《铸造工艺》PPT课件

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1.拔长。使金属坯料的横截面积减少,长度增加的工序。如图 4.13所示,得到具有长轴线的锻件,如光轴、曲轴、台阶轴、拉杆、 连杆等。
2.镦粗。使金属坯料的横截面积增大,高度减小的工序。用来锻 齿轮坯、圆盘等;也可以作为环、套类空心件冲孔前的预备工序; 还可以增加拔长的锻造比。见图4.14。
第4章
• 4.1.4 铸件的质量检验与缺陷分析 • 常见铸件缺陷的特征及缺陷产生原因见下表:
第4章
第4章
第4章
• 4.2 特种铸造简介 • 特种铸造指有别于砂型铸造的其他铸造方法,如金属型铸造、熔模
铸造、离心铸造、压力铸造、磁型铸造等。
• 4.2.1 金属型铸造 • 将金属液浇入到金属铸型中,依靠重力作用而获得铸件的铸造方法
第4章
• 4.3 锻造 • 锻造是利用外力,通过工具或模具使金属材料发生塑性变形,获得
一定形状、尺寸和性能的毛坯或零件的加工方法。根据所用设备和 工具的不同,锻造分为自由锻造、模型锻造、胎模锻造和特种锻造 四类。与其他加工方法相比,锻造具有以下特点: • (1)改善金属的组织,提高力学性能。 • (2)生产率较高。 • (3)节省材料和加工工时。。 • (4)适用范围广。 • 锻造的不足之处是不能获得形状很复杂的锻件。 • 4.3.1 金属的锻造性能 • 金属的锻造性能是指金属材料锻造的难易程度。锻造性常用金属的 塑性和变形抗力来综合衡量。塑性越好,变形抗力越小,则金属的 锻造性越好;反之则差。 • 影响金属锻造性能的因素有以下几方面。 • 1.金属的化学成分和组织 • 一般纯金属及其固溶体的锻造性最好,化合物的锻造性最差。钢中 的Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素,会降低锻造性,而S、Cu、 Sn、Pb等元素分布于晶界,也降低锻造性。铸态的粗晶结构比细 晶粒组织的锻造性差。
第4章
• 第4章 金属材料成形工艺
• 4.1 常用金属铸造工艺 • 将熔化的金属液浇注到具有与零件形状相适应的铸型型腔中,待其
凝固、冷却后,获得零件或毛坯的生产方法称为铸造。用铸造方法 得到的毛坯或零件称为铸件。 • 铸造具有如下特点: • (1)可以制造各种形状的铸件,且铸件形状和尺寸与零件很接近, 节约金属,节省工时。 • (2)铸件的尺寸和重量几乎不受限制。 • (3)可以适应各种材料,特别是低塑性及不能锻造和焊接的材料。 • (4)铸造用原材料来源广,价格低廉,可回收利用。 • 铸造生主要可分为砂型铸造和特种铸造两类。其中砂 型铸造是铸造 生产中的最基本的方法。
第4章
• 2.变形温度 • 提高金属锻造时的温度,塑性增加,变形抗力减小,改善了金属的
锻造性。
• 3.变形速度 • 变形速度指单位时间内的变形程度。变形速度对金属塑性的影响有
两方面:一方面变形速度增加,加快了加工硬化速度,降低了塑性。 另一方面变形速度增加时,变形过程中的热效应使金属软化,塑性 增加。
• 4.应力状态 • 金属的变形方法不同,所产生的应力大小和性质也不同。拉应力有
助于晶间变形发生,金属的塑性下降;压应力阻碍晶间变形发生, 提高了金属的塑性。
4.3.2 常用合金的锻造性能 1.碳钢。低碳钢的塑性较好,锻造温度范围较宽,很适宜用锻造方 法制造毛坯。 2.合金钢。碳钢相比,合金钢中合金元素的固溶强化现象明显,且 硬而脆的合金碳化物较多,所以可锻性较差。
第4章
• 4.2.4 离心铸造 • 将金属液浇入高速旋转的铸型中,使金属液在离心作用下充满铸型
并形成铸件,这种铸造方法称为离心铸造。离心铸造既适合浇注中 空铸件,又能铸造成形铸件。 • 离心铸造具备以下优点: • (1)铸件组织致密,力学性能好。 • (2)不用设置冒口和浇注系统。铸造圆柱形内腔的回转体铸件时, 不用型芯。 • (3)便于铸造“双金属”铸件,如钢套镶铜轴承等。 • 其缺点是铸件内表面质量较差,内孔孔径不准确,不适于浇注易产 生比重偏析的合金。
第4章
