机械制造基础课件第二章.ppt

第二章铸造,我国有辉煌的传统冶铸历史，在殷商时期就有灿烂的青铜器铸造技术。如北京明朝永乐青铜大钟，重达46.5t，钟高6.75m，钟唇厚22cm，外径3.3m，钟体内遍铸经文22.7万字，击钟时尾音长达2分钟以上，传距20km。外形和内腔如此复杂、重量如此巨大、质量要求如此高的青铜大钟，正说明我国早已掌握冶炼和铸造技术。,引子,铸造：将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。铸造是生产机器零件毛坯的主要方法之一，其实质是液态金属逐步冷却凝固成形。,铸造的优点：1）可以铸出内腔、外形很复杂的毛坯；2）工艺灵活性大。几乎各种合金，各种尺寸、形状、重量和数量的铸件都能生产；3）成本较低。原材料来源广泛，价格低廉。,铸造的缺点：,铸造在机械制造业中应用十分广泛，在各种类型的机器设备中铸件占很大比重。如表2-1所示。,第1节液态成形理论基础,2.1.1金属的凝固,1.液态金属的结构与性质,2.液态金属的凝固液态金属由液态转变为固态的过程，包括形核和长大两个过程。得到的凝固组织（铸态晶粒形态、大小、分布、缺陷等）取决于成分、冷却速度、形核条件等。,3.铸件的凝固方式,在铸件凝固过程中，铸件断面上存在三个区域，即固相区、凝固区和液相区。其中凝固区对铸件质量有较大影响。铸件的凝固方式也可根据凝固区的宽窄来划分，如图2-1。,1）逐层凝固：纯金属或共晶成分的合金的凝固，如图2-1a；2）糊状凝固：结晶温度范围很宽的合金的凝固，如图2-1c；,3）中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间，大多数合金为此凝固方式，如图2-1b所示。,铸件质量与凝固方式有关，逐层凝固时，合金充型能力强（流动性好），便于防止缩孔、缩松。而糊状凝固时，充型能力差，易产生缩松。,4.影响铸件凝固方式的因素,1）合金的结晶温度范围:结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越倾向于逐层凝固。低碳钢，近共晶成分铸铁倾向于逐层凝固，高碳钢、远共晶成分铸铁倾向于糊状凝固。,2）铸件的温度梯度：在合金的结晶温度范围已定时，若铸件的温度梯度由小变大，则凝固区由宽变窄，倾向于逐层凝固。如图2-2所示。,2.1.2金属与合金的铸造性能,铸造性能是表示合金铸造成形获得优质铸件的能力；用充型能力、收缩性等来衡量。,决定合金流动性的主要因素有：,3）杂质和含气量。固态夹杂物使粘度增加，流动性下降；如灰铁中的MnS；含气量越少，流动性越好。,3.铸型条件,1）铸型的蓄热能力越强，充型能力越差；2）铸型温度越高，充型能力越好；3）铸型中的气体阻碍充型；4）铸件结构，壁厚过小、壁厚变化剧烈、结构复杂、大平面都影响充型。,2.1.2.2合金的收缩,1、收缩。合金从液态冷却至常温的过程中，体积或尺寸缩小的现象。通常用体收缩率或线收缩率来表示：,体收缩率,线收缩率,合金的收缩过程可分为三个阶段：如图2-6所示。,1）液态收缩。指合金从浇注温度冷却到液相线温度过程中的收缩。,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。结晶温度范围越大，收缩率越大。液态和凝固收缩时金属液体积缩小，是形成缩孔和缩松的基本原因。,3）固态收缩。指合金从固相线温度冷却到室温时的收缩。用线收缩率表示。它对铸件形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。,2.影响收缩的因素,1）化学成分;2）浇注温度越高，过热度越大，收缩越大;3）铸件结构和铸型条件，铸件结构造成各部分冷却速度不同，产生内部应力阻碍收缩；铸型和型芯产生机械阻力。,收缩是造成缩孔、缩松、应力、变形和裂纹的基本原因;充型能力不好，铸件易产生浇不到、冷隔、气孔、夹杂、缩孔、热裂等缺陷。