《鑄造的工藝基礎(chǔ)》PPT課件

第 一 節(jié) 概 述 第 二 節(jié) 鑄 造 的 工 藝 基 礎(chǔ)第 三 節(jié) 砂 型 鑄 造第 四 節(jié) 特 種 鑄 造第 二 章 鑄 造 金 屬 的 成 形 方 法 可 分 為 鑄 造 、 塑 性 成 形 （ 或 稱 壓 力 加工 ） 、 切 削 加 工 、 焊 接 和 粉 末 冶 金 五 大 類 。 鑄 造 是 生 產(chǎn) 金 屬 零 件 毛 坯 的 主 要 工 藝 方 法 之 一 ， 與 其它 工 藝 方 法 相 比 ， 它 具 有 成 本 低 ， 工 藝 靈 活 性 大 ， 適 合 生產(chǎn) 不 同 材 料 、 形 狀 和 重 量 的 鑄 件 ， 并 適 合 于 批 量 生 產(chǎn) 。 第 一 節(jié) 概 述 但 它 的 缺 點(diǎn) 是 公 差 較 大 ， 易 產(chǎn) 生內(nèi) 部 缺 陷 。 第 二 節(jié) 鑄 造 的 工 藝 基 礎(chǔ)q 定 義 ： 鑄 造 是 指 將 熔 融 態(tài) 的 金 屬 （ 或 合 金 ） 澆 注 于特 定 型 腔 的 鑄 型 中 凝 固 成 形 的 金 屬 材 料 成 形 方 法 。q 鑄 造 的 基 本 過 程 ： q 實(shí) 質(zhì) ： 液 態(tài) 金 屬 （ 或 合 金 ） 充 填 鑄 型 型 腔 并 在 其 中 凝 固 和 冷 卻 。 砂 型 鑄 造 概 略 圖 q 主 要 影 響 因 素 鑄 造 的 主 要 影 響 因 素 主 要 體 現(xiàn) 在 二 個(gè) 方 面 ： 一 是 影 響充 型 的 主 要 因 素 和 影 響 凝 固 收 縮 的 主 要 因 素 。 改 善 金 屬的 流 動(dòng) 性 加 快 凝 固 中 液 體 的 補(bǔ) 縮排 除 內(nèi) 部 夾 雜 物 和 氣 體形 成 薄 壁 復(fù) 雜 的 鑄 件有 利 于 實(shí) 驗(yàn) 如 右 圖 所 示 ： T澆 注 t凝 固 流 動(dòng) 性 粘 度 充 填 路 徑 充 型 能 力 P充 型 V流 動(dòng) 充 型 能 力 在 鑄 件 凝 固 過 程 中 ， 對 鑄 件 質(zhì) 量 影 響 較 大 的 主 要是 固 液 兩 相 并 存 的 凝 固 區(qū) 的 寬 窄 。 。 純 金 屬 和 共 晶 成 分 的 合金 在 凝 固 中 因 為 不 存 在 固 液兩 相 并 存 的 凝 固 區(qū) ， 所 以 固體 與 液 體 分 界 面 清 晰 可 見 ，一 直 向 鑄 件 中 心 移 動(dòng) 。 鑄 件 在 結(jié) 晶 過 程 中 ， 當(dāng) 結(jié)晶 溫 度 范 圍 很 寬 ， 且 鑄 件 截 面上 的 溫 度 梯 度 較 小 ， 則 不 存 在固 相 層 ， 固 液 兩 相 共 存 的 凝 固區(qū) 貫 穿 整 個(gè) 區(qū) 域 。 大 多 數(shù) 合 金 的 凝 固 是 介 于 逐層 凝 固 和 糊 狀 凝 固 之 間 ， 稱 為 中間 凝 固 。 一 般 認(rèn) 為 ： 鑄 模 的 冷 卻 能 力 越 大 ， 越 有 利 于 在 結(jié) 晶過 程 中 保 持 較 大 的 溫 度 梯 度 ， 從 而 利 于 柱 狀 晶 區(qū) 的 發(fā) 展 。 柱 狀 晶 擇 優(yōu) 取 向 ， 晶 界 往 往 容 易 富 集 第 二 相 ， 特 別 是在 兩 種 位 向 交 叉 面 是 受 力 的 薄 弱 環(huán) 節(jié) ， 軋 制 時(shí) 容 易 開 裂 。 