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 資料成型工藝學(xué).第六章 鑄型工藝方案確實定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)符合鑄造消費的要求，既便于整個鑄造工藝過程的順利進展，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的工藝要求； 2.在既定的零件構(gòu)造條件下，思索在鑄造過程中能夠出現(xiàn)的主要缺陷，在工藝設(shè)計中應(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，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)計鑄件壁需求留意的問題是： 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、合金流動性差的鑄件,鑄件壁厚應(yīng)適當(dāng)加大； 3)厚壁會添加鑄件的分量和金屬的耗費，而且易產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。另外，厚壁鑄件凝固慢，會呵斥晶粒粗大、力學(xué)性能降低。最好的方法是采用加強筋； 4)對灰鑄鐵件，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 類牌 號重 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.采用加強筋減小鑄件壁厚壁厚15-2020-3030-5050-70相對強度1.00.90.80.7表6-2 灰鑄鐵相對強度的變化壁厚單位:mm. 鑄件壁銜接處會構(gòu)成熱節(jié)，易呵斥縮孔、縮松和應(yīng)力集中。 設(shè)計時需留意： 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)逐漸過渡； 4)筋條應(yīng)該錯開陳列。2. 鑄件壁的銜接應(yīng)逐漸過渡.2. 鑄件壁的銜接應(yīng)逐漸過渡.2. 鑄件壁的銜接應(yīng)逐漸過渡.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 鑄件壁的轉(zhuǎn)角處普通要設(shè)計出構(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 當(dāng)鑄件壁采用圓角構(gòu)造時，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，澆注時可防止熔融金屬對鑄型的沖刷，減少砂眼和粘砂缺陷的發(fā)生。.3. 構(gòu)造圓角的設(shè)計不合理合理不合理 合理.3. 構(gòu)造圓角的設(shè)計.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)計應(yīng)使內(nèi)壁比外壁薄一些，以便使整個鑄件能均勻地冷卻，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)計時，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，厚壁處會產(chǎn)生金屬部分積聚構(gòu)成熱節(jié)，凝固收縮時在熱節(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，在進展鑄件構(gòu)造設(shè)計時應(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，由于斷面忽然擴展，上升速度緩慢，高溫金屬液較長時間烘烤頂部型面，極易呵斥夾砂、澆缺乏等缺陷，同時也不利于金屬夾雜物和氣體的排除。因此，應(yīng)盡量設(shè)計成傾斜壁。.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，這時很容易構(gòu)成縮孔和縮松缺陷。因此，應(yīng)仔細審查零件構(gòu)造實現(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，某些壁厚均勻的細長鑄件、較大面積的平板鑄件，及某些壁厚不均勻的長形箱體類鑄件，如床身類鑄件，都會產(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、置加強筋提高剛性、人工時效、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，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，應(yīng)

9、采用芯撐或輔助砂芯，使其安放結(jié)實。 .3)采用挑擔(dān)砂芯 將兩個或幾個一樣鑄件的砂芯串聯(lián)起來，使懸臂砂芯安放結(jié)實。懸臂芯頭 .常用的懸臂芯頭構(gòu)造 .芯頭尺寸的驗算普通情況下，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，不用驗算芯頭的尺寸承壓面積。但是，對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)該驗算芯頭的承壓面積。.芯頭尺寸的驗算驗算步驟為：1.計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

10、型等有關(guān)。如下圖，當(dāng)金屬液上升到A-A斷面時的浮力最大：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)計算各芯頭所接受的最大壓力如下圖中下芯頭較大，無需驗算。由于沒有程度芯頭， 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)兩個上芯頭位置對稱，其所受壓力可視為相等，于是，每個芯頭上的最大壓力為p；P=F-G/2NF=/4D12-D22gH芯頭尺寸的驗算.3)計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芯座的允許抗壓強度M