2-1铸造工艺基础课件.ppt
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- 铸造 工艺 基础 课件
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1、2-1铸造工艺基础第二篇第二篇 铸造铸造烟台大学机电汽车工程学院烟台大学机电汽车工程学院2机械制造中常用毛坯加工的方法有:铸造、锻压、机械制造中常用毛坯加工的方法有:铸造、锻压、冲压和焊接。冲压和焊接。其中铸造是制造毛坯最重要的方法。其中铸造是制造毛坯最重要的方法。上一页下一页后 退退 出 一什么是铸造一什么是铸造?制造铸型,熔炼金属,并将熔融金属浇入铸型,制造铸型,熔炼金属,并将熔融金属浇入铸型,凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法。凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法。实质:实质:液态成形液态成形3上一页下一页后 退退 出铸造-分模4上一页下一页后 退退 出 二特点二特点1.1.可以铸
2、造出形状结构复杂、特可以铸造出形状结构复杂、特别是内腔复杂的零件毛坯别是内腔复杂的零件毛坯(如暖如暖气、箱体、气缸体等气、箱体、气缸体等)。2.2.适应性强适应性强。不受零件的材料种。不受零件的材料种类,零件的重量、尺寸、形状类,零件的重量、尺寸、形状和结构复杂程度的限制。和结构复杂程度的限制。v 可以铸造出各种大小的铸件,大小从几可以铸造出各种大小的铸件,大小从几克几百吨;壁厚从克几百吨;壁厚从1mm1mm1m1m。v 可以铸造出各种复杂形状的铸件。可以铸造出各种复杂形状的铸件。v 可以铸造出各种金属和合金的铸件。可以铸造出各种金属和合金的铸件。5上一页下一页后 退退 出6上一页下一页后 退
3、退 出3.3.成本低廉。成本低廉。4.4.铸件的力学性能较差,不如锻件,这是主要缺点。铸件的力学性能较差,不如锻件,这是主要缺点。以普通车床为例,车床中铸件的重量占到以普通车床为例,车床中铸件的重量占到8080左左右,但其成本仅仅占到总成本的右,但其成本仅仅占到总成本的20203030。v 原材料便宜原材料便宜;还可以利用废品、废料以及一些;还可以利用废品、废料以及一些破损的零件;破损的零件;v 加工余量小;加工余量小;可以直接铸出复杂零件毛坯,可可以直接铸出复杂零件毛坯,可以省工省料。以省工省料。v 能源消耗少。能源消耗少。v 主要原因是铸造组织较差。主要原因是铸造组织较差。v 铸造组织特点
4、铸造组织特点:晶粒粗大;组织疏松;:晶粒粗大;组织疏松;成分不均匀。成分不均匀。7上一页下一页后 退退 出 三三应用应用 主要用于制造受力不大,但形状结构复杂的零件主要用于制造受力不大,但形状结构复杂的零件毛坯。例如气缸体,缸盖,活塞,机床床身,机架,毛坯。例如气缸体,缸盖,活塞,机床床身,机架,箱体,阀体,泵体等。卡车:离合器,变速箱,刹车箱体,阀体,泵体等。卡车:离合器,变速箱,刹车片,后桥,气缸,活塞。片,后桥,气缸,活塞。四四方法方法 v 砂型铸造砂型铸造:用型砂紧实成形的铸造方法。是最基本:用型砂紧实成形的铸造方法。是最基本的铸造方法。使用最普遍,占总铸件的铸造方法。使用最普遍,占总
