材料制备与加工+铸造.ppt

1、第一节 概述 第二节 铸造工艺基础 第三节 砂型铸造 第四节 特种铸造 第五节 应用举例,铸 造,金属的成形方法可分为铸造、塑性成形（或称压力加工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大类。,铸造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其它工艺方法相比，它具有成本低，工艺灵活性大，适合生产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。,第一节 概 述,但它的缺点是公差较大，易产生 内部缺陷。,第二节 铸造的工艺基础,定义：铸造是指将熔融态的金属（或合金）浇注于特定型腔的铸型中凝固成形的金属材料成形方法。,实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中 凝固和冷却。,砂型铸造概略图,Cope 上砂箱 Dr

2、ag 下砂箱 Open riser 冒口 vent 通气口 Core 型芯 Mold cavity 模槽 Runner 横浇道 Choke 节流口 Sprue 竖浇道 Pouring basin 浇注槽 Flask 型盒Parting line 分型线,主要影响因素,铸造的主要影响因素主要体现在二个方面：一是影响充型的主要因素和影响凝固收缩的主要因素。,金属的流动性：,Pb-Sn合金流动性与成份的关系,合金成份对流动性的影响,FeC合金流动性,铸型的结构和性质：,1. 铸件结构复杂程度 2. 铸型材料 3. 铸型温度 4. 铸型中的气体,浇铸条件,1. 浇铸温度 2. 充型压力 3. 浇铸系统

3、,在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要 是固液两相并存的凝固区的宽窄。铸件的“凝固方式”就是依据凝固区的宽窄来划分的。,凝固方式,糊状凝固,铸件在结晶过程中，当结晶温度范围很宽，且铸件截面上的温度梯度较小，则不存在固相层，固液两相共存的凝固区贯穿整个区域。,中间凝固,大多数合金的凝固是介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固。,逐层凝固,纯金属和共晶成分的合金在凝固中因为不存在固液两相并存的凝固区，所以固体与液体分界面清晰可见，一直向铸件中心移动。,定义：收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过 程中，其体积或尺寸缩减的现象。,铸件的收缩,收缩率： 体积收缩是指单位体积的收缩量（体积收缩

4、率）。 线收缩是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。,注意：在铸模尺寸设计时必须考虑铸件的收缩因素。即利 用每种材料特定的收缩率和实际铸件的尺寸，来换算成铸 模型腔的尺寸。,合金的收缩给铸模的设计和铸件的精密成形等带来较大困难，是多数铸造缺陷产生的根源。,缩孔：,缩松与缩孔,定义：缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。,产生原因：先凝固区域堵住液体流动的通道，后凝固区域收缩所缩减的容积得不到补充。,缩孔形成过程示意图,缩松：,定义：缩松是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。,危害：显著降低铸件的机

5、械性能，造成铸件渗漏等。,防止措施：采取顺序凝固的办法避免缩孔、缩松的出现。,冷铁的应用,冒口、冷铁共用法,在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力。,裂纹与变形,机械应力,热应力的形成过程,减小应力的措施,同时凝固示意图,铸件的变形,T型粱铸钢件变形示意图,铸件特殊位置的裂纹示意图,裂纹的常见部位：,裂纹和变形的防止：,以有利于释放铸造应力为原则； 1、采用正确的铸造工艺（正确设计浇注系统、补缩系统等）； 2、铸件形状设计要求简单、对称和厚薄均匀； 3、对铸件进行热处理。,1、冷隔和浇不足 2、气孔 3、粘砂 4、夹砂 5、砂眼,粘 砂,常见铸造缺陷,第三节 砂型铸造,砂型铸造是指用砂粒制备铸型来

6、生产铸件的铸造方法。可追溯到公元前30004000年，用石头和金属型做出铜器。,砂型铸造概略图,1-分型面 2-上型 3-出气孔 4-浇注系统 5-型腔 6-下型 7-型芯 8-芯头芯座,铸型一般由上型、下型、型芯、型腔和浇注系统组成，如右图所示。 铸型组元间的接合面称为分型面。铸型中造型材料所包围的空腔部分，即形成铸件本体的空腔称为型腔。液态金属通过浇注系统流入并充满型腔，产生的气体从出气口等处排出砂型。,砂型铸造工艺流程,浇注位置的选择,重要加工面应处于型腔低面或位于侧面 大平面应朝下 面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位置 容易产生缩孔的铸件，应将厚大部分放在分型面附近的

7、上部或侧面,分型面的选择,应尽量选在铸件的最大截面处，并力求采用平直面 应尽量使铸型只有一个分型面，以便采用工艺简便的两箱造型 尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱内,确定主要工艺参数：,正确选择收缩量、机械加工余量和拔模斜度等。,浇注系统的设计：,浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道；通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道等组成。,设计原则：确保液态金属能够平稳 而合理地充满型腔。,浇注系统示意图,设计原则： 1、冒口的凝固时间必须大于或等于铸件被补缩部分的凝固时间。 2、冒口应具有足够大的体积，以保证有足够的金属液补充铸件内部的体收缩。 3、在铸件凝固时，冒口与被补缩部位之间应有通畅的补缩通道

