热加工工艺基础第一章-铸造PPT课件

。1.第一章铸造。第1节概述(P1)铸造：一种将液态金属浇注到适合零件形状和尺寸的型腔中，并在冷却和凝固后获得毛坯或特定形状零件的方法。铸造的本质是液态金属凝固成形。(1)可铸造复杂内腔和外观的毛坯。2)流程灵活性大。几乎可以生产各种尺寸、形状、重量和数量的各种合金和铸件。3)成本低。原材料来源广泛，价格低廉。(1)铸件容易出现疏松的铸件结构、粗大的晶粒、缩孔、气孔、气孔等缺陷。2)铸件的机械性能相对较低。3)铸造工艺多，难以精确控制，铸造质量不够稳定。4)工作条件差，劳动强度大。嘿。4、第二节金属液体成形(P2)，铸件在成形过程中主要是液体充填和凝固伴随着收缩、抽吸和偏析等。这将极大地影响铸件的质量和铸造工艺的设置。5，1。铸件的凝固(P2)。从晶体学的观点来看，液态金属从液态变成固态的过程，是原子从无序排列经过成核和核心生长成规则排列的晶体的过程。因此，合金凝固也称为一次结晶。获得的凝固组织称为铸态组织(晶粒形状、尺寸、分布、缺陷等)。)取决于成分、冷却速率、成核条件等。铸件的温度场(P2)和铸件横截面上的温度分布曲线称为铸件的温度场。图中所示的T曲线是圆柱形铸件的温度场。除了纯金属和共晶合金，铸件的凝固区域(P3)在横截面上有三个区域：(1)固相区域(2)凝固区域(3)液相区域。这三个区域随时间变化：液相区域不断缩小，凝固区域不断推动固相区域铸件向中心扩张。8、3、铸件的凝固方式(P3)。铸件的凝固方式主要取决于凝固带的宽度，可分为三种类型：(1)逐层凝固(2)糊状凝固(3)中间凝固。9，3，铸件的凝固模式(P4)，逐层凝固：对于具有共晶成分的纯金属或合金，由于没有液体和固体共存的凝固区，固体和液体被边界清楚地分开，并且随着温度下降，边界连续地向中心移动，直到凝固完成。膏体凝固：当合金结晶温度范围宽，铸件温度分布相对平缓时，凝固过程中铸件表面没有固体层，凝固区域贯穿整个截面，即膏体首先凝固。中间固化：介于逐层固化和糊状固化之间。大多数合金采用这种凝固方法。10。铸件质量与凝固方法有关(P4)。在逐层凝固过程中，合金具有很强的填充能力(良好的流动性)并且便于防止缩孔和气孔。然而，当糊状物固化时，填充能力差，这容易导致收缩和疏松。11，2，液态金属的填充能力(P4 ),以及填充能力：熔融金属或合金填充模腔以获得形状完整且轮廓清晰的铸件的能力。一些铸造缺陷，如浇注不足、冷隔、砂眼、吊箱、气孔等，都是在不利的充型能量条件下产生的。对于充填能力强的合金液，其所含气体容易上浮并被排除，有利于补充铸件的凝固收缩和凝固后期出现的热裂纹，从而防止气孔、缩孔、缩松和热裂纹等缺陷。12、影响液态合金充型能力的主要因素(P4)、1、合金的流动性2、铸造模具和浇注条件3、铸造结构合金的流动性是：液态合金本身的流动性。合金的流动性越好，填充性能越好。流动性对铸件性能的影响：(1)有利于气体的上浮和去除决定合金流动性的主要因素是：1)合金的类型。2)合金成分。3)杂质和空气含量。1)合金类型。合金的熔点、导热率、粘度和其他物理性质影响流动性。熔点越高，热导率越大，粘度越大，流动性越差。合金的成分。同一合金具有不同的成分、不同的结晶特性和不同的流动性。如图5所示，铁-碳合金的流动性和相图之间的关系。纯金属和共晶合金以逐层凝固方式在恒温下结晶。如图a所示，凝固层表面光滑，电阻小，流动性好，共晶合金熔点最低，流动性最好。然而，亚共晶合金是一种中间凝固模式，复杂的枝晶阻碍流动，因此其流动性差，如图b所示。1)浇注温度越高，液态保持的时间越长，流动性越好；合金越高，粘度越低，电阻越低，填充能力越强。2)灌装压力越高，灌装能力越强。3)模具温度越高，充模能力越好。模具中的气体阻碍填充。17，3，铸件结构条件(P5)，1)减少的厚度也称为等效厚度或模数，即铸件体积与表面积的比率。转换厚度大，散热慢，填充能力好。当铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易填充。2)铸件的复杂程度铸件的结构复杂，流动阻力大，这使得铸模的填充困难。铸件的收缩(P6)合金的收缩：在合金从液态冷却到常温的过程中体积或尺寸的减小。收缩会导致铸件出现缩孔、气孔、裂纹、变形、内应力和其他缺陷。通常用体积收缩率或线性收缩率来表示：体积收缩率：体积收缩率是铸件缩孔或气孔的根本原因。线性收缩是铸件产生应力、变形和裂纹的根本原因。合金的收缩过程可分为三个阶段：如图所示。1)液体收缩2)凝固收缩3)固体收缩，20，1)液体收缩：指合金从浇注温度冷却到液相线温度期间的收缩。过热越大，收缩系数越大，液体收缩率增加。液态下的体积收缩仅表明模腔中的液位降低，并且可以从浇注系统获得液体补充以保持模腔充满。(2)凝固收缩：指合金在液相线和固相线之间凝固阶段的收缩；它由两部分组成：状态变化和温度下降。结晶温度范围越大，收缩率越大。如果在凝固过程中合金的体积收缩没有及时得到补充，就会形成缩孔和气孔。固态收缩：指合金从固相线温度冷却至室温时的收缩。它表示为铸件整体尺寸的减小，用线性收缩表示。它对铸件的形状和尺寸精度有很大影响。这是产生铸造应力、变形和裂纹等缺陷的根本原因。铸件(P7)的收缩比合金的收缩复杂得多。当合金成分和温度不变时，铸件的收缩也与铸件结构和铸造条件有关。铸造结构导致每个零件的冷却速度不同，导致内部应力阻碍收缩。模具和型芯产生机械阻力。铸件的收缩比合金的收缩复杂得多。当合金成分和温度不变时，铸件的收缩也与铸件结构和铸造条件有关。铸造结构导致每个零件的冷却速度不同，导致内部应力阻碍收缩。模具和型芯产生机械阻力。嘿。25，3，缩孔，缩孔的形成及防止方法(P7)，凝固后在铸件的某些部位出现孔洞，大而集中的孔洞称为形成过程如图1-6所示。动画视频演示；缩孔的根本原因是合金的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩，不能得到补偿。缩孔位于铸件的最终凝固区域。该区域也称为热点，通过画一个圆来确定。(2)收缩孔隙的形成(P8)。形成收缩孔隙的基本原因也是液体收缩和凝固收缩大于固体收缩。然而，它主要出现在糊状凝固合金或大截面铸件壁中。形成过程如图1-8所示。动画视频演示。通常，它出现在铸造壁的轴向区域、热接头、冒口根部和内浇口附近。28、缩孔和气孔影响缩孔和气孔形成的因素，a)合金成分：缩孔和气孔的形成趋势与化学成分密切相关；共晶点附近的合金容易形成缩孔，否则容易形成缩孔，如图所示。b)浇注条件和铸造条件：合金浇注温度越高，液体收缩越大，缩孔越容易形成；铸模材料的冷却能力越大，就有利于减少收缩气孔。c)铸件结构。防止缩孔缩松的基本原则是采用合理的工艺条件，即将缩孔缩松转化为缩孔缩松，将缩孔缩松转化为冒口缩松。主要措施包括：1)实现顺序凝固和冒口补缩：是指采用各种工艺措施，在铸件上从远离冒口的部位到冒口建立一个逐渐增大的温度梯度，从而实现从远离冒口的部位到冒口的顺序凝固，如图1-9所示。图11顺序凝固原理示意图。30，2)合理使用立管、冷铁和补贴(P9)。冒口：在铸件的厚壁和热节处设置冒口是防止缩孔缩松的最有效措施。冷铁：由铸铁、钢、铜等制成的冷却材料。提高冷却速度，调整凝固顺序。补贴：在冒口附近的铸件壁上部增加楔形厚度，使铸件壁厚向冒口方向逐渐变厚，即产生向冒口方向逐渐增加的温度梯度，并增加进料距离。三者的综合应用是消除缩孔缩松的有效措施。动画视频演示。31、4、铸件应力、铸件变形和裂纹(P10)，铸件的固体收缩引起的内应力称为铸件应力。根据障碍物形成的原因，可将其分为热障碍物和机械障碍物。由铸件各部分不同的冷却速度和收缩所造成的阻塞称为热阻塞，由它所造成的应力称为热应力。铸模和型芯对铸件收缩的阻碍称为机械阻碍，由它引起的应力称为机械应力。