材料液态成形工艺.pptx

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1、第二节 铸造工艺基础知识一、液态金属的充型能力一、液态金属的充型能力 液液态态金金属属的的充充型型能能力力(Mold(Mold Filling Filling Capacity)Capacity)是是指指液液态态金金属属充充满满铸铸型型型型腔腔，获获得得形形状状完完整整、轮轮廓廓清清晰铸件的能力。晰铸件的能力。1.1.金属液的流动性金属液的流动性 液液态态金金属属的的流流动动性性是是指指金金属属液液的的流流动动能能力力。流流动动性性越越好好的的金金属属液液，充充型型能能力力越越强强。流流动动性性的的好好坏坏，通通常常用用在在特特定定情情况况下下金金属属液液浇浇注注的的螺螺旋旋形形试试样样的的长

2、长度度来来衡量，如衡量，如图图7-27-2所示。所示。图图7-37-3为铁碳合金的流动性与成分的关系。为铁碳合金的流动性与成分的关系。2.2.浇注浇注(Pouring)(Pouring)条件条件 3.3.铸型特性铸型特性 为为改改善善铸铸型型的的充充填填条条件件，在在设设计计铸铸件件时时必必须须保保证证其其壁壁厚厚(Wall(Wall Thickness)Thickness)不不小小于于规规定定的的“最最小小壁壁厚厚”(如如表表7-17-1所示所示)。第一节 金属铸造工艺简介第1页/共61页二合金的凝固特性二合金的凝固特性 合合金金从从液液态态到到固固态态的的状状态态转转变变称称为为凝凝固固(

3、Solidification)(Solidification)或或一一次次结结晶晶(Crystallization)(Crystallization)1.1.逐层凝固逐层凝固 纯纯金金属属、二二元元共共晶晶成成分分合合金金在在恒恒温温下下结结晶晶时时，凝凝固固过过程程中中铸铸件件截截面面上上的的凝凝固固区区域域宽宽度度为为零零，截截面面上上固固液液两两相相界界面面分分明明，随随着着温温度度的的下下降降，固固相相区区由由表表层层不不断断向向里里扩扩展展，逐逐渐渐到到达达铸铸件件中中心心，这这种凝固方式称为种凝固方式称为“逐层凝固逐层凝固”，如，如图图7-4a7-4a。2.2.体积凝固体积凝固 当

4、当合合金金的的结结晶晶温温度度范范围围很很宽宽，或或因因铸铸件件截截面面温温度度梯梯度度很很小小，铸铸件件凝凝固固的的某某段段时时间间内内，其其液液固固共共存存的的凝凝固固区区域域很很宽宽，甚甚至至贯贯穿穿整整个个铸铸件件截截面面，这这种种凝凝固固方方式式称称为为“体体积积凝凝固固”（或或称称糊糊状状凝凝固固），如，如图图7-4c7-4c。第一节 金属铸造工艺简介第2页/共61页 3 3中间凝固中间凝固 金金属属的的结结晶晶范范围围较较窄窄，或或结结晶晶温温度度范范围围虽虽宽宽，但但铸铸件件截截面面温温度度梯梯度度大大，铸铸件件截截面面上上的的凝凝固固区区域域宽宽度度介介于于逐逐层层凝凝固固与

5、与体体积积凝凝固固之之间，称为间，称为“中间凝固中间凝固”方法，如方法，如图图7-4b7-4b。合合金金的的结结晶晶温温度度范范围围愈愈小小，凝凝固固区区域域愈愈窄窄，愈愈倾倾向向于于逐逐层层凝凝固固；对对于于一一定定成成分分的的合合金金，结结晶晶温温度度范范围围已已定定，凝凝固固方方式式取取决决于于铸铸件件截截面面的的温温度度梯梯度度，温温度度梯梯度度越越大大，对对应应的的凝凝固固区区域域越越窄窄，越越趋趋向向于于逐逐层层凝凝固固，如如图图7-7-5 5。第一节 金属铸造工艺简介第3页/共61页三、合金的收缩性三、合金的收缩性1.1.收缩及其影响因素收缩及其影响因素 铸铸件件在在冷冷却却过过

