[精选]材料液态成形工艺5105.pptx
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1、第七章 材料的液态成形工艺 液液态态成成形形是是指指将将液液态态(或或熔熔融融态态、浆浆状状)材材料料注注入入一一定定形形状状和和尺尺寸寸的的铸铸型型(Mold)(Mold)(或或模模具具)型型腔腔(Mold(Mold Cavity)Cavity)中中,凝凝固固后后获获得得固固态态毛毛坯坯或或零件的方法,本章主要介绍金属的铸造成形。零件的方法,本章主要介绍金属的铸造成形。第一节 金属铸造工艺简介 金金属属铸铸造造(Foundry,(Foundry,Casting)Casting)是是指指将将固固态态金金属属熔熔炼炼成成液液态态,浇浇入入与与零零件件形形状状相相适适应应的的铸铸型型型型腔腔中中,
2、冷冷凝后获得铸件的工艺过程。凝后获得铸件的工艺过程。根根据据造造型型材材料料不不同同,可可将将铸铸造造方方法法分分为为砂砂型型铸铸造造(Sand(Sand Casting Casting Process)Process)和和 特特 种种 铸铸 造造(Special(Special Casting Process)Casting Process)两类。两类。图图7-17-1所示为砂型铸造工艺过程示意图。所示为砂型铸造工艺过程示意图。第一节第一节 金属铸造工艺简介金属铸造工艺简介第二节 铸造工艺基础知识一、液态金属的充型能力一、液态金属的充型能力 液液态态金金属属的的充充型型能能力力(Mold(M
3、old Filling Filling Capacity)Capacity)是是指指液液态态金金属属充充满满铸铸型型型型腔腔,获获得得形形状状完完整整、轮轮廓廓清清晰晰铸铸件件的的能力。能力。1.1.金属液的流动性金属液的流动性 液液态态金金属属的的流流动动性性是是指指金金属属液液的的流流动动能能力力。流流动动性性越越好好的的金金属属液液,充充型型能能力力越越强强。流流动动性性的的好好坏坏,通通常常用用在在特特定定情情况况下下金金属属液液浇浇注注的的螺螺旋旋形形试试样样的的长长度度来来衡衡量量,如如图图7-7-2 2所示。所示。图图7-37-3为铁碳合金的流动性与成分的关系。为铁碳合金的流动性
4、与成分的关系。2.2.浇注浇注(Pouring)(Pouring)条件条件 3.3.铸型特性铸型特性 为为改改善善铸铸型型的的充充填填条条件件,在在设设计计铸铸件件时时必必须须保保证证其其壁壁厚厚(Wall(Wall Thickness)Thickness)不不小小于于规规定定的的“最最小小壁壁厚厚”(如如表表7-17-1所示所示)。第一节第一节 金属铸造工艺简介金属铸造工艺简介二合金的凝固特性二合金的凝固特性 合合 金金 从从 液液 态态 到到 固固 态态 的的 状状 态态 转转 变变 称称 为为 凝凝 固固(Solidification)(Solidification)或一次结晶或一次结晶
5、(Crystallization)(Crystallization)1.1.逐层凝固逐层凝固 纯纯金金属属、二二元元共共晶晶成成分分合合金金在在恒恒温温下下结结晶晶时时,凝凝固固过过程程中中铸铸件件截截面面上上的的凝凝固固区区域域宽宽度度为为零零,截截面面上上固固液液两两相相界界面面分分明明,随随着着温温度度的的下下降降,固固相相区区由由表表层层不不断断向向里里扩扩展展,逐逐渐渐到到达达铸铸件件中中心心,这这种种凝凝固固方式称为方式称为“逐层凝固逐层凝固”,如,如图图7-4a7-4a。2.2.体积凝固体积凝固 当当合合金金的的结结晶晶温温度度范范围围很很宽宽,或或因因铸铸件件截截面面温温度度梯