,2.1.3铸造性能对铸件质量的影响,2.1.3.1缩孔和缩松,凝固结束后在铸件某些部位出现的孔洞。大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称缩松。缩孔缩松可使铸件力学性能大大降低，以致成为废品。,缩孔产生的基本原因是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值，且得不到补偿。缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域，此区域也称热节。,（1）缩孔的形成形成条件，金属在恒温或很窄的温度范围内结晶，铸件壁以逐层凝固方式凝固。形成过程如图2-7所示：,1.缩孔和缩松的形成,图2-7缩孔形成过程示意图,（2）缩松的形成其基本原因也是液态收缩和凝固收缩大于固态收缩。但主要出现在糊状凝固的合金中，或断面较大的铸件壁中。形成过程如图2-8所示。一般出现在铸件壁的轴线区域、热节处、冒口根部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方。,图2-8缩松形成过程示意图,（3）缩孔缩松的形成规律,1）合金的液态收缩和凝固收缩越大（如铸钢、白口铁等），铸件越易形成缩孔。2）合金的浇注温度越高，液态收缩越大，越易形成缩孔。3）结晶温度范围宽的合金，倾向于糊状凝固，易形成缩松。纯金属和共晶成分合金倾向于逐层凝固，易形成缩孔。,2.缩孔和缩松的防止,一定成分的合金，缩孔、缩松的数量可以相互转化，但其总容积基本一定，如图2-9所示。,图2-9铁碳合金成分与体积收缩率的关系,防止缩孔和缩松的基本原则是：采用合理的工艺条件，使缩松转化为缩孔，并使缩孔移至冒口中。,（1）按照顺序凝固原则进行凝固是指采用各种工艺措施，使铸件上从远离冒口的部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口的方向顺序地凝固，如图2-10所示，使缩孔转移到冒口中。,（2）合理确定内浇道位置及浇注工艺内浇道的引入位置应按照顺序凝固原则确定；浇注温度和浇注速度应根据铸件结构、浇注系统类型确定，慢浇有利于顺序凝固，有利于补缩，消除缩孔。,适用于收缩大或壁厚差别大，易产生缩孔的合金铸件，如铸钢、高强度灰铸铁、可锻铸铁等。,图2-10顺序凝固原则示意图,（3）合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施冒口，在铸件厚壁处和热节部位设置冒口，是防止缩孔、缩松最有效的措施。冷铁，用铸铁、钢、铜等材料制成的激冷物。加大冷却速度，调节凝固顺序。补贴，在铸件壁上部靠近冒口处增加一个楔型厚度，使铸件壁厚变成朝冒口逐渐增厚的形状，即造成一个向冒口逐渐递增的温度梯度，增大补缩距离。,2.1.3.2铸造应力,铸造应力:铸件的固态收缩受到阻碍而引起的内应力。可分为热应力和收缩应力；热阻碍：铸件各部分由于冷却速度不同，收缩量不同而引起的阻碍,由其引起的应力称热应力。机械阻碍：铸型、型芯对铸件收缩的阻碍,由其引起的应力称机械应力（收缩应力）。,1.热应力,第一阶段，两者都塑性变形，无热应力；第二阶段，一塑性，一弹性，仍无热应力；第三阶段，两者均弹性变形，冷却慢的受拉，快的受压。残留热应力和合金的弹性模量、线收缩系数、铸件各部分壁厚差别及温度差成正比。,图2-12热应力的形成,由热阻碍引起，落砂后热应力仍存在于铸件内，是一种残留铸造应力，以框架铸件为例，说明残留热应力的形成过程，如图2-12所示，其热应力形成过程分三阶段。,2.收缩应力由机械阻碍产生，一般都是拉应力，在形成应力的原因消除时，应力也随之消除。但如果临时拉应力和残留热应力同时作用在某瞬间超过铸件的强度极限时，铸件将产生裂纹。如图2-13所示。