金属液态成形

2018年4月2日11:22

1.什么是金属液态成形？

金属液态成形也就是铸造，是将液态金属在重力或者其它外力作用下充填到型腔，待其凝固冷却后获得所需形状和尺寸的毛皮或零件（铸件）的工艺过程；

2.流动性

熔融合金的流动性是指其自身的流动能力。流动性好则充填铸型能力强，尺寸易精确，外形完整，轮廓清晰；流动性不好会出现浇不足、冷隔、气孔、夹杂等缺陷；薄壁铸件对之尤其敏感。

灰铸铁、硅黄铜最好，铝硅合金次好，铸钢最差；

3.充型能力

充型能力是指熔融合金充满型腔获得轮廓清晰、形状完整的铸件的能力，与流动性、浇注条件、铸型条件等有关；

4.纯金属和共晶合金为逐层凝固，流动性好，其它成分金属随着结晶范围加大流动性变差；

5.提高浇注温度获得较大过热度有利流动充型，但不宜过高；增大充型压力、提高浇注速度有利流动充型；预热铸型、减少发气、改善透气、简化结构等等有利于充型；

6.收缩

合金收缩分为液态收缩，凝固收缩，固态收缩。前二者合称体收缩，后者为线收缩；收缩率与金属性质有关。浇注温度高，过余温度大，液态收缩加剧；结构复杂、铸型、型芯硬度高的逐渐收缩阻力大；实际线收缩比自由线收缩率小一些；

7.缩孔

在凝固收缩的过程中，液态收缩、凝固收缩、固态收缩造成体积不断减小，凝固收缩不能得到液态金属的有效补缩，最后凝固部分处出现倒锥形缩孔；纯金属与共晶合金逐层凝固易形成缩孔，按温度梯度顺序凝固的最后部分易缩孔，过余温度大液态收缩、凝固收缩大易形成缩孔；

8.缩松

结晶范围宽的金属以糊状凝固方式进行，一般聚集于中心轴线处、热节

处、冒口根部或缩孔下方；温差小的同时凝固条件容易形成缩松；

9.缩孔和缩松一般产生于凝固缓慢的厚壁热节处

10.缩孔和缩松的防止

采用加冷铁和补缩冒口的方式，形成一定的温度梯度，使铸件“定向凝固”，将缩松尽可能转化为缩孔并使缩孔转移到冒口中；

11.铸造内应力

铸造内应力分为热应力和机械应力，铸造内应力产生的原因是凝固之后的固态收缩过程中收缩收到阻碍。铸造应力会造成铸件铸件变形；

12.铸造热应力

由于铸件壁厚不均匀、冷却速度不同，铸件各部分收缩不一致，因此产生热应力；一般情况下，薄壁处率先冷却受压，厚壁处后冷却受拉；

13.机械应力

固态收缩时，线收缩受到铸型或者型芯的阻碍，形成拉伸或者剪切应力，机械应力在落砂后可自行消除。

14.减小或消除应力的措施

采取同时凝固的方式，避免凝固顺序的不一致性，减小热应力，但是这会产生缩松，应该有所权衡；改善铸型和型芯的退让性，减小机械应力；加热到550至600摄氏度实施去应力退火，可以基本消除参与内应力；

15.铸件变形的防止

减小铸造内应力或者用对称结构让内应力抵消可以防止变形；利用反变形法，在变形方向上预先设计形状补偿变形；设置防变形肋板；在切削加工前实施去应力退火，消除内应力；

16.热裂纹及其减小

铸件在凝固末期已经具有完整的固态骨架，由于铸型和型芯的阻挡，会造成机械应力，一旦机械应力超过高温下的强度极限，那么就会导致热裂纹的产生；热裂纹短而宽，形状曲折，缝内有氧化色；结晶范围大的合金容易产生热裂纹。应该尽量使用热裂倾向小的合金，改善铸件结构，改善铸型和型芯的退让性；

17.冷裂纹及其减小

在较低温度下，铸造内应力超过材料强度极限就会产生冷裂纹；冷裂纹细小连续呈光滑直线状，多出现于受拉应力部位；脆性大、塑性差的材料容易产生冷裂纹；因此可以用减小脆性的方法减小冷裂纹，比如减小磷的含

