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工程材料及其成形技术基础课件



容积较大的孔洞称为缩孔; 细小而分散的孔洞称为缩松。
②危害

减少铸件的有效受力面积,使其承载能力和气密性 等使用性能下降。
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(1)缩孔的形成


逐层凝固的纯金属或 共晶成分的(结晶温 度范围窄)合金,凝 固易形成集中缩孔。 缩孔总是在铸件最后 凝固的部位形成,即 是在铸件的厚大处。
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(2)缩松的形成


为使模样容易地从铸型中脱出,平行于起 模方向在模样的斜度,称为起模斜度。 起模斜度大小

立壁愈高,斜度愈小; 外壁斜度比内壁小; 机器造型的一般比手工造型的小; 金属模斜度比木模小。
一般外壁为15′—3°,内壁3°~10°。
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3)铸造圆角 ——铸件上壁和壁的交角应做成圆弧 转角过渡 圆角半径值一般取两相交壁平均厚 度的1/3~ 1/2

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铸造的方法很多,包括: 砂型铸造 应用最广,占90%以上 特种铸造
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§7.1 砂型铸造

基本生产过程
砂型典型结构
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7.1.1 造型方法
1、 手工造型
按模样划分 (1)整模造型 (2)挖砂造型 (3)活块造型 (4)分模造型 (5)刮板造型 按砂箱划分 (1)两箱造型 (2)三箱造型 (3)脱箱造型 (4)地坑造型
(1)适应性特别广 (2)可以获得任何形状复杂铸件 (3)铸件的大小几乎不受限制 (4)成本较低 、设备简便。
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应用(以重量计算)


铸件占汽车重量的40%; 铸件占切削机床的80%; 农业机械、矿冶机械的50%以上
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缺点: 1)铸件和同样尺寸的锻件和焊接件相比, 铸件承载能力不如锻件和焊接件; 2)铸造生产工艺过程比较多,劳动强度 大,劳动条件也很差。铸件质量不容易 稳定,常会出现各种缺陷。如:各种孔 眼类、缩孔、缩松及组织粗大、变形、 开裂等等。容易出现废品。
• 热应力 ——由于铸件壁厚不均匀,冷速不一 致而引起。 这种应力当落砂后仍然存在
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收缩应力(机械应力)
——因铸型、型芯或浇冒口的阻碍而引 起。
这种应力在铸件开箱去芯后便可消 失,但在铸型中能与热应力共同起作用。
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消除和减少铸造应力措施
铸件设计:壁厚均匀;形状对称;圆角过渡等 铸造工艺


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本章内容


概 述 7.1 砂型铸造 7.2 特种铸造 7.3 金属或合金铸造性能 7.4 铸件结构工艺性 7. 5 常用合金铸件的制造
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概 述
• 概念
——是将液态的合金浇注到与零件的形状、 尺寸相适应的铸型空腔中,待其冷却、凝固,以 获得零件或毛坯的一种生产方法。

铸造成形优点:
铸型热导率过大 型腔结构复杂 铸型温度过低 铸型中气体过多
(4)铸件的结构
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7.3.2 铸件的凝固与收缩
1、铸件的凝固方式 三种: 逐层凝固 糊状凝固 中间凝固
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2、合金的收缩
概念 :在凝固和冷却过程中,其体积和尺 寸减少的现象。
(1)收缩过程三阶段



液态收缩 凝固收缩 固态收缩 总收缩: 三者之和
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1、铸件偏析 区域偏析:是指铸件的整个断面的各部位成分不 一致的现象。 分为正向偏析和逆向偏析。 正向偏析:熔点低的组元集中分布在铸件的中心 或上部区域,含量从先凝固区到后凝固区逐渐递 增;逆向偏析反之。 消除办法:均匀化退火无法消除,以预防为主。 选用成分合适的铸造合金,合理的铸件结构,如 避免大断面以及选择适当的冷速。
◎采用“同时凝固原则” 浇道开在薄壁处或使用多而小的浇道 在薄壁处开溢流冒口 厚大处安放冷铁 ◎改善型砂、芯砂的退让性

热处理:去应力退火(人工时效)
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(2)铸件的变形
——因残余应力的松弛。
防止措施:


铸件设计:壁厚均匀;形状对称 铸造工艺
采用“同时凝固原则”

反变形
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(3)铸件的裂纹
产生原因:б >б b 按形成温度的不同: 热裂 冷裂
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(2)液态收缩和凝固收缩
表现为合金体积的缩小。 它是铸件产生缩孔和缩松的根本原因。
(3) 固态收缩
引起的体积缩小表现为铸件外形尺寸的变化。 它是铸件产生应力、变形和裂纹的根本原因。
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3、缩孔和缩松
①概念

合金的液态收缩和凝固收缩时,由于补缩不足,使 铸件的最后凝固部位出现孔洞。
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3、铸造工艺简图绘制
铸造工艺简图:


