第2章铸造1.ppt

1、本章大纲计划4学时， （一）教学要求: 掌握铸造工艺基础；熟悉砂型铸造和特种铸造的方法和工艺过程，适应范围和特点； 熟悉铸件的结构设计要求。 （二）教学的重点与难点 重点：铸造性能及其对铸件质量的影响。 难点：铸造结构设计。 （三）教学内容,第2章 铸造 1,第2章 铸造,铸造过程是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属在重力、压力、离心力、电磁力等外力作用下充满铸型，凝固后获得一定形状与性能铸件的生产过程。 铸造生产是机器制造业的基础，各种大小类型的机器和仪表上的铸件一般占总重量的4080%，其之所以应用广泛，它具有以下优点：,1. 生产成本低（制造成本只占机器总成本的25%30%。 2. 工艺灵

2、活性大，适应性广（有几克到几百吨）； 3. 铸件形状、尺寸与零件相似，节约金属，减少切削加工；特别是精密铸造成为“少切削、无切削工艺”的方法之一。 但也有不足之处；铸件力学性能不及锻件高，（脆性大）废品率高，内部有缩孔、缩松、气孔、砂眼等缺陷，工人劳动条件差。,第2章 铸造 2,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 1,一、液态合金的充型 1. 液态金属的结构与性质及充型 （1）液态金属的结构与性质 试验表明，熔化后的液态金属由许多呈有序排列的游动原子集团所组成，温度越高，原子集团尺寸越小，游动越快。 这些结构特点决定了液态金属具有粘度和表面张力等特性。粘度表征了介质中一部分质点对另一部分质点作相

3、对运动时所受到的阻力。表面张力是在液态表面上平行于表面方向、且在各方向均相等的张力。在此张力作用下在靠近器壁处产生弧形弯曲。,2.1铸造工艺基础,（2）液态合金的充型 液态金属充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力，称为合金的充型能力。充型能力先决于合金本身的流动能力，同时受外界条件的影响。 2. 影响合金充型能力的主要因素 （1）合金的流动性 熔融金属的流动能力，是固有属性。可用螺旋线试样来测得。流动性好，充型能力就强，避免产生缺陷。其影响因素有： （a）合金的种类(熔点高差） （b）合金的成分（共晶合金好）幻灯片 5 （c）杂质与含气量（多了影响大）,第2章 铸造 2.1铸造工艺基

4、础 5,幻灯片 7,0.45%C 铸钢：200,4.3%C 铸铁：1800,幻灯片 4,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 6,合金流动性主要取决于合金化学成分所决定的结晶特点,a）在恒温下凝固,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 8,幻灯片 4,（2） 浇注条件 1）浇注温度，流动性越好； 2）充型压力，流动性越好； （3） 铸型条件 1）铸型的蓄热能力比热和热导率大，冷却强，充型差。 2）铸型温度浇注前预热，提高充型能力。 3）铸型中的气体阻碍熔融金属的充型。 4）铸件结构形状复杂、 壁薄、散热面大的件影响充型。,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 9,二、铸件的凝固与收缩 1.液态金属的凝固

5、铸造的实质是液态金属逐步冷却凝固而成形。固态金属为晶体，金属的凝固过程又称结晶。包括形核和长大两过程。 铸件的微观组织是指内部结构的形态、大小和分布，以及各种缺陷等。铸件的凝固组织对金属材料的力学性能、物理性能影响很大。一般晶粒越细小均匀，强硬度越高，塑、韧性越好。影响其组织的因素有：成分、冷却速度、形核条件等。,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 2,（1）铸件的凝固方式,1）逐层凝固a（纯金属或共晶合金） 2）糊状凝固c（像水泥） 3）中间凝固b,一般地，结晶范围小倾向于逐层凝固，其充型能力强，便于防止缩孔和缩松的产生； 反之为糊状凝固，难以获得结晶紧实的铸件。,铸件的凝固方式决定了铸件的组

6、织结构形式，是影响铸件质量的内在因素。,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 3,（2）影响铸件凝固方式的因素 1）合金的结晶温度范围 2）铸件的温度梯度 在合金结晶范围一定时，凝固区域的宽窄取决于铸件内外层间的温度梯度(s1s2)，如图。而温度梯度取决于 合金的性质(凝温低 ，梯度小） 铸型的蓄热能力（激冷能力愈强，梯度大）,浇注温度（浇温高会降低铸型的冷却能力，从而降低铸件的温度梯度）,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 4,2. 合金的收缩 （1）收缩的概念 合金从浇注、凝固直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象，称为收缩。是影响铸件几何形状、尺寸、致密性，甚至造成某些缺陷的重要性能之

