《铸造的工艺基础》PPT课件

第 一 节 概 述 第 二 节 铸 造 的 工 艺 基 础第 三 节 砂 型 铸 造第 四 节 特 种 铸 造第 二 章 铸 造 金 属 的 成 形 方 法 可 分 为 铸 造 、 塑 性 成 形 （ 或 称 压 力 加工 ） 、 切 削 加 工 、 焊 接 和 粉 末 冶 金 五 大 类 。 铸 造 是 生 产 金 属 零 件 毛 坯 的 主 要 工 艺 方 法 之 一 ， 与 其它 工 艺 方 法 相 比 ， 它 具 有 成 本 低 ， 工 艺 灵 活 性 大 ， 适 合 生产 不 同 材 料 、 形 状 和 重 量 的 铸 件 ， 并 适 合 于 批 量 生 产 。 第 一 节 概 述 但 它 的 缺 点 是 公 差 较 大 ， 易 产 生内 部 缺 陷 。 第 二 节 铸 造 的 工 艺 基 础q 定 义 ： 铸 造 是 指 将 熔 融 态 的 金 属 （ 或 合 金 ） 浇 注 于特 定 型 腔 的 铸 型 中 凝 固 成 形 的 金 属 材 料 成 形 方 法 。q 铸 造 的 基 本 过 程 ： q 实 质 ： 液 态 金 属 （ 或 合 金 ） 充 填 铸 型 型 腔 并 在 其 中 凝 固 和 冷 却 。 砂 型 铸 造 概 略 图 q 主 要 影 响 因 素 铸 造 的 主 要 影 响 因 素 主 要 体 现 在 二 个 方 面 ： 一 是 影 响充 型 的 主 要 因 素 和 影 响 凝 固 收 缩 的 主 要 因 素 。 改 善 金 属的 流 动 性 加 快 凝 固 中 液 体 的 补 缩排 除 内 部 夹 杂 物 和 气 体形 成 薄 壁 复 杂 的 铸 件有 利 于 实 验 如 右 图 所 示 ： T浇 注 t凝 固 流 动 性 粘 度 充 填 路 径 充 型 能 力 P充 型 V流 动 充 型 能 力 在 铸 件 凝 固 过 程 中 ， 对 铸 件 质 量 影 响 较 大 的 主 要是 固 液 两 相 并 存 的 凝 固 区 的 宽 窄 。 。 纯 金 属 和 共 晶 成 分 的 合金 在 凝 固 中 因 为 不 存 在 固 液两 相 并 存 的 凝 固 区 ， 所 以 固体 与 液 体 分 界 面 清 晰 可 见 ，一 直 向 铸 件 中 心 移 动 。 铸 件 在 结 晶 过 程 中 ， 当 结晶 温 度 范 围 很 宽 ， 且 铸 件 截 面上 的 温 度 梯 度 较 小 ， 则 不 存 在固 相 层 ， 固 液 两 相 共 存 的 凝 固区 贯 穿 整 个 区 域 。 大 多 数 合 金 的 凝 固 是 介 于 逐层 凝 固 和 糊 状 凝 固 之 间 ， 称 为 中间 凝 固 。 一 般 认 为 ： 铸 模 的 冷 却 能 力 越 大 ， 越 有 利 于 在 结 晶过 程 中 保 持 较 大 的 温 度 梯 度 ， 从 而 利 于 柱 状 晶 区 的 发 展 。 柱 状 晶 择 优 取 向 ， 晶 界 往 往 容 易 富 集 第 二 相 ， 特 别 是在 两 种 位 向 交 叉 面 是 受 力 的 薄 弱 环 节 ， 轧 制 时 容 易 开 裂 。 因 此 ， 钢 铁 或 镍 合 金 （ 塑 形 较 差 ） 应 避 免 柱 状 晶 的 出现 ； 而 有 色 金 属 ， 有 时 要 求 获 得 柱 状 晶 。 收 缩 是 指 合 金 从 浇 注 、 凝 固 到 冷 却 至 室 温 的 过程 中 ， 其 体 积 或 尺 寸 缩 减 的 现 象 。分 为 三 类 ， 液 态 收 缩 、 凝 固 收 缩 和 固 态 收 缩 。铸件温度降低 浇 注 温 度 室 温凝 固 终 止 温 度开 始 凝 固 温 度液 态 收 缩凝 固 收 缩固 态 收 缩 体积收缩线 收 缩 是 指 单 位 体 积 的 收 缩 量 （ 体 积 收 缩 率 ） 。是 指 单 位 长 度 上 的 收 缩 量 （ 线 收 缩 率 ） 。 %1001 10 V VVV %100 1 10 L LLL 其 中 V0， L0表 示 铸 件 在 高 温 T0时 的 体 积 和 一 维 方 向 的 长 度 ； V1， L1表 示 铸 件 在 高 温 T1时 的 体 积 和 一 维 方 向 的 长 度 。 在 铸 模 尺 寸 设 计 时 必 须 考 虑 铸 件 的 收 缩 因 素 。 即 利用 每 种 材 料 特 定 的 收 缩 率 和 实 际 铸 件 的 尺 寸 ， 来 换 算 成 铸模 型 腔 的 尺 寸 。 合 金 的 收 缩 给 铸 模 的 设 计 和 铸 件 的 精 密 成 形 等 带 来 较大 困 难 ， 是 多 数 铸 造 缺 陷 产 生 的 根 源 。 ） 表 2-1 典 型 合 金 的 收 缩 率 V q 铸 造 缺 陷缩 孔 是 指 金 属 液 在 铸 模 中 冷 却 和 凝 固 时 ， 在 铸件 的 厚 大 部 位 及 最 后 凝 固 部 位 形 成 一 些 容 积 较 大 的 孔 洞 。先凝 固 区 域 堵 住 液体 流 动 的 通 道 ，后 凝 固 区 域 收 缩所 缩 减 的 容 积 得不 到 补 充 。 疏 松 是 指 金 属 液 在 铸 模 中 冷 却 和 凝 固 时 ， 在 铸 件的 厚 大 部 位 及 最 后 凝 固 部 位 形 成 一 些 分 散 性 的 小 孔 洞 。当 合 金 的 结 晶 温 度 范 围 很 宽 或 铸 件 断 面 温度 梯 度 较 小 时 ， 凝 固 过 程 中 有 较 宽 的 糊 状 凝 固 两 相 并 存的 区 域 。 随 着 树 枝 晶 长 大 ， 该 区 域 被 分 割 成 许 多 孤 立 的 小熔 池 ， 各 部 分 熔 池 内 剩 余 液 态 合 金 的 收 缩 得 不 到 补 充 ， 最后 形 成 了 形 状 不 一 的 分 散 性 孔 洞 即 缩 松 。 另 外 ， 疏 松 还 可 能 由 凝 固 时 被 截 留 在 铸 件 内 的 气 体 无法 排 除 所 致 。 不 过 ， 疏 松 内 表 面 应 该 是 光 滑 ， 近 似 球 状 。 显 著 降 低 铸 件 的 机 械 性 能 ， 造 成 铸 件 渗 漏 等 。采 取 顺 序 凝 固 的 办 法 避 免 缩 孔 、 疏 松 的 出 现 。 顺 序 凝 固 示 意 图 安 装 冒 口 或 放 置 冷 铁 等 工艺 措 施 ， 使 铸 件 上 远 离 冒口 的 部 位 先 凝 固 （ 图 中 ） ， 尔 后 在 靠 近 冒 口 的部 位 凝 固 （ 图 中 、 ） ，最 后 是 冒 口 本 身 凝 固 。是 指 通 过 在 铸 件 上 可 能 出 现 疏 松 的 后 大 部 位 内 置 冷 铁 法外 置 冷 铁 法 设 置 冒 口 法 冒 口 、 冷 铁 共 用 法 在 铸 件 的 固 态 收 缩 阶 段 会 引 起 铸 造 应 力 。铸 造 应 力 相 变 应 力热 应 力机 械 应 力 铸 件 特 殊 位 置 的 裂 纹 示 意 图 以 有 利 于 释 放 铸 造 应 力 为 原 则 ；1、 采 用 正 确 的 铸 造 工 艺 （ 正 确 设 计 浇 注 系 统 、 补 缩 系 统 等 ） ；2、 铸 件 形 状 设 计 要 求 简 单 、 对 称 和 厚 薄 均 匀 ；3、 对 铸 件 进 行 热 处 理 。 鼓 泡 渗 漏 冷 隔 未 注 满 第 三 节 砂 型 铸 造 砂 型 铸 造 是 指 用 砂 粒 制 备 铸 型 来 生 产 铸 件 的 铸 造 方法 。 可 追 溯 到 公 元 前 3000 4000年 ， 用 石 头 和 金 属 型 做出 铜 器 。 砂 型 铸 造 概 略 图 q 铸 模 设 计 ： 浇 注 位 置 ： 指 浇 注 时 铸 件 再 铸 型 中 所 处 的 位 置 。分 型 面 ： 指 铸 型 的 分 割 或 装 配 面 。 