,3.减小和消除铸造应力的措施1）合理设计铸件结构。尽量避免牵制收缩的结构，如壁厚均匀，壁之间连接均匀等。2）尽量选用线收缩率小、弹性模量小的合金。3）采用同时凝固的工艺。如图2-14所示，各部分温差小，不易产生热应力。主要用于收缩较小的普通灰铸铁、结晶范围大，不易实现冒口补缩，对气密性要求不高的锡青铜铸件等。,4）设法改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇冒口。5）对铸件进行时效处理。自然时效、热时效（去应力退火）和共振时效。,2.1.3.3铸件的变形与裂纹,1.铸件的变形残留铸造应力超过铸件材料的屈服极限时产生的翘曲变形。如图2-15所示的框架铸件，图2-16的T形梁，当刚度不够时，将产生如图所示的变形。再如图2-17所示的车床床身的变形。,防止铸造应力的方法也是防止变形的根本方法；同时在工艺上还可以采用反变形法，提早落砂去应力退火消除机械应力。,2.铸件的裂纹：当铸造应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹。可分为热裂和冷裂。,1）热裂在凝固末期高温下形成的裂纹。裂纹表面被氧化而呈氧化色，裂纹沿晶粒边界产生和发展，外形曲折而不规则；裂纹短，缝隙宽。产生原因：凝固末期，合金绝大部分已成固体，但强度和塑性很低，当铸件受到机械阻碍产生很小的铸造应力就能引起热裂。分布在应力集中处或热节处。,防止热裂的措施：,2）冷裂是铸件处于弹性状态即在低温时形成的裂纹。其表面光滑，具有金属光泽或呈微氧化色，裂纹穿过晶粒而发生，外形规则，常是圆滑曲线或直线。防止方法是尽量减少铸造应力。,砂型铸造是应用最广的铸造方法，约占总产量的80%以上，其基本工艺过程如下：,第2节砂型铸造方法,零件图,铸造工艺图,模样图、芯盒图、铸型装配图,准备炉料,熔炼金属,浇注,化验,落砂、清理,检验,热处理,合格铸件,造型和制芯是砂型铸造最基本的工序，按照紧实型砂和起模的方法，可分为手工造型和机器造型两大类。,2.2.1手工造型,1.手工造型全部用手工或手动工具完成的造型。手工造型特点：操作灵活，工艺装备（模样、芯盒、砂箱）简单，生产准备时间短，适应性强，可用于各种大小形状的铸件。缺点是对工人技术水平要求较高，生产率低，劳动强度大，铸件质量不稳定，用于单件、小批生产。,2.常用手工造型特点及应用,手工造型按模样特征可分为：整模造型，分模造型、活块造型、挖砂造型、假箱造型、刮板造型；按砂箱特征分：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型。具体特点及应用见表2-2。,机器造型：用机器全部或至少完成紧砂操作的造型。生产效率高，劳动条件好，砂型质量好（紧实度高而均匀，型腔轮廓清晰，铸件质量也好。但设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长，适于中小铸件的成批或大量生产。,2.2.2机器造型,1.机器造型的紧砂方法,机器造型的紧砂方法主要有压实、振实、振压、抛砂四种基本形式。,1）振压紧砂：以压缩空气为动力，工作原理如图2-19所示。,2）抛砂紧实：工作原理如图2-20所示。,2.机器造型的起模方法,1）顶箱起模：如图2-21a所示。机构简单，但易漏砂，用于型腔简单、高度小的铸型，多用于上型，以省却翻箱。,2）漏模起模：如图2-21b所示。一般用于形状复杂或高度较大的铸型。,3）翻转起模：如图2-21c所示。机构较复杂，但不易掉砂，适用于型腔较深，形状复杂的铸型，常用于下型。,三、造型生产线,将造型机和其它辅机（翻转机、下芯机、合型机、压铁机、落砂机等）按照铸造工艺流程，用运输设备（铸型输送机或辊道）联系起来，组成一套机械化、自动化铸造生产系统，如图2-22所示。,2.2.3造型材料,对型砂、芯砂性能的要求：,A、强度B、透气性C、耐火度D、退让性E、可塑性,2.