金屬液態(tài)成型工藝基礎(chǔ).ppt

1,材料成型基礎(chǔ),講授：劉玉高 電話E-Mail：,2,材料成形技術(shù)主要研究: 各種成形工藝方法本身的規(guī)律性及其在機(jī)械制造中的應(yīng)用； 各種成形方法的工藝過程和成形件的結(jié)構(gòu)工藝性。 簡單說，這門課程是研究獲得零件毛坯的方法。,3,機(jī)械產(chǎn)品的產(chǎn)生過程大致如下：設(shè)計(jì)與制造 （1）設(shè)計(jì): 圖紙 （2）制造: 一般是先用鑄造、壓力加工、焊接、粉末冶金等材料成形方法獲得毛坯； 然后再經(jīng)過機(jī)械加工來獲得合格零件； 而且為了改善零件的機(jī)械性能，常要經(jīng)過熱處理； 最后，將合格零件組合（裝配）到一起便得到所需要的機(jī)械產(chǎn)品。,4,本課程講授的主要內(nèi)容: 鑄造、壓力加工、焊接、毛坯的選擇。 前三部分是研究成形工藝的，每一種成形工藝都包括五方面內(nèi)容：成形原理、成形方法、工藝設(shè)計(jì)、成形件結(jié)構(gòu)工藝性及新技術(shù)新發(fā)展。 毛坯的選擇則主要介紹各類毛坯的特點(diǎn)及應(yīng)用場合、毛坯的選擇原則。,5,學(xué)習(xí)本課程應(yīng)達(dá)到的 基本要求：,掌握各種毛坯成型工藝的基本原理及工藝特點(diǎn)； 能夠初步設(shè)計(jì)一般零件的毛坯結(jié)構(gòu)； 具有選擇毛坯及工藝分析的初步能力。,6,參考教材：,熱加工工藝基礎(chǔ) 主編：任福東 機(jī)械工業(yè)出版社 金屬工藝學(xué) 主編：丁德全 機(jī)械工業(yè)出版社,7,1.金屬的液態(tài)成型,8,1. 金屬的液態(tài)成型 又稱鑄造，它是利用液態(tài)金屬的流動來獲得具有一定尺寸和形狀的鑄件的成型方法。 其生產(chǎn)過程為： 準(zhǔn)備鑄型（造型）將熔融金屬澆入鑄型（澆注）凝固成形落砂清理鑄件,9,10,2.鑄件 鑄造成形所得的毛坯或零件。 3.生產(chǎn)特點(diǎn) （1）成形方便液體的形狀 = 容器的形狀 （2）適應(yīng)性強(qiáng) （3）成本較低 （4）力學(xué)性能特別是沖擊性能較低。,11,4.應(yīng)用場合 （1）形狀復(fù)雜，具有復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯或零件，如發(fā)動機(jī)機(jī)體和缸蓋等。 （2）尺寸大、重量大的零件，如重型機(jī)械零件、機(jī)床床身等。 （3）力學(xué)性能要求不高，或主要承受壓應(yīng)力作用的零件，如各種底座、支架。 （4）特殊性能要求的零件，如內(nèi)燃機(jī)主軸瓦為用嵌鑄生產(chǎn)的雙金屬件。,12,5鑄造方法（液態(tài)成型方法）： 砂型鑄造：應(yīng)用最廣泛的鑄造方法； 特種鑄造：金屬型鑄造；壓力鑄造；離心鑄造；熔模鑄造；低壓鑄造； 新型鑄造方法：陶瓷型鑄造、消失模鑄造、磁型鑄造、真空吸鑄、連續(xù)鑄造。,13,1-1 金屬液態(tài)成型工藝基礎(chǔ),14,合金的鑄造性能：鑄造過程中所表現(xiàn)出來的工藝性能。 包括：氧化性、吸氣性、流動性及充型能力、收縮性和偏析等方面。 良好鑄造性能是指： 熔化時合金不易氧化，熔液不易吸收氣體； 澆注時合金熔液易充滿型腔； 凝固時鑄件不易產(chǎn)生縮孔，且成分均勻(無偏析） 冷卻時鑄件不易發(fā)生變形和開裂。,15,1金屬（合金）的流動性 （1）流動性：指熔融金屬的流動能力，是金屬的主要鑄造性能之一，也是影響充型能力的主要因素之一，是金屬本身固有的屬性。 （2）衡量指標(biāo)：常用“螺旋形試樣”長度來衡量。,16,圖1-1螺旋形流動性試樣 1-模樣 2-澆口杯 3-出氣口 4-試樣凸點(diǎn),17,（3）影響流動性的因素 1）合金的種類：灰鑄鐵的流動性最好，鑄鋼的流動性最差 2）化學(xué)成分的影響：共晶成分的合金流動性最好。