材料成型工艺复习.ppt

§1.3 液态合金的流动性及充型,流动性（flowability）定义： 液态合金充满型腔，形成轮廓清晰，形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力(CSS, configuration, shape and size)流动性不好：不能充满型腔，不能形成符合要求的优质铸件流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂物上浮和对铸件进行补缩说明不同的合金具有不同的流动性特点在进行铸件设计和铸造工艺制定时，必须考虑合金流动性那么，我们怎样衡量合金的流动性呢？,,影响合金流动性的因素,一、金属的流动性合金的流动性主要取决于它本身的化学成分纯金属和共晶成分的合金，由于是在恒温下进行结晶，液态合金从表层逐渐向中心凝固，固液界面比较光滑，对液态合金的流动阻力较小，同时，共晶成分合金的凝固温度最低，可获得较大的过热度，推迟了合金的凝固，故流动性最好；其它成分的合金是在一定温度范围内结晶的，由于初生树枝状晶体与液体金属两相共存，粗糙的固液界面使合金的流动阻力加大，合金的流动性大大下降，合金的结晶温度区间越宽，流动性越差 影响熔融合金充型的主要因素,二、浇注pouring条件,（1）浇注温度 一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。

浇注温度指的是浇注时熔融合金的温度，一般要求比它的液相线温度高，即存在过热度，推迟它的凝固时间，以保持良好的流动性但是也不能太高，否则造成氧化，吸气，过收缩，粘砂，胀砂等不良后果所以，每种合金有自己的合理浇注温度范围浇注温度：铸钢1520~1620℃；铸铁1230~1450℃；铝合金680~780℃,（2）充型压力 液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强3）浇注系统的的结构 浇注系统的结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差影响熔融合金充型的主要因素,三、铸型充填条件,（1）铸型的蓄热系数 铸型的蓄热系数表示铸型从其中的 金属吸取热量并储存在本身的能力2）铸型温度 铸型温度越高，液态金属与铸型的温差 越小，充型能力越强3）铸型中的气体,（1）折算厚度 折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体 积与表面积之比折算厚度大，热量散失慢，充型能力就 好铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填四、铸件结构,（2）铸件复杂程度 铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的充填就困难下述情况能提高充型能力,,下述情况能提高充型能力,,§1.4 液态金属的凝固,一、凝固过程：在铸件的凝固过程中，其截面一般存在三个区域，即液相区、凝固区、固相区。

对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的凝固区的宽窄铸件的凝固方式就是依据凝固区的宽窄来划分的二、凝固方式：逐层凝固中间凝固 糊状凝固,铸锭的宏观组织,铸锭的宏观组织一般分为三个区域：表层细晶区（激冷层）、中间柱状晶区、中心等轴晶区§1.5 液态金属凝固工程中的收缩,合金的收缩经历如下三个阶段：,（1）液态收缩 T浇 - T液 金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩3）固态收缩 T固 - T室金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因2）凝固收缩 T液 -T固 熔融金属在凝固阶段的体积收缩凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因收缩shrinkage ： 是在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象合金收缩率是三个阶段收缩率之和线收缩,体积收缩,,收缩率,体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因体收缩率：,线收缩率：,线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因铸件中的缩孔,1.缩孔：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产生原因：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。

