《《铸造工艺基础》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《铸造工艺基础》PPT课件.ppt（63页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第二篇 铸造,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、冲压和焊接。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?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。,实质：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,可以铸造出形状结构复杂、特别是内腔复杂的零件毛坯(如暖气、箱体、气缸体等)。,适应性强。不受零件的材料种类，零件的重量、尺寸、形状和结构复杂程度的限制。,可以铸造出各种大小的铸件，大小从几克几百吨；壁厚从1mm1m。可以铸造出各
2、种复杂形状的铸件。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,退 出,成本低廉。,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80左右，但其成本仅仅占到总成本的2030。,原材料便宜；还可以利用废品、废料以及一些破损的零件；加工余量小；可以直接铸出复杂零件毛坯，可以省工省料。能源消耗少。,主要原因是铸造组织较差。铸造组织特点：晶粒粗大；组织疏松；成分不均匀。,7,上一页,下一页,后 退,退 出,三应用,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，箱体，阀体，泵
3、体等。卡车：离合器，变速箱，刹车片，后桥，气缸，活塞。,四方法,砂型铸造：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80以上。特种铸造：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，离心铸造等。,8,上一页,下一页,后 退,退 出,9,第一章 铸造工艺基础第二章 常用合金铸件的生产第三章 砂型铸造第四章 特种铸造第五章 铸件结构设计,上一页,下一页,后 退,退 出,10,第一章 铸造工艺基础,1-1 液态合金的充型1-2 铸件的凝固与收缩1-3 铸造内应力、变形与裂纹1-3 铸件的质量控制,铸造性能：合金通过铸造获得外形正确、内部健全的优
4、质铸件的能力，主要包括充型能力和收缩性。,上一页,下一页,后 退,退 出,11,第一节 液态合金的充型,上一页,下一页,后 退,退 出,充型：液态合金填充铸型的过程。,一、充型能力与流动性的概念,液态合金充填铸型的能力，即液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。,1.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的流动性。,12,上一页,下一页,后 退,退 出,2.合金的流动性：,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，另外还有铸型、浇注条件等铸造工艺因素。,3.测定流动性的方法：,以螺旋形试件的长度来测定。在相同的浇注条件下，合金的流动性越好，所浇出的试
5、样越长。,13,上一页,下一页,后 退,退 出,二、充型能力对铸件质量的影响,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。有利于液态金属中的气体和熔渣的上浮与排除。有利于合金凝固收缩时的补缩等。,1.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,浇不足：铸件残缺，轮廓不完整，或轮廓可能完整但边角圆而且光亮。冷隔：在铸件上穿透或不穿透，边缘呈圆角状的缝隙。,2.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。,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的，这时合金液流到汇合的
6、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。,15,上一页,下一页,后 退,退 出,16,上一页,下一页,后 退,退 出,浇 不 足,17,上一页,下一页,后 退,退 出,冷 隔,18,上一页,下一页,后 退,退 出,三、影响充型能力的因素,合金种类,1.合金性质合金流动性：决定于合金种类与化学成分。,根据“螺旋型试样长度”实验：,19,上一页,下一页,后 退,退 出,化学成分,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不同。,纯金属和共晶成分的合金，结晶是在恒温之下进行，此时金属液的凝固是从金属件的表面开始向中心逐层