,18,（4）合金的充型能力,液態(tài)合金充滿鑄型型腔的能力，考慮鑄型及工藝 因素對熔融金屬的流動性的影響。 1）充型能力對鑄件質(zhì)量的影響 充型能力高-可澆注薄壁及形狀復(fù)雜件，且不易產(chǎn)生夾渣、砂眼、氣孔和澆不足等缺陷； 充型能力低-只能鑄造厚壁及形狀簡單的鑄件，且易產(chǎn)生夾渣、砂眼、氣孔和澆不足等缺陷；,19,2）影響充型能力的因素: （a）合金的流動性 對充型能力影響最大，一般說來，流動性好的合金充型能力較強(qiáng)； （b）工藝條件(澆注條件）的影響 澆注溫度 澆注溫度高，充型能力增強(qiáng) 鑄型的影響 （c）鑄件結(jié)構(gòu),20,2. 合金的收縮性,1.收縮的概念 合金熔液在型腔內(nèi)凝固和冷卻的過程中，所發(fā)生的體積縮小的現(xiàn)象。收縮性是合金的重要鑄造性能之一，它與鑄件的縮孔、縮松、裂紋、變形等鑄造缺陷密切相關(guān)。,21,22,2.影響收縮的因素 （1）化學(xué)成分 （2）澆注溫度：澆注溫度，合金的液態(tài)收縮量。 （3）鑄型條件和鑄件結(jié)構(gòu),23,3.縮孔和縮松,（1）概念 縮孔：鑄件在凝固過程中，由于補(bǔ)縮不良而產(chǎn)生的孔洞，形狀不規(guī)則、孔壁粗糙并帶有枝晶，常出現(xiàn)在鑄件最后凝固的部位。縮孔通常在鑄件的內(nèi)部，有時也可能暴露在上表面，呈明顯的凹坑。 縮松：鑄件斷面上出現(xiàn)的分散而細(xì)小的縮孔。有縮松缺陷的鑄件易產(chǎn)生滲漏。,24,縮孔的形成,25,確定縮孔位置的方法： 畫凝固等溫線法和內(nèi)接圓法,26,縮松的形成,27,（2）防止縮孔和縮松的措施,采取工藝措施，實(shí)現(xiàn)“順序凝固（定向凝固）”。如圖1-5所示鑄件，凝固順序?yàn)槊翱凇?28,29,合理確定澆注系統(tǒng)的引入位置和澆注工藝；,30,冷鐵：冷鐵的作用是對鑄件熱節(jié)部位進(jìn)行激冷（加快熱節(jié)部位的冷卻速度）。一般設(shè)在厚壁處。分外冷鐵和內(nèi)冷鐵兩種。 補(bǔ)貼：為增加冒口的補(bǔ)縮效果，向著冒口沿鑄件斷面逐漸增厚的多余金屬。其作用是擴(kuò)大冒口的有效補(bǔ)縮距離，實(shí)現(xiàn)鑄件的定向凝固 冒口、冷鐵和補(bǔ)貼綜合運(yùn)用是消除縮孔、縮松的有效措施。,合理設(shè)置冒口、冷鐵和補(bǔ)貼,31,32,鑄鋼輪緣加冒口補(bǔ)貼,33,4.鑄造應(yīng)力、變形和裂紋,固態(tài)收縮是鑄件產(chǎn)生鑄造應(yīng)力、變形及裂紋的根本原因。,34,（1）鑄造應(yīng)力 1）鑄造應(yīng)力的產(chǎn)生 鑄件凝固后的固態(tài)收縮受到阻礙，而在鑄件中產(chǎn)生的應(yīng)力。 按產(chǎn)生的原因不同分為熱應(yīng)力、收縮應(yīng)力（機(jī)械應(yīng)力）和相變應(yīng)力。 熱應(yīng)力 由于鑄件壁厚不均勻，各部分的冷卻速度不同，以致在同一時期內(nèi)鑄件各部分的收縮不一致而引起的。,35,收縮應(yīng)力（機(jī)械應(yīng)力）是指鑄件在固態(tài)收縮時，因受到鑄型或型芯的機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力 ，這種應(yīng)力是暫時的，在鑄件清理后便消失。,36,相變應(yīng)力 如碳鋼中的鐵由-鐵轉(zhuǎn)變?yōu)?鐵時體積增大，由-鐵轉(zhuǎn)變?yōu)?鐵時體積減小。因各部分冷卻速度不同，則相變不同時發(fā)生，所以便產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力。