铸造的类型及其过程工艺装备
3 特种铸造

表2-9 浇注过程各阶段参数的变化
加压过程的各个阶段
参 数 O-A 升液阶段 A-B 充型阶段 B-C 增压阶段 C-D 保压阶段 D-E 卸压阶段
时间τ /s 压力p/MPa
速度v /MPa/s
τ
1
τ
2
τ
3
τ
4
τ 0
5
p1=H1ρ μ
p2=H2ρ μ
p3(根据工艺)
p4(根据工艺)
-
v1
p1
表2-10 低压铸造应用范围举例
应用的合金 应用的铸型 应用的产品 铝合金、铜合金、铸铁、球铁、铸钢 砂型、金属型、壳型、石膏型、石墨型 汽车、拖拉机、船舶、摩托车、汽油机、机车车辆、医疗机械、仪表等
应用的零件 举例
铝合金铸件:消毒缸、曲轴箱壳、气缸盖、活塞、飞轮、轮毂、座架、气缸体、叶轮等 铜合金铸件:螺旋浆、轴瓦、铜套、铜泵体等 铸铁件:柴油机缸套、球铁曲轴等 铸钢件:曲拐
2、工艺措施
表面喷刷涂料。 预热。预热温度200-350C。 及时开型。
3.特点
(1)优点: 可“一型多铸”,便于实现机械化和自动化生产, 可大大提高生产率; 铸件精度(IT16~12,CT6)和表面质量 (Ra12.5~6.3mm),比砂型铸造显著提高; 冷却速度快,铸件晶粒较细,力学性能提高。 劳动条件显著改善。 (2)缺点: 成本高,周期长; 易出现浇不足、冷隔、裂纹等缺陷; 铸件的形状、尺寸有一定的限制。尺寸限制在 300mm,重量8kg以下。
2 特点
(1)优点 1. 补缩条件好,铸件组织致密,力学性能好; 2. 可省去型芯浇注冒口。 (2)缺点 1. 对铸件形状有特殊要求; 2. 易形成密度偏析; 3. 铸件内孔表面较粗糙,聚有熔渣,其尺寸不易 正确控制; 4. 不适于小批量。
各种典型铸造技术的原理和方法

各种典型铸造技术的原理和方法根据铸型特点分类,有一次型铸造(砂型铸造、熔模铸造、石膏型铸造、实型铸造等)、半永久型铸造(陶瓷型铸造、石墨型铸造等)、永久型铸造(金属型铸造、压力铸造、挤压铸造、离心铸造等);根据浇注时金属液的驱动力及压力状态分类,有重力作用下的铸造和外力作用下的铸造。
金属液在重力驱动下完成浇注称自由浇注或常压浇注。
金属液在外力作用下实现充填和补缩,如压力铸造、挤压铸造、离心铸造和反重力铸造等。
本章介绍的铸造技术有:属于重力充型的有砂型铸造、金属型铸造和熔模铸造;属于外力充型的有压力铸造、离心铸造和挤压铸造;属于反重力铸造的有低压铸造和差压铸造/真空吸铸等。
铸造业中砂型铸造约占80%。
型砂中粘土砂、水玻璃砂和树脂砂等又占了90%的份额。
三种型砂间的比例视各国具体情况而异,平均来看,大致为5:3:2。
以型砂铸造与其它铸造方法相比,其缺点是:劳动条件较差,铸件外观质量欠佳;铸型只能使用一次,生产率低。
优点是:不受零件形状、大小、复杂程度及合金种类的限制;造型材料来源广,生产准备周期短,成本低。
因此,砂型铸造是铸造生产中应用最广泛的一种方法,世界各国用砂型铸造生产的铸件占总产量的80%~90%。
本章的重点在砂型铸造。
而铸造用砂型的种类及制造是重中之重。
第1节砂型铸造一、铸造用砂型的种类及制造(一)概述1.砂型铸造的特征及工艺流程配制型砂—造型—合型—浇注—冷却—落砂—清理—检查—热处理—检验—获得铸件特征:使用型砂构成铸型并进行浇注的方法,通常指在重力作用下的砂型铸造过程。
名词:型砂——将原砂或再生砂+粘结剂+其它附加物等所混制成的混合物;铸型——形成铸件外观轮廓的用型砂制成的空腔称为铸型;砂芯——形成铸件内腔的用芯砂制成的实体(用于制做砂芯的型砂称为芯砂);造型——制造砂型的工艺过程;制芯——制造砂芯的工艺过程。
造型(芯)方法按机械化程度可分为手工造型(芯)和机器造型(芯)两大类。
选择合适的造型(芯)方法和正确的造型(芯)工艺操作,对提高铸件质量、降低成本、提高生产率有极重要的意义。
铸造生产的工艺流程