7、推进，称为逐层凝固，凝固层的内表面比较平滑，对还没有凝固的液态金属阻力较小，合金的流动性较好；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，凝固时铸件存在两相区，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，称为糊状凝固，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，因此这种合金的流动性较差。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。,铁 碳 合 金 状 态 图,P,S,G,C,E,0,A3,Acm,A1,D,A,L,F,A,L+A,L+Fe3CI,Ld+Fe3CI,Ld+A+Fe3CII,A+F,F,P+F,F+Fe3CIII,A+F
8、e3CII,P+Fe3CII,Ld+P+Fe3CII,Ld+Fe3CI,Q,上一页,下一页,后 退,退 出,21,上一页,下一页,后 退,退 出,三、影响充型能力的因素,合金种类,1.合金性质合金流动性：决定于合金种类与化学成分。,根据“螺旋型试样长度”实验：,22,上一页,下一页,后 退,退 出,化学成分,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不同。,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较小，合金的流动性较好；非共
9、晶成分的合金的结晶过程是在一定的温度范围之内进行，凝固时铸件存在两相区，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，称为糊状凝固，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，因此这种合金的流动性较差。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。,23,上一页,下一页,后 退,退 出,2.浇注条件,对液态金属的充型能力有决定性的影响。,浇注温度,温度高，充型能力就强。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。对于薄壁铸件，适当提高
10、浇注温度是改善充型能力、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，也比较方便。根据生产经验，常用铸造合金的浇注温度为：铸铁12301450C；铸钢15201620C；铝合金680780C。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。,24,上一页,下一页,后 退,退 出,浇注时，金属所受的充型压力越大，充型能力就越强。提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。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。,充型压力,25,上一页,下一页,后 退,退 出,3.铸型性质铸型材料和铸型温度,铸型材料的导热性小
11、，铸型温度高，都会使得金属液冷却慢，保持液态流动时间长，充型能力就强。因此充型能力砂型比金属型强；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强；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。,26,上一页,下一页,后 退,退 出,4.铸件结构铸型的型腔结构,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较大，这时充型能力就比较差。因此在设计铸件时，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、冷隔等缺陷。,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。,27,第二节 铸件的凝固与收缩,上一页,下一页
12、,后 退,退 出,一、铸件的凝固方式,逐层凝固,糊状凝固,中间凝固,28,上一页,下一页,后 退,退 出,二、铸件合金的收缩,合金重要铸造性能之一,合金浇入铸型后，从液态冷却、凝固并继续冷却到室温的过程中，产生的体积和尺寸的缩小。,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，铸件收缩是一种受阻收缩。铸件的收缩是铸件许多缺陷(缩孔,缩松,裂纹,变形,残余应力)产生的基本原因。,29,上一页,下一页,后 退,退 出,1.合金收缩的三个阶段,液态收缩,合金在液态时，由于温度降低而发生的体积收缩。,凝固收缩,合金在凝固阶段的体积收缩。,液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的
