《铸造铸件的收缩》课件

铸造铸件的收缩铸造过程中,熔融金属冷却收缩是不可避免的,这会影响到铸件的尺寸精度和质量。了解铸件收缩的原因及规律,对于提高铸件质量至关重要。课程目标理解铸件收缩的基本概念掌握铸件收缩的定义、分类及成因等知识。分析影响铸件收缩的因素了解金属成分、浇注工艺等对铸件收缩的影响。设计控制铸件收缩的策略学习通过合理的铸件设计和浇注工艺控制铸件收缩。铸件收缩的重要性质量保证铸件收缩的精准控制是确保铸件质量的关键因素。过大或过小的收缩会造成尺寸偏差、开裂、内应力等缺陷，严重影响铸件的使用性能。成本管控准确预测和控制铸件收缩有助于减少返工和废品率,降低生产成本。优化收缩控制措施可提高生产效率,提升企业竞争力。工艺优化深入了解铸件收缩规律,有助于优化浇注、冷却、脱模等工艺参数,提高生产稳定性,实现精益生产。设计创新掌握铸件收缩特性能够指导设计人员进行结构优化和工艺创新,开发出性能更优的铸件产品。铸件收缩的定义收缩的含义铸件收缩是指铸件在从液态到固态的过程中体积减小的现象。收缩的原因这是由于金属在凝固和冷却过程中密度的增加所致。收缩的分类铸件收缩可分为体积收缩、固化收缩和凝固收缩三种类型。收缩的影响铸件收缩会影响尺寸精度和外观质量,必须通过合理控制得到满意的铸件。铸件收缩的分类1体积收缩金属在凝固和冷却过程中由于原子间距减小而产生的体积收缩。2固化收缩金属从液态到固态过程中的收缩,由于晶格重排和原子重新排列引起。3凝固收缩金属从液态到固态过程中的体积减少,主要源于密度的增加。4冷却收缩金属从凝固状态到室温状态下的线性收缩,与温度下降有关。体积收缩体积收缩的定义铸件在凝固和冷却过程中会发生体积收缩,这是由于金属材料的分子间距离减小所导致的。体积收缩的量化通过测量金属收缩率来量化体积收缩的大小,这是评估铸件尺寸精度的重要指标。体积收缩的控制通过合理的铸件设计、浇注系统设计和工艺参数控制等措施,可以有效地控制和减小铸件的体积收缩。体积收缩的原因铸件在铸造过程中会发生体积收缩,主要有以下几个原因:不同的铸造工艺和铸件材料会造成这些收缩因素的比例差异,需要设计时进行合理的补偿。金属收缩率5%普通碳钢碳含量低于0.25%的普通碳钢的收缩率通常在5%左右。3%铸铁灰铸铁的收缩率通常在3%左右。1.5%黄铜黄铜的收缩率一般在1.5%左右。8%有色金属有色金属如铝合金的收缩率则可达8%左右。金属收缩率的影响因素成分组成合金中不同元素的含量会对收缩率产生显著影响。碳含量的增加通常会提高收缩率，而镁、铝等元素的添加则会降低收缩率。凝固温度铸件在凝固过程中的温度变化直接影响收缩率。一般来说，凝固温度越高，金属收缩率越大。浇注温度浇注温度过高会增加金属的流动性和收缩量，而浇注温度过低则会影响金属的充型能力。因此需要根据具体工艺选择合适的浇注温度。冷却速度冷却速度过快会导致表面凝固收缩大于内部,从而产生内部应力和开裂。而冷却速度过慢会延长凝固时间,增加整体收缩量。固化收缩1定义金属在固化过程中体积收缩的现象。这是由于金属在从液态到固态过程中密度增加而造成的。2特点固化收缩发生在液体金属转变为固体过程中。它是一种不可逆的体积变化。3影响因素主要受合金成分、浇注温度、冷却速度等因素的影响。