第二節(jié)凝固成形工藝

1、第五章第五章 凝固成形工藝凝固成形工藝 材料成形技術(shù)基礎(chǔ) 主要內(nèi)容： 凝固成形概述 凝固成形用金屬材料 液態(tài)金屬的獲得 凝固成形方法 凝固成形件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)在凝固成形中的應(yīng)用 第一節(jié) 凝固成形概述 凝固成形俗稱鑄造，將金屬熔化成 液態(tài)后澆注入與擬成形的零件形狀及尺寸 相適應(yīng)的模型空腔中，帶液態(tài)金屬冷卻凝 固后將鑄型打開（或破壞）取出所形成的 鑄件毛坯。 具有極高的隨意性和綜合經(jīng)濟(jì)性，在 機(jī)械產(chǎn)品中所占比例極大。 第二節(jié) 凝固成形用金屬材料 凝固成形金屬材料稱為鑄造合金： 鑄鐵 鑄鋼 鑄造有色合金 2-1鑄鐵分類 鑄鐵(c%2.11%): 1.按碳的存在形式分：按碳的存在形式分： 白口鑄鐵

2、白口鑄鐵：碳以Fe3C形式存在，斷口銀白 色，有大量共晶Ld； 灰口鑄鐵灰口鑄鐵：碳多以石墨形式存在，斷口灰色， 應(yīng)用最廣，分四類(石墨形態(tài)不同）： 普通灰鑄 鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵； 麻口鑄鐵麻口鑄鐵：碳部分為石墨，部分為Fe3C， 斷口黑白相間的麻點(diǎn)。 2.按化學(xué)成分分：按化學(xué)成分分：普通鑄鐵、合金鑄鐵 2-2 灰口鑄鐵 一一. 普通灰鑄鐵普通灰鑄鐵 組織組織：金屬基體(F或P)片狀石墨 性能性能：抗拉強(qiáng)度、彈性模量低于鋼，塑性幾為零， 脆性材料；不可鍛和沖壓、焊接成形性能差，優(yōu) 良的鑄造及機(jī)加工性能； 減震性是鋼的10倍左右； 的減磨性能； 缺口敏感性遠(yuǎn)低于鋼； 牌號(hào)牌號(hào)：HT

3、 ，三位數(shù)字為最低抗拉強(qiáng)度。 二二.球墨鑄鐵球墨鑄鐵 (球鐵球鐵) 組織：組織：金屬基體球狀石墨 性能：性能：力學(xué)性能優(yōu)于普通灰鑄鐵，可承受 不大的沖擊載荷，良好的鑄 造性、減磨性和缺口敏感性。 牌號(hào)：牌號(hào)：QT； 例如： QT400-18 ，最低抗拉 強(qiáng)度為400MPa，最低伸長(zhǎng)率18。 三三.蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 組織：組織：石墨為短片狀，類似蠕蟲。 性能：性能：力學(xué)性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵 之間， 導(dǎo)熱性、抗高溫生長(zhǎng)及抗氧 化性比其它鑄鐵好。 牌號(hào)：牌號(hào)：RuT，三位數(shù)字表示最低 抗拉強(qiáng)度。 四四.可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 組織：組織：石墨呈團(tuán)絮狀 性能：性能：強(qiáng)度和韌性較灰鑄鐵高，伸長(zhǎng)率最高可 達(dá)

4、12 牌號(hào)：牌號(hào)：KTH：黑心可鍛鑄鐵 KTZ ：珠光體可鍛鑄鐵 KTB ：白心可鍛鑄鐵（三 種鑄鐵退火方法不同） 前三位數(shù)字為最低抗拉強(qiáng)度（MPa）；后 二位數(shù)字為最低伸長(zhǎng)率（） 2-3 鑄鋼及有色合金 一一.鑄鋼鑄鋼 按化學(xué)成分分按化學(xué)成分分：鑄造碳鋼、鑄造合金鋼 性能性能：綜合力學(xué)性能好于各類鑄鐵，強(qiáng)度高、 優(yōu)良的塑性和韌性； 良好的焊接性能，鑄造性能差于鑄鐵， 必須進(jìn)行熱處理。 牌號(hào)：牌號(hào)：ZG；前組數(shù)字為屈服強(qiáng) 度，后組為抗拉強(qiáng)度 二二.有色合金有色合金 常用的有鋁合金、銅合金、鎂合金、鋅合金 1.鋁合金：鋁合金：密度小，強(qiáng)度高，澆注溫度低、熔化 潛熱大、流動(dòng)性好 牌號(hào)：ZL 2.銅

5、合金：銅合金：良好耐磨性及好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、 耐蝕性好 第三節(jié) 液態(tài)金屬的獲得 合格、高質(zhì)量液態(tài)金屬的三要求： 具有所需要的溫度 雜質(zhì)含量低 具有所要求的化學(xué)成分 一一. 鑄鐵合金的熔煉鑄鐵合金的熔煉 常用設(shè)備有：沖天爐、反射爐、電弧爐、工頻 爐等 沖天爐熔煉：通過焦炭的燃燒放熱使固體金屬 爐料熔化并過熱后成為液態(tài)金屬 二二. 鑄鋼合金的熔煉鑄鋼合金的熔煉 常用平爐、電弧爐、感應(yīng)電爐熔煉 三三. 有色合金的熔煉有色合金的熔煉 對(duì)設(shè)備要求： 有利于金屬爐料的快速熔化和升溫， 熔煉時(shí)間短，合金純凈； 電能消耗率低，熱效率高，減少污 染； 操作簡(jiǎn)單，爐溫便于調(diào)節(jié)控制。 常用“坩堝”加熱、及感應(yīng)電爐

