。折算厚度越大，热量散失越慢，充型能

4、力就越好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填.(大平面铸件不易成形)复杂程度：复杂程度：铸件结构越复杂，铸件结构越复杂，流动阻力就越大，铸流动阻力就越大，铸型的充填就越困难。型的充填就越困难。第7页/共62页合金的收缩合金收缩固态收缩液态收缩液态收缩凝固收缩缩孔:恒温下结晶线形收缩裂纹变形应力缩松:两相区结晶第8页/共62页影响收缩的因素铸型条件铸件结构浇注温度化学成分(c含量)合金收缩第9页/共62页缩孔与缩松的形成缩孔与缩松的形成缩孔的形成:纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的 合金,浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝 固。在凝固过程中，如得不到合金液的补充，在铸件最后凝固的地方就会产生

5、缩孔.第10页/共62页缩松的形成原因:铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者 结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域 较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨 架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所 致。第11页/共62页消除缩孔和缩松的方法消除缩孔和缩松的方法定向凝固原则是铸件让远离冒口的地方先凝固，靠近冒口的地方次凝固，最后才是冒口本身凝固。实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去。原理合理布置内浇道及确定浇铸工艺。方法合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。第12页/共62页定向凝固原则定向凝固原则解决缩孔的方法解决缩孔的方法第13页/共62页小结a）合理选择内浇道在铸件上的引入位置和高度；b

6、）开设冒口；c）放置冷铁。冷铁是用来控制铸件凝固顺序的激冷物。解决缩孔的方法解决缩孔的方法第14页/共62页7.2铸造成形方法铸造成形方法砂型铸造砂型铸造第15页/共62页砂型铸造砂型铸造(表表7.1)整模造型 分模造型 三箱造型 活块造型 挖砂造型 刮板造型等手工造型第16页/共62页砂型铸造方法砂型铸造方法造型方法主要特点适用范围按砂箱特征区分铸型由上型和下型组成，造型、起模、修型等操作方便适用于各种生产批量，各种大、中、小铸件铸型由上、中、下三部分组成，中型的高度须与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型费工，应尽量避免使用主要用于单件、小批量生产具有两个分型面的铸件在车间地坑内造型，用地

7、坑代替下砂箱，只要一个上砂箱，可减少砂箱的投资。但造型费工，而且要求操作者的技术水平较高常用于砂箱数量不足，制造批量不大的大、中型铸件铸型合型后，将砂箱脱出，重新用于造型。浇注前，须用型砂将脱箱后的砂型周围填紧，也可在砂型上加套箱主要用在生产小铸件，砂箱尺寸较小第17页/共62页砂型铸造方法砂型铸造方法造型方法主要特点适用范围按模样特征区分模样是整体的，多数情况下，型腔全部在下半型内，上半型无型腔。造型简单，铸件不会产生错型缺陷适用于一端为最大截面，且为平面的铸件模样是整体的，但铸件的分型面是曲面。为了起模方便，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂。每造一件，就挖砂一次，费工、生产率低用于单件或小批

8、量生产分型面不是平面的铸件为了克服挖砂造型的缺点，先将模样放在一个预先作好的假箱上，然后放在假箱上造下型，省去挖砂操作。操作简便，分型面整齐用于成批生产分型面不是平面的铸件第18页/共62页砂型铸造方法砂型铸造方法造型方法主要特点适用范围按模样特征区分将模样沿最大截面处分为两半，型腔分别位于上、下两个半型内。造型简单，节省工时常用于最大截面在中部的铸件铸件上有妨碍起模的小凸台、肋条等。制模时将此部分作成活块，在主体模样起出后，从侧面取出活块。造型费工，要求操作者的技术水平较高主要用于单件、小批量生产带有突出部分、难以起模的铸件用刮板代替模样造型。可大大降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生

