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液态成型技术,主讲教师：吴炜,（第1版）,1,目录,绪论,第二章砂型和砂芯的制造,第四章液态金属成型过程,第三章浇注系统设计,第四章铸件的凝固与补缩,第五章铸造工艺设计及工装的应用,第六章铸造生产质量控制,第七章铸件缺陷分析与防止,第八章铸造生产机械装备,第九章特种铸造,2,铸造生产指用熔融的液态合金注入预先制备好的铸型中使之冷却、凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能的毛坯或零件过程，简称铸造。,一、铸造生产的工艺过程、特点及在制造业中的地位,绪论,砂型铸造生产工艺流程图,铸造生产的工艺流程铸造生产基本上由铸型制备、合金熔炼及浇注、落砂及清理等三个相对独立的工艺过程所组成。,3,铸造方法的分类,铸造,砂型铸造,特种铸造,湿型铸造,干型铸造,表干型铸造,熔模铸造,金属型铸造,离心铸造,压力铸造,铸铁铸造,铸钢铸造,有色合金铸造,4,造方法的分类(1)砂型铸造方法:通过紧实型砂获得铸型来得到坯铸件的方法是最主要最传统的铸造方法(2)特种铸造方法:壳型铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、熔模铸造、离心制造、陶瓷型铸造等铸型用砂较少或不用砂，采用特殊工艺装备，可获得表面更灵活、尺寸更精确、机械性能更高的铸件,5,图0-2齿轮毛坯的砂型铸造,砂型铸造以铸造用型砂为主要原材料制成铸型，且液态金属完全靠重力充满整个铸型型腔形成铸件的方法称为砂型铸造。,6,飞轮铸件的生产过程,7,熔模铸造,8,9,熔模铸造产品,10,铸造生产具有以下特点：,优点：1）使用范围广；2）能采用的材料广；3）铸件具有一定的尺寸精度；4）成本低廉、综合经济性能好；5）能源、材料消耗及成本低。缺点：1）工作环境粉尘多、温度高、劳动强度大；2）废料、废气、废水处理任务繁重。,11,二、铸造加工的特点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而成形1.优点：（1）可生产有内腔及外形复杂的毛坯（2）工艺灵活性大各种合金，各种尺寸、形状、重量和数量的铸件都能生产，重量从几克到几百吨，壁厚0.5mm1m左右。（3）铸造成本低2.不足（1）易产生内部缺陷（如组织疏松,晶粒粗大,易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷）（2）铸件机械性能低(冲击韧性)（3）铸造工序多,难以精确控制,铸件质量不够稳定（4）劳动条件较差,12,四、我国铸造技术的发展铸造技术历史悠久.三千年前,青铜器已有应用,二千五百年前,铸造工具已经相当普通.大量历史文物显示着我国古代人民在铸造技术上的精湛创造:早在5000多年前,我们的祖先就能冶炼红铜和青铜等合金,并铸出了简单的铜斧.早在4000年以前,我们的祖先就已开始和使用瓷器,到商代已经有了高度发达的青铜冶炼和铸造技术,从河南安阳商代遗址出土的司母戊鼎提供了有力的证明；四羊方尊也是其中杰出的代表。河南安阳商遗址出土的司母戊鼎重达875kg,外形尺寸(13378110)cm,是迄今世界上最古老的大型青铜器.,13,司母戊鼎,14,四羊方尊,15,河北江陵楚坟中发掘的两把越王勾践的宝剑,长55.6cm,至今仍异常锋利.1978年在湖北省随县曾候乙墓出土的青铜器重达10t其中有一套64件的编钟,据考证是2400年前战国初期铸造的,钟上共铸有错金铭文2800多字,标出音名,音律,每个钟发出两个音,整套编钟音域宽达五个半八度;能演奏各类名曲,音律准确和谐,音色优美动听,整套编钟铸造水平极高,是我国古代青铜器的杰出代表.,16,战国编钟,17,由青铜器过渡到铁器是生产工具的重大发展,我国从春秋战国时期(公元前770475年)开始大量使用铁器,推动了奴隶社会向封建社会的过渡1953年在河北省兴隆县的古燕国铸冶作坊遗址的发掘中,发现距今22002350年的战国时期的铁范(铁质铸型)等87件,可用于铸造铁锄、铁斧、铁镰、铁凿和车具等,18,铁器铸造,19,现立于河北沧州的大铁狮,高5m多,长近6m,重19.3t是公元9世纪五代后周时铸成在兴隆战国铁器遗址中发掘出浇铸农具使用的铁模,由泥砂造型发展到铁模铸造,说明我国古代金属材料液态成型技术已经发展到相当高的水平,这比欧洲国家要早1800年左右,居世界先进行列.,20,二、我国铸造技术的发展,铸造是世界历史上最悠久的工艺技术之一。