材料成形工艺 第2版 教学课件 ppt 作者 夏巨谌 张启勋 主编 第四章 特 种 铸 造

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材料成形基本原理 第2版 教学配套课件 刘全坤主编 材料成形基本原理(上).配套课件 第二章

材料成形基本原理 第2版 教学配套课件 刘全坤主编 材料成形基本原理(上).配套课件 第二章
根据固液两相区的宽度,可将凝固过程分为逐层凝固方 式与体积凝固方式(或糊状凝固方式)。 当固液两相区很窄时称为逐层凝固方式,反之为糊状凝 固方式,固液两相区宽度介于两者之间的称为“中间凝固 方式”。 铸件凝固方式对凝固液相的补缩能力影响很大,从而影 响最终铸件的致密性和热裂纹产生几率。
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“模数法”用于大平板、球体和长圆柱体铸件比较准确,对于短而粗的块 体,由于棱角散热效应的影响,计算结果有一定误差。
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普通高等教育“十一五”国家尚级规辅划教教学材配 套 课 件 《材料成形基本原理》
从传热学角度来说,模数代表着铸件热容量与散热表面积之间的 比值关系,凝固时间随模数增大而延长。对于形状复杂的铸件, 其体积与表面积的计算都是比较麻烦的,这时可将复杂铸件的各 部分看作是形状简单的平板、圆柱体、球、长方体等单元体的组 合,分别计算出各单元体的模数,但各单元体的结合面不计入散 热面积中。一般情况下:
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普通高等教育“十一五”国家尚级规辅划教教学材配 套 课 件 《材料成形基本原理》
第一节 传热基本原理 第二节 铸件凝固温度场的解析解法 第三节 熔焊过程温度场
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普通高等教育“十一五”国家尚级规辅划教教学材配 套 课 件 《材料成形基本原理》
稳定温度场: 不随时间而变的温度场(即温度
只是坐标的函数):
T f x , y , z
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等温面:空间具有相同温度点的组合面。 等温线:某个特殊平面与等温面相截的交线。 温度梯度:对于一定温度场,沿等温面或等温线

材料成型第四章课程PPT课件

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❖ (三)压制成形
❖ 1、钢模压制:指在常温下,用机械式压力机或液 压机,以一定的比压将钢模内的松装粉末成形为压 坯的方法。
❖ 2、流体等静压制:利用高压液体同时从各个方向 对粉末材料施加压力而成形的方法。
❖ 3、三向压制:综合了单向钢模压制和等静压制的 特点。这种方法得到的压坯密度和强度超过用其他 成形方法得到的压坯。它它适用于成形形状规则的 零件,如圆柱形、正方形、长方形等。
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❖ 一、粉末冶金发展现状 ❖ (一)粉末冶金产业发展现状
现代粉末冶金产业主要起源于20世纪初。
❖ (二)粉末冶金技术发展现状
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❖ 二、粉末压制成形过程
❖ 粉末压制是用金属粉末做成原料,经压制成 形后烧结而制造各种类型的零件和产品的方 法。其特点是:
❖ 1、能够生产出其他方法不能或很难制造的制 品。
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❖ (三)多孔性材料及摩擦材料
❖ 1、多孔性材料
❖ 多孔性材料制品有过滤器、热交换器、触媒 以及一些灭火装置等。过滤器是最典型的制 品,主要用来过滤燃料油、交换空气、以及 化学工业上过滤液体与气体等。常使用的粉 料有青铜、镍、不锈钢等。
❖ 2、摩擦材料
❖ 摩擦材料用来制作刹车片、离合器片等,用 于制动与传递扭矩。
第四章
粉末压制和常用复合 材料成形过程
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❖ 美国金属粉末工业联合会(MPIF)将粉末冶 金定义为:
❖ 制造金属(或无机非金属)粉末和利用金属 (或无机非金属)粉末生产大块材料和一定形 状零件的方法。
❖ (The arts Of producing metal powders and Of the utilization Of metal powders for the production of massive materials and shaped objects)。