型砂、芯砂的组成：,A、原砂B、黏结剂C、附加物D、涂料和扑粉,2.2.4造芯,开通气孔和通气道2.放芯骨和安装吊环,2.2.5浇注系统,外浇道2.直浇道横浇道内浇道冒口,1-铸件2-冒口3-盆形外浇道（浇口盆）4-漏斗形外浇道（浇口杯）5-直浇道6-横浇道7-内浇道（两个）,2.2.6合型、熔炼与浇注,1合型,合型时应检查铸型型腔是否清洁，型芯的安装是否准确牢固，砂箱的定位是否准确，牢固。,2熔炼,金属液的温度过低，会使铸件产生冷隔、浇不足、气孔等缺陷。金属液的温度过高，会导致铸件总收缩量增加，吸收气体过多，粘砂等缺陷。铸造生产常用的熔炼设备有冲天炉（熔炼铸铁）、电弧炉（熔炼铸钢）、坩埚炉（熔炼有色金属），感应加热炉（熔炼铸铁和铸钢）。,3浇注,若浇注温度过高，金属液吸气多，液体收缩大，铸件容易产生气孔、缩孔、粘砂等缺陷。若浇注温度过低，金属液流动性差，铸件易产生浇不足，冷隔等缺陷。,2.2.7落砂、清理与检验,1落砂浇注后，必须经过充分的凝固和冷却才能落砂。若落砂过早，铸件的冷速过快，使铸铁表层出现白口组织，导致切削困难；若落砂过晚，由于收缩应力大，使铸件产生裂纹，且生产率低。2清理落砂后，用机械切割，铁锤敲击，气割等方法清除表面粘砂，型砂（芯砂），多余金属（浇口、冒口，飞翅和氧化皮）等操作过程称为清理。铸件清理后应进行质量检验。并将合格铸件进行去应力退火。3检验铸件清理后应进行质量检验。可通过眼睛观察（或借助尖嘴锤）找出铸件的表面缺陷，如气孔、砂眼、粘砂、缩孔、浇不足、冷隔。对于铸件内部缺陷可进行耐压试验、超声波探伤等。,第3节特种铸造方法,与普通砂型铸造不同的其他铸造方法统称为特种铸造，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、挤压铸造、实型铸造等。,2.熔模铸造的特点和适用范围,熔模铸造适用于制造形状复杂，难以加工的高熔点合金及有特殊要求的精密铸件；主要用于汽轮机、燃汽轮机叶片、切削刀具、仪表元件、汽车、拖拉机及机床等零件的生产。,主要特点如下：1）铸件的精度和表面质量高；尺寸公差IT11IT14，12.51.6；2）可制造形状较复杂的铸件；3）适用于各种合金铸件，尤其是高熔点和难以加工的高合金钢，如耐热合金、不锈钢、磁钢等。4）工艺过程较复杂，生产周期长，使用费和消耗的材料费较贵，多用于小型零件。,2.3.2金属型铸造,金属型铸造是在重力作用下将金属液体浇入金属铸型以获得铸件的方法。铸型用金属制成，可反复使用，故又称永久型铸造。,2）刷涂料：金属型表面应喷刷一层耐火涂料，以保护型壁表面，免受直接冲蚀和热击。还可改变冷却速度，蓄气和排气。不同合金采用不同涂料，铝合金常用含氧化锌粉、滑石粉和水玻璃的涂料；灰铸铁用石墨、滑石粉、耐火粘土、桃胶和水。,3）浇注温度：浇注温度应比砂型铸造高20300C。,4）开型时间:在型内停留时间越长，温度越低，收缩量越大，取出铸件越困难，产生内应力和裂纹的倾向越大；同时金属型的温度越高，冷却时间越长，生产率下降。因此合适的开型时间十分重要。,3.金属型铸造的特点和应用范围,金属型铸造适用于大批生产的有色合金铸件，如铝合金的活塞，汽缸体等。,1）金属型铸件冷却快，组织致密，机械性能较高；2）铸件的精度和表面质量较高；尺寸公差IT13IT16，12.56.3；3）实现了“一型多铸”，提高了生产率，改善了劳动条件；4）金属型不透气且无退让性，铸件易产生浇不到、裂纹或白口等缺陷。,2.3.3压力铸造,压力铸造：将熔融金属在压铸机中以高速压射入金属铸型内，并在压力下结晶的铸造方法。,2.压力铸造的特点和应用范围,缺点：1）压铸时，高速液流会包住大量空气，凝固后在铸件表皮下形成许多气孔，故不能太多加工和热处理。