《第二章 铸造》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章 铸造（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 铸造,一、概述 1. 铸造 将液态金属浇注到铸型空腔中，待其冷却凝固后获得一定形状和性能的铸件的方法，称为铸造。 2.分类 砂型铸造：型砂作铸型材料，在重力下浇注 特种铸造：金属型铸造、压力铸造、熔模铸造、 离心铸造、实型铸造,3. 特点 （1）可以铸造出内腔、外形相当复杂的铸件 （2）适应性广，工艺灵活性大。 （3）成本较低。 (4)缺点:如铸件的机械性能，特别是冲击性能不如锻件高；目前铸件凝固过程还不能精确控制，致使铸件质量不稳定，废品率高；铸造工序多，生产周期较长。,二、铸造合金的铸造性能 1合金的流动性和充型能力 (1)流动性 熔融金属的流动能力。它是熔融金属本身固有的属性。
2、(2)充型能力 考虑铸型及工艺因素影响的熔融金属流动性。 充型能力首先决定于熔融金属本身流动能力(即流动性)的影响，同时又受外界条件，如铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响。,流动性好的合金 易于充满薄而复杂的型腔;（不易产生浇不足、冷隔等缺陷） 有利于合金液中气体和非金属夹杂物上浮并排除；（不易产生夹渣和气孔） 有利于对铸件凝固时的收缩进行补缩；（不易产生缩孔和缩松） 有利于使凝固后期出现的热裂纹及时得到合金液补充而弥合。 (3)合金液流动性的测定 通常以“螺旋形试样”的长度来测量。,(4)影响充型能力的因素 a.流动性 纯金属、共晶成分合金的流动性最好。 原因：恒温下进行 共晶合金与其
3、他成分合金比熔点低 其它成分合金的流动性较差，且结晶温度间隔越大，流动性越差 原因：结晶是在一个温度范围内进行的，即经过液、固并存的两相区。,b.浇注条件 浇注温度 浇注温度越高，充型能力越好。 充型压力 压力越高，充型能力越好。 铸型填充条件 铸型的蓄热能力 铸型的蓄热能力大，易产生浇不到等缺陷。 铸型温度 铸型温度高，充型能力强,铸型中气体 如果铸型的排气能力差，充型能力降低 铸件的结构 壁厚过小或剧变、大的水平面等均使充型困难 2.铸造合金的收缩 (1)收缩的概念 铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象称为收缩。,液态收缩、凝固收缩、固态收缩 体收缩、线收缩 （2）影响
4、收缩的因素 化学成分 铸钢收缩最大、灰铸铁最小 浇注温度 浇注温度升高，收缩增大 铸件结构和铸型条件 阻力越大，收缩越小,（3）缩孔和缩松 a形成：凝固中由于液态收缩和凝固收缩使铸件最后凝固处出现孔洞 缩孔：最后凝固部位收缩得不到外来液体补充 缩松：枝晶将未凝固的金属分割成许多互不相连的小区域，小区域在凝固时得不到液体补充 b.防止措施： (a)顺序凝固（定向凝固） 安置冒口、冷铁等使远离冒口处先凝固，冒口最后凝固,(b)合理确定内浇口位置及浇注工艺 内浇口从铸件厚实处引入，尽可能靠近冒口或由冒口直接引入 浇注温度和浇注速度在不增加其他缺陷条件下，尽可能降低 （c）合理设计 尽量壁厚均匀，避免
5、与减少热节,（4）铸造应力、变形和裂纹 a.铸造应力 铸件的固态收缩受阻引起的应力 机械应力、热应力、相变应力 铸件在落砂清理后，机械应力可消除； 铸件的壁厚相差越大，合金的线收缩率越高，弹性模量越大，则铸件内产生的热应力越大； 残留应力,b.铸造应力的防止和消除措施 同时凝固 冷铁（放厚处）、浇口位置（开在薄处） 提高铸型温度 改善铸型和型芯的退让性 设计时尽量使铸件各部分能自由收缩，如壁厚 均匀、避免热节、壁厚不同时其连接处要有过渡 去应力退火,C.铸件变形及防止 (a)变形 (b)防止： 防止铸造应力的方法 工艺：机加工前去应力退火； 反变形法；设工艺肋 设计：结构对称、壁厚均匀、避免截