6、程程中中，其其体体积积和和尺尺寸寸缩缩小小的的现现象象称称为为收收缩缩，它它是是铸铸造造合合金金固固有有的的物物理理性性质质。金金属属从从液液态态冷冷却却到到室室温温，要要经经历历三三个个相相互互联联系系的收缩阶段：的收缩阶段：液液态态收收缩缩从从浇浇注注温温度度冷冷却却至至凝凝固固开开始始温度之间的收缩。温度之间的收缩。凝凝固固收收缩缩从从凝凝固固开开始始温温度度冷冷却却到到凝凝固固结束温度之间的收缩。结束温度之间的收缩。固固态态收收缩缩从从凝凝固固完完毕毕时时的的温温度度冷冷却却到到室温之间的收缩。室温之间的收缩。不不同同成成分分合合金金的的收收缩缩率率不不同同，表表7-27-2列列出出几

7、几种铁碳合金的体积收缩率。种铁碳合金的体积收缩率。第一节 金属铸造工艺简介第4页/共61页2 2收缩导致的铸件缺陷收缩导致的铸件缺陷 (1)(1)缩孔和缩松缩孔和缩松 铸铸件件在在凝凝固固过过程程中中，由由于于金金属属液液态态收收缩缩和和凝凝固固收收缩缩造造成成的的体体积积减减小小得得不不到到液液态态金金属属的的补补充充，在在铸铸件件最最后后凝凝固固的的部部位位形形成成孔孔洞洞。其其中中容容积积较较大大而而集集中中的的称称缩缩孔孔，细细小小而而分分散散的的称称缩缩松松。缩缩孔孔和和缩缩松松的的形形成成过过程程示示意意图图分分别别见见图图7 76 6和和图图7 77 7。使使铸铸件件的的凝凝固固

8、按按薄薄壁壁厚厚壁壁冒冒口口的的顺顺序序先先后后进进行行，让让缩缩孔孔移移入入冒口中，从而获得致密的铸件，如冒口中，从而获得致密的铸件，如图图7-87-8所示。所示。第一节 金属铸造工艺简介第5页/共61页(2)(2)铸造应力、变形和裂纹铸造应力、变形和裂纹 铸铸造造应应力力按按其其形形成成原原因因的的不不同同，分分为为热热应应力、机械应力等。力、机械应力等。减减少少铸铸造造应应力力就就应应设设法法减减少少铸铸件件冷冷却却过过程程中中各各部部位位的的温温差差，使使各各部部位位收收缩缩一一致致，如如将将浇浇口口开开在在薄薄壁壁处处，在在厚厚壁壁处处安安放放冷冷铁铁，即即采采取取同同时凝固原则，如

9、时凝固原则，如图图7-97-9所示。所示。铸铸造造应应力力是是导导致致铸铸件件产产生生变变形形和和开开裂裂的的根根源源。图图7 7-10-10为为“T T”形形铸铸件件在在热热应应力力作作用用下下的的变形情况，虚线表示变形的方向。变形情况，虚线表示变形的方向。当当铸铸造造应应力力超超过过材材料料的的强强度度极极限限时时，铸铸件件会产生裂纹，裂纹有热裂纹和冷裂纹两种。会产生裂纹，裂纹有热裂纹和冷裂纹两种。第一节 金属铸造工艺简介第6页/共61页四、合金的吸气性及气孔四、合金的吸气性及气孔 液液态态金金属属在在熔熔炼炼和和浇浇注注时时能能够够吸吸收收周周围围气气体体的的能能力力称称为为吸吸气气性性

10、。气气孔孔是是铸铸件件中中最最常常见见的的缺缺陷。陷。1.1.析出性气孔析出性气孔 溶溶入入金金属属液液的的气气体体在在铸铸件件冷冷凝凝过过程程中中，随随温温度度下下降降，合合金金液液对对气气体体的的溶溶解解度度下下降降，气气体体析出并留在铸件内形成的气孔称为析出性气孔。析出并留在铸件内形成的气孔称为析出性气孔。2.2.侵入性气孔侵入性气孔 造造型型材材料料中中的的气气体体侵侵入入金金属属液液内内所所形形成成的的气孔称为侵入性气孔。气孔称为侵入性气孔。3.3.反应性气孔反应性气孔 反反应应性性气气孔孔主主要要是是指指金金属属液液与与铸铸型型之之间间发发生化学反应所产生的气孔。生化学反应所产生的

