铸造知识概述

铸造知识概述（1）第三篇铸造概念：把熔化的金属液浇注到与零件形状相适应的铸型中，使其凝固获得铸件和毛坯的方法称——。特点：1、可生产形状复杂件，如箱体、床身、机架、矿车轮等。2、 铸造方法适应性广，各种合金及大小，武重40T的龙门刨，床身26T。86.11上海压力机厂生产铸件490T世界少有。3、 铸件成本低，砂，粘土，设备。4、 节省金属、毛坯与零件相近。但铸件机性差、组织粗大，铸件质量难于控制，工人劳动强度大。矿山机械中铸件占重量80%左右。特别是近年来特种铸造出现，可做到少，无切削。第一章铸造工艺基础铸造常用合金有铸铁，铸钢和铸造有色合金。铸造合金除了有必要机要性能，物理、化学性能，还应有良好的铸造性能，是指合金在铸造生产中表现出的工艺性能，选择合金的重要依据，是保证铸件质量的重要因素，包括：流动性、收缩、偏析、吸气等。§1-1液态合金的流动性一、 合金的流动性：概念：浇注时，液体金属充填铸型的能力，与合金种类、结晶，特点，粘度等有关。流动性好，充型能力强，可得到形状复杂，轮廓清晰的铸件，缺陷少，补缩好。流动性差，易于产生浇不足、冷隔，是选择合金重要依据，流动性测定用螺旋试样，见实验指导书。常见合金、黄铜、铸铁最好，铸钢最差。二、 影响合金流动性因素：影响保持液态时间长短……1、化学成分：与合金种类、成分、结晶特点及物理性能有关，结构特点。见P64图3.1-1。层状结晶，纯金属、共晶合金流动性好。见图3.1-2。P能降低液体粘度和表面张力，提高流动性，明太祖朱元障在南京铸钟……。2、浇注温度：T°C高，粘度小，冷却慢，提高流动性T°C太高，收缩大，吸气严重，氧化严重，粘砂厉害3、充型能力：减小流动阻力，减小冷却速度、均使流动性提高，铸型光滑，流提高，直浇口高，压力大，流动性提高，含水少，透气性好，流动性高，金属型＜砂型，干＞湿。§1-2铸造合金的收缩一、 合金的收缩及影响因素：1、 合金的收缩：合金在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减少的现象。使铸件产生缩孔，缩松、裂纹、变形、内应力……。分为三个阶段。液态收缩：从浇注温度到开始凝固温度时产生的收缩，产生缩孔原因之一。凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终了温度的收缩，产生缩孔，缩松的主要原因。固态收缩：从凝固终止温度冷却到室温时的收缩，产生应力，变形，裂纹主要原因,P66表3.1-1几种合金收缩率。2、 影响合金收缩的因素：化学成分：不同成分收缩不同、钢中碳增加凝固收缩大、固态改缩略小。铸铁中C增加，G增加收缩小。硅增加，石墨增加，收缩小，MnJ。SJGJ收缩小。浇注温度：T°C提高，收缩大，高温出炉，低温浇注。铸件结构与铸型：受阻收缩，芯子阻力，比自由收缩要小。二、 铸件缩孔、缩松的形成及防止：1、 缩孔及缩松的形成缩孔：温度降低后，外壳冷却快，形成封闭壳，补充壳凝固、收缩，金属下降一层，又一层形成缩孔。纯金属和共晶合金属于层状凝固。缩松：缩松是分散最后凝固部位细小缩孔，结晶区间宽的合金，先析出枝晶把液体分开，在最后凝固部位形成缩松。2、 缩孔、缩松的防止：安放冒口补充凝固收缩，使缩孔移出件外，P67，图3.1-66。冒口还可排气、集渣，ZG件比较大，冒口占件1/3-1/2，铸钢体收缩10-14%。