6、梯度度很很小小,铸铸件件凝凝固固的的某某段段时时间间内内,其其液液固固共共存存的的凝凝固固区区域域很很宽宽,甚甚至至贯贯穿穿整整个个铸铸件件截截面面,这这种种凝凝固固方方式式称称为为“体体积积凝凝固固”(或或称称糊糊状状凝凝固固),如如图图7-4c7-4c。第一节第一节 金属铸造工艺简介金属铸造工艺简介 3 3中间凝固中间凝固 金金属属的的结结晶晶范范围围较较窄窄,或或结结晶晶温温度度范范围围虽虽宽宽,但但铸铸件件截截面面温温度度梯梯度度大大,铸铸件件截截面面上上的的凝凝固固区区域域宽宽度度介介于于逐逐层层凝凝固固与与体体积积凝凝固固之之间间,称称为为“中间凝固中间凝固”方法,如方法,如图图7
7、-4b7-4b。合合金金的的结结晶晶温温度度范范围围愈愈小小,凝凝固固区区域域愈愈窄窄,愈愈倾倾向向于于逐逐层层凝凝固固;对对于于一一定定成成分分的的合合金金,结结晶晶温温度度范范围围已已定定,凝凝固固方方式式取取决决于于铸铸件件截截面面的的温温度度梯梯度度,温温度度梯梯度度越越大大,对对应应的的凝凝固固区区域域越越窄,越趋向于逐层凝固,如窄,越趋向于逐层凝固,如图图7-57-5。第一节第一节 金属铸造工艺简介金属铸造工艺简介三、合金的收缩性三、合金的收缩性1.1.收缩及其影响因素收缩及其影响因素 铸铸件件在在冷冷却却过过程程中中,其其体体积积和和尺尺寸寸缩缩小小的的现现象象称称为为收收缩缩,
8、它它是是铸铸造造合合金金固固有有的的物物理理性性质质。金金属属从从液态冷却到室温,要经历三个相互联系的收缩阶段:液态冷却到室温,要经历三个相互联系的收缩阶段:液液态态收收缩缩从从浇浇注注温温度度冷冷却却至至凝凝固固开开始始温温度度之间的收缩。之间的收缩。凝凝固固收收缩缩从从凝凝固固开开始始温温度度冷冷却却到到凝凝固固结结束束温度之间的收缩。温度之间的收缩。固固态态收收缩缩从从凝凝固固完完毕毕时时的的温温度度冷冷却却到到室室温温之间的收缩。之间的收缩。不不同同成成分分合合金金的的收收缩缩率率不不同同,表表7-27-2列列出出几几种种铁碳合金的体积收缩率。铁碳合金的体积收缩率。第一节第一节 金属铸
9、造工艺简介金属铸造工艺简介2 2收缩导致的铸件缺陷收缩导致的铸件缺陷 (1)(1)缩孔和缩松缩孔和缩松 铸铸件件在在凝凝固固过过程程中中,由由于于金金属属液液态态收收缩缩和和凝凝固固收收缩缩造造成成的的体体积积减减小小得得不不到到液液态态金金属属的的补补充充,在在铸铸件件最最后后凝凝固固的的部部位位形形成成孔孔洞洞。其其中中容容积积较较大大而而集集中中的的称称缩缩孔孔,细细小小而而分分散散的的称称缩缩松松。缩缩孔孔和和缩缩松松的的形形成成过过程程示示意意图图分分别别见见图图7 76 6和和图图7 77 7。使使铸铸件件的的凝凝固固按按薄薄壁壁厚厚壁壁冒冒口口的的顺顺序序先先后后进进行行,让让缩
