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第二篇 材料成形工艺基础

第二篇 材料成形工艺基础

第七章 铸造

第八章 压力加工

第九章 焊接 第十一章 毛坯成形方法选择

第二篇 材料成形工艺基础

第七章铸造材料成形工艺基础――铸造

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1 2 合金的铸造性能 合金的铸造性能

2 2 砂型铸造 砂型铸造 铸造概述 铸造概述

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4 4 特种铸造 特种铸造

3 3 铸件结构设计 铸件结构设计

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5 铸造概述

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1 ? 铸造生产的发展概况 ? 铸造生产的实质 ? 将液态金属浇入与零件形状相适应的铸型型腔中, 使其冷却凝固从而获得铸件的方法 ? 历史悠久 世界冶铸史发源地(4 000年以上) ? 水平高超 沧州大铁狮、永乐大钟(重46.

5 t,23万字,含金18.6 Kg,含银

38 Kg ) 防锈 ↑流动性 铸造概述

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1 ? 铸造生产的分类 ? 铸造生产的特点和应用 ? 可生产形状复杂、特别是具有复杂内腔的零件 ? 适应性广 ? 生产成本低 砂型铸造 铸造生产 特种铸造 金属型铸造 压力铸造 熔模铸造 离心铸造 但 工序多、产品的机械性能↓,劳动强度↑ 返回 材料成形工艺基础――铸造

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4 4 合金的铸造性能 合金的铸造性能

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2 砂型铸造 砂型铸造 铸造概述 铸造概述

3 特种铸造 特种铸造

3 3 铸件结构设计 铸件结构设计

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2 2 合金的铸造性能 ? 合金在铸造时的难易程度 ? 铸造性能的衡量指标 ? 合金的流动性 ? 合金的收缩 ? 熔化时:不氧化、不吸气 ? 浇注时:易充满型腔 ? 凝固时:不易产生缩孔,化学成分均匀 ? 冷却时:不易变形、开裂 合金的流动性 ? 合金的流动性

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2 定义:液态金属填 充铸型的能力 ? 易形成轮廓清晰的薄壁复杂件 ? 有利于非金属夹杂物、气体上浮和排除 ? 易于补缩 合金流动性好, 将……… ? 散热伴随着结晶 ? 铸型对金属液的阻力 ? 型腔中气体的反压力 但是 浇不足,冷隔 ? 测量方法:螺旋线试样测试法 冷凝后试样长度 ↑ ,流动性 ↑ 影响流动性的因素 ? 化学成分: C,Si含量↑ ,流动性↑ ? 成份 共晶成分,流动性↑ 其他成分,流动性↓ ? 含C量 远离4.3%C,流动性↓ ? 合金元素:Si, Mn, S, P ↓ ↓ ↓ ↓ ↑流去S ↓流 ↑流 原因

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2 2 影响流动性的因素 ? 工艺条件 凡↑流动阻力,↓V流、↑V冷?流动性↓ 铸型特点: V冷不同 ? 表面粗糙度 ↑,流动阻力↑ ?流动性↓ ? 散热条件 导热率↑ ?流动性↓ ? 铸型中气体 气体↑ ,流动阻力↑ ?流动性↓ 产生原因: 型腔中气体受热膨胀 型砂中水分汽化 其他有机物燃烧 气体反压力

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2 影响流动性的因素 ? 工艺条件 浇注条件: ? 浇注温度 T浇↑,t液↑ ? 流动性↑,但收缩↑, 缺陷↑ ? 直浇口高度 高度↑,静压力↑ ?流动性↑ 铸件结构: ? 铸件壁↓,V冷↑,流动性↓ ?浇不足、冷隔 ?规定最小壁厚 高温出炉,低温浇注

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2 影响流动性的因素 ? 提高流动性的方法 ? 合理选择化学成分 ? 制定合理的熔炼工艺 ? 制定合理的造型工艺 ? 制定合理的浇注工艺

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2 合金的收缩 定义: 铸件在凝固和冷却的过程中,其体积 和尺寸减小的现象 ? 收缩的概念 ? 逐层凝固 ? 糊状(体积)凝固 ? 中间凝固 铸件凝固方式

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2 合金的收缩 ? 收缩的特点 ? 合金不同,收缩率不同 ? 收缩阶段不同,对质量的影响不同 T浇 T始晶 T全晶 T室 液态收缩 凝固收缩 固态收缩 缩孔、缩松 内应力、变形、裂纹 ? 收缩的概念 ? 化学成分(表) ? 工艺条件 影响收缩的因素 ? 浇注温度 ? 铸件结构和铸型条件 ? 化学成分不同,C的存在形式不同,收缩不同 ? C,Si含量↑ ,石墨↑ ? 收缩↓ 白口铸铁(Fe3C) 灰口铸铁(石墨) T浇↑,液态收缩↑ ? 收缩↑ 实际收缩量 <

