材料科学基础 课件2-铸造

工程材料成形基础第二章铸造铸造2.1概述铸造铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状、尺寸和性能的金属零件毛坯的成形方法。用铸造方法获得的金属毛坯或零件称为铸件。优点适应性广，成本低廉。缺点工艺控制较困难，铸件质量不稳定，废品率较高。铸造劳动强度大，条件差，环境污染严重。铸造清洁生产铸造铸造的分类按生产方式，分为砂型铸造和特种铸造。砂型铸造的铸件占总产量的80%以上。铸造2.2造型材料和模样型（芯）砂的组成主要由原砂、黏结剂、附加物和水混制而成。黏土砂水玻璃砂油砂和合脂砂树脂砂性能型砂强度透气性耐火性退让性制备铸造铸造工艺图表示铸型分型面、浇冒口位置、型芯结构尺寸、控制凝固措施等的图样，是在零件图上，以规定的符号表示各项铸造工艺内容的图形。浇注位置是浇注时铸件在铸型中所处的位置。确定浇注位置应遵循“三下一上”的原则。主要工作面和重要面应朝下或置于侧壁。宽大平面朝下薄壁面朝下厚壁朝上铸造工艺图、模样和芯盒

铸造浇注位置铸造工艺图、模样和芯盒

铸造分型面分型面是铸型组元间的接合面。尽可能使铸件全部或主要部分置于同一砂箱中，以避免错型而造成尺寸偏差。尽可能使分型面为一平面。铸造工艺图、模样和芯盒

铸造模样和芯盒模样用来获得铸件的外形用芯盒制得的型芯主要用来获得铸件的内腔。起模斜度为了使模样容易从铸型中取出或型芯从芯盒中脱出，凡平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度即为起模斜度。收缩余量为了补偿铸件收缩，模样的尺寸应比铸件图样尺寸增大的数值称为收缩余量。铸造工艺图、模样和芯盒