铸造生产是一个复杂的多工序组合的工艺过程,它包括以下主要工序:1)生产工艺准备,根据要生产的零件图、生产批量和交货期限,制定生产工艺方案和工艺文件,绘制铸造工艺图;2)生产准备,包括准备熔化用材料、造型制芯用材料和模样、芯盒、砂箱等工艺装备;3)造型与制芯;4)熔化与浇注;5)落砂清理与铸件检验等主要工序。
一、成形原理铸造生产是将金属加热熔化,使其具有流动性,然后浇入到具有一定形状的铸型型腔中,在重力或外力(压力、离心力、电磁力等)的作用下充满型腔,冷却并凝固成铸件(或零件)的一种金属成形方法。
图1 铸造成形过程铸件一般作为毛坯经切削加工成为零件。
但也有许多铸件无需切削加工就能满足零件的设计精度和表面粗糙度要求,直接作为零件使用。
二、型砂的性能及组成1、型砂的性能型砂(含芯砂)的主要性能要求有强度、透气性、耐火度、退让性、流动性、紧实率和溃散性等。
2、型砂的组成型砂由原砂、粘接剂和附加物组成。
铸造用原砂要求含泥量少、颗粒均匀、形状为圆形和多角形的海砂、河砂或山砂等。
铸造用粘接剂有粘土(普通粘土和膨润土)、水玻璃砂、树脂、合脂油和植物油等,分别称为粘土砂,水玻璃砂、树脂砂、合脂油砂和植物油砂等。
为了进一步提高型(芯)砂的某些性能,往往要在型(芯)砂中加入一些附加物,如煤粉、锯末、纸浆等。
型砂结构,如图2所示。
图2 型砂结构示意图三、工艺特点铸造是生产零件毛坯的主要方法之一,尤其对于有些脆性金属或合金材料(如各种铸铁件、有色合金铸件等)的零件毛坯,铸造几乎是唯一的加工方法。
与其它加工方法相比,铸造工艺具有以下特点:1)铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。
铸件材料可以是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料;铸件可以小至几克,大到数百吨;铸件壁厚可以从0.5毫米到1米左右;铸件长度可以从几毫米到十几米。
2)铸造可以生产各种形状复杂的毛坯,特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯,如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。
铸造的分类

劈箱造型
将模样和砂型分成几块分别造型,然后组装起来,使
造型、烘干、搬运、合箱、检验等工序操作方便,但
工装制造工作量大
成批的大型复杂铸件,如
机床床身
地坑造型
在车间的地坑中造型,不同砂箱或只用盖箱,操作较
麻烦,劳动量大,生产周期长
在无合适砂箱时单件生产
的中大型铸件
脱箱造型
造型后将砂箱取走,在无箱或加套箱的情况下浇
1~2件为宜
磁型铸造
用磁性材料(铁丸,钢丸)代替型
砂作造型材料,可重复使用,简化了
砂处理设备
铸件表面渗碳
钢铁合金为主
大批大量生产
中小型中等复杂
零件,生产率高
石墨型铸造
用石墨制成铸型,重力浇注成型,
铸型质脆,易碎
铸件尺寸精确,组
织致密
铜合金,钛合
金
成批生产不太
复杂的中小铸件
生产率高
石膏型铸造
用石膏加附加材料以浇灌法制成
铸型,可用熔模及拨模铸造
铸件表面粗糙度
低,尺寸精度高
以铝合金为主
批量生产的薄
壁复杂铸件
加
压
方
式
压力铸造
高压下液态金属高速充填金属型
并快速凝固。铸机、铸型投资高
铸件尺寸精度高,
组织细密
以铝合金,镁
合金,锌合金及
铜合金为主
大批、大量生
产中小型薄壁复
杂件,生产率很
高
挤压铸造
(冲压铸造)
先在铸型下浇入定量液态金
薄壁铸件
低压铸造
用金属型、石墨型,或砂型,在气
体压力下充型及结晶,设备简单
铸件致密,金属收
得率高
特种铸造简介

特种铸造特种铸造:铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造的方法,如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造和实型铸造等。