安放冷铁调整冷速，使铸件同时凝固或顺序凝固，图3.1-6C§1-3铸造内应力、铸件的变形与裂纹铸件在凝固后，冷却过程中要产生固态收缩，当受阻时，就会产生内应力，甚至变形与裂纹一、铸造内应力的形成与控制：分为热应力与机械应力。1、 热应力、由于铸件厚薄不均，冷速不同，收缩不同(同一时刻)而引起的应力为……。以铸造应力框来分析热应力形成过程，图3.1-7当杆I、n均处于塑性状态时，两杆因冷速不同而收缩不一致，产生内应力被塑变而消除,图3.1-7(a)。当杆I处塑性，杆n细处于弹性收缩大，杆I受压，处于高塑性状态，发生塑性变形，内应力消失。图3.1-7(b)。⑶当i、n均处于弹性状态：杆I温度较高，杆n温度较低，收缩很小，而I收缩大，杆I收缩受杆n阻碍，i受拉应力，n受压应力，当其强度超过会发生变形和裂纹。2、 机械应力：铸件固态收缩受阻(铸型、型芯)图3.1-9所示，落砂后会消失，但机械、热应力共同作用会产生熟裂纹。二、 铸件的变形及防止：壁厚不同收缩时会产生内应力，产生变形，图3.1-10厚受拉应力，薄受压应力。铸件壁厚要尽量均匀，对称，图3.1-11尽量同时凝固，加冒口、冷铁。反变形法。时效处理、人工时效、自然时效。三、 铸件裂纹及防止：当内应力超过时，产生裂纹，铸件报废。热裂：铸件凝固未期高温下产生裂纹，强度，塑性低，收缩受阻会产生裂纹，特点是裂纹短、缝宽、形状曲折，呈氧化色。与合金结晶特点、成分有关，合理设计，减少型砂阻力。冷裂：低温下形成裂纹，特征是裂纹细小、直线形、无氧化色、减少内应力、脆性增加、JP含量＜0.3%。第二章常用铸造合金常用铸造合金有铸铁、铸钢、铸造有色合金等。§2-1铸铁件生产一、概述：1、铸铁的特点及种类：是生产中应用最广泛的材料。铸造性能好，切削加工性好，生产工艺简单，成本低，但塑性差，可焊性差。常用来制造机架、床身、箱体、曲轴……。按着碳的存在形态和石墨的形状不同分为：白口铸铁：C除极少数溶入铁素体外、其余都以FeC形态有在、断口呈银白色、又硬、又脆、不易机加工。可用来做可铁毛坯，也用于耐磨件，如轧辊、锤头、磨球、犁桦等见P73图3.2-1(a)灰口铸铁：碳除微量溶于铁素体，大部全部以片状不石墨形式存在，断口呈灰色。应用最广泛的铸铁，图3.2-1(b)。球墨铸铁：碳大部全部以球状石墨形式存在，用于高性能件，如曲轴 。可锻铸铁：碳大中或全部以团絮状石墨形式存在，用于较高强度、韧性件，如后桥等。二、灰铸铁：占铸铁总数80%以上，组织由基体+G片1、灰铸铁化学成分、组织和性能：(1)灰铁化学成分与组织：成分：2.6-3.6%C、1.2-3.0%S、0.4-1.2%Mn、S<0.15%、P<0.3%。按着基体组织不同分为：铁素体灰铁：F+G粗片大，HB低，切削加工性好，用于要求不高零件。铁素体珠光体灰铁：F+P+G片，较差，铸造性能、切削加工性好，应用较广。珠光体灰铁：P+G细片，、HB高、重要机械零件。(2)灰铸铁的性能：钢的基体上嵌入大量G片(孔洞)机械性能：由于G的20mpa,5、屮=0,HB=3，相当孔洞，使性能=120-250Mpa,5、屮=0,极低，抗压与钢相近。工艺性能：共晶成分，铸造性能好，切削加工性好，不能压力加工，焊接性能差。减震性：大量G片，阻碍震动传播、吸震。床身、锻锤机座。耐磨性：G干润滑剂，G坑储存油，导轨。缺口敏感性低：G存在大量缺口，对外来缺口不敏感了。2、 灰铸铁的孕育处理：性能决定基体和石墨形态，为了提高性能用碳、硅低的铁水，C=2.7-3.2，Sil=2%,Mn=l%,S<0.12%,p<0.3%，直接浇注白口，麻口。