(3)铸造内应力、变形和裂纹 • ①铸造内应力。铸件在凝固和冷却过程中由于收缩不均匀和相变等
因素而引起的内应力,称铸造应力。铸造应力是铸件产生变形、裂 纹等缺陷的主要原因。 • ②变形。当铸件中存在着内应力时,其厚的部分受拉应力,薄的部 分受压应力,铸件将自发地通过变形来减少或消除内应力。对变形 量较大的铸件,可用反变形法或开设拉筋。重要铸件,可用时效处 理彻底去除残余应力。 • ③裂纹。当铸造应力超过合金的强度极限时,铸件便产生裂纹。裂 纹分热裂纹与冷裂纹两种。
第4章
• 3.铝合金。铝合金的锻造温度低,锻造温度范围狭窄,锤击时要轻、 快,变形量不能太大,否则容易产生裂纹。
• 4.铜合金。铜合金的始锻温度比铝合金高一些,锻造温度范围也比 较窄。
4.3.3 自由锻造 自由锻造指采用通用工具或直接在锻造设备(锻锤或水压机)的上、 下砧之间进行锻造。原材料用钢锭或轧材,主要用于单件和小批生 产,是特大型锻件唯一的生产方法。 自由锻造应用广泛,且工艺灵活,工具简单,成本低。但与其他锻 造方法相比,其生产率较低,锻件质量由锻工操作水平保证。 自由锻造的基本工序有拔长、镦粗、冲孔、扩孔、切割、弯曲、扭 转和错移等八种。
第4章
• 2 造型 • 制造铸型的工艺过程称为造型,造型分手工造型和机器造型两大类。 • (1)手工造型。手工造型时紧砂和起模用手工完成,操作灵活,适
应性强,模样成本低,但铸件质量较差,生产率低,劳动强度大,主 要用于单件、小批生产。 • (2)机器造型。机器造型是用模板和砂箱在专门的造型机上进行造 型。它使填砂、紧砂和起模等操作实现机械化。其生产率高,铸型质 量好,改善了工人劳动条件,适于大批生产。
4.1.3 铸钢件的铸型工艺特点 铸钢熔点高,流动性差,收缩率大,易产生浇不足、冷隔、黏砂、缩 孔(松)、裂纹等缺陷。因此,除合理设计铸件外,还应采取相应的 工艺措施。 首先,加大浇注系统的截面尺寸,设置冒口,采用顺序凝固,对少数 薄壁均匀件,可采用同时凝固,多开内浇口,快速浇注。其次,采用 颗粒大而均匀的石英砂,在铸型表面涂石英粉涂料,铸型用干型或快 干型,以提高铸型的透气性、耐火性和退让性。此外,浇注温度要严 格控制,不能过高或过低。
4 浇注系统。金属液进入铸型型腔时所经过的一 系列彼此相连的通道称为浇注系统。完整的浇注 系统包括外浇口、直浇道、横浇道和内浇道,如 图4.4所示。 (1)外浇口。金属液的直接注入处。作用是减 轻液流对铸型的直接冲击,阻拦熔渣流入直浇道。 (2)直浇道。外浇口下一段圆锥形垂直通道。 作用是使金属液产生一定静压力,改善铸型的填 充性。 (3)横浇道。将金属液引入内浇道的水平通道。 作用是挡渣,并向内浇道分配液流。
• 3 造芯
• 当铸件有内腔时,一般需制作型芯。型芯用芯盒制成,芯盒结构有整 体式、对开式和拆开式三种,如图4.3所示。造芯方法也分手工造芯 和机器造芯两种。
第4章
• 1.手工造芯 • 手工将芯砂填入芯盒,经紧实修整后制成型芯。形状简单、高度不
大的型芯用整体式芯盒;回转体及形状对称的型芯用对开式芯盒; 形状复杂的大、中型型芯采用拆开式芯盒。 • 2.机器造芯 • 机器造芯用于成批、大量生产的型芯,
• 2 低压铸造 • 低压铸造是介于一般重力铸造(金属型、
砂型、壳型等)与压力铸造之间的一种 铸造方法。其基本原理如图4.9所示,在 储有一定温度金属液的密封坩埚中通入 干燥的压缩空气或惰性气体,使坩埚内 的金属液在气体压力作用下自下而上地 通过升液管和浇道压入型腔内,继续保 持一定的压力,直到型腔内的金属液全 部凝固为止,然后撤除液面上的压力, 使升液管和浇道中没有凝固的金属液由 于重力作用而流回容器中,这样就完成 了低压铸造过程。低压铸造适用于各种 不同铸件;铸件在压力下结晶,顺序凝 固,铸件组织致密;金属利用率和铸件 合格率高,劳动条件好,设备投资少。
第4章
图4.5 金属型的结构
