2第2讲：铸造工艺与常见铸铁1.ppt

2004金工教研室 机械制造基础 机械制造基础 金工教研室制造科学与工程学院2007年春季学期 第二讲铸造工艺与常见铸铁 2004金工教研室 机械制造基础 第二讲铸造工艺 铸造工艺 液态金属 铸造型腔 冷却 铸件你见过哪些机器上有铸件铸件的优越性形状复杂适应性好成本低铸造方法 2004金工教研室 机械制造基础 本讲内容 铸造工艺基础常见铸造合金砂型铸造特种铸造铸件的结构工艺性 2004金工教研室 机械制造基础 一 铸造工艺基础 总结铸造工艺的目的 避免铸件可能出现的缺陷尽可能获取合格的铸件那么铸件容易产生哪些缺陷 是什么原因造成的缺陷 2004金工教研室 机械制造基础 1 常见铸造缺陷 2004金工教研室 机械制造基础 常见铸造缺陷 2004金工教研室 机械制造基础 第一类缺陷 浇不足 冷隔 较大的薄板浇不足冷隔原因 合金流动性存在差异 2004金工教研室 机械制造基础 第二类缺陷 缩孔 缩松 完整的外壳下面缩孔缩松成因铸件凝固过程的收缩 2004金工教研室 机械制造基础 2 形成这两类缺陷的原因 仔细考察这两方面的原因合金流动性的差异合金凝固时产生收缩合金为什么会有这样的差异 如何评价 2004金工教研室 机械制造基础 1 合金流动性评价实验 液态金属的充型合金的流动性 2004金工教研室 机械制造基础 2004金工教研室 机械制造基础 实验发现了铁碳合金流动性与含碳量的关系 2004金工教研室 机械制造基础 流动性为什么与含碳量有关 含碳量决定了合金凝固过程中 开始凝固的温度高低合金处于固液混合状态的温度范围宽窄即可决定 合金的凝固方式关键在于 凝固方式决定流动性差异 2004金工教研室 机械制造基础 铸件的凝固方式 逐层凝固 糊状凝固 中间凝固 2004金工教研室 机械制造基础 凝固对流动性的影响 恒温下凝固 一定温度范围下凝固 2004金工教研室 机械制造基础 不同凝固方式对流动性试验的影响 2004金工教研室 机械制造基础 2 铸件的收缩 收缩现象温度降低液态收缩 凝固收缩 固态收缩 2004金工教研室 机械制造基础 收缩特性为什么与合金成分有关 合金成分决定开始凝固的温度高低越高则开始浇注的温度越高越高则固态收缩越大合金处于固液混合状态的温度范围宽窄越宽则凝固收缩越大 2004金工教研室 机械制造基础 3 第一类缺陷的改进措施 第一类铸造缺陷浇不足冷隔改进措施提高金属液流动性选择流动性好的合金提高金属液的充型能力 2004金工教研室 机械制造基础 液态金属充型能力的影响因素 浇铸条件浇铸温度 温度高 保持流动的时间长充型压力 压力高有利于充型压力铸造 低压铸造 离心铸造铸型填充条件铸型材料 造型材料比热容影响金属液降温速度金属型比砂型容易浇不足 冷隔铸型温度 铸型预热有利于金属液保持流动性铸型中的气体 铸型的排气能力影响型腔气压 2004金工教研室 机械制造基础 但是 如果浇注温度太高 提高温度充型能力提高薄板浇注需要提高浇注温度但是过高缩孔缩松粘砂气孔晶粒粗大因此满足铸件要求后不宜过高 2004金工教研室 机械制造基础 如果铸型预热不当 砂型预热后铸型强度可能下降易粘砂金属液冲击下可能垮砂形成夹砂 砂眼 夹渣 2004金工教研室 机械制造基础 4 第二类缺陷的改进措施 1 凝固特性对形成缩孔 缩松的影响 2 改进措施 2004金工教研室 机械制造基础 1 缩孔 缩松的形成过程 结论 逐层凝固形成缩孔 2004金工教研室 机械制造基础 缩松现象 缩松宏观缩松微观缩松缩松与缩孔倾向相反逐层凝固 小 大 糊状凝固 大 小 2004金工教研室 机械制造基础 缩松的形成过程 结论 糊状凝固形成缩松 2004金工教研室 