7、一。 用体积收缩率和线收缩率来表示。,体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。,线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因。,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 10,合金的收缩经历如下三个阶段：,1）液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。,2）凝固收缩 从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。,3）固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 11,（2） 影响收缩的因素 1）化学成分,几种铁碳合金的体积收缩率,2）浇注温度（高大） 3）铸件结构和铸型条件（铸型和型芯产生机械阻力，比自由收缩小）,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 12,三、铸造应力 铸件在凝固、

8、冷却过程中，由于各部分体积变化不一致、彼此制约而使其固态收缩受到阻碍引起的内应力叫铸造应力。按阻碍收缩原因的不同，又分为热应力和机械应力。铸造应力是液态成形件产生变形和裂纹的基本原因。 铸件各部分由于冷却速度不同、收缩量不同而引起的阻碍称热阻碍；由热阻碍引起的应力为热应力； 铸型、型芯对铸件收缩的阻碍，称为机械阻碍;由机械阻碍引起的应力为机械应力（收缩应力）。 铸造应力可能是暂时的，当引起应力的原因消除后应力随之消失为临时应力；也可能是长期存在的称为残余应力。,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 1 6,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

9、应力。,T0T1: a),T1T2：b)c),T2T3：d),1热应力,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。,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 17,铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生机械应力。,2.机械应力（收缩应力）,形成原因一经消除此应力也随之消失，因此是暂时应力。 当铸件在收缩应力和热应力共同作用下大于铸件的抗拉强度时，铸件会产生裂纹。,上型,下型,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 18,3.减小和消除铸造应力的措施 （1）合理地设计铸件的结构。使壁厚均匀、对称、简单。 （2）尽量选用线收缩率小、弹性模量小的合金。,（

10、3）采用同时凝固的工艺。 （4）设法改善铸型、型芯的退让性，合理设置冒口等。 （5）对铸件进行时效处理。（自然时效、热时效（去应力退火）、共振时效）,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 1 9,四、铸件的变形与裂纹 1. 铸件的变形 当残余铸造应力超过材料的屈服点时，就产生翘曲变形。,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 20,防止变形的方法：,防止铸造应力的产生； 采用反变形法； 提高铸型刚度，加大压铁重量可以减少挠曲变形量； 控制铸件的开箱时间； 设置防变形肋； 改变铸件的结构，减小阻力，防止变形。,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 21,（1）热裂在铸件凝固的后期，机械应力超过其高温强度.,热

11、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.铸件的裂纹 铸造应力超过金属的强度极限就产生裂纹。,（2） 冷裂 在较低温度下，热应力和收缩应力综合作用，使其超过强度极限。,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。 4）改变结构设计。,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础

12、 22,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,五、铸件的质量控制,1. 缩孔与缩松,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 13,铸件的缺陷有：缩孔、缩松、应力、变形、裂纹（收缩引起）、浇不足、冷隔、气孔、夹杂、热裂（充型能力引起的）等。,2.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”。,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 14,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。 同时凝固铸件各部

13、分温差很小，几乎同时进行凝固。在厚大部位放置冷铁采用激冷作用实现同时凝固。,合理地应用冒口和冷铁,第2章 铸造 2.1铸造工艺基础 15,2.2合金铸件的生产工艺 （不讲）,2.3 砂 型 铸 造 铸造方法很多，砂型铸造是最常用的最基本的铸造方法。它占铸件总产量的80%以上。其基本工艺过程如下图：,第2章 铸造成形 2.2砂型铸造 1,制造模样和芯盒,零件图,铸造工艺图,准备型砂,制造铸型,烘干铸型,准备芯砂,制造型芯,烘干型芯,金属溶化,合箱及浇注,落砂,清理,检验,第2章 铸造成形 2.2砂型铸造 2,一、造型方法的选择 1.手工造型,适用于单件、小批量生产。（表2-1是各种手工造型的特点

14、和应用范围）,第2章 铸造成形 2.2砂型铸造方法 3,第2章 铸造成形 2.2砂型铸造方法 4,第2章 铸造成形 2.2砂型铸造方法 5,1)生产效率高; 2)铸型质量好（紧实度高而均匀、型腔轮廓清晰）; 3)设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长。 适用于中、小型铸件的成批、大批量生产。,第2章 铸造成形 2.2砂型铸造方法 6,2、机器造型 用机器来完成全部造型或至少完成抛砂、紧砂、起模操作的造型工序。其特点：,第2章 铸造成形 2.2砂型铸造方法 7,1. 紧砂方法 （1）抛砂 （2）紧砂,第2章 铸造成形 2.2砂型铸造方法 5,2. 起模方法 （1）顶箱起模 （2）漏模起模 （3）

