哈工程材料成型--铸造成形理论基础ppt课件

《哈工程材料成型--铸造成形理论基础ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《哈工程材料成型--铸造成形理论基础ppt课件（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1 铸造成形技术1.11.1 铸造成形理论基础铸造成形理论基础1.21.2 铸造方法铸造方法1.31.3 铸造工艺设计铸造工艺设计1.4 1.4 铸件结构工艺性铸件结构工艺性 将液态金属材料熔化成液态后，浇注入与拟成形的零件形状及尺寸相适应的模型空腔（称铸型）中，待其冷却凝固后获得具有一定形状和尺寸的毛坯或零件的方法。铸造的概念1 铸造成形技术铸造的特点成形能力强成形能力强 能够制造形状复杂的铸件，尤其是能制造具有复杂内腔的毛坯或零件。 工艺适应性强工艺适应性强 铸件的合金成分、尺寸、形状、质量和生产批量等几乎不受限制。 经济性好经济性好 原材料来源广泛， 铸件的形状和尺寸与零件非常接近，可以

2、节约金属，减少后续加工费用，因而生产成本低。铸 造优 点1 铸造成形技术铸造的特点铸造缺点用同样金属材料制造的铸件，其力学性能不如锻件。 铸造工序繁多，且难以精确控制，故铸件质量有时会不够稳定。劳动条件较差，劳动强度较大。1 铸造成形技术液液液液 态态态态金金金金 属属属属充充充充 型型型型铸铸铸铸 件件件件凝凝凝凝 固固固固收收收收 缩缩缩缩 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制 液态金属充满铸型型腔，获得尺寸正确、轮廓清晰的铸件的液态金属充满铸型型腔，获得尺寸正确、轮廓清晰的铸件的能力。充型能力首先取决于合金本身的流动性，还与外界条件，能力。充型能力首先取决于合金本身的流

3、动性，还与外界条件，如铸型条件、铸件结构及浇注条件等因素有关。如铸型条件、铸件结构及浇注条件等因素有关。充型能力的概念充型能力的概念:充型能力不足充型能力不足浇不足浇不足冷冷 隔隔夹夹 砂砂气气 孔孔夹夹 渣渣充型能力的决定因素充型能力的决定因素（1）合金的流动性）合金的流动性（2）铸型性质）铸型性质（3）浇注条件）浇注条件（4）铸件结构）铸件结构1.1.5 铸件成形过程控制1.1.5 铸件成形过程控制1. 充型能力的控制：充型能力的控制：（1） 合金本身的流动性。合金本身的流动性。流动性是指液态合金本身的流动能力，它与合金本身的化学成分、温度、杂质含量及物理性质等有关 1.1 铸件成形理论基

4、础 1.1.5 铸件成形过程控制1. 充型能力的控制充型能力的控制1） 合金本身的流动性合金本身的流动性 铸造合金流动性的好坏，通常以浇注标准螺旋线试样的方法进行测定。将金属液浇入到右图所示的螺旋形的铸型中，显然，在相同的铸型及浇注条件下，得到的螺旋形试样越长，表示该合金的流动性越好。 螺旋形试样螺旋形试样 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制1. 充型能力的控制充型能力的控制1） 合金本身的流动性合金本身的流动性 合金的种类。不同种类的合金因熔点、热导率和粘度等物理性质以及结晶特性的不同，其流动性也不同。 合金的化学成分。同种合金中，成分不同的合金具有不同的结晶特点，其流动

5、性也不同。图：不同结晶特征合图：不同结晶特征合金的流动性金的流动性 u亚共晶铸铁随含碳量亚共晶铸铁随含碳量的增加，结晶温度范围的增加，结晶温度范围减小，流动性提高。减小，流动性提高。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制1. 充型能力的控制充型能力的控制1） 合金本身的流动性合金本身的流动性 杂质含量。液态金属中含有固态夹杂物，将会使液体的粘度增加，因而会降低合金的流动性；液态金属中的含气量越多，其流动性也越差。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制1. 充型能力的控制充型能力的控制2） 铸型条件铸型条件铸型温度：铸型温度：预热铸型能减小它与金预热铸型能减小

