西安工业大学铸造部分的课件.ppt

第二章铸造,2.1概述,1.定义：将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸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，称为铸造.2.步骤：,优点：1.成型方便且适应性强：对工件的尺寸和形状几乎无限制，适合制造形状复杂的铸件，特别是复杂内腔零件毛坯。如箱体，机架，叶轮。2.铸件大小不受限制，几克数百吨3.使用材料广泛。各种合金、铸铁、铸钢，铸造铝合金等。4.成本低。利用废料回炉；毛坯形状切削量少；铸造设备简单投资少；缺点：1.铸件的尺寸精度和表面质量较差2.砂型铸造的劳动强度大3.砂型铸造的铸造缺陷很难避免。,3.特点：,2.2合金的铸造性能,2.2.1合金的流动性2.2.2合金的收缩性2.2.3铸件的缺陷及其质量控制,2.2.1合金的流动性,1.合金流动性的概念流动性：指液态金属的流动能力。在铸造时指液态合金充满型腔，获得轮廓清晰，形状准确的铸件能力。常用铸造合金中，灰铁、硅黄铜流动性最好，铸钢最差。,2.2.1合金的流动性,2.影响合金流动性的因素（化学成分最为显著）(1)液态合金的成分纯金属、共晶成分合金流动性好。结晶在恒温下，液态合金从表层向中心凝固，结晶固体层内表面光滑，流动阻力小。其它成分合金是在一定温度范围内结晶，结晶温度范围宽流动性越差。,2.影响合金流动性的因素,(2)浇注条件浇注温度温度高粘度低液态时间长流动性好。浇注压力增加浇注压力可改善流动性。铸型材料铸型道导热能力越好，流动性越差。铸型设计型腔宽窄、复杂程度，铸型材料的发气量大小,2.2.2合金的凝固与收缩性,1.合金的收缩性收缩性：合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩小的现象。液态收缩：浇注温度凝固开始温度,凝固收缩：凝固开始温度凝固终止温度液态收缩、凝固收缩是铸件产生缩孔的基本原因。固态收缩：凝固终止温度室温固态收缩是铸件产生铸件应力、变形和裂纹的基本原因。,2.影响合金的收缩性因素合金的成分，不同成分的合金具有不同的收缩率，如灰铸铁的收缩率最小，铸钢收缩率最大。浇铸温度，温度愈高收缩愈大，浇铸温度要适宜铸型及铸件的结构，铸件在固态收缩时候受到阻力作用容易产生裂纹。,3.缩孔与缩松的形成及防止,原因：液态/凝固收缩得不到补充，形成的孔洞。,缩孔形成过程,分散在铸件某区域内的细小缩孔称为缩松，形成原因是最后凝固区域的收缩未能得到补足所致。,缩松形成示意图,采取措施,缩孔：采用顺序凝固，冷缩从薄到厚的顺序凝固。如铸钢，铝青铜，铝硅合金。,缩松：较为困难，只能减轻，采用压力铸造。采用共晶成分铸铁。,3.变形和裂纹产生原因及措施,原因:固态收缩受到阻碍(1)内应力的形式热应力:由于铸件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。性质：铸件缓冷处受拉伸，快冷处受压缩机械应力：在固态收缩时受到铸型或型芯时机械阻碍而形成应力。性质：落砂后消除。,(2)铸件的变形及其防止1.合理设计铸件，壁厚均匀，形状对称；2.合理设计冒口冷铁等使铸件同时凝固；3.反变形法、拉肋4.应力退火处理。,(3)铸件的裂纹及其防止热裂：铸件在凝固末期高温下进入固态收缩阶段,受到阻碍产生的机械应力超过该合金的强度.缝隙宽,形状曲折,缝内呈氧化色选择凝固温度范围小的合金，提高砂型和芯砂的退让性,严格控制硫的含量冷裂：铸件产生的应力总和大于该温度下金属强度.裂纹细小,呈连续直线状,轻微氧化色减小内应力和降低合金脆性的因素，控制磷的含量。,2.2.3铸件的缺陷及其质量控制,1.合理选定铸造合金2.铸件结构设计合理3.合理铸造工艺4.合理制定铸件技术要求5.模样质量6.铸件质量检测,2.3砂型铸造,2.3.1砂型铸造的分类及生产步骤2.3.2造型方法2.3.3铸造工艺设计,2.3.1砂型铸造的分类及生产步骤,1.概念：砂型铸造，采用原材料型砂做铸型，利用液态金属依靠重力充满整个型腔的铸造方法。2.砂型铸造分类手工砂型：小批量和复杂大型件生产。机器砂型铸造：适用大批量生产。,3.生产步骤,2.3.1砂型铸造的生产步骤,工艺准备,造型,落砂,合箱,浇注,造芯,清理,检验,熔炼金属,配砂、制模,砂型铸造图例,1.