特点:特种铸造具有铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好、原材料消耗低、工作环境好等优点。
但铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定限制。
一、熔模铸造(失蜡铸造)(一)熔模铸造的工艺过程1.制造蜡模蜡模材料常用50%石蜡和50%硬脂酸配制而成。
如图1-34a 所示。
为提高生产率,常把数个蜡模熔焊在蜡棒上,成为蜡模组,如图1-34b 所示。
2.制造型壳在蜡模组表面浸挂一层以水玻璃和石英粉配制的涂料,然后在上面撒一层较细的硅砂,并放入固化剂(如氯化铵水溶液等)中硬化。
使蜡模组外面形成由多层耐火材料组成的坚硬型壳(一般为4~10层),型壳的总厚度为5~7mm,如图1-34c所示。
3.熔化蜡模(脱蜡)通常将带有蜡模组的型壳放在80~90℃的热水中,使蜡料熔化后从浇注系统中流出。
4.型壳的焙烧把脱蜡后的型壳放入加热炉中,加热到800~950℃,保温0.5~2h,烧去型壳内的残蜡和水分,并使型壳强度进一步提高。
5.浇注将型壳从焙烧炉中取出后,周围堆放干砂,加固型壳,然后趁热(600~700℃)浇入合金液,并凝固冷却。
6.脱壳和清理用人工或机械方法去掉型壳、切除浇冒口,清理后即得铸件。
(二)熔摸铸造铸件的结构工艺性熔摸铸造铸件的结构,除应满足一般铸造工艺的要求外,还具有其特殊性:1.铸孔不能太小和太深否则涂料和砂粒很难进入腊模的空洞内,只有采用陶瓷芯或石英玻璃管芯,工艺复杂,清理困难。
一般铸孔应大于2mm.。
2.铸件壁厚不可太薄一般为2~8mm。
3.铸件的壁厚应尽量均匀熔摸铸造工艺一般不用冷铁,少用冒口,多用直浇口直接补缩,故不能有分散的热节。
(三)熔模铸造的特点和应用熔模铸造的特点是:(1)铸件精度高、表面质量好,是少、无切削加工工艺的重要方法之一,其尺寸精度可达IT11~IT14,表面粗糙度为Ra12.5~1.6μm。
铸造工艺流程介绍

铸造生产的工艺流程铸造生产是一个复杂的多工序组合的工艺过程,它包括以下主要工序:1)生产工艺准备,根据要生产的零件图、生产批量和交货期限,制定生产工艺方案和工艺文件,绘制铸造工艺图;2)生产准备,包括准备熔化用材料、造型制芯用材料和模样、芯盒、砂箱等工艺装备;3)造型与制芯;4)熔化与浇注;5)落砂清理与铸件检验等主要工序。
成形原理铸造生产是将金属加热熔化,使其具有流动性,然后浇入到具有一定形状的铸型型腔中,在重力或外力(压力、离心力、电磁力等)的作用下充满型腔,冷却并凝固成铸件(或零件)的一种金属成形方法。
图1 铸造成形过程铸件一般作为毛坯经切削加工成为零件。
但也有许多铸件无需切削加工就能满足零件的设计精度和表面粗糙度要求,直接作为零件使用。
型砂的性能及组成1、型砂的性能型砂(含芯砂)的主要性能要求有强度、透气性、耐火度、退让性、流动性、紧实率和溃散性等。
2、型砂的组成型砂由原砂、粘接剂和附加物组成。
铸造用原砂要求含泥量少、颗粒均匀、形状为圆形和多角形的海砂、河砂或山砂等。
铸造用粘接剂有粘土(普通粘土和膨润土)、水玻璃砂、树脂、合脂油和植物油等,分别称为粘土砂,水玻璃砂、树脂砂、合脂油砂和植物油砂等。
为了进一步提高型(芯)砂的某些性能,往往要在型(芯)砂中加入一些附加物,如煤份、锯末、纸浆等。
型砂结构,如图2所示。
图2 型砂结构示意图工艺特点铸造是生产零件毛坯的主要方法之一,尤其对于有些脆性金属或合金材料(如各种铸铁件、有色合金铸件等)的零件毛坯,铸造几乎是唯一的加工方法。
与其它加工方法相比,铸造工艺具有以下特点:1)铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。
