金属的液态成形与半固态成形.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 金属的液态成形与半固态成形,4.1,液态成形,4.2,半固态成形,4.3,快速凝固成形,液态成形,（铸造）,和,半固态成形,（半固态合金成形）,是金属材料的主要加工方法，它们是利用经过熔炼的液态金属或半固态金属，在外力作用下流动充型冷凝来实现成形的。,液态成形,即,铸造,，是应用最广的方法之一，半固态成形近年来得到了巨大的发展。,4.1,液态成形,定义：,液态成形,（,铸造,）是将材料熔化成一定成分和一定温度的液体，然后在重力或外力作用下浇入到具有一定形状、尺寸大小的型腔中，经凝固冷却后形成所需要的零件的技术。,1,、液态成形的特点,优点：,适应性强，工艺灵活；,成形件尺寸精度高；,成本低廉；,不足之处：,铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此铸件的机械性能，特别是冲击性能不如锻件高；,目前铸件凝固过程还不能精确控制，致使铸件质量不稳定，废品率高；,铸造工序多，生产周期较长，以及劳动条件较差等。,青铜器,司母戊鼎,河南安阳晚商遗址,（,1.33m0.78m1.10m,）,2,、液态成形的历史及发展,历史悠久，发展前景广阔,战国，铁模铸造,湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄,中国古代铁器的金相组织,铁人,黄河镇河大铁牛（唐开元,12,年铸）,机床床身,船用曲轴（大连重工）,发动机汽缸,液态成形基本工艺流程,铸造工艺内容：,1,）,熔化合格合金液体,：成分合格，温度合适；,2,）,制作合理的铸型,：造型材料，造型方法，铸造工艺，尺寸，型板，砂箱，分型面，浇注系统；,3,）,浇注成型以及清理,：浇注方法（重力，加压），清理；,4,）,凝固成合格的铸件,：内部质量，尺寸。,3,、铸造金属的熔炼,熔炼是液态金属铸造成形技术过程中的一个重要环节，与铸件的品质、生产成本、产量、能源消耗以及环境保护等密切相关。,在熔炼中，多种固态金属的炉料（废钢、生铁、回炉料、铁合金、有色金属等）按比例搭配装入相应的熔炉中,加热熔化,，通过冶金反应，转变成具有一定化学成分和温度的,符合铸造成形要求,的液态金属。,熔炼的要求：,（,1,）保证金属液的化学成分和材质性能；,（,2,）保证金属液有足够的温度；,（,3,）保证金属液的数量,(,质量,),；,（,4,）保证低能耗、低成本；,（,5,）保证低噪声、低污染。,熔炼的分类：,（,1,）按熔炼金属分：铸铁熔炼、铸钢熔炼和有色金属熔炼；,（,2,）按熔炉分：,冲天炉熔炼,、电弧炉熔炼、感应电炉熔炼、坩埚炉熔炼。,焦炭冲天炉熔炼,电弧炉熔炼,感应电炉,坩埚炉,坩埚炉分为：燃油、燃气、焦碳和电阻坩埚炉。,主要用于有色金属的熔炼，如铜合金、铝合金、镁合金、低熔点轴承合金等。,浇注,金属熔化后，液态金属通过浇注系统充填铸型型腔的过程称为,浇注过程,。,浇注系统,的组成,:,浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道,浇注系统,浇口杯：缓解金属液冲蚀，阻挡熔渣；,直浇道：有一定锥度以保证流速，排出空气；,横浇道：将直浇道的金属液分配至内浇道；,内浇道：将金属液引入型腔。,浇注的形式,浇注后的凝固,浇注入铸型型腔的液态金属，随温度的降低，将经历由液态向固态的转变过程，即凝固过程。凝固是金属材料一种重要的相变过程。,金属的凝固过程包括：,晶核的形成,和,晶粒的长大,。,冒口,：为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的,补充部分,。,在铸型中，冒口的型腔是存贮液态金属的容器，其功能是多方面的。功能不同的冒口，其形式、大小和开设位置均不相同，所以，冒口的设计要考虑铸造合金的性质和铸件的特点。