因 此 ， 鋼 鐵 或 鎳 合 金 （ 塑 形 較 差 ） 應(yīng) 避 免 柱 狀 晶 的 出現(xiàn) ； 而 有 色 金 屬 ， 有 時(shí) 要 求 獲 得 柱 狀 晶 。 收 縮 是 指 合 金 從 澆 注 、 凝 固 到 冷 卻 至 室 溫 的 過程 中 ， 其 體 積 或 尺 寸 縮 減 的 現(xiàn) 象 。分 為 三 類 ， 液 態(tài) 收 縮 、 凝 固 收 縮 和 固 態(tài) 收 縮 。鑄件溫度降低 澆 注 溫 度 室 溫凝 固 終 止 溫 度開 始 凝 固 溫 度液 態(tài) 收 縮凝 固 收 縮固 態(tài) 收 縮 體積收縮線 收 縮 是 指 單 位 體 積 的 收 縮 量 （ 體 積 收 縮 率 ） 。是 指 單 位 長 度 上 的 收 縮 量 （ 線 收 縮 率 ） 。 %1001 10 V VVV %100 1 10 L LLL 其 中 V0， L0表 示 鑄 件 在 高 溫 T0時(shí) 的 體 積 和 一 維 方 向 的 長 度 ； V1， L1表 示 鑄 件 在 高 溫 T1時(shí) 的 體 積 和 一 維 方 向 的 長 度 。 在 鑄 模 尺 寸 設(shè) 計(jì) 時(shí) 必 須 考 慮 鑄 件 的 收 縮 因 素 。 即 利用 每 種 材 料 特 定 的 收 縮 率 和 實(shí) 際 鑄 件 的 尺 寸 ， 來 換 算 成 鑄模 型 腔 的 尺 寸 。 合 金 的 收 縮 給 鑄 模 的 設(shè) 計(jì) 和 鑄 件 的 精 密 成 形 等 帶 來 較大 困 難 ， 是 多 數(shù) 鑄 造 缺 陷 產(chǎn) 生 的 根 源 。 ） 表 2-1 典 型 合 金 的 收 縮 率 V q 鑄 造 缺 陷縮 孔 是 指 金 屬 液 在 鑄 模 中 冷 卻 和 凝 固 時(shí) ， 在 鑄件 的 厚 大 部 位 及 最 后 凝 固 部 位 形 成 一 些 容 積 較 大 的 孔 洞 。先凝 固 區(qū) 域 堵 住 液體 流 動(dòng) 的 通 道 ，后 凝 固 區(qū) 域 收 縮所 縮 減 的 容 積 得不 到 補(bǔ) 充 。 疏 松 是 指 金 屬 液 在 鑄 模 中 冷 卻 和 凝 固 時(shí) ， 在 鑄 件的 厚 大 部 位 及 最 后 凝 固 部 位 形 成 一 些 分 散 性 的 小 孔 洞 。當(dāng) 合 金 的 結(jié) 晶 溫 度 范 圍 很 寬 或 鑄 件 斷 面 溫度 梯 度 較 小 時(shí) ， 凝 固 過 程 中 有 較 寬 的 糊 狀 凝 固 兩 相 并 存的 區(qū) 域 。 隨 著 樹 枝 晶 長 大 ， 該 區(qū) 域 被 分 割 成 許 多 孤 立 的 小熔 池 ， 各 部 分 熔 池 內(nèi) 剩 余 液 態(tài) 合 金 的 收 縮 得 不 到 補(bǔ) 充 ， 最后 形 成 了 形 狀 不 一 的 分 散 性 孔 洞 即 縮 松 。 另 外 ， 疏 松 還 可 能 由 凝 固 時(shí) 被 截 留 在 鑄 件 內(nèi) 的 氣 體 無法 排 除 所 致 。 不 過 ， 疏 松 內(nèi) 表 面 應(yīng) 該 是 光 滑 ， 近 似 球 狀 。 顯 著 降 低 鑄 件 的 機(jī) 械 性 能 ， 造 成 鑄 件 滲 漏 等 。采 取 順 序 凝 固 的 辦 法 避 免 縮 孔 、 疏 松 的 出 現(xiàn) 。 