铸件材料可以是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料;铸件可以小至几克,大到数百吨;铸件壁厚可以从0.5毫米到1米左右;铸件长度可以从几毫米到十几米。
2)铸造可以生产各种形状复杂的毛坯,特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯,如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。
黏土砂型铸造工艺过程及特点

黏土砂型铸造工艺过程及特点按生产工部分类,黏土砂型铸造又可分为造型工部、制芯工部、砂处理工部、熔化工部、清理工部五大部分。
每个工部所采用的工艺、材料、装备、控制方式等都会影响铸件的生产质量。
1.造型工部造型工部是铸造车间及生产的核心工部,典型的黏土砂造型工艺流程如图1-1所示。
图1-1 典型的黏土砂造型工艺流程造型工部的主要生产工序是造型、下芯、合箱、浇注、冷却和落砂。
在铸造生产过程中,由熔化工部、制芯工部和砂处理工部供给造型工部所需的液态金属、砂芯和型砂;造型工部将铸件和旧砂分别运送给清理工部和砂处理工部。
获得高精度和足够紧实度铸型是造型工部的主要任务,也是生产高表面质量和内在质量铸件的前提之一。
目前的实际生产中,除少量手工造型方法外,常用的机器造型有:震压式造型、多触头高压造型、射压造型、静压造型、气冲造型等。
不同的铸件产品、质量要求和生产率,可选择不同的造型方法及装备。
2.制芯工部制芯工部的任务是生产出合格的砂芯。
典型的制芯工部工艺流程如图1-2所示。
图1-2 典型的制芯工部工艺流程由于采用的黏结剂不同,芯砂的性能(流动性、硬化速度、强度、透气性等)都不相同,型芯的制造方法及其所用的设备也不相同。
根据黏结剂的硬化特点,制芯工艺有如下几种:1)型芯在芯盒中成形后,从芯盒中取出,再放进烘炉内烘干。
属于此类制芯工艺的芯砂有黏土砂、油砂、合脂砂等。
2)型芯的成形及加热硬化均在芯盒中完成。
属于这类制芯工艺的有热芯盒及壳芯制芯等。
3)型芯在芯盒里成形并通入气体而硬化。
属于这类制芯工艺的有水玻璃CO2法及气雾冷芯盒法等。
4)在芯盒中成形并在常温下自行硬化到形状稳定。
这类制芯工艺有自硬冷芯盒法、流态自硬砂法等。
在制芯工部中,制芯机是核心设备。
但砂芯的质量除与制芯机装备水平有直接关系外,还与芯砂种类、硬化方式、砂芯的形状结构等有关。
3.砂处理工部砂处理工部的任务是提供造型、制芯工部所需要的合乎一定技术要求的型砂及芯砂。
铸造的方法

铸造的方法1. 铸造技术的方法选择铸造是将通过熔炼的金属液体浇注入铸型内,经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作过程。
铸造是常用的制造方法,优点是:制造成本低,工艺灵活性大,可以获得复杂形状和大型的铸件,在机械制造中占有很大的比重,如机床占60~80%,汽车占25%拖拉机占50~60%。
铸件的质量直接影响着产品的质量,因此,铸造在机械制造业中占有重要的地位。
铸造是一种古老的制造方法,在我国可以追溯到6000年前。
随着工业技术的发展,铸造技术的发展也很迅速,特别是19世纪末和20世纪上半叶,出现了很多的新的铸造方法,如低压铸造、陶瓷铸造、连续铸造等,在20世纪下半叶得到完善和实用化。
由于现今对铸造质量、铸造精度、铸造成本和铸造自动化等要求的提高,铸造技术向着精密化、大型化、高质量、自动化和清洁化的方向发展,例如我国这几年在精密铸造技术、连续铸造技术、特种铸造技术、铸造自动化和铸造成型模拟技术等方面发展迅速。
铸造主要工艺过程包括:金属熔炼、模型制造、浇注凝固和脱模清理等。
铸造用的主要材料是铸钢、铸铁、铸造有色合金(铜、铝、锌、铅等)等。
铸造方法常用的是砂型铸造,其次是特种铸造方法,如:金属型铸造、熔模铸造、石膏型铸造......等。