,4,、液态成形合金性能,铸造性能是合金在铸造生产中所表现出来的工艺性能，是保证铸件质量的主要因素，是衡量铸造合金的主要指标。,铸造性能有,充型能力,与,流动性,、,收缩性,、,吸气性和偏析,等。,（,1,）,合金的充型能力,：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的健全铸件的能力。,合金的流动性,：液态合金的流动能力。一般流动性好的合金，其充型能力也强。,浇不足 冷隔现象,螺旋形标准试样测试合金的流动性,通常，灰铸铁、硅黄铜流动性最好，铸钢流动性最差。,影响充型能力的因素,合金的种类及化学成分、合金流动性、铸型的特点、浇注条件,合金的种类不同其流动性不同,;,合金的成分和结晶特征对流动性的影响最为显著,不同结晶特征合金的流动性,亚共晶铸铁,随含碳量的增加，结晶温度范围减小，流动性提高。,浇注温度对流动性的影响,浇注温度高，液态金属在铸型中保持液态的时间增长，可改善合金的流动性（薄壁铸件）；但是浇注温度过高，使铸件产生气孔、缩孔、缩松、粘砂等缺陷。,在生产中采用：高温出炉，低温浇注的原则。,灰铸铁浇注温度为,1200,1380,；铸钢为,1520,1620,；铝合金为,680,780,。薄壁复杂件取上限温度值，厚件则取下限。,铸型条件对流动性的影响,常采取加高直浇道，扩大内浇道截面，增设出气孔，烘干铸型等工艺，以延长液态合金的流动时间，以改善铸型的填充条件。,(2),合金的收缩,铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象称为,收缩,。,收缩包括以下三个阶段：,液态收缩（浇注温度,-,液相线）,凝固收缩（液相线,-,固相线）,固态收缩（固相线,-,室温）,特点：体积收缩；浇注温度升高，液态收缩增加。,特点：体积收缩；结晶温度范围增大，凝固收缩增加。,特点：引起铸件外部尺寸变化。,收缩对铸件质量的影响,液态收缩,浇注温度越高，使液态收缩率增加。浇注温度一般控制在高于液相线温度,50-150,。,凝固收缩,大多数合金，都具有一定的结晶温度范围，使得凝固收缩由状态改变和温度下降两部分引起，结晶温度范围越大，则凝固收缩率越大。,液态收缩和凝固收缩都使合金体积减小，一般表现为铸型内液面的降低。这两个阶段的收缩是铸件中产生,缩孔,或,缩松,的基本原因。,固态收缩,指合金从固相线温度冷却到常温时的收缩。固态收缩通常直接表现为铸件外形尺寸的减小，固态收缩是铸件中产生,应力,、,变形,和,裂纹,的主要原因。,缩孔与缩松的形成及防止,液态合金在凝固过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。按孔洞的大小和分布，可将其分为,缩孔,和,缩松,。,缩孔,合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件的壁越厚，缩孔的容积就越大；,缩孔多集中在铸件,最后凝固,的部位；其特征是形状不规则，多数呈,倒锥形,，内表面粗糙。,纯金属和共晶成分的合金易形成缩孔；,（,1,）缩孔,缩松,主要出现在,呈糊状凝固方式,的合金中或断面较大的铸件壁中，被树枝晶分隔开的液体区难以得到补缩所致。,缩松大多分布在铸件中心轴线处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方。,缩孔与缩松减小铸件受力的有效面积，且缩孔部位容易产生,应力集中,，使铸件的,力学性能,下降，要予以防止。,判断缩孔出现的方法,图中等温线未曾通过的心部和内切圆直径最大处，即为容易出现缩孔的,热节,（,在凝固过程中，铸件内比周围金属凝固缓慢的节点或局部区域,）,。,将铸件断面上温度相同的点连接而成的曲线，就是凝固等温线。图中,涂黑的部分,就是缩孔出现的实际位置。,内切圆法：铸件壁交接处的内切圆直径大于铸件壁厚，这些地方凝固较晚，缩孔可能在那里生成。