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1、上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 第二章 铸造成形 2-1 概述 铸造将液态金属浇入铸型中，冷凝后 获得铸件的成形方法。 铸件 金属液 铸型 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 铸造的特点及应用 1.成本低 2.工艺灵活 3.制件形状复杂 特 点 应 用 形状复杂的、受力不大的或主要承受 静载荷的零件或毛坯的成形。 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 铸造方法的种类
2、铸造 手工 砂型 铸造 机器 砂型 铸造 砂型铸造 熔 模 铸 造 离 心 铸 造 压 力 铸 造 低 压 铸 造 特种铸造 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 2-2 铸件成形理论基础 一、金属的充型 1.金属的充型能力： 液态金属充满铸型型腔， 获得形状完整、轮廓清晰 的优质铸件的能力。 2.充型能力对铸件质量的影响： 充型能力不足 轮廓不清、花纹模糊 浇不足、冷隔 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 3.影响充型能力的因素： 合金流动性：
3、共晶成分的合金或结晶间隔小的 合金流动性好，充型能力强。 铸型条件：铸型的蓄热系数越小，铸型的温度 越高，则充型能力越好；铸型中有 适量的气体将有利于提高充型能力， 但气体过量则妨碍充型。 浇注条件：浇注温度越高，浇注压力越大，浇 注系统结构越简单，充型能力越强。 （灰口铸铁、硅黄铜铝硅合金铸钢） 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 铸件结构：铸件的折算厚度（体积/表面积） 越大，铸件结构形状越简单，其 充型能力越好。 4.防止浇不足和冷隔的措施： 尽可能采用共晶合金或结晶间隔小的合金 适当提高浇注温度和压力 改善浇注
4、系统和铸型条件（如加高直浇道、扩 大内浇口，预热铸型，增加型砂中煤粉含量以 减少阻力等） 改变铸件结构（如加大壁厚） 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 二、铸件和铸型的温度场 在金属结晶过程中，铸件和铸型间的传热将 使铸件金属的温度不断下降和铸型温度的上升， 从而造成铸件截面上固相区的不断扩大和液相区 的逐渐缩减，最终完全凝固。因此，研究每一个 瞬间，铸件和铸型的温度分布规律，将对合理确 定铸造工艺、消除铸造缺陷、获取优质铸件具有 十分重要的作用。 温度场-铸件和铸型中的温度分布规律。 （不同时间、不同空间的温度情况
5、） 上海大学机自学院上海大学机自学院 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 -0.2-0.3-0.4-0.1 X=0 铸件与铸型交界面 铸件 铸型 浇注后5分钟 浇注后10分钟 浇注后60分钟 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 三、金属的凝固（又称结晶） 纯金属、共晶合金及结晶 间隔很窄的合金的凝固方式。 逐层凝固 糊状凝固合金结晶间隔很宽、铸件 （体积凝固）温度场平坦时的凝固方式。 中间凝固 绝大多数合金的凝固方式 。 金 属 的 凝 固 方 式 铸件究竟采用何种凝固方式取决于合金的 结晶间隔和铸件断面的温度梯度
6、，即应由合金 相图和温度场分布曲线综合分析。 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 相图 合金 1 合金 2 合金 3 合金1 合金2 合金3 中心表层中心中心表层 表层 逐层凝固中间凝固糊状凝固 SL LS L+S L S L + S L+S 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 四、合金的收缩 铸件在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象。 1.收缩过程及收缩率 收缩 液态收缩 固态收缩 凝固收缩 体积收缩，用体收缩率V表示 尺寸收缩，用线收缩
7、率l表示 2.收缩对铸件质量的影响 液态和凝固收缩得不到补偿缩孔和缩松 固态收缩受到阻碍应力、变形、裂纹 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 3.影响收缩的因素： 化学成份：铸钢的收缩大，且碳量越高，收缩越大； 铸铁的收缩小，且随碳量、硅量的增加，收缩越小。 浇注温度：浇注温度越高，收缩量越大 铸件结构和铸型条件：实际收缩率侧面底面） 起模斜度和结构斜度 收缩率（用文字说明） 不铸孔和槽（单件小批：直径或边长侧面下面 压 力 铸 造 上 下 自带型芯 (吊砂) 自带型芯 (砂垛) 放收缩率1% 余量：上面侧面下面 例2
8、：图示皮带轮, 在单件小批和大批生产时应选择何种造型方法？ 请画出各自的铸造工艺图。 单件小批手工两箱分模造型 大批量 机器两箱分模造型（共用一个铸造工艺图） 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY B B A向 B-B A向 例3：图示车床进给箱体，材料为HT150，试分析单件 小批和大批量生产时合适的铸造工艺，并请画出 大批量生产时的铸造工艺图。 基 准 面 D 底 面 E 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 工艺分析： 确定浇注位置：无特殊要