机械制造基础 2 防止缩孔缩松 定向凝固 定向凝固 顺序凝固 先冷的不易形成缩孔和宏观缩松凝固过程 冒口 冷铁温度场 应力 铝青铜 铝硅合金 铸钢 2004金工教研室 机械制造基础 但是定向凝固问题更多 糊状凝固的合金 锡青铜 流动性很差 冒口起不到补缩作用不均匀的温度场导致铸件不均匀热应力变形裂纹 2004金工教研室 机械制造基础 5 第三类缺陷 变形 裂纹 除了正常收缩变形铸件外形不规则变形外形破坏 裂纹成因铸件不均匀的内应力热应力机械应力铸件强度降低 2004金工教研室 机械制造基础 1 铸造热应力 先冷受压后冷受拉 室温下 2004金工教研室 机械制造基础 避免热应力的措施 同时凝固 同时凝固均匀温度场避免先冷后冷可用于铸铁 缩孔缩松倾向小锡青铜 糊状凝固 定向也没有用 不能避免微观缩松 2004金工教研室 机械制造基础 2 机械应力 2004金工教研室 机械制造基础 3 铸件变形及防止 不均匀内应力导致铸造后变形 切削后变形防止措施壁厚均匀 形状对称 同时凝固 反变形 时效处理 人工时效 退火 2004金工教研室 机械制造基础 4 铸件切削后的变形 圆柱体铸件铸造后的应力分布 先冷受压 后冷受拉车削外圆后变短 变长 去掉受压部分 收缩变短钻孔后变短 变长 去掉受拉部分 拉伸变长铣削侧面后 向去掉一侧弯曲 2004金工教研室 机械制造基础 5 裂纹及其防止 高温下形成 热裂凝固末期局部固液混合强度极低合金性质结晶温度宽 糊状凝固含S增加热脆性铸型阻力 机械应力大低温下形成 冷裂 受拉 应力集中 部位合金塑性含P增加冷脆性 2004金工教研室 机械制造基础 6 总结 共晶铸铁好 共晶成分铸铁的优良性质固液线间距离最小 1148 结晶温度范围小逐层凝固流动性最好没有小晶粒阻碍流动无糊状凝固时的发达树状晶架凝固收缩和固态收缩最小凝固收缩0 1 总收缩率最小 7 左右 2004金工教研室 机械制造基础 总结 共晶铸铁好 第一类流动性缺陷 浇不足 冷隔在铁碳合金中流动性最好 最不易出现浇不足和冷隔第二类收缩性缺陷 缩孔 缩松缩孔缩松倾向小流动性好保证 只要合理利用冒口 补缩作用明显不用定向凝固 可避免形成不均匀热应力第三类内应力缺陷 变形 裂纹不均匀热应力倾向小 可采用同时凝固避免铸件不均匀温度场机械应力小 收缩率小变形倾向最小 不均匀内应力倾向最小热裂倾向小 凝固末期没有固液混合阶段收缩倾向小 机械应力较小 铸型阻力较小 2004金工教研室 机械制造基础 铸造缺陷及其防止措施 铸造缺陷名称 JB302 64 质量控制严格控制合金成分铸件结构工艺性热处理消除应力 改善性能制定合理技术要求 有缺陷不一定都是废品制定合理对症的工艺措施 2004金工教研室 机械制造基础 关于铸造工艺性 合金成分 凝固方式 流动性 结晶温度范围宽窄 收缩特性 第一类缺陷冷隔 浇不足 第二类缺陷缩孔 缩松 2004金工教研室 机械制造基础 两类缺陷的改进 第一类缺陷冷隔 浇不足 提高浇注温度 铸型预热 缩孔 缩松 收缩过大 粘砂 超过铸型耐热温度 晶粒粗大 冷却过程太长 气孔 高温下发生反应 铸型强度降低 粘砂金属液冲击下可能垮砂夹砂 砂眼 夹渣 2004金工教研室 机械制造基础 两类缺陷的改进 第二类缺陷缩孔 缩松 顺序凝固 第三类缺陷热应力变形 裂纹 不均匀温度场 铸型阻碍收缩 同时凝固 逐层凝固 糊状凝固 缩孔 缩松 2004金工教研室 机械制造基础 分清楚 合金固有的凝固方式逐层凝固糊状凝固中间凝固两种工艺为了避免缩孔 缩松顺序凝固 或者称为 定向凝固 为了避免形成热应力同时凝固 2004金工教研室 机械制造基础 二 常见铸造合金 铸铁灰口铸铁 