5、铸件8080以上。以上。v 特种铸造特种铸造:与砂型铸造不同的其它铸造方法的统称。:与砂型铸造不同的其它铸造方法的统称。金属型铸造,熔模铸造,压力铸造,低压铸造,离金属型铸造,熔模铸造,压力铸造,低压铸造,离心铸造等。心铸造等。8上一页下一页后 退退 出9第一章第一章 铸造工艺基础铸造工艺基础第二章第二章 常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产第三章第三章 砂型铸造砂型铸造第四章第四章 特种铸造特种铸造第五章第五章 铸件结构设计铸件结构设计上一页下一页后 退退 出10第一章第一章 铸造工艺基础铸造工艺基础1-1 液态合金的充型液态合金的充型1-2 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩1-3 铸造内应
6、力、变形与裂纹铸造内应力、变形与裂纹1-3 铸件的质量控制铸件的质量控制铸造性能:铸造性能:合金通过铸造获得外形正确、内部健全的合金通过铸造获得外形正确、内部健全的优质铸件的能力,主要包括优质铸件的能力,主要包括充型能力充型能力和和收缩性收缩性。上一页下一页后 退退 出11第一节第一节 液态合金的充型液态合金的充型上一页下一页后 退退 出充型:充型:液态合金填充铸型的过程。液态合金填充铸型的过程。一、充型能力与流动性的概念一、充型能力与流动性的概念 液态合金充填铸型的能力,即液态液态合金充填铸型的能力,即液态合金充满铸型型腔,获得形状完整、合金充满铸型型腔,获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。轮
7、廓清晰铸件的能力。1.1.充型能力:充型能力:充型能力是考虑铸型及工艺因素影响的液态合金充型能力是考虑铸型及工艺因素影响的液态合金的流动性。的流动性。12上一页下一页后 退退 出2.2.合金的流动性:合金的流动性:液态合金的流动能力。液态合金的流动能力。是影响合金充型能力的主要因素之一,另外还有是影响合金充型能力的主要因素之一,另外还有铸型、浇注条件等铸造工艺因素。铸型、浇注条件等铸造工艺因素。3.3.测定流动性的方法:测定流动性的方法:以以螺旋形试件的长度螺旋形试件的长度来测定。来测定。在相同的浇注条件下,合金的流在相同的浇注条件下,合金的流动性越好,所浇出的试样越长。动性越好,所浇出的试样
8、越长。13上一页下一页后 退退 出二、充型能力对铸件质量的影响二、充型能力对铸件质量的影响v 容易得到形状完整和轮廓清晰的铸件,容易得到形状完整和轮廓清晰的铸件,有利于制造薄壁和形状复杂的铸件。有利于制造薄壁和形状复杂的铸件。v 有利于液态金属中的气体和熔渣的上浮有利于液态金属中的气体和熔渣的上浮与排除。与排除。v 有利于合金凝固收缩时的补缩等。有利于合金凝固收缩时的补缩等。1.1.流动性好,充型能力强,容易获得优质的铸件。流动性好,充型能力强,容易获得优质的铸件。14上一页下一页后 退退 出v浇不足浇不足:铸件残缺,轮廓不完整,或轮廓可能铸件残缺,轮廓不完整,或轮廓可能完整但边角圆而且光亮。
9、完整但边角圆而且光亮。v冷隔冷隔:在铸件上穿透或不穿透,边缘呈圆角状的在铸件上穿透或不穿透,边缘呈圆角状的缝隙。缝隙。2.2.合金充型能力差,铸件容易产生浇不足、冷隔、气孔、合金充型能力差,铸件容易产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣、缩孔等铸造缺陷,不能得到完整的零件。夹渣、缩孔等铸造缺陷,不能得到完整的零件。冷隔形成原因冷隔形成原因:是由于浇注断流或浇注温度过低、充型能力差等原因造成是由于浇注断流或浇注温度过低、充型能力差等原因造成的,这时合金液流到汇合的地方就不能与已经凝固的合金熔化的,这时合金液流到汇合的地方就不能与已经凝固的合金熔化结合在一起,这样就形成两部分隔开的缝隙。结合在一起,这样就形