15、翻转起模,浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。,1）铸件的重要加工面和受力面应朝下或位于侧面,2）铸件的宽大平面应朝下。,第2章 铸造成形 2.4铸造工艺设计 2,二、浇注位置和分型面的选择,1、浇注位置的选择,3）面积较大的薄壁部分应置于铸型下部或垂直、倾斜位置。,第2章 铸造成形 2.4铸造工艺设计 3,4）为防止铸件产生缩孔、缩松的缺陷，应使铸件的厚大部位朝上或侧放，安放冒口，使铸件自下而上凝固。,第2章 铸造成形 2.4铸造工艺设计 4,5）应尽量减少型芯的数量，且便于安放、固定和排气,第2章 铸造成形 2.4铸造工艺设计 5,1）分型面应选在铸件的最大截面处，便于起模。,2）应尽量使铸

16、件的全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件 的尺寸精度。,3）应尽量减少分型面的数量，并尽可能选择平面分型。,上,下,中,第2章 铸造成形 2.4铸造工艺设计 6,2、铸型分型面的选择铸型之间的结合面,4）为便于造型、下芯、合箱及检验铸件壁厚，应尽量使型 腔及主要型芯位于下箱。,上,下,下,上,第2章 铸造成形 2.4铸造工艺设计 7,三、工艺参数的选择,1机械加工余量和铸孔,2起模斜度,第2章 铸造成形 2.4铸造工艺设计 8,4铸造收缩率,5 型芯及芯头,圆角半径一般约为相交两壁平均厚度的1/31/2。,通常灰铸铁为0.71.0%，铸造碳钢为1.32.0%，铝硅合金为0.81.2%，锡青铜为1

17、.21.4%。,型芯的功用是形成铸件的内腔、孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形。,芯头的作用：,1）定位作用；,2）固定作用；,3）排气作用。,第2章 铸造成形 2.4铸造工艺设计 9,3铸造圆角,第2章 铸造成形 2.4特种铸造方法 1,2.4特种铸造,一、熔模铸造 (一）工艺过程 是先用易熔材料（如石蜡）制成模样，在其表面包覆若干层耐火涂料，然后将模样熔去，制成无分型面的壳型，经焙烧、浇注而获得铸件的方法。图2-23,第2章 铸造成形 2.3特种铸造方法 2,第2章 铸造成形 2.3特种铸造方法 2,1铸件的精度和表面质量较高，尺寸公差等级可达CT4CT7，表面粗糙度Ra值达1.612.5m

18、。,2合金种类不受限制，尤其适用于高熔点及难加工的高合 金钢，如耐热合金、不锈钢、磁钢等。,3可铸出形状较复杂的铸件，如铸件上宽度大于3mm的 凹槽、直径大于2mm的小孔均可直接铸出。,4生产批量不受限制，单件、成批、大量生产均可适用。,5工艺过程较复杂，生产周期长；原材料价格贵，铸件成 本高；铸件不能太大、太长，否则熔模易变形， 丧失原有精度。,第2章 铸造成形 2.3特种铸造方法 3,二、熔模铸造的特点和适用范围,液态金属,金属型,铸件,（一）金属型的材料及结构,材料一般采用铸铁，要求较高时，可选用碳钢或低合金钢 。,金属型的结构有水平分型式、垂直分型式和复合分型式等 。,第2章 铸造成形

19、 2.3特种铸造方法 4,二、金属型铸造,第2章 铸造成形 2.3特种铸造方法 5,（二）金属型铸造的工艺要点 金属型预热(减缓激冷，避免浇不到、冷隔、裂纹） 涂料（保护铸型，调节冷却速度，改善表面质量） 浇注温度：比砂型高2030C，铝合金为680740C，铸铁为13001370C。 及时开型（因无退让性，防止应力和开裂）,第2章 铸造成形 2.3特种铸造方法 6,（三）金属型铸造的特点和应用范围,1. 克服了砂型铸造的缺点。一型多铸，节约工时和型砂，生产率高。改善了工作劳动条件。 2. 由于冷却速度快，晶粒较细，组织紧密，机械性能得到了提高。 3. 铸件精度和表面质量较高，铸件尺寸公差CT