6、面急剧变化、结构圆角、减小应力集中,d.铸件裂纹及防止 热裂 沿晶 曲折短小 氧化色 应力集中部位或热节附近 冷裂 穿晶 细小 连续直线状或圆滑曲线状 铸件受拉部位 特别是有应力集中的地方 防止措施：减小铸造应力 冶炼中控制有可能扩大金属凝固范围元素 的加入和钢中硫、磷的含量,3. 吸气性 （1）吸气性 金属液吸收气体的能力 （2）影响因素 温度、压力 （3）气孔 a.形成 凝固时溶解度急剧下降，气体大量析出。析出的气体形成气泡，当气泡浮出受阻不能排出，则在铸件中形成气孔,侵入气孔:铸型表面层聚集的气体侵入合金液中，而形成的气孔 析出气孔:溶解于合金液中的气体在冷凝过程中，因气体溶解度下降而析
7、出，铸件因此而形成的气孔 反应气孔:浇入铸型中的合金液与铸型材料、芯撑、冷铁或熔渣之间，发生因化学反应而产生的气体，使铸件内形成的气孔 b.防止 减少型砂（芯砂）发气量，增加铸型排气能力,控制合金液温度 提高合金的流动性 提高冷却速度，抑制气体析出（但铸钢易形成白点） 加压冷凝 脱气处理 真空处理,4.偏析 铸件中化学成分不均匀的现象 晶内偏析（枝晶偏析）：晶粒内化学成分不均匀的现象 防止和减小措施： 缓慢冷却 、 扩散退火等 区域偏析：铸件截面的整体上化学成分和组织的不均匀 防止和减小措施：浇注温度不要太高、快速冷 却、同时凝固等 比重偏析：铸件上、下部分化学成分不均匀 防止和减小措施：浇注
8、时充分搅拌金属液或加速合 金液的冷却,三、常用铸造合金的铸造性能 1.铸铁 （1）灰口铸铁 流动性好 收缩小，形成缩孔和裂纹的倾向小 （2）球墨铸铁 流动性较好 线收缩和热裂倾向比较小 液态收缩和凝固收缩大，缩孔、缩松倾向大 （3）可锻铸铁 流动性差、收缩大,2.铸钢 流动性差 收缩大 熔点高 ，易氧化吸气 铸钢件一般需退火或正火处理 3.铸造铝合金 （1）工艺性能 Al-Si 系铸造性能最好 ZL102 （2）铸造方法 压力铸造（主）、金属型铸造、砂型铸造,（3）熔炼方法 a.精炼： 目的：除气、去氧化物 方法：用氯化物 真空精炼 b变质处理： 目的：提高机械性能 方法：加变质剂 4.钛合金
9、 工艺性能差,四、砂型铸造 型砂作铸型材料 重力浇注 1.工艺方法 三环节：工艺设计、生产准备、工艺过程 （1）铸造工艺设计 零件图铸造工艺图铸件图 1）浇注位置的确定 浇注位置：浇注时铸件在铸型中位置 “三下一上”,铸件重要部位应在下部 大平面应在下部 薄壁部分放下部、侧面或倾斜位置 厚大部分在在上部或侧面 尽量减少型芯数目，最好使型芯位于下型，且安放稳固 2)分型面选择 分型面：铸型的分割或装配面 分型面的选择主要由铸件结构和浇注位置决定,尽量减少分型面数目 分型面尽量平直 尽量使型芯和活块的数目少 尽量使铸件全部或大部分放在同一砂箱内，以便于保证铸件精度；若铸件的加工面多，也应尽量使其加
10、工基准面与大部分加工面在同一砂箱 尽量使型腔及主要型芯位于下箱，但下型腔也不宜过深 铸件的非加工表面上尽量避免披逢,3）工艺参数的确定 加工余量 尺寸越大、离加工基准面越远，余量越大 上部大于下部或侧面 砂型大于金属型 小孔与槽不铸出 收缩余量 拔模斜度 铸造圆角,4）浇注系统设计 5）冒口和冷铁的应用 （2）生产准备 1）模样和芯盒设计 模样：决定铸型型腔即铸件外部轮廓的形状和尺寸 模样除了比铸件尺寸大出一个收缩量外，还需带有合箱时方置型芯用的型芯头。 芯盒：由芯盒制造的型芯决定了铸件内部轮廓形状和尺寸 芯盒的尺寸比铸件的尺寸大一个收缩量。,2）型（芯）砂的准备 铸型（型芯 ）要求：耐热性、