11、气孔。第一节 金属铸造工艺简介第7页/共61页五、常用铸造合金的铸造性能特点五、常用铸造合金的铸造性能特点 1.1.铸铁铸铁 (1)(1)灰口铸铁灰口铸铁 (2)(2)球墨铸铁球墨铸铁 (3)(3)可锻铸铁可锻铸铁 2.2.铸钢铸钢 铸铸钢钢的的铸铸造造性性能能差差。铸铸钢钢的的流流动动性性比比铸铸铁铁差差，熔熔点点高高，易易产产生生浇浇不不足足、冷冷隔隔和和粘粘砂砂等等缺缺陷陷。铸铸钢钢的的收收缩缩性性大大，产产生生缩缩孔孔、缩缩松松、裂裂纹纹等等缺缺陷陷的的倾倾向向大大 。3.3.铸造有色金属铸造有色金属 常常用用的的有有铸铸造造铝铝合合金金、铸铸造造铜铜合合金金等等。它它们们大大都都具具

12、有有流流动动性性好好，收收缩缩性性大大，容容易易吸吸气气和和氧氧化化等等特特点点，特别容易产生气孔、夹渣缺陷。特别容易产生气孔、夹渣缺陷。六六、新新型型材材料料金金属属间间化化合合物物及及其其铸铸造造性性能特点能特点 第一节 金属铸造工艺简介第8页/共61页第三节 砂型铸造 砂砂型型铸铸造造（Sand Sand CastingCasting）就就是是将将液液态态金金属属浇入砂型的铸造方法。浇入砂型的铸造方法。一、造型方法的选择一、造型方法的选择 1 1手工造型手工造型2 2机器造型机器造型 (1)(1)震压造型震压造型 图图7-117-11所示为震压造型过程。所示为震压造型过程。(2)(2)抛

13、砂造型抛砂造型 图图7-127-12为抛砂机的工作原理。为抛砂机的工作原理。(3)(3)射射砂砂造造型型 射射砂砂紧紧实实方方法法除除用用于于造造型型外外多多用于制芯。用于制芯。图图7-137-13为射砂机工作原理。为射砂机工作原理。二、砂型铸造常见缺陷二、砂型铸造常见缺陷 表表7-37-3列列出出了了铸铸件件常常见见的的几几种种缺缺陷陷及及其其产产生生的的主要原因。主要原因。第三节 砂型铸造第9页/共61页第四节 特种铸造 在在生生产产实实践践中中发发展展出出一一些些区区别别于于砂砂型型铸铸造造的的其其它它铸铸造造方方法法，我我们们统统称称为为特特种种铸铸造造（Special Special

14、 Casting ProcessesCasting Processes）。）。一、金属型铸造一、金属型铸造 金金属属型型铸铸造造（Permanent Permanent Mould Mould CastingCasting）是是将将液液态态金金属属浇浇入入金金属属铸铸型型，以以获获得得铸铸件件的的铸铸造造方法。方法。图图7-147-14为活塞的金属型铸造示意图。为活塞的金属型铸造示意图。二、熔模铸造二、熔模铸造 1 1基本工艺过程基本工艺过程 熔熔模模铸铸造造的的工工艺艺过过程程如如图图7-157-15所所示示。主主要要包包括括 蜡蜡 模模（Wax Wax patternpattern）制制

15、造造、结结 壳壳、脱脱 蜡蜡（DewaxDewax）、焙烧和浇注等过程。）、焙烧和浇注等过程。2 2熔模铸造的特点和应用熔模铸造的特点和应用第四节 特种铸造第10页/共61页 三、压力铸造三、压力铸造 压压力力铸铸造造(Die(Die Casting)Casting)是是压压铸铸机机上上将将熔熔融融的的金金属属在在高高压压下下快快速速压压入入金金属属型型，并并在在压压力力下下凝凝固固，以以获获得得铸铸件件的的方方法法。压压铸铸机机分分为为立立式式和和卧卧式式两两种种，图图7-7-1616为立式压铸机工作过程示意图。为立式压铸机工作过程示意图。四、低压铸造四、低压铸造 低低压压铸铸造造(Low-

