液态成型工艺基础

第5章金属材料成形第一节金属液态成型工艺基础第二节金属塑性成形工艺基础第三节金属连接成形工艺基础金属材料铸造粉末冶金压力加工热处理焊接切削加工零件毛坯装配机器机械设备制造过程示意图：第一节金属液态成型工艺基础金属液态成形又称为铸造，是将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其凝固冷却后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的方法。金属材料在液态下一次成形，具有很多优点：（1）适应性广，工艺灵活性大。工业上常用的金属材料如铸铁、碳素钢、合金钢、非铁合金等，均可在液态下成形。（2）最适合形状复杂的铸件。具有复杂内腔的毛坯或零件的成形，如复杂箱体、机架、阀体、泵体、缸体等。（3）成本较低。铸件与最终零件的形状相似、尺寸相近，节省材料和加工工时。汽缸体铸铁曲轴砂型铸造铸造可分为砂型铸造和特种铸造两大类。其中砂型铸造工艺如图所示。一、熔融合金的流动性及充型1.流动性概念熔融合金的流动性指其自身的流动能力。

2.充型能力概念充型能力是指熔融合金充满型腔，获得轮廓清晰、形状完整的优质铸件的能力。二、液态合金的收缩液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象称为合金的收缩。收缩是绝大多数合金的物理本性之一。收缩可使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷，影响铸件质量。1.收缩的概念合金的的收缩缩经历历如下下三个个阶段段：液态收收缩从浇注注温度度(T浇)到到凝凝固开开始温温度(即液液相线线温度度TL)间的的收缩缩。(2)凝凝固收收缩从凝固固开始始温度度(TL)到凝凝固终终止温温度(即固固相线线温度度TS)间的的收缩缩。(3)固固态收收缩从凝固固终止止温度度(TS)到室室温间间的收收缩。。合金的的收缩缩率为为上述述三个个阶段段收缩缩率的的总和和。常用合合金中中，铸铸钢的的收缩缩率最最大，，灰铸铸铁最最小。。2、铸铸件的的缩孔孔和缩缩松液态合合金充充满型型腔后后，在在冷却却凝固固过程程中，，若液液态收收缩和和凝固固收缩缩所缩缩减的的体积积得不不到补补足，，则在在铸件件的最最后凝凝固部部位会会形成成一些些孔洞洞。按按照孔孔洞的的大小小和分分布，，可将将其分分为缩缩孔和和缩松松两类类。(1)缩缩孔的的形成成恒恒温或或很窄窄温度度范围围内结结晶的的合金金，铸铸件壁壁以逐逐层凝凝固方方式进进行凝凝固的的条件件下，，容易易产生生缩孔孔。(2)缩松松的形形成结结晶晶温度度范围围宽的的合金金，以以糊状状凝固固方式式进行行凝固固的条条件下下，容容易产产生缩缩松。。缩孔是是指集集中在在铸件件上部部或最最后凝凝固部部位、、容积积较大大的孔孔洞。。缩孔孔多呈呈倒圆圆锥形形，内内表面面粗糙糙；缩缩松是是指分分散在在铸件件某些些区域域内的的细小小缩孔孔。三、砂砂型铸铸造造造型（（造芯芯）方方法砂型铸铸造是是以型型砂为为造型型材料料、用用人工工或机机器在在砂箱箱内造造出所所需的的型腔腔及必必要的的浇注注系统统的一一类历历史悠悠久、、应用用最为为广泛泛的铸铸造方方法。。砂型铸铸造工工艺过过程示示意图图如下下：四、铸铸件结结构工工艺性性进行铸铸件结结构设设计时时，不不仅要要保证证其使使用性性能和和力学学性能能要求求，还还必须须考虑虑铸造造工艺艺和合合金铸铸造性性能对对铸件件结构构的要要求，，铸件件结构构设计计合理理与否否，对对铸件件的质质量、、生产产率及及其成成本有有很大大的影影响。。