10、成两部分隔开的缝隙。15上一页下一页后 退退 出16上一页下一页后 退退 出浇浇 不不 足足17上一页下一页后 退退 出冷冷 隔隔18上一页下一页后 退退 出三、影响充型能力的因素三、影响充型能力的因素 合金种类合金种类 1.1.合金性质合金性质合金流动性:决定于合金种类合金流动性:决定于合金种类与化学成分。与化学成分。灰铸铁和硅黄铜的流动性和充型能力最好;灰铸铁和硅黄铜的流动性和充型能力最好;铝硅合金其次;铝硅合金其次;铸钢最差。铸钢最差。根据根据“螺旋型试样长度螺旋型试样长度”实验:实验:19上一页下一页后 退退 出化学成分化学成分 同一种合金,化学成分不同,合金流动性也有不同。同一种合金
11、,化学成分不同,合金流动性也有不同。因为化学成分不同,合金的结晶温度范围和结晶特性因为化学成分不同,合金的结晶温度范围和结晶特性不同。不同。v 纯金属和共晶成分的合金纯金属和共晶成分的合金,结晶是在恒温之下进行,此时金属,结晶是在恒温之下进行,此时金属液的凝固是从金属件的表面开始向中心逐层推进,称为液的凝固是从金属件的表面开始向中心逐层推进,称为逐层凝逐层凝固固,凝固层的内表面比较平滑,对还没有凝固的液态金属阻力,凝固层的内表面比较平滑,对还没有凝固的液态金属阻力较小,较小,合金的流动性较好合金的流动性较好;v 非共晶成分的合金非共晶成分的合金的结晶过程是在一定的温度范围之内进行,的结晶过程是
12、在一定的温度范围之内进行,凝固时铸件存在凝固时铸件存在两相区两相区,其中既有没有凝固的液态金属,还有,其中既有没有凝固的液态金属,还有已经凝固的小的树枝状结晶体,称为已经凝固的小的树枝状结晶体,称为糊状凝固糊状凝固,树枝状的小晶,树枝状的小晶体和粗糙不平的凝固层的内表面使得液态金属的流动阻力增大,体和粗糙不平的凝固层的内表面使得液态金属的流动阻力增大,因此这种因此这种合金的流动性较差合金的流动性较差。合金的结晶范围越宽,则两相区。合金的结晶范围越宽,则两相区越宽,合金的流动性也就越差。越宽,合金的流动性也就越差。20PS7271148GCE0A3AcmA1DALFFeC%6.690.020.7
13、72.114.3At温度()L+AL+Fe3CILd+Fe3CILd+A+Fe3CIIA+FFP+FF+Fe3CIIIA+Fe3CIIP+Fe3CIILd+P+Fe3CIILd+Fe3CIQ上一页下一页后 退退 出上一页下一页后 退退 出三、影响充型能力的因素三、影响充型能力的因素 合金种类合金种类 1.1.合金性质合金性质合金流动性:决定于合金种类合金流动性:决定于合金种类与化学成分。与化学成分。灰铸铁和硅黄铜的流动性和充型能力最好;灰铸铁和硅黄铜的流动性和充型能力最好;铝硅合金其次;铝硅合金其次;铸钢最差。铸钢最差。根据根据“螺旋型试样长度螺旋型试样长度”实验:实验:22上一页下一页后 退
14、退 出化学成分化学成分 同一种合金,化学成分不同,合金流动性也有不同。同一种合金,化学成分不同,合金流动性也有不同。因为化学成分不同,合金的结晶温度范围和结晶特性因为化学成分不同,合金的结晶温度范围和结晶特性不同。不同。v 纯金属和共晶成分的合金纯金属和共晶成分的合金,结晶是在恒温之下进行,此时金属,结晶是在恒温之下进行,此时金属液的凝固是从金属件的表面开始向中心逐层推进,称为液的凝固是从金属件的表面开始向中心逐层推进,称为逐层凝逐层凝固固,凝固层的内表面比较平滑,对还没有凝固的液态金属阻力,凝固层的内表面比较平滑,对还没有凝固的液态金属阻力较小,较小,合金的流动性较好合金的流动性较好;v 非