16、Pressure(Low-Pressure Die Die Casting)Casting)是是介介于于金金属属型型铸铸造造和和压压力力铸铸造造之之间间的的一一种种铸铸造造方方法法。是是在在较较低低的的压压力力下下，将将金金属属液液注注入入型型腔腔，并并在在压压力力下下凝凝固固，以获得铸件，如以获得铸件，如图图7-177-17所示。所示。五、离心铸造五、离心铸造 离离心心铸铸造造(Centrifugal(Centrifugal Casting)Casting)是是将将熔熔融融金金属属浇浇入入高高速速旋旋转转的的铸铸型型中中，使使其其在在离离心心力力作作用用下下填填充充铸铸型型和和结结晶晶，从从

17、而而获获得得铸铸件件的的方方法法。按按铸铸型型旋旋转转轴轴线线的的空空间间位位置置不不同同，离离心心铸铸造造分分为为立立式式和和卧卧式式两两种种，如如图图7-187-18所示。所示。六、铸造方法的选择六、铸造方法的选择 表表7-47-4列列出出了了几几种种常常用用的的铸铸造造方方法法，供供选选择择时时参参考。考。第四节 特种铸造第11页/共61页第五节 铸件结构工艺性一、铸件结构应利于避免或减少铸件缺陷一、铸件结构应利于避免或减少铸件缺陷 1.1.壁厚合理壁厚合理 通通常常情情况况下下，设设计计铸铸件件壁壁厚厚时时应应首首先先保保证证金金属属液液的的充充型型能能力力，在在此此前前提提下下尽尽量

18、量减减小小铸铸件件壁壁厚厚。若若铸铸件件壁壁的的承承载载能能力力或或刚刚度度不不能能满满足足要要求求时时，可可采采用用加加强强筋筋等等结结构构。图图7-197-19为为台台钻钻底底板板设设计计中中采采用用加加强强筋的例子筋的例子 。2.2.铸件壁厚力求均匀铸件壁厚力求均匀 铸铸件件壁壁厚厚均均匀匀，可可防防止止形形成成热热节节而而产产生生缩缩孔孔、缩缩松松、晶晶粒粒粗粗大大等等缺缺陷陷，并并能能减减少少铸铸造造热热应应力力及及因因此此而而产产生生的的变变形形和和裂裂纹纹等等缺缺陷陷。如如图图7-207-20所所示示铸铸件件的的结结构构设设计计，铸铸件件上上的的筋筋条条分分布布应应尽尽量量减减少

19、少交交叉叉，以防形成较大的热节，如以防形成较大的热节，如图图7-217-21。第五节 铸件结构工艺性第12页/共61页 3.3.铸件壁的连接铸件壁的连接 铸铸件件不不同同壁壁厚厚的的连连接接应应逐逐渐渐过过渡渡（见见表表7-57-5）。拐拐弯弯和和交交接接处处应应采采用用较较大大的的圆圆弧弧连连接接（如如图图7-227-22），避避免免锐锐角角结结构构而而采采用用大大角角度度过过渡渡（如如图图7-237-23），以以避避免免因因应应力力集集中中而而产产生开裂。生开裂。4.4.避免较大水平面避免较大水平面 铸铸件件上上水水平平方方向向的的较较大大平平面面，在在浇浇注注时时，金金属属液液面面上上升

20、升较较慢慢，长长时时间间烘烘烤烤铸铸型型表表面面，使使铸铸件件容容易易产产生生夹夹砂砂、浇浇不不足足等等缺缺陷陷，也也不不利利于于夹夹渣渣、气气体体的的排排除除，因因此此，应应尽尽量量用用倾倾斜结构代替过大水平面，如斜结构代替过大水平面，如图图7-247-24所示。所示。第五节 铸件结构工艺性第13页/共61页二、铸件结构应利于简化铸造工艺二、铸件结构应利于简化铸造工艺 1.1.铸件外型应尽量简单铸件外型应尽量简单 在在满满足足铸铸件件使使用用要要求求的的前前提提下下，应应尽尽量量简简化化外外形形，减减少少分分型型面面，以以便便于于造造型型，获获得得优优质质铸件。铸件。图图7 72525所示铸