13、基本原因。体积收缩的程度通常用体收缩率来表示。体收缩率是用百分率来表示的体积的相对收缩量。,30,上一页,下一页,后 退,退 出,线收缩率是用百分率来表示的尺寸的相对收缩量。合金的固态收缩是铸件产生铸造应力、变形和裂纹的基本原因。,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，故用线收缩率来表示固态收缩的程度大小。,31,上一页,下一页,后 退,退 出,2.影响合金收缩的因素,合金种类和化学成分,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，灰铸铁的收缩率就比较小。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，这样抵消了灰铸铁的一部分
14、收缩。所以铸铁的含碳量越高，吸收的石墨就越多，最后它的收缩率也就越小。,32,上一页,下一页,后 退,退 出,浇注温度,合金的浇注温度越高，液态的收缩量就越大。通常浇注温度每提高100C，体收缩率大约增加1.6左右，因此浇注温度越高，铸件产生缩孔的倾向也越大。,铸型条件,铸件在铸型中冷却收缩要受到铸型和型芯的机械阻碍作用，阻力大小与铸型和型芯材料的强度、退让性，铸型和型芯的紧实度这些因素有关。,铸件结构,铸件由于结构特点造成各部分冷却速度不一致，使得各部分的冷却收缩因彼此相互制约而受阻。,33,上一页,下一页,后 退,退 出,三、铸件的缩孔和缩松,缩孔：铸件在凝固过程中，由于补缩不良产生的集中
15、的倒锥形较大的孔洞。缩松：是铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。,缩孔和缩松使得铸件的力学性能和气密性大大降低，还可能发生渗漏的现象。都是危害严重的铸造缺陷，因此必须设法防止。,34,上一页,下一页,后 退,退 出,1.缩孔与缩松的形成,缩孔的形成,合金在恒温或窄小的结晶温度范围内结晶时，它是以逐层凝固方式进行凝固的，此时可能产生缩孔。,产生缩孔和缩松的基本原因是相同的，都是合金的液态收缩和凝固收缩得不到补充所致。,合金的液态收缩和凝固收缩愈大、浇注温度愈高、铸件愈厚，缩孔的容积愈大。,35,缩孔形成示意图,液态合金填满铸型型腔 铸件表层凝固，形成封闭壳体，内部液体由于温度下降发生液态收缩，并对
16、表层凝固收缩给予补充，液面下降，液面与表层硬壳脱离，形成一个真空空间 铸件继续冷却，外壳内部液态金属继续凝固一层，发生凝固收缩，液态金属本身还发生液态收缩，并且对于凝固收缩给予补充，使得液面又继续下降一次。由于外界大气压作用，上面外壳还可能发生凹陷，这样凝固一层液面就下降一层，直至全部凝固完成。此时在铸件的上部形成一个倒锥形的集中缩孔。,上一页,下一页,后 退,退 出,36,上一页,下一页,后 退,退 出,缩松的形成,产生的基本原因和产生缩孔的是基本相同，但形成的条件又有所不同。合金的结晶温度范围比较宽，以糊状凝固方式凝固时就容易产生缩松。,37,缩松形成示意图,液态合金填满铸型型腔 铸件表层
17、凝固结壳 内部有一个比较宽的液体和树枝状小晶体并存的凝固区 树枝状小晶体长大互相接触，并且把还没有凝固的液体分割成为许多小的封闭区 许多小的封闭区内的液体金属凝固收缩，得不到液体的补充，形成缩松。,上一页,下一页,后 退,退 出,38,上一页,下一页,后 退,退 出,39,上一页,下一页,后 退,退 出,缩孔和缩松的差别,形貌不同：缩孔是集中的倒锥形较大的孔洞；缩松是分散的细小孔洞。产生的部位不同：缩孔产生在铸件厚大部位的上部或中心处；缩松一般出现在铸件中心轴线处。都产生在最后液体凝固的部位或热节（铸件凝固慢的节点或区域，一般在壁和壁相接或壁厚大的部位）处。产生的条件不同：产生缩孔的条件是合金
18、结晶温度范围窄小，铸件由表及里逐层凝固；产生缩松的条件是合金结晶温度范围宽，以糊状凝固方式凝固。,40,上一页,下一页,后 退,退 出,2.缩孔与缩松的防止,基本原则,制定合理工艺补缩，缩松转化成缩孔。,控制铸件进行定向凝固，同时设置冒口补缩,定向凝固：铸件各部分按一定方向逐渐凝固，又称顺序凝固。工艺上是在铸件厚大的部位设置冒口和冷铁，可以使得铸件从冷铁附近向冒口方向进行定向凝固。,冒口：铸型内储存供补缩用的熔融金属的空腔，也指该空腔中填充的金属。冷铁：为了增加铸件局部的冷却速度，在砂型中安放的金属物。,41,上一页,下一页,后 退,退 出,冒口补缩示意图,设置冒口，是我们在工艺上防止缩孔和缩
19、松形成的非常有效的一项措施。,铸件按照规定的方向顺序凝固，铸件的每一部分的收缩都会得到在以后凝固的金属液的补充，这样使得缩孔最后转移到冒口当中去，清理时将冒口切除即可。,42,上一页,下一页,后 退,退 出,43,上一页,下一页,后 退,退 出,控制浇注温度和浇注速度,浇注温度高，液态收缩就越大，易产生缩孔。因此在保证充型能力的前提下，要尽量降低浇注温度。浇注速度过快、过早停止浇注、金属液温度比较高都容易产生缩孔，浇注速度越慢，金属液流经铸型的时间越长，远离浇口的部位金属液的温度就越低，这时越有利于顺序凝固，所以慢浇有利于补缩，是防止缩孔形成的有效措施。,44,上一页,下一页,后 退,退 出,
