材料液态成型工艺学

1、大连理工大学Dalian University of Technology 资料科学与工程学院 张兴国 资料成型工艺学.第六章 铸型工艺方案确实定6-1 零件构造的铸造工艺性分析铸造工艺性： 零件的本身构造应符合铸造消费的要求，既便于整个铸造工艺过程的顺利进展，又利于保证产品的质量。作用： 1.审查零件构造能否符合铸造消费的工艺要求； 2.在既定的零件构造条件下，思索在铸造过程中能够出现的主要缺陷，在工艺设计中应采取的工艺措施。一、从防止缺陷方面审查零件构造的合理性1.铸件应有合理的壁厚最小壁厚：一定条件下铸造合金能充溢铸型的最小壁厚。 铸件的设计壁厚应不小于最小壁厚 。.临界壁厚：当铸件的壁

2、厚超越临界壁厚时，铸件的力学性能并不按比例随铸件厚度的添加而添加，反而是显著地下降。 因此，设计铸件壁需求留意的问题是： 1)为防止出现冷隔和浇缺乏缺陷，铸件应有一定的壁厚； 2)外形尺寸大、构造复杂、合金流动性差的铸件,铸件壁厚应适当加大； 3)厚壁会添加铸件的分量和金属的耗费，而且易产生缩孔、缩松等缺陷。另外，厚壁铸件凝固慢，会呵斥晶粒粗大、力学性能降低。最好的方法是采用加强筋； 4)对灰铸铁件，最小壁厚的选择应防止出现白口思索浇注条件和孕育条件。一、从防止缺陷方面审查零件构造的合理性.表6-1 不同合金的临界壁厚合 金种 类牌 号重 量(kg)0.1-2.52.5-1010灰铸铁HT10

3、0,HT1508-1010-1520-25HT200,HT25012-1512-1512-18HT30012-1815-1825HT35015-2015-2025球 铁QT400-15,QT450-101015-2050QT500-7,QT600-314-1818-2060碳 钢ZG200-400,ZG230-4501520-铝合金6-106-1210-14.采用加强筋减小铸件壁厚壁厚15-2020-3030-5050-70相对强度1.00.90.80.7表6-2 灰铸铁相对强度的变化壁厚单位:mm. 铸件壁衔接处会构成热节，易呵斥缩孔、缩松和应力集中。 设计时需留意： 1)壁厚应该力求均匀；

4、 2)铸件壁冷却均匀； 3)铸件壁厚发生变化处应逐渐过渡； 4)筋条应该错开陈列。2. 铸件壁的衔接应逐渐过渡.2. 铸件壁的衔接应逐渐过渡.2. 铸件壁的衔接应逐渐过渡.一、从防止缺陷方面审查零件构造的合理性 3构造圆角的设计 铸件壁的转角处普通要设计出构造圆角。铸件壁的直角衔接易呵斥衔接处的金属堆积，构成大的热节。而内侧的散热条件差，往往会呵斥缩孔、缩松；在载荷的作用下，直角内侧往往产生应力集中，内侧实践接受的应力比平均应力大得多；假设采用直角衔接，在一些合金凝固的过程中将构成垂直于铸件外表的柱状晶。因结晶的方向性，在转角的对角线上构成整齐的分界面。由于分界面上杂质、缺陷较多，使转角处成为

5、铸件的薄弱环节，在集中应力作用下很容易产生裂纹。.3. 构造圆角的设计 当铸件壁采用圆角构造时，可以消除应力集中，破坏了柱状晶的分界面，明显提高转角处的力学性能，也防止了缩孔、缩松和裂纹的产生。 圆角构造还有利于外型，浇注时可防止熔融金属对铸型的冲刷，减少砂眼和粘砂缺陷的发生。.3. 构造圆角的设计不合理合理不合理 合理.3. 构造圆角的设计.4. 内壁厚度应小于外壁 铸件内部的筋和壁，散热条件较差。因此，铸件的构造设计应使内壁比外壁薄一些，以便使整个铸件能均匀地冷却，防止产生内应力和裂纹。 普通地，当铸件外壁、铸件内壁和筋的厚度按1:0.8:0.6设计时，可以保证各部位冷却速度均匀一致。.4

