《材料成形工艺10.31》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料成形工艺10.31（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、材料成形工艺,宁波工程学院 周志斌 2011.10.31,2.5冷铁设计,冷铁的概念为增加铸件局部冷却速度，在型腔内部及工件表面安放的激冷物。冷铁可分为外冷铁和内冷铁。在铸造生产中常将冷铁、浇注系统和冒口配合使用，控制铸件的凝固过程。,冷铁,浇口,2.5.1冷铁的作用 1）与浇注系统和冒口配合控制铸件的凝固次序。 形成顺序凝固的凝固次序； 改变铸件的凝固次序，形成顺序凝固； 增大凝固过程的稳定梯度，使凝固次序更加明显； 加速铸件局部厚大部位的凝固速度，与周围部分同时凝固。 2）加速铸件的凝固速度，细化晶粒组织，提高铸件的力学性能。另外：冷铁还可以用来划分冒口的补缩区域，控制和扩大冒口的补缩范围
2、，提高冒口的补缩效率。,2.5.2冷铁材料的选择 生产中常用的冷铁材料有铸铁、铝合金、石墨和铜合金等 。 可以制作冷铁的材料很多，凡是比砂型材料的热导率、蓄热系数大的金属和非金属材料均可选用 。,常用冷铁材料的热力学性能,2.5.3外冷铁 外冷铁的分类,外冷铁,直接冷铁（明冷铁）,间接冷铁（暗冷铁）,有气隙,无气隙,外冷铁厚度的确定,根据经验，外冷铁的厚度见下表2,注：T 铸件热节圆直径。 对轻合金件，当T大于2.5倍铸件壁厚时，需配合冒口使用。,外冷铁工作表面积的确定 设在铸件底面和内侧面的外冷铁，在重力和铸件收缩力作用下同铸件表面紧密接触，称为无气隙外冷铁; 设在铸件顶部和外侧的冷铁属于气
3、隙外冷铁。,外冷铁的重量 为防止外冷铁被铸件熔接，应计算或校核外冷铁的重量。 原理：铸件（热节部分）的质量为Wo，用外冷铁激冷后，铸件模数Mo减少为等效模数M1，对应M1的铸件质量为W1，则质量差（Wo-W1）所含的过热热量和结晶潜热应为外冷铁吸收并使之升温。设CL,Cs为金属液，固体的比热容，铸件凝固结束时允许外冷铁最高温度为600.依据热平衡原理，导出Wc,2.5.4内冷铁 内冷铁的激冷作用比外冷铁强，通常是在外冷铁激冷作用不足时才使用内冷铁，主要用于壁厚而技术要求不太高的铸件上，特别是铸钢件。,常用内冷铁的形式：a钉子；b螺旋形；c短圆柱形,2.5.5冷铁放置的位置 1.冷铁的作用分析
4、铸件自下而上的凝固顺序，通常把冷铁放在铸型的下部。 2.铸件结构的分析 不宜安放冒口的厚大部位，一般均放冷铁。 散热条件差的部位放冷铁。 3.与冒口配合使用 冷铁与冒口保持一定距离，从冷铁部位向冒口方向顺序凝固。 4.浇注系统及引入位置的影响 采用底注式浇注系统，一般均在铸件底部放置冷铁。,第三章 砂型铸造,砂型铸造是传统的铸造方法，适用于各种形状大小批量及各种合金铸件的生产。掌握砂型铸造是合理选择铸造方法和正确设计铸件的基础。 不受零件形状、大小、复杂程度及合金种类的限制； 造型材料来源广，生产准备周期短、成本低； 砂型铸造是铸造生产中应用最广泛的一种。 砂型铸造占铸件总产量的80%到90%
5、。,以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，液态金属在重力下充填铸型来生产铸件的铸造方法。,什么是砂型铸造？,型砂:是按一定比例配制的造型材料,是制造砂型铸造用的铸型的主要材料之一. 砂型:型砂被舂紧在上、下砂箱之中,连同砂箱一起称作上砂型和下砂型 铸型:铸型是用金属或其它耐火材料制成的组合整体,是金属液凝固后形成铸件的地方. 分型面:铸型组元间的接合表面(一般位于模样的最大截面) 型芯:是用来获得铸件的内孔或局部外形,由芯砂或其它材料制成的芯体.,砂型铸造的几个基本概念,砂型铸造的工艺过程,在砂型铸造中,造铸型和造型芯是最基本的工序,它们对铸件质量、生产率和成本影响很大.,粘土砂型结构示意图 1.原