材料成型PPT课件

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残余内应力不稳定状态通过变形缓解应 力回到稳定状态。
• 变形的规律:(预计变形方向)
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T形梁:厚部受拉产生压缩变形, 平板:中心、下部冷却 慢,受拉压缩变形。
上凹下凸。
床身:上凹下凸,导轨内凹。
图1-15 车床床身
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• 防止变形的办法: 1)减小应力的各种方法。 2)铸件壁厚设计均匀,结构对称。 3)反变形法:最有效。 4)粗加工后时效处理:自然时效(露天放置半年)
(6)信息化 (计算机的应用)
柔性、集成系统,信息和控制技术,远程控制和无人化成形工厂。
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五、材料成形的分类
• (1)受迫成形
定义:利用材料的流动性和塑性在特定外力或边界 的约束下成形的方法。
主要方法:铸造、锻压、注塑成形。
特征:模具、型腔。
柔性较差,适于定型产品的大批量生产或毛坯制造。 • (2)去除成形 定义:运用材料的可分离性,把一部分材料有序地
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• 热应力的规律:
(a)缓冷部位(厚壁、心部)受拉伸。
快冷部位(薄壁,表层)受压缩。
(b)温差↑ ,定向凝固↑ ,固态收缩率↑ ,弹 性模量↑ ,则热应力↑ 。
• 热应力的防止:缩小温差,均匀冷却。
措施:材料弹性模量小的合金,
设计壁厚均匀,
工艺同时凝固。
• 同时凝固:内浇道开在薄壁处,厚壁处放冷铁, 使各部位同时凝固。
在铸件内。用于不重要的铸件中。 ❖ 形状复杂的铸件可设置多个冒口、冷铁。
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图1-8 阀体铸件的定向凝固
②缩松的防止 ❖缩松的危害:影响铸件的气密性。 ❖防止方法: 加大冷却速度——热节处安放冷铁,

《材料成形工艺》课件

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建筑领域
在建筑领域中,焊接工艺被用 于钢结构、钢筋混凝土结构的
连接和加固。
05
热处理工艺
热处理工艺的原理
热处理是通过加热、保温和冷却的方式改变金属材料的内部组织结构,以达到改善其力学性能、提高 耐腐蚀性和加工性的目的。
热处理过程中,金属材料内部的原子或分子的运动速度会随着温度的升高而加快,当温度达到一定的临 界点时,原子或分子的排列会发生改变,形成新的晶体结构。
焊接工艺的原理基于金属的热传导和热对流,以及液态金属的流动和结晶。
焊接工艺的种类
01
熔焊
将待焊接的金属加热至熔化状态,然后通过液态金属将两块金属连接在
ห้องสมุดไป่ตู้
一起。常见的熔焊方法有电弧焊、气焊等。
02
压焊
通过施加压力将两块金属连接在一起,常见的压焊方法有电阻焊、摩擦
焊等。
03
钎焊
利用熔点低于母材的钎料,将其加热至熔化状态,润湿并填满母材接头
模锻
将金属坯料放入模具中,在压力 作用下进行塑性变形,以获得所 需形状和尺寸的加工方法。
特种锻造
针对特殊要求或特殊材料,采用 特殊的工艺和工具进行塑性变形 的加工方法。
锻造工艺的应用
航空航天领域
由于对材料性能要求极高,锻造工艺广泛应用于航空航天领域的 各种零件制造,如发动机叶片、涡轮盘等。
汽车工业
热处理工艺的原理就是通过控制加热、保温和冷却三个阶段的时间和温度,使金属材料内部组织结构发 生变化,从而达到所需的性能要求。
热处理工艺的种类
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
退火
将金属材料加热到一定 温度后保温一段时间, 然后缓慢冷却至室温。 退火可以消除金属内部 的应力,提高其塑性和 韧性。

成型工艺2

成型工艺2
成型工艺2
FOXCONN
当你采用了正确的螺杆直径,并尽 力进行工艺调试后可能还会有以下 问题出现:
你该怎么办?
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成型工艺2
(1) 极短的成型周期下材料塑化不均:
标准三段螺杆
屏障型螺杆
FOXCONN
熔体中存在未熔化的固体颗粒 熔体中没有未熔化的固体颗粒
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成型工艺2
屏障型螺杆
再见,see you again
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2020/11/7
成型工艺2
背压 是指注射缸阻止螺杆后退的压力,其大小等于螺杆前端熔体内部压力.
背压
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成型工艺2
螺杆不断后退直到所设定的螺杆停止位置
FOXCONN
背压
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成型工艺2
螺杆不断后退直到所设定的螺杆停止位置
FOXCONN
背压
P停止位置
成型工艺2
FOXCONN
当达到转压点时注射结束,保压阶段开始.螺杆在恒定的压力作用下继续前进直到 保压结束.
转压点 是指由注射速度起主导的注射 阶段到以压力为主导的保压阶段的切换
点(螺杆位置,注射时间,或注射压力等)
射压
转压点(即开始保压)
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成型工艺2
3.保压过程
保压时,螺杆以恒定的压力作用在熔体上. 当浇口冷却后,保压即结束.
旋转螺杆
料斗 射出驱动油缸
儲料马达
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成型工艺2
1. 通用三段螺杆
(1) 长径比 L : D = 20 : 1
20 D
D
FOXCONN
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成型工艺2
(2) 通用三段螺杆哪三个段
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1 / 78材料成形工艺第四章特种铸造第一节熔模铸造第二节消失模铸造第三节压力铸造第四节离心铸造第五节低压与差压铸造2 / 78第一节熔模铸造一、熔模铸造的原理及特点二、模料种类及性能要求三、制模工艺与制壳工艺四、制壳用粘结剂及型壳干燥五、缺陷及防止方法3 / 78熔模铸造又称精密铸造或失蜡铸造,它是用易熔材料(蜡料及塑料等)制成精确的可熔性模样,在模样上涂以若干层耐火涂料,经过干燥、硬化成整体型壳;然后加热型壳熔失模样,再经高温焙烧而成为耐火型壳;将液体金属浇入型壳中,待冷却后即成铸件。

