熱加工工藝--鑄造 (3)

1、復(fù)旦大學四川大學制造科學與工程學院School of Manufacturing Science and Engineering 四川大學制造科學與工程學院制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛高檔高檔6缸小轎車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)缸小轎車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛高檔高檔6缸小轎車的發(fā)動機殼體缸小轎車的發(fā)動機殼體制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛核電泵殼核電泵殼制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛?cè)龒{三峽70

2、0MW機組的水輪機轉(zhuǎn)輪體機組的水輪機轉(zhuǎn)輪體制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛風力發(fā)電機主軸風力發(fā)電機主軸制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛自由鍛件自由鍛件大型鍛件大型鍛件制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛核電汽輪機半轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子核電汽輪機半轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛1100MW核電半速轉(zhuǎn)子核電半速轉(zhuǎn)子制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛焊接機器人及焊件焊接機器人及焊件制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛奧運鳥

3、巢奧運鳥巢奧運鳥巢焊接順序示意圖奧運鳥巢焊接順序示意圖制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛不同規(guī)格鋁合金不同規(guī)格鋁合金/不銹鋼管高頻感應(yīng)釬焊接頭件不銹鋼管高頻感應(yīng)釬焊接頭件制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛兆瓦級風力發(fā)電機主軸兆瓦級風力發(fā)電機主軸離心復(fù)合大型軋輥離心復(fù)合大型軋輥大型柴油機機體鑄件大型柴油機機體鑄件鎂合金管接頭鎂合金管接頭制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛汽車發(fā)動機搖臂工作示意圖汽車發(fā)動機搖臂工作示意圖汽車發(fā)動機的搖臂鑲塊汽車發(fā)動機的搖臂鑲塊制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工

4、工藝楊剛楊剛薄膜生產(chǎn)線上卷芯輥用定位套薄膜生產(chǎn)線上卷芯輥用定位套塑料薄膜生產(chǎn)線塑料薄膜生產(chǎn)線制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛金屬液態(tài)成形金屬液態(tài)成形(鑄造鑄造)（第一篇）（第一篇）金屬塑性成形金屬塑性成形(鍛造鍛造)（第二篇）（第二篇）金屬連接成形金屬連接成形(焊接焊接)（第三篇）（第三篇）熱加工工藝熱加工工藝制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛課程簡介p本課程是研究工程材料和機械制造的基礎(chǔ)課程，也是了解機器零件常用材料和加工方法的綜合性課程p本課程是高等工科院校材料成型專業(yè)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課，主要學習鑄造、鍛造、焊接相關(guān)的工藝理論、工

5、藝方法和基礎(chǔ)知識p本課程是培養(yǎng)材料成型專業(yè)高層次工程技術(shù)人才、高層次復(fù)合人才和構(gòu)建多學科知識結(jié)構(gòu)的重要課程制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛教學安排p學 時：32 p學 分：2p周 次：9-16p成績計算：n平時成績（平時成績（1515）n結(jié)業(yè)考試（結(jié)業(yè)考試（8585）n考試方式：閉考試方式：閉 卷卷制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛金屬液態(tài)成形將液態(tài)金屬澆入與零件形狀相適應(yīng)的鑄型空腔中，待其冷卻凝固后，以獲得毛坯或零件的工藝方法，亦稱鑄造金屬液態(tài)成形示意圖金屬液態(tài)成形示意圖一第一章 金屬液態(tài)成形基礎(chǔ)第一篇第一篇 金屬液態(tài)成形金屬液態(tài)

6、成形鑄造鑄造制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛適合做復(fù)雜外形，特別是復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯對材料的適應(yīng)性廣，鑄件的大小幾乎不受限制成本低，原材料來源廣泛，價格低廉，一般不需要昂貴的設(shè)備是某些塑性很差的材料(如鑄鐵等)制造毛坯或零件的唯一成型工藝液態(tài)成形優(yōu)點制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛工藝過程比較復(fù)雜，工序較多，一些工藝過程還難以控制液態(tài)成形零件內(nèi)部組織的均勻性、致密性一般較差液態(tài)成形零件易出現(xiàn)縮孔、縮松、氣孔、砂眼、夾渣、夾砂、裂紋等缺陷，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定鑄件內(nèi)部晶粒粗大，組織不均勻，且常伴有缺陷，其力學性能比同類材料的塑性成形低液態(tài)成

7、形缺點勞動條件較差，勞動強度較大制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛常用金屬材料黑色金屬有色金屬粉末冶金鑄 鋼鑄 鐵銅及銅合金鋁及鋁合金硬 質(zhì) 合 金粉末高速鋼制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛液態(tài)成形零件(鑄件)合金的鑄造性能液態(tài)合金充型能力鑄件的凝固與收縮合金的鑄造缺陷 氣孔 應(yīng)力、變形和裂紋縮孔和縮松 制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛砂型鑄砂型鑄造造(產(chǎn)量占90%以上)特種鑄造特種鑄造鑄造分類鑄造分類金屬型鑄造熔模鑄造離心鑄造壓力鑄造制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛砂

