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第一篇 金属液态成形工艺一 铸造概念、优缺点 1 概念：将液态合金浇注到一定形状、尺寸铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法.2 铸造的优点和缺点：3 铸造的基本问题： 凝固组织的形成与控制；铸造的缺陷与防止；尺寸精度与表面粗糙度的控制。第一章 金属液态成形工艺基础1-1 液态金属的充型能力与流动性 充型能力液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件的能力。充型能力不足的缺陷：浇不足、冷隔、夹渣、气孔等。影响因数：一、液态合金的流动性 合金的流动性是： 液态合金本身的流动能力。合金流动性主要由合金结晶特点决定 二、浇注条件 （1）浇注温度 一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。（2）充型压力 压力越大，充型能力越强。（3）浇注系统结构 结构复杂，流动阻力大，充型能力差。三、铸型充填条件 （1）铸型材料 铸型的蓄热系数大，充型能力越差（2）铸型温度 铸型温度越高，充型能力越强。（3）铸型中的气体四、铸件结构 （1）铸件壁厚 厚度大，热量散失慢，充型能力就好。（2）铸件复杂程度 结构复杂，流动阻力大，充型困难。1-2 液态金属的凝固与收缩一、铸件的凝固方式 1. 逐层凝固 2. 糊状凝固 2. 糊状凝固 影响铸件凝固方式的主要因素 ：（1）合金的结晶温度范围 结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固 。（2）铸件的温度梯度 凝固区域的宽窄还与铸件内外层之间的温度差。若铸件温度梯度大，则其对应的凝固区窄 。二、合金的收缩1. 收缩的概念1. 收缩的概念 合金的收缩经历如下三个阶段：1）液态收缩 浇注温度凝固开始温度间的收缩（2）凝固收缩 凝固开始凝固终止温度间的收缩。（3）固态收缩 凝固终止温到室温间的收缩。体收缩率： 铸件缩孔或缩松的原因。线收缩率： 铸件产生应力、变形、裂纹原因。2. 缩孔与缩松 液体金属冷凝时，液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞 。大而集中的为缩孔，细小而分散的为缩松。1)缩孔和缩松的形成2)缩孔和缩松的防止 措施: 控制铸件的凝固次序，使铸件实现“顺序凝固” 冒口 储存补缩用金属液的空腔。顺序凝固 铸件按照一定的次序逐渐凝固。1-3 液态成形内应力、变形与裂纹一、液态成形内应力 铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力。1.机械应力（收缩应力）合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒系统的机械阻碍而形成的内应力。机械应力是暂时应力。2热应力 铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力。 热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。二、铸件的变形与防止 防止变形的方法：1）使铸件壁厚尽可能均匀；2）采用同时凝固的原则；3）采用反变形法。同时凝固 整个铸件几乎同时凝固。三、铸件的裂纹与防止 1 热裂 形状特征：裂纹短、宽、形状曲折、缝内呈氧化色。热裂的防止： 选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。 提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。 严格控制硫的含量， 防止热脆性。2 冷裂特征：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。