金属液态成型工艺基础培训课件(-).ppt
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1、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,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。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,具有很多金属材料在液态下一次成形,具有很多优点:优点:(1)适应性广,工艺灵活性大。工业上)适应性广,工艺灵活性
2、大。工业上常用的金属材料如铸铁、碳素钢、合金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。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)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、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。机架、阀体、泵体、缸体等。(3)成本较低。铸件与最终零件的形状)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。相似、尺寸相近,节省材料和加工工时。汽缸体汽缸体铸铁铸铁曲轴曲轴砂型铸造砂型铸造铸造可分为铸造可分为砂型铸造砂型铸造和和特种铸造特种铸造两大类。其中砂两大类。
3、其中砂型铸造工艺如图所示。型铸造工艺如图所示。一、熔融合金的流动性及充型一、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的现象称为合金的收缩合金的收缩。收缩是绝大多数合金的。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、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。裂纹、变形和内应力等缺陷,影响铸件质量
4、。1.收缩的概念收缩的概念合金的收缩经历如下三个阶段:合金的收缩经历如下三个阶段:液态收缩从浇注温度(T浇)到凝固开始温度(即液相线温度TL)间的收缩。(2)凝固收缩从凝固开始温度(TL)到凝固终止温度(即固相线温度TS)间的收缩。(3)固态收缩从凝固终止温度(TS)到室温间的收缩。合金的收缩率为上述三个合金的收缩率为上述三个阶段收缩率的总和。阶段收缩率的总和。常用合金中,铸钢的收缩常用合金中,铸钢的收缩率最大,灰铸铁最小。率最大,灰铸铁最小。2、铸件的缩孔和缩松、铸件的缩孔和缩松液态合金充满型腔后,在冷却凝固过程中,若液态液态合金充满型腔后,在冷却凝固过程中,若液态收缩和凝固收缩所缩减的体积
5、得不到补足,则在铸收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补足,则在铸件的最后凝固部位会形成一些孔洞。按照孔洞的大件的最后凝固部位会形成一些孔洞。按照孔洞的大小和分布,可将其分为缩孔和缩松两类。小和分布,可将其分为缩孔和缩松两类。(1)缩孔的形成恒温或很窄温度范围内结晶的合金,铸件壁以逐层凝固方式进行凝固的条件下,容易产生缩孔。(2)缩松的形成结晶温度范围宽的合金,以糊状凝固方式进行凝固的条件下,容易产生缩松。缩孔是指集中在铸件上部或最后凝固部位、容积缩孔是指集中在铸件上部或最后凝固部位、容积较大的孔洞。缩孔多呈倒圆锥形,内表面粗糙;较大的孔洞。缩孔多呈倒圆锥形,内表面粗糙;缩松是指分散在铸件某些区域
6、内的细小缩孔。缩松是指分散在铸件某些区域内的细小缩孔。三、砂型铸造造型(造芯)方法三、砂型铸造造型(造芯)方法砂型铸造是以型砂为造型材料、用人工或机器在砂箱内造出所需的型腔及必要的浇注系统的一类历史悠久、应用最为广泛的铸造方法。砂型铸造工艺过程示意图如下:四、铸件结构工艺性四、铸件结构工艺性 进行铸件结构设计时,不仅要保证其使用进行铸件结构设计时,不仅要保证其使用性能和力学性能要求,还必须考虑铸造工艺性能和力学性能要求,还必须考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求,铸件结和合金铸造性能对铸件结构的要求,铸件结构设计合理与否,对铸件的质量、生产率及构设计合理与否,对铸件的质量、生产率及其成本
7、有很大的影响。其成本有很大的影响。(一)铸件结构应使铸造工艺过程简化(二)铸件结构应适应合金铸造性能的要求(一)铸件结构应使铸造工艺过程简化1.铸件的外形结构应力求简单虽然根据液态金属流动成形的特点,铸件外形可很复杂,但仍应在满足使用要求的前提下,力求简单,以方便起模,简化造型,尽量避免三箱、挖砂、活块造型及不必要的外部型芯。2.铸件的内腔结构应简单适用,避免不必要的复杂结构1.铸件的外形结构应力求简单(1)尽量避免铸件外表侧凹,减少分型面这样可以减少使用的砂箱或外型芯数量,减少造型工时,也可减少因错箱、偏芯而产生的铸造缺陷。铸件避免外表侧凹的结构图1-32应使分型面平直a)、b)小支架c)、
8、d)、e)杠杆(2)尽可能使铸件分型面平直包括注意避免分型面上的圆角结构。图铸件加强肋与凸台的设计a)、b)加强肋c)、d)凸台(3)铸件外表加强肋、凸台的设计应便于起模若设计不当,加强肋、凸台常会妨碍起模,而需采用活块造型或增加外型芯等解决起模问题,如图a与c所示结构。(4)铸件侧壁应具有结构斜度铸件上凡垂直于分型面的非加工表面应给出结构斜度,以便于起模和提高铸件精度,如图,结构斜度的大小与铸件的垂直壁高度有关,如表1-8所示。表1-8铸件的结构斜度结构斜度的设计2.铸件的内腔结构应简单适用,避免不必要的复杂结构(1)应尽量少用或不用型芯型芯增加材料消耗,且使生产工艺过程复杂,成本提高,还会
9、因型芯组装间隙影响铸件尺寸精度,容易产生由型芯导致的铸造缺陷。圆盖铸件不用型芯的内腔设计铸件的内腔需用两个型芯形成,其中大的型芯呈悬臂状,必须用型芯撑作辅助支撑,型芯撑容易导致铸造缺陷(如因型芯不稳而偏芯导致壁厚不匀、因型芯撑处冷凝快而出现冷隔等),而且因型芯不连通导致排气不畅、清砂不便。轴承支架便于型芯固定的内腔结构(2)应便于型芯的固定、排气、定位和清理如图a所示轴承支架(二)铸件结构应适应合金铸造性能的要求1.铸件的壁厚铸件壁厚大,有利于液态合金充型,但随壁厚增加,铸件晶粒愈粗大,且易出现缩松、缩孔等缺陷。2.铸件壁间的连接要考虑减少热节,防止应力集中等。3.尽可能避免铸件上的过大水平面
10、大的水平面(按浇注位置)不利于金属液的充填,易产生浇不到、冷隔等缺陷,同时还有易产生夹杂、不利于气体和非金属夹杂物排除等缺点,应尽可能避免。4.采用对称或加强肋结构如细长、薄大铸件为防止翘曲变形,常采用对称或加强肋结构,如图1-46所示。1.铸件的壁厚铸件壁厚大,有利于液态合金充型,但随壁厚增加,铸件晶粒愈粗大,且易出现缩松、缩孔等缺陷。(1)铸件的最小壁厚指在某种工艺条件下,铸造合金能充满型腔的最小厚度。表1-9砂型铸造铸件最小壁厚的设计(单位:mm)(2)铸件壁厚不宜过厚过大的壁厚,会引起晶粒粗大,且易产生缩孔、缩松等缺陷(见图a),使其承载能力不再随壁厚增加而成比例提高。铸件壁厚应尽量均
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