8、型鑄造過程制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛液態(tài)合金的鑄造性能是指合金在鑄造成形過程中，獲得外形正確、內(nèi)部無缺陷鑄件的性能合金的鑄造性能是選擇鑄造金屬材料、確定鑄造工藝方案、進行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)合金的流動性合金的流動性合金的收縮性合金的收縮性合金的吸氣性合金的吸氣性合金的偏析性合金的偏析性合金的鑄造性能合金的鑄造性能第一節(jié) 液態(tài)合金的鑄造性能制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得尺寸精確、輪廓清晰、形狀完整的成型件的能力流動性 簡而言之簡而言之 液態(tài)合金本身的流動能力！液態(tài)合金本身的流動能力！一、液態(tài)合金的流動

9、性制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛流動性不良流動性不良澆不足澆不足冷冷 隔隔夾夾 砂砂氣氣 孔孔夾夾 渣渣流動性的決定因素流動性的決定因素合金流動性鑄型的性質(zhì)澆注的條件鑄件的結(jié)構(gòu)流動性優(yōu)良流動性優(yōu)良 容易澆注出輪廓清晰、薄而復(fù)雜的零件容易澆注出輪廓清晰、薄而復(fù)雜的零件 有利于夾雜物和氣體的上浮與排除有利于夾雜物和氣體的上浮與排除 有利于補縮有利于補縮澆不足澆不足 冷隔現(xiàn)象冷隔現(xiàn)象制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛 合金的流動性用澆注螺旋形試樣的方法來衡量 將合金液澆入鑄型中，冷凝后測量充滿型腔的試樣長度 澆出的試樣越長，合金的流動性

10、越好，合金的充型能力就越好合金流動性的測定方法出氣口澆口杯制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛澆注的螺旋形試樣的截面為等截面的梯形，試樣上隔50mm長度有一個凸點，便于計量長度制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛鑄鐵的流動性鑄鋼的流動性鑄鐵的流動性好，鑄鋼的流動性差 0.45%C 鑄鋼：200 4.30%C 鑄鐵：1800鑄鋼和鑄鐵流動性的比較制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛合金流動性的影響因素合金種合金種類類合金不同，流動性不同化學成分化學成分成分不同的合金具有不同的 結(jié)晶特點，流動性也不同結(jié)晶特性結(jié)晶特

11、性恒溫下結(jié)晶，流動性較好； 兩相區(qū)內(nèi)結(jié)晶，流動性較差合金流動性合金流動性的影響因素的影響因素制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛不同種類合金流動性的比較不同種類合金流動性的比較1）合金的種類。合金的熔點、熱導(dǎo)率、粘度等物理性能影響流動性。熔點越高，熱導(dǎo)率越大，粘度越大，其流動性越差合金種類鑄型種類澆注溫度/螺旋線長度/鑄鐵 wC+Si=6.2% wC+Si=5.9% wC+Si=5.2% wC+Si=4.2% 砂型 砂型 砂型 砂型 1300 1300 1300 1300 1800 1300 1000 600 鑄鋼 wC=0.4% 鋁硅合金（硅鋁明） 鎂合金（含Al

12、和Zn） 錫青銅(wSn10%，wZn2%) 硅黃銅（wSi=1.5%4.5%） 砂型 砂型 金屬型/300 砂型 砂型 砂型 1600 1640 680720 700 1040 1100 100 200 700800 400600 420 1000 制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛流動性與含碳量的關(guān)系流動性與含碳量的關(guān)系亞共晶鑄鐵隨含碳量的增加，結(jié)晶溫度范圍減小，流動性提高2）合金的成分。同種合金，成分不同，其結(jié)晶特點不同，流動性也不同制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛結(jié)晶特性對流動性的影響結(jié)晶特性對流動性的影響3）結(jié)晶的特性 純

13、金屬和共晶合金在恒溫下結(jié)晶，為逐層凝固方式，凝固層表面光滑，阻力小，流動性好(如圖a所示)；共晶合金熔點最低，流動性最好 亞共晶合金，為中間凝固方式，復(fù)雜枝晶阻礙流動，流動性差(如圖b所示)制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛澆注澆注條件條件澆注溫度充型壓力澆注系統(tǒng)澆注溫度越高，液態(tài)金屬的粘度越小，過熱度高，金屬液內(nèi)含熱量多，保持液態(tài)的時間長，充型能力強液態(tài)金屬在流動方向上所受的壓力稱為充型壓力。充型壓力越大, 充型能力越強澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則流動阻力越大，充型能力越差澆注條件對流動性的影響制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛 澆注溫