在铁水包中加入Si-Fe(Si=75%)加入量0.2-0.5%，块度3-10mm，使其得到细小片状石墨，％、塑性无变化，耐磨性提高特别是厚大截面性能均匀，P75图3.2-2。常用于齿轮、床身、泵体……。3、 灰铸铁的牌号和应用：灰铁和性能取决成分和冷却速度，常用机械性能表示，HT200为灰铁,=200Mpa见表3.2-1与老牌号HT20-40相同。三、 球墨铸铁1、球铁的牌号、组织和性能QT450-10为球铁，，表3.2-2P76组织：铁素体球铁：F+G球铁素体珠光体球铁，F+P+G球珠光体球铁，P+G球球状石墨对机体割裂作用少，应力集中小，性能大大提高，成本降低，以铁代钢，东风4000，曲轴锻钢一万，球铁三千元。1、球墨铸铁的生产化学成分：3.4-4%C，2-2.6%Si，S<0.07%，P<0.1%。球化剂与孕育剂：Mg-稀土合金，脱S,去气，提高铸性，石墨球化，成本低。加入量1-1.6%。孕育剂Si-Fe为0.5-1.0%，细化石墨球。球化处理工艺：包底冲入法图3.2-3，加入1/3-1/2铁水。球铁的热处理：改变基体来提高性能，退火，正火，淬火，回火。四、 可锻铸铁：成分：2.4-2.8%C,0.4-1.4%Si,浇注成白口铁，经长时间（40-70h）高温（900°C以上）退火,使Fe3cfFe+G（团形成团絮状，耗能大，成本高，重要件，汽车后桥。KTH300-06墨心可铁（F），。常见铁素体，珠光体基体，表3.2-3五、其他铸铁：1、蠕墨铸铁，介于球铁，灰铁之间……2、合金铸铁：耐磨、耐热、耐腐蚀……§2-2铸钢件生产一、概述在煤矿机械中，要求强度高，塑性好，韧性好，常用铸钢件（1）综合性能高于铸铁，如矿车轮，高压阀门……（2） 焊接性能好，低中碳钢，液压支架（3） 性能稳定，质量较易控制（4） 便于制造具有耐磨，耐蚀，耐热铸件。二、 铸钢的分类、性能和应用：按着化学成分分为铸造碳钢和铸造合金钢。1、 铸造碳钢：常分为低碳钢，中碳钢和高碳钢C<0.25%，C=0.25-0.45%,C=0.5-0.6%。牌号：ZG200-400，，原牌号ZG15。见表3.2-4应用。2、 铸造合金钢：为了提高钢的机械性能，使其具有耐磨、耐热、耐蚀及特殊物理化学性能，加进一些合金元素。低合金铸钢，Re<3.5%,ZG35Mn高合金铸钢，Re>10%,ZGMn13，表3.2-4三、 铸钢工艺特点：1、 流动性差，8>8mm，结晶宽。2、 收缩大：体10-14%，线1.8~2.5%易于产生缩孔、缩松加冒口补缩。3、 熔点高：1500°C左右，易氧化粘砂，SiO2>95%四、铸钢件的热处理：铸钢件晶粒粗大，过热组织、偏析、残余应力，使机性下降，为此要采用退火和正火。五、铸钢的熔炼：常见的有电弧炉炼钢和感应电炉炼钢。§2-3常用有色合金1、 纯铝：熔点6601,d=2.7，导电、导热性好。常用L］、I?、L3……L82、 变形铝合金：热处理不能强化铝合金，防锈铝合金，表3.2-5热处理能强化铝合金，硬铝含金，超硬铝合金、锻铝合金。3、 铸造铝合金铝硅合金ZL101……表3.2-6P84，应用铝铜合金ZL201……铝镁合金ZL301……铝锌合金ZL401……二、铜合金1、 纯铜：熔点10831，d=8.98/cm3导电、导热、抗腐蚀、塑性高。常用人，T?，T3,T4号大，纯度差。2、 黄铜：Cu+Zn合金H62，黄铜，Cu=62%，Zn=38%,铆钉，散热片，表3.2-7。ZH80，铸造黄铜，机性好耐腐蚀，价便宜，用途广。特殊黄铜HPb59-1，Cu=59，Pb=1，Zn=40。