(1)热应力(P10)，热应力：由热障引起，铸件落砂后仍存在热应力，属于残余应力。残余热应力的形成过程：图1-32为框架铸件。在第一阶段，两者都是没有热应力的塑性变形。在第二阶段，在一个塑料和一颗子弹之后仍然没有热应力。在第三阶段，它们都是弹性变形，从而产生热应力。缓慢冷却产生拉伸应力，快速冷却产生压缩应力。残余热应力与铸件各部分的弹性模量、线收缩系数、壁厚差和温差成正比。(2)机械应力(P11)是由机械障碍引起的，通常为拉应力。机械压力是暂时的压力。当应力形成的原因消除后，应力也会消除。然而，如果临时拉应力和残余热应力在某一时刻同时作用并超过铸件的强度极限，铸件就会开裂。(3)降低和消除铸造应力的方法(P11)，1)合理设计铸造结构。尽量避免抑制收缩的结构，使铸件的各个部分都能自由收缩。2) AdopP12当图1-15中的T形梁刚度不足时，它会如图所示变形。预防方法：防止铸造应力的方法也是防止变形的根本方法。同时，可以采用反向变形方法，通过早期落砂和应力消除退火来消除机械应力。铸件中的裂纹(P13)。当铸造应力超过金属的强度极限时，铸件就会开裂。裂纹是严重的铸造缺陷，必须加以防止。根据裂纹形成的温度范围，可分为热裂纹和冷裂纹。铸件裂纹(P14)，(1)热裂纹：凝固结束时在高温下形成的裂纹。裂纹表面被氧化，呈现氧化色，裂纹沿晶界产生和发展，形状曲折不规则。裂缝又短又宽。原因：在凝固结束时，大部分合金已经变成固体，但其强度和塑性非常低。当铸件受到机械阻碍时，小的铸造应力会导致热裂纹。它分布在应力集中或热节点处。防止热裂的措施：提高模具和型芯的屈服，降低机械应力；浇口和冒口的合理设计及同步凝固原理；严格控制硫含量，防止热脆性。38，(3)铸件裂纹(P13)，(2)冷裂纹：当铸件处于弹性状态时，即在低温下形成的裂纹。冷裂纹特征：表面光滑，有金属光泽或轻微氧化色，裂纹通过晶粒出现，外观规则，通常为光滑曲线或直线。防止冷裂纹的措施：预防方法是尽可能减少铸造应力。辐条设计，以避免裂缝，39，5。当气体以固溶体和化合物的形式存在时，铸件中的气体(14)将大大降低铸件的韧性。当气体以孔隙的形式存在时，有效横截面积和强度将减小。它会引起局部应力集中，成为零件断裂的裂纹源。气孔是最常见的铸造缺陷。(1)侵入性气孔：预防措施：减少型砂水分和砂芯产气，增加型砂和砂芯的通气量，适当提高浇注温度。(2)沉淀气孔：预防措施：首先，降低金属的原始气体含量，充分干燥炉料、与金属接触的添加剂、铸造工具等。以降低模具的含水量，并在熔炉熔炼期间进行除气处理。第二，防止气体析出。(3)反应性气孔：预防措施：首先，尽可能减少熔融金属中的空气含量，严格控制模具的含水量，提高其透气性。铸件中的气孔可分为三种类型(14)，41、第三节砂型和砂芯制造(P15)。造型和制芯是砂型铸造中最基本的工序。根据型砂紧实和造型的方法，可分为两种：手工造型和机械造型。铸造主工艺、零件图、铸造工艺图、图样图、芯盒图、铸模装配图、炉料准备、金属熔化、浇注、试验、落砂、清理、检验、热处理、合格铸造、主工艺演示、生产视频、生产视频、45、2、机器建模(P16)、机器建模：用机器完成全部或至少一部分的固砂作业的建模。生产效率高，工作条件好，砂型质量好(致密度高且均匀，型腔轮廓清晰，铸件质量好)。然而，设备和工艺设备成本高，生产准备时间长，适合批量或大批量生产中小型铸件。1.冲击压力成型2、微冲击压实成型3、高压成型4、注射压力成型5、空气冲击成型6、抛砂成型、46、成型生产线。成型生产线连接成型机和其他辅助机器(翻转机、定芯机、成型机、压铁机、落砂机等)。)根据铸造工艺，采用运输设备(模具输送机或辊道)形成一套机械化、自动化的铸造生产系统。(P22) 1。铸造工艺对铸件结构的要求(表1-4)。设计铸件应满足铸造工艺要求。结构和过程之间的关系通常被称为结构可制造性(P24表1-4)，(2)铸件1的内腔，尽可能少带和不带型芯；2、应