而砂型铸造又可以分为粘土砂型、有机粘结剂砂型、树脂自硬砂型、消失模等等,如下图:铸造方法选择的原则:1.优先采用砂型铸造据统计,我国或是国际上,在全部铸件产量中,60~70%的铸件是用砂型生产的,而且其中70%左右是用粘土砂型生产的。
主要原因是砂型铸造较之其它铸造方法成本低、生产工艺简单、生产周期短。
所以象汽车的发动机气缸体、气缸盖、曲轴等铸件都是用粘土湿型砂工艺生产的。
当湿型不能满足要求时再考虑使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型。
粘土湿型砂铸造的铸件重量可从几公斤直到几十公斤,而粘土干型生产的铸件可重达几十吨。
一般来讲,对于中、大型铸件,铸铁件可以用树脂自硬砂型、铸钢件可以用水玻璃砂型来生产,可以获得尺寸精确、表面光洁的铸件,但成本较高。
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学习方法1:“纲举目张”
绪论
1.1 金属材料液态成形理论基础
1.2 砂型铸造工艺
1.3 常用合金铸件的生产特点
1.4 特种铸造与现代铸造技术简介
1.5 铸件结构工艺性与工艺设计
绪论
金属材料的铸造成形是将液态金属材料浇注到与零件的形状、 尺寸相适应的铸形空腔中,待其冷却凝固,以获得毛坯或零件的 生产方法。 以异口径 管为例介绍铸 件的大致生产 过程。
(薄壁)
把铸型预热到适当温度,可以减少铸型和液体合金之 间的温差,从而减缓合金冷却速度,提高合金流动性。
c.铸型透气性
高温液态合金浇入铸型时,巨大热量会使铸型中的气体 膨胀,型砂中的少量水分还会汽化,煤粉、木屑等有机物会 燃烧产生大量的气体,这些气体会使型腔中的压力急剧升高, 阻碍液态合金流动,降低合金流动性。因此,铸型需有良好 的透气性。
E S P C
L + F e 3C
D 1227 F
912
G
1148 A + Fe C 3 727
F
600 Q
K
F+A F + F e 3C
0
Fe 0.0218 0.77
2.11
4.3
6 . 6 9( F e 3 C )
Wc / %
简化后的Fe-Fe3C相图。
③铁碳合金的分类
a.工业纯铁 wC ≤0.0218%; b.钢 0.0218%< wC ≤ 2.11%; c.白口铸铁 2.11%< wC ≤ 6.69%。
图2.1.55 机械应力的形成
③铸造应力的减少与防止
机械应力、热应力起因:壁厚不匀、冷速不同;应力 集中,导致裂纹因此,按照铸造过程帮助分析 (操作过程分析法--学习方法4) 1、壁厚均匀、壁与壁过度均匀、热节小而分散; 2、改善砂型与砂芯的退让性(用变形释放应力); 3、尽量减小各部分温差。如:内浇口开在薄壁处, 厚处安放冷铁---同时凝固原则; 4、(有应力怎么办?)去应力退火(人工时效), 自然时效。
图2.1.49 缩松的形成过程示意图
5)防止缩孔与缩松的主要措施
缩孔和缩松都使铸件的力学性能下降,缩松还 可使铸件因渗漏而报废。因此,必须依据技术要求, 采取适当的工艺措施予以防止(铸件上不能有孔,但收缩大 的合金缩孔是客观存在的,怎么办?拿馍正吃着才发现手脏了咋办?) 。 实践证明,只要能使铸件实现“定向凝固”(即顺 序凝固),尽管合金的收缩较大,也可获得没有缩 孔的致密铸件,主要用于铸钢、可锻铸铁等易产生 缩孔的铸件(适合于收缩大或壁厚差大的合金)。
2)影响合金流动性的主要因素
①化学成分
(复习与思考) A、纯金属流动性好:一定温度下结晶,流动层表面
光滑,对液流阻力小;
B、共晶成分流动性好:一定…?……力小,且熔点
低,过热度可以较大;
C、非共晶成分流动性差: D、合金中若形成高熔点化合物如MnS,降低 流动,若形成低熔点化合物,提高流动(P可 形成低熔点磷共晶,但易引起铸铁冷脆)。
法比较两种材料流动性好坏?)