6、砂；2.粘接剂；3.附加物；4. 透气孔隙,粘土砂、水玻璃砂和树脂砂占主导地位,常用造型方法及其选择,整模造型,分模造型,挖砂造型,活块造型,三箱造型,刮板造型,地坑造型,造 型 方 法,手工造型,机器造型,为了正确地选择造型方法，必须对各种造型方法的特点有所了解,铸件图,1、整模造型,将模型做成与零件形状相适应的整体结构，用整体模型进行造型的方法,模型为整体； 型腔全部位于一个砂型内，分型面为平面； 造型简便，所得型腔形状和尺寸精度较好； 适用于外形轮廓的顶端有一最大截面，并且为一平面的铸件。,零件图,2、分模造型,该零件若用整模造型是否可行？,若垂直放置时，下端法兰阻碍起模，不可行。,模型
7、图,该零件的模型应该采用分开的模型 。即沿模型截面最大处分为两半，并用销钉将其定位。,模型分为两半，分模面即分型面； 型腔分别位于上下两个砂型内，分型面为平面； 造型简便，但有可能发生错箱缺陷； 适用于最大截面在中部，并且为一平面的铸件，特别是用于有孔的铸件。,机器造型使造型中最主要的两项操作-紧砂和起模实现了机械化。它可大大提高生产率，改善劳动条件以及提高铸件的精度和表面质量。在大批量生产中，尽管机器造型所需要的设备、专用砂箱和模板等投资较大，单铸件总的成本仍能显著降低。机器造型使现代化铸工车间生产的基本方式。,机器造型,气动多触头震压式造型机,气动微震压实 造型机,气冲造型机,机器造型设备
8、举例,机器制芯设备举例,普通射芯机,冷芯盒射芯机,多功能射芯机,3.2粘土湿型,湿型：造好的砂型不用经过烘干，直接浇入高温 金属液的砂型。 湿型铸造法的特点：砂型不用烘干，不存在硬化过程。 优点： 1.生产率高，周期短，易流水线生产，易机械化合自动化； 2.成本低； 3.节省了烘干设备，车间生产面积，燃料电力等。 4.延长了砂箱的使用寿命。 缺点：夹砂结疤、气孔，砂眼、粘砂等缺陷。,湿型主要原材料 原砂、膨润土、煤粉、水，附加物 1.原砂：硅砂是使用最广泛的原砂。主要成分为二氧化硅。硅砂的缺点： a热膨胀系数比较大； b热扩散率比较低； c容易与铁的氧化物起作用。 铸件容易发生粘砂现象，清砂很
9、困难。铸钢中采用的非石英砂：橄榄石砂、锆砂、铬铁矿砂、石灰石砂、镁砂、刚玉砂等。,2.膨润土 湿型砂的主要粘接剂。,膨润土粉,膨润土原矿石,3.煤粉 。,煤粉主要是防止铸铁 件产生粘砂和夹砂,3.2.3湿型砂的混制、旧砂处理及型砂性能检测 1.混砂：原砂100%，膨润土1%到5%，煤粉8%以下，水分6%以下，适量附加物。 2.旧砂处理：重复使用，经济环保。 3.型砂性能要求：湿度、透气性、强度、紧实度、变形量、破碎指数、流动性、含泥量、有效粘土含量、有效煤粉含量、砂温、抗夹砂性、抗粘砂性等。 检测方法：在线控制和线外控制,3.2.4湿型的紧实工艺 1.对型砂紧实度的要求 紧实度对铸型性能的影响
10、：铸型的强度和透气性。 对型砂紧实度的要求：紧实度高而且均匀。 常用的紧实方法：震击紧实震压紧实微震压实高压紧实压实等。,3.3纳水玻璃砂型,3.3.1概述 纳水玻璃是铸造生产中应用最广泛的无机化学粘接剂。 优点： 1.型砂流动性好，易于紧实，劳动强度低； 2.硬化快，强度高，可简化造型工艺，缩短生产周期，提高劳动生产率； 3.可在型硬化后起模，型、芯尺寸精度高； 4.可以取消或者缩短烘烤时间，降低能耗。,2.纳水玻璃粘接剂 水玻璃：各种聚硅酸盐水溶液的通称。 纳水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃、钾钠水玻璃、季铵盐水玻璃等。 3.水玻璃型砂的硬化方法 硬化方法有：加热烘干法、吹二氧化碳硬化法、硅铁粉自硬砂、有机酯自硬砂、真空置换硬化-二氧化碳法等。,真空置换硬化-CO2法 特点： 1. 水玻璃加入量少； 2.显著改善砂型的溃散性； 3.提高铸件质量； 4.降低造型材料费用，提高经济效益； 5.设备投资大，真空室尺寸固定，过大和过小的砂箱不能使用。,