合金含量越高,收缩率越大。固化收缩的特点体积变化金属固化过程中会发生体积收缩,这是由于结晶、密度增加等原因导致的。收缩时间差异固化收缩发生在金属完全凝固后,与凝固收缩存在一定时间差异。对铸件质量的影响固化收缩可能会造成铸件出现裂纹、缺陷等问题,需要重点关注和控制。凝固收缩相变收缩当金属从液态转变为固态时,原子结构的改变会导致体积收缩。这种收缩为相变收缩。密度差收缩固态金属的密度通常高于液态金属,所以在凝固过程中也会出现体积收缩。枝晶生长收缩在金属熔体凝固过程中,枝晶生长也会造成一定的体积收缩。凝固收缩的特点相变收缩金属从液态凝固为固态时会发生显著的体积收缩,减小约10%左右。温度降低金属从熔融温度逐步降至室温会持续收缩,最终达到最大的收缩量。晶体结构不同结晶结构的金属,其收缩行为也有所不同,如BCC、FCC和HCP结构。冷却收缩收缩速率冷却收缩的速率取决于冷却速度,通常较慢的冷却会导致更均匀的收缩。内外差异铸件内外温度梯度会造成非均匀收缩,内部收缩大于外部收缩。表面粗糙化冷却收缩通常会导致铸件表面变得粗糙不平整,影响外观品质。变形风险不均匀的冷却收缩还可能导致铸件产生变形和内部应力。冷却收缩的特点1持续过程铸件从浇注到最终冷却始终存在收缩过程,直到完全凝固。2累积效应冷却收缩会随着时间的推移逐步累积,最终导致铸件尺寸和形状的变化。3不均匀性铸件内部各区域冷却速率不同,会造成局部收缩不均匀,导致变形。4难以控制冷却过程受到多方面因素影响,难以精确预测和控制收缩量。合金对收缩的影响合金成分不同合金元素的添加会影响金属的收缩率。例如，铜添加可减小收缩，而镍添加则会增大收缩。晶体结构合金元素可改变金属的晶体结构，从而影响其收缩性能。BCC结构的金属通常收缩率较大。相图分析根据相图分析，合金成分的变化会导致熔点、凝固过程等的变化,从而影响最终的收缩特性。铸件设计与收缩1模型设计考虑金属收缩率，合理设计铸件几何形状2浇注系统设计优化浇口、冒口的位置和尺寸，控制金属流动3填充模型设计计算收缩量，设计填充模型以补偿收缩在铸件设计时,需要充分考虑金属的收缩特性,合理设计几何形状、浇注系统和填充模型,以控制和补偿收缩,确保铸件的尺寸精度。同时,还要考虑铸件的功能要求和生产工艺,达到最优化设计。浇注系统设计与收缩浇注系统设计要点合理设计浇注系统对于控制铸件收缩尺寸至关重要。需考虑浇口和溢流口的位置、尺寸和数量。模具温度管控维持模具适当温度有助于延缓铸件收缩。可通过加热或冷却系统来调控模具温度。真空辅助浇注采用真空辅助浇注能有效减少铸件收缩。通过负压抑制铸件气化和液化过程中的体积变化。预热或热处理适当的预热或热处理有助于降低铸件收缩。能改善凝固过程并均匀收缩分布。填充模型设计与收缩1合理设计合理设计填充模型尺寸和形状2适当筋骨适当设置筋骨以增强刚性3良好连接确保填充模型与模腔良好连接填充模型在铸件收缩过程中起着至关重要的作用。合理设计填充模型的尺寸和形状可以帮助引导金属收缩方向,适当设置筋骨可以增强模型的刚性,并确保模型与模腔有良好的连接,从而有效控制铸件收缩行为。冒口与压入口设计与收缩1冒口设计合理的冒口设计可以有效补偿铸件收缩,确保铸件最终尺寸符合要求。冒口尺寸应根据铸件几何形状和材料特性合理确定。