正 确 设 置 浇 注 位 置 和 分 型 面 是 完 成 造 型 、 取 模 、 设 置浇 冒 系 统 和 安 装 砂 芯 的 需 要 。 正 确 选 择 收 缩 量 、机 械 加 工 余 量 和 拔 模斜 度 等 。 拔 模 斜 度 浇 注 系 统 是 铸 型 中 液 态 金 属 流 入 型 腔 的 通 道 ； 通 常 由交 口 杯 、 直 浇 道 、 横 浇 道 和 内 浇 道 等 组 成 。设 计 原 则 ： 确 保 液 态 金 属 能 够 平 稳而 合 理 地 充 满 型 腔 。 为 消 除 缩 孔 和 疏 松 ， 必 须设 置 冒 口 、 冷 铁 等 补 缩 系 统 。 浇 注 系 统 示 意 图 设 计 原 则 ：1、 冒 口 的 凝 固 时 间 必 须 大 于 或 等 于 铸 件 被 补 缩 部 分 的 凝固 时 间 。2、 冒 口 应 具 有 足 够 大 的 体 积 ， 以 保 证 有 足 够 的 金 属 液 补充 铸 件 内 部 的 体 收 缩 。3、 在 铸 件 凝 固 时 ， 冒 口 与 被 补 缩 部 位 之 间 应 有 通 畅 的 补缩 通 道 。4、 为 增 加 铸 件 局 部 冷 却 速 度 ， 在 铸 型 局 部 区 域 设 置 激 冷能 力 强 的 材 料 （ 如 铸 铁 、 石 墨 或 铸 钢 等 ） 作 为 冷 铁 。 q 生 产 准 备 ： 模 型 的 内 轮 廓 应 该 与 铸 件 的 外 轮 廓 的 形 状 相 一 致 ， 并且 在 尺 寸 上 比 铸 件 大 出 一 个 收 缩 量 。 对 于 有 孔 或 中 空 的 铸 件 ， 需 在 模 腔 中 放 置 型 芯 来 获 得 。型 芯 的 尺 寸 设 计 也 要 考 虑 到 收 缩 量 的 问 题 。 技 术 要 求 ： 型 （ 芯 ） 砂 具 有 一 定 的 强 度 、 透 气 性 、 退 让 性盒 溃 散 性 等 。影 响 因 素 ：1、 主 要 指 砂 型 的 紧 实 程 度 。（ 右 图 表 示 了 几 种 常 用的 压 实 型 砂 的 方 法 ） 2、 型 砂 的 影 响 ： 1） 原 砂 、 粘 结 剂 和 稀 释 剂 的 成 分 配 比 ； 型 砂稀 释 剂原 砂 粘 结 剂铬铁矿砂 水溶剂 粘 土 水玻璃 树 脂石英砂 锆英砂2） 原 砂 的 形 状 、 粒 度 状 况 一 般 认 为 ： 粒 度 在 小 尺 寸 范 围 呈 正 态 分 布 ， 有 利 于 砂 型 强 度 的 提 高 ， 但 透 气 性 较 差 。 q 特 点 及 应 用 ：1、 不 受 铸 件 材 质 、 尺 寸 、 质 量 和 生 产 批 量 的 限 制 ；2、 属 于 一 次 性 铸 造 成 形 ， 造 型 工 作 量 大 ；3、 铸 件 精 度 和 表 面 质 量 差 ；4、 砂 型 铸 造 缺 陷 多 ， 废 品 率 高 ， 机 械 性 能 较 差 ；5、 设 备 简 单 、 投 资 少 ， 价 格 低 廉 ， 应 用 广 泛 。 第 四 节 特 种 铸 造 为 获 得 高 质 量 、 高 精 度 的 铸 件 ， 提 高 生 产 率 ， 人 们 在砂 型 铸 造 的 基 础 上 ， 创 造 了 多 种 其 它 的 铸 造 方 法 ； 通 常 把这 些 有 别 于 砂 型 铸 造 的 其 他 铸 造 方 法 通 称 为 特 种 铸 造 。金 属 型铸 造熔 模 铸 造消 失 模 铸 造 连 续 铸 造 离 心 铸 造低 压 铸 造 压 力 铸 造 q 金 属 型 铸 造 ： 金 属 型 铸 造 是 指 利 用 金 属 材 料 制 成 铸 型 ， 在 重 力作 用 下 将 熔 融 金 属 浇 注 到 铸 型 中 制 造 铸 件 的 一 种 铸 造 方 法 ，也 称 永 久 型 铸 造 。 