利用各种工艺符号,把制造模样和铸造所需的资料 直接绘在零件图上的图样。 它决定了铸件的形状、尺寸、生产方法和工艺过程。
1)铸造工艺图的绘制 铸造工艺简图通常是在零件蓝图上加注红、蓝 色的各种工艺符号,把分型面、加工余量、起 模斜度、芯头、浇冒口系统等表示出来,铸件 线收缩率可用文字说明。
亚共晶成分或过共晶成 分的合金,凝固时形成 大量细小分散的缩孔, 就是缩松。 缩松常分布在铸件壁的 (3 中心区域、厚大部位、 冒口根部和内浇口附近。

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(3)缩孔和缩松的防止
采用“顺序凝固”
• 在铸件可能产生缩孔的厚大部分增设冒口
加压补缩
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4、铸造应力、变形和裂纹
(1)铸造应力 按产生原因的不同: 热应力 收缩应力
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2、压铸的优点
生产率高,易实现自动化 铸件质量高,性能好 可生产带嵌件的铸件
3、压铸的缺点
设备投资大,成本高,只适合于大批量生产 难生产高熔点铸件 不能避免气孔和缩松等缺陷 铸件不能热处理和在高温下使用
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7.2.4 低压铸造
1、工艺过程
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2、低压铸造的特点和应用 优点: (1)压力易调整,适用于各种铸型、合金及 尺寸的铸件 (2)能减少金属的飞溅和对型腔的冲刷,避 免针状孔 (3)铸件轮廓清晰、组织致密 (4)劳动条件好,易于自动化 缺点: 升液管寿命短,保温过程中金属液易氧化 应用: 质量要求高的铝合金、镁合金铸件
主要内容


确定铸造方案(浇注位置、分型面) 确定工艺参数(加工余量、收缩率和起模斜 度,设计砂芯等) 绘制铸造工艺图和标注符号 编制工艺卡和工艺规范等。
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1 铸件浇注位置和分型面的选择
1)浇注位置的选择 选择原则:(三下一上) ①铸件的重要加工面应朝下或位于侧面。
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②铸件宽大平面应朝下。
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挖砂造型
①挖砂造型工艺特征 模样做成整体,挖砂造 型—定要挖到模样的最 大截面处。分型面应平 整光滑,坡度不能太陡, 以便于顺利地开箱。 ②挖砂造型工艺过程 ③挖砂造型的特点 要求工人的操作水平较 高,且操作麻烦,生产 率低,只适用于单件小 批量生产。
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活块造型
①活块造型的工艺特征
将整体模或芯盒侧面的伸出 部分做成活块,起模或脱芯后, 再将活块取出。活块用销子或 燕尾榫与模样主体联接。
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②尽量将铸件重要加工面或大部分加工面、 加工基准面放在同一个砂箱中。
③使型腔和主要 芯位于下箱,便 于下芯、合型和 检查型腔尺寸。
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2、铸造工艺参数确定
1)加工余量



铸件为进行机械加工而加大的尺寸称为 机械加工余量。 留加工余量地方 在零件图上标有加工符号的地方 不铸出的孔和槽
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2)起模斜度
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地坑造型
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2、机器造型
机器造型实质:由机器代替手工紧砂和起模 (1)紧砂方法 震压造型 微震压造型 高压造型 抛砂造型 射砂造型
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微震压造型
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高压造型
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抛砂造型
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射砂造型
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(2)起模方法
①顶箱起模
②漏箱起模 ③翻转起模
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7.1.2 砂型铸造工艺

模样沿最大截面处分为两个半 模,并将两个半模分别放在上、下 箱内进行造型,依靠销钉定位。分 型面一般是一个平面,根据铸件形 状分型面也可为曲面、阶梯面等。 ②分模造型的主要过程 ③分模造型的特点 型腔分别处在上型和下型中, 因模样高度降低,起模、修型都比 较方便。要特别注意使上型对准下 型并紧固,以免产生错箱,影响铸 件质量,增加清理工时。
连续铸造
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7.2.8
实型铸造
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7.2.9 V法铸造
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§7.3 金属或合金的铸造性能
7.3.1 金属或合金充型能力 充型能力:


概念:液态合金充满型腔,并获得 形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。 充型能力不足产生铸造缺陷:冷 隔、浇不足 影响因素 液态合金的流动性(内因) 铸型及工艺因素(外因)
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4)收缩余量 为了补偿收缩,模样比铸件图纸尺寸增 大的数值称收缩余量。 通常

灰铸铁的线收缩率为0.7%~ 1.0% 铸钢为1.6%~ 2.0% 有色金属为1.0%~ 1.5%
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5)芯头


芯头指型芯的外伸部 分,用以定位和支撑 型芯。 模样上用以在型腔内 形成芯座并放置芯头 的突出部分也称芯头。
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7.2.5 离心铸造
(1)基本方式
立式 (环、套类零件) 卧式 (筒、管类零件)

(2)转速确定 一般:250—1500r/min (3)铸造特点及应用
①不需型芯生产空心铸件; ②铸件力学性能好; ③可生产“双金属”铸件; ④金属利用率高; ⑤内孔尺寸不精确。
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7.2.6 陶瓷型铸造
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7.2.7
方案二
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§7.2 特种铸造 7.2.1熔模铸造
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