,优点：1）铸件的尺寸精度高，表面粗糙度小，尺寸公差IT11IT15，3.20.8；2）可压铸形状复杂的薄壁精密铸件，如可直接铸出螺纹、齿形；3）压铸件在高压下结晶，组织致密，力学性能好，其强度比砂型铸件提高25%40%；4）生产率很高，生产过程易于机械化和自动化。,2）设备投资大，生产准备周期长，只适于大量生产。,压力铸造主要用于生产铝、锌、镁等有色合金铸件，如发动机缸体、缸盖、箱体、支架等。,3）增压凝固，型内合金在较高压力下结晶、凝固。4）减压、降液，坩埚上部与大气连通，升液管内合金液流回坩埚。5）开型取出铸件。,2.低压铸造的特点和应用范围,1）充型平稳且易控制，减少了冲击、飞溅现象，不易产生夹渣、砂眼、气孔等缺陷，提高了产品合格率。2）金属液上升速度和结晶压力可调整，低压铸造适用于各种铸型、各种合金和各种大小的铸件。3）浇注系统简单，金属利用率高。4）与重力铸造（砂型、金属型）比较，铸件的轮廓清晰，力学性能较高，劳动条件改善，易于机械化和自动化。,低压铸造主要用于质量要求高的铝、镁合金铸件，如气缸体、气缸盖、铝活塞等。,2）卧式离心铸造：铸型绕水平轴旋转，如图2-27c所示，铸件壁厚均匀，适于长度较大的管、套类零件。,离心铸造主要用于管、套类零件。如铸铁管、铜套、气缸套等。,缺点：铸件易偏析，内孔不准确，内表面较粗糙。,2.3.6挤压铸造,挤压铸造：用铸型的一部分直接挤压金属液，使金属在压力作用下成形、凝固而获得零件或毛坯的方法；又称液态模锻。,2、挤压铸造的特点及应用范围,挤压铸造多采用金属型，挤压的工艺过程包括铸型准备、浇注、合型加压、完成等过程。如大型薄壁铝合金铸件的挤压工艺过程如图2-29所示。,挤压铸造与压力铸造、低压铸造都是利用压力作用使铸件成形而获得致密铸件。其特点如下：1）挤压铸件的尺寸精度和表面质量高，尺寸公差IT11IT13，6.31.6；2）无需开设浇冒口，金属利用率高；3）适应性强，大多数合金都可采用挤压铸造；4）工艺简单、节省能源和劳力，易于实现机械化和自动化，生产率比金属型高1倍。,挤压铸造主要用于生产强度较高、气密性好的铸件及薄板类铸件，如阀体、活塞、机架、铸铁锅等。,2.3.7实型铸造,实型铸造又称气化模铸造和消失模铸造，它是采用泡沫塑料代替木模或金属模进行造型。造型后模样不取出，浇入金属液后，模样燃烧气化消失，金属液填充模样的位置，冷却凝固成铸件的生产方法。,2.实型铸造的特点和适用范围1）工序简单、生产周期短、效率高，劳动强度低；2）铸件尺寸精度高；3）可采用无粘结剂型砂，铸件清理方便；4）零件设计自由度大，即结构工艺性好。,实型铸造适用范围较广，几乎不受铸件结构、尺寸、重量、材料和批量的限制，特别适于生产形状复杂的铸件。,2.3.8各种铸造方法比较,各种常用铸造方法特点比较如表2-3所示。,第4节铸造工艺设计,铸造工艺设计是根据铸件结构特点、技术要求、生产批量、生产条件，确定铸造方案和工艺参数，绘制工艺图，编制工艺卡和工艺规范。铸造工艺包括：铸件的浇注位置和分型面位置，加工余量、收缩率和拔模斜度等工艺参数，型芯和芯头结构，浇注系统、冒口和冷铁的布置等。,2.4.1.1浇注位置的选择,浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的空间位置；浇注位置对铸件质量及铸造工艺都有很大影响。选择时应考虑如下原则：,1）铸件的重要加工面应朝下或位于侧面，以保证获得较好质量。如图2-31的机床床身和锥齿轮，导轨和锥面为重要加工面，应朝下。图2-32为吊车卷筒，采用立位以保证侧面的质量均匀。,2.4.1铸造工艺设计的内容,3）面积较大的薄壁部分应置于铸型下部或垂直、倾斜位置。如图2-34的箱盖铸件，如图2-35的双排链轮。,2）铸件宽大平面应朝下，否则易造成夹砂结疤缺陷。如图2-33所示。,4）形成缩孔的铸件，应将截面较厚的部分置于上部或侧面，便于安置浇冒口补缩。如图2-36的支架。,5）应尽量减少型芯的数量，且便于安放、固定和排气。