其工艺流程如图4-1所示。

与其他铸造方法相比,熔模铸造的主要优点如下:1)铸件尺寸精度较高和表面粗糙度较低,可以浇注形状复杂的铸件,一般尺寸精度可达CT5~CT7级,粗糙度达R a25~6.3μm。

2)可以铸造薄壁铸件以及重量很小的铸件,熔模铸件的最小壁厚可达0.5mm,质量可以小到几克。

4 / 783)可以铸造花纹精细的图案、文字、带有细槽和弯曲细孔的铸件。

4)熔模铸件的外形和内腔形状几乎不受限制,可以制造出用砂型铸造、锻压、切削加工等方法难以制造的形状复杂的零件,而且可以使有些组合件、焊接件在稍进行结构改进后直接铸造成整体零件,从而减轻零件重量、降低生产成本。

5)铸造合金的类型几乎没有限制,常用来铸造合金钢件、碳钢件和耐热合金铸件;生产批量没有限制,可以从单件到成批大量生产。

5 / 78图4-1熔模铸造工艺流程图6 / 78二、模料种类及性能要求(1)模料的分类随着熔模铸造工艺的发展,模料的种类日益繁多,组成各不相同。

通常按模料熔点的高低将其分为高温、中温和低温模料。

(2)对模料性能的基本要求对熔模模料性能的基本要求概括为:热物理性能,主要指有合适的熔化温度和凝固区间、较小的热膨胀和收缩、较高的耐热性(软化点),模料在液态时应无析出物,固态时无相变;力学性能,主要有强度、硬度、塑性、柔韧性等;工艺性能,主要有粘度(或流动性)、灰分、涂挂性等。

7 / 781.制模2.制壳8 / 78图4-2制模与制壳工艺流程示意图9 / 781.制模(1)压注成形压注成形的注蜡温度多在熔点以下,此时模料是液、固两相共存的浆状或糊状。

(2)挤压成形挤压成形是把在低温塑性状态下的模料挤压入型腔,在高压下成形,以减少和防止熔模收缩。

10 / 782.制壳制壳包括涂挂和撒砂两道工序。

涂挂涂料之前,熔模需经脱油脂处理。

涂挂时要采用浸涂法。

涂挂操作时应保持熔模表面均匀地涂挂上涂料,避免空白和局布堆积;焊合处、圆角、棱角和凹槽等,应用毛笔或特制工具涂刷均匀,避免气泡;涂挂每层加固层涂料前应清理前一层上的浮砂;涂挂过程中要定时搅拌涂料,掌握和调整涂料的粘度。

11 / 78四、制壳用粘结剂及型壳干燥1.硅溶胶型壳干燥的特点2.水玻璃型壳的干燥硬化3.硅酸乙酯型壳的干燥硬化12 / 781.硅溶胶型壳干燥的特点硅溶胶型壳中的水大部分在干燥过程中排除,干燥过程实质上就是硅溶胶的胶凝过程。

干燥过程可分为四个阶段:①粘结剂胶凝前,型壳涂料层中的游离水在涂挂过程中和干燥阶段初期蒸发;②硅溶胶胶凝后,被包在冻胶网格中的物理吸附水在干燥期间逐渐蒸发;③硅溶胶胶粒吸附层中的化学吸附水在加热至100~200℃时失去;④胶粒表面残存的硅醇(Si—OH)在400~800℃范围内通过自缩聚而脱水。