缩孔形成过程示意图,铸件中的缩松,缩松 ：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缩孔缩松的防止,危害：显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等防止措施：采取定向凝固的办法避免缩孔、疏松的出现冒口的作用 (1) 补偿铸件凝固时的收缩即将冒口设置在铸件最后凝固的部位，由冒口中的合金液补偿其体收缩，使收缩形成的孔洞移入冒口，防止铸件产生缩孔、缩松缺陷 (2) 调整铸件凝固时的温度分布，控制铸件的凝固顺序 (3) 排气、集渣 (4) 利用明冒口观察型腔内金属液的充型情况对冒口的要求1）、冒口的凝固时间应大于或等于铸件的凝固时间2）、冒口应有足够大的体积，保证有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝固收缩3）、在铸件凝固过程中，冒口与被补缩部位之间的补缩通道应该畅通§3.2 冒口的补缩原理,基本条件 设计的通用冒口应遵守顺序凝固的基本条件 (1) 冒口的凝固时间应大于或等于铸件（被补缩部分）的凝固时间 (2) 冒口应有足够大的体积，以保证有足够的金属液补充铸件的液态收缩和疑固收缩，补偿浇注后型腔扩大的体积 (3) 在铸件整个凝固的过程中，冒口与被补缩部位之间的补缩通道应该畅通，即使扩张角始终向着冒口。

(4)还需要注意将冒口与浇注系统、冷铁、工艺补贴等配合使用，使铸件在较大的温度梯度下，自远离冒口的末端区逐渐向着冒口方向实现明显的顺序凝固选择冒口形状的原则,1）、冒口的补缩效果用冒口模数M的大小平定冒口的补缩效果 M＝冒口体积/冒口散热面积在冒口体积相同的情况下： 球形冒口的散热面积最小， 模数最大，凝固时间最长，补缩效果最好,2）、铸件被补缩部位的结构情况 选择冒口形状要考虑被补缩部位形状和造型： 球形冒口好，但造型起模困难圆柱形明冒口： 补缩效果好，造型起模方便，广泛应用3）模数法,模数的概念 M=V/A （cm）式中，M为模数，V为体积，A为面积 注意：不管铸件的形状如何，只要它们的模数相等，其凝固时间就相等或相近 铸件的模数和凝固时间τ之间的关系遵守平方根定律： τ=(M/k)2 k为凝固系数，与铸件金属、铸型的热物理性能、铸件形状、浇注温度等有关 对碳钢和低合金钢而言，k=(0.9～1.26) ×10-3m/s1/2。

工艺补贴的应用,1）什么是补贴？ 为实现顺序凝固和增强补缩效果，在靠近冒口的铸件壁厚上补加的倾斜的金属块称为补贴，也称衬补、增肉2）补贴的作用 冒口附近有热节或铸件尺寸超出冒口补缩距离，利用补贴可造成向冒口的补缩通道，实现补缩，消除铸件热节下的缩孔，延长补缩距离，减少冒口的数量§4.1 冷铁的作用,冷铁,通常在靠近铸件需要快冷的部分放置金属块以实现激冷的目的把这种起激冷作用的金属块称为冷铁为什么铸造生产中要放冷铁？冷铁、浇注系统和冒口配合使用，控制铸件的凝固过程，获得合格铸件冷铁,,,,,,,§1 小结,1,2,3,4,5,金属液态成型（铸造）的发展历史,熔融合金的流动性及充型影响合金充型因素：一 浇注条件（浇注温度；充型压力；浇注系统的结构 ）二、铸型充填条件（铸型的蓄热系数；铸型温度；气体）三、铸件结构（折算厚度 ；铸件复杂程度 ）,铸造的定义，优缺点优点：适应性广，工艺灵活性大；可复杂成形；成本较低缺点： 组织缺陷多，废品率高,力学性能偏低，质量不稳定；污 染环境，工作环境较差铸件常见的缺陷1.缩孔 2.缩松 3.铸造应力及变形 4.裂 纹 5 冷隔、浇不足、粘砂、夹砂、砂眼、气孔和胀砂等,液态合金的收缩及影响,,液态成形件的质量与控制,,震实造型,工艺流程：填砂→震击紧砂→辅助压实→起模工艺特点: 机器造型工艺是采用模底板进行两箱造型。