我国古代铸造技术居世界先进行列。,我国铸件年产量与美、日、德三国的对比,21,三峡右岸电站水轮机转轮叶片22.9T。,22,总重473T，10米直径,23,当代我国铸造技术发展,近几十年来,我国铸造技术发展迅速:(1)在型芯砂方面,推广了快速硬化的水玻璃砂及各类自硬砂,成功地运用树脂砂快速制造高强度砂芯(2)在铸造合金方面,发展了高强度、高韧性的球墨铸铁和各类合金铸铁,成功地用球墨铸铁件代替某些锻钢件.(3)在铸造设备方面,已建立起先进的机械化,自动化高压造型生产线(4)在新工艺新技术方面,各种各样特种铸造或精密铸造方法得到发展和应用,24,我国各行业用户消耗铸件的数量（单位：t）,25,第二章砂型与砂芯的制造,第一节型（芯）砂的组成和性能要求,第二节粘土型（芯）砂,第三节水玻璃粘结剂型（芯）砂,第四节树脂砂,第五节以油类为粘结剂的芯砂,第六节铸型用涂料,26,本章概要：1.砂型铸造中所用原材料的成分和性质；2.常用型（芯）砂的组成、配制工艺及性能控制；,第二章砂型与砂芯的制造,铸造工艺分类：铸型：砂型、金属型、陶瓷型、石膏型、水泥型成型力场：重力、压铸、离心、低压、真空吸铸注：砂型铸件产量占铸件总产量80-90%,27,基本概念：型砂、芯砂制作砂型的混合物称为型砂，制作砂芯的混合物称为芯砂。（原砂、再生砂+粘结剂+附加物）涂料涂敷在型腔或砂芯表面的混合物称为涂料。,型砂铸造优点：造型材料来源广，生产准备周期短，成本低。型砂铸造缺点：铸件外观质量相对较差，且铸型只能使用一次，效率低。,砂型（芯）制造方法：原砂、再生砂+粘结剂+附加物所混制成的混合物。型砂通过外力作用制成砂型（具有一定密度、紧实度的微孔多孔隙体系）,28,第一节型（芯）砂的组成和性能要求,一、型（芯）砂的组成,型（芯）砂是由骨干材料、粘结材料和附加物等原材料按一定比例配制而成。,以粘土为粘结材料的粘土型（芯）砂主要由原砂、粘土、附加物和水配制而成。,图1-1粘土型砂结构示意图,1砂粒2粘土胶体3孔隙4附加物,29,二、型（芯）砂应具备的性能,（1）造型、制芯和合型阶段对型砂性能的要求。,1.湿度：为了得到所需的湿态强度和韧性，粘土砂必须含有适量水分。,判断型砂湿度有以下几种方法：,水分测定法手感判断法紧实率法,2.流动性：型（芯）砂在外力或自重的作用下，沿模样（或芯盒表面）和砂粒间相对移动的能力称为流动性。,3.强度：型砂、芯砂抵抗外力破坏的能力称为强度。,4.可塑性与韧性：可塑性是指型（芯）砂在外力作用下变形，外力去除后仍保持所赋予形状的能力。,30,5.韧性：韧性是指型砂抵抗外力破坏的性能。,6.不粘模性：造型或制芯时，型（芯）砂不粘附在模样（或芯盒）表面的性质称为不粘模性。,（2）铸件浇注、冷却、落砂、清理阶段对型（芯）砂性能要求。,1.耐火度：型（芯）砂抵抗高温作用的性能称为耐火度。,2.透气性：紧实的型砂能让气体通过而逸出能力称为透气性。,3.发气量和有效煤粉含量：型砂中煤粉或其它有机附加物（如重油、沥青等）在浇注受热后产生的气体挥发物量，称为发气量；型砂中煤粉的有效含量，成为有效煤粉含量。,4.退让性：型砂随着铸件收缩而减小其体积的能力称为退让性,5.溃散性：型砂和芯砂在铸件落砂清理时，容易溃散的性能称为溃散性。,31,第二节粘土型（芯）砂,1.粘土型砂根据在合型和浇注时的状态不同可分为：,湿型（湿砂型或潮型）湿型是造好的砂型不经烘干，直接浇入高温金属液体。,干型在合型和浇注前将整个砂型送入烘干窑中烘干。,表面烘干型在浇注前对型腔表层用适当方法烘干一定深度。,2.湿型用湿型砂按造型时情况不同，可分为：,背砂指填充在面砂背面起填充作用的造型砂。,单一砂指不分面砂和背砂，只有一种类型的造型砂。,面砂指特殊配制的在造型时铺覆在模样表面上构成型腔表面层的型砂。,32,3.湿型铸造法,基本特点：砂型（芯）无需烘干，不存在硬化过程。,主要优点：生产灵活性大，生产率高，生产周期短，便于组织流水生产；易于实现生产过程的机械化和自动化；材料成本低；节省了烘干设备、燃料、电力及车间生产面积；延长了砂箱使用寿命；容易落砂等。,主要缺点：采用湿型铸造，也容易使铸件产生一些铸造缺陷，例如夹砂结疤、鼠尾、粘砂、气孔、砂眼、胀砂等。,应用范围：主要用于机械化流水生产和手工造型500Kg以下的铸件。,33,4.表干型铸造法,基本特点：表面层强度高、湿度小，因而浇注质量较大的铸件时不易产生气孔、粘砂、夹砂、冲砂等缺陷。