干燥的最终结果是不断发生硅醇聚缩反应,形成牢固的硅氧键而胶凝。

13 / 782.水玻璃型壳的干燥硬化水玻璃粘结剂是含有少量胶体SiO2粒子的硅酸盐离子溶液,需要通过干燥和化学硬化两个环节才能完成水玻璃粘结剂型壳的干燥硬化。

全过程顺序为:自然干燥—化学硬化—硬化后干燥。

自然干燥是使水玻璃溶液不断脱水浓缩,以及使粘结剂通过扩散和渗透而在型壳层中均匀分布。

水分的蒸发和脱水收缩会在型壳中留下微细通道和裂纹,有助于硬化剂能深入扩散,加之硬化反应在脱水后的硅酸钠中进行,故扩散速度快,硬化时间短。

14 / 783.硅酸乙酯型壳的干燥硬化硅酸乙酯粘结剂型壳的干燥硬化,实质上是涂料中的硅酸乙酯水解液继续水解缩聚,最终胶凝以及溶剂挥发的过程。

前者主要是化学变化,后者是物理过程,但彼此有密切联系。

型壳涂挂后,涂料层中的硅酸乙酯水解液继续水解,直至胶凝,该过程随型壳的硬化分为三个阶段,即回溶阶段、鼓胀阶段和稳定阶段。

15 / 78五、缺陷及防止方法熔模铸件的缺陷分为表面和内部缺陷以及尺寸和粗糙度超差。

表面和内部缺陷,指欠铸、冷隔、缩松、气孔、夹渣、热裂、冷裂等;尺寸和粗糙度超差主要包括铸件的拉长和变形。

产生表面和内部缺陷主要与合金液的浇注温度、型壳的焙烧温度与制备工艺、浇注系统与铸件结构的设计等因素有关。

铸件尺寸和粗糙度超差,主要与压型的使用磨损、铸件结构、型壳的焙烧及其强度、铸件的清理等因素有关。

应根据铸件的具体结构和涉及到的相关工艺,有针对性地解决问题,消除缺陷。

16 / 78第二节消失模铸造一、消失模铸造成形原理、特点二、消失模铸造过程三、消失模铸造的特征及其铸件的缺陷防止17 / 78消失模铸造又称气化模铸造或实型铸造。

它是采用泡沫塑料模样代替普通模样紧实造型,造好铸型后不取出模样,直接浇入金属液,在高温金属液的作用下,模样受热汽化、燃烧而消失,金属液取代原来泡沫塑料模样占据的空间位置,冷却凝固后即获得所需的铸件。

消失模铸造的工艺过程如图4-3所示。

与砂型铸造相比,消失模铸造方法具有如下主要特点:1)因铸型紧实后不用起模、分型,没有铸造斜度和活块,取消了砂芯,因此避免了普通砂型铸件尺寸误差和错型等缺陷;同时,由于泡沫塑料模样的表面粗糙度较低,故消失模铸件的表面粗糙度也较低,铸件的尺寸精度可达CT5~CT6级,表面粗糙度可达R a6.3~1 2.5μm。

18 / 782)消失模铸造由于没有分型面,也不存在下芯、起模等问题,许多在普通砂型铸造中难以铸造的铸件结构在消失铸造中不存在任何困难。

3)简化铸件生产工序,提高劳动生产率,容易实现清洁生产。

4)减少材料消耗,降低铸件成本。

19 / 78图4-3消失模铸造的工艺过程a)组装后的泡沫塑料模样b)紧实好的待浇铸型c)浇注充型过程d)去除浇、冒口后的铸件20 / 78二、消失模铸造过程1.泡沫塑料模样的成形加工及组装2.涂料3.造型、浇注及型砂处理21 / 78图4-4泡沫塑料模样的成形方法a)泡沫塑料珠粒制成铸件模样过程b)成形后的泡沫塑料模样22 / 78表4-1用于消失模铸造工艺的泡沫塑料及其特性23 / 782.涂料泡沫塑料模样及其浇注系统组装成形后应上涂料。

涂料在消失模铸造工艺中具有十分重要的控制作用:涂层将金属液与干砂隔离,可防止冲砂、粘砂等缺陷;浇注充型时,涂层将模样的热解产物气体快速导出,可防止浇不足、气孔、夹渣、增碳等缺陷产生;涂层可提高模样的强度和刚度,使模样能经受住填砂、紧实、抽真空等过程中力的作用,避免模样变形。