,缩孔、缩松的防止措施,采用冒口、冷铁的,顺序凝固,（结晶温度窄的合金）,所谓顺序凝固，就是使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。,冒口和冷铁,的合理使用，可造成铸件的顺序凝固，有效地消除缩孔、缩松。,顺序凝固,，就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固（如图,），而后是靠近冒口部位凝固（图中,、,），最后才是冒口本身的凝固。,按照这样的凝固顺序，先凝固部位的收缩，由后凝固部位的金属液来补充；后凝固部位的收缩，由冒口中的金属液来补充，从而使铸件各个部位的收缩均能得到补充，而将缩孔转移到冒口之中。冒口为铸件的多余部分，在铸件清理时将其去除。,为了实现顺序凝固，在安放冒口的同时，还可在铸件上某些厚大部位增设,冷铁,。如图所示铸件的热节不止一个，若仅靠顶部冒口，难以向底部凸台补缩，为此，凸台的型壁上安放了两个外冷铁。由于冷铁加快了该出的冷却速度，使厚度较大的凸台反而最先凝固，从而实现了自下而上的顺序凝固，防止了凸台处缩孔、缩松的产生。,阀体的冒口补缩,注意：,（,1,）,冷铁,是为了加快铸件某处的冷却速度，以控制或改变铸件的凝固顺序的激冷物，本身,并不起补缩作用,。,通常采用钢、铸铁或铜等金属制成。,（,2,）结晶温度范围宽的合金采取同时凝固方式；,（,3,）铸造应力、变形及裂纹,铸造应力：铸件完全凝固后便进入了固态收缩阶段，若铸件的固态收缩受到阻碍，将在铸件内部产生应力，称为,铸造应力,。它是铸件产生变形和裂纹的基本原因。,按照应力的产生机理，可分为,：,1,、内应力的形成与防止,铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。,热应力,收缩应力,（机械应力）,铸件的固态收缩受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的内应力。,相变应力,合金由于发生固态相变，铸件各部分体积产生不均衡变化而引起的应力。它可能是瞬时应力，也可能是残余应力。,收缩应力是暂存的应力，铸件落砂后应力自行消失。,防止产生收缩应力的,措施,是提高铸型和型芯的退让性。,收缩应力（机械应力）,L,热应力,热应力是由于铸件壁厚不均或各部分冷却速度不同，使铸件各部分的收缩不同步而引起的。它在铸件落砂后仍然存在于铸件内部，是,一种残留应力,。,为了分析热应力的形成，首先必须了解金属,自高温冷却到室温时应力状态的改变,。,固态金属在,再结晶温度,以上的较高温度时（钢和铸铁为,620-650,以上），处于,塑性,状态。此时，在较小的应力下就可发生,塑性变形，变形之后应力可自行消除,。,在,再结晶温度以下,，金属呈,弹性状态,，此时，在应力作用下将发生,弹性变形，而变形之后应力继续存在,。,再结晶,：变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小的等轴晶。,再结晶温度,:,变形后的金属发生再结晶的温度是一个温度范围。一般所说的再结晶温度指的是最低再结晶温度，通常用经大变形量（,70%,以上）的冷塑性变形的金属，经一小时加热后能完全再结晶的最低温度表示。,T,再,=,（,0.35-0.4,）,T,熔点,补充：,t,0,-t,1,:,粗、细杆均处在塑性状态，无应力；,t,1,-t,2,:,细杆进入弹性状态，而粗杆仍处在塑性状态；两杆收缩不同，形成暂时应力（如,b,），但随温度降低，应力消失（如,c,）；,t,2,-t,3,:,两杆均处在弹性状态，但,T,粗,T,细，导致粗杆收缩,细杆。所以，粗杆受拉伸，细杆受压缩。,结论：产生热应力的规律是，冷却较慢的厚部或心部存在,拉应力,；冷却较快的薄壁或表层存在,压应力,。,I,II,II,预防铸件产生热应力的基本措施是减小铸件各部分之间的温度差，使其均匀冷却。