11、透气性、退让性、良好成形性、足够强度 型（芯）砂：原砂、粘结剂、附加材料、水 （3）基本过程 1）造型 模样铸型、芯盒型芯 手工造型、机器造型 2）合箱 3）浇注 4）落砂清理,2.特点及应用 （1）特点 适于铸造各种金属 不受铸件形状限制 如形状复杂件、大件 不受批量限制 成本低 铸件尺寸精度低、表面粗糙 缺陷多，质量不稳定 劳动条件差 （2）应用 广 特大件,五、特种铸造 1. 金属型铸造 金属铸型、重力下浇注 （1）工艺方法 特点；使用前喷涂料 预热金属型 掌握好开型时间 （2）特点和应用 1）特点 一型多铸，生产率高，劳动条件好 质量稳定，尺寸精度高，表面质量好,机械性能高 金属型制造
12、周期长，费用高 不宜生产大型、形状复杂铸件 开型要及时 较大的拔模斜度 铸造合金熔点不宜太高 壁厚、形状有一定限制 2）应用 有色金属铸件的大批量生产,2.压力铸造 金属铸型、高压浇注 （1）工艺方法 1）压铸机 2）铸型 压铸模 组成、材料、热处理 3）工艺过程 喷涂脱模剂合模浇注压射保压冷却顶出铸件质量检验铸件,铸件质量好 生产率高 经济性好 易形成气孔（压铸件不能在高温下使用，也不能热处理） 投资大，模具制造周期长 （3）应用 有色金属中、小型薄壁复杂铸件的 大批量生产,3 .熔模铸造 用石蜡或塑料制成可溶性模型，用石英砂作粘结剂做成壳型，重力浇注 （1）工艺过程 （2）特点 尺寸精度高
13、，表面光洁 可铸形状复杂的薄壁铸件 能生产各种金属，尤其是耐热合金、贵金属 工艺复杂，周期长，不宜生产大件,（3）应用 小型精密复杂铸钢件，特别适于高熔点、难切削的合金铸件 4.离心铸造 铸型旋转、离心力下充型 （1）工艺方法 立式 圆盘、圆环类 卧式 圆管类,（2）特点 不用型芯可铸中空管件 致密度好，机械性能好 可制双金属件 会加重比重偏析 （3）应用：管件、圆筒、圆套、双金属件 5. 挤压铸造 合型时使金属液充型 （1）工艺方法 铸型准备、浇注、合型加压,（2）特点 精度高、表面质量好 无需设冒口 组织细密 工艺简单，易实现自动化 夹杂物无法排除 （3）应用 强度要求较高、气密性好、薄板
14、类型的铸件 6. 低压铸造 （1）工艺方法,（2）特点 充型压力和充型速度易于控制 充型平稳，气孔、夹渣等缺陷少 组织致密 无冒口 （3）应用 主要用于质量要求高的 铝、镁合金铸件 7.实型铸造 发泡聚苯乙烯做模型，干砂做铸型，浇注使模型汽化消失，金属液填充成型,（1）工艺方法 （2）特点 不分型，不用起模，没有铸造斜度和活块 铸件形状不受限制 不易产生缩孔、缩松缺陷 环境污染 （3）应用 适于起模困难、形状复杂的铸件,六、铸件的结构工艺性 1 .铸造工艺对铸件结构的要求 （1）外形设计 外形尽量简单，减少分型面，且分型面最好是平面 尽量避免外部侧凹 设计凸台、筋条和其他突出部位不要影响起模，
15、 尽量避免使用活块 结构斜度,（2）内腔设计 尽量减少型芯并使型芯稳固、利于排气、清理方便 2 .合金铸造性能对铸件结构的要求 （1）壁厚适当 （2）壁厚均匀 （3）铸件壁的连接应尽量避免金属积聚和内应力产生 结构圆角 避免壁、筋形成锐角连接或多重连接、厚壁间连接应逐渐过渡 （4）减小筋和辐的收缩阻碍,思考题,1.铸造生产的实质是什么？具有哪些优缺点？ 2.合金的铸造性能可用哪几个指标来衡量？铸造性能差的合金易产生哪些铸造缺陷？ 3.简述各因素对充型能力的影响。 4合金收缩有哪三个阶段组成？各会产生哪些铸造缺陷？应怎样防止和减小？ 5.铸件的应力、变形和裂纹是怎样产生的？应怎样防止和减小？,6.简述砂型铸造的基本工艺过程。 7.画出铸造系统示意图，并在图上标处其基本组元名称。 8.试比较下列几种铸造方法：砂型铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、挤压铸造、低压铸造、熔模铸造、消失模铸造 9.什么是铸件的结构工艺性？,