9、产率低，要求操作者的技术水平较高主要用于有等截面的或回转体的大、中型铸件的单件或小批量生产第19页/共62页造芯造芯浇注系统浇注系统砂型和砂芯的干燥及合箱砂型和砂芯的干燥及合箱浇注浇注铸件的出砂清理铸件的出砂清理第20页/共62页铸件检验及铸件常见缺陷 序缺陷名称缺陷特征预防措施1气孔在铸件内部、表面或近于表面处，有大小不等的光滑孔眼，形状有圆的、长的及不规则的，有单个的，也有聚集成片的。颜色有白色的或带一层暗色，有时覆有一层氧化皮。降低熔炼时流言蜚语金属的吸气量。减少砂型在浇注过程中的发气量，改进铸件结构，提高砂型和型芯的透气性，使型内气体能顺利排出。2缩孔在铸件厚断面内部、两交界面的内部及

10、厚断面和薄断面交接处的内部或表面，形状不规则，孔内粗糙不平，晶粒粗大。壁厚小且均匀的铸件要采用同时凝固，壁厚大且不均匀的铸件采用由薄向厚的顺序凝固，合理放置冒口的冷铁。3缩松在铸件内部微小而不连贯的缩孔，聚集在一处或多处，晶粒粗大，各晶粒间存在很小的孔眼，水压试验时渗水。壁间连接处尽量减小热节，尽量降低浇注温度和浇注速度。4渣气孔在铸件内部或表面形状不规则的孔眼。孔眼不光滑，里面全部或部分充塞着熔渣。提高铁液温度。降低熔渣粘性。提高浇注系统的挡渣能力。增大铸件内圆角。5砂眼在铸件内部或表面有充塞着型砂的孔眼。严格控制型砂性能和造型操作，合型前注意打扫型腔。第21页/共62页铸件检验及铸件常见缺

11、陷 序缺陷名称缺陷特征预防措施6热 裂在铸件上有穿透或不穿透的裂纹（注要是弯曲形的），开裂处金属表皮氧化。严格控制铁液中的 S、P含量。铸件壁厚尽量均匀。提高型砂和型芯的退让性。浇冒口不应阻碍铸件收缩。避免壁厚的突然改变。开型不能过早。不能激冷铸件。7冷 裂在铸件上有穿透或不穿透的裂纹（主要是直的），开裂处金属表皮氧化。8粘 砂在铸件表面上，全部或部分覆盖着一层金属（或金属氧化物）与砂（或涂料）的混（化）合物或一层烧结构的型砂，致使铸件表面粗糙。减少砂粒间隙。适当降低金属的浇注温度。提高型砂、芯砂的耐火度。9夹 砂在铸件表面上，有一层金属瘤状物或片状物，在金属瘤片和铸件之间夹有一层型砂。严格控

12、制型砂、芯砂性能。改善浇注系统，使金属液流动平稳。大平面铸件要倾斜浇注。10冷 隔在铸件上有一种未完全融合的缝隙或洼坑，其交界边缘是圆滑的。提高浇注温度和浇注速度。改善浇注系统。浇注时不断流。11浇不到由于金属液未完全充满型腔而产生的铸件缺肉。提高浇注温度和浇注速度。不要断流和防止跑火。第22页/共62页小结(机器造型）（1）紧实砂型的方法（a）震压紧实（a）抛砂紧实（c）高压紧实（2）起模方法（a）顶箱起模（b）漏模起模（c）反转起模第23页/共62页第三节 铸造成形工艺设计浇注位置的选择浇注位置的选择分型面的选择分型面的选择本章重点：本章重点：铸造成形方法铸造成形方法 及应用及应用本章难点

13、：本章难点：铸造结构工艺设计和铸造结构工艺设计和工艺性工艺性第24页/共62页浇注位置的选择浇注位置的选择浇注位置浇注位置指浇注时铸件在铸型中所处的位置。浇注位置不同，铸件质量不一样。下部质量比上部好。原因：（1）下部缺陷少（气体、熔渣上浮）。（2）下部无冷隔、浇不足（静压力大）。（3）晶粒细小、力学性能高（冷速快）。铸件侧面周长方向质量均匀，原因：在周长方向上冷却条件相近，同时凝固。所以：一般应从以下考虑：（1）铸件的重要加工面或主要工作面应朝下或侧立。（2）铸件的厚大部位置于上方或侧立。（3）铸件大平面应尽可能朝下。（4）铸件的薄壁部分应放在下部或侧面。浇注位置以文字标出：上下或上中下第2