順 序 凝 固 示 意 圖 安 裝 冒 口 或 放 置 冷 鐵 等 工藝 措 施 ， 使 鑄 件 上 遠(yuǎn) 離 冒口 的 部 位 先 凝 固 （ 圖 中 ） ， 爾 后 在 靠 近 冒 口 的部 位 凝 固 （ 圖 中 、 ） ，最 后 是 冒 口 本 身 凝 固 。是 指 通 過 在 鑄 件 上 可 能 出 現(xiàn) 疏 松 的 后 大 部 位 內(nèi) 置 冷 鐵 法外 置 冷 鐵 法 設(shè) 置 冒 口 法 冒 口 、 冷 鐵 共 用 法 在 鑄 件 的 固 態(tài) 收 縮 階 段 會(huì) 引 起 鑄 造 應(yīng) 力 。鑄 造 應(yīng) 力 相 變 應(yīng) 力熱 應(yīng) 力機(jī) 械 應(yīng) 力 鑄 件 特 殊 位 置 的 裂 紋 示 意 圖 以 有 利 于 釋 放 鑄 造 應(yīng) 力 為 原 則 ；1、 采 用 正 確 的 鑄 造 工 藝 （ 正 確 設(shè) 計(jì) 澆 注 系 統(tǒng) 、 補(bǔ) 縮 系 統(tǒng) 等 ） ；2、 鑄 件 形 狀 設(shè) 計(jì) 要 求 簡 單 、 對 稱 和 厚 薄 均 勻 ；3、 對 鑄 件 進(jìn) 行 熱 處 理 。 鼓 泡 滲 漏 冷 隔 未 注 滿 第 三 節(jié) 砂 型 鑄 造 砂 型 鑄 造 是 指 用 砂 粒 制 備 鑄 型 來 生 產(chǎn) 鑄 件 的 鑄 造 方法 。 可 追 溯 到 公 元 前 3000 4000年 ， 用 石 頭 和 金 屬 型 做出 銅 器 。 砂 型 鑄 造 概 略 圖 q 鑄 模 設(shè) 計(jì) ： 澆 注 位 置 ： 指 澆 注 時(shí) 鑄 件 再 鑄 型 中 所 處 的 位 置 。分 型 面 ： 指 鑄 型 的 分 割 或 裝 配 面 。 正 確 設(shè) 置 澆 注 位 置 和 分 型 面 是 完 成 造 型 、 取 模 、 設(shè) 置澆 冒 系 統(tǒng) 和 安 裝 砂 芯 的 需 要 。 正 確 選 擇 收 縮 量 、機(jī) 械 加 工 余 量 和 拔 模斜 度 等 。 拔 模 斜 度 澆 注 系 統(tǒng) 是 鑄 型 中 液 態(tài) 金 屬 流 入 型 腔 的 通 道 ； 通 常 由交 口 杯 、 直 澆 道 、 橫 澆 道 和 內(nèi) 澆 道 等 組 成 。設(shè) 計(jì) 原 則 ： 確 保 液 態(tài) 金 屬 能 夠 平 穩(wěn)而 合 理 地 充 滿 型 腔 。 為 消 除 縮 孔 和 疏 松 ， 必 須設(shè) 置 冒 口 、 冷 鐵 等 補(bǔ) 縮 系 統(tǒng) 。 澆 注 系 統(tǒng) 示 意 圖 設(shè) 計(jì) 原 則 ：1、 冒 口 的 凝 固 時(shí) 間 必 須 大 于 或 等 于 鑄 件 被 補(bǔ) 縮 部 分 的 凝固 時(shí) 間 。2、 冒 口 應(yīng) 具 有 足 夠 大 的 體 積 ， 以 保 證 有 足 夠 的 金 屬 液 補(bǔ)充 鑄 件 內(nèi) 部 的 體 收 縮 。3、 在 鑄 件 凝 固 時(shí) ， 冒 口 與 被 補(bǔ) 縮 部 位 之 間 應(yīng) 有 通 暢 的 補(bǔ)縮 通 道 。4、 為 增 加 鑄 件 局 部 冷 卻 速 度 ， 在 鑄 型 局 部 區(qū) 域 設(shè) 置 激 冷能 力 強(qiáng) 的 材 料 （ 如 鑄 鐵 、 石 墨 或 鑄 鋼 等 ） 作 為 冷 鐵 。 q 生 產(chǎn) 準(zhǔn) 備 ： 模 型 的 內(nèi) 輪 廓 應(yīng) 該 與 鑄 件 的 外 輪 廓 的 形 狀 相 一 致 ， 并且 在 尺 寸 上 比 鑄 件 大 出 一 個(gè) 收 縮 量 。 