金属材料成型工艺基础重点模板.doc

第一章：金属液态成型一、充型：1.充型概念：液态合金填充铸型过程，简称充型。2.充型能力：液态合金充满铸型型腔，取得形状完整、轮廓清楚铸件能力。n 充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺点n 影响充型能力关键原因n 合金流动性液态合金本身流动能力a 化学成份对流动性影响纯金属和共晶合金成份流动性好b工艺条件对流动性影响浇注温度、充型能力、铸型阻力c流动性试验n 工艺条件：a 、浇注温度 通常T浇越高，液态金属充型能力越强。 b、铸型填充条件铸型许热应力c、充型压力：态金属在流动方向上所受压力越大， 充型能力越强。d、铸件复杂程度:构复杂，流动阻力大，铸型 充填就困难e、浇注系统结构 浇注系统结构越复杂，流动阻力 越大，充型能力越差。f、折算 折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积和表面积之比。折算厚度大，热量散失慢，充型能力就好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更轻易充填。影响铸型热交换影响动力学条件（充型时阻力大小），必需在确保工艺条件下金属流动性好充型能力才好。二、冷却影响凝固方法原因：a. 合金结晶温度范围合金结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固 。金属和共晶成份合金是在恒温下结晶。由表层向中心逐层推进(称为逐层凝固)方法，固体层内表面比较光滑，流动阻力小，流动性好。 b.铸件温度梯度 在合金结晶温度范围已定前提下，凝固区域宽窄取决和铸件内外层之间温度差。若铸件内外层之间温度差由小变大，则其对应凝固区由宽变窄 。凝固:a.逐层凝固充型能力强，便于预防缩孔、缩松。灰铸铁和铝硅合金等倾向于逐层凝固。b. 糊状凝固充型能力差，难以取得结晶紧实铸件球铁倾向于糊状凝固。c.中间凝固收缩:a. 液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度之间收缩。由温度下降引发。 T浇 T液 用体收缩率表示b. 凝固收缩 从凝固开始到凝固终止温度间收缩。由状态改变、温度下降和相变三部分组成。 T液 T固 用体收缩率表示液态收缩和凝固收缩产生缺点：1)缩孔产生部位：通常在铸件上部，或最终凝固部分,呈倒锥形，内表面粗糙。产生条件：铸件由表及里地逐层凝固，即纯金属或共晶成份合金易产生缩孔。影响原因：合金液态收缩，凝固收缩 缩孔容积浇注温度缩孔容积； 铸件较厚缩孔容积2)缩松缩松：分散在铸件一些区域内细小孔洞，分为宏观缩松和显微缩松两种，显微缩松分布更为广泛。形成条件:关键出现在结晶温度区间大呈糊状凝固合金中。3）和缩松危害：铸件致密性降低，降低有效受力面积，降低有效受力面积。4）孔和缩松预防 ：a.工艺方法:设冒口，加冷铁，使铸件实现“次序凝固”,以利“补缩”或转移缩孔和缩松至浇冒口。b.次序凝固-次序凝固是指铸件按要求方向从一部分到另一部分逐步凝固过程。c. 固态收缩 从凝固终止温度到室温间收缩。由温度下降和相变两部分组成。 T固 T室 用线收缩率表示 固态收缩产生缺点：产生铸造应力、变形和开裂1. 铸造应力: 件在凝固以后继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部立即产生内应力。按成因可分为3种;收缩应力：是有铸型机械阻碍引发，也叫机械阻碍应力，属于零食应力。 相变应力：铸件固态时相变产生体积改变而引发应力。热应力：因为铸件壁厚不均匀，个部分冷却速度不一样，同一时刻住家个部分收缩量不一样，在相互制约下产生应力。其形成3个阶段：（10图1-8）热应力及机械应力危害：有残余应力铸件，经机械加工，一段时间后，将产生变形，影响零件精度热应力预防：尽可能减小铸件个部分温差，改善砂型和砂芯退让性，尽可能避免出现牵制收缩结构，去应力退火。2. 铸件变形: (1)当铸造应力形成时，若超出合金屈服极限低于强度极限，则产生塑性变形。(2)铸件内残留应力引发铸件变形，即自发地经过变形来减缓其内应力。铸件变形预防：a.工艺上采取同时凝固标准，减小温差，均匀冷却；适适用于收缩小或倾向于糊状凝固合金，如灰铸铁、锡青铜等。b.铸件壁厚尽可能均匀、对称 c.反变形法 模样制成和变形方向恰好相反形状以抵消其变形方法叫反变形法。适适用于细长易变形铸件。d.时效处理 时效处理是去除残余应力预防变形有效方法。 