15、共晶成分的合金非共晶成分的合金的结晶过程是在一定的温度范围之内进行,的结晶过程是在一定的温度范围之内进行,凝固时铸件存在凝固时铸件存在两相区两相区,其中既有没有凝固的液态金属,还有,其中既有没有凝固的液态金属,还有已经凝固的小的树枝状结晶体,称为已经凝固的小的树枝状结晶体,称为糊状凝固糊状凝固,树枝状的小晶,树枝状的小晶体和粗糙不平的凝固层的内表面使得液态金属的流动阻力增大,体和粗糙不平的凝固层的内表面使得液态金属的流动阻力增大,因此这种因此这种合金的流动性较差合金的流动性较差。合金的结晶范围越宽,则两相区。合金的结晶范围越宽,则两相区越宽,合金的流动性也就越差。越宽,合金的流动性也就越差。2
16、3上一页下一页后 退退 出2.2.浇注条件浇注条件 对液态金属的充型能力有决定性的影响。对液态金属的充型能力有决定性的影响。浇注温度浇注温度 v温度高,充型能力就强温度高,充型能力就强。这是因为浇注温度提高,合金液的粘。这是因为浇注温度提高,合金液的粘度就降低,浇注以后保持液态的时间也就延长,传给铸型的热度就降低,浇注以后保持液态的时间也就延长,传给铸型的热量就增多,这就使铸型和金属液的冷却速度就降低,从而使合量就增多,这就使铸型和金属液的冷却速度就降低,从而使合金的充型能力增强。金的充型能力增强。v对于薄壁铸件,适当提高浇注温度是改善充型能力、防止产生对于薄壁铸件,适当提高浇注温度是改善充型
17、能力、防止产生浇不到、冷隔的重要措施。这些措施在生产中经常采用,也比浇不到、冷隔的重要措施。这些措施在生产中经常采用,也比较方便。较方便。v根据生产经验,常用铸造合金的浇注温度为:铸铁根据生产经验,常用铸造合金的浇注温度为:铸铁12301450C;铸钢铸钢15201620C;铝合金铝合金680780C。对薄壁及复对薄壁及复杂铸件取浇注温度的上限,对于厚大铸件可以取其下限。杂铸件取浇注温度的上限,对于厚大铸件可以取其下限。24上一页下一页后 退退 出v 浇注时,金属所受的浇注时,金属所受的充型压力越大,充型能力就越充型压力越大,充型能力就越强强。v 提高金属件的压头例如增加直浇道的高度,可以提提
18、高金属件的压头例如增加直浇道的高度,可以提高充型能力,这也是一项经常采用的工艺措施。高充型能力,这也是一项经常采用的工艺措施。v 其他方式是外加压力,比如压力铸造、低压铸造也其他方式是外加压力,比如压力铸造、低压铸造也都能提高充型能力。都能提高充型能力。充型压力充型压力 25上一页下一页后 退退 出3.3.铸型性质铸型性质铸型材料和铸型温度铸型材料和铸型温度 v 铸型材料的导热性小,铸型温度高铸型材料的导热性小,铸型温度高,都会使得,都会使得金属液冷却慢,保持液态流动时间长,金属液冷却慢,保持液态流动时间长,充型能充型能力就强。力就强。v 因此充型能力砂型比金属型强;干型比湿型强;因此充型能力
19、砂型比金属型强;干型比湿型强;铸型预热温度高的比预热温度低或不预热的要铸型预热温度高的比预热温度低或不预热的要强;强;v 凡是能减小铸型中金属液冷却速度的因素,都凡是能减小铸型中金属液冷却速度的因素,都能提高合金的充型能力。能提高合金的充型能力。26上一页下一页后 退退 出4.4.铸件结构铸件结构铸型的型腔结构铸型的型腔结构 v 铸件结构越复杂,铸件的厚度越小,或者是有铸件结构越复杂,铸件的厚度越小,或者是有大的、薄的水平面时,金属液的流动阻力就比大的、薄的水平面时,金属液的流动阻力就比较大,这时充型能力就比较差。较大,这时充型能力就比较差。v 因此在设计铸件时,应尽量简单,壁厚必须大因此在设