,设计：壁厚尽量均匀一致；,工艺：采取,同时凝固,原则,具体方法：,将内浇口开在铸件的薄壁处，以减缓其冷却速度；而在铸件的厚壁处放置冷铁，以加快其冷却速度。,优点：,可减小其产生应力、变形和裂纹的倾向；且不必设置冒口，使工艺简化，并节约了金属材料。,缺点：,铸件的心部会产生缩孔或缩松缺陷，所以一般只用于普通灰铸铁和锡青铜铸件的生产。,灰铸铁产生缩孔和缩松的倾向小；而锡青铜倾向于糊状凝固，用冒口也难于避免缩松缺陷。,采用同时凝固的优、缺点：,铸件的变形与防止,铸件产生内应力后，铸件通过自由的变形释放应力。,心部散热慢，受拉应力，边缘处受压应力；且上表面比下表面冷却得快。,导轨部分厚受拉应力；床壁部分较薄受压应力，床身发生朝着导轨方向的弯曲，使导轨下凹。,铸件壁厚尽量均匀、对称,；,图,c,由于其截面对称、铸造应力平衡，不产生变形,。,防止铸件变形的措施：,采用同时凝固工艺，,降低热应力；,反变形,适用于细长易变形铸件,床身导轨面的挠曲变形及反变形,当铸件内应力超过金属的强度极限时，铸件便发生裂纹。裂纹是铸件的严重缺陷，多使铸件报废。,铸件的裂纹及防止,铸件一般有,热裂,和,冷裂,两种开裂方式。,1,）热裂纹,产生原因,：,在铸件凝固末期，固体的骨架已经形成，但枝晶间仍残留少量液体，此时的强度、塑性极低。当固态合金的线收缩受到铸型、芯子或其他因素的阻碍，产生的,应力,若超过该温度下合金的,强度,，即产生热裂。,防止热裂的措施,：,a,合理设计铸件结构；,b,改善铸型和型芯的退让性；,c,限制铸钢和铸铁中的,S,含量；,热裂纹形态,：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内金属呈氧化色；且裂纹沿晶界产生，外形曲折。,冷裂纹,：,冷裂是铸件冷却到,低温,处于弹性状态时,，,铸造应力超过合金的强度极限而产生的；冷裂常出现在复杂铸件受拉应力的部位，特别是应力集中处。,冷裂纹形态：,裂纹细小，外形呈连续直线状或圆滑曲线状，裂纹缝内干净，有时呈轻微氧化色。,壁厚差别较大、形状复杂的铸件，特别是大而薄的铸件，,容易出现冷裂。,防止冷裂的措施,：,a,减少铸造内应力；壁厚均匀、增加退让性；,b,降低合金的脆性；降低合金中,P,的含量；,c,去应力退火；,d,设计铸件时应避免应力集中。,合金的偏析,偏析,：铸件各部分化学成分不均匀的现象，分为微观偏析和宏观偏析。,微观偏析,指微小范围内的化学成分不均匀（一般在一个晶粒尺寸范围内），有析晶偏析、胞状偏析和晶界偏析。,宏观偏析,是指在较大尺寸范围内的成分不均匀，主要包括正偏析、逆偏析和重力偏析。,合金的吸气性,：是指金属液吸收气体的能力。凝固时溶解度急剧下降，气体大量析出。析出的气体形成气泡，当气泡浮出受阻不能排出，则在铸件中形成气孔。,按照合金中的气体来源，可将气孔分为三类：,侵入气孔、析出气孔和反应气孔,。,铸造工艺方法很多，通常分为,砂型铸造,和,特种铸造,。,将以型（芯）砂作为铸型材料，采用重力浇注的铸造方法称为,砂型铸造,，砂型铸造是应用最广泛的一种铸造方法。,砂型铸造的生产过程,包括,铸造工艺设计,、,生产准备,和,工艺过程,三个环节。,液态成形方法,砂型铸造生产工艺流程,1,、铸造工艺设计,生产铸件的第一步是根据零件结构特点、技术要求和生产批量等条件确定铸造工艺，绘制铸造工艺图。,对大批量生产或特殊重要的铸件需详细进行工艺设计，并画出铸件图；单件、小批量生产时，只需画出铸造工艺图。,铸造工艺设计主要包括,：确定,浇注位置,和,分型面位置,、,加工余量,、,收缩率,、,拔模斜度,等工艺参数，,型芯形状、数量、位置,，,浇注系统,、,冒口和冷铁的布置,等。,（,1,）确定浇注位置,铸件的重要部位应在下部,：因为金属液中的渣、气泡等易上浮，使铸件上部的缺陷,(,如砂眼、气孔、夹渣,),通常比下部多，组织也不如下部致密。如果这些平面难以朝下，则应尽量使其倾斜或直立放置。