14、度高，液態(tài)金屬在鑄型中保持液態(tài)的時間長，可改善合金的流動性(薄壁鑄件)；澆注溫度過高，鑄件易產(chǎn)生氣孔、縮孔、縮松、粘砂等缺陷 生產(chǎn)中常采用“高溫出爐、低溫澆注”的原則 灰鑄鐵澆注溫度為1200-1380；鑄鋼為1520-1620；鋁合 金為680-780。薄壁復(fù)雜件取上限溫度值，厚件則取下限 制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛 常采取加高直澆道、擴大內(nèi)澆道截面、增設(shè)出氣孔、烘干鑄型等工藝，以延長液態(tài)合金的流動時間，改善鑄型的填充條件制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛鑄型溫度鑄型溫度不能過高鑄型蓄熱系數(shù)鑄型蓄熱系數(shù)從金屬中吸取熱量并儲存

15、的能力鑄型發(fā)氣和透氣能力鑄型發(fā)氣和透氣能力澆鑄時產(chǎn)生的氣體能在金屬液與鑄型間形成氣膜，減小摩擦阻力，有利于充型。若發(fā)氣能力過強而透氣能力差時，澆鑄速度太快則型腔中的氣體壓力增大，充型能力減弱充填條件對流動性的影響制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛 折算厚度：折算厚度：折算厚度也稱當量厚度或模數(shù)，是鑄件體積與鑄件表面積之比折算厚度越大，熱量散失越慢，充型能力就越好鑄件壁厚相同時，垂直壁比水平壁更容易充填，而大平面鑄件則不易成形 復(fù)雜程度：復(fù)雜程度：鑄件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，流動阻力就越大，鑄型的充填就越困難鑄件結(jié)構(gòu)對流動性的影響制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱

16、加工工藝楊剛楊剛 液態(tài)金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程，從結(jié)晶學的角度，就是原子由無序排列經(jīng)過生核、核心長大成為規(guī)則排列的晶體的過程，因此合金凝固又稱一次結(jié)晶得到的凝固組織稱為鑄態(tài)組織，其晶粒形態(tài)、大小、分布、缺陷等取決于成分、冷卻速度、形核條件等二、液態(tài)金屬的凝固制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛鑄件斷面上的溫度分布曲線稱為鑄件鑄件的溫度場的溫度場（右圖所示的T曲線是某圓柱形鑄件的溫度場）制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛鑄件的凝固過程在鑄件的凝固過程中，其截面一般存在三個區(qū)域液相區(qū)、凝固區(qū)、固相區(qū)對鑄件質(zhì)量影響較大的主要是液相和固相并存

17、的凝固區(qū)的寬窄鑄件的凝固方式依據(jù)凝固區(qū)的寬窄進行劃分鑄件的凝固方式逐層凝固糊狀凝固中間凝固制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛逐層凝固：逐層凝固：純金屬和共晶成分合金，不存在凝固區(qū)糊狀凝固：糊狀凝固：結(jié)晶溫度范圍很寬的合金，不存在固相區(qū)中間凝固：中間凝固：介于逐層凝固和糊狀凝固之間a)逐層凝固b)中間凝固c)糊狀凝固制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛逐層凝固時，合金的充型能力強，便于防止縮孔和縮松，可獲得致密的鑄件，如灰鑄鐵、鋁硅合金糊狀凝固時，充型能力差，易產(chǎn)生縮松，難以獲得致密鑄件。如球鐵、錫青銅、鋁銅合金的凝固，需采取適當工藝進行

18、補縮大多數(shù)合金均為中間凝固方式制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛合金的結(jié)晶溫度范圍 合金的結(jié)晶溫度范圍越小，凝固區(qū)域越窄，越趨向于逐層凝固。在鐵碳合金中普通灰鑄鐵為逐層凝固，高碳鋼為糊狀凝固鑄件的溫度梯度 在合金結(jié)晶溫度范圍一定的前提下，凝固區(qū)的寬窄取決于鑄件內(nèi)外層之間的溫度差 若鑄件內(nèi)外層之間的溫度差由小變大，則其凝固區(qū)相應(yīng)由寬變窄影響凝固的主要因素制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛合金的收縮體收縮率%100VVVV鑄件鑄件鑄型體收縮率是鑄件產(chǎn)生縮孔或縮松的根本原因 線收縮率%100LLLL鑄件鑄件鑄型線收縮率是鑄件產(chǎn)生應(yīng)力、變形、