10、缩孔孔移移入入冒冒口口中中,从从而而获获得得致致密密的的铸铸件件,如,如图图7-87-8所示。所示。第一节第一节 金属铸造工艺简介金属铸造工艺简介(2)(2)铸造应力、变形和裂纹铸造应力、变形和裂纹 铸铸造造应应力力按按其其形形成成原原因因的的不不同同,分分为为热热应应力力、机械应力等。机械应力等。减减少少铸铸造造应应力力就就应应设设法法减减少少铸铸件件冷冷却却过过程程中中各各部部位位的的温温差差,使使各各部部位位收收缩缩一一致致,如如将将浇浇口口开开在在薄薄壁壁处处,在在厚厚壁壁处处安安放放冷冷铁铁,即即采采取取同同时时凝凝固固原则,如原则,如图图7-97-9所示。所示。铸铸造造应应力力是是
11、导导致致铸铸件件产产生生变变形形和和开开裂裂的的根根源源。图图7 7-10-10为为“T”T”形形铸铸件件在在热热应应力力作作用用下下的的变变形形情情况况,虚线表示变形的方向。虚线表示变形的方向。当当铸铸造造应应力力超超过过材材料料的的强强度度极极限限时时,铸铸件件会会产生裂纹,裂纹有热裂纹和冷裂纹两种。产生裂纹,裂纹有热裂纹和冷裂纹两种。第一节第一节 金属铸造工艺简介金属铸造工艺简介四、合金的吸气性及气孔四、合金的吸气性及气孔 液液态态金金属属在在熔熔炼炼和和浇浇注注时时能能够够吸吸收收周周围围气气体体的的能力称为吸气性。气孔是铸件中最常见的缺陷。能力称为吸气性。气孔是铸件中最常见的缺陷。1
12、.1.析出性气孔析出性气孔 溶溶入入金金属属液液的的气气体体在在铸铸件件冷冷凝凝过过程程中中,随随温温度度下下降降,合合金金液液对对气气体体的的溶溶解解度度下下降降,气气体体析析出出并并留留在铸件内形成的气孔称为析出性气孔。在铸件内形成的气孔称为析出性气孔。2.2.侵入性气孔侵入性气孔 造造型型材材料料中中的的气气体体侵侵入入金金属属液液内内所所形形成成的的气气孔孔称为侵入性气孔。称为侵入性气孔。3.3.反应性气孔反应性气孔 反反应应性性气气孔孔主主要要是是指指金金属属液液与与铸铸型型之之间间发发生生化化学反应所产生的气孔。学反应所产生的气孔。第一节第一节 金属铸造工艺简介金属铸造工艺简介五、
13、常用铸造合金的铸造性能特点五、常用铸造合金的铸造性能特点 1.1.铸铁铸铁 (1)(1)灰口铸铁灰口铸铁 (2)(2)球墨铸铁球墨铸铁 (3)(3)可锻铸铁可锻铸铁 2.2.铸钢铸钢 铸铸钢钢的的铸铸造造性性能能差差。铸铸钢钢的的流流动动性性比比铸铸铁铁差差,熔熔点点高高,易易产产生生浇浇不不足足、冷冷隔隔和和粘粘砂砂等等缺缺陷陷。铸铸钢钢的的收收缩缩性性大,产生缩孔、缩松、裂纹等缺陷的倾向大大,产生缩孔、缩松、裂纹等缺陷的倾向大 。3.3.铸造有色金属铸造有色金属 常常用用的的有有铸铸造造铝铝合合金金、铸铸造造铜铜合合金金等等。它它们们大大都都具具有有流流动动性性好好,收收缩缩性性大大,容容
14、易易吸吸气气和和氧氧化化等等特特点点,特特别别容易产生气孔、夹渣缺陷。容易产生气孔、夹渣缺陷。六六、新新型型材材料料金金属属间间化化合合物物及及其其铸铸造造性性能能特点特点 第一节第一节 金属铸造工艺简介金属铸造工艺简介第三节 砂型铸造 砂砂型型铸铸造造(Sand Sand CastingCasting)就就是是将将液液态态金金属属浇浇入入砂型的铸造方法。砂型的铸造方法。一、造型方法的选择一、造型方法的选择 1 1手工造型手工造型2 2机器造型机器造型 (1)(1)震压造型震压造型 图图7-117-11所示为震压造型过程。所示为震压造型过程。(2)(2)抛砂造型抛砂造型 图图7-127-12为