冷裂的防止：1）使铸件壁厚尽可能均匀；2）采用同时凝固的原则；3）必须严格控制磷的含量，防止冷脆性。3. 铸件的质量控制1）铸件缺陷难以避免。常见缺陷有：气孔、粘砂、夹砂、缩孔、缩松； 裂纹；合金成分、性能不合格等。2）铸件中，可许存在一些合乎技术要求的铸造缺陷。3）铸件质量检验外部、内部、成分、性能检测等。第二章 常用液态成形合金及其熔炼2-1 铸铁件生产 铸铁是含碳量大于2.11%（通常为2.5%-4.0%）的铁碳合金。依碳在铸铁中存在形式，铸铁可分为：1.白口铸铁：C以Fe3C的形式存在，断口呈银色。白口铸铁有良好耐磨性，用来制造一些耐磨件，如轧辊等。2灰口铸铁：C大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。根据铸铁中石墨形态，灰口铸铁又可分为：1普通灰口铸铁 ： 简称灰口铸铁，其石墨呈片状。2可锻铸铁： 其石墨呈团絮状。3球墨铸铁： 其石墨呈球状。4蠕墨铸铁 ： 其石墨呈蠕虫状。一、影响铸铁组织和性能的因素1、化学成分 1）碳和硅碳是形成石墨的元素，硅是促进石墨化的素。碳、硅量高，析出的石墨多、石墨片愈粗大。铸铁中碳、硅含量均高 时，析出的石墨多、粗大，基体中铁素体增多，珠光体减少。2）硫 硫是强烈阻碍石墨化元素。硫量高导致热脆性S 0.1-0.15%。3）锰 锰是弱阻碍石墨化元素，具有稳定珠光体，提高铸铁强度和硬度的作用。Mn 0.61.2%4）磷 磷对铸铁的石墨化影响不显著。含磷过高将增加铸铁的冷脆性。 P 0.1%0.15%。2冷却速度1）铸型材料2）铸件壁厚 铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁素体基体。白口铸铁：P+Fe3C+Le灰口铸铁：珠光体灰口铸铁：P+G片珠光体+铁素体灰口铸铁：P+F+G片铁素体灰口铸铁：F+G片二、灰口铸铁 （一）灰口铸铁的化学成分、组织和性能 1 灰口铸铁的化学成分与组织成分：2.63.6%C，1.23.0%Si， 0.41.2Mn，S0.15% ，P0.3%。组织：1) 铁素体灰口铸铁（F+G片）2) 铁素体-珠光体灰口铸铁（F+P+G片）3) 珠光体灰口铸铁（ P+G片）2 灰口铸铁的性能1）力学性能：b=120-250Mpa， 02）良好的减振性、耐磨性3）低的缺口敏感性 （二）灰口铸铁的孕育处理 灰口铸铁的组织和性能，与石墨的数量、大小和形态有关。孕育处理 向铁水加入孕育剂，形成大量弥散的石墨结晶核心，得到细片状石墨的组织。孕育铸铁：P细+G细片b=250-400Mpa，HB=170-270， 0孕育剂为含硅75%的硅铁，加入量为铁水重量的0.25-0.6%。（三）灰口铸铁的工艺性能良好的铸造性能, 切削加工性能。（四）灰口铸铁生产特点及牌号1 生产特点1）熔炼成本相对低，良好的铸造性能。2）不通过热处理来提高其性能 最低抗拉强度b（Mpa） 最低抗拉强度b（Mpa）（一）可锻铸铁的组织、性能、牌号及选用1 可锻铸铁的组织、性能1）铁素体（黑心）可锻铸铁（F+G团）：2）珠光体（P+ G团）：KTH30006 第一组数字抗拉强度b （Mpa），第二组数字伸长率 。（二）可锻铸铁的生产特点 1.获得白口坯料1）碳、硅量要低。2.42.8%C，0.41.4%Si。 2）冷却速度要快。2.石墨化退火 退火的总周期一般为4070小时二、球墨铸铁 1球墨铸铁的组织、性能、牌号及用途 1）珠光体球墨铸铁（P + F少+G球）a）强度高。特别是屈服强度高（0.2/b0.70.8）。b）疲劳强度较高 珠光体球墨铸铁可代替碳钢制造某些受较大交变负荷的重要件，如曲轴。2）铁素体球墨铸铁 （F + P少+G球）b=450500 MPa ; =17%用于制造汽车、拖拉机底盘类零件，如后桥壳等。牌号用拼音“QT”和两组数字表示，数字分别表示最低抗拉强度和伸长率。三、蠕墨铸铁 蠕墨铸铁的性能特点：（1）力学性能介于灰铁与球铁之间，导热性比球铁好。