合金 的流动性 以浇注螺 旋试样的 长度来测 定。
a.浇不到 图2.1.44 b.冷隔 浇不到与冷隔
铁碳合金相图
T℃
在铁碳合 金中,当碳的 质量分数超过 6.69% 时 , 铁 碳合金没有实 用价值。铁碳 合金相图实际 是 Fe-Fe3C 相 图。
1 5 3 8A
L A L+A
模样制成与变形方向正好相反的形状以抵消其变形的 方法叫反变形法。适用于细长易变形铸件。
图2.1.58 床身导轨面的挠曲变形及反变形
⑤裂纹与防止
6)铸造应力、变形和裂纹
铸件在凝固之后的继续冷却过程中,其固 态收缩若受到阻碍,铸件内部将产生内应力, 这些内应力有时是在冷却过程中暂存的,有时 则一直保留到室温,后者称为残余内应力。铸 造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因。
(1)铸造应力(收缩、热、相变应力)与变形 铸件的固态收缩受到阻碍而产生的应力叫铸造应 力。铸造应力分为热应力和机械(收缩)应力。(相变应
2)铸件收缩的三个阶段
①液态收缩
指合金从浇注温度冷却到液相线温度过程中的收缩。浇 注温度越高,液态收缩越大。
②凝固收缩
指合金在液相 线至固相线之间凝 固阶段的收缩。
①和②引起缩孔缩
松
③固态收缩
指合金从固相 线温度冷却到室温 时的收缩(应力变 形裂纹)。
图2.1.47 铸件收缩的三个阶段
3)影响收缩的主要因素
液态成形理论基础
合金的铸造性能是指合金在铸造成形的过 程中获得外形正确,内部无缺陷铸件的能力。 合金的铸造性能通常用合金的流动性、收缩性 等指标来衡量。 (1)合金的流动性 1)基本概念 合金的流动性是指液态合金充满型腔,形成 轮廓清晰,形状完整的铸件的能力,它是合金本 身固有属性,受外界条件的影响。如果合金的流 动性较差,就会产生浇不到与冷隔,如图2.1.44 所示;也不利于气体和非金属夹杂物上浮。(有何办
铸件的凝固方式
在铸件的凝固过程中,其断面上一般存在三个区域,即 固相区、凝固区和液相区,其中,对铸件质量影响较大的主 要是液相和固相并存的凝固区的宽窄。铸件的“凝固方式” 就是依据凝固区的宽窄(图2—3b中S)来划分的。
1.逐层凝固 纯金属或共晶成分合金在凝固过程中因不存在液、固并 存的凝固区(书中图1—2a),故断面上外层的固体和内层的液 体由一条界限(凝固前沿)清楚地分开。随着温度的下降,固 体层不断加厚、液体层不断减少,直达铸件的中心,这种凝 固方式称为逐层凝固。
(3*) 设备投资少,原材料来源广泛,价格 低,因此、铸件的成本低廉。 (4) 铸件的形状尺寸与零件非常接近,切 削量小,特别是精密铸件无需再加工,可直接 使用,降低了制造成本。 由于上述优点使得铸造成形成为现代工业 的基础。铸件在机械产品中占有很大的比例, 按质量计在汽车中约占40%~60%,在机床中约 占60%~80%。 缺点:机械性能差,质量不稳定,工序多, 易产生许多缺陷,影响因素复杂。
措施:①选用收缩小的合金,如普通灰铸铁; ② 选用结晶温度区间小的合金防止缩松; ③安放冒口、 加冷铁等实现顺序凝固。
①采用冒口、冷铁的顺序凝固 采用顺序凝固是生产中防止 铸件产生缩孔的有效方法。 顺序凝固是指铸件按规定方向 从一部分到另一部分逐渐凝固的过 程。如图2.1.50所示(书图1-6、 1-7)。