碳多以石墨形态存在灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁白口铸铁 硬 脆 难以加工 不能用铸钢铸造铜 铝合金 2004金工教研室 机械制造基础 普通灰铸铁 2004金工教研室 机械制造基础 普通灰铸铁的性质 片状石墨 b 120 250MPa 抗拉强度很差塑性 韧性差抗压强度与钢接近 应合理应用 不能锻造 焊接性能极差 白口组织 铸造性能极好切削加工性能极好 2004金工教研室 机械制造基础 灰铸铁的优良性能 优良的减振性耐磨性好锁锈了怎么办 缺口敏感性小 赖皮 内部已经好多微缺口了 2004金工教研室 机械制造基础 灰铸铁的石墨化 珠光体灰铸铁 P基 石墨细小 分布均匀强度硬度高 用于重要机件珠光体 铁素体灰铸铁 PF基 石墨呈粗大片状强度略低 铸造性能极好 减振性好铁素体灰铸铁 F基 石墨过多 过于粗大 应用极少 2004金工教研室 机械制造基础 化学成分影响石墨化 C Si vs壁厚I 白口IIa 麻口II P基IIb PF基III F基最佳 共晶C 3 3 5 Si 1 4 2 4 S P有害 Mn有益 2004金工教研室 机械制造基础 不同厚度 不同组织 不同性能 一包铁水C 3 2 Si 1 8 wc wsi 5 0 凝固后不同厚度截面上的组织5mm 白口或麻口10mm P基灰铸铁20mm P基灰铸铁30mm PF基灰铸铁40mm F基灰铸铁薄了不行 厚了更不行 5 10 20 30 40 2004金工教研室 机械制造基础 原因 冷却速度影响石墨化 快 慢 2004金工教研室 机械制造基础 其他常识 孕育铸铁 实质为P基牌号 GB5675 85 HT100 F基 HT150 PF基 HT200 HT250 P基 HT300 HT350 孕育 壁厚越大 抗拉强度越小 讨论其原因 生产特点共晶 工艺简化 1200 1350浇铸 时效 2004金工教研室 机械制造基础 可锻铸铁 黑心可锻铸铁 2004金工教研室 机械制造基础 珠光体可锻铸铁 2004金工教研室 机械制造基础 可锻铸铁常识 玛铁 白口铸铁经石墨化退火形成基体 F P抗拉 b 300 400MPa有一定塑性韧性 但还是不可锻造牌号KTH300 06 抗拉MPa 伸长率 黑心 珠光体 白心 2004金工教研室 机械制造基础 球墨铸铁 2004金工教研室 机械制造基础 球墨铸铁常识 强度接近钢 900MPa伸长率18 铸造性能近似灰铸铁牌号 QT400 18生产 铁水高含碳球化处理 孕育处理正火 P基退火 F基 2004金工教研室 机械制造基础 蠕墨铸铁 2004金工教研室 机械制造基础 蠕墨铸铁常识 性能介于灰铸铁和球墨铸铁导热耐热性好 抗氧化 耐磨性极好牌号 GB5612 85 RuT 400 抗拉强度 2004金工教研室 机械制造基础 铸钢常识 应用广泛强度高 塑性韧性优良 焊接性能好铸 焊联合结构 重型机械制造加入10 各种合金元素耐磨 耐腐蚀 耐热铸造性能差 糊状凝固浇注温度高 流动性差收缩率大 一定要定向凝固 2004金工教研室 机械制造基础 铸钢件的铸造工艺示例 2004金工教研室 机械制造基础 铸造铜 铝合金 铸造铜合金铸造铝合金生产特点收缩率高 定向凝固锡青铜除外 为什么 2004金工教研室 机械制造基础 这是什么铸铁 可锻铸铁 2004金工教研室 机械制造基础 这是什么铸铁 球墨铸铁 2004金工教研室 机械制造基础 这是什么铸铁 蠕墨铸铁 2004金工教研室 机械制造基础 这是什么铸铁 普通灰铸铁 2004金工教研室 机械制造基础 一个小问题 关于壁厚与强度 铸造厂生产了一批灰铸铁件 经检测 随炉单个挠注的 30试棒的抗拉强度为205 