19、裂紋的根本原因 合金從液態(tài)冷卻至室溫的過程中，其體積和尺寸縮減的現(xiàn)象合金從液態(tài)冷卻至室溫的過程中，其體積和尺寸縮減的現(xiàn)象合金的收縮給液態(tài)成形工藝帶來許多困難，會造成許多鑄造缺陷，如縮孔、縮松、裂紋、變形等通常用體收縮率或線收縮率來表示三、液態(tài)金屬的收縮制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛合金收縮的三個階段合金收縮的三個階段合金的收縮過程制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛合金合金收縮收縮固態(tài)合金冷卻固態(tài)合金冷卻液態(tài)合金冷卻液態(tài)合金冷卻液態(tài)收縮液態(tài)收縮凝固收縮凝固收縮縮孔縮孔恒溫下結(jié)晶恒溫下結(jié)晶縮松縮松兩相區(qū)結(jié)晶兩相區(qū)結(jié)晶線收縮線收縮裂紋裂

20、紋變形變形應(yīng)力應(yīng)力制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛 液態(tài)收縮(澆注溫度-液相線) 凝固收縮 (液相線-結(jié)晶結(jié)束) 固態(tài)收縮 (結(jié)晶結(jié)束-室溫)特點：體積收縮； 澆注溫度升 高，液態(tài)收縮增加 特點：體積收縮；結(jié)晶溫度范 圍增大，凝固收縮增加 特點：線收縮；只引起鑄件外 部尺寸變化，用線收縮 率表示制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛1）液態(tài)收縮 澆注溫度越高，收縮系數(shù)越大，液態(tài)收縮率增加。液態(tài)時的體積收縮僅表現(xiàn)為型腔內(nèi)液面的降低，可以從澆注系統(tǒng)中獲得液體補充，以保持型腔充滿。澆注溫度應(yīng)控制在高于液相線溫度50-1502）凝固收縮 合金在

21、液相線和固相線之間凝固階段的收縮；由狀態(tài)改變和溫度下降兩部分組成。結(jié)晶溫度范圍越大，凝固收縮率越大。在凝固階段如果合金的體積收縮得不到及時補充，則會形成縮孔和縮松液態(tài)收縮和凝固收縮都使合金體積減小，表現(xiàn)為鑄型內(nèi)液面的降低，這兩個階段的收縮是鑄件中產(chǎn)生縮孔或縮松的基本原因制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛3）固態(tài)收縮 指合金從固相線溫度冷卻到常溫時的收縮，通常直接表現(xiàn)為鑄件外形尺寸的減小，用線收縮率表示。固態(tài)收縮是鑄件中產(chǎn)生應(yīng)力、變形和裂紋的主要原因制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛鑄型條件鑄型條件鑄件結(jié)構(gòu)鑄件結(jié)構(gòu)澆注溫度澆注溫度化學成

22、分化學成分（c含量）含量）合金收縮合金收縮影響收縮的因素制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型鑄件在鑄型中不是自由收縮，而是限制收縮化學成分在常用鑄造合金中，鑄鋼的收縮最大，灰鑄鐵最小制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛液態(tài)合金在凝固過程中，若液態(tài)收縮和凝固收縮所縮減的容積得不到補足，則在鑄件最后凝固的部位形成一些孔洞按孔洞的大小和分布，可將其分為縮孔和縮松 縮孔縮孔四、縮孔與縮松制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛縮孔產(chǎn)生原因合金的液態(tài)收縮和凝固收縮值大于固態(tài)合金的液態(tài)收縮和凝固收縮值大于固態(tài)收縮

23、值，且得不到補償收縮值，且得不到補償出現(xiàn)部位出現(xiàn)在鑄件最后凝固區(qū)域，即熱節(jié)區(qū)域，在鑄件最后凝固區(qū)域，即熱節(jié)區(qū)域，用畫圓方法確定用畫圓方法確定形成條件金屬在恒溫或很窄的溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，金屬在恒溫或很窄的溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，鑄件壁成逐層凝固方式鑄件壁成逐層凝固方式制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛縮孔形成過程示意圖縮孔形成過程示意圖制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛v合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大，澆注溫度越高，鑄件的壁越厚，縮孔的容積就越大v縮孔多集中在鑄件最后凝固的部位，其特征是形狀不規(guī)則，多數(shù)呈倒錐形，內(nèi)表面粗糙v純金屬和共晶成分合金易形

24、成縮孔制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛縮孔出現(xiàn)的部位階梯形試塊階梯形試塊制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛判斷縮孔出現(xiàn)的方法制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛縮松v縮松形成的基本原因是液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮，主要出現(xiàn)在呈糊狀凝固方式的合金中或斷面較大的鑄件壁中，凝固區(qū)域較寬，液、固兩相共存，樹枝晶發(fā)達，枝晶骨架將合金液分割開的小液體區(qū)難以得到補縮所致v縮松大多分布在鑄件中心軸線處、熱節(jié)處、冒口根部、內(nèi)澆口附近或縮孔下方制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛制造科學與工程