(一)铸件件结构构应使使铸造造工艺艺过程程简化化(二)铸件件结构构应适适应合合金铸铸造性性能的的要求求(一)铸件件结构构应使使铸造造工艺艺过程程简化化1.铸铸件的的外形形结构构应力力求简简单虽虽然然根据据液态态金属属流动动成形形的特特点，，铸件件外形形可很很复杂杂，但但仍应应在满满足使使用要要求的的前提提下，，力求求简单单，以以方便便起模模，简简化造造型，，尽量量避免免三箱箱、挖挖砂、、活块块造型型及不不必要要的外外部型型芯。。2.铸铸件的的内腔腔结构构应简简单适适用，，避免免不必必要的的复杂杂结构构1.铸铸件的的外形形结构构应力力求简简单(1)尽量量避免免铸件件外表表侧凹凹，减减少分分型面面这这样可可以减减少使使用的的砂箱箱或外外型芯芯数量量，减减少造造型工工时，，也可可减少少因错错箱、、偏芯芯而产产生的的铸造造缺陷陷。铸件避避免外外表侧侧凹的的结构构图1-32应应使分分型面面平直直a)、、b)小支支架c)、d)、、e)杠杆杆(2)尽可可能使使铸件件分型型面平平直包包括括注意意避免免分型型面上上的圆圆角结结构。。图铸铸件加加强肋肋与凸凸台的的设计计a)、、b)加加强肋肋c)、、d)凸凸台(3)铸件件外表表加强强肋、、凸台台的设设计应应便于于起模模若若设计计不当当，加加强肋肋、凸凸台常常会妨妨碍起起模，，而需需采用用活块块造型型或增增加外外型芯芯等解解决起起模问问题，，如图图a与与c所所示结结构。。(4)铸件件侧壁壁应具具有结结构斜斜度铸铸件件上凡凡垂直直于分分型面面的非非加工工表面面应给给出结结构斜斜度，，以便便于起起模和和提高高铸件件精度度，如如图，，结构构斜度度的大大小与与铸件件的垂垂直壁壁高度度有关关，如如表1-8所示示。表1-8铸铸件件的结结构斜斜度结构斜斜度的的设计计2.铸铸件的的内腔腔结构构应简简单适适用，，避免免不必必要的的复杂杂结构构(1)应尽尽量少少用或或不用用型芯芯型型芯增增加材材料消消耗，，且使使生产产工艺艺过程程复杂杂，成成本提提高，，还会会因型型芯组组装间间隙影影响铸铸件尺尺寸精精度，，容易易产生生由型型芯导导致的的铸造造缺陷陷。圆盖铸铸件不不用型型芯的的内腔腔设计计铸件的的内腔腔需用用两个个型芯芯形成成，其其中大大的型型芯呈呈悬臂臂状，，必须须用型型芯撑撑作辅辅助支支撑，，型芯芯撑容容易导导致铸铸造缺缺陷(如因因型芯芯不稳稳而偏偏芯导导致壁壁厚不不匀、、因型型芯撑撑处冷冷凝快快而出出现冷冷隔等等)，，而且且因型型芯不不连通通导致致排气气不畅畅、清清砂不不便。。轴承支支架便便于型型芯固固定的的内腔腔结构构(2)应便便于型型芯的的固定定、排排气、、定位位和清清理如如图图a所所示轴轴承支支架(二)铸件件结构构应适适应合合金铸铸造性性能的的要求求1.铸铸件件的壁壁厚铸铸件件壁厚厚大，，有利利于液液态合合金充充型，，但随随壁厚厚增加加，铸铸件晶晶粒愈愈粗大大，且且易出出现缩缩松、、缩孔孔等缺缺陷。。2.铸铸件件壁间间的连连接要要考考虑减减少热热节，，防止止应力力集中中等。。3.尽尽可能能避免免铸件件上的的过大大水平平面大大的的水平平面(按浇浇注位位置)不利利于金金属液液的充充填，，易产产生浇浇不到到、冷冷隔等等缺陷陷，同同时还还有易易产生生夹杂杂、不不利于于气体体和非非金属属夹杂杂物排排除等等缺点点，应应尽可可能避避免。。4.采采用用对对称称或或加加强强肋肋结结构构如如细细长长、、薄薄大大铸铸件件为为防防止止翘翘曲曲变变形形，，常常采采用用对对称称或或加加强强肋肋结1.