20、计铸件时,应尽量简单,壁厚必须大于规定的最小允许壁厚。以防止产生浇不到、于规定的最小允许壁厚。以防止产生浇不到、冷隔等缺陷。冷隔等缺陷。凡是能延长液态时间、减小流动阻力的因素,凡是能延长液态时间、减小流动阻力的因素,都能提高合金的充型能力。都能提高合金的充型能力。27第二节第二节 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩上一页下一页后 退退 出一、铸件的一、铸件的凝固方式凝固方式逐层凝固逐层凝固糊状凝固糊状凝固中间凝固中间凝固28上一页下一页后 退退 出二、铸件合金的收缩二、铸件合金的收缩合金重要铸造性能之一合金重要铸造性能之一 合金浇入铸型后,从液态冷却、凝固并继续冷却合金浇入铸型后,从液态冷却、凝
21、固并继续冷却到室温的过程中,产生的到室温的过程中,产生的体积和尺寸的缩小体积和尺寸的缩小。v 铸件在凝固和冷却的过程中受到铸型和铸件结铸件在凝固和冷却的过程中受到铸型和铸件结构的制约阻碍,不能够自由收缩,铸件收缩是构的制约阻碍,不能够自由收缩,铸件收缩是一种一种受阻收缩受阻收缩。v 铸件的收缩是铸件许多缺陷铸件的收缩是铸件许多缺陷(缩孔缩孔,缩松缩松,裂纹裂纹,变形变形,残余应力残余应力)产生的基本原因。产生的基本原因。29上一页下一页后 退退 出1.1.合金收缩的三个阶段合金收缩的三个阶段 液态收缩液态收缩合金在液态时,由于温度降低而发生的合金在液态时,由于温度降低而发生的体积收缩体积收缩。
22、凝固收缩凝固收缩合金在凝固阶段的合金在凝固阶段的体积收缩体积收缩。v 液态收缩和凝固收缩是铸件液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松产生缩孔和缩松的基本的基本原因。原因。v 体积收缩的程度通常用体积收缩的程度通常用体收缩率体收缩率来表示。来表示。v 体收缩率是用百分率来表示的体收缩率是用百分率来表示的体积的相对收缩量体积的相对收缩量。30上一页下一页后 退退 出v 线收缩率是用百分率来表示的线收缩率是用百分率来表示的尺寸的相对尺寸的相对收缩量收缩量。v 合金的固态收缩是铸件产生合金的固态收缩是铸件产生铸造应力、变铸造应力、变形和裂纹形和裂纹的基本原因。的基本原因。固态收缩固态收缩合金在固态由于
23、温度降低而发生的收缩。固态收缩合金在固态由于温度降低而发生的收缩。固态收缩表现为尺寸的缩小,故用表现为尺寸的缩小,故用线收缩率线收缩率来表示固态收缩来表示固态收缩的程度大小。的程度大小。31上一页下一页后 退退 出2.2.影响合金收缩的因素影响合金收缩的因素 合金种类和化学成分合金种类和化学成分 v 碳钢和铸铁的收缩率是不同的。铸钢和白口铸铁碳钢和铸铁的收缩率是不同的。铸钢和白口铸铁的收缩率比较大,的收缩率比较大,灰铸铁的收缩率灰铸铁的收缩率就就比较小比较小。v 这是由于灰铸铁结晶时,它里面的碳大部分以石这是由于灰铸铁结晶时,它里面的碳大部分以石墨的型式析出,体积要膨胀,这样抵消了灰铸铁墨的型
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