(下边1—4和这里的顺序有所不同,但按照铸造过程帮助分 析的办法,更易记忆。模样-准备造型材料-造型制芯-合 型浇注)
③铸造应力的减少与防止
a.采用同时凝固方法(为什么尽量减少铸件各部分的温差)
图2.1.56
同时凝固过程示意图
• b.改善砂型和砂芯的退让性 木屑、焦炭 末等附加物,控制舂砂紧实度,合理设置浇 冒口。 c. 尽量避免牵制收缩的铸件结构 如壁厚要 均匀、过渡要平滑、热节要小等。 d.去应力退火 将铸件加热到塑性状态,人 工时效或自然时效。一般在机械粗加工之 后,以便将铸造应力和粗加工应力一并消 除。
4)缩孔与缩松的形成
(1)缩孔
铸件最后凝固 部位形成的空洞, 容积较大的空洞叫 缩孔 。 缩孔多呈倒锥 形,内表面粗糙, 一般隐藏在铸件的 内部。缩孔形成的 过程如图所示。
图2.1.48 缩孔形成过程示意图
(2)缩松
指铸件最后 凝固的区域没有 得到液态金属的 补缩而形成的分 散、细小的孔洞, 如图所示。 形成缩松的 基本原因和缩孔 相同,但是形成 的条件却不同, 它主要出现在结 晶温度区间大的 合金中。
(a)圆柱铸件心部产生拉应力,表层产生 应力;
压
(b)当外表面被加工掉一层后,铸件变短; (c) 当在心部钻孔,铸件变 ; (d)从侧面切去一层,产生弯曲变形;
长
④铸件的变形与防止
a.变形是由应力引起的,如何防止变形?(防应力) b.铸件壁厚尽量均匀、对称
图2.1.57
不同截面件的变形
c.反变形法
铸造成形是金属材料主要的成形方法之一。 铸造成形方法之所以被广泛应用,是因为铸造成 形方法与其它金属成形方法相比,具有以下一些 优点:
(1***) 能够制造各种形状的铸件,尤其是内
腔复杂的铸件。铸件的轮廓尺寸大至十几米,小 至几毫米;质量大至数百吨,小至几克。
(2**)能够制造各种尺寸的零件,各种金属材 料都可以铸造成形,尤其是脆性材料,只能用铸 造方法成形,如铸铁等。
生产上常采用在远离浇口的最高部位开设出气口的办法 来提高铸型透气性。
d.铸型(件)的结构(复杂简单壁厚薄大小)
当铸件壁厚过小,有大的水平面等结构时都使金属 液的流动阻力增大。图2.1.46为盖类铸件的三种浇注方 案。
பைடு நூலகம்
图2.1.46 盖类铸件的不同浇注位置
(2)铸件的收缩
1)铸件合金收缩的概念
铸造合金的收缩是指液态合金从浇入铸 型、凝固、直至冷却到室温的过程中,其体 积或尺寸的缩减现象。 铸件的收缩是一种物理属性,是形成缩 孔、缩松、变形和裂纹等缺陷的根本原因。
成分、温度、相变(影响流动性是压力)、铸型。
从上面的讨论可知,浇注温度越高,液态收缩越大; 材料的结晶温度范围越大,凝固收缩越大;材料收缩率 越大,铸件的收缩也越大。
表2.1.3铁碳合金的收缩率(%)
合金种类
碳素铸钢
体积收缩率
10~14.5
线收缩率
~2
白口铸铁
12~14
~2
~1
灰铸铁 5~8 共晶成分的灰铸铁铸造性能好
图2.1.54
铸件变形示意图
预防热应力的基本途径是尽量减少铸件各个部位间的温 度差,使其均匀地冷却。
②机械应力(收缩应力)
它是铸件固态收缩时受到铸型阻碍所产生的应力,如图 2.1.55所示。机械应力使铸件产生暂时性的正应力或剪切应 力,这种内应力在铸件落砂之后便可自行消除(属临时应 力)。但它在铸件冷却过程中可与热应力共同起作用,增大 了某些部位的应力,促进了铸件的裂纹倾向。