25、學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛 合金成分：共晶點附近的合金易形成縮孔，反之易形成縮松 澆注條件：合金的澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大，越易形成縮孔 鑄型條件：鑄型材料冷卻能力愈大，愈有利于減少縮松 鑄件結(jié)構(gòu)：鑄件斷面過厚，若補縮不良易形成縮孔；鑄件壁厚不 均勻，在厚壁熱節(jié)處易產(chǎn)生縮孔或縮松縮孔縮松的影響因素制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛定向凝固原則定向凝固原則讓遠離鑄件冒口的地方首先凝固、靠近冒口的地方隨后凝固、冒口本身最后凝固，實現(xiàn)以厚補薄，將縮孔轉(zhuǎn)移到冒口中去原理原理合理布置內(nèi)澆道及確定澆鑄工藝方法方法合理應(yīng)用冒口、冷鐵和補縮等工藝措施消除

26、縮孔和縮松的方法縮孔與縮松減小了鑄件受力的有效面積，且縮孔處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，使鑄件的力學性能下降，應(yīng)予以防止制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛解決縮孔的方法冒口和冷鐵采用冒口、冷鐵的順序凝固 使鑄件按規(guī)定方向從一部分到另一部分逐漸凝固，從而可有效消除縮孔、縮松制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛 冒口：在鑄件厚壁處和熱節(jié)部位設(shè)置冒口，是防止縮孔、縮松最有效的措施 冷鐵：用鑄鐵、鑄鋼、銅等材料制成的激冷物，加大冷卻速度，調(diào)節(jié)凝固順序 補貼：在鑄件壁上部靠近冒口處增加一個楔型厚度，使鑄件壁厚變成朝冒口逐漸增厚的形狀，即造成一個向冒口逐漸遞增

27、的溫度梯度，增大補縮距離三者綜合應(yīng)用是消除縮孔和縮松的有效措施！制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛冒口與冷鐵共用法冒口與冷鐵共用法制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛冷鐵的作用是加快鑄件某處的冷卻速度，以控制或改變鑄件的凝固順序，本身并不起補縮作用對于一些壁厚均勻的鑄件，采用頂部設(shè)冒口和底部安放冷鐵的工藝措施，也難以保證其垂直壁上不出現(xiàn)縮孔和縮松，此時需在其立壁上增加一個楔形厚度，才能實現(xiàn)該鑄件的順序凝固 制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力熱熱 應(yīng)應(yīng) 力力機械應(yīng)力機械應(yīng)力變 形變 形鑄件在冷卻和

28、凝固過程中，由于壁厚不均勻使得冷卻速度不同，導(dǎo)致不同部位不均衡收縮引起的應(yīng)力鑄件在固態(tài)收縮時，因受到鑄型、型芯、澆冒口、砂箱等外力阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力殘余熱應(yīng)力的存在，使鑄件處于一種非穩(wěn)定狀態(tài)，將自發(fā)地通過鑄件的變形來緩解其應(yīng)力，以回到穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。當熱應(yīng)力大到一定程度時，將出現(xiàn)裂紋液態(tài)成形的內(nèi)應(yīng)力與變形五、應(yīng)力與變形液態(tài)成形液態(tài)成形制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛1）熱應(yīng)力固態(tài)金屬在再結(jié)晶溫度以上為塑性狀態(tài)，應(yīng)力產(chǎn)生塑性變形后自行消失金屬在再結(jié)晶溫度以下為彈性狀態(tài)，內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生彈性變形后繼續(xù)存在殘留熱應(yīng)力和合金的彈性模量、線收縮系數(shù)、鑄件各部分壁厚差及溫度差成正比

29、熱應(yīng)力是由于鑄件壁厚不均或各部分冷卻速度不同，使鑄件各部分的收縮不同步而引起的。它在鑄件落砂后仍然存在于鑄件內(nèi)部，是一種殘留應(yīng)力 制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛熱應(yīng)力產(chǎn)生的規(guī)律冷卻較慢的厚部或心部存在拉應(yīng)力；冷卻較快的薄壁或表層存在壓應(yīng)力預(yù)防鑄件產(chǎn)生熱應(yīng)力的基本措施是減小鑄件各部分之間的溫度差，使其均勻冷卻 設(shè)計：壁厚盡量均勻一致 工藝：采取同時凝固原則 方法：將內(nèi)澆口開在鑄件的薄壁處，以減緩其冷卻速度；在鑄件的厚壁處放置冷鐵，以加快其冷卻速度 制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛優(yōu)點：可減小產(chǎn)生應(yīng)力、變形和裂紋的傾向；不必設(shè)置冒口