2压入口设计压入口的设计对减少铸件收缩同样重要。压入口应尽量靠近冒口,以增加补缩能力,降低铸件收缩。3收缩控制通过优化冒口与压入口设计,可以有效控制铸件收缩,确保铸件尺寸精度。此外,还需结合浇注温度、冷却速度等因素综合考虑。合金成分对收缩的影响合金元素合金元素的种类和含量会直接影响铸件的收缩特性。不同的合金元素会改变金属的熔点、凝固过程和冷却速度。碳含量碳含量的增加会提高铸件的收缩率。因为碳能促进共晶点的形成,从而增加固化收缩。硅含量硅的增加会降低铸件的收缩率,因为硅能延缓共晶点的形成,减少固化收缩。但过高硅含量会导致铸件脆性增大。其他合金元素铜、镍、锰等合金元素也会对收缩产生不同程度的影响,需要根据具体合金组成进行分析和控制。浇注温度对收缩的影响浇注温度过高过高的浇注温度会导致金属液体的过度过热,加剧金属在凝固过程中的体积收缩,从而增加铸件内部的收缩孔洞和裂纹的产生。合理控制浇注温度通过精准控制浇注温度,可以最大限度地减少铸件在凝固过程中的体积收缩,提高铸件质量。实时监控浇注温度应用先进的温度监控技术,实时监控和调整浇注温度,确保铸件在最佳温度条件下凝固成型。模具材质对收缩的影响模具材质选择模具材质的选择会显著影响铸件的收缩情况。要根据铸件的材料、尺寸及复杂程度来确定合适的模具材质。热膨胀系数模具材质的热膨胀系数不同会导致冷却过程中的收缩量不同。合理选择热膨胀系数可以减少收缩变形。热传导性模具材质的热传导性会影响铸件内部温度梯度,从而影响收缩量。选用导热性能好的材料有利于均匀冷却。表面性能模具表面的粗糙度和光洁度也会影响铸件冷却速度,进而影响收缩量。光洁度高的模具有利于均匀冷却。模具温度对收缩的影响升高模具温度较高的模具温度会减少铸件在冷却过程中的收缩率。这是因为较高的模具温度可以减缓铸件的冷却速度，降低凝固时的体积收缩。降低模具温度较低的模具温度会增加铸件在冷却过程中的收缩率。这是由于较低的模具温度会加快铸件的冷却速度，增加凝固时的体积收缩。铸件脱模与收缩1脱模时机铸件在完全凝固后才能脱模,以免由于内部应力而造成变形或破裂。2脱模工艺合理的脱模工艺,如使用脱模剂、振动脱模等,有助于减少铸件收缩变形。3冷却速度控制冷却速度能有效减少铸件表面和内部的收缩差异,降低变形风险。4尺寸补偿在设计时应考虑铸件收缩,并进行相应的尺寸补偿,以确保最终产品符合要求。铸件热处理对收缩的影响热处理控制通过精确控制铸件的热处理工艺参数,可以有效控制铸件的收缩变形。应力释放热处理可以释放铸件内部的残余应力,降低变形风险。组织优化热处理可以调整铸件的金属组织结构,优化其体积收缩特性。铸件机械加工对收缩的影响精加工对铸件收缩的影响铸件进行精密的机械加工会改变其内部应力分布,从而影响最终的收缩量。加工过程也可能引发局部变形。加工质量对收缩的影响机械加工的粗糙度和精度会直接影响铸件的最终尺寸和形状,从而影响收缩量及其均匀性。加工偏差对收缩的影响如果机械加工存在较大的偏差,会导致铸件整体收缩不均匀,出现严重的变形。因此需要控制加工偏差。铸件质量检测与收缩控制质量检测通过各种检测手段,如测量、探伤等,确保铸件满足设计要求,及时发现并控制收缩问题。尺寸检测采用坐标测量机、三次元测量仪等,检测铸件关键尺寸,评估收