6、. 内壁厚度应小于外壁内、外壁厚相差值约为10-30是合理的。.5. 壁厚应力求均匀 铸件各部位壁厚假设相差太大，厚壁处会产生金属部分积聚构成热节，凝固收缩时在热节处构成缩孔、缩松缺陷。此外，各部位冷却不均匀，易构成热应力，致使铸件在薄壁和厚壁衔接处产生裂纹。因此，在进展铸件构造设计时应做到壁厚力求均匀。.5. 壁厚应力求均匀 .6. 防止程度大平面 假设铸件有大的程度空腔存在，当液体金属上升到该位置时，由于断面忽然扩展，上升速度缓慢，高温金属液较长时间烘烤顶部型面，极易呵斥夹砂、浇缺乏等缺陷，同时也不利于金属夹杂物和气体的排除。因此，应尽量设计成倾斜壁。.6. 防止程度大平面 .7. 有利于

7、顺序凝固 有的铸件因任务需求，构造设计上呵斥壁厚不均匀和部分厚度较大，而且合金的体收缩又比较大，这时很容易构成缩孔和缩松缺陷。因此，应仔细审查零件构造实现顺序凝固的能够性，使之便于安放冒口、冷铁，以防止出现缩孔、缩松缺陷。.8. 铸件构造应能防止热裂和变形 阅历阐明，某些壁厚均匀的细长铸件、较大面积的平板铸件，及某些壁厚不均匀的长形箱体类铸件，如床身类铸件，都会产生翘曲变形。 前两者产生翘曲变形的主要缘由是：铸件构造刚度差，铸件各面冷却条件的差别所引起的不大的内应力使其变形。 后者主要是壁厚差别大，厚壁处冷却慢，薄壁处冷却快，引起较大的内应力促使铸件产生变形。 铸件变形可以采用改良铸件构造、设

8、置加强筋提高刚性、人工时效、采用反变形等方法予以处理。.8. 铸件构造应能防止热裂和变形 .8. 铸件构造应能防止热裂和变形 .铸造方法与铸件构造砂型铸造金属型铸造熔模铸造压力铸造离心铸造挤压铸造 铸 件 形 状可以很复杂不宜太复杂可较复杂不宜太复杂限中空回转体不宜太复杂铸 件大 小不限制中小件100kg中小件3铸铁3铸钢6铝合金2-3，灰铸铁4，铸钢50.5铝合金0.5锌合金0.4铜合金0.8比同类重力铸造薄2-5拔 模斜 度最小15普通10铝合金15锌合金150mm时，h=(1.5-1.8)D, 或h=(1.5-1.8)H,lL, 2)采用芯撑或辅助砂芯。当L1.2 D或L1.2 H时，应

9、采用芯撑或辅助砂芯，使其安放结实。 .3)采用挑担砂芯 将两个或几个一样铸件的砂芯串联起来，使悬臂砂芯安放结实。悬臂芯头 .常用的悬臂芯头构造 .芯头尺寸的验算普通情况下，小砂芯和中等尺寸的砂芯，作用在芯头上的重力和浮力不大，因此，不用验算芯头的尺寸承压面积。但是，对于分量大或者是金属液体的浮力较大而芯头的尺寸显得太小的砂芯，为了确保铸件的质量，在按阅历数据初步确定芯头的尺寸后，应该验算芯头的承压面积。.芯头尺寸的验算验算步骤为：1.计算砂芯所受的重力及浮力 G=G1+G2N式中： G-砂芯重力； G1芯砂重力； G2芯骨重力砂芯所遭到的浮力与砂芯在砂型中的位置、砂芯的外形、尺寸以及浇注系统类

10、型等有关。如下图，当金属液上升到A-A断面时的浮力最大：F=/4D12-D22gh.式中：F砂芯所受浮力N；D1-砂芯直径m；D2-下芯头直径m；H-砂芯受浮力作用的高度m；g-重力加速度m/s2；-金属液密度kg/m32)计算各芯头所接受的最大压力如下图中下芯头较大，无需验算。由于没有程度芯头， 所以，上芯头所遭到的最大压力等于砂芯所受最大浮力减去砂芯分量。设两个上芯头位置对称，其所受压力可视为相等，于是，每个芯头上的最大压力为p；P=F-G/2NF=/4D12-D22gH芯头尺寸的验算.3)计算芯头所需的承压面积： A上=1.3-1.5P/bc= 1.3-1.5( F-G /2bccm2式中，A上每个上芯头的横截面积cm2； 1.3-1.5平安系数； bc芯座的允许抗压强度M