30、，使工藝簡化；可節(jié)約金屬材料缺點：鑄件的心部會產(chǎn)生縮孔或縮松缺陷，故一般只用于普通灰鑄鐵和錫青銅鑄件的生產(chǎn)采用同時凝固的優(yōu)點與缺點：u灰鑄鐵產(chǎn)生縮孔和縮松的傾向小u錫青銅傾向于糊狀凝固，采用順序凝固也難于避免縮松缺陷 制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛v機械應(yīng)力是一種臨時應(yīng)力，在形成應(yīng)力的原因消除時，應(yīng)力也隨之消除防止產(chǎn)生機械應(yīng)力的措施：提高鑄型和型芯的退讓性2) 機械應(yīng)力機械應(yīng)力產(chǎn)生過程機械應(yīng)力產(chǎn)生過程v機械應(yīng)力由機械阻礙產(chǎn)生，一般都是拉應(yīng)力v如果臨時拉應(yīng)力和殘留熱應(yīng)力同時作用，某瞬間超過鑄件的強度極限時，鑄件將產(chǎn)生裂紋制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工

31、工藝熱加工工藝楊剛楊剛鑄件結(jié)構(gòu)鑄件各部分能自由收縮 鑄造工藝采用同時凝固，各部分溫差小，不易產(chǎn)生熱應(yīng)力工藝設(shè)計設(shè)法改善鑄型、型芯的退讓性，合理設(shè)置澆冒口時效處理自然時效；人工時效(去應(yīng)力退火、共振時效等)鑄件的結(jié)構(gòu)盡可能對稱鑄件的壁厚盡可能均勻應(yīng)力的消除方法制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛鑄件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力后，將通過自由的變形釋放應(yīng)力，當殘留鑄造應(yīng)力超過鑄件材料的屈服極限時將產(chǎn)生變形心部散熱慢，受拉應(yīng)力；邊緣處受壓應(yīng)力。上表面比下表面冷卻得快 導(dǎo)軌部分厚受拉應(yīng)力；床壁部分較薄受壓應(yīng)力，床身發(fā)生朝著導(dǎo)軌方向的彎曲，使導(dǎo)軌下凹 鑄件的變形 厚部、心部受拉應(yīng)力，出現(xiàn)內(nèi)凹變

32、形 薄部、表面受壓應(yīng)力，出現(xiàn)外凸變形制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛鑄件壁厚盡量均勻、對稱 圖c由于其截面對稱、鑄造應(yīng)力平衡，不產(chǎn)生變形 采用同時凝固工藝，降低熱應(yīng)力 反變形 適用于細長易變形鑄件 床身導(dǎo)軌面的撓曲變形及反變形床身導(dǎo)軌面的撓曲變形及反變形 防止鑄件變形的措施制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛?cè)?yīng)力退火 鑄件變形后殘余應(yīng)力并未徹底消除，鑄件經(jīng)機械加工后內(nèi)應(yīng)力將重新分布，使零件緩慢地變形。對于不允許發(fā)生變形的重要鑄件，必須進行去應(yīng)力退火v 去應(yīng)力退火有自然時效和人工時效兩種：自然時效將鑄件置于露天場地，使其緩緩地發(fā)生變形

33、，從而使殘余應(yīng)力消除或減少人工時效將鑄件加熱到550-650消除應(yīng)力，應(yīng)用廣泛 制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛當鑄件內(nèi)應(yīng)力超過金屬的強度極限時，鑄件中便產(chǎn)生裂紋。裂紋是嚴重的鑄造缺陷，多使鑄件報廢，必須設(shè)法防止u鑄件一般有熱裂和冷裂兩種開裂方式1）熱裂紋 產(chǎn)生原因：在鑄件凝固末期，固體的骨架已經(jīng)形成，但枝晶間仍殘留少量液體，此時的強度、塑性極低。當固態(tài)合金的線收縮受到鑄型、芯子或其它因素阻礙，產(chǎn)生的應(yīng)力超過該溫度下合金的強度時，即會出現(xiàn)熱裂鑄件的裂紋六、裂紋及其預(yù)防制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛防止熱裂的措施 合理設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu)

34、及澆冒口，采取同時凝固原則 改善鑄型和型芯的退讓性，減小機械應(yīng)力 限制鑄鋼和鑄鐵中的S含量 ，防止熱脆性熱裂紋形態(tài)：裂紋短、縫隙寬、形狀曲折、縫內(nèi)金屬呈氧化色；裂紋沿晶界產(chǎn)生，外形曲折熱裂紋位置：熱裂紋在凝固末期高溫下形成，裂紋沿晶粒邊界產(chǎn)生和發(fā)展，常分布在應(yīng)力集中處或熱節(jié)處制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛2）冷裂紋 冷裂是鑄件冷卻到低溫處于彈性狀態(tài)時，鑄造應(yīng)力超過合金的強度極限而產(chǎn)生的。冷裂常出現(xiàn)在復(fù)雜鑄件受拉應(yīng)力的部位，特別是應(yīng)力集中處裂紋形態(tài)：裂紋細小，表面光滑，外形呈連續(xù)直線狀或圓滑曲線狀，裂紋縫內(nèi)干凈，具有金屬光澤或呈微氧化色，裂紋穿過晶粒而發(fā)生u壁厚