,图,6-16,为机床床身的浇注位置方案，车床导轨面是关键部分，铸造时应将导轨面放在,下部,。,具有大平面的铸件，应将铸件的大平面朝下,：由于在浇注过程中金属液对型腔上表面有强烈的热辐射，型砂因剧烈膨胀和强度下降而拱起或干裂，金属液进入表层裂缝之中形成夹砂缺陷。,平板、圆盘类铸件大平面应朝下。,铸件的薄壁部分应放在下部、侧面或倾斜位置,，以利于液态金属充满铸型。,铸造合金收缩率大、铸件厚薄不均匀，浇注时应使,厚的部分放在铸件的上部或侧面,，以便于在铸件厚处直接安放冒口，使之实现自下而上的顺序凝固，防止产生缩孔。,尽量减少型芯的数目，,最好使型芯位于下型以便下芯和检查，同时应保证型芯在铸型中安放牢靠、排气通畅。,图,6-20b,采用了自带型芯方案，简化铸造工艺。,（,2,）选择分型面,为完成造型、取模、设置浇冒口系统和安放砂芯等需要，砂型型腔必须由两个或两个以上的部分组合而成，,铸型的分割或装配面,称为,分型面,。,铸型的分型面主要由铸件的结构和浇注位置所确定。铸件分型面的选择也是铸造工艺是否合理的重要关键之一。,尽量减少分型面的数目,。铸造时，一个分型面时用两箱造型，两个分型面就要三箱造型。多箱造型工艺复杂，精度低。,注意,：,实际选定分型面时，要从具体情况出发，对某些大而复杂或具有特殊要求的铸件，有时采用两个以上的分型面，反而有利于保证铸件质量和简化工艺。,分型面尽量平直,以简化模型的制造和造型工艺。,如起重臂铸件，采用平面分型,b,比采用曲面分型,a,好，若采用曲面分型,a,，则须采用挖砂造型，即使是大批量生产，也会使模板的制造成本增加。,尽量使型芯和活块的,数量少,，以简化制模、造型、合型等工艺；,尽量使铸件全部或大部放在,同一,砂箱内，这样易于保证铸件精度；,尽量使型腔及主要型芯位于,下箱,，以便于造型、下芯、合箱及检验铸件壁厚。,（,3,）确定主要工艺参数,加工余量,：为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸件工艺设计时预先增加而在机械加工时被去除的金属层厚度。,收缩余量,：收缩余量是指为了补偿铸件收缩，模型比铸件图纸尺寸增大的数值。收缩余量取决于铸件线收缩率的大小。,拔模斜度,：为使模型（或型芯）易于从铸型（或芯盒）中取出，凡垂直于分型面的壁，在制造模型时必须保持一定的倾斜度，此倾斜度称为拔模斜度或铸造斜度。拔模斜度的大小取决于造型方法、材料、立壁高度等因素。砂型铸造一般取,15,3,。,铸造圆角,：为防止缺陷，方便造型，铸件上的相交壁一般都有过渡圆角。零件上不允许有的圆角，在铸造后切削去掉。,（,4,）浇注系统设计,浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道，通常有,浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道,等组成。,浇注系统必须确保液态金属能够平稳而合理地充满型腔，同时起着挡渣作用，有时还能补缩。,（,5,）冒口和冷铁的应用,冒口,的主要作用是补偿液态收缩，兼有排气和集渣作用。但冒口的使用也增加了金属消耗和清理工作，所以，合理设置冒口，对于改善铸件质量和降低成本都有着重大作用。,为增加铸件局部冷却速度，在铸件局部区域设置急冷能力强的材料，例如铸铁、铸钢等，称为,冷铁,。,2,、生产准备,（,1,）模样和芯盒的设计,在造型时，为了获得与铸件形状和尺寸相适应的铸型空腔，必须用一个与铸件的形状和尺寸相适应的,模样,。模样决定铸型型腔即铸件外部轮廓的形状和尺寸。,模样是铸型的基本工艺装备。模样除了比铸件尺寸大出一个收缩量外，还需带有合箱时方置型芯用的型芯头。,对于有孔和其他中空铸件，需由,型芯,来获得。用于制造型芯的工艺装备称为,芯盒,。而由芯盒制造的型芯决定了铸件内部轮廓形状和尺寸。,考虑到金属的收缩，芯盒的尺寸比铸件的尺寸大一个收缩量。