自然收缩量

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2 12.46 12~12.9 6.9~7.8 7.8 5.4~6.3 3.3~4.2

3 4.2 0.1 1.6 2.4 3.5

1 610

1 400

1 400 0.35 3.00 3.50 铸造碳钢 白口铸铁 灰口铸铁 总体积收 缩(%) 固态收缩 (%) 凝固收缩 (%) 液态收缩 (%) 浇注温度 (℃) 含碳量 (%) 合金种类 几种铁碳合金的体积收缩率 ? 缩孔――大而集中的孔洞 收缩对铸件质量的影响 ? 形成: ? 原因: ? 特点: 缩孔、缩松、内应力、 变形、裂纹

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2 ? 缩孔――大而集中的孔洞 收缩对铸件质量的影响 逐层凝固 液态收缩和凝固收缩 逐层凝固易产生缩孔→最后凝固区(热节) 液态收缩↑,凝固收缩↑→缩孔↑ ? 形成: ? 原因: ? 特点:

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2 2 缩孔位置的确定 ? 凝固等温线法 ? 内切圆法 ? 计算机凝固模拟法 ? 缩孔――大而集中的孔洞 收缩对铸件质量的影响 ? 形成: ? 原因: ? 特点: ? 措施 : 逐层凝固 液态收缩和凝固收缩 逐层凝固易产生缩孔→最后凝固区(热节) 液态收缩↑,凝固收缩↑→缩孔↑ 控制浇注温度 T浇↑,流动性↑,但收缩↑,缩孔↑ 设置冒口,实行顺序凝固 薄壁→厚壁→冒口(缩孔) ==>

完好铸件

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2 2 实行顺序凝固 薄壁→厚壁→冒口(缩孔) ==>

完好铸件 T型铸件 空心回转体铸件 ? 缩松――分散细小的孔洞 收缩对铸件质量的影响 ? 形成: ? 原因: ? 特点: ? 措施: 糊状凝固(发生在最后凝固区) 液态收缩和凝固收缩 糊状凝固(凝固区域宽的合金)易产生缩松 凝固区域↑,缩松↑ 合理控制凝固过程(顺序凝固)

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2 2 收缩对铸件质量的影响 ? 铸造内应力、变形和裂纹 阻碍 来自外界:铸型,型芯(机械应力) 来自内部 V冷不同引起的收缩不一致(热应力) 相变产生体积变化( 相变应力) ? 应力方向 ? 危害 定义:铸件的固态收缩受到 阻碍而引起的应力(在铸件 内部产生的应力) 热应力的形成 热应力形成过程: ? 塑性阶段 ? 弹-塑性阶段 ? 弹性阶段 Ⅰ Ⅱ v冷T收缩量 应力状态 I II

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2 vⅠ <

vⅡ TⅠ >

TⅡ Ⅰ >

Ⅱ 拉压无应力 无应力 产生应力

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2 收缩对铸件质量的影响 ? 铸造内应力、变形和裂纹 ? 应力方向 ? 危害 阻碍 来自外界:铸型,型芯(机械应力) 来自内部 V冷不同引起的收缩不一致(热应力) 相变产生体积变化( 相变应力) ? 合理设计 壁厚均匀,减小温差 ? 合理控制凝固过程 同时凝固原则 ? 进行热处理 时效处理 薄壁受压,厚壁受拉 (外层受压,心部受拉) 降低承载能力,引起变形和开裂 采取措施:

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2 收缩对铸件质量的影响 ? 铸造内应力、变形和裂纹 ? 产生原因: ? 变形方向: 措施 ? 加裕量法 ? 反变形法 内应力 >

铸件 s σ 受拉内凹,受压外凸(图)

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2 收缩对铸件质量的影响 ? 铸造内应力、变形和裂纹 ? 产生原因: 措施 ? ↓温差 ? ↓收缩阻碍 (↑型砂退让性) ? 严格控制含P量(低熔点共晶体分布于晶界处,减小晶 粒之间的连接力) 内应力 >

