第一篇金属的铸造成形工艺.ppt

金属的铸造成形 机电工程学院主讲王冠 铸造成形 将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中 待其冷却凝固 以获得毛坯或零件的生产方法 1 材料来源广 2 废品可重熔 3 设备投资低 铸造生产的特点 1 可生产形状任意复杂的制件 特别是内腔形状复杂的制件 如汽缸体 汽缸盖 蜗轮叶片 床身件等 1 合金种类不受限制 2 铸件大小几乎不受限制 2 适应性强 3 成本低 4 废品率高 表面质量较低 劳动条件差 零件图 铸造工艺图 铸型 型芯 芯盒芯砂 型砂模型 熔化 合箱 落砂 清理 检验 铸件 砂型铸造的工艺过程 造型材料 制造砂型的造型材料包括型砂 芯砂及涂料等 型砂 芯砂 主要由原砂 粘土 有机或无机粘结剂及水混合而成 必要时加入煤粉 木屑等辅助材料 以利改善砂型的透气性 容让性及高温浇注时形成的还原气体 原沙 天然沙 石英含量高粘结剂 粘土 颗粒细小 型砂和芯砂应该具备的主要性能 强度 液体金属冲击下不变形和毁坏 塌箱冲沙砂眼透气性耐火性退让性 铸件在在冷凝的时候 砂型可被压缩的能力 退让性不好 砂型容易产生内应力或开裂 砂型越紧实 退让性越差 加入木屑可以提高退让性 铸型 用模样形成铸型的型腔模样可用木材 金属 塑料或其它材料制造 并具有铸件相应部分的形状 铸件内部空腔几何形状是通过在铸型中安放型芯来形成 型芯一般由芯砂制备 比型砂要求高 浇注系统 浇注系统是液态金属借以进入型腔的通道 浇铸系统 造型时必须开出的引导液态金属进入型腔的通道浇口杯 减轻金属液流冲击直浇口 使液态金属产生静压力横浇口 挡渣及分配金属液进入内浇口内浇口 控制金属液流入型腔的方向和速度 冒口 冒口 保证工件质量 起排气 浮渣 补缩作用的部分 冒口 排气 冷却及清理 任何一个具有显著收缩的铸件都需要设置与型腔相连的冒口 冒口 存储液态金属 补偿金属收缩 防止缩孔产生应设计在铸件最后凝固部位为了增加透气性 可在铸型上扎微小的透气孔 当温度降低到一定程度时开始凝固 这个过程涉及到相变 释放出大量的热 铸件经充分冷却后被取出 然后进行后续处理 金属的浇铸和凝固 充型能力不足时 会产生浇不足 冷隔 夹渣 气孔等缺陷 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 充型 液态合金填充铸型的过程 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 0 45 C铸钢 200 4 3 C铸铁 1800 铸铁流动性好铸钢比较差 螺旋形试验测定流动性 铸铁流动性好 铸钢比较差 1 过热度 浇注温度和凝固开始温度之差 过热度越大 金属液态保持时间越长 流动越远 2 合金化学成分所决定的结晶特点 a 在恒温下凝固 b 在一定温度范围内凝固枝晶产生 扩展固态和液态共存 7 浇注系统的的结构浇注系统的结构越复杂 流动阻力越大 充型能力越差 3 浇注温度一般T浇越高 液态金属的充型能力越强 5 浇注速率速率太低 充满型腔前就过早凝固 速率太高 液态金属紊流 冲击铸型表面 并致使金属氧化物形成 影响铸件表面质量 4 浇注压力增大浇注压力可以改善金属的流动性 6 铸型导热能力金属型铸造中 金属型导热能力强 合金的流动性降低 而在砂型铸造中 在加热状态下 合金的流动性将显著增加 金属的凝固 纯金属 在恒温下结晶 金属的凝固 共晶合金 金属的凝固 非共晶合金 铸件的收缩 铸件的收缩分三个阶段发生 液体收缩 凝固前的冷却过程的收缩 凝固收缩 从液体向固体相变过程的收缩固体收缩 凝固后的冷却过程的收缩 缩孔与缩松 液态合金在冷凝过程中 若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充 则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞 大而集中的称为缩孔 细小而分散的称为缩松 1 缩孔和缩松的形成 影响铸件收缩的因素 化学成分 随含碳量的增加 凝固收缩增加 固态收缩略有缩减 浇注温度 浇注温度越高 液态收缩越大 铸件结构与铸型条件 缩孔和缩松的防止 防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固次序 使铸件实现 顺序凝固 寻找热节的方法 等温线法 内切圆法 同时凝固 整个铸件几乎同时凝固 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 上型 下型 2 热应力 热应力是由于铸件壁厚不均匀 各部分冷却速度不同 以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力 t0 t1 塑性状态 弹性状态 1 2 t1 t2 t2 t3 热应力是指因铸件壁厚不均匀或各部分冷却速度不同 致使铸件各部分的收缩不同步而引起的应力 铸件厚 大部分或心部受拉应力 薄壁或表层受压应力 热应力产生过程 当铸件处于高温阶段 t0 t1 时 两杆都处于塑性状态 尽管此时两杆的冷速不同 收缩也不同步 但瞬时的应力可通过塑性变形来自行消失 在铸件内无应力产生 图a 继续冷却 冷速较快的杆II进入弹性状态 粗杆I仍然处于塑性状态 t1 t2 此时由于细杆II的冷速较快 收缩较大 所以细杆II会受到拉伸 粗杆I会受到压缩 图b 形成暂时内应力 但此内应力很快因粗杆I发生了微量的受压塑性变形而自行消失 图c 当进一步冷至更低温度时 t2 t3 两杆均进入了弹性状态 此时由于两杆的温度不同 冷却速度也不同 所以二者的收缩也不同步 粗杆I的温度较高 还要进行较大的收缩 细杆II的温度较低 收缩已趋于停止 因此粗杆I的收缩必定受到细杆II的阻碍 于是杆II受压缩 杆I受拉伸 图d 直到室温 热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸 薄壁或表层受压缩 热应力是永久应力 二 铸件的变形与防止 防止铸件变形和裂纹的结构设计 防止铸件变形和裂纹的结构设计 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 三 铸件的裂纹与防止 1 热裂 热裂的形状特征是 裂纹短 缝隙宽 形状曲折 缝内呈氧化色 热裂的防止 应尽量选择凝固温度范围小 热裂倾向小的合金 应提高铸型和型芯的退让性 以减小机械应力 对于铸钢件和铸铁件 必须严格控制硫的含量 防止热脆性 2 冷裂 冷裂的特征是 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 对于铸钢件和铸铁件 必须严格控制磷的含量 防止冷脆性 1 4液态成形件的质量与控制 常见铸件缺陷及特征 铸件缺陷及特征 浇不足液态金属流动性不足 浇注温度过低 浇注速度太慢 铸件壁厚太小 铸件缺陷及特征 冷隔 铸件缺陷及特征 铁豆浇注时金属液流发生飞溅 形成许多球状金属颗粒被包裹在铸件中 冲砂 砂型铸造的常见缺陷 砂眼 砂型铸造的缺陷 砂眼 由于型砂碎片夹杂在金属液中形成的缺陷 它很可能是在金属液进入型腔前就已经存在了 个别是浇注时因冲砂而形成 夹砂结疤 砂型铸造的常见缺陷 原因 是砂型内清砂不干净 有残留沙砾 在就是在浇注过程中 由于铁液冲刷浇道壁的型砂而造成