20、合理选择铸造合金,共晶成分或结晶温度范围窄的合金，容易形成缩孔，不容易形成缩松，如果工艺合适，可以将缩孔转移到冒口，这样可以得到致密健全的铸件。结晶温度范围宽的合金容易产生缩松，铸件的致密性比较差，因此对于致密性要求高的铸件，应尽量选用共晶成分或结晶温度范围窄的铸造合金。,45,第三节 铸造内应力、变形和裂纹,上一页,下一页,后 退,退 出,一、铸造内应力,1.铸造内应力,铸件内由于铸造固态收缩受到阻碍而产生的应力。,铸件落砂后冷却到室温，仍存在于铸件不同部位的铸造应力。,铸造残留（残余）应力,应力过大，会使铸件产生裂纹。残余应力不去除，零件在切削加工后会变形。,46,上一页,下一页,后 退,
21、退 出,47,上一页,下一页,后 退,退 出,2.铸造应力的种类及其形成,铸件在凝固后的冷却过程中，不同部位由于冷却速度不同，在同一时间收缩量不同而引起的应力。,热应力,在铸件冷却较慢部位，如铸件厚大部位或心部，热应力为拉应力；在铸件冷却较快部位，如铸件薄壁处或表层，热应力为压应力。,48,上一页,下一页,后 退,退 出,铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口等外力的阻碍而产生的应力。,机械应力,机械应力一般为拉应力或剪切应力，并且是暂时性的，经落砂后随机械阻碍作用消失而自行消失。机械应力与热应力共同作用，可能使某些部位增加了裂纹倾向。,49,上一页,下一页,后 退,退 出,3.减小和消除
22、内应力的措施,减小内应力的主要途径是减小铸件各部分冷却速度的差别（热应力）和改善铸型、型芯的退让性（机械应力）。,铸件结构设计,尽量使铸件各部分壁厚均匀。这样铸件各部分的冷却速度比较均匀，温差就比较小，铸件各部分的冷却收缩比较均衡一致，热应力就比较小。,50,上一页,下一页,后 退,退 出,箱 盖 零 件,51,上一页,下一页,后 退,退 出,铸造工艺设计,应该采用同时凝固原则。这样铸件各部分的冷却速度比较均匀，温度就比较均匀。,同时凝固,浇口开在薄壁处，厚壁处加冷铁。,改善铸型和型芯的退让性,52,上一页,下一页,后 退,退 出,消除铸造残留应力,自然时效：将铸件放置在露天场地上，经过几天、
23、几个月乃至半年以上，在这个过程中铸件内部有应力松弛的作用，这样使残留应力慢慢自然消失。需要时间长，效率低。长时间占用场地。人工时效去应力退火：热处理中讲过，对于零件形状尺寸、稳定性要求比较高的重要铸件，如床身、缸体、缸盖等都要进行消除铸造残留应力的退火处理。,53,上一页,下一页,后 退,退 出,二、铸件的变形,1.铸件变形产生的原因,指经过铸造后，铸件的形状和尺寸发生了变化，最常见的是挠曲变形。,在铸件冷却过程中，由于各部位的厚度不同，冷却速度不均匀，各部分收缩不能均匀一致，这样就产生变形。弯曲变形方向：厚部向内凹，薄部向外凸。一般情况下，机械加工以后，铸件里面的残余应力还会重新分布，达到新
24、的平衡，这就使零件产生新的变形。因此为了保证零件的加工精度及尺寸稳定性，对于精加工要求高的零件，在精加工之前进行去应力退火处理。,54,上一页,下一页,后 退,退 出,55,上一页,下一页,后 退,退 出,2.铸件变形防止的措施,铸件结构设计：力求铸件壁厚均匀，各部分冷却速度一致；铸件结构对称，铸件弯曲变形减小。铸造工艺设计时，尽量采用同时凝固原则。使各部分冷却速度均匀一致，有效防止发生变形。采用反变形法。,设法使铸件各部分的冷却速度一致，使其均衡收缩。,56,上一页,下一页,后 退,退 出,57,上一页,下一页,后 退,退 出,58,上一页,下一页,后 退,退 出,三、铸件的裂纹,1.热裂纹
25、,铸件内应力超过强度极限时，铸件便发生裂纹。,高温下形成的裂纹。,形状特征,裂纹短，缝宽，形状曲折，缝内呈氧化色，无金属光泽，裂缝沿晶粒边界通过，多发生在应力集中或凝固处。灰铁、球铁热裂少，铸钢、铸铝、白口铁大。,原因,凝固末期，合金呈完整骨架+液体，强、塑；含S热脆；退让性不好。,59,上一页,下一页,后 退,退 出,2.冷裂纹,低温下形成的裂纹。,形状特征,裂纹细，连续直线状或圆滑曲线，裂口表面干净，具有金属光泽，有时缝内呈轻微氧化色。,原因,复杂大工件受拉应力部位和应力集中处易发生；材料塑性差；P冷脆。,预防,减少内应力，控制P含量。,60,第四节 铸件的质量控制,上一页,下一页,后 退,退 出,清理完的铸件要进行质量检验，合格铸件验收入库，废品重新回炉，并对铸件缺陷进行分析，找出主要原因，提出预防措施。铸造工序繁多，铸件缺陷类型很多，形成原因非常复杂。表22列出了一些常见铸件缺陷的名称及分类。,61,上一页,下一页,后 退,退 出,62,上一页,下一页,后 退,退 出,合理选定铸造合金和铸件结构。合理制定铸件技术要求(允许缺陷,具有规定)。模型质量检验(模型合格铸件合格)。铸件质量检验(宏观,仪器)。铸件热处理:消除应力,降低硬度,提高切削性,保证机械性能,退火,正火等。,63,复 习 题,上一页,下一页,后 退,退 出,P43 2.4.7,