14、5页/共62页铸件的重要加工面或主要工作面应朝下或侧立铸件的重要加工面或主要工作面应朝下或侧立（1）铸件的重要加工面或质量要求高的面，尽可能置于铸型的下部或处于侧立位置。因为在液体金属的浇注过程中，其中的气体和熔渣往上浮；而且由于静压力较小的原因也使铸件上部组织不如下部的致密。如图7-10所示为车床床身的浇注位置：床身的导轨面是关键部分，要求组织致密且不允许有任何铸造缺陷，因此通常采用导轨面朝下的浇注位置。第26页/共62页铸件的大平面朝下（2）将铸件的大平面朝下，以免在此面上出现气孔和夹砂等缺陷。因为在金属液的充型过程中，灼热的金属液会对砂型上表面有强烈的热辐射作用，使该表面的型砂拱起或开裂

15、，导致金属液钻进裂缝处，这将使铸件的该表面产生夹砂缺陷，如图7-11所示。第27页/共62页将薄壁部分放在铸型的下部或处于侧立位置（3）具有大面积薄壁的铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部或处于侧立位置，以免产生浇不足和冷隔等缺陷。如图7-12所示。第28页/共62页分型面的选择分型面的选择选择原则应保证模样能顺利的从铸型中取出；应尽量减少分型面的数量；应尽量使分型面是一个平直的面；应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱；应使铸件的全部或大部分置入下箱；应尽量使型芯和活块的数量减少。分型面指铸型中相互结合的表面第29页/共62页1、尽可能使铸件全部或主要部分置于同一砂箱中（1）尽可能使铸件全部或主要部

16、分置于同一砂箱中，以避免错型而造成尺寸偏差。如图7-13所示：(a)不合理，铸件分别处于两个砂箱中。(b)合理，铸件处于同一个砂箱中，既便于合型，又可避免错型。第30页/共62页2、尽可能使分型面为一平面（2）尽可能使分型面为一平面。如图7-14所示：（a）若采用俯视图弯曲对称面作为分型面，则需要采用挖砂或假箱造型，使铸造工艺复杂化。（b）起重臂按图中所示分型面为一平面，可用分模造型、起模方便。第31页/共62页3、尽量减少分型面（3）尽量减少分型面。如左图所示：（a）槽轮铸件若采用三箱手工造型，操作复杂。（b）若槽轮部分用环形芯来形成，可有二箱造型，简化造型过程，又保证铸件质量，提高生产率。

17、第32页/共62页工艺参数的确定工艺参数的确定加工余量；收缩率；拔模斜度；铸造圆角；型芯及型芯头。工艺参数第33页/共62页加工余量加工余量孔的铸出：要考虑铸出的可能性、必要性、和经济性。一般大孔用下芯的方式铸出，而小孔则用机加工完成。第34页/共62页铸造收缩率铸造收缩率 铸件在凝固和冷却过程中会发生收缩而造成各部分体积和尺寸缩小。为了使铸件的实际尺寸符合图样要求，在制作模样和芯盒时，模样和芯盒的制造尺寸应比铸件放大一个该合金的收缩率。合金收缩率的大小取决于铸造合金的种类及铸件的结构、尺寸等因素。通常灰铸铁的铸造收缩率是0.7%1.0%，铸钢的铸造 收缩率为1.3%2.0%，铝合金的铸造收缩

18、率为0.8%1.2%，锡青铜铸造收缩率为1.2%1.4%。第35页/共62页拔模斜度拔模斜度 为了在造型和制芯时便于起模，以免损坏砂型和型芯，在模样、芯和的起模方向留有一定的斜度一般拔模斜度在0.55之间。第36页/共62页铸造圆角凝固特性热节、充型不同转角处的热节第37页/共62页型芯型芯型芯是铸件的一个重要的组成部分，型芯的功用是形成铸件的内腔,孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形第38页/共62页型芯头型芯头型芯头:是型芯的定位、支撑和排气的部分，设计时需考虑：保证定位准确、能承受砂芯自身重量和液态合金的冲击、浮力等外力的作用，浇注时砂芯内部产生的气体能顺畅引出铸型等第39页/共62页最小铸

