材料液態(tài)成型工藝學(xué)

1、大連理工大學(xué)Dalian University of Technology 資料科學(xué)與工程學(xué)院 張興國(guó) 資料成型工藝學(xué).第六章 鑄型工藝方案確實(shí)定6-1 零件構(gòu)造的鑄造工藝性分析鑄造工藝性： 零件的本身構(gòu)造應(yīng)符合鑄造消費(fèi)的要求，既便于整個(gè)鑄造工藝過(guò)程的順利進(jìn)展，又利于保證產(chǎn)品的質(zhì)量。作用： 1.審查零件構(gòu)造能否符合鑄造消費(fèi)的工藝要求； 2.在既定的零件構(gòu)造條件下，思索在鑄造過(guò)程中能夠出現(xiàn)的主要缺陷，在工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)采取的工藝措施。一、從防止缺陷方面審查零件構(gòu)造的合理性1.鑄件應(yīng)有合理的壁厚最小壁厚：一定條件下鑄造合金能充溢鑄型的最小壁厚。 鑄件的設(shè)計(jì)壁厚應(yīng)不小于最小壁厚 。.臨界壁厚：當(dāng)鑄件的壁

2、厚超越臨界壁厚時(shí)，鑄件的力學(xué)性能并不按比例隨鑄件厚度的添加而添加，反而是顯著地下降。 因此，設(shè)計(jì)鑄件壁需求留意的問(wèn)題是： 1)為防止出現(xiàn)冷隔和澆缺乏缺陷，鑄件應(yīng)有一定的壁厚； 2)外形尺寸大、構(gòu)造復(fù)雜、合金流動(dòng)性差的鑄件,鑄件壁厚應(yīng)適當(dāng)加大； 3)厚壁會(huì)添加鑄件的分量和金屬的耗費(fèi)，而且易產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。另外，厚壁鑄件凝固慢，會(huì)呵斥晶粒粗大、力學(xué)性能降低。最好的方法是采用加強(qiáng)筋； 4)對(duì)灰鑄鐵件，最小壁厚的選擇應(yīng)防止出現(xiàn)白口思索澆注條件和孕育條件。一、從防止缺陷方面審查零件構(gòu)造的合理性.表6-1 不同合金的臨界壁厚合 金種 類(lèi)牌 號(hào)重 量(kg)0.1-2.52.5-1010灰鑄鐵HT10

3、0,HT1508-1010-1520-25HT200,HT25012-1512-1512-18HT30012-1815-1825HT35015-2015-2025球 鐵QT400-15,QT450-101015-2050QT500-7,QT600-314-1818-2060碳 鋼ZG200-400,ZG230-4501520-鋁合金6-106-1210-14.采用加強(qiáng)筋減小鑄件壁厚壁厚15-2020-3030-5050-70相對(duì)強(qiáng)度1.00.90.80.7表6-2 灰鑄鐵相對(duì)強(qiáng)度的變化壁厚單位:mm. 鑄件壁銜接處會(huì)構(gòu)成熱節(jié)，易呵斥縮孔、縮松和應(yīng)力集中。 設(shè)計(jì)時(shí)需留意： 1)壁厚應(yīng)該力求均勻；

4、 2)鑄件壁冷卻均勻； 3)鑄件壁厚發(fā)生變化處應(yīng)逐漸過(guò)渡； 4)筋條應(yīng)該錯(cuò)開(kāi)陳列。2. 鑄件壁的銜接應(yīng)逐漸過(guò)渡.2. 鑄件壁的銜接應(yīng)逐漸過(guò)渡.2. 鑄件壁的銜接應(yīng)逐漸過(guò)渡.一、從防止缺陷方面審查零件構(gòu)造的合理性 3構(gòu)造圓角的設(shè)計(jì) 鑄件壁的轉(zhuǎn)角處普通要設(shè)計(jì)出構(gòu)造圓角。鑄件壁的直角銜接易呵斥銜接處的金屬堆積，構(gòu)成大的熱節(jié)。而內(nèi)側(cè)的散熱條件差，往往會(huì)呵斥縮孔、縮松；在載荷的作用下，直角內(nèi)側(cè)往往產(chǎn)生應(yīng)力集中，內(nèi)側(cè)實(shí)踐接受的應(yīng)力比平均應(yīng)力大得多；假設(shè)采用直角銜接，在一些合金凝固的過(guò)程中將構(gòu)成垂直于鑄件外表的柱狀晶。因結(jié)晶的方向性，在轉(zhuǎn)角的對(duì)角線上構(gòu)成整齊的分界面。由于分界面上雜質(zhì)、缺陷較多，使轉(zhuǎn)角處成為