6、。 第四節(jié) 凝固成形方法 將液態(tài)金屬充填道與形狀和尺寸相適應(yīng) 的鑄型空腔中，待其冷卻凝固，以獲得所 需形狀的零件毛坯 常用方法： 砂型鑄造 金屬鑄造 壓力鑄造 低壓鑄造 離心鑄造 熔模鑄造 41 砂型鑄造砂型鑄造 一種最基本的鑄造方法，其工藝過程有 制造模型和芯合、混砂、造型和造芯、烘干 合箱、熔化幾個(gè)步驟。 一、工藝設(shè)計(jì)：一、工藝設(shè)計(jì)： 確定鑄造工藝方案： 首要考慮：澆注位置的選擇、鑄型分 型面的的選擇 還應(yīng)注意：機(jī)械加工余量、拔模斜度、 鑄件收縮率、冒口位置及尺寸等等 繪制鑄造工藝圖：(例如圖) 砂型鑄造工藝流程 二二. 造型和制芯準(zhǔn)備造型和制芯準(zhǔn)備 型砂和芯砂由原砂、粘結(jié)劑、水及其它附

7、加物混制 分為：粘土砂、水玻璃砂、樹脂砂 二氧化碳硬化法硬化水玻璃 三三. 砂型鑄造的特點(diǎn)砂型鑄造的特點(diǎn) 1. 適用面最廣，幾乎使用所有零部件 2. 分為手工鑄造、和機(jī)器鑄造，后者精 度高、質(zhì)量好、可批量生產(chǎn) 3.鑄件組織晶粒粗大，易成分偏析 4.表面粗糙度較高 4 42 2 金屬型鑄造金屬型鑄造 將金屬液澆注到金屬鑄型中，待其冷 卻后獲得鑄件的方法叫金屬型鑄造。由于 金屬型能反復(fù)使用很多次，又叫永久型鑄 造。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1.一型多鑄，提高生產(chǎn)率，易于實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)化 2.鑄件尺寸精度高，表面光潔 3.改善勞動(dòng)條件，節(jié)省造型材料 4.成本高、周期長(zhǎng)、且不適宜于復(fù)雜鑄 件和薄鑄件 主要用于：鋁、

8、銅、鎂等有色金屬鑄件 4 43 3 壓力鑄造壓力鑄造 壓力鑄造是在專用設(shè)備壓鑄機(jī)上進(jìn)行 的一種鑄造。即在高速、高壓下將熔融的 金屬液壓入金屬鑄型，使它在壓力下凝固 獲得鑄件的方法。 壓鑄工藝過程壓鑄工藝過程 4 44 4 低壓鑄造低壓鑄造 低壓鑄造是采用較壓力鑄造低的壓力 （一般為0.030.07Mpa），將金屬液從 鑄型的底部壓入，并在壓力下凝固獲得鑄 件的方法 帶保溫爐 不帶保溫爐 1-坩堝；2-升液管；3-金屬液；4-進(jìn)氣管；5-密封蓋； 6-澆道；7-型腔；8-鑄型 4 45 5 熔模鑄造熔模鑄造 熔模鑄造又名“失蠟法鑄造”，是采 用易熔的蠟質(zhì)材料制成模型，然后用造型 材料將其包覆若干

9、層，待其干燥硬化后將 蠟?zāi)Ｈ刍@得無分型面的殼型，經(jīng)烘干后 澆注金屬液而獲得鑄件的鑄造方法。 蠟?zāi)ｈT造工藝流程：蠟?zāi)ｈT造工藝流程： 蠟?zāi)Ｖ圃旖Y(jié)殼澆注焙燒脫模 脫蠟和造型脫蠟和造型 4 46 6 離心鑄造離心鑄造 離心鑄造是將金屬液澆入高速旋轉(zhuǎn) （2501500r/min）的鑄型中，并在離心 力作用下充型和凝固的鑄造方法。其鑄型 可以是金屬型，也可以是砂型。既適合制 造中空鑄件，也能用來生產(chǎn)成形鑄件。 4-7 4-7 幾種常用凝固成形方法評(píng)價(jià)幾種常用凝固成形方法評(píng)價(jià) 第五節(jié) 凝固成形件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一一.鑄件工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求鑄件工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求 1.鑄件外形應(yīng)便于取出； (1)避免外部側(cè)凹； (2)分型面盡量平直; (3)改進(jìn)凸臺(tái)、筋條結(jié)構(gòu). 2.鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)應(yīng)使型芯數(shù)量少，并有利于型芯 的固定、排氣; 3.鑄件應(yīng)有結(jié)構(gòu)斜度 不同設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的軸承座不同設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的軸承座 a)封閉式型芯設(shè)計(jì)， 需兩個(gè)型芯 b)封閉式型芯設(shè)計(jì)， 需兩個(gè)型芯 c)開放式型芯設(shè)計(jì)， 二二.合金的鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求合金的鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求 1.合理設(shè)計(jì)鑄件壁厚 2.鑄件壁厚應(yīng)盡可能均勻 3.鑄件的轉(zhuǎn)角應(yīng)采用圓角連接 4.設(shè)防裂筋 5.注意緩解收縮應(yīng)