6、它与金属液之间的温差，降低属液之间的温差，降低换热强度，从而提高金换热强度，从而提高金属液的充型能力。属液的充型能力。铸型蓄热系数铸型蓄热系数: :即从金属液中吸取即从金属液中吸取并储存热量的能力。并储存热量的能力。铸型中的气体：铸型中的气体：浇铸时产生气体能在金属液浇铸时产生气体能在金属液与铸型间形成气膜，减小流与铸型间形成气膜，减小流动阻力，有利于充型。但动阻力，有利于充型。但发发气量过大气量过大, ,铸型排气不畅铸型排气不畅, ,在在型腔内产生的气体的反压力型腔内产生的气体的反压力增大，充型能力减弱。增大，充型能力减弱。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制1. 充型能

7、力的控制充型能力的控制3）铸件结构）铸件结构 当铸件的壁厚过小、壁厚急剧变化或有较大的水平面等结构时，会使合金液充型困难。因此，设计铸件结构时，铸件的壁厚必须大于最小允许值；有的铸件则需要设计流动通道；在大平面上设置筋条。这不仅有利于合金液的顺利充型，亦可防止夹砂缺陷的产生。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制1. 充型能力的控制充型能力的控制4）浇注条件）浇注条件 浇注温度； 充型压力。浇注温度充型压力浇注温度越高，使合金粘度下降，且保持流动的时间越长，故充型 能力强。反之，充型能力下降。但浇注温度过高，吸气、氧化现象严重。易产生缺陷，结晶组织粗大。液态金属在流动方向上所

8、受的压力越大,则流速越大，充型能力越强。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制2. 铸件的凝固方式及控制铸件的凝固方式及控制 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制2. 铸件的凝固方式及控制铸件的凝固方式及控制1） 凝固方式凝固方式铸件断面一般存在三个区域，即液相区、凝固区、固相区。凝固方式有：逐层凝固糊状凝固中间凝固。(a) 逐层凝固方式逐层凝固方式 (b) 中间凝固方式中间凝固方式 (c) 糊状凝固方式糊状凝固方式 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制2. 铸件的凝固方式及控制铸件的凝固方式及控制2） 凝固方式的控制凝固方式的控制（1）合

9、金的结晶温度范围；（2）铸件截面的温度梯度。温度梯度对凝固区域的影响温度梯度对凝固区域的影响 铸件的温度梯度主要受以下以个因素的影响： 合金的性质：合金的凝固温度越高、导温系数越小或结晶潜热越小，铸件内部温度均匀化的能力就越小，温度梯度就越大。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制2. 铸件的凝固方式及控制铸件的凝固方式及控制2） 凝固方式的控制凝固方式的控制（2）铸件截面的温度梯度。温度梯度对凝固区域的影响温度梯度对凝固区域的影响 铸件的温度梯度主要受以下以个因素的影响： 铸型条件 铸型的蓄热能力和导热性越好，对铸件的激冷能力就越强，铸件的温度梯度就越大。 1.1 铸件成形

10、理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制2. 铸件的凝固方式及控制铸件的凝固方式及控制2） 凝固方式的控制凝固方式的控制（1）合金的结晶温度范围；（2）铸件截面的温度梯度。温度梯度对凝固区域的影响温度梯度对凝固区域的影响 铸件的温度梯度主要受以下以个因素的影响： 浇注温度:提高浇注温度，会降低铸型的冷却能力，从而降低铸件的温度梯度。 铸件的壁厚:铸件的壁厚越小，温度梯度就越大。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制2. 铸件的凝固方式及控制铸件的凝固方式及控制 因此在选用铸造材料时，应尽量选用倾向于逐层凝固的合金（如灰铸铁、铝硅合金等）。当必须采用倾向于糊状凝固的合金时，可考虑

11、采用适当的工艺措施（如选用金属型铸造），以减小其凝固区域。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制3. 合金的收缩合金的收缩1） 收缩的概念收缩的概念 合金从液态冷却到常温的过程中，体积和尺寸缩小的现象，称为收缩。收缩是合金的物理本性，它不仅影响铸件的几何形状和尺寸，以及致密性，而且还决定着铸件产生缩孔、缩松、内应力、变形和裂纹等缺陷的倾向性。合金的收缩量通常用体积收缩率和线收缩率来表示。金属从液态到常温的体积改变量称为体收缩。金属在固态由高温到常温的线尺寸改变量称为线收缩。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制3. 合金的收缩合金的收缩2） 合金收缩的三个阶

