材料成形工艺(铸造01).

材料成形工艺Materialformingtechnology第一篇、液态金属铸造成形工艺以铸造中应用最为广泛的砂型铸造工艺为对象，着重讨论铸造工艺设计的有关内容。第一篇、液态金属铸造成形工艺第一篇、液态金属铸造成形工艺轻型货车四缸发动机缸体轧钢机轧辊不锈钢冲击叶轮，4.3吨分体铸造的钢圈分体铸造的齿轮整体铸造的三峡电站水轮发电机组下环73D-9气缸，70吨装饰件铸铜工艺品南山大佛（山东龙口）：高38.66米，重380吨，这座锡青铜释迦牟尼大坐佛，为目前世界第一大铜铸坐佛。大佛采用分体铸造总体焊接的方法建造。砂型铸造砂型铸造上砂箱浇口棒分型面模样下砂箱砂型整模造型砂型铸造砂型铸造砂型整模造型1.铸造工艺设计的概念铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量和生产条件等，确定铸造该工艺方案和工艺参数，绘制铸造工艺图、编制工艺卡片等技术文件的过程。第一篇、液态金属铸造成形工艺2.铸造工艺设计的依据生产任务和要求，产品数量及生产周期，工厂和车间的生产条件，经济性。生产任务和要求一般反映在铸造零件的设计图样和技术要求上（铸造工艺设计者审查图样）。3.铸造工艺设计内容铸造工艺设计内容的繁简程度主要决定于批量的大小、生产要求和生产条件。一般包括：铸造工艺图、铸件（毛坯）图、铸型装配图（合箱图）、工艺卡及操作工艺规程。广义地讲，铸造工艺装备的设计也属于铸造工艺设计的内容，例如模样图、模板图、芯盒图、砂箱图、压铁图、专用量具图和样板图及组合下芯夹具图等。第一篇、液态金属铸造成形工艺铸造工艺设计的内容和一般程序项目内容用途及应用范围设计程序铸造工艺图在零件图上用各种工艺符号表示出机械加工余量，收缩率，浇注时铸件位置，分型面，浇注系统，型芯形状，数量及芯头大小，内外冷铁及铸筋等。是制造模样、模板，生产准备、清理和验收工作的依据。1.产品零件图样的铸造工艺分析2.选择铸造方法3.选择铸造种类和造型造芯的方法4.确定浇注位置和分型面5.砂芯设计6.加工余量7.起模斜度，画出活块8.收缩率、工艺补正量、模样分型系数9.冒口及浇注系统、试块、冷铁及铸筋铸造工艺设计的内容和一般程序第一章、液态金属成形过程及控制一、液态金属充型过程的水力学特性第一节、液态金属充型过程的水力学特性及流动情况第一章、液态金属成形过程及控制一、液态金属充型过程的水力学特性1、粘性流体流动液态金属是有粘性的流体,粘度的大小与液态金属的成分有关。在流动过程中又随液态金属温度降低而不断增大。当液态金属中结晶出晶体时，液体的粘度急剧增加，其流速和流态也会发生急剧变化。第一节、液态金属充型过程的水力学特性及流动情况2、不稳定流动在充型过程中液态金属温度不断降低，铸型温度不断增高，两者的热交换呈不稳定状态。液流温度下降，粘度增加，流动阻力增加。在充型过程中液流的压头增加或减少，液态金属的流速与流态也不断变化，液态金属在充填铸型过程中的不稳定流动。一、液态金属充型过程的水力学特性3、多孔管中流动由于砂型具有一定的孔隙，可以把砂型中的浇注系统和型腔看作是多孔的管道和容器。液态金属在“多孔管”中流动时，不能很好的贴附于管壁，会将外界气体卷入，形成气孔或引起金属液氧化而形成氧化夹渣。铸件产生的气孔一、液态金属充型过程的水力学特性4、紊流流动液态金属在浇注系统中流动时，雷偌数Re＞Re临,为紊流流动。古钱币中气孔一、液态金属充型过程的水力学特性浇注系统---液态金属流人型腔的通道。浇注系统的组成：浇口杯直浇道横浇道内浇道等二、液态金属在浇注系统中的流动情况1、应在一定的浇注时间内，保证充满铸型。2、应能控制液体金属流入型腔的速度和方向。3、应能把混入金属液中的熔渣和气体挡在浇注系统里。4、应能控制铸件凝固时的温度分布。5、浇注系统结构应力求简单，简化造型，减少清理工作量和液体金属的消耗。1、液态金属在浇口杯中的流动情况1）、浇口杯作用：（1）、承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注；（2）、减轻液流对型腔的冲击；（3）、分离熔