35、差別較大、形狀復(fù)雜的鑄件，特別是大而薄的鑄件，容易出現(xiàn)冷裂制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛防止冷裂的措施 減少鑄造內(nèi)應(yīng)力壁厚均勻、增加退讓性 降低合金的脆性降低合金中P的含量 去應(yīng)力退火 設(shè)計鑄件時減少應(yīng)力集中，避免產(chǎn)生裂紋的輪輻設(shè)計制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛氣體以固溶體和化合物存在時，會大幅度降低鑄件的韌性氣體以氣孔形式存在時將減小有效截面積、降低強度；會造成局部應(yīng)力集中，成為零件斷裂的裂紋源氣孔是最常見的一種鑄造缺陷七、鑄件中的氣體制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛氣孔的種類氣孔氣孔侵入性氣

36、孔析出性氣孔反應(yīng)性氣孔砂型和砂芯在高溫澆注時產(chǎn)生的氣體侵入金屬液內(nèi)所形成的氣孔。多出現(xiàn)在鑄件澆注位置的上表面附近金屬液高溫熔煉時溶解的大量氣體在凝固過程中溶解度急劇下降而析出，部分留在鑄件內(nèi)形成析出性氣孔。主要是氫氣孔，其次是氮氣孔；鋁合金鑄件中最常見，其次是鑄鋼件，鑄鐵件偶爾出現(xiàn)金屬液與鑄型之間發(fā)生化學反應(yīng)而產(chǎn)生的氣孔。常分布在鑄件皮下1-3mm處，表面加工后就暴露出來，又稱皮下氣孔，分為氫氣孔、氮氣孔和一氧化碳氣孔制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛氣孔的特征氣孔氣孔侵入性氣孔析出性氣孔反應(yīng)性氣孔多位于鑄件上表面附近，尺寸較大，呈橢圓形或梨形，孔的內(nèi)表面被氧化大

37、面積分布于鑄件斷面上，氣孔尺寸較小，形狀呈團球形或裂紋狀多角形鑄鋼中的皮下氣孔多呈細長狀，垂直于鑄件表面；鑄鐵中多呈球狀或梨狀。氣孔表面光滑，呈銀白色或金屬光亮色制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛氣孔的預(yù)防氣孔氣孔侵入性氣孔析出性氣孔反應(yīng)性氣孔減少型砂的水分和砂芯的發(fā)氣量；增加型砂和砂芯的通氣能力；適當提高澆注溫度減少金屬液原始含氣量，對爐料、與金屬接觸的添加劑、澆注用具等充分烘干；減低鑄型水分；熔煉中進行出氣處理；鋁合金鑄件盡量用金屬型以提高鑄件冷卻速度，阻止氣體析出盡量減少金屬液的含氣量；嚴格控制合金中氧化性較強的元素的用量(如球墨鑄鐵中的球化劑); 嚴格控制

38、鑄型的水分；提高鑄型的透氣性制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛常用合金鑄件的生產(chǎn)鑄 鐵可鍛鑄鐵熔煉鑄鋼件的熱處理鑄鋼的鑄造工藝鑄鋼的鑄造特性鑄 鋼蠕墨鑄鐵球墨鑄鐵灰 鑄 鐵鑄造普通灰鑄鐵孕育鑄鐵鑄造工藝特點第二節(jié) 鑄件的生產(chǎn)工藝制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛零件圖零件圖鑄造工藝圖鑄造工藝圖模樣圖、芯盒圖、鑄型裝配圖模樣圖、芯盒圖、鑄型裝配圖制造模樣及芯盒制造模樣及芯盒混制芯砂混制芯砂預(yù)處理造型材料預(yù)處理造型材料混制型砂混制型砂造型造型制芯制芯準備準備爐料爐料熔煉熔煉金屬金屬澆注澆注化驗化驗落砂、清理落砂、清理檢驗檢驗熱處理熱處理合

39、格鑄件合格鑄件合型合型烘干鑄型烘干鑄型烘干芯子烘干芯子鑄造的主要工序制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛造型和制芯是砂型鑄造最基本的工序。按照緊實型砂和起模的方法，可分為手工造型和機器造型兩大類制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛為省卻挖砂操作，在造型前特制一個底為省卻挖砂操作，在造型前特制一個底胎，然后在底胎上造下箱；底胎可多次胎，然后在底胎上造下箱；底胎可多次使用，不參與澆注使用，不參與澆注常用手工造型方法的特點及應(yīng)用常用手工造型方法的特點及應(yīng)用造型方法造型方法主要特點主要特點適用范圍適用范圍整模造型整模造型整體模，平面分型面，型腔在