,工艺规范：仅将砂型表面层烘干，烘干的深度一般为520，或将砂型、砂芯自然干燥2448h后再合型浇注。,技术要求：要采用粗砂，型砂水分要严格控制，而且在造型、制芯、合型、浇注等方面应严格按照工艺规程操作才能稳定生产。,34,5.干型铸造法,基本特点:将粘土砂湿型经过烘干而成。,主要优点：砂型烘干后，显著提高了砂型的强度、透气性、降低发气量，使铸件减少气孔、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷，采用涂料后铸件的表面质量亦会得到改善。,主要缺点：干型铸造需要烘干设备，增加燃料消耗，增加吊车作业次数，延长生产周期，缩短砂箱使用寿命，使铸件的成本增加，生产率降低，干型落砂比较困难，还会产生大量灰尘。,应用范围：粘土干型主要用于铸件表面质量要求高，或结构特别复杂的单件或小批生产及大型、重型铸件。,35,一、铸造用原砂,1.石英质原砂及应用,石英质原砂以石英为主要矿物成分的天然硅砂。,天然硅砂特点：资源丰富，分布极广，易于开采，价格低廉，能满足铸造上多数情况的要求。,天然硅砂形成：天然硅砂是由火成岩风化形成的。,火成岩组成及风化：火成岩重的花岗岩是由石英、长石、黑云母等矿物颗粒组成。火成岩经过长期风化作用后，花岗岩中的石英由于化学性质稳定和较坚硬，风化时成分不变，仅被破碎成细粒；花岗岩中的长石、云母，一部分通过化学风化变成粘土，另一部分未被化学风化，混在砂子中。,36,山砂风化后的产物或就地贮集，或经过水力、风力的搬运，远离原处沉积。就地贮集的砂矿称为山砂，含泥分较多，粒形不规则，例如江苏六合红砂、河北唐山红砂等。,河砂、湖砂、海砂经过水力搬运的砂称为海砂、湖砂或河砂。河砂、湖砂、海砂经过水流的冲洗和分选，含泥量很少，颗粒较圆，粒度比较均匀，例如河北北戴河砂、广东新会砂、福建东山砂均为海砂；江西都昌砂、星子砂为湖砂；上海吴淞砂、河南郑庵砂为河砂；,风沙经风力搬运的砂称为风积砂。内蒙古通辽市大林、哲里木盟的伊胡塔、甘旗卡等处的砂子为风积砂，其颗粒形状更圆整而均匀。,37,石英砂岩沉积的石英颗粒被胶体的二氧化硅或氧化铁、碳酸钙等物胶结成块状，称为石英砂岩。石英砂岩的质地比较松散，易加工破碎，颗粒大多呈多角形，例如湖南湘潭的石英砂岩。,石英岩沉积的石英砂粒在地壳高温高压作用下，经过变质而形成坚固整体的岩石则称为石英岩。这种石英岩通常含有很高的SiO2，质地极为坚硬。经过人工破碎、筛分后就可得到人造硅砂（或称为人造石英砂）。,38,对铸造用原砂质量要求,（1）含泥量含泥量指原砂中直径小于0.02mm（20m）的细小颗粒的含量（质量分数），其中既有粘土，也包括极细的砂子和其它非粘土质点。,原砂含泥量检测方法：利用不同颗粒尺寸的砂粒在水中下降速度不同，将原砂中颗粒直径20m与直径S横S内,第二节浇注系统的基本类型及选择,251,封闭式浇注系统可理解为正常浇注条件下，所有组元能为金属液充满的浇注系统，也称为充满式浇注系统。因全部截面上的金属液压力均高于型壁气体压力，故是有压或正压系统。封闭式浇注系统包括了以内浇道为阻流的各种浇注系统和部分扩张式的浇注系统。封闭式浇注系统有较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气体，消耗金属少，清理方便。主要缺点是:进入型腔的金属液流速度高，易产生喷戮和冲砂，使金属氧化，使型内金属液发生扰动、涡流和不平静。因此，主要应用于不易氧化的各种铸铁件。对于容易氧化的轻合金铸件、采用漏包浇注的铸钢件和高大的铸铁件，均不宜使用。,252,2开放式浇注系统,这种浇注系统的特点是S直S内。即阻流截面是内浇道，横浇道截面积最大，直浇道一般是上大下小的锥形，浇注时，直浇道很快充满，而横浇道充满较晚，故可降低内浇道的流速，使浇注初期充型平稳，对铸型的冲击比封闭式的小；在横浇道充满后，因其中的金属液流速较慢，所以挡渣比开放式的好，但浇注初期在横浇道充满前，挡渣效果较差。这种浇注系统在生产中得到广泛使用。,对于树脂砂型，根据树脂砂的特点，浇注系统应遵循的原则是：快（大流量）、稳（防止飞溅和紊流）、顺（金属液流方向有利于气、渣排出）、活（无死角）、封闭、底注、保证压头,255,二、液态金属导入铸件型腔的位置分类,（一）顶注（上注）式浇注系统,以铸件浇注位置为基准，内浇道开设在铸件的顶部，称为顶注式浇注系统。即金属液从铸件顶部注入型腔,256,以浇注位