铸件 b σ 返回 材料成形工艺基础――铸造

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1 2 合金的铸造性能 合金的铸造性能

2 2 砂型铸造 砂型铸造 铸造概述 铸造概述

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4 4 特种铸造 特种铸造

3 3 铸件结构设计 铸件结构设计

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3 3 砂型铸造 ? 生产过程 零件 制造型芯盒 制造型芯砂 造芯 制造模型 配置型砂 造型 合箱 浇注 落砂 清理 检验 铸件

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3 砂型铸造 ? 生产过程与特点 型芯的作用 ? 构成铸件内腔 ? 构成铸件外形(碍于起模处) 特点 ? 操作灵活,适应性↑、铸型成本低 ? 生产准备时间↓ 铸型只能使用一次,精度↓,劳动条件↓

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3 ――造型 砂型铸造 ? 手工造型 ? 机器造型 整模、分模、挖砂、活块、三箱、刮板、假箱造型、地坑造型等 单件、小批量 两箱造型 成批、大量 ? 紧砂方法 ? 起模方法 震压紧实 中、小型铸件 抛砂紧实 大、中型铸件 射砂紧实 制芯 顶箱起模 结构简单、型腔较浅的铸型 漏模起模 结构较简单、型腔较深的铸型 翻转起模 形状复杂,型腔较深的铸型

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3 ――造型 砂型铸造 ? 手工造型 ? 机器造型 整模、分模、挖砂、活块、三箱、刮板、假箱造型、地坑造型等 单件、小批量 两箱造型 成批、大量 ? 紧砂方法 ? 起模方法 震压紧实 中、小型铸件 抛砂紧实 大、中型铸件 射砂紧实 制芯 顶箱起模 结构简单、型腔较浅的铸型 漏模起模 结构较简单、型腔较深的铸型 翻转起模 形状复杂,型腔较深的铸型

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3 砂型铸造――铸造工艺图的制定 ? 铸造工艺图 ? 浇注位置的确定原则 ? 分型面的确定原则 ? 工艺参数的选择 定义:用各种工艺符号将工艺设计内容标注在工艺图上的图样 作用:生产准备,指导生产,经验依据 内容:工艺分析→铸造方法选择→确定浇注位置与分型面→确定 工艺参数

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3 砂型铸造――铸造工艺图的制定 ? 浇注位置的确定原则 ? 浇注位置:浇注时铸件在铸型中所处的空间位 置?基本要求:保证铸件质量 ? 基本原则 三朝下,两便于 重要面、受力面朝下 宽大平面朝下 薄而大的平面朝下

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3 砂型铸造――铸造工艺图的制定 ? 浇注位置:浇注时铸件在铸型中所处的空间位 置?基本要求:保证铸件质量 ? 基本原则 ? 浇注位置的确定原则 三朝下,两便于 重要面、受力面朝下 宽大平面朝下 薄而大的平面朝下 ? 浇注位置:浇注时铸件在铸型中所处的空间位 置?基本要求:保证铸件质量 ? 基本原则 砂型铸造――铸造工艺图的制定 ? 浇注位置的确定原则 三朝下,两便于

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3 重要面、受力面朝下 宽大平面朝下 薄而大的平面朝下

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3 砂型铸造――铸造工艺图的制定 ? 浇注位置:浇注时铸件在铸型中所处的空间位 置?基本要求:保证铸件质量 ? 基本原则 ? 浇注位置的确定原则 三朝下,两便于 重要面、受力面朝下 宽大平面朝下 薄而大的平面朝下

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3 砂型铸造――铸造工艺图的制定 ? 浇注位置的确定原则 ? 浇注位置:浇注时铸件在铸型中所处的空间位 置?基本要求:保证铸件质量 ? 基本原则 三朝下,两便于 便于补缩,厚大部位朝上 便于安放型芯

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3 砂型铸造――铸造工艺图的制定 ? 分型面的确定原则 ? 分型面:两铸型相互接触的表面 ? 基本要求:顺利取模 ? 基本原则 (分型面选取在最大截面处) 三最少,两尽量 分型面↓ 型芯↓ 活块↓

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3 砂型铸造――铸造工艺图的制定 ? 分型面的确定原则 ? 分型面:两铸型相互接触的表面 ? 基本要求:顺利取模 ? 基本原则 三最少,两尽量 分型面↓ 型芯↓ 活块↓ (分型面选取在最大截面处)

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3 砂型铸造――铸造工艺图的制定 ? 分型面的确定原则 ? 分型面:两铸型相互接触的表面 ? 基本要求:顺利取模 ? 基本原则 三最少,两尽量 分型面↓ 型芯↓ 活块↓

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3 砂型铸造――铸造工艺图的制定 ? 分型面:两铸型相互接触的........