20、9CT6，Ra12.56.3m。 4.金属型不透气且无退让性，铸件易产生浇不足、裂纹或白口等缺陷；制造成本高，周期长，制造工艺规程要求严格，必须用机械化或自动化装置，否则劳动条件反而更恶劣（模重）。 5. 只适宜于简单大批量、熔点比金属型低的有色金属中、小铸件，不宜铸薄壁（产白口）和形状复杂的铸件。,第2章 铸造成形 2.3特种铸造方法 7,三、压力铸造 将熔融金属在高压（ 3070MPa）作用下迅速（ 0.550m/S有时高达120m/s，充型时间0.010.2s）压入金属铸型，并在压力作用下冷凝获得铸件的方法。 （一）压铸设备及压铸工艺过程,第2章 铸造成形 2.3特种铸造方法 8,第2章

21、 铸造成形 2.3特种铸造方法 9,1. 精度和表面质量高，铸件尺寸公差CT8CT4，Ra3.20.8m。 2. 可压铸形状复杂的薄壁精密铸件，铝合金铸件最小壁厚可达0.5mm，最小孔径d=0.7mm，在铸件表面可获得清晰的图案和文字，可直接铸出螺纹和齿形。 3. 铸件组织致密，力学性能好，其强度比砂型铸件提高25%40%。 4. 生产率高，冷压室压铸机的生产率为7580次/h，热压高达300800次/h，并易实现自动化。 5. 由于压射速度高，型腔内气体来不及排出而形成针孔。铸件凝固快，补缩难，易产生缩孔，影响铸件内在质量。 6. 设备投资高，铸型制造费用高，周期长，故只适宜大批量生产。 主

22、要用于生产有色金属铸件。,（二）压力型铸造的特点和应用范围,低压铸造是在0.020.06MPa的低压下将金属液注入型腔，并在压力下凝固成形，以获得铸件的方法。,（一）低压铸造的工艺过程,第2章 铸造成形 2.3特种铸造方法 10,四、低压铸造,（二）低压铸造的特点及应用范围,应用：目前广泛应用于铸造铝合金铸件，如汽车发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等，也可用于球墨铸铁、铜合金等浇注较大的铸件，如球铁曲轴、铜合金螺旋桨等。,1浇注压力和速度便于调节，可适应不同材料（砂、金属、石膏、陶瓷、熔模型壳）的铸型。,2铸件的气孔、夹渣等缺陷较少。,3便于实现顺序凝固，使铸件组织致密、力学性能高。,4由于省去了

23、补缩冒口，使金属的利用率提高到9098%。,第2章 铸造成形 2.3特种铸造方法 11,第2章 铸造成形 2.3特种铸造方法 12,五、离心铸造 将液体金属浇入以一定速度旋转的铸型中，并在离心力的作用下凝固成形的铸造方法。 （一） 离心铸造的类型,立式离心铸造机,卧式离心铸造机,第2章 铸造成形 2.3特种铸造方法 13,（二） 离心铸造的特点和应用范围,1. 铸件在离心力下结晶，组织致密，极少有缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷； 2. 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，节约了金属。 3.便于制造双金属件，如轧辊、钢套、镶铜衬、滑动轴承等。 4. 铸件内孔尺寸精度低，表面

24、粗糙、疏松，需增大加工余量来保证质量，因此不宜铸易产生比重偏析的合金，如ZQPb30。 5.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； 适用范围：铸铁管、气缸套、双金属轴承、特殊钢的无缝管坯。,第2章 铸造成形 2.3特种铸造方法 14,(1)过程 1）铸型准备 2)浇注 3)合型加压 4)完成,六、其他特种铸造方法 1.挤压铸造 挤压铸造（又称液态模锻）是利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。,第2章 铸造成形 2.3特种铸造方法 16,（2）挤压铸造的特点及应用范围 与压力铸造具有共同特点： 尺寸精度和表面质量高，可达IT13IT11，Ra6.31.6m。 无需开设浇冒口，金属利用率高。 适应性强，大多数合金都可用此方法。 工艺简单，节省能源和劳力，易实现机械化和自动化。生产率比金属型铸造高1倍。 用于生产强度要求高、气密性好铸件及薄板类铸件。如阀体、活塞、机架、耙片和铸铁锅等。,第2章 铸造成形 2.3特种铸造方法 17,七、实型铸造 又称气化模铸造和消失模铸造，其原理是用泡沫