3、青铜：除Zn以外铜合金锡青铜：QSn6.5-0.1，Sn=6.5，P=0.1，Cu=93.6，表3.2-8。铝青铜：ZQA19-4，铸铝青铜，Al=9%，Fe=4%，Cu=87%。第三章特种铸造砂型铸造有很多优点，适应性广，成本低，应用普遍，但表面光洁度差，工艺复杂，生产率低，劳动条件差，为此常采用金属型铸造，压力铸造，低压铸造，熔模铸造，离心铸造，陶瓷型铸造，挤压铸造，壳型，磁丸，连续，实型铸造。§3-1金属型铸造把液体金属浇入到金属制成的铸型里获得铸件……。1、金属型构造及工艺：金属型分为水平分型、垂直分型、复合型P883.3-1。铸造工艺特点：合适的型温，250-350to喷刷涂料。开型时间、温度合适。二、金属型特点及应用1、 生产率高、永久型。2、 铸件精度高、余量小，IT14-12，Ra=12.5-6.33、 机械性能好,Al的％提高20%4、 成本高、不适于薄件适用于大批量生产中小有色金属件，活塞、气缸盖，铜瓦……。§3-2压力铸造用高压（5〜150mpa）高速（5〜100m/s）把液态、半液态合金压入金属型中，并在压力下结晶……。一、压力铸造工艺过程：在压铸机上完成的，压型是金属型，压铸机按其压室分为冷室、热室，P90,3.3-3,3.3-4o又可分为卧式、立式，常见有动模、静模、芯子、顶杆……。（1）合模注入金属（2）压铸3）开型取件2．压铸的特点及应用：生产率高80—120件/h,热室400〜1000件/h。精度、质量好，IT““,Ra3.2—0.8，薄件、齿轮。13 11机械性能高，结晶细，。(4)设备贵，铸件易于气孔、缩孔适于汽车、飞机、电器的有色合金件。§3—4熔模铸造用易熔材料制成蜡模，然后用耐火材料涂挂，硬化后把易熔材料熔失掉，烘干，浇注，获得所需无分型面铸件，例如铸铜主席像。也称为失蜡铸造。1909年发明做金牙，保山专利。二战涡轮发动机，波音飞机。一、熔模铸造工艺过程：P93图3.3-61)母模(a)2)压型(b)3)蜡模压制，组模(c〜e)4)制壳(f)4〜6次5)脱腊(g)85〜95°C水6)焙烧850〜900°电阻炉7)填砂浇注，清理。、熔模铸造特点及应用(1)铸件精度，光洁度高，IT14-11，Ra12.5—1.6适于形状复杂，薄壁件，无分型面，1.2mm予热适于各种合金，高熔点，难加工。生产批量不受限制，单件、大批。工艺复杂周期长，小于25kg件。§3—5离心铸造把液态金属浇注入高速旋转（250—1500rpa）铸型中，在离心力作用下，充型和结晶，这种离心铸造。一、 离心铸造的基本方式：．立式离心铸造机，P953.3-7。2．卧式离心铸造机。3．铸造工件离心机图3.3-8。二、 离心铸造的特点及应用（1） 金属利用率高，省芯、浇注系统，成本低。（2） 结晶致密，气体，夹渣内浮，顺序凝固。（3） 充型能力强，薄件。（4） 适于双金属铸造。（5）内径尺寸误差大，粗糙，偏析。适用于铸铁管、气缸套、铜套。第四章铸造工艺设计§4-1概述铸造工艺设计依据铸件的技术要求、结构特点、生产批量及生产条件，确定铸造工艺方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，偏制工艺卡等。工艺设计是生产准备、管理、验收的依据，对保证铸件质量，提高生产率，降低成本有重要意义。一、铸造工艺设计的依据：第四章铸造工艺设计§4-1概述铸造工艺设计依据铸件的技术要求、结构特点、生产批量及生产条件，确定铸造工艺方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，偏制工艺卡等。