铸铸件件的的壁壁厚厚铸铸件件壁壁厚厚大大，，有有利利于于液液态态合合金金充充型型，，但但随随壁壁厚厚增增加加，，铸铸件件晶晶粒粒愈愈粗粗大大，，且且易易出出现现缩缩松松、、缩缩孔孔等等缺缺陷陷。。(1)铸铸件件的的最最小小壁壁厚厚指指在在某某种种工工艺艺条条件件下下，，铸铸造造合合金金能能充充满满型型腔腔的的最最小小厚厚度度。。表1-9砂砂型型铸铸造造铸件件壁壁厚厚应应尽尽量量均均匀匀(3)铸铸件件壁壁厚厚应应尽尽可可能能均均匀匀以以使使铸铸件件各各处处的的冷冷却却速速度度趋趋于于一一致致。。制动鼓铸件件壁壁厚厚大大小小适适当当；；灰铸铸铁铁流流动动性性好好；；壁壁厚厚最最小小可可达达4-5mm;铸铸钢钢流流动动性性差差，，最最小小壁壁厚厚不不应应小小于于8-10mm；；最最大大临临界界壁壁厚厚一一般般不不得得超超过过最最小小壁壁厚厚的的三三倍倍。。铸件件壁壁厚厚大大小小主主要要与与合合金金种种类类及及铸铸件件轮轮廓廓尺尺寸寸有有关关。。对于于重重载载壁壁，，切切忌忌盲盲目目增增大大壁壁厚厚，，宁宁可可用用加加强强肋肋结结构构。。铸件件内内壁壁应应薄薄于于外外壁壁内内、、外外壁壁厚厚差差约约为为：：10﹪﹪-30﹪﹪。。铸件件壁壁厚厚力力求求均均匀匀，，取取消消不不必必要要的的厚厚大大壁壁部部，，采用用加加强强肋肋结结构构。。避避免免壁壁或或加加强强肋肋的的十十字字交交叉叉。。（1））铸铸件件内内外外表表面面转转角角连连接接处处应应为为圆圆角角，，以以免免产产生生裂裂纹纹、、缩缩孔孔等等缺缺陷陷。。2.铸铸件件壁壁间间的的连连接接要要考考虑虑减减少少热热节节，，防防止止应应力力集集中中等等。。热节节是是在在凝凝固固过过程程中中，，铸铸件件内内比比周周围围金金属属凝凝固固缓缓慢慢的的节节点点或或局局部部区区域域。。这这个个部部位位凝凝固固慢慢，，容容易易产产生生缩缩孔孔！！容容易易产产生生疏疏松松缺缺陷陷，，一一般般需需要要做做探探伤伤检检查查。。(2)不同壁壁厚之间要逐逐步过渡当当铸件壁厚难难以均匀一致致时，为减少少应力集中，，防止不同壁壁厚连接处产产生裂纹，应应采用逐步过过渡的连接型型式，避免壁壁厚突变。表1-11铸铸件的内圆圆角半径R值值(单位：mm)表1-12几几种壁厚的的过渡形式及及尺寸图1-43壁壁间连接结结构a)十字形连连接b)锐锐角连接c)交错连接接d)环状状连接e)垂直或钝角角连接(3)壁间连连接应避免交交叉和锐角如如图a、b所示的十字字形交叉连接接与锐角连接接，易形成热热节和应力集集中，铸件容容易产生缩孔孔、缩松和裂裂纹等缺陷(4)轮辐辐设计应避轮辐的连接形形式a)偶数对对称直轮辐b)奇数数轮辐c)弯曲轮辐辐3.尽可能避避免铸件上的的过大水平面面图1-45顶顶盖铸件大大平面的倾斜斜设计铸件壁的连接接和过渡要科科学合理圆弧连轮辐及辐板的的改进设计加大壁的交接接夹角内直角改圆弧过渡特种铸造砂型铸造具有有适应性广，，应用最为普普遍，但砂型型铸件的精度度低，表面粗粗糙；对薄壁壁非铁合金铸铸件、高尺寸寸精度铸件、、管状铸件和和高温合金飞飞机叶片等特特殊零件，往往往难以用砂砂型铸造方法法来生产，或或者生产效率率低，为解决决这类零件的的制造，出现现了用砂较少少或不用砂、、采用特殊工工艺装备的铸铸造方法，如如熔模铸造、、金属型铸造造、压力铸造造、低压铸造造、离心铸造造、陶瓷型铸铸造和实型铸铸造等，这些些铸造方法统统称为“特种种铸造”。熔模铸造熔模铸造也称称失蜡铸造，，因为熔模铸