,模样,芯盒,芯子,（,2,）型（芯）砂的制备,砂型铸造中，由型（芯）砂制成的铸型或型芯应具有良好的耐热性、透气性、退让性，以及良好的成型性和足够的强度。,型砂是由,原砂,（石英砂等）,、粘接剂,（粘土、水玻璃或树脂等）、,附加材料和水,等按一定比例混制而成的混合料。其中原砂是型砂组成中的基本部分。原砂主要成分是石英（,SiO,2,）。,粘结剂的作用是使原砂颗粒粘结在一起。砂型铸造的粘结剂分为无机粘结剂（包括粘土、膨润土、水玻璃）和有机粘结剂（包括植物油、树脂等）。,型砂制备,是根据对型（芯）砂的性能要求，将一定配比的各种成分通过混碾等操作，使之成为成分均匀和松散的符合造型和制芯要求的型（芯）砂。,3,砂型铸造的的基本过程,（,1,）造型（制芯）,用造型（制芯）混合料及模样（芯盒）等工艺装备制造铸型（砂芯）的过程称为造型制芯）。砂型需要借助模样来成形，铸件上的孔和空腔靠型芯形成。,造型方法有,手工造型,和,机器造型,两类。,手工造型,是指用手工完成向砂箱填砂、紧实型砂、起模及合箱等基本操作的造型过程。,操作灵活，工艺装备简单，适应性强，适用于各种形状、大小的铸件，可制作复杂的铸件，单件、小批量生产时成本低。,劳动强度高，对工人技术要求高，生产效率低，铸件质量不稳定。,主要用于单件、小批量生产和大型铸件生产。,机器造型,主要是利用机器代替人工完成填砂、紧实和起模等工作。,机器造型生产效率高，砂型质量好，铸件质量好。,设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长，使适用于中、小型铸件的成批或大量生产。,（,2,）合箱,合箱是将,砂型,和,砂芯,按要求组合在一起成为铸型的过程。合箱是制备铸型的最后工序，也是砂型铸造生产中的重要环节。,（,3,）浇注,为了获得合格的铸件，需要根据合金的种类、铸件的结构和铸型的特点控制浇注温度和浇注速度。,（,4,）落砂和清理、检验,铸件在砂型中冷却到一定温度后，需要从砂型中取出，去除铸件表面和内腔中的型砂和芯砂的工艺过程称为,落砂,。,落砂后的铸件需要依靠锯床或气割等方法去除浇冒口，清除铸件内外表面的粘砂、披缝和毛刺等，并通过喷丸处理提高铸件的表面质量。清理好的铸件在经过表面和内在质量检验合格后就可以入库并交付用户。,名称,缺陷特征,产生原因分析,名称,缺陷特征,产生原因分析,浇不到,铸件残缺或轮廓不完整，边角圆且光亮,流动性差，浇注温度低,铸件设计不合理，壁太薄,浇时断流或浇注速度过慢,浇注系统截面过小,裂纹,在铸件转角处或厚薄壁交接处条状裂纹,铸件壁厚不均匀，收缩不一致,合金含硫和磷过高,型（芯）砂的退让性差,浇注温度过高,冷隔,边缘呈圆角状的缝隙,铸件壁过薄,合金流动性差,浇注温度低、浇注速度慢,缩孔,最后凝固处形状不规则的孔洞、内腔极粗糙,铸件结构设计不当，有热节,浇注温度过高,冒口设计不合理或冒口过小,错型,铸件在分型面处发生错移,合型时定位不准,造型时上、下模有错移,上、下型未夹紧,定位销或记号不准,气孔,孔洞内表光滑，大孔孤立存在、小孔成群出现,铸型透气性差，紧实度过高,铸型太湿、起模涮水过多。芯子、浇包未烘干,浇注系统不正确，气体排不出去,砂芯通气孔堵塞,偏芯,铸件内孔位置、形状和尺寸发生偏移,芯子变形,下芯时位置不准确,砂芯固定不良，浇注时被冲偏,砂眼,内部或表面带有砂粒的孔洞,型砂的耐火性差,浇注温度太高,型砂紧实度不够，型腔表面不致密,变形,铸件发生弯曲或扭曲变形,落砂过早或过晚,铸件壁厚不均匀,铸件形状设计不合理,粘砂,表面或内腔附有难以清除的砂粒,4,、手工造型,常用方法,：整模,造型,、两箱,造型,、三箱,造型,、分模,造型,、,活块造型、刮板造型、挖砂造型等,；,按砂箱分,：两箱、三箱、地坑、脱箱、劈箱等；,按模型分,：分模、活块、控砂、刮板、假箱等；,1,）整模造型,型腔在同一砂箱中，不会产生错型缺陷，操作简单；适宜于一端为最大截面且为平面的铸件。