15、抛砂机的工作原理。为抛砂机的工作原理。(3)(3)射射砂砂造造型型 射射砂砂紧紧实实方方法法除除用用于于造造型型外外多多用用于于制芯。制芯。图图7-137-13为射砂机工作原理。为射砂机工作原理。二、砂型铸造常见缺陷二、砂型铸造常见缺陷 表表7-37-3列列出出了了铸铸件件常常见见的的几几种种缺缺陷陷及及其其产产生生的的主主要要原因。原因。第三节第三节 砂型铸造砂型铸造第四节 特种铸造 在在生生产产实实践践中中发发展展出出一一些些区区别别于于砂砂型型铸铸造造的的其其它它 铸铸 造造 方方 法法,我我 们们 统统 称称 为为 特特 种种 铸铸 造造(Special Special Casting
16、 ProcessesCasting Processes)。)。一、金属型铸造一、金属型铸造 金金属属型型铸铸造造(Permanent Permanent Mould Mould CastingCasting)是是将将液液态态金金属属浇浇入入金金属属铸铸型型,以以获获得得铸铸件件的的铸铸造造方方法法。图图7-147-14为活塞的金属型铸造示意图。为活塞的金属型铸造示意图。二、熔模铸造二、熔模铸造 1 1基本工艺过程基本工艺过程 熔熔模模铸铸造造的的工工艺艺过过程程如如图图7-157-15所所示示。主主要要包包括括蜡蜡模模(Wax Wax patternpattern)制制造造、结结壳壳、脱脱蜡蜡
17、(DewaxDewax)、焙焙烧和浇注等过程。烧和浇注等过程。2 2熔模铸造的特点和应用熔模铸造的特点和应用第四节第四节 特种铸造特种铸造 三、压力铸造三、压力铸造 压压力力铸铸造造(Die(Die Casting)Casting)是是压压铸铸机机上上将将熔熔融融的的金金属属在在高高压压下下快快速速压压入入金金属属型型,并并在在压压力力下下凝凝固固,以以获获得得铸铸件件的的方方法法。压压铸铸机机分分为为立立式式和和卧卧式式两两种种,图图7-167-16为为立立式式压压铸铸机工作过程示意图。机工作过程示意图。四、低压铸造四、低压铸造 低低压压铸铸造造(Low-Pressure(Low-Press
18、ure Die Die Casting)Casting)是是介介于于金金属属型型铸铸造造和和压压力力铸铸造造之之间间的的一一种种铸铸造造方方法法。是是在在较较低低的的压压力力下下,将将金金属属液液注注入入型型腔腔,并并在在压压力力下下凝凝固固,以以获获得得铸铸件件,如如图图7-177-17所示。所示。五、离心铸造五、离心铸造 离离心心铸铸造造(Centrifugal(Centrifugal Casting)Casting)是是将将熔熔融融金金属属浇浇入入高高速速旋旋转转的的铸铸型型中中,使使其其在在离离心心力力作作用用下下填填充充铸铸型型和和结结晶晶,从从而而获获得得铸铸件件的的方方法法。按按
19、铸铸型型旋旋转转轴轴线线的的空空间间位位置置不不同同,离心铸造分为立式和卧式两种,如离心铸造分为立式和卧式两种,如图图7-187-18所示。所示。六、铸造方法的选择六、铸造方法的选择 表表7-47-4列出了几种常用的铸造方法,供选择时参考。列出了几种常用的铸造方法,供选择时参考。第四节第四节 特种铸造特种铸造第五节 铸件结构工艺性一、铸件结构应利于避免或减少铸件缺陷一、铸件结构应利于避免或减少铸件缺陷 1.1.壁厚合理壁厚合理 通通常常情情况况下下,设设计计铸铸件件壁壁厚厚时时应应首首先先保保证证金金属属液液的的充充型型能能力力,在在此此前前提提下下尽尽量量减减小小铸铸件件壁壁厚厚。若若铸铸件
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