（2）工艺性能良好，铸造性能近于灰口铸铁，切削加工性能近于球墨铸铁。蠕墨铸铁主要制造在热循环作用下工作的零件，如大型柴油机汽缸盖、排汽管、钢锭模及金属型等2-2 铸钢件生产一、铸钢的分类、性能、牌号及应用 1 碳素钢1）低碳钢C0.25%铸造性能差、应用较少。2）中碳钢C=0.250.45%铸造性能较好、应用广泛。3）高碳钢C=0.500.60铸造性能差、应用较少。2 合金钢1）低合金钢Me5%二、铸钢的熔铸工艺特点 1. 铸钢的铸造性能差 流动性差、收缩大。1）铸件要安放冒口和冷铁；2）必须严格控制浇注温度3）铸件的壁不能太薄；2. 铸钢的热处理退火：C 大于等于0.35%正火：C 小于等于0.35%3. 铸钢的熔炼 电炉2-3 铸造有色合金 一、铸造铜合金1铸造黄铜(Cu-Zn)b=250450Mpa，=730%，60120 HBS。价格低于铸造青铜，有优良的铸造性能 用于重载低速下轴承、衬套、齿轮等耐磨件及大型螺旋桨等2铸造青铜 青铜是指除了铜锌合金以外的其它铜合金 。力学性能低于黄铜，但其耐磨、耐蚀性优于黄铜，锡青铜特别适合制造高速滑动轴承和衬套。二、铸造铝合金1 铝硅合金（Al-Si）流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，有足够的强度，所以应用最广。用于形状复杂的 薄壁件或密性要求较高的铸件，如内燃机缸体等。2 铝铜合金（Al-Cu）铝铜合金的铸造性能差，热裂倾向大、气密性和耐蚀性较差，但耐热性较好，主要用于制造活塞、汽缸头等。3 铝镁合金（Al-Mg）铝镁合金比强度高，主要用于航天、航空或长期在大气、海水中工作的零件等 。第三章 液态金属的成形工艺方法3-1 砂型铸造成形工艺一、型砂的性能及组成1 砂型的性能要求具有一定的强度 ，良好的透气性 ，对铸件收缩的可退让性，一定的耐火度和化学稳定性 ，良好的工艺性。2 湿型砂用原材料 原砂：硅砂（SiO2）。粘土+水： 湿型砂的粘结剂。附加物：煤粉等3 粘土砂组成：原砂、粘土、煤粉、附加物和水。砂型密度约1.51.6g/cm3。4 型砂的结构:粘土、附加物和水混合成浆，以薄膜形式把砂粒联结起来，使型砂具有一定强度和可塑性，孔隙使其具有一定的透气能力。二、手工造型 适用于单件、小批量生产浇入三、机器造型 1)生产效率高;2)铸型质量好（紧实度高而均匀、型腔轮廓清晰）3)设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长。适用于中、小型铸件的批量生产。1 机器造型的造型方法：1）震压造型2）气动微振造型3）高压造型2 机器制芯方法1）壳芯机 壳芯法 粘接剂:酚醛树脂(壳芯,4%,壳型.3.56%)硬化剂:六亚甲基四胺 1015%(树脂重)附加物:石英粉2%, 硬脂酸钙 0.30.35%过程： 覆膜砂进入200-280芯盒-结壳厚515mm。优点:中空,用砂少,表面光洁,流动性好,用于复杂砂芯。获得3-2 金属型铸造成形工艺 液态金属 金属型 铸件一、金属型的材料及结构 材料一般采用铸铁，也可用碳钢或低合金钢 。金属型有水平分型式、垂直分型式和复合分型式等 。二、金属型的铸造工艺 1 加强金属型的排气，工作表面上喷刷涂料2 控制金属型温度，及时开型3 预热金属型并控制其温度4 及时开型三、金属型铸造的特点及适用范围1铸件冷却速度快，组织致密，力学性能高。2铸件的尺寸精度和表面质量均优于砂型铸造件。3 生产率高，劳动条件得到改善。4 金属型铸件易产生 气孔、应力、裂纹、浇不到等缺陷应用：主要用于铜、铝、镁等有色合金铸件的大批量生产3-3 熔模铸造成形工艺一、熔模铸造的特点和适用范围1铸件精度和表面质量较高，IT11IT13，Ra1.612.5m。2最适合高熔点及难加工的高合金钢，如耐热合金等。 3形状较复杂的铸件，如直径2mm的小孔均可铸出。4单件、成批、大量生产均可适用。5工艺过程较复杂，生产周期长；铸件不能太大。应用：它最适合25kg以下的高熔点、难以切削加工合金铸件的成批大量生产。