,37,2）減小鑄造應(yīng)力的措施,主要措施： 減小鑄件各部分的溫差，使鑄件冷卻均勻，即實(shí)現(xiàn)同時凝固原則； 在鑄件結(jié)構(gòu)方面，壁厚力求均勻，盡量使鑄件各部分能自由收縮，避免受阻收縮； 改善鑄型、型芯的退讓性，減小機(jī)械阻礙； 對重要的鑄件，可進(jìn)行時效處理來消除內(nèi)應(yīng)力。,38,（2）鑄件的變形與防止 鑄造應(yīng)力的釋放過程（應(yīng)力松弛）-帶有殘余內(nèi)應(yīng)力的鑄件是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地變形使殘余應(yīng)力減少而趨于穩(wěn)定。,39,1）變形規(guī)律 對于厚薄不均勻、截面不對稱及具有細(xì)長特點(diǎn)的桿類、板類、箱體類零件，往往產(chǎn)生翹曲變形，變形的規(guī)律是彎向厚壁部分。,40,41,2)防止變形的措施 減小鑄造應(yīng)力； 采取工藝措施：反變形法用人為的反向變形抵消鑄造變形，如圖1-10中雙點(diǎn)劃線為反變形的模型輪廓，虛線為獲得的鑄件的輪廓；,42,鑄件結(jié)構(gòu)方面，可設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)筋以增加鑄件的剛度；,具有一定塑性的鑄件如鑄鋼件，變形后可用機(jī)械方法校正。,43,（3）鑄件的裂紋與防止 當(dāng)鑄造應(yīng)力超過了金屬的抗拉強(qiáng)度時，鑄件便產(chǎn)生裂紋。裂紋是嚴(yán)重的鑄造缺陷。按產(chǎn)生裂紋時的溫度范圍分為熱裂紋和冷裂紋：,44,熱應(yīng)力及裂紋的形成過程,45,1）熱裂紋 熱裂是鑄鋼件（結(jié)晶溫度范圍寬、熔點(diǎn)高）、可鍛鑄鐵（白口）和某些鋁合金（吸氣、氧化嚴(yán)重）鑄件常見的缺陷之一。 防止熱裂的措施： 使鑄件結(jié)構(gòu)合理，盡可能使鑄件壁厚均勻，形成鑄件同時凝固條件，減小熱應(yīng)力；避免鑄件壁十字相交或壁厚突變，減小應(yīng)力集中。 改善鑄型和型芯的退讓性，減小機(jī)械應(yīng)力?？稍诨旌狭现袧B入少量木屑、采用有機(jī)粘合劑（植物油、合成樹脂）配制型芯砂。 減少澆、冒口對鑄件收縮的機(jī)械阻礙（機(jī)械應(yīng)力），內(nèi)澆道的設(shè)置應(yīng)符合同時凝固原則(熱應(yīng)力)。 減少合金中有害雜質(zhì)硫、磷含量，可提高合金的高溫強(qiáng)度。,46,2）冷裂紋 灰鑄鐵、白口鑄鐵、高錳鋼等塑性較差的合金易產(chǎn)生冷裂。塑性好的合金因內(nèi)應(yīng)力可以通過塑性變形而緩解，所以冷裂傾向小。 防止冷裂的措施： 改善鑄件結(jié)構(gòu)，減少鑄型的機(jī)械阻礙-減小鑄造應(yīng)力； 控制鋼、鑄鐵的含磷量（含磷量，冷裂傾向），如鑄鋼的含磷量0.1%，鑄鐵的含磷量0.5%；,47,5.合金的吸氣性,合金在熔煉和澆注時吸收氣體的性能 1.對鑄件質(zhì)量的影響 合金液吸收的氣體如不能逸出而停留在合金液內(nèi)，則使鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷。破壞了合金的連續(xù)性，減少了承載的有效面積，引起應(yīng)力集中，降低力學(xué)性能。 氣孔的特征：氣孔孔壁光滑，形狀較規(guī)則。,48,2.氣孔的產(chǎn)生原因及防止措施,（1）侵入氣孔 產(chǎn)生原因：是由于鑄型表面聚集的氣體侵入合金液而產(chǎn)生的氣孔，主要來自造型材料中的水分、粘結(jié)劑和各種附加物以及澆注時卷入的氣體。 防止措施：鑄型的發(fā)氣量（如用干型）；鑄型的排氣能力；正確設(shè)計(jì)澆冒口系統(tǒng)。,49,（2）析出氣孔 產(chǎn)生原因：溶解于合金液中的氣體在合金凝固過程中，因溶解度下降而析出，鑄件中因此形成析出氣孔。 防止措施：嚴(yán)格控制爐料質(zhì)量、熔煉操作及澆注工藝。如盡量縮短熔煉時間，熔煉時加覆蓋劑，避免劇烈攪拌等；控制合金液的溫度，溫度越高，吸氣性越強(qiáng)。,50,（3