如图2-37所示的机床床脚铸件。,分型面：指分开铸型便于取模的结合面。它决定了铸件在造型时的位置。通常造型位置和浇注位置一致。分型面对铸件质量及铸造工艺有很大影响。首先应保证铸件质量要求，其次应使操作尽量简化，再考虑具体生产条件。应考虑以下原则：,2.4.1.2铸型分型面的选择,（1）便于起模，使造型工艺简化。1）分型面应选在铸件的最大截面处；2）应尽量减少型芯和活块的数量，以简化制模、造型、合型工序；3）分型面应尽量平直，如图2-38起重臂分型面的选择。4）尽量减少分型面，机器造型只能有一个分型面，如图2-39所示可采用外芯，减少分型面。,（3）使型腔和主要型芯位于下箱，以便于下芯、合型和检查型腔尺寸。如图2-41所示的机床床脚的铸造工艺。,（2）尽量使铸件重要加工面或大部分加工面、加工基准面放在一个砂型内，减少错箱、披缝和毛刺，提高铸件精度。如图2-40所示箱体采用II分型面。,2.4.1.3铸造工艺参数确定,铸造工艺参数是与铸造工艺过程有关的某些工艺数据，包括收缩余量、加工余量、起模斜度、铸造圆角、芯头芯座等，它直接影响模样、芯盒的尺寸和结构，选择不当会影响铸件的精度、生产率和成本。,1.收缩余量：为补偿收缩，模样比铸件图样尺寸增大的数值。其大小与铸件尺寸大小、结构、壁厚、铸造合金的线收缩率及收缩时受阻碍情况有关。常以铸件线收缩率表示。即,2.加工余量：指在铸件表面上留出的准备切削去的金属层厚度。影响加工余量的因素有合金种类、铸造方法、铸件结构、尺寸及加工面在型内的位置等。,3.起模斜度：为便于取模，在平行于起模方向的模样表面上所增加的斜度称起模斜度。一般用角度或宽度表示，如图2-42所示。起模斜度应根据模样高度及造型方法来确定。对有加工余量的侧面应加上加工余量再给起模斜度，一般按增加厚度法或加减厚度法。非加工面用减小厚度法。,4.芯头：芯头起定位和支撑型芯、排除型芯内气体的作用，不形成铸件轮廓。有垂直和水平两种形式。1）垂直芯头：上下都有芯头；只有下芯头，无上芯头；上下都无芯头。如图2-43所示。2）水平芯头：两个芯头；联合芯头；加长加大芯头，型芯撑，如图2-44所示。,2.4.1.4铸造工艺图的绘制,铸造工艺图是在零件图上以规定的红、蓝等色符号表示铸造工艺内容所得到的图形。它决定了铸件的形状、尺寸、生产方法和工艺过程。其绘制步骤如下：,1）分析铸件质量要求、结构特点和生产批量；2）选择造型方法；,3）选择浇注位置和分型面；4）确定工艺参数。如加工余量、起模斜度、不铸孔、铸造收缩率；5）设计型芯；6）设计浇冒口系统；7）绘制铸造工艺图。,2.4.2铸造工艺实例,铸造工艺设计的内容，就是在对零件图进行工艺分析的基础上，绘制铸造工艺图。如图2-45所示的车床进给箱体零件图，其工艺分析如下：,该铸件在质量上没有特殊要求，故应尽量简化造型工艺，同时保证基准面的质量，可有如图2-46a所示的三种方案。,方案I分型面在轴孔轴线上，凸台A和槽C采用型芯，便于铸出轴孔，飞边少，易清理，下芯头尺寸大，稳定性好；但基准面D朝上，易产生缺陷；型芯数量较多。适于大批量生产。铸造工艺图如图2-46b所示。方案II分型面在基准面D处；凸台E和槽C分别采用活块和型芯，基准面朝上，易产生缺陷，轴孔如铸出因无芯头而易产生飞边，难清理。适于单件小批量不铸出孔时采用。方案III分型面在B处；铸件全部位于下箱；凸台A、E和槽C分别采用活块和型芯，基准面朝下；易于保证铸件质量；但内腔型芯稳定性差；轴孔如铸出因无芯头而易产生飞边，难清理；适于单件小批量不铸出孔时采用。,第5节铸件结构工艺性,铸件结构工艺性指铸件结构应符合铸造生产要求，满足铸造性能和铸造工艺对铸件结构的要求。,2.5.1铸造合金性能的影响,铸件结构，必须满足合金铸造性能的要求，不然可能产生浇不足、冷隔、缩松、气孔、裂纹和变形等缺陷。,1.铸件壁厚的设计1）铸件的最小壁厚：在各种工艺条件下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。