40、一個砂箱內(nèi)；整體模，平面分型面，型腔在一個砂箱內(nèi)；造型簡單，鑄件精度表面質(zhì)量較好造型簡單，鑄件精度表面質(zhì)量較好分模造型分模造型模樣沿最大截面分為兩半，型腔位于上、模樣沿最大截面分為兩半，型腔位于上、下兩個砂箱，造型簡便下兩個砂箱，造型簡便假箱造型假箱造型最大截面位于一端并為平面的最大截面位于一端并為平面的簡單鑄件的單件、小批量生產(chǎn)簡單鑄件的單件、小批量生產(chǎn)最大截面在中部，一般為對稱最大截面在中部，一般為對稱性鑄件，如套、管、閥類零件性鑄件，如套、管、閥類零件單件、小批量生產(chǎn)單件、小批量生產(chǎn)模樣為整體，但分型面不是平面，造型模樣為整體，但分型面不是平面，造型時手工挖去阻礙取模的型砂，生產(chǎn)率低，時

41、手工挖去阻礙取模的型砂，生產(chǎn)率低，技術(shù)水平高技術(shù)水平高分型面不是平面的鑄件的單件、分型面不是平面的鑄件的單件、小批量生產(chǎn)小批量生產(chǎn)分型面不是平面的鑄件的成批分型面不是平面的鑄件的成批量生產(chǎn)量生產(chǎn)活塊造型活塊造型鑄件上妨礙起模的部分做成活動的，起鑄件上妨礙起模的部分做成活動的，起模時先取出主體部分，再取出活動部分模時先取出主體部分，再取出活動部分用于妨礙起模部分的鑄件的單用于妨礙起模部分的鑄件的單件、小批量生產(chǎn)件、小批量生產(chǎn)挖砂造型挖砂造型手工造型制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛采用活動砂箱造型，合型后脫出砂箱采用活動砂箱造型，合型后脫出砂箱常用手工造型方法的特點

42、及應(yīng)用常用手工造型方法的特點及應(yīng)用(續(xù)上表續(xù)上表) 造型方法造型方法主要特點主要特點適用范圍適用范圍用刮板代替模樣造型。節(jié)約木材，縮短用刮板代替模樣造型。節(jié)約木材，縮短生產(chǎn)周期，生產(chǎn)率低，技術(shù)水平高，但生產(chǎn)周期，生產(chǎn)率低，技術(shù)水平高，但精度較差精度較差兩箱造型兩箱造型鑄型由上型和下型構(gòu)成，適用于各類鑄型由上型和下型構(gòu)成，適用于各類模樣，操作方便模樣，操作方便三箱造型三箱造型脫箱造型脫箱造型用于等截面或回轉(zhuǎn)體大中型用于等截面或回轉(zhuǎn)體大中型鑄件的單件、小批量生產(chǎn)鑄件的單件、小批量生產(chǎn)最基本的造型方法，適用于最基本的造型方法，適用于各種鑄型、各種批量各種鑄型、各種批量鑄件兩端截面尺寸比中間大，必須有

43、鑄件兩端截面尺寸比中間大，必須有兩個分型面兩個分型面主要用于手工造型、具有兩主要用于手工造型、具有兩個分型面鑄件的單件或小批個分型面鑄件的單件或小批量生產(chǎn)量生產(chǎn)用于小鑄件的生產(chǎn)用于小鑄件的生產(chǎn)地坑造型地坑造型在地面砂床中造型，不用砂箱或只用在地面砂床中造型，不用砂箱或只用上箱上箱用于要求不高的中、大型鑄用于要求不高的中、大型鑄件的單件或小批量生產(chǎn)件的單件或小批量生產(chǎn)刮板造型刮板造型制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛機器造型機器造型機器造型用機器全部或至少完成緊砂操作的造型 生產(chǎn)效率高，勞動條件好，砂型質(zhì)量好 緊實度高而均勻，型腔輪廓清晰，鑄件質(zhì)量好 設(shè)備和工藝裝備費用高，生產(chǎn)準備時間較長，適于中 小鑄件的批量生產(chǎn)機器造型分類機器造型分類 震壓造型 微震壓實造型 高壓造型 射壓造型 空氣沖擊造型 拋砂造型制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛造型生產(chǎn)線造型生產(chǎn)線是將造型機和其它輔機(翻轉(zhuǎn)機、下芯機、合型機、壓鐵機、落砂機等)按照鑄造工藝流程，用運輸設(shè)備(鑄型輸送機或輥道)聯(lián)系起來，組成一套機械化、自動化的鑄造生產(chǎn)系統(tǒng)制造科學與工程學院制造科學與工程學院熱加工工藝熱加工工藝楊剛楊剛鑄