21、件的外型设计。所示铸件的外型设计。铸铸件件上上的的凸凸台台、加加强强筋筋等等要要方方便便造造型型，尽尽量避免使用活块。量避免使用活块。图图7-267-26所示的凸台设计。所示的凸台设计。铸铸型型的的分分型型面面若若不不平平直直，如如图图7-277-27所所示示铸铸件的设计。件的设计。2.2.铸件内腔结构应符合铸造工艺要求铸件内腔结构应符合铸造工艺要求 铸铸件件的的内内腔腔结结构构采采用用型型芯芯来来形形成成，这这将将延延长长生生产产周周期期，增增加加成成本本，因因此此，设设计计铸铸件件结结构构时时，应应尽尽量量不不用用或或少少用用型型芯芯。图图7-287-28为为悬悬臂臂支支架的两种设计方案架

22、的两种设计方案 。在在必必须须采采用用型型芯芯的的情情况况下下，应应尽尽量量做做到到便便于于下下芯芯、安安装装、固固定定以以及及排排气气和和清清理理。如如图图7-7-2929所示的轴承架铸件。所示的轴承架铸件。第五节 铸件结构工艺性第14页/共61页3.3.铸件的结构斜度铸件的结构斜度 铸铸件件上上垂垂直直于于分分型型面面的的不不加加工工面面最最好好具具有有一一定定的的结结构构斜斜度度，以以利利于于起起模模，同同时时便便于于用用砂砂垛垛代代替替型型芯芯（称称为为自自带带型型芯芯），以以减减少少型型芯芯数数量。如量。如图图7-307-30中的设计比较。中的设计比较。4.4.组合铸件的应用组合铸件

23、的应用 对对于于大大型型或或形形状状复复杂杂的的铸铸件件，可可采采用用组组合合结结构构，即即先先设设计计成成若若干干个个小小铸铸件件进进行行生生产产，切切削削加加工工后后，用用螺螺栓栓连连接接或或焊焊接接成成整整体体。图图7-317-31为为大大型型坐坐标标镗镗床床床床身身（图图4-31a4-31a）和和水水压压机机工工作作缸（图缸（图4-31b4-31b）的组合结构示意图。）的组合结构示意图。第五节 铸件结构工艺性第15页/共61页 三、铸件结构要便于后续加工三、铸件结构要便于后续加工 大大多多数数铸铸件件都都要要经经过过切切削削加加工工才才能能满满足足使使用用要要求求。因因此此，铸铸件件结

24、结构构设设计计应应考考虑虑减减少少加加工工量和便于加工。量和便于加工。图图7-327-32所示为电机端盖铸件。所示为电机端盖铸件。第五节 铸件结构工艺性第16页/共61页第六节 计算机在铸造生产中的应用简介 图图7-337-33为为传传统统的的铸铸造造过过程程与与实实现现了了CADCAD、CAMCAM的铸造过程比较。的铸造过程比较。一、系统组成一、系统组成 微机测试与控制系统的组成如微机测试与控制系统的组成如图图7-347-34所示。所示。二、测试系统的工作过程二、测试系统的工作过程 在在铸铸造造测测试试技技术术中中，应应用用微微型型计计算算机机测测试试系系统统可可以以对对温温度度、压压力力、

25、流流量量和和湿湿度度等等物物理理量量进进行行检检测测或或多多参参数数巡巡回回检检测测、数数据据处处理理，并并给给出出必必要要的的打打印印或或显显示示输输出出等等。其其优优点点是是速速度度快快、效率高、精度高。效率高、精度高。微微型型计计算算机机测测试试系系统统的的简简单单框框图图如如图图7-347-34所示。所示。第六节 计算机在铸造生产中的应用简介第17页/共61页三、控制系统三、控制系统 1.1.控制方式控制方式 (1)(1)离线控制离线控制 (2)(2)在线控制在线控制 2.2.直接数字控制系统直接数字控制系统(DDC)(DDC)DDCDDC系系统统是是当当前前计计算算机机控控制制的的主