,整模造型,2,）分模造型,模样在最大截面处分开，型腔位于上、下型中，操作较简单；适宜于最大截面在中部的铸件。,分模造型,安放铸模,-,套下箱,-,撒防粘材料,-,盖上面砂,-,铲填背砂,-,用尖头砂冲舂砂,-,用平头砂冲舂砂,-,刮去多余型砂,-,翻转下型,-,撒分型砂,-,吹去铸模上的分型砂,-,撒防粘材料,-,加面砂,-,填上型,-,扎通气孔,-,去上型,-,起模,-,挖浇口,-,合箱浇注,.,3,）挖砂造型,整体模样，分型面为一曲面，需挖去阻碍起模的型砂才能取出模样，生产率低；单件生产。,挖砂造型,4,）假箱造型,5,）活块造型,将妨碍起模的部分做成活动的，取出模样主体部分后，再小心将活块取出，造型费工时。,活块造型,6,）刮板造型,刮板造型,7),地,坑,造,型,8),三箱造型,三箱造型,5,、机器造型,震压造型,：通过震击使得砂箱下部的型砂在惯性力作用下紧实，再用压头将砂箱上部松散的型砂压实。,微震压实造型机的紧砂原理是在型砂压实的同时进行微震，所以其紧实度比震压造型的高而且均匀。,高压造型机的压头采用液体加压，每个小压头的行程可随模型的高度自行调节，使砂型各部位的紧实度均匀，且在,压实,的同时还可进行,微震,，它制得的砂型紧实度高、能获得表面粗糙度低、尺寸精度高的铸件、且噪音小，生产率高。,采用,射砂,和,压实,联合的紧砂方法将砂型紧实。这种方法不易产生错箱缺陷，获得铸件的尺寸精度高；生产率高，易于实现自动化。适合于中小铸件成批大量的生产。,抛砂紧实造型,是利用电动机驱动抛砂机头的叶片，连续地将传送带运来的型砂在机头内初步紧实、再靠离心力的作用将已呈团状的型砂快速,(30,60m/s),地抛到砂箱中，如此将型砂逐层紧实。也就是在完成填砂同时进行紧实，其效率高、型砂紧实度均匀，可用于任何批量的大、中型铸件或大型芯子的制造6,、特种铸造（,Special casting processes,）,特种铸造,金属型,铸造,熔模铸造,实型铸造,连续铸造,离心铸造,低压铸造,压力铸造,七种常见的特种铸造方法,（,1,）,熔模铸造,Investment Casting,定义：,在易熔材料（如蜡料）制成的模样上包覆若干层耐火涂料，待其干燥硬化后熔出模样而制成型壳，型壳经高温培烧后即可浇注的铸造方法。,特点,：,可生产形状复杂、轮廓清晰、薄壁铸件；铸件精度高，表面质量好；能够铸造各种合金铸件；生产批量不受限制；工序繁多，生产周期较长，铸件不能太长、太大，铸件成本比砂型铸件高。,应用实例,：,汽轮机、水轮机上小型的,叶片和叶轮,、切削刀具及汽车、拖拉机、船舶、机床和风动工具上的小型零件等。,（,2,）,金属型铸造,Permanent Mold Casting,定义：将液体金属浇注到金属型（铸铁或钢）中获得铸件的方法。因铸型可多次使用，故又称为“,永久型铸造,”或硬模铸造。,金属型的结构：,金属型用铸铁和铸钢制成；铸件的内腔既可用金属型芯、也可用砂芯；主要有整体式、水平分形式、,垂直分形式,和复合分形式。,金属型铸造的工艺特点：,金属型的导热速度快和无退让性，使铸件易产生浇不足、冷隔、裂纹及白口等缺陷。,预热金属型：有利于金属液的充型及铸铁的石墨化过程。生产铸铁件，金属型预热至,250,350,；生产有色金属件预热至,100,250,。,型腔须喷刷耐火涂料：保护其免受金属液直接冲蚀和热击，可调节铸件各部分的冷却速度。,浇注温度应比采用砂型高出,10,20,，铸铁件的壁厚不小于,15mm,，以防白口组织。,金属型铸造的优缺点：,优点,：金属型铸造,一型多铸,，生产率高，劳动条件好；铸件的组织致密、晶粒细小，机械性能高；铸件精度高、表面粗糙度值低。,缺点,：不宜铸造结构复杂、薄壁或大型铸件；铸型寿命短，灰铸铁件铸造时还易于出现白口组织；成本高，周期长，需批量生产。,金属型铸造的应用：,主要用于成批生产铝、铜合金等的中、小型铸件，如活塞、缸体、液压泵壳体、轴瓦和轴套等。