金属型铸造时应采取以下一些工艺措施: (1)金属型腔要涂0.2~1.0mm厚的耐火衬料与表面涂料。 (2)喷刷涂料和浇注前金属型要预热,以使铸件冷却速度降低。 (3)掌握好铸件出型温度和出型时间,防铸件产生裂纹和白口,提 高生产率。 4.2.2 熔模铸造 熔模铸造是用易熔材料制成模型,在模型上涂若干层耐火涂料,经干 燥硬化后,再将模型熔失,获得无分型面的型壳,将金属液浇入型壳 中,冷凝后即成铸件。
称为金属型铸造。金属型可以重复使用,所以又称为“永久型铸 造”。 • 1.金属型铸造的特点及应用范围 • 金属型铸造:金属型使用寿命长,节约造型工时,提高生产率;铸 件尺寸精度高,表面粗糙度小;铸件冷却快,晶粒细小,力学性能 好;铸件工艺利用率高,金属液消耗量少。缺点是金属型生产周期 长,成本高;铸型无退让性和透气性;铸件易形成白口,不易生产 大型、复杂铸件。金属型铸造适于大批量生产有色金属合金铸件。 • 2.金属型的构造及铸造工艺特点 • 根据分型面位置的不同,金属型一般分为垂直分型式、水平分型式 和复合分型式等。如图4.5所示。其中垂直分型式便于设置浇冒口 及取出铸件,易于实现机械化,所以应用最多。
第4章
• (4)内浇道。把金属液直接导入型腔的通道。利用内浇道的位置、 大小和数量,可以控制金属液进入型腔的速度和方向。
4.1.2 合金的铸造性能 合金在铸造过程中表现出来的工艺性能称为铸造性能。包括流动性、 收缩、偏析倾向、吸气性和氧化性等。 1 流动性 合金的流动性是指液态金属的流动能力。合金流动性越好,液态金属 填充铸型的能力越强,易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。影响 合金流动性的因素主要是化学成分、浇注温度和铸型的填充性等。 2 合金的收缩 (1)收缩概念及影响因素。铸件在凝固和冷却过程中,其体积和尺 寸减小的现象称为收缩。合金液从浇注温度冷却到室温要经历三个阶 段:液态收缩、凝固收缩和固态收缩。影响收缩的因素有:化学成分、 浇注温度、铸件结构和铸型条件等。 (2)缩孔的形成及防止措施。金属液在铸型内凝固时,由于液态和 凝固收缩造成体积减小,若得不到金属液补足,将在铸件最后凝固部 位形成孔洞,称为缩孔。缩孔分为集中缩孔和分散缩孔两类。合理控 制铸件的凝固过程,建立良好的补缩条件,就能获得致密铸件。
第4章
• 4.2.3 压力铸造与低压铸造 • 1 压力铸造 • 压力铸造是在高压下,快速将液态或半液态金属压入金属型中,
并在压力下充型、凝固的一种铸造方法。压铸与其他铸造方法相 比有如下优点: • (1)压铸件可获得高的尺寸精度,粗糙度小,铸件晶粒细密,强 度和硬度提高很多。 • (2)在高速高压下充型,可铸出薄壁复杂件及各种孔眼、螺纹及 花纹等。 • (3)生产率高,且易于实现自动化生产。 • (4)经济效益好,省料,省工时,省设备。 • 压铸也存在一些缺点:如压力设备及压型投资大,只适于定型产 品的大量生产;型腔中气体难以完全排出,铸件易产生细小的气 孔和缩松;压铸件不能热处理,以免加热时气体膨胀使铸件变形; 压铸件的塑性低,不宜在冲击和振动的情况下工作。压力铸造适 于有色金属的中小型薄壁件的大量生产。
第4章
• 1 熔模铸造的工艺过程 • 熔模铸造的工艺过程见图4.7所示。
2 熔模铸造的特点及应用 熔模铸件精度高,粗糙度小;可以浇注形状复杂的各种合金铸件, 如合金钢件、碳钢件、耐热合金件;生产批量没有限制,可以从单 件到成批大量生产。但熔模铸造的生产工序多,周期长,只能铸造 中小型铸件。熔模铸造主要适于生产各种形状复杂的小型零件,如 汽轮机和涡轮发动机上的叶片及其他小型零件。
第4章
• 4.1.1 砂型铸造工艺 • 砂型铸造是指用模样(型芯)在型(芯)砂制造的砂型中注入金属
液,获得铸件的方法。其工艺过程如图4.1所示。
1 造型材料 造型材料指用于制造砂型和型芯的材料,包括型砂、芯砂和涂料等。它 们用砂、水、黏结剂和附加物配制而成。型(芯)砂的性能好坏,直接 影响到铸件的质量,因此配制好的型(芯)砂,必须具备良好的可塑性, 足够的强度,好的透气性,高的耐火性,还要有一定的退让性。
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