消失模铸造涂料与普通砂型的组成相似,主要由耐火填料、分散介质、粘结剂、悬浮剂及改善某些特殊性能的附加物组成。

但消失模铸件的质量和表面粗糙度在很大程度上依赖于涂料的质量。

24 / 78(1)消失模铸造用砂消失模铸造通常采用无粘结剂的硅砂来充填、紧实模样,砂粒的平均粒度为AFS 25~AFS 45。

(2)雨淋式加砂在模样放入砂箱内紧实之前,砂箱的底部要填入一定厚度(约100mm)的型砂作为放置模样的砂床。

(3)砂的振动紧实消失模铸造中干砂的加入、充填和紧实是得到优质铸件的重要工序。

(4)真空下浇注(5)型砂的冷却消失模铸件落砂后的型砂温度很高,由于是干砂,其冷却速度相对较慢,对于规模较大的流水生产的消失模铸造车间,型砂的冷却是消失模铸造的关键,型砂的冷却设备是消失模铸造车间砂处理系统的主要设备。

25 / 78图4-5消失模铸造中的真空抽气系统1—真空泵2—水浴罐3—水位计4—排水阀5—球阀6—逆流阀7—3in(1in=0.0254m)管8—真空表9—滤网10—滤砂与分配罐11—止阀(若干个)12—进气管(若干个)13—挡尘罩14—支托15—排尘阀26 / 78三、消失模铸造的特征及其铸件的缺陷防止1.消失模铸造的浇注系统特征2.常见缺陷及防止措施27 / 78(1)封闭式浇注系统其特点是流量控制的最小截面处于浇注系统的末端,浇注时直浇道内的泡沫塑料迅速汽化,并在很短的时间内被液体金属充满,浇注系统内易建立起一定的静压力使金属液呈层流状充填,可以避免充型过程中金属液的搅动与喷溅。

(2)底注式浇注系统由于底注式浇注系统的金属液流动具有充型平稳、不易氧化、无飞溅、有利于排气浮渣等特点,较符合消失模铸造的工艺特点,故底注式浇注系统在消失铸造中应用较多。

(3)快速浇注快速浇注是消失模铸造工艺的主要特征之一。

28 / 78(4)较高的浇注温度由于汽化泡沫塑料模样需要热量,消失模铸造的浇注温度比普通砂型铸造的浇注温度通常要高20~50℃。

29 / 782.常见缺陷及防止措施(1)增碳消失模铸钢件中,铸件的表面乃至整个断面的含碳量明显高于钢液的含碳量,这种现象称为增碳。

(2)皱皮皱皮是金属中夹进的氧化膜,即有机残余物薄层覆盖着一层较厚的氧化膜。

(3)气孔和夹渣铸件上出现气孔和夹渣缺陷主要来源于浇注过程中泡沫塑料模样受热汽化生成的大量气体和一定残渣物。

(4)粘砂粘砂是指铸件表面粘结型砂而不易清理的铸造缺陷,它是铸型与金属界面动压力、静压力、摩擦力及毛细作用力平衡被破坏的结果。

(5)塌箱塌箱是指浇注过程中铸型向下塌陷,金属液不能再从直浇口进入型腔,造成浇注失败。

30 / 782.常见缺陷及防止措施(6)冷隔铸件最后被填充的地方,金属不能完全填充铸型时便出现冷隔。

31 / 78第三节压力铸造一、压铸及特点二、压铸模三、压铸工艺参数四、压铸新工艺32 / 78压力铸造(简称压铸)是将液态金属或半液态金属在高压下快速充填金属型的型腔,并在高压下快速凝固而获得铸件的一种铸造方法。

在压铸中,一般作用于金属上的压力在20~200MPa,充型的初始速度为15~70m/s,充型时间仅为0.01~0.2s。

因此,高压和高速是压铸成形的重要特征,也是与其他铸造方法的根本区别。

压铸是所有铸造方法中生产速度最快的,在汽车、拖拉机、电器仪表、电信器材、医疗器械、日用五金以及航空航天工业等方面都有广泛的应用。

33 / 78由于压力铸造过程的特殊充型及凝固方式,与其他铸造方法相比具有以下特点:1)可以制得薄壁、形状复杂且轮廓清晰的铸件。

2)生产效率高。

3)铸件具有较好的力学性能。

4)铸件精度高,尺寸稳定,加工余量少,表面光洁。

5)采用镶铸法可省去装配工序并简化制造工艺。

6)铸件表面可进行涂覆处理,压铸出螺纹、线条、文字、图案等。

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