12、段合金收缩的三个阶段 液态收缩; 凝固收缩; 固态收缩液态收缩。从浇注温度冷却至凝固开始温度（液相线温度）期间发生的收缩称为液态收缩。合金的液态收缩主要表现为液面的降低液面的降低。凝固收缩。从凝固开始温度至凝固终了温度（固相线温度）期间发生的收缩称为凝固收缩。凝固收缩仍主要表现为液面的下降。液面的下降。固态收缩。从凝固终了温度至冷却到室温期间发生的收缩称为固态收缩。此阶段的收缩表现为铸件线尺寸的减小。铸件线尺寸的减小。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制3. 合金的收缩合金的收缩 合金的液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松缩孔、缩松的主要原因；而固态收缩是铸件产生铸造应力

13、、变形和裂纹应力、变形和裂纹的根本原因，并直接影响铸件的尺寸精度。 1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制3. 合金的收缩合金的收缩3） 影响收缩的主要因素影响收缩的主要因素 合金的化学成分。不同种类的合金，其收缩率不同。同类合金中，化学成分不同，其收缩率也不同。在铁碳合金中，铸钢和白口铸铁在铁碳合金中，铸钢和白口铸铁的收缩率大，灰铸铁的收缩率小的收缩率大，灰铸铁的收缩率小。这是由于灰铸铁在凝固过程中碳大部分是以石墨状态存在的，石墨的比容大，由此产生的体积膨胀可以抵消部分凝固收缩。 浇注温度。浇注温度主要影响液态收缩浇注温度主要影响液态收缩。提高浇注温度，合金的液态收缩增大。

14、1.1 铸件成形理论基础 1.1.5 铸件成形过程控制3. 合金的收缩合金的收缩3） 影响收缩的主要因素影响收缩的主要因素铸型条件和铸件结构:如果铸件结构复杂或壁厚不均，冷却时各部分相互牵制也会阻碍收缩。 不同结构铸件的收缩情况不同结构铸件的收缩情况 自由线收缩率为2.5%受阻较小的线收缩率为1.5%受阻较大的线收缩率为1.0%受阻特别大的线收缩率为0.5% 1.1 铸件成形理论基础 1.1.6 铸件常见缺陷、1.1.6 铸件常见缺陷1.铸造应力铸造应力 金属在凝固和冷却过程中体积变化受到外界或其本身的制约，变形受阻而产生的应力。铸造应力可能是暂时性的，若引起应力的原因消除以后，应力便随之消失

15、，称为临时应力；若引起应力的原因消除后应力不消失，则称为残余应力。常见的铸造应力有热应力、机械阻碍应力和相变应力三种。（1）热应力：由于铸件各部分厚薄不同，在凝固和其后的冷却过程中，铸件各部分冷却速度不同，造成同一时刻各部分的收缩量不一致，而且各部分之间还存在约束作用，此时产生的内应力称为热应力。 、粗杆；细杆；横梁tL浇注温度; tY合金线收缩开始温度;tH两杆卸载时的温差；T、 T 粗、细杆固态冷却曲线壁厚不同的应力框铸件热应力的形成过程壁厚不同的应力框铸件热应力的形成过程 、1.1.6 铸件常见缺陷1.铸造应力铸造应力（1）热应力：由于铸件各部分厚薄不同，在凝固和其后的冷却过程中，铸件各

16、部分冷却速度不同，造成同一时刻各部分的收缩量不一致，而且各部分之间还存在约束作用，此时产生的内应力称为热应力。 、 1.1 铸件成形理论基础 1.1.6 铸件常见缺陷1. 铸造应力铸造应力1） 铸造应力的形成铸造应力的形成（2）机械阻碍应力：这种应力是由于铸件的收缩受到机械阻碍而产生的，是暂时性的。只要机械阻碍一消除，应力也随之消失。、套筒铸件收缩受到机械阻碍套筒铸件收缩受到机械阻碍 1.1 铸件成形理论基础 1.1.6 铸件常见缺陷1. 铸造应力铸造应力1） 铸造应力的形成铸造应力的形成（3）相变应力：固态发生的合金，由于铸件各部分冷却条件不同，它们到达相变温度的时刻不同，且相变的程度也不同而产生的应力称为相变应力。 、 1.1 铸件成形理论基础 1.1.6 铸件常见缺陷、1. 铸造应力铸造应力2） 减小和消除铸造应力的方法减小和消除铸造应力的方法 在零件满足工作条件的前提下，尽量选择弹性模量和收缩系数小的合金材料； 在设计铸件时应尽量使铸件形状简单、对称、壁厚均匀； 为了提高铸型和型芯的退让性；减小砂型的紧实度，或在型砂中加入适量的木屑、焦炭等，采用壳型或树脂砂型，效果尤为显著。