26、主要要形形式式之之一一。生生产产过过程程各各参参数数经经计计算算机机测测量量运运算算后后，以以数数字字形形式式输输出出，直直接接控控制制执执行行机机构构的的动动作作，以控制生产过程。如以控制生产过程。如图图7-357-35所示。所示。第六节 计算机在铸造生产中的应用简介第18页/共61页本章学习指南：本章学习指南：1.1.重重点点内内容容：铸铸造造工工艺艺基基础础部部分分。应应掌掌握握合合金金成成分分、工工艺艺条条件件对对液液态态合合金金充充型型能能力力、合合金金收收缩缩性性、吸吸气气性性等等铸铸造造性性能能的的影影响响，以以便便能能够够分分析析不不同同合合金金获获得得优质铸件的难易程度，并分

27、析应采取的工艺措施。优质铸件的难易程度，并分析应采取的工艺措施。2.2.难难点点内内容容：注注意意有有些些防防止止铸铸件件缺缺陷陷的的工工艺艺措措施施是是相相互互矛矛盾盾的的，如如高高温温浇浇注注有有利利于于金金属属液液充充型型，但但易易产产生生粘粘砂砂缺缺陷陷；铸铸件件顺顺序序凝凝固固有有利利于于补补缩缩，但但易易产产生生热热应应力力，等等。因因此此，应应综综合合考考虑虑铸铸件件合合金金、结结构构等等因因素，先解决主要矛盾，再采取措施解决其他问题。素，先解决主要矛盾，再采取措施解决其他问题。3.3.本本章章与与其其他他章章节节的的联联系系：材材料料的的液液态态成成形形是是最最基基本本的的成成

28、形形方方法法，在在金金属属材材料料、无无机机非非金金属属材材料料和和有有机机高高分分子子材材料料中中被被广广泛泛应应用用，与与材材料料的的固固态态塑塑性性变变形形、连连接接（粘粘接接）成成形形及及粉粉末末冶冶金金成成形形一一起起成成为为制制造造工工业业获得坯件的主要手段。获得坯件的主要手段。本章学习指南第19页/共61页 图7-1第20页/共61页 图7-2 金属流动性式样第21页/共61页 图7-3Fe-C铁碳合金流动性与含碳量关系第22页/共61页图7-4 铸铁的流动方式第23页/共61页图7-4铸铁的凝固方式第24页/共61页图7-5温度梯度对凝固区域的影响第25页/共61页 图7-6

29、缩孔形成示意图第26页/共61页图7-7缩松形成示意图第27页/共61页图7-8顺序凝固示意图第28页/共61页图7-9同时凝固示意图第29页/共61页图7-10热应力引起的变形第30页/共61页图7-11震压造型过程表第31页/共61页图7-12抛砂紧实原理第32页/共61页 图7-13射砂机工作原理图第33页/共61页图7-14金属型铸造示意图第34页/共61页7-15图熔模铸造工艺过程第35页/共61页b)a)c)图7-16压铸机工作过程示意图a)浇注 b)压射 c)开型第36页/共61页图7-17低压铸造工作原理图第37页/共61页图7-18离心铸造示意图第38页/共61页图7-19加

30、强筋设计第39页/共61页图7-20铸件壁厚设计实例第40页/共61页图7-21金条的分部第41页/共61页 图7-22圆角连接第42页/共61页 图7-23避免锐角结构第43页/共61页图7-24避免较大水平面第44页/共61页图7-25铸件外形的设计第45页/共61页图7-26图台的设计第46页/共61页 图7-27使分型面平直的铸件结构第47页/共61页图7-28悬臂支架结构第48页/共61页图7-29轴承架结构第49页/共61页图7-30结构斜度的设计第50页/共61页图7-31组合结构铸件第51页/共61页 图7-32端盖设计第52页/共61页图7-33传统的铸造过程与显示CAD、CAM的铸造过程第53页/共61页图7-34微计算机测试与控制系统第54页/共61页图7-35DDC系统示意图第55页/共61页表7-1一般砂型铸造条件下铸件的最小厚度（mm）第56页/共61页表7-2几种铁碳合金的收缩率第57页/共61页表7-3铸件常见缺陷及原因第58页/共61页表7-4几种常见铸造方法比较第59页/共61页表7-5铸件壁的过度形式和尺寸第60页/共61页感谢您的观看。第61页/共61页