2l0MPa 符合图纸提出的HT200的要求 用户验收时 在铸件不同部位取样 检测结果表明 铸件上壁厚为 8mm处的 b为200MPa15mm处的 b为196MPa25mm处的 b为175MPa30mm处的 b为168MPa 据此 用户认为该批铸件不合格 理由是 1 铸件机械性能不符合HT200要求2 铸件整体强度不均匀试判断用户的意见是否正确 为什么 2004金工教研室 机械制造基础 三 砂型铸造 传统的铸造方法各种形状 大小 数量 合金铸造工艺浇注位置 铸型分型面型芯的数量 形状 尺寸 固定方法加工余量 收缩率浇注系统 起模斜度冒口和冷铁的尺寸 布置 床身造型演示 2004金工教研室 机械制造基础 飞轮的铸造工艺过程 2004金工教研室 机械制造基础 砂型铸造工艺过程 2004金工教研室 机械制造基础 砂型铸造 2004金工教研室 机械制造基础 浇注系统 2004金工教研室 机械制造基础 关于冒口 冒口的主要作用补缩 防止缩孔 缩松另外集渣 排气位置最后被补缩部位的顶部热节处尽可能是最高处类型明冒口 暗冒口顶冒口 侧冒口 贴边冒口高低位置冒口用冷铁隔开补缩范围 2004金工教研室 机械制造基础 关于型芯 型芯的作用 发动机缸体内腔的形成型芯在浇注时形成内腔的过程 型芯形成汽车发动机缸体内腔 型芯的作用 浇注过程动画 2004金工教研室 机械制造基础 型芯的形式 2004金工教研室 机械制造基础 复杂型芯实例 2004金工教研室 机械制造基础 复杂型芯实例 2004金工教研室 机械制造基础 复杂型芯实例 2004金工教研室 机械制造基础 2004金工教研室 机械制造基础 复杂型芯实例 2004金工教研室 机械制造基础 复杂型芯实例 2004金工教研室 机械制造基础 铸件工艺图 2004金工教研室 机械制造基础 手工造型的工序流程 2004金工教研室 机械制造基础 整模造型 基本造型方法演示 2004金工教研室 机械制造基础 分模造型 2004金工教研室 机械制造基础 挖沙造型 2004金工教研室 机械制造基础 假箱造型 2004金工教研室 机械制造基础 活块造型 2004金工教研室 机械制造基础 刮板造型 2004金工教研室 机械制造基础 地坑造型 2004金工教研室 机械制造基础 造型方法选择 手工造型 刮板造型vs实体模样造型 批量 2004金工教研室 机械制造基础 机器造型 震压造型 机器造型方法演示 2004金工教研室 机械制造基础 机器造型 震压造型 2004金工教研室 机械制造基础 震动紧实造型机 2004金工教研室 机械制造基础 机器造型 射砂造型 2004金工教研室 机械制造基础 机器造型 射砂造型 2004金工教研室 机械制造基础 垂直分型 射砂造型全过程 2004金工教研室 机械制造基础 机器造芯 2004金工教研室 机械制造基础 机器造型的工艺特点 适宜 一个分型面两箱造型不宜三箱造型活块如图铸件适合机器造型三箱改两箱使用外型芯 2004金工教研室 机械制造基础 浇注位置的选择原则 铸件的重要部位置于下部 重要的加工面朝下或呈直立状态 铸件的大平面朝下 保证铸件充满 有利铸件的补缩 避免使用吊芯 便于下芯 2004金工教研室 机械制造基础 浇注位置的选择原则 重要表面朝下 大平面朝下 侧立 为什么 2004金工教研室 机械制造基础 浇注位置的选择原则 重要表面朝下 大平面朝下 侧立 为什么 2004金工教研室 机械制造基础 导轨面向下 2004金工教研室 机械制造基础 浇注位置的选择原则 重要表面朝下 大平面朝下 侧立 为什么 2004金工教研室 机械制造基础 浇注位置的选择原则 防止浇不足 冷隔薄壁朝下 垂直 倾斜 2004金工教研室 