5、鑄件的薄弱環(huán)節(jié)，在集中應(yīng)力作用下很容易產(chǎn)生裂紋。.3. 構(gòu)造圓角的設(shè)計(jì) 當(dāng)鑄件壁采用圓角構(gòu)造時(shí)，可以消除應(yīng)力集中，破壞了柱狀晶的分界面，明顯提高轉(zhuǎn)角處的力學(xué)性能，也防止了縮孔、縮松和裂紋的產(chǎn)生。 圓角構(gòu)造還有利于外型，澆注時(shí)可防止熔融金屬對(duì)鑄型的沖刷，減少砂眼和粘砂缺陷的發(fā)生。.3. 構(gòu)造圓角的設(shè)計(jì)不合理合理不合理 合理.3. 構(gòu)造圓角的設(shè)計(jì).4. 內(nèi)壁厚度應(yīng)小于外壁 鑄件內(nèi)部的筋和壁，散熱條件較差。因此，鑄件的構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)使內(nèi)壁比外壁薄一些，以便使整個(gè)鑄件能均勻地冷卻，防止產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和裂紋。 普通地，當(dāng)鑄件外壁、鑄件內(nèi)壁和筋的厚度按1:0.8:0.6設(shè)計(jì)時(shí)，可以保證各部位冷卻速度均勻一致。.4

6、. 內(nèi)壁厚度應(yīng)小于外壁內(nèi)、外壁厚相差值約為10-30是合理的。.5. 壁厚應(yīng)力求均勻 鑄件各部位壁厚假設(shè)相差太大，厚壁處會(huì)產(chǎn)生金屬部分積聚構(gòu)成熱節(jié)，凝固收縮時(shí)在熱節(jié)處構(gòu)成縮孔、縮松缺陷。此外，各部位冷卻不均勻，易構(gòu)成熱應(yīng)力，致使鑄件在薄壁和厚壁銜接處產(chǎn)生裂紋。因此，在進(jìn)展鑄件構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做到壁厚力求均勻。.5. 壁厚應(yīng)力求均勻 .6. 防止程度大平面 假設(shè)鑄件有大的程度空腔存在，當(dāng)液體金屬上升到該位置時(shí)，由于斷面忽然擴(kuò)展，上升速度緩慢，高溫金屬液較長(zhǎng)時(shí)間烘烤頂部型面，極易呵斥夾砂、澆缺乏等缺陷，同時(shí)也不利于金屬夾雜物和氣體的排除。因此，應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成傾斜壁。.6. 防止程度大平面 .7. 有利于

7、順序凝固 有的鑄件因任務(wù)需求，構(gòu)造設(shè)計(jì)上呵斥壁厚不均勻和部分厚度較大，而且合金的體收縮又比較大，這時(shí)很容易構(gòu)成縮孔和縮松缺陷。因此，應(yīng)仔細(xì)審查零件構(gòu)造實(shí)現(xiàn)順序凝固的能夠性，使之便于安放冒口、冷鐵，以防止出現(xiàn)縮孔、縮松缺陷。.8. 鑄件構(gòu)造應(yīng)能防止熱裂和變形 閱歷闡明，某些壁厚均勻的細(xì)長(zhǎng)鑄件、較大面積的平板鑄件，及某些壁厚不均勻的長(zhǎng)形箱體類(lèi)鑄件，如床身類(lèi)鑄件，都會(huì)產(chǎn)生翹曲變形。 前兩者產(chǎn)生翹曲變形的主要緣由是：鑄件構(gòu)造剛度差，鑄件各面冷卻條件的差別所引起的不大的內(nèi)應(yīng)力使其變形。 后者主要是壁厚差別大，厚壁處冷卻慢，薄壁處冷卻快，引起較大的內(nèi)應(yīng)力促使鑄件產(chǎn)生變形。 鑄件變形可以采用改良鑄件構(gòu)造、設(shè)