工艺设计是生产准备、管理、验收的依据，对保证铸件质量，提高生产率，降低成本有重要意义。一、铸造工艺设计的依据：1．生产任务和技术要求：审查零件图。审查零件技术要求。生产类型及生产期限。2．车间生产条件设备。原材料。工人技术水平。模具、工装车间能力。3．设计经济性二、铸造工艺设计的内容：1．铸造工艺图，用各种符号在零件上表明铸造工艺方案，如浇注位置，分型面，余量，斜度，收缩率，浇注系统，冒口，冷铁等。2．铸造工艺卡：说明造型，造芯，浇注，清理工艺过程及要求文件。3．合箱图三、铸造工艺设计的程序1．审查图纸2．选择铸造及造型方案3．确定浇注位置及分型面4．选用工艺参数5．设计浇冒口，冷铁6．设计砂芯§4-2铸件结构工艺性铸件结构设计除了满足使用性能及机械性能外，还要考虑铸造结构工艺性能，将影响铸件质量及成本。一、铸造工艺对铸件结构的要求：1．减小分型面，并尽可能为平面，图P10中3.4-1、3.4-2。2．铸件结构应少用或不用型芯，图3.4-3、3.4-4。3．铸件结构有利于型芯固定，排气和清理，3.4-5、3.4-6。3.4-7空心圆球，工艺孔。4．铸件形状简单，避免使用活块，3.4-8。5．铸件上应用结构斜度，3.4-9。6．铸件的吊装、运输和装夹方便，安全。二、合金铸造性能对铸件结构的要求：1•铸件壁厚应合理，6最小壁厚，太厚晶粒粗大，组织疏松，易于产生缩孔，不能提高厚度来提高承载能力。抗弯100%194%282%重量100%50%65%•铸件壁厚应尽可能均匀，P103图3.4-10。3．铸件壁的连接（1） 要用圆角连接，P1043.4-11、12。①热量大，②柱状晶杂质集中，③应力集中，④工艺简单（2） 不同壁厚连接，表3.4-2。（3） 避免锐角和交叉连接，图3.4-133.4-14。•避免铸件收缩受阻，图3.4-15•避免过大水平面，图3.4-16水平面金属液上升速变慢。6•铸件防裂筋的应用，图3.4-17。三、组合铸件，图3.4-18§4-3铸造工艺方案的确定一、 铸型种类及造型方法的选择铸型：砂型、金属型、壳型……。砂型分为湿型、干型、表干型……。造型方法：手工造型、机械造型二、 浇注位置的选择：浇注时铸件在铸型中所处位置。•重要面质量要求高面朝下或放于侧面，图3.4-19、3.4-20。•铸件的大平面应放在下部，图3.4-21。•薄部位置于下部或倾斜、垂直放置，图3.4-22。4•减少型芯，便于安放、稳固、排气，图3.4-23。5．易于产生缩孔，厚大部位置于上部、侧面，便于安放冒口，图3.4-24。三、分型面选择；为取出模型，砂箱间的分界面1•尽量减少分型面的数目，简化工艺J成本，图3.4-25。2．分型面要尽量平直，图3.4-26。3．尽量使铸件全部或大部置于同一半型中，图3.4-27、图3.4-28。4．分型面便于下芯、合箱及检查型腔尺寸，图3.4-29。5．分型面选在最大截面§4-4铸造工艺参数选择工艺方案确定后，还要确定工艺参数一、 机械加工余量：为进行机加工而放大的尺寸，依合金种类，尺寸生产批量，复杂程度，加工面位置。P110图3.4-3。二、 收缩率：由于合金的收缩，使体积减少，要放大收缩量的这个尺寸，工厂称缩尺，合金种类，尺寸，结构而定，HT0.7〜1.0%、ZG1.5〜20%、有色1.5〜1%。三、 拔模斜度：为了便于取出模型，在垂直于分型面的表面制造模型时留出一定斜度，图3.4-30，砂型15'〜3。，内3。〜15。。