铸造的工艺基础.ppt

1、第一节第一节 概述概述 第二节第二节 铸造的工艺基础铸造的工艺基础第三节第三节 砂型铸造砂型铸造第四节第四节 特种铸造特种铸造第二章第二章 铸铸 造造 金金属属的的成成形形方方法法可可分分为为铸铸造造、塑塑性性成成形形（或或称称压压力力加加工）、切削加工、焊接和粉末冶金工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大类。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。产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生

2、产。第一节第一节 概概 述述 但它的缺点是公差较大，易产生但它的缺点是公差较大，易产生内部缺陷。内部缺陷。第二节第二节 铸造的工艺基础铸造的工艺基础q 定定义义：铸铸造造是是指指将将熔熔融融态态的的金金属属（或或合合金金）浇浇注注于于特定型腔的铸型中凝固成形的金属材料成形方法。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：铸造的基本过程：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q 实质：实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中 凝固和冷却。凝固和冷却。砂型铸造概略图砂

3、型铸造概略图q 主要影响因素主要影响因素 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。充型的主要因素和影响凝固收缩的主要因素。阶阶阶阶 段段段段主要影响因素主要影响因素主要影响因素主要影响因素 铸铸 造造 充充充充 型型型型 金属的流动性金属的流动性金属的流动性金属的流动性 浇注温度浇注温度浇注温度浇注温度 充型压力充型压力充型压力充型压力 凝凝凝凝 固固固固 收收收收 缩缩缩缩 凝固方式凝固方式凝固方式凝固方式 冷却速度冷却速度冷却速度冷却速度 金属的流动性金属的流动性金属的流动性金属的流动性：改善金属改

4、善金属的流动性的流动性加快凝固中液体的补缩加快凝固中液体的补缩排除内部夹杂物和气体排除内部夹杂物和气体形成薄壁复杂的铸件形成薄壁复杂的铸件有利于有利于金属流动性金属流动性金属流动性金属流动性测试实验测试实验测试实验测试实验 实验如右图所示：实验如右图所示：浇注温度浇注温度浇注温度浇注温度：T浇注浇注t凝固凝固流动性流动性粘度粘度充填路径充填路径充型能力充型能力 充型能力充型能力充型能力充型能力：P充型充型V流动流动充型能力充型能力 铸件的凝固方式铸件的凝固方式铸件的凝固方式铸件的凝固方式：在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要是固液两相并存的凝固区

5、的宽窄。是固液两相并存的凝固区的宽窄。铸件的铸件的铸件的铸件的“凝固方式凝固方式凝固方式凝固方式”就是依据凝固区的宽窄来划分的就是依据凝固区的宽窄来划分的就是依据凝固区的宽窄来划分的就是依据凝固区的宽窄来划分的。逐层凝固逐层凝固逐层凝固逐层凝固 纯金属和共晶成分的合纯金属和共晶成分的合金在凝固中因为不存在固液金在凝固中因为不存在固液两相并存的凝固区，所以固两相并存的凝固区，所以固体与液体分界面清晰可见，体与液体分界面清晰可见，一直向铸件中心移动。一直向铸件中心移动。糊状凝固糊状凝固糊状凝固糊状凝固 铸件在结晶过程中，当结铸件在结晶过程中，当结晶温度范围很宽，且铸件截面晶温度范围很宽，且铸件截面

6、上的温度梯度较小，则不存在上的温度梯度较小，则不存在固相层，固液两相共存的凝固固相层，固液两相共存的凝固区贯穿整个区域。区贯穿整个区域。中间凝固中间凝固中间凝固中间凝固 大多数合金的凝固是介于逐大多数合金的凝固是介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固。间凝固。一一般般认认为为：铸铸模模的的冷冷却却能能力力越越大大，越越有有利利于于在在结结晶晶过程中保持较大的温度梯度，从而利于柱状晶区的发展。过程中保持较大的温度梯度，从而利于柱状晶区的发展。柱柱状状晶晶择择优优取取向向，晶晶界界往往往往容容易易富富集集第第二二相相，特特别别是是在两种位向交叉面是受力的薄弱环节，轧制

7、时容易开裂。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。现；而有色金属，有时要求获得柱状晶。思思思思 考：考：考：考：若要避免柱状晶的出现，应采用哪种凝固方式，并若要避免柱状晶的出现，应采用哪种凝固方式，并若要避免柱状晶的出现，应采用哪种凝固方式，并若要避免柱状晶的出现，应采用哪种凝固方式，并如何实现？如何实现？如何实现？如何实现？讨讨讨讨 论：论：论：论：铸件的收缩铸件的收缩铸件的收缩铸件的收缩：定义：定义：定义：定义：收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过

8、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。程中，其体积或尺寸缩减的现象。分类：分类：分类：分类：分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。铸铸件件温温度度降降低低浇注温度浇注温度室温室温凝固终止温度凝固终止温度开始凝固温度开始凝固温度液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩固态收缩固态收缩 体体积积收收缩缩线线收缩收缩收缩率：收缩率：收缩率：收缩率：体积收缩体积收缩体积收缩体积收缩是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。线收缩线收缩线收缩线收缩是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。是指单位长度上的收缩量（线