模底板是将模样、浇注系统沿分型面与底板联结成一个整体的专用模具造型后，底板形成分型面，模样形成铸型空腔§1.3 造型方法的选用原则,在选择造型方法时应充分考虑铸件的尺寸、质量和结构形式，除此之外，还应参照如下选择原则： (1)造型方法应和生产批量相适应机器造型的生产效率较高，对环境的污染小，所生产的铸件的尺寸精度较高，但设备和技术装备的费用高，生产准备时间长，因而适用于中，小型铸件成批或大量生产；单件小批生产的重型铸件，手工造型仍是重要的方法 (2)湿型造型是应用广泛的造型方法砂型铸造时优先选用湿砂型当湿砂型不能满足要求时，再考虑选样表面烘干型、干型或自硬砂型 (3)造型方法应适合工厂的实际生产条件，兼顾铸件的技术要求和成本等因素§1.1 特种铸造工艺与特点,特种铸造：铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造的方法两类特点：1.充型力变更2.型模革新,特种铸造的特点,特点：特种铸造具有铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好、原材料消耗低、工作环境好等优点但铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定限制2.3 压力铸造,压力铸造是将熔融合金在高压作用下，以高速充填铸型型腔，并在高压下结晶凝固而获得铸件的特种铸造工艺。

两个特点高压：比压30-70MPa高速：充型时间0.01-0.2秒,,压铸特点,精度高（IT11-14级；3.2-0.8m）、组织致密；适应形状复杂、轮廓清晰、薄壁深腔铸件；可组合压铸或镶嵌压铸；生产率高、材料利用率提高60-70%、实现少切削和零切削，经济效益好低压铸造特点,浇注压力和速度可调，适应各种铸型、合金和铸件大小；底注式平稳充型，无飞溅、气体卷入和型壁冲刷等弊病，铸件合格率提高；压力下结晶，组织致密，轮廓清晰，表面光洁，少切削或零切削，机械性能高，对薄壁件铸造尤其有利；节省补缩冒口，金属利用率高达90-98%；劳动强度低，劳动条件好，容易数控自动化1.1 铸造工艺设计内容与步骤,铸造工艺过程设计的内容铸造工艺过程设计的内容主要决定于批量大小、生产要求和生产条件一般包括：铸造工艺过程图、铸件图、铸型装配图、工艺过程卡、操作技术规程广义地讲，凡铸造技术装备的设计内容，诸如模样图、模板图、芯盒图、砂箱图、压铁图、专用检具图、专用量具图及组芯夹具图等，均属于铸造工艺过程设计的内容铸造工艺过程设计的步骤,铸造工艺方案的内容,,壁间连接应避免交叉和锐角,,,1.3.2 浇注位置选择原则,浇注位置： 指浇注时铸件在铸型中所处的位置。

分型面： 砂型的分割面或装配面1) 铸件的重要加工面应朝下或呈直立状态: 砂眼、气孔、夹渣、组织不致密会出现在朝上的表面；对朝上的表面采取加大加工余量的办法导轨面是关键表面，应朝下,内外圆柱面呈直立状态,朝下垂直浇注,,(2) 铸件的大平面应朝下 ：避免夹砂结疤类缺陷(3) 铸件薄壁部分应置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位置：浇不足、冷隔 (4) 厚的部分放在铸型的上部或侧面, 以便在铸件厚壁处直接安置冒口：缩孔,大平面倾斜,厚的部分在铸型上部，以便补缩,,1.3.3 分型面的选择原则,选择原则,应保证模样能顺利的从铸型中取出；,应尽量减少分型面的数量；,应尽量使分型面是一个平直的面；,应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱；,应使铸件的全部或大部分置入下箱；,应尽量使型芯和活块的数量减少影响金属塑性变形的能力的因素： 内在因素、加工条件、应力状态等 ⑴内在因素： ①化学成分—钢的含碳量越大，塑性成形性越好；钢的合金元素含量越高，塑性成形性能越差 ②金属组织—单相固溶体的塑性成形性优于多相组织；常温下，均匀细晶的塑性成形性优于粗晶组织，钢中存在网状二次渗碳体时塑性成形性下降。