,（,3,）压力铸造,(Die Casting),定义：压力铸造是指金属液在,高压下,高速充型，并在压力下凝固的铸造方法，简称,压铸,。,压铸机的种类及工作原理：,压铸机主要由,压射机构,和,合型机构,组成，前者的作用是将金属液体高速高压压入型腔，后者的作用是开合压铸型；,压铸机分,热室压铸机,和,冷室压铸机,两类。,热室压铸机的压室与合金熔化炉连为一体，并浸泡在液体金属中。,冷压室压铸机的,压室,与,熔化炉,是分开的，每次压铸时，要从保温炉中用浇包舀取金属液倒入压室，再进行压铸。,冷压室压铸机可分为,立式,、,卧式,和,全立式,冷室压铸机三种。,注入金属 压铸 抽芯 顶出铸件,卧式冷室式压铸机工作原理图,压铸的特点：,优点,：铸件质量好，尺寸精度高；压铸件的强度和表面硬度较高；生产率操作简便，易于实现自动化。,缺点,：充型速度快，型腔中的空气很难完全排出，且厚壁处也很难补缩,;,压铸件不宜进行热处理或在高温下使用；可压铸的合金种类受到限制；设备投资大，压铸型的制造成本高。,压力铸造的应用：大批量生产有色合金铸件；,注意,：,压铸件应尽量避免机加工，以防内部孔洞外露。,常见的压铸件,汽车压铸件,（,4,）实型铸造,（汽化模铸造,Evaporative pattern casting,或消失模铸造,Lost foam casting,）,采用,聚苯乙烯,发泡材料制得的模型代替木模或金属模，,不用起模,直接将,金属液,浇注到汽化模上，使其燃烧、汽化并形成空腔来容纳金属液，从而获得铸件的方法。,1956,年，美国人斯洛耶（,H F Shroyer,）实验成功实型铸造工艺，并申请了美国发明专利，该专利于,1958,年对外公布；,（,5,）,离心铸造,Centrifugal Casting,定义：将金属液浇入高速旋转的铸型中，在,离心力作用,下充型和凝固的铸造方法。,铸件的各部分冷却速度相同，壁厚均匀。主要用来生产长度大于直径的套、管类铸件。,金属液的自由表面在离心力作用下呈抛物面，主要生产高度小于直径的盘、环类铸件。,离心铸造可以生产几乎所有的,铸造合金铸件,，离心铸件的最小内径可达,8mm,，最大内径可达,8.6m,，离心铸件的最大长度可达,8m,；离心铸件的重量范围从几克至十多吨。,世界上球墨铸铁管总产量的二分之一采用离心铸造生产，还有相当批量的灰口铸铁管也采用离心铸造生产；我国,15,家公司装备了,43,台离心铸造机，离心铸造球墨铸铁管的生产能力达到,85,万吨，,1998,年生产了,40,万吨离心球墨铸铁管，约占铸铁管总产量的,25%,；,铸铁管的离心铸造,新兴铸管有限公司中型离心铸造机,正在拔管,正在浇注,新兴铸管集团有限公司生产的离心铸造球墨铸铁管,徐州新兴铸管集团有限公司生产的离心铸造球墨铸铁管,离心铸造球墨铸铁管,正在安装施工主供水管线,（,6,）,低压铸造,Low pressure Die Casting,低压铸造是采用较压力铸造低的压力（一般为,0.02-0.06 MPa,），将金属液从铸型的底部压入，并在压力下凝固获得铸件的方法。,带保温炉,不带保温炉,1-,坩埚；,2-,升液管；,3-,金属液；,4-,进气管；,5-,密封盖；,6-,浇道；,7-,型腔；,8-,铸型,低压铸造的特点及应用：,1,）浇注及凝固时的,压力容易调整,、适应性强，可用于各种铸型、各种合金及各种尺寸的铸件。,2,）底注式浇注,充型平稳,，减少了金属液的飞溅和对铸型的冲刷，可避免气孔缺陷。,3,）铸件在压力下充型和凝固，其浇口能提供金属液来补缩，因此,铸件轮廓清晰，组织致密,。,4,）低压铸造的,金属利用率高,，约,90%,以上。,5,）设备简单，,劳动条件较好,，易于机械化和自动化。,主要用来铸造一些质量要求高的铝合金和镁合金铸件，如气缸体、缸盖、和高速内燃机的铝活塞等薄壁件。,低压铸造火车车轮示意图,常用铸造方法的比较,作业：,1,、请阐述液态成形的特点、液态成形合金的性能、砂型铸造的生产过程以及常用特种铸造方法。,