手工造型,2.3.2造型方法,优点：造型方式灵活，大小铸件均可，主要单件小批量生产缺点：效率低，尺寸精度和表面质量差。,2.机器造型,顶杆起模式震压造型机,2.机器造型,射压造型机,机器造型特点,a.大大提高生产率，改善劳动条件，铸件尺寸精确，表面光洁，加工余量小；b.采用模板进行两箱造型c.不能紧实中箱，故不能采用三箱造型。,2.3.3铸造工艺设计,1.铸造工艺图,铸造工艺图是在零件图上用各种工艺符号及参数表示出铸造工艺方案的图形，是指导模样(芯盒)设计、生产准备、铸型制造和铸件检验的基本工艺文件。,其具体内容包括：选择铸件的浇注位置及分型面；确定型芯的数量、形状、尺寸及其固定方法，确定工艺参数（如机械加工余量，收缩率，浇注系统，起模斜度），以及冒口和冷铁的尺寸和布置等。,2.浇注位置的选择,铸件的重要加工面朝下，有多个加工面应较大的面朝下。上表面容易产生砂眼、气孔、夹砂等缺陷。如机床床身的浇铸(P68)铸件的大平面朝下或侧立，浇铸对型腔上表面强烈热辐射，型砂膨胀拱起或开裂。产生夹砂缺陷。平板圆盘类铸件应大平面朝下。如卷扬机的滚筒浇铸。薄壁部位朝下垂直或倾斜位置，防止浇不足产生冷隔缺陷。如：油盘铸件的浇铸位置（P69）易产生缩孔的铸件，厚壁部分朝上安置冒口，实现自下而上的凝固，否则难以补缩。,浇铸位置的实例,造型工艺简化，分型面平直、数量少、便于起模，分型面多铸型增加误差。尽量将铸件全部或大部分置于同一个砂箱中，保证铸件精度。便于操作和检验，型腔和型心位于下箱。,总原则：以优先保证铸件品质为主，兼顾造型，下芯，合箱等操作便利,2.分型面的选择,三通铸件的分型方案,3.铸造工艺参数,(1)机械加工余量和最小铸孔，为铸件预增加要求切去的金属厚度为机械加工余量。铸钢件表面粗糙加大余量，非铁合金表面光洁，余量可小。(2)起模斜度：平行起模仿向的模样表面上增加的斜度。内壁斜度大于外壁的斜度。,3.铸造工艺参数,(3)铸造收缩率：由于合金的线收缩，冷却后的尺寸比型腔尺寸缩小。制造模样时必须要放大一个铸造合金的收缩率。(4)型芯头；对装配的工艺性和稳定性有很大影响。,2.4特种铸造,特种铸造与普通砂型铸造有显著区别的一些铸造方法。常用的特种铸造方法有熔模铸造、压力铸造、气化模铸造和离心铸造等。2.4.1熔模铸造2.4.2压力铸造2.4.3离心铸造2.4.4气化模铸造,2.4.1熔模铸造,1.基本工艺过程蜡模成形：制造压型、压制蜡模、装配蜡模组结壳：浸涂料、撒砂、固化风干脱蜡焙烧和浇注,图2-43,汽轮机叶片铸造工艺过程,熔模铸造,2.特点,(1)优点1.可生产出形状复杂的薄壁小件；2.铸件的精度及表面质量优IT11-14,Ra12.52.5mm；3.适于生产少无切削的铸件。(2)缺点1.铸件不宜过大，最大不超过45kg;2.铸件成本高，工艺过程复杂，生产周期长。,3.应用,适于高熔点合金精密铸件的成批、大量生产，主要用于形状复杂、尺寸精度要求高的小零件，或高熔点、难加工的合金零件,如气轮机叶片。,2.4.2压力铸造,液态金属快速压入金属压铸型中，并在压力下凝固而获得铸件.300700大气压，5100m/s充填速度，0.050.2s充填时间1.工艺过程注入金属压铸取出铸件,图2-45冷室式压铸机,压力铸造,2.特点,(1)优点1.充型能力强,可压铸薄壁、复杂零件。2.精度及表面质量优.3.压力下结晶,铸件强度、硬度高.4.生产率、自动化程度高.50150件/h.(2)缺点1.不适宜高熔点合金,导致压型寿命低;2.压速高气体难排除,缩松、气孔无法避免;3.热处理导致气孔膨胀影响表面质量,大余量机加导致孔洞外露;4.一次性投资大。,3.应用,广泛用于低熔点非铁金属（锌、铝、镁等合金）的小型薄壁（34mm），形状复杂的大批量生产零件。,2.4.4离心铸造,1将液态金属浇入高速旋转铸件中，使其在离心力作用下填充铸型和凝固成型。,图2-48圆筒件的离心铸造,2优点：（1）铸造圆筒形铸件时，可节省型芯和浇注系统，省工省料，降低成本；（2）铸件组织致密，极少有缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷；（3）合金充型能力得到了提高，可以浇注流动性较差的合金铸件和薄壁铸件，如涡轮、叶轮等；（4）便于制造双金属件，如轧辊、钢套、镶铜衬、滑动轴承等。