四、 最小铸出孔和槽：是否要铸出看工艺要求。灰铁单件申30〜50，成批申15〜30，大量申12〜15mm五、 铸造圆角，相交壁圆角过渡§4-5型芯、浇注系统和冒口设计一、 型芯设计：形成铸件内，腔孔及复杂表面，减少分型面和活块数目。1．型芯分块：大尺寸，复杂芯减少芯，图3.4-31、图3.4-32。2．芯头设计：作用定位，固定，排气，清砂。分为水平芯头、垂直芯头，图3.4-33二、 浇注系统设计1．组成：由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道。2•类型：封闭式、开放式、半封闭式。F直〉F横〉F内，F直＜F横＜F内，F内＜F直〉F横顶浇式、底注式、中间注入式，图3.4-34。3．尺寸的确定三、冒口和冷铁设计1．冒口作用及种类：作用补缩，调速冷速，排气，集渣。种类有顶冒口，边冒口，明冒口，大气压力冒口，发热冒口。P114图3.4-5。2．冒口设置及计算3．冷铁：作用，减少冒口，改善金相组织，控制凝固顺序，增加冒口补缩距离，常见冷铁类型图3.4-36。§4-6典型件铸造工艺设计举例一、 铸造工艺图表示方法，P17表3.4-5。二、 典型件举例图3.4-37、3.4-38、3.4-39。1．生产任务和技术要求：审查零件图。审查零件技术要求。生产类型及生产期限。2．车间生产条件①设备。②原材料。工人技术水平。模具、工装车间能力。3．设计经济性二、铸造工艺设计的内容1．铸造工艺图，用各种符号在零件上表明铸造工艺方案，如浇注位置，分型面，余量，斜度，收缩率，浇注系统，冒口，冷铁等。2．铸造工艺卡：说明造型，造芯，浇注，清理工艺过程及要求文件。3．合箱图三、铸造工艺设计的程序1．审查图纸2．选择铸造及造型方案3．确定浇注位置及分型面4．选用工艺参数5．设计浇冒口，冷铁6．设计砂芯§4-2铸件结构工艺性铸件结构设计除了满足使用性能及机械性能外，还要考虑铸造结构工艺性能，将影响铸件质量及成本。一、铸造工艺对铸件结构的要求：1．减小分型面，并尽可能为平面，图P10中3.4-1、3.4-2。2．铸件结构应少用或不用型芯，图3.4-3、3.4-4。3．铸件结构有利于型芯固定，排气和清理，3.4-5、3.4-6。3.4-7空心圆球，工艺孔。4．铸件形状简单，避免使用活块，3.4-8。5．铸件上应用结构斜度，3.4-9。6．铸件的吊装、运输和装夹方便，安全。二、合金铸造性能对铸件结构的要求：1•铸件壁厚应合理，6最小壁厚，太厚晶粒粗大，组织疏松，易于产生缩孔，不能提高厚度来提高承载能力。抗弯100%194%282%重量100%50%65%2．铸件壁厚应尽可能均匀，P103图3.4-10。3．铸件壁的连接（1）要用圆角连接，P1043.4-11、12。①热量大，②柱状晶杂质集中，③应力集中，④工艺简单2）不同壁厚连接，表3.4-2（3）避免锐角和交叉连接，图3.4-133.4-14。4．避免铸件收缩受阻，图3.4-155．避免过大水平面，图3.4-16水平面金属液上升速变慢。6．铸件防裂筋的应用，图3.4-17。三、组合铸件，图3.4-18§4-3铸造工艺方案的确定一、铸型种类及造型方法的选择铸型：砂型、金属型、壳型……。砂型分为湿型、干型、表干型……造型方法：手工造型、机械造型二、 浇注位置的选择：浇注时铸件在铸型中所处位置。1．重要面质量要求高面朝下或放于侧面，图3.4-19、3.4-20。2．铸件的大平面应放在下部，图3.4-21。3．薄部位置于下部或倾斜、垂直放置，图