i)自然时效，将铸件置于露天六个月以上； ii)人工时效，550-650去应力退火。 时效处理宜放在粗加工以后，方便将铸造应力、粗加工产生应力一并消除。3. 铸件裂纹：当铸造应力大于铸件金属强度极限时，铸件变产生裂纹热裂纹：是指铸件在凝固末期高温下产生裂纹，她产生倾向和合金收缩率、高温强度、铸件结构、铸件阻力等相关。热裂纹预防： 应尽可能选择凝固温度范围小，热裂倾向小合金。 应提升铸型和型芯退让性，以减小机械应力。 对于铸钢件和铸铁件，必需严格控制硫含量， 预防热脆性。 冷裂纹：是在低温下形成，长出现在铸件收拉伸部位。清醒差合金易产生冷裂纹，磷元素含量过大也已产生裂纹，壁厚差大，形状复杂，尤其是大而薄铸件。冷裂纹预防：使铸件壁厚尽可能均匀；采取同时凝固标准；对于铸钢件和铸铁件，必需严格控制磷含量，预防冷脆性。 4. 变形：1） 塑性变形：铸件在热应力形成过程中产生变形。2） 弹性变形：又残余应力住家产生变形。三、机器铸造;1)概念：机器造型是将填砂、紧实和起模等关键工序实现了机械化，并组成生产流水线。机器造型生产率高，铸型质量好，铸件质量高，适适用于中小型铸件大批量生产。 四、特种铸造：1.熔模铸造：1）概念：在易熔模样表面包覆若干层耐火材料，待其硬化干燥后，将模样熔去制成中空型壳，经浇注而取得铸件一个成形工艺方法。2)工艺特点：a铸件精度和表面质量较高，公差等级可达IT11IT13， 表面粗糙度Ra值达1.612.5m。b合金种类不受限制，尤其适适用于高熔点及难加工高合金钢，如耐热合金、不锈钢、磁钢等。 c可铸出形状较复杂铸件，如铸件上宽度大于3mm凹槽、直径大于2mm小孔均可直接铸出。 d生产批量不受限制，单件、成批、大量生产均可适用。e工艺过程较复杂，生产周期长；原材料价格贵，铸件成本高；铸件不能太大、太长，不然熔模易变形，丧失原有精度。 2.压力铸造：1）概念：液态金属在高压作用下快速压入金属铸型中，并在压力下结晶，以取得铸件成形工艺方法。 2）工艺特点：1铸件尺寸精度和表面质量最高。公差等级通常为IT11IT13级，Ra为3.20.8m。 2铸件强度和表面硬度高。抗拉强度可比砂型铸造 提升2530%，但伸长率有所下降。3可压铸出形状复杂薄壁件。4生产率高。国产压铸机每小时可铸50150次，最高可达500次。 5便于采取镶嵌法。 6压铸设备投资大，压铸型制造成本高，工艺准备时间长，不宜单件、小批生产。7因为压铸型寿命原因，现在压铸尚不宜铸铁、钢 等高熔点合金铸造。8压铸件内部存在缩孔和缩松，表皮下形成很多气孔。3.离心铸造：1）概念：离心铸造是将金属液浇入绕水平或立轴旋转铸型中，在离心力作用下凝固铸造方法。铸型可用金属型、砂型、陶瓷型、熔模壳型等2）工艺特点：织致密，机械性能好2、不用型芯和浇注系统，简化生产，节省金属3、金属液充型能力强，便于流动性差合金及薄壁铸件4、便于制造双金属结构5、铸件易产生偏析，内孔不正确且内表面粗糙4.低压铸造：1）概念：低压铸造是在0.20.7大气压低压下将金属液注入 型腔，并在压力下凝固成形，以取得铸件方法。2）工艺特点：1浇注压力和速度便于调整，可适应不一样材料铸型。2铸件气孔、夹渣等缺点较少。3便于实现次序凝固，使铸件组织致密、力学性能高。4因为省去了补缩冒口，使金属利用率提升到9098%。5.连续铸造：1）概念：连续铸造是指将金属液连续浇入水冷金属型(结晶器)中,连续凝固成形方法。2）工艺特点： 组织致密,力学性能好; 不用浇注系统,中空铸件不用型芯,降低了金属损耗，简化了 造型工序,降低了劳动强度,降低了生产占地面积; 设备比较简单,生产过程易于实现机械化、自动化； 几乎适适用于多种合金; 但连续铸造不适于截面有改变,壁厚不均匀铸件生产,而且铸 管质量较离心铸造差。四、1.铸造性能对零件结a.合理设计铸件壁厚 （1）壁厚合适 1.最小壁厚定铸造工艺条件下，所能浇注出铸件最小壁厚。 2. 铸件临界壁厚在砂型铸造条件下，临界壁厚3最小壁厚，在最小壁厚和临界壁厚之间就是适宜铸件壁厚。 3. 铸件截面形状 (2)铸件壁厚应均匀、避免厚大截面 (1)内壁厚应小于外壁厚b.铸件壁连接 1 铸件结构圆角 2 避免锐角连接 3 厚壁和薄壁间联接要逐步过渡 4 预防铸件产生变形 2. 铸造工艺对零件结构要求a. 铸件外形设计 1、应利于降低和简化铸型分型面 2、凸台、筋条不应妨碍起模3、垂直于分型面非加工面应含有结构斜度 4 避免外部侧凹、凸起； 5 分型面应尽可能为平直面； 6 凸台、筋条设计应便于起模。b.铸件内腔设计：1 应尽可能降低型芯数量，避免无须要型芯。 2 便于型芯固定、排气和清理。 五、砂型铸造工艺设计：p145