1、 可 重 复 使 用 ， 生 产 效 率 高 ， 劳 动 条 件 好 ， 但 成 本 高 ； 2、 铸 件 精 度 高 ， 表 面 粗 糙 度 较 低 ； 3、 金 属 散 热 性 能 好 ， 晶 粒 细 化 ， 机 械 性 能 好 ； 4、 不 透 气 且 无 退 让 性 ， 易 造 成 铸 件 浇 不 足 或 开 裂 。 5、 适 于 生 产 大 批 量 有 色 金 属 铸 件 。q 熔 模 铸 造 ： 1、 铸 件 尺 寸 精 度 高 ， 表 面 光 洁 ； 2、 可 铸 造 形 状 复 杂 零 件 ； 3、 工 艺 过 程 复 杂 ， 生 产 周 期 长 ， 成 本 高 ； 4、 适 于 铸 造 小 尺 寸 的 各 类 合 金 铸 件 ， 特 别 是 少 切 削 或 无 切 削 精 密 铸 件 。 航 空 发 动 机 叶 片 早 期 采 用 变 形 高 温 合 金 材 料 ， 随 着合 金 材 料 强 度 要 求 的 提 高 ， 人 们 采 用 合 金 化 的 方 法 来 提高 强 度 ， 效 果 明 显 ， 但 同 时 也 增 加 了 材 料 的 加 工 难 度 。 目 前 ， 世 界 各 国 等 轴 晶 叶 片 的 生 产 通 常 利 用 真 空 环 境下 的 熔 模 铸 造 来 解 决 这 一 技 术 难 题 。 q 压 力 铸 造 ： 大 型 压 铸 机 及 压 铸 模 1、 浇 注 时 间 短 ， 易 于 机 械 化 、 自 动 化 作 业 ； 2、 铸 型 散 热 快 ， 晶 粒 细 化 ， 耐 磨 、 耐 蚀 性 好 ； 3、 铸 件 尺 寸 精 度 高 ， 表 面 光 洁 ； 4、 凝 固 速 度 快 ， 排 气 困 难 ， 易 形 成 疏 松 和 缩 孔 ； 5、 模 具 成 本 高 ， 铸 件 尺 寸 受 限 ； 6、 适 于 有 色 金 属 薄 壁 复 杂 铸 件 的 大 批 量 生 产 。 q 低 压 铸 造 ： 低 压 铸 造 火 车 车 轮 示 意 图 1、 充 型 压 力 和 充 型 速 度 易 于 控 制 ， 气 孔 、 夹 渣 较 少 ； 2、 铸 型 散 热 快 ， 组 织 致 密 ， 机 械 性 能 好 ； 3、 无 需 冒 口 设 置 ， 金 属 利 用 率 高 ； 4、 铸 件 尺 寸 精 度 高 ， 表 面 光 洁 ； 5、 适 于 生 产 质 量 要 求 高 的 铝 镁 等 有 色 金 属 铸 件 。q 离 心 铸 造 ： 2、 改 善 金 属 的 流 动 性 ， 提 高 了 充 型 能 力 ； 3、 简 化 了 中 空 圆 柱 形 铸 件 的 生 产 过 程 ； 4、 成 分 偏 析 严 重 ， 尺 寸 难 以 控 制 ； 5、 特 别 适 于 横 截 面 呈 圆 柱 的 铸 件 生 产 。q 连 续 铸 造 ： 1、 离 心 力 改 善 了 补 缩 条 件 ， 缩 孔 等 缺 陷 减 少 ； 如 右 图 所 示 。 1、 冷 却 速 度 快 ， 组 织 致 密 ， 机 械 性 能 好 ； 2、 工 艺 简 单 ， 生 产 效 率 高 ； 3、 适 于 横 截 面 一 定 的 钢 材 、 铝 材 和 铸 铁 管 等 铸 件 的 生 产 。 q 消 失 模 铸 造 ： 如 下 图 所 示 。 1、 不 分 型 ， 不 起 模 ， 工 艺 简 化 ， 精 度 提 高 ； 2、 能 制 造 形 状 复 杂 的 铸 件 和 工 艺 品 ； 3、 冒 口 设 置 可 自 由 设 置 ， 不 易 产 生 缩 孔 、 疏 松 等 ； 4、 易 产 生 有 害 气 体 ， 铸 件 易 渗 碳 ， 降 低 铸 件 表 面 质 量 ； 5、 适 于 生 产 起 模 困 难 ， 形 状 复 杂 的 铸 件 。q 喷 射 铸 造 ： 平 直 零 件 的 喷 射 近 净 成 形 正 开 始 与 条 状 零 件 的 直 接 铸造 相 竞 争 ； 此 外 ， 喷 射 铸 造 管 件 、 板 件 及 方 坯 的 生 产 工 艺开 始 达 到 实 际 生 产 水 平 。