铸造浇注系统金属液流入铸型型腔的通道为浇注系统。其作用是保证液态金属平稳地流入型腔以免冲坏铸型，防止熔渣、砂粒等杂物进入型腔，补充铸件冷凝收缩时所需的液体金属。浇注系统由外浇道、直浇道、横浇道和内浇道组成。2.3浇注系统和冒口铸造冒口浇入铸型的金属液在冷凝过程中要产生体积收缩，在其最后凝固的部位会形成缩孔。冒口是在铸型内储存供补缩铸件用熔融金属的空腔，它能根据需要补充型腔中金属液的收缩，使缩孔转移到冒口中去，最后铸件清理时去除冒口即可消除铸件中的缩孔。冒口还有集渣和排气观察作用，分为：名冒口和暗冒口。2.3浇注系统和冒口铸造砂箱及造型工具2.4手工造型和制芯铸造模样是整体的，铸型的型腔一般只在下箱。整模造型因操作简便，无砂箱错位现象，适用于外形轮廓上有一个平面可作分型面的简单铸件，如盘、盖类、齿轮、轴承座等。视频手工造型-整模造型铸造模样被分为两半，分型面是模样的最大截面。型腔分置在两个砂箱内，易产生因合箱误差而形成的错箱。操作简便，适用于形状较复杂且具有良好对称面的铸件，如套筒、管子和阀体等。视频手工造型-分模造型铸造当铸件最大截面在中部，模样又不便分成两半（如分模后模样太薄或分面是曲面）时，只能将模样做成整模，造型时挖掉防碍起模的砂子。挖砂造型操作麻烦，生产率低，要求操作技术水平高，仅适用于单件小批量生产。对于分型面为阶梯面或曲面的铸件，当生产数量较多时，可用成形底板代替平面底板，并将模样放置在成形底板上造型，可省去挖砂操作。手工造型-挖砂造型铸造当挖砂造型的铸件所需数量较多时，为简化操作，可采用假箱造型。预制的假箱只起底板作用，不用于合箱。效率高。当生产量更多时，还可用成型模板代替假箱造型。手工造型-假箱造型铸造当铸件的侧面有凸台，阻碍起模，可将凸台做成活块。起模时，先取出模样主体，再从侧面取出活块。适合侧面有凸台、肋条等结构妨碍起模的铸件，操作麻烦，生产效率低。视频手工造型-活块造型铸造用与零件截面形状相应的特制刮板，通过旋转、直线或曲线运动完成造型的方法。可节省制模材料，降低制模成本。刮板造型操作复杂，对工人的操作技术要求较高，适合单件大尺寸铸件。视频手工造型-刮板造型铸造铸件两端截面大，中间截面小，用两箱造型无法起模时，可采用三箱造型（两个分型面）。即将模样从小截面处分开，即可从分型面处起出模样。造型操作复杂，要求有高度适当的中箱，分型面多导致错箱的几率增大。视频手工造型-三箱造型铸造芯的主要作用是形成铸件的内腔或局部外形。单件、小批生产时采用手工制芯，大批生产时采用机器制芯。手工制芯常采用芯盒制芯。强度、透气性、耐火性和退让性放置芯骨开通气道刷涂料烘干制芯-对型芯的技术要求和工艺措施铸造制芯-型芯的制备型芯的制备视频铸造型芯的定位主要依靠型芯头制芯-型芯的定位铸造震压式造型机射压式造型机其它机器造型射芯机机器造型的视频2.5机器造型和制芯铸造铸铁的熔炼铸铁的熔炼应符合以下要求（1）铁水温度足够高；（2）铁水的化学成分符合要求；（3）熔化效率高，节能。反射炉燃料在燃烧室燃烧，生成的火焰靠炉顶反射到加热室加热坯料的炉子。对原料和燃料的适应性强，容易实现大型化，成本低；但燃料消耗高，烟气量大，烟气含二氧化硫浓度低，不易回收利用，污染环境电炉铁水质量好，环保，但一次性投资大；冲天炉结构简单，操作方便，熔化的效率较高，燃料获取方便，但熔化的铁水质量不如电炉。2.6合金的熔炼铸造冲天炉的构造(一)炉底与炉基(二)炉体炉身：加料口下缘至第一排风口之间的炉体其内部空腔称为炉膛，其直径决定熔化率有效高度：冲大炉主要工作区段炉缸：第一排风口中心线至炉底之间的炉体炉缸的主要作用：1、保护炉底，2、汇聚铁液和炉渣使之进入前炉。3、无前炉的炉缸，则主要起储存铁液的作用(三)前炉：前炉由前炉体和可分离的炉盖构成。1、储存铁液；2、使铁液成分和温度均匀；3、降低铁液在炉缸中的增碳与增硫；4、分离渣铁，净化铁液；铸造铸钢的熔炼铸钢通常采用三相电弧炉进行熔炼，电弧炉的温度容易控制，熔炼速度快，质量好，操作方便。电弧炉用三相交流电为电源，一般用碳素电极或石墨电极。电弧发生在电极与被熔炼的炉料之间，炉料受电弧直接加热。电弧长度靠电极升降调节。铸造有色金属的熔炼感应电炉坩埚炉铸钢的熔炼铸造准备工作根据待浇铸件的大小准备好端包、抬包等各类浇包并烘干、预热，以避免金属液飞溅和急剧降温。去掉盖在铸型浇口杯上的护盖并清理周围的散砂。掌握待浇铸件的大小、形状和浇注系统类型等，以便正确控制金属液的流量并保证在整个浇注过程中不断流。浇注场地应畅通，确保安全。浇注方法在浇包的铁水表面撒上草灰以保温和聚渣。浇注时应用挡渣钩在浇包口挡渣，用燃烧的木棍在铸型周围将铸型内溢出的气体引燃，以防止铸件产生气孔和污染车间空气。陶瓷挡渣网控制浇注温度和浇注速度。铸型浇注铸造铸件的落砂和清理落砂：用手工或机械方法使铸件与型（芯）砂分离的操作。落砂温度手工落砂、落砂机清理：落砂后从铸件上清除表面粘砂、型砂及多余金属等的过程。清理工作包括：去除浇冒口清除砂芯清砂对于易损坏的薄壁件及大铸件可使用抛丸清理机。2.7铸件清理和常见缺陷分析铸造铸件常见缺陷分析-1铸造铸件常见缺陷分析-2铸造熔模铸造熔模铸造又称失蜡铸造，用易熔材料如蜡料制成模样,在模样上包覆若干层耐火涂料,制成型壳,熔出模样后经高温焙烧即可浇注的铸造方法.铸件的精度高，表面粗糙度低。可铸出形状复杂的薄壁铸件。铸件合金种类不受限制，钢、铸铁和有色合金均可。生产工序复杂，生产周期长。原材料价格贵，铸件成本高。铸件不能太大、太长，否则蜡模易变形。最适合25kg以下的高熔点、难以切削成形的合金铸件的大批量生产。2.8特种铸造方法铸造压力铸造熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。压力30～70MPa，速度5～100m/s生产效率高,便于实现自动或半自动化。铸件的精度高,表面粗糙度低。铸件高压高速下结晶，故晶粒细小，表层紧实，铸件的强度、硬度高。便于采用嵌铸,又称镶铸法压铸机费用高，压铸模具制造成本高，工艺准备周期长，不适用单件小批量生产。压铸件不宜热处理，并尽量避免切削加工。（原因）由于压铸的金属液注入和凝固速度过快，型腔气体难以及时完全排出，壁厚处难以进行补缩，故铸件内部易存有气孔、缩孔和缩松等铸造缺陷。所以，不宜热处理。特种铸造方法铸造金属型铸造在重力作用下将熔融金属浇入金属型而获得铸件的方法称为金属型铸造。生产率中等，节省了配砂、造型、落砂等工序，节省大量造型材料和生产场地，易于实现机械化和自动化。铸件精度和表面质量高。铸件力学性能好。因冷却速度快，铸件的组织致密，力学性能提高。金属型不透气，无退让性，冷却速度快，易使铸件产生浇不足、冷隔、白口等缺陷。主要用于非铁合金铸件，如铝合金、铜合金铸件。特种铸造方法铸造离心铸造