19、出孔及槽最小铸出孔及槽铸件上的孔和槽铸出与否，取决于铸造工艺的可行性和必要性。一般说来，较大的孔和槽应当铸出，以减少切削工时和节约金属材料。如表7-2是铸件的最小铸出孔的尺寸。生产批量最小铸出孔直径（mm）灰铸铁件铸钢件大量成批单件、小批121515303050305050表7-2铸件的最小铸出孔尺寸第40页/共62页小结应保证模样能顺利从铸型中取出第41页/共62页7.4铸件的结构工艺性铸件的结构工艺性砂型铸造工艺对铸件结构的要求合金铸造性能对铸件结构的要求第42页/共62页砂型铸造工艺对铸件结构的要求1.铸件的外形设计原则：1、尽量使分型面少且平 2、外形力求简单、平直实例分析：第43页/

20、共62页应保证模样能顺利从铸型中取出应保证模样能顺利从铸型中取出第44页/共62页应尽量减少分型面的数量应尽量减少分型面的数量第45页/共62页应尽量使分型面是一个平直的面应尽量使分型面是一个平直的面若分型面是一曲面，则必须用挖砂造型第46页/共62页应尽量使型芯和活块的数量减少应尽量使型芯和活块的数量减少第47页/共62页应使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱应使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱,易于保证铸件的尺寸精度第48页/共62页铸件的内腔设计原则：减少形芯数量，利于型芯的固定、排气和清理。作用：防止偏芯、气孔等缺陷的产生；简化造型工艺，降低成本。铸件内

21、腔设计减少型芯的数量，避免不必要的型芯；便于型芯的稳定、排气和铸件的清理。第49页/共62页减少型芯的数量，避免不必要的型芯实例分析：第50页/共62页实例分析：第51页/共62页第52页/共62页便于型芯的稳定、排气和铸件的清理实例分析：第53页/共62页合金铸造性能对铸件结构的要求 缺陷分析：结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间1.铸件壁厚的设计原则1：合理设计铸件壁厚概念：最小壁厚：在各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。临界壁厚：各种铸造合金都存在一个临界壁厚，在砂型铸造条件下，各种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的3倍。如果所设

22、计铸件的壁厚小于允许的“最小壁厚”，铸件就易产生浇不足、冷隔等缺陷。在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、缩松、结晶组织粗大等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。第54页/共62页表7-3砂型铸造条件下铸件的最小壁厚值造方法铸件尺寸/mm合金种类铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金铜合金砂型铸造500500152015201520101261012第55页/共62页原则2铸件壁后应均匀，避免厚大截面缺陷分析：铸铸件如果壁后过大会出现集中的缩孔第56页/共62页铸件壁的连接原则：1.铸件的结构圆角；2.避免铸件壁的锐角连接；3.厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡；4.减缓肋、辐收缩的阻碍；5.避免出现过大的水平面。

23、第57页/共62页原则3原则2：避免锐角连接缺陷分析：锐角连接处易出现热结合应力，并会导致应力集中，从而产生裂纹、缩孔等缺陷。第58页/共62页原则4原则4：减缓肋、辐收缩的阻碍缺陷分析：铸件各部分冷却速度不同而收缩不一致，形成较大的内应力。当此应力超过合金的强度极限时，铸件会产生裂纹。实例分析1：第59页/共62页原则5原则5：避免出现过大的水平面缺陷分析：薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时，因薄 壁件金属液散热冷却快，渣、气易滞留在顶 面，易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣缺陷。实例：第60页/共62页小结实例分析2：改进后的交错接头或环状接头，其热节均较改进的小，且可通过微量变形来缓解内应力，抗裂性能均较好。第61页/共62页感谢您的观看。第62页/共62页