8、置加強(qiáng)筋提高剛性、人工時(shí)效、采用反變形等方法予以處理。.8. 鑄件構(gòu)造應(yīng)能防止熱裂和變形 .8. 鑄件構(gòu)造應(yīng)能防止熱裂和變形 .鑄造方法與鑄件構(gòu)造砂型鑄造金屬型鑄造熔模鑄造壓力鑄造離心鑄造擠壓鑄造 鑄 件 形 狀可以很復(fù)雜不宜太復(fù)雜可較復(fù)雜不宜太復(fù)雜限中空回轉(zhuǎn)體不宜太復(fù)雜鑄 件大 小不限制中小件100kg中小件3鑄鐵3鑄鋼6鋁合金2-3，灰鑄鐵4，鑄鋼50.5鋁合金0.5鋅合金0.4銅合金0.8比同類(lèi)重力鑄造薄2-5拔 模斜 度最小15普通10鋁合金15鋅合金150mm時(shí)，h=(1.5-1.8)D, 或h=(1.5-1.8)H,lL, 2)采用芯撐或輔助砂芯。當(dāng)L1.2 D或L1.2 H時(shí)，應(yīng)

9、采用芯撐或輔助砂芯，使其安放結(jié)實(shí)。 .3)采用挑擔(dān)砂芯 將兩個(gè)或幾個(gè)一樣鑄件的砂芯串聯(lián)起來(lái)，使懸臂砂芯安放結(jié)實(shí)。懸臂芯頭 .常用的懸臂芯頭構(gòu)造 .芯頭尺寸的驗(yàn)算普通情況下，小砂芯和中等尺寸的砂芯，作用在芯頭上的重力和浮力不大，因此，不用驗(yàn)算芯頭的尺寸承壓面積。但是，對(duì)于分量大或者是金屬液體的浮力較大而芯頭的尺寸顯得太小的砂芯，為了確保鑄件的質(zhì)量，在按閱歷數(shù)據(jù)初步確定芯頭的尺寸后，應(yīng)該驗(yàn)算芯頭的承壓面積。.芯頭尺寸的驗(yàn)算驗(yàn)算步驟為：1.計(jì)算砂芯所受的重力及浮力 G=G1+G2N式中： G-砂芯重力； G1芯砂重力； G2芯骨重力砂芯所遭到的浮力與砂芯在砂型中的位置、砂芯的外形、尺寸以及澆注系統(tǒng)類(lèi)

10、型等有關(guān)。如下圖，當(dāng)金屬液上升到A-A斷面時(shí)的浮力最大：F=/4D12-D22gh.式中：F砂芯所受浮力N；D1-砂芯直徑m；D2-下芯頭直徑m；H-砂芯受浮力作用的高度m；g-重力加速度m/s2；-金屬液密度kg/m32)計(jì)算各芯頭所接受的最大壓力如下圖中下芯頭較大，無(wú)需驗(yàn)算。由于沒(méi)有程度芯頭， 所以，上芯頭所遭到的最大壓力等于砂芯所受最大浮力減去砂芯分量。設(shè)兩個(gè)上芯頭位置對(duì)稱(chēng)，其所受壓力可視為相等，于是，每個(gè)芯頭上的最大壓力為p；P=F-G/2NF=/4D12-D22gH芯頭尺寸的驗(yàn)算.3)計(jì)算芯頭所需的承壓面積： A上=1.3-1.5P/bc= 1.3-1.5( F-G /2bccm2式中，A上每個(gè)上芯頭的橫截面積cm2； 1.3-1.5平安系數(shù)； bc芯座的允許抗壓強(qiáng)度M