量；

18.常见的铸造缺陷有浇不足（形状不完整）、冷隔（完整但有未融合裂缝）、缩孔、缩松、夹砂、变形、裂纹、粘砂、胀砂等等；

18.砂型铸造的造型分为手工造型和机器造型。手工造型分为田沙、紧实、起模。手工造型的具体方法有两箱造型、三箱造型、地坑造型、脱箱造型（合型后取出砂箱只留下砂型，浇注时可加套箱固定。）；整模造型、挖砂造型、假箱造型、分模造型、活块造型、刮板造型等等；

19.机器造型中的震压造型的过程是装砂、震击、压实和起模，起模方法有顶箱、漏模和翻转，其特点是采用模板造型和两箱造型；

20.造芯时其内部有通气道，中间有芯骨，一般烘干使用；

21.砂型的铸造工艺设计

1）浇注位置选择

重要加工面应该位于下面或者侧面；宽大平面应该朝向下方；大面积薄壁应该处于铸型下部，处于垂直或者倾斜位置；易产生缩孔的铸件的粗大部分应该处于上部或者侧面，便于与冒口配合；尽量减少型芯数量便于安放固定和排气；

2）分型面的选择

便于起模，最好在最大截面处、尽量平直、数量尽量少尽量避免活块和使用型芯；尽量是重要加工面和加工基准面处于同一砂箱内保证精度；尽量使型腔和主要型芯位于下型；

22.铸件工艺参数的确定

铸件的工艺参数包括机加工余量（手册）和最小铸出孔（表，一般30-50左右），起模斜度（一般15分到3度）、收缩率（铸铁1%）、型芯头（分为水平型芯头和垂直型芯头）；

23.铸造工艺图

铸造工艺图应该包括浇注位置、分型面、加工余量、起模斜度、收缩率、浇冒系统、冷铁布置、型芯等；

24.铸件结构工艺性

1）外形力求简单

避免铸件外形侧凹，减少分型面；尽可能使分型面平直；加强肋与凸台的设计应该不妨碍起模；铸件侧壁应该有起模斜度；

2）内腔简单

尽量少或不用型芯；使用型芯应该便于型芯的固定、定位、排气和清理；3）铸件壁厚适度

壁厚要大于最小铸造壁厚（查表）；壁厚也不应该过厚，防止晶粒粗大和缩孔缩松；壁厚应该力求均匀；利于实现定向凝固；

4）壁间连接

转弯处应为圆角；不同壁厚厚度要逐步过渡；连接要避免交叉和锐角；轮辐避免收缩受阻，可取奇数艮或者采用弯曲轮辐；

5）避免过大水平面，有的要改成斜面锥面等等

6）可采用加强肋和对称式的结构起到加强作用

25.特种铸造

1）熔模铸造

熔模铸造又称失蜡法，或者熔模精密铸造，具有较高的尺寸精度和表面质量；

熔模铸造的一般步骤是制造蜡模、制造型壳（石英粉、水玻璃、氯化铵溶液）、热水中脱蜡、焙烧型壳、浇注、脱壳清理；

熔模铸造适用于生产叶轮叶片、切削刀具、飞机汽车等上的小型零件；2）金属型铸造

金属型铸造是在重力作用下将液态金属浇注进金属铸型中获得铸件的方法；

金属型分为水平分型、垂直分型和复合分型三种结构；

金属型的工艺过程应该注意铸型排气、铸型涂料、铸型预热和开型时间；其优点是尺寸精度高、表面粗糙度小、冷却快因此晶粒小，一型多铸效率高；

其缺点是透气性差、退让性差、铸造形状简单；

3）压力铸造

压力铸造是将熔融合金在高压条件下高速充型，并在压力下凝固成形的精密铸造工艺；

根据坩埚与压室是否连在一起，压铸机分为冷压室压铸机和热压室压铸机，进而分为立式和卧式压铸机；

其优点是精度高、表面质量好、金属充型能力好、晶粒细小强度硬度高、可压铸形状复杂零件；

其缺点是容易产生缩松，尺寸受限，设备成本比较高；