,3应用典型铸件：铁管、套筒、缸套、无缝钢管等,缺点：1内空尺寸偏大，加大切削余量；2不适合于密度偏析大的合金3不适合单件小批量生产,2.4.4气化模铸造,1气化模铸造又称实型铸造。它是用泡沫塑料做模样(包括浇注系统)替代木模(或金属模)进行砂型铸造的。由于浇注时模样迅速气化、燃烧而消失，使金属液充填了模样的位置、冷却凝固形成铸件。,2.特点,a.铸型没有分型面，省去起模和修型工序；b.便于制出凸台、法兰、肋条、吊钩等结构，简化造型工艺，降低劳动强度；c.简化了铸件结构和工艺设计；d.铸件尺寸精度高，减轻了铸件清理工作量e.适用范围广，不受铸造合金、铸件大小及生产批量限制，尤其适用于形状复杂件。,3.应用,典型应用：汽缸头,分流器除低碳钢以外的各种合金.壁厚4mm以上的任何复杂件,2.5砂型铸件结构设计,设计铸件时，不仅要保证使用性能的要求，还要满足铸件在制造过程中工艺性的要求。即考虑铸造生产工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求。应尽量使生产工艺中的制模、造型、制芯、装配、合型和清理等各个环节简化，节约工时，防止废品产生，符合合金铸造性能的要求。,2.5.1.铸造性能对铸件结构的要求1.铸件的壁厚要合理由于合金流动性的限制铸件的壁不能太薄会产生挠不足、冷隔等缺陷，铸件还可能产生白口。但铸件壁亦不能过厚，因厚壁中心部分冷却速度馒，晶粒粗大易产生缩孔和缩松，机械性能降低。因此，一般铸件的最大壁厚应不超过最小壁厚的三倍。,表2-13砂型铸造条件下铸件的最小壁厚值mm,2.铸件壁厚应尽可能均匀应尽可能使铸件壁厚均匀，设计中采用常用的截面形状,其次加强筋是解决铸件壁厚不均的有效办法。,防裂筋的应用1.增加铸件的刚度和强度防止铸件变形图14（a）所示薄而大的平板收缩时易发生翘曲变形，加上几条筋之后便可避免翘曲变形，如图14（b）所示。2.消除铸件的大截面防止铸件产生缩孔、裂纹图15(a)所示铸件壁较厚,容易出现缩孔；铸件厚薄不均，易产生裂纹。采用加强筋后，可防止以上缺陷，如图15(b)所示。,3铸件内壁厚应小于外壁铸件内部的筋、壁等，散热条件差，冷却速度较慢，故内壁应比外壁薄以使整体均匀冷却，从而减少应力和防止裂纹产生。,铸件结构设计,4铸件壁与壁的连接是否合理铸件壁酌转角或两壁相交处，应考虑结构圆角。这样可使相交处散热条件好，冷却均匀，不会产生缩孔。另外，铸造圆角有利于造型和提高铸型强度(应力集中)，避免了铸型尖角处损坏而形成的缺陷.,避免十字交叉和锐角连接为了减少热节和防止铸件产生缩孔与缩松，铸件壁应避免交叉连接和锐角连接。中、小铸件可采用交错接头，大铸件宜用环形接头，锐角连接宜采用图(c)中的过渡形式。,厚壁与薄壁间连接要逐步过渡为了减少铸件中的应力集中现象，防止产生裂纹，铸件的厚壁和薄壁连接时，应采取逐步过渡的方法防止壁厚的突变。,5尽量减少铸件收缩受阻防止裂纹（l）尽量使铸件能自由收缩铸件的结构应在凝固过程中尽量减少其铸造应力。图4-20为轮辐的设计。图4-20(a)为偶数轮辐，产生的内应力较大，有可能产生裂纹。改成图4-20(b)所示的弯曲轮辐或图420(c)所示的奇数轮辐后，利用弯曲轮辐或轮缘的微量变形、可明显减小铸造应力，避免产生裂纹。,6铸件结构采用对称结构防止变形细长铸件采用对称结构，防止铸件变形,如图所示的铸钢粱，由于受较大热应力，产生了变形，改成工字截面后虽然壁厚仍不均匀，但热应力相互抵消变形大大减小。,图28防止变形的铸件结构,2.5.2.铸造工艺对铸件结构的要求在满足零件使用要求的前提下，铸件结构设计应尽量使制模、造型、造芯、合箱和清理过程简化节省工时防止废品，以利于实现机械化生产。在设计铸件外形时，应充分考虑其生产工艺特点，避免那些不必要的、使制模和造型过程复杂化的结构。如铸件外形上沿起模方向的外凸及内凹部分都将增加造型难度，应力求简化这种结构，方便造型。,1避免不必要的型芯和尽量少用活块图所示的铸件带有凸台，造型时影响起模，只能采用活块造型，工艺较复杂。如果将凸台向上延伸到顶部，则起模不受阻碍，避免了采用活块。,铸件上的筋条和凸台妨碍起模，造型时需采用外型芯或活块，较为费工且易出现废品。,2垂直于分型面非加工表面应设置结构斜度在铸件分型面确定后，应使垂直于分型面的非加工表面留有一定斜度这种斜度称为结构斜度，如图所示。铸件设有结构斜度，可使起模方便，起模时型腔表面不易损坏，模样松动量减少，从