9、求表面，仅要求保证 基准面D的质量 a.基准面D朝下，底面E朝上，则D面质量易保 证，但型芯头小、型芯稳定性差 b.基准面D朝上，底面E朝下，则造型、下芯 方便，但基准面D的质量难以保证，需加大该面 的加工余量 相比而言，后一种方案更为可行。 上海大学机自学院上海大学机自学院 方案2 上 下 上 下 D面 方案 3 上 下 方案1 分型面选择：可选的分型面有3种 E面 方案1：可铸出9个轴孔，且下芯头尺寸较大，型芯稳定 性好，下芯操作也方便。缺点是D面朝上，需加大余量。 此方案适合于大批量生产时采用机器造型，凸台和凹槽 （妨碍起模）需用型芯块。 上海大学机自学院上海大学机自学院 方案2 上 下
10、 上 下 D面 方案 3 上 下 方案1 E面 方案2和3：不铸出9个轴孔，凸台和凹槽可采用型芯。 主要适用于单件小批生产时采用手工造型。 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 方案1 1#2# 3# 4# 5# 6# 7# 上 下 大批量生产时的铸造工艺图: 放收缩率1% 余量：上面侧面下面 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 2-4 铸件结构设计 一、铸造工艺对铸件结构的要求 简化造型过程，降低生产成本 1.铸件外形尽量避免曲面和内凹，内腔设
11、计尽量 少用或不用型芯。 2.铸件结构应有利于减少分型面的数目，并尽量 使分型面为平面。 3.合理设置结构斜度，以便于起模。 4.凸台、筋条等结构的设计应减少使用活块。 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 不合理 不合理 不合理 不合理合理合理 合理 合理 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 二、合金铸造性能对铸件结构的要求 避免产生铸造缺陷，保证获得优质铸件 1.铸件壁厚应最小壁厚，防止浇不足。 2.铸件壁厚应均匀（筋75 4.焊缝应避开已加
12、工表面。 不合理合理 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 5.焊接次序应尽量减少焊缝的收缩受阻，有利于 减少焊接应力和变形。一般先焊收缩量大的焊缝。 5 9 123 4 67 8 1 23 4 三、接头及坡口设计 1.焊接接头的基本型式 对接搭接角接T形接头 选用何种接头主要依据结构的形状和焊接工艺。 先短后长 从内向外（） 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 2.常用坡口型式 当工件厚度较大时，为保证焊透，一般需要 开坡口。坡口型式主要由焊接
13、方法和板厚决定。 如： 钎焊、点焊、缝焊以及屋架、桥梁、 起重机吊臂等桁架常采用搭接接头； 锅炉和压力容器上的受力焊缝、电阻对焊、 闪光对焊、摩擦焊等常用对接接头； 薄板气焊、钨极氩弧焊等为防止烧穿常采 用卷边接头，还可省去外加焊丝。 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 对接接头 手弧焊时：t 6 mm，不开坡口 埋弧焊时 t 12 mm，不开坡口单面焊 12 t 24 mm，不开坡口双面焊 实例1: 有下列
14、规格的钢板若干块: 150 10015， 500 150 15，300 250 15。今要拼焊成如图 尺寸的工字梁（2个），试： （1）给出拼焊方案； （2）说明焊缝的焊接次序； （3）指出采用的焊接方法； （4）选择接头型式。 600150 250 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 解: 1）拼焊方案和焊接次序如下图 腹板 翼 板8 1 2 34 5 67 2）焊接方法: 用手工电弧焊 3）接头型式： 平板对接 工字梁T型接 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI
15、UNIVERSITY 实例2: 结构名称 中压容器（见下图） 材料 16MnR（钢板尺寸1200 5000） 料厚 筒身12mm，封头14mm， 人孔圈20mm，管接头7mm 。 生产数量 小批生产 824 3000 管接头 人孔 筒身 封头 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY 解: （1）焊缝布置、焊接次序 根据板料尺寸，筒身应分为三节，分别冷卷 成形，为避免焊缝密集，三段筒身上的纵焊缝可 相互错开180；封头应采用热压成型，与筒身连 接处应有30 50 mm的直段，使焊缝躲开转角应 力集中处。人孔圈因其板厚较大，一
16、般加热卷制。 123 4 567 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI UNIVERSITY （2）焊接方法、接头型式、焊接材料及工艺 序 号 焊缝焊缝 名称焊焊接方法与工艺艺接头头型式焊焊接材料 1 筒身纵纵缝缝 1、2、3 埋弧自动焊动焊 双面 焊焊（质质量高），先 内后外。16Mn应应在 室内焊焊接。 焊丝焊丝 ： H08MnA 焊剂焊剂 ：431 点固焊焊条： J507 2 筒身环缝环缝 4、5、6、7 4、5、6 埋弧焊焊 双面焊焊，先内后外 ； 7 装配后先在内部用 手弧焊焊封底，再用 埋弧焊焊焊焊 外环缝环缝 。 3 管接头头 焊缝焊缝 插入式装配，手 工电电弧焊焊，双面焊焊 。 焊焊条：J507 上海大学机自学院上海大学机自学院 SHANGHAI UNIVERSITYSHANGHAI