它主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状。2）铸件的临界壁厚：厚壁铸件，易产生缩孔、缩松、晶粒粗大等缺陷，力学性能下降，故存在一个最大壁厚。一般取最小壁厚的三倍。,3）铸件壁厚应均匀，避免厚大截面，并防止壁厚的突变。如图2-47，图2-48所示。,2.铸件壁间连接的设计为减少热节、防止缩孔，减少应力，防止裂纹，壁间应圆角连接并逐步过渡。如图2-49所示。,3.避免铸件收缩受阻的设计铸件收缩受阻时，易产生内应力，从而产生裂纹，故应尽量避免受阻收缩。如图2-50的轮辐可采用奇数轮辐或采用弯曲轮辐。,4.防止铸件翘曲变形的设计细长形或平板类铸件收缩时由于内应力易产生翘曲变形，可采用对称结构或采用加强筋。如图2-51所示。,2.5.2铸造工艺的影响,铸件结构设计，除应满足零件的使用要求外，还应使铸造工艺过程简化，以提高生产和质量。,1.铸件外形设计设计时应尽量避免侧凹、窄槽和不必要的曲面。如图2-52的端盖铸件，图2-53的箱体铸件，图2-54的托架结构，图2-55的凸台。,2.铸件内腔设计尽量减少不必要的型芯；需要型芯时应考虑支撑、排气、清砂要求。对薄壁和耐压零件尽量不用芯撑，可采用工艺孔。如图2-56的内腔设计；图2-57的轴承架结构。,3.考虑结构斜度垂直于分型面的非加工面应设计结构斜度，以便于起模。,2.5.3铸造方法的影响,对于特种铸造方法，根据其工艺特点，还需考虑一些特殊要求。,1.熔模铸件的结构特点1）便于从压型中取出蜡模和型芯，如图2-58所示。2）铸孔的直径不要太小和太深，应大于2mm，通孔深度不大于直径的4-6倍，不通孔不大于2倍；铸槽的宽度不要太小和太深，宽度应大于2mm，深度为26倍；铸件壁厚不要太薄，一般为28mm。,3）熔模铸造工艺上一般不用冷铁，少用冒口，多用直浇口直接补缩，故壁厚要均匀，或是壁厚分布满足顺序凝固要求，无分散热节。,4）可铸出各种复杂形状的铸件，故可将几个零件合铸为一个，以减少加工和装配。如图2-59所示的车床手轮手柄。,2.金属型铸件的结构特点1）铸件的外形和内腔应尽量简单，尽量采用大的结构斜度，避免采用过小过深的孔，以便于抽芯，并尽量采用金属芯。如图2-60所示。2）铸件壁厚差别不能太大，以防止缩松和裂纹；壁厚不能太薄。,3.压铸件的结构特点1）压铸件的外形应使铸件能从压型中取出，内腔便于抽芯。如图2-61所示。2）压铸件壁厚应尽量均匀，且不宜太厚。3）充分发挥镶铸的优越性，以便制出复杂件，并改善局部性能、简化装配。,4.离心铸件的结构特点内外直径不宜相差太大，立式离心铸造直径应大于高度的3倍。,第6节铸造成形新发展,2.6.1凝固理论推动的铸造新发展,1.定向凝固和单晶、细晶铸造；2.半固态铸造；3.快速凝固铸造；4.其他凝固铸造。如悬浮铸造、旋转震荡结晶法和扩散铸造。5.差压铸造。,2.6.2造型技术的新发展,1.气体冲压造型；2.静压造型；3.真空密封造型；4.冷冻造型。,2.6.3计算机技术推动铸造的新发展,1.铸造过程的数值模拟；2.铸造工艺CAD；3.铸造过程的计算机控制。,返回文档,图2-5结晶特性对流动性的影响a)恒温下b)一定温度范围,图2-13收缩应力的形成,返回文档,返回文档,图2-14同时凝固原则,返回文档,图2-17车床床身导轨面的变形,返回文档,图2-19振压紧砂机构原理图,返回文档,图2-20抛砂紧实机构原理图,返回文档,图2-21起模方法示意图,图2-22自动造型生产线1卸箱机2移箱机3、13落砂4下箱自动造型机5刷砂刷6平车7放箱机8翻转机9合型机10辊道11换模小车12上箱自动造型机14铸型15浇注工段16输送带,返回文档,图2-23熔模铸造工艺过程,返回文档,a）压型b）压制蜡模c）焊蜡模组,d）结壳脱模e）浇铸f）带有浇铸