主要用于制造汽轮机、燃气轮机和涡轮发动机的叶片和叶轮、切削刀具以及航空、汽车、拖拉机、机床的小零件等。3-4 压力铸造成形工艺 液态金属在高压作用下快速压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的成形工艺方法。一、压铸机和压铸工艺过程1 压铸设备（1）热压室压铸机 压室与熔化金属液的坩埚连成一体，压射活塞浸在金属液中，采用杠杆机构使活塞动作以实现压铸过程。热压室压铸的特点1）生产效率高 2）金属浪费少3）工艺稳定4）金属液较干净，获得铸件的质量好，但压室和活塞长期浸在金属液中，使其寿命有限，目前热压室压铸机只用于压铸一些低熔点合金铸件，如铅、锡和锌等合金件。（2）冷压室压铸机 压室与熔炉分开，压铸时先用定量勺从保温炉中将金属液倒入压室，然后使活塞动作进行压铸。冷压室压铸机的压室与金属液接触时间短，适合于铸造熔点较高的合金，如铜、铝和镁等有色合金铸件。二、压力铸造的特点和适用范围1铸件尺寸精度和表面质量最高。IT11IT13，Ra3.20.8。2铸件的强度和表面硬度高。抗拉强度可比砂型铸造提高2530%。3可压铸出形状复杂的薄壁件。 4生产率高。每小时可铸 50150次。5设备模具成本高，不适宜单件、小批生产。6不适宜铸铁、钢等高熔点合金的铸造。7压铸件内部存在缩孔和缩松，气孔缺陷。三、压铸件的设计和使用1铸件壁厚均匀，34mm为宜。2 . 压铸件不能进行热处理或在高温下工作。3 . 压铸件应尽量避免切削加工。应用：有色薄壁小件的大批量生产。压铸是先进的金属精密成形方法之一，广泛应于大批量有色合金铸件的生产。目前压铸合金有锌、铝、镁和铜合金。3-5 低压铸造成形工艺 低压铸造是在0.20.7大气压的低压下将金属液注入 型腔，并在压力下凝固成形，以获得铸件的方法。一、低压铸造的工艺过程二、低压铸造的特点及应用范围1浇注压力和速度便于调节，可适应不同材料的铸型。2铸件的气孔、夹渣等缺陷较少。3便于实现顺序凝固，铸件组织致密、力学性能高。4无冒口，金属的利用率提高到9098%。应用：铸造铝合金铸件，如汽车发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等。低压铸造主要用来铸造一些质量要求高的铝合金和镁合金铸件，如气缸体、缸盖、曲轴箱和高速内燃机的铝活塞等薄壁件。3-6 实型铸造成形工艺方法 1 概述 实型铸造又称“气化模造型”或“消失模铸造”，采用聚苯乙烯发泡材料制得的模型（气化模）代替木模造型，造型后不用起模直接将金属液浇注到气化模上，使其气化并形成空腔来容纳金属液，从而冷却凝固后获得铸件的方法。2 实型铸造工艺3 实型铸造的特点 干砂造型：无水分、煤粉和粘结剂。不用起模、合模、无砂芯、组芯：铸件无披缝、尺寸精度高、表面粗糙度低。对工人要求低，劳动条件好。适合于铸造形状复杂的铸件，减少了装配时间，降低了成本。简化了造型工序，缩短了生产周期，提高了生产率。4 制造气化模 预发泡 熟化 珠粒充填 加热 成型发泡 冷却5 实型铸造的应用 实型铸造适合于各种批量的形状复杂的、铝合金、铜合金、铸铁及低碳钢以外的铸钢件的生产。第四章 液态成形件的工艺设计4-1 铸件结构设计 1、 铸件壁厚的设计1 合理设计铸件壁厚2 铸件壁厚应均匀、避免厚大截面2、 铸件壁的连接3、 1 铸件的结构圆角2 避免锐角连接3 厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡4 减缓筋、辐收缩的阻碍三、铸件外形的设计 1 避免外部侧凹、凸起2 分型面应尽量为平直面；3 凸台、筋条的设计应便于起模四、铸件内腔的设计 1 应尽量减少型芯的数量，避免不必要的型芯2 便于型芯的固定、排气和清理五、铸件结构设计应考虑的其它问题 1 铸造方法2 组合铸件的设计4-2 砂型铸造工艺设计 造工艺图将工艺设计的内容（工艺方案）用工艺符号或文字在零件图上表示出来 所形成的图样一、浇注位置的选择 浇注时铸件在