對 于 有 孔 或 中 空 的 鑄 件 ， 需 在 模 腔 中 放 置 型 芯 來 獲 得 。型 芯 的 尺 寸 設(shè) 計(jì) 也 要 考 慮 到 收 縮 量 的 問 題 。 技 術(shù) 要 求 ： 型 （ 芯 ） 砂 具 有 一 定 的 強(qiáng) 度 、 透 氣 性 、 退 讓 性盒 潰 散 性 等 。影 響 因 素 ：1、 主 要 指 砂 型 的 緊 實(shí) 程 度 。（ 右 圖 表 示 了 幾 種 常 用的 壓 實(shí) 型 砂 的 方 法 ） 2、 型 砂 的 影 響 ： 1） 原 砂 、 粘 結(jié) 劑 和 稀 釋 劑 的 成 分 配 比 ； 型 砂稀 釋 劑原 砂 粘 結(jié) 劑鉻鐵礦砂 水溶劑 粘 土 水玻璃 樹 脂石英砂 鋯英砂2） 原 砂 的 形 狀 、 粒 度 狀 況 一 般 認(rèn) 為 ： 粒 度 在 小 尺 寸 范 圍 呈 正 態(tài) 分 布 ， 有 利 于 砂 型 強(qiáng) 度 的 提 高 ， 但 透 氣 性 較 差 。 q 特 點(diǎn) 及 應(yīng) 用 ：1、 不 受 鑄 件 材 質(zhì) 、 尺 寸 、 質(zhì) 量 和 生 產(chǎn) 批 量 的 限 制 ；2、 屬 于 一 次 性 鑄 造 成 形 ， 造 型 工 作 量 大 ；3、 鑄 件 精 度 和 表 面 質(zhì) 量 差 ；4、 砂 型 鑄 造 缺 陷 多 ， 廢 品 率 高 ， 機(jī) 械 性 能 較 差 ；5、 設(shè) 備 簡 單 、 投 資 少 ， 價(jià) 格 低 廉 ， 應(yīng) 用 廣 泛 。 第 四 節(jié) 特 種 鑄 造 為 獲 得 高 質(zhì) 量 、 高 精 度 的 鑄 件 ， 提 高 生 產(chǎn) 率 ， 人 們 在砂 型 鑄 造 的 基 礎(chǔ) 上 ， 創(chuàng) 造 了 多 種 其 它 的 鑄 造 方 法 ； 通 常 把這 些 有 別 于 砂 型 鑄 造 的 其 他 鑄 造 方 法 通 稱 為 特 種 鑄 造 。金 屬 型鑄 造熔 模 鑄 造消 失 模 鑄 造 連 續(xù) 鑄 造 離 心 鑄 造低 壓 鑄 造 壓 力 鑄 造 q 金 屬 型 鑄 造 ： 金 屬 型 鑄 造 是 指 利 用 金 屬 材 料 制 成 鑄 型 ， 在 重 力作 用 下 將 熔 融 金 屬 澆 注 到 鑄 型 中 制 造 鑄 件 的 一 種 鑄 造 方 法 ，也 稱 永 久 型 鑄 造 。 1、 可 重 復(fù) 使 用 ， 生 產(chǎn) 效 率 高 ， 勞 動(dòng) 條 件 好 ， 但 成 本 高 ； 2、 鑄 件 精 度 高 ， 表 面 粗 糙 度 較 低 ； 3、 金 屬 散 熱 性 能 好 ， 晶 粒 細(xì) 化 ， 機(jī) 械 性 能 好 ； 4、 不 透 氣 且 無 退 讓 性 ， 易 造 成 鑄 件 澆 不 足 或 開 裂 。 5、 適 于 生 產(chǎn) 大 批 量 有 色 金 屬 鑄 件 。q 熔 模 鑄 造 ： 1、 鑄 件 尺 寸 精 度 高 ， 表 面 光 潔 ； 2、 可 鑄 造 形 狀 復(fù) 雜 零 件 ； 3、 工 藝 過 程 復(fù) 雜 ， 生 產(chǎn) 周 期 長 ， 成 本 高 ； 4、 適 于 鑄 造 小 尺 寸 的 各 類 合 金 鑄 件 ， 特 別 是 少 切 削 或 無 切 削 精 密 鑄 件 。 