8、。 4、为增加铸件局部冷却速度，在铸型局部区域设置激冷能力强的材料（如铸铁、石墨或铸钢等）作为冷铁。,生产准备：,模型和芯盒的设计：,模型的内轮廓应该与铸件的外轮廓的形状相一致，并且在尺寸上比铸件大出一个收缩量。,对于有孔或中空的铸件，需在模腔中放置型芯来获得。型芯的尺寸设计也要考虑到收缩量的问题。,型（芯）砂的制备：,技术要求：型（芯）砂具有足够的强度、良好的可塑性、高的耐火性、一定的透气性、退让性等。,造型材料：常包括原砂、黏结剂、水及其他附加物(如煤粉、木屑、重油等)按一定比例混制而成。 1. 黏土砂 以黏土作黏结剂的型(芯)砂称为黏土砂。 常用的黏土为膨润土和高岭土。 2. 以合成树脂

9、做黏结剂的型(芯)砂称为树脂砂。 常用的树脂黏结剂主要有酚醛树脂、尿醛树脂和糠醇树脂三类。 3. 水玻璃砂 用水玻璃做黏结剂的型(芯)砂称为水玻璃砂。,造型方法：手工造型与机器造型,常用手工造型方法的特点和应用范围,假箱造型,特点及应用：,1、不受铸件材质、尺寸、质量和生产批量的限制； 2、属于一次性铸造成形，造型工作量大； 3、铸件精度和表面质量差； 4、砂型铸造缺陷多，废品率高，机械性能较差； 5、设备简单、投资少，价格低廉，应用广泛。,第四节 特种铸造,为获得高质量、高精度的铸件，提高生产率，人们在砂型铸造的基础上，创造了多种其它的铸造方法；通常把这些有别于砂型铸造的其他铸造方法通称为特

10、种铸造。,金属型铸造：,定义：金属型铸造是指利用金属材料制成铸型，在重力作用下将熔融金属浇注到铸型中制造铸件的一种铸造方法，也称永久型铸造。,工艺过程：,特点和应用： 1、可重复使用，生产效率高，劳动条件好，但成本高； 2、铸件精度高，表面粗糙度较低； 3、金属散热性能好，晶粒细化，机械性能好； 4、不透气且无退让性，易造成铸件浇不足或开裂。 5、适于生产大批量有色金属铸件。,工艺过程：,特点和应用： 1、铸件尺寸精度高，表面光洁； 2、可铸造形状复杂零件； 3、工艺过程复杂，生产周期长，成本高； 4、适于铸造小尺寸的各类合金铸件，特别是少切削或 无切削精密铸件。,应用实例：航空发动机等轴晶叶

11、片的制备 航空发动机叶片早期采用变形高温合金材料，随着合金材料强度要求的提高，人们采用合金化的方法来提高强度，效果明显，但同时也增加了材料的加工难度。,目前，世界各国等轴晶叶片的生产通常利用真空环境下的熔模铸造来解决这一技术难题。,尊、盘上的镂空花纹,压力铸造：,定义：是指将液态或半液态合金浇入压铸机的压室中，使之在高压和高速下充填型腔，并在高压下成形结晶而获得铸件的一种铸造方法。,工艺过程：,特点和应用： 1、浇注时间短，易于机械化、自动化作业； 2、铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好； 3、铸件尺寸精度高，表面光洁； 4、凝固速度快，排气困难，易形成缩松和缩孔； 5、模具成本高，铸件尺寸

12、受限； 6、适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产。,低压铸造：,定义：是指液态金属在低的气体压力作用下从坩埚中自下而上地充填型腔并凝固而获得铸件的一种铸造方法。,工艺过程：,低压铸造火车车轮示意图,特点和应用： 1、充型压力和充型速度易于控制，气孔、夹渣较少； 2、铸型散热快，组织致密，机械性能好； 3、无需冒口设置，金属利用率高； 4、铸件尺寸精度高，表面光洁； 5、适于生产质量要求高的铝镁等有色金属铸件。,离心铸造机原理：,2、改善金属的流动性，提高了充型能力； 3、简化了中空圆柱形铸件的生产过程； 4、成分偏析严重，尺寸难以控制； 5、特别适于横截面呈圆柱的铸件生产。,特点和应用： 1、离心力改善了补缩条件，缩孔等缺陷减少；,工艺过程：如右图所示。,特点和应用： 1、冷却速度快，组织致密， 机械性能好； 2、工艺简单，生产效率高； 3、适于横截面一定的钢材、 铝材和铸铁管等铸件的生产。,连续铸造工艺过程示意图,定义：是指将熔融金属连续不断地浇注到被称为结晶器的特殊容器中，凝固的铸件不断从结晶器的另一端被引出，从而获得任意长度的等横截面铸件的铸造方法。,连续铸造：,消失模铸造：,定义：是指用泡沫塑料聚苯乙烯制成带有浇冒系统的模型，覆上涂料，用干砂造型，不需取模，直接浇注的铸