9、收缩率）。体积收缩率：体积收缩率：体积收缩率：体积收缩率：线收缩率：线收缩率：线收缩率：线收缩率：其中其中 V V0 0，L L0 0表示铸件在高温表示铸件在高温T T0 0时的体积和一维方向的长度；时的体积和一维方向的长度；V V1 1，L L1 1表示铸件在高温表示铸件在高温T T1 1时的体积和一维方向的长度。时的体积和一维方向的长度。注意：注意：注意：注意：在铸模尺寸设计时必须考虑铸件的收缩因素。即利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。模型腔的尺寸。合金的收缩给铸模

10、的设计和铸件的精密成形等带来较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。大困难，是多数铸造缺陷产生的根源。3.33.34.24.20.10.13.63.6140014003.503.50灰口灰口灰口灰口铸铁铸铁铸铁铸铁5.45.46.36.34.24.22.42.4140014003.003.00白口铸铁白口铸铁白口铸铁白口铸铁7.867.863.03.01.61.6161016100.350.35碳钢碳钢碳钢碳钢固态收缩固态收缩固态收缩固态收缩（）（）（）（）凝固收缩凝固收缩凝固收缩凝固收缩（）（）（）（）液态收缩液态收缩液态收缩液态收缩（）（）（）（）

11、浇注温度浇注温度浇注温度浇注温度（）碳碳碳碳含量含量含量含量（）（）（）（）合合合合 金金金金 种种种种 类类类类 表表2-1 2-1 典型合金的收缩率典型合金的收缩率V V 缩孔缩孔缩孔缩孔：q 铸造缺陷铸造缺陷定义：定义：定义：定义：缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸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。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：产生原因：产生原因：产生原因：先先凝固区域堵住液凝固区域堵住液体流动的通道，体流动的通道，后凝固区域收缩后凝固区域收缩所缩减的容积得所缩减的容积得不到补充。不到补充。疏松疏

12、松疏松疏松：定义：定义：定义：定义：疏松是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件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。的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。产生原因：产生原因：产生原因：产生原因：当合金的结晶温度范围很宽或铸件断面温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，最熔池，各部分熔池内剩余液态

13、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后形成了形状不一的分散性孔洞即缩松即缩松。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。法排除所致。不过，疏松内表面应该是光滑，近似球状。危害：危害：危害：危害：显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等。显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等。防止措施：防止措施：防止措施：防止措施：采取顺序凝固的办法避免缩孔、疏松的出现。采取顺序凝固的办法避免缩孔、疏松的出现。顺序凝固示意图顺序凝固示意图安装冒口或放置冷铁等工安装冒口或放置冷铁等工艺措施，使铸件上远

14、离冒艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固口的部位先凝固（图中（图中），尔后在靠近冒口的，尔后在靠近冒口的部位凝固部位凝固（图中（图中、），最后是冒口本身凝固。最后是冒口本身凝固。顺序凝固：顺序凝固：顺序凝固：顺序凝固：是指通过在铸件上可能出现疏松的后大部位是指通过在铸件上可能出现疏松的后大部位内置冷铁法内置冷铁法外置冷铁法外置冷铁法 设置冒口法设置冒口法 冒口、冷铁共用法冒口、冷铁共用法 裂纹与变形裂纹与变形裂纹与变形裂纹与变形：在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力。在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力。铸造应力铸造应力相变应力相变应力热热应力应力机械应力机械应力铸件收缩受阻铸件收缩受阻铸件收缩受

15、阻铸件收缩受阻铸件因铸件因铸件因铸件因V V冷却冷却冷却冷却、温度不同，、温度不同，、温度不同，、温度不同，各部位收缩不一致产生各部位收缩不一致产生各部位收缩不一致产生各部位收缩不一致产生铸件组织发生相变时，因温铸件组织发生相变时，因温铸件组织发生相变时，因温铸件组织发生相变时，因温度差异出现体积变化不一致度差异出现体积变化不一致度差异出现体积变化不一致度差异出现体积变化不一致铸造应力：铸造应力：铸造应力：铸造应力：铸件特殊位置的裂纹示意图铸件特殊位置的裂纹示意图裂纹的常见部位：裂纹的常见部位：裂纹的常见部位：裂纹的常见部位：裂纹和变形的防止：裂纹和变形的防止：裂纹和变形的防止：裂纹和变形的防

16、止：以有利于释放铸造应力为原则；以有利于释放铸造应力为原则；1 1、采用正确的铸造工艺（、采用正确的铸造工艺（正确设计浇注系统、补缩系统等）；正确设计浇注系统、补缩系统等）；2 2、铸件形状设计要求简单、对称和厚薄均匀；、铸件形状设计要求简单、对称和厚薄均匀；3 3、对铸件进行热处理。、对铸件进行热处理。其它铸造缺陷其它铸造缺陷其它铸造缺陷其它铸造缺陷：鼓鼓 泡泡 渗渗 漏漏 冷冷 隔隔 未未 注注 满满第三节第三节 砂型铸造砂型铸造 砂砂型型铸铸造造是是指指用用砂砂粒粒制制备备铸铸型型来来生生产产铸铸件件的的铸铸造造方方法法。可追溯到公元前可追溯到公元前30004000年，用石头和金属型做出铜器。年，用石头和金属型做出铜器。砂型铸造概略图砂型铸造概略图q 铸模设计：铸模设计：确定浇注位置和分型面确定浇注位置和分型面确定浇注位置和分型面确定浇注位置和分型面：浇注位置：浇注位置：指浇注时铸件再铸型中所处的位置。指浇注时铸件再铸型中所处的位置。分型面：分型面：指铸型的分割或装配面。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、设置正确设置浇注位置和分型面是完成造型、取模、