机械制造基础 浇注位置的选择原则 防止浇不足 冷隔薄壁朝下 垂直 倾斜 2004金工教研室 机械制造基础 浇注位置的选择原则 容易产生缩孔厚壁在上安置冒口定向凝固 定向凝固 2004金工教研室 机械制造基础 浇注位置的选择原则 简化工艺便于合箱 2004金工教研室 机械制造基础 分型面的选择原则 应使铸件全部或大部置于同一半型内 尽量减少分型面的数量 分型面应尽量采用平面 便于下芯 合箱合检查型芯尺寸 不使砂箱过高 减少铸件清理合机械加工的工作量 2004金工教研室 机械制造基础 分型面的选择原则 简化工艺平直分型面 单件小批时 耐用 弯曲分型面 2004金工教研室 机械制造基础 关于分型面的数目 机器造型 手工造型 2004金工教研室 机械制造基础 分型面的选择原则 简化工艺减少分型面 2004金工教研室 机械制造基础 减少分型面的两种方案 2004金工教研室 机械制造基础 三通管砂芯 2004金工教研室 机械制造基础 分型面的选择原则 简化工艺避免活快避免型芯 2004金工教研室 机械制造基础 分型面的选择原则 铸件全部或大部位于同一砂箱 2004金工教研室 机械制造基础 分型面的选择原则 型腔 型芯位于下箱便于造型 下芯 合箱 检验铸件壁厚但应避免型腔过深 吊芯 大吊砂 2004金工教研室 机械制造基础 分型面的选择原则 避免砂箱过高 2004金工教研室 机械制造基础 工艺参数 机械加工余量机器造型铸铁非铁合金 贵 余量相对更大朝上表面 侧面 底面P63 灰铸铁机械加工余量表 2004金工教研室 机械制造基础 工艺参数 最小铸孔尺寸大孔有利于均匀壁厚 减少加工余量小孔铸造不经济灰铸铁铸件最小孔径单件 30 50mm成批 15 20mm大量 12 15mm不加工孔 不论大小均要铸造 2004金工教研室 机械制造基础 起模斜度 手工造型15 3 机器造型3 10 2004金工教研室 机械制造基础 收缩率 体积 模样 铸件 零件合金的收缩 切削加工影响收缩率合金成分 铸型机械阻碍 铸件各部分制约收缩率灰铸铁0 7 1 0 铸造碳钢1 3 2 0 铝硅合金0 8 1 2 2004金工教研室 机械制造基础 型芯头 斜度上6 15 下5 10 间歇1mm 4mm 2004金工教研室 机械制造基础 综合示例 支架 2004金工教研室 机械制造基础 方案I 支架铸件工艺图 2004金工教研室 机械制造基础 方案II 支架铸造工艺图 2004金工教研室 机械制造基础 方案II彩图 2004金工教研室 机械制造基础 综合示例 C6140进给箱体 2004金工教研室 机械制造基础 分型面方案 2004金工教研室 机械制造基础 铸造工艺图 2004金工教研室 机械制造基础 四 特种铸造与铸件工艺性 特种铸造方法熔模铸造金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造陶瓷型铸造实型铸造消失模铸造 2004金工教研室 机械制造基础 熔模铸造 熔模铸造IT11 14Ra25 3 2复杂形状 但铸件不宜过大最小壁厚达0 7mm 最小直径0 5mm适用于铸造各种金属 尤其是合金高熔点合金制造复杂周期长适于难切削 高熔点 复杂小零件不受批量限制 2004金工教研室 机械制造基础 熔模铸造过程 2004金工教研室 机械制造基础 结壳 2004金工教研室 机械制造基础 右图为采用熔模铸造生产的钛合金人工关节 2004金工教研室 机械制造基础 飞机发动机叶片 2004金工教研室 机械制造基础 金属型铸造 金属型铸造的特点及应用范围1 机械性能高 与砂型相比 抗拉强度提高25 延伸率提高20 2 铸件的精度和表面光洁度高 3 铸件的工艺收得率高 