航 空 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 葉 片 早 期 采 用 變 形 高 溫 合 金 材 料 ， 隨 著合 金 材 料 強(qiáng) 度 要 求 的 提 高 ， 人 們 采 用 合 金 化 的 方 法 來 提高 強(qiáng) 度 ， 效 果 明 顯 ， 但 同 時(shí) 也 增 加 了 材 料 的 加 工 難 度 。 目 前 ， 世 界 各 國 等 軸 晶 葉 片 的 生 產(chǎn) 通 常 利 用 真 空 環(huán) 境下 的 熔 模 鑄 造 來 解 決 這 一 技 術(shù) 難 題 。 q 壓 力 鑄 造 ： 大 型 壓 鑄 機(jī) 及 壓 鑄 模 1、 澆 注 時(shí) 間 短 ， 易 于 機(jī) 械 化 、 自 動(dòng) 化 作 業(yè) ； 2、 鑄 型 散 熱 快 ， 晶 粒 細(xì) 化 ， 耐 磨 、 耐 蝕 性 好 ； 3、 鑄 件 尺 寸 精 度 高 ， 表 面 光 潔 ； 4、 凝 固 速 度 快 ， 排 氣 困 難 ， 易 形 成 疏 松 和 縮 孔 ； 5、 模 具 成 本 高 ， 鑄 件 尺 寸 受 限 ； 6、 適 于 有 色 金 屬 薄 壁 復(fù) 雜 鑄 件 的 大 批 量 生 產(chǎn) 。 q 低 壓 鑄 造 ： 低 壓 鑄 造 火 車 車 輪 示 意 圖 1、 充 型 壓 力 和 充 型 速 度 易 于 控 制 ， 氣 孔 、 夾 渣 較 少 ； 2、 鑄 型 散 熱 快 ， 組 織 致 密 ， 機(jī) 械 性 能 好 ； 3、 無 需 冒 口 設(shè) 置 ， 金 屬 利 用 率 高 ； 4、 鑄 件 尺 寸 精 度 高 ， 表 面 光 潔 ； 5、 適 于 生 產(chǎn) 質(zhì) 量 要 求 高 的 鋁 鎂 等 有 色 金 屬 鑄 件 。q 離 心 鑄 造 ： 2、 改 善 金 屬 的 流 動(dòng) 性 ， 提 高 了 充 型 能 力 ； 3、 簡 化 了 中 空 圓 柱 形 鑄 件 的 生 產(chǎn) 過 程 ； 4、 成 分 偏 析 嚴(yán) 重 ， 尺 寸 難 以 控 制 ； 5、 特 別 適 于 橫 截 面 呈 圓 柱 的 鑄 件 生 產(chǎn) 。q 連 續(xù) 鑄 造 ： 1、 離 心 力 改 善 了 補(bǔ) 縮 條 件 ， 縮 孔 等 缺 陷 減 少 ； 如 右 圖 所 示 。 1、 冷 卻 速 度 快 ， 組 織 致 密 ， 機(jī) 械 性 能 好 ； 2、 工 藝 簡 單 ， 生 產(chǎn) 效 率 高 ； 3、 適 于 橫 截 面 一 定 的 鋼 材 、 鋁 材 和 鑄 鐵 管 等 鑄 件 的 生 產(chǎn) 。 q 消 失 模 鑄 造 ： 如 下 圖 所 示 。 1、 不 分 型 ， 不 起 模 ， 工 藝 簡 化 ， 精 度 提 高 ； 2、 能 制 造 形 狀 復(fù) 雜 的 鑄 件 和 工 藝 品 ； 3、 冒 口 設(shè) 置 可 自 由 設(shè) 置 ， 不 易 產(chǎn) 生 縮 孔 、 疏 松 等 ； 4、 易 產(chǎn) 生 有 害 氣 體 ， 鑄 件 易 滲 碳 ， 降 低 鑄 件 表 面 質(zhì) 量 ； 5、 適 于 生 產(chǎn) 起 模 困 難 ， 形 狀 復(fù) 雜 的 鑄 件 。q 噴 射 鑄 造 ： 平 直 零 件 的 噴 射 近 凈 成 形 正 開 始 與 條 狀 零 件 的 直 接 鑄造 相 競 爭 ； 此 外 ， 噴 射 鑄 造 管 件 、 板 件 及 方 坯 的 生 產(chǎn) 工 藝開 始 達(dá) 到 實(shí) 際 生 產(chǎn) 水 平 。