节约15 30 4 劳动条件好 有利于环保 5 生产效率高 易实现机械化和自动化 2004金工教研室 机械制造基础 金属型铸造 2004金工教研室 机械制造基础 金属型铸造的四种分型方式 2004金工教研室 机械制造基础 金属型铸造的缺点和不足 生产成本高 适合大批量生产铸件易形成浇不足和开裂等缺陷 工艺过程参数控制严格采用金属型生产的铸件重量和形状方面有局限性 不易制造复杂 薄壁件 2004金工教研室 机械制造基础 应用实例 2004金工教研室 机械制造基础 2004金工教研室 机械制造基础 2004金工教研室 机械制造基础 2004金工教研室 机械制造基础 压力铸造 主要优点 压铸件尺寸精度高铸件强度和表面硬度高可以压铸复杂形状的薄壁件具有很高的生产效率主要缺点 铸件中残留气体多 不宜进行过多的表面机械加工和热处理不宜小批量生产适用范围 航空航天 汽车 仪器仪表 医疗器械等 2004金工教研室 机械制造基础 冷室压铸 2004金工教研室 机械制造基础 2004金工教研室 机械制造基础 热室压铸 2004金工教研室 机械制造基础 压铸镶嵌件 2004金工教研室 机械制造基础 低压铸造 2004金工教研室 机械制造基础 低压铸造 2004金工教研室 机械制造基础 低压铸造的特点 低压铸造的特点液态金属在压力作用下由下而上地充满型腔 并在外力的作用下结晶凝固 进行补缩 低压铸造的充型过程即与重力铸造不同 又与压力铸造有区别 压力铸造为高速高压几千 几万千牛 米2 而低压铸造为20 60千牛 米2 2004金工教研室 机械制造基础 低压铸造的优点 低压铸造的优点液态金属充型平稳 夹杂缺陷减少 型腔内液流与气流方向一致 减少了产生气孔的可能性 铸件成型性好 金属液在外力作用下强迫流动 提高了金属的充填能力 有利于形成轮廓清晰 表面光洁的铸件 铸件组织致密 机械性能高 金属收得率高 80 98 2004金工教研室 机械制造基础 2004金工教研室 机械制造基础 2004金工教研室 机械制造基础 离心铸造 2004金工教研室 机械制造基础 离心铸造 液态金属浇入旋转的铸型中 金属在离心力作用下充填铸型和凝固成型 特点及适用范围适用于旋转体铸件的生产 省去浇冒口 铸件致密 机械性能好 可以实现双金属铸造 易产生偏析 内表面不易控制 2004金工教研室 机械制造基础 卧式离心铸造机 2004金工教研室 机械制造基础 大型管件 2004金工教研室 机械制造基础 更大的管道 2004金工教研室 机械制造基础 离心铸件最大直径可达3米 最大长度8米 最大重量达几公斤到十多吨 2004金工教研室 机械制造基础 立式离心铸造机 2004金工教研室 机械制造基础 陶瓷型铸造 2004金工教研室 机械制造基础 实型铸造 消失模 2004金工教研室 机械制造基础 消失模铸造 2004金工教研室 机械制造基础 消失模铸造工艺 2004金工教研室 机械制造基础 泡沫塑料模样及铸件 2004金工教研室 机械制造基础 消失模技术特点 2004金工教研室 机械制造基础 铸件精度高消失模铸造的铸件质量和金属型铸造的铸件非常接近表面光滑 比砂型铸造的铸件表面粗糙度低 可达Ra3 2 12 5 设计灵活为铸件结构设计提供了充分的自由度无传统铸造中的砂芯清洁生产无化学粘结剂降低投资和生产成本 优点 2004金工教研室 机械制造基础 消失模铸造主要工序 泡沫塑料模样的制作 2004金工教研室 机械制造基础 板材粘接成形或发泡成型 2004金工教研室 机械制造基础 比较 2004金工教研室 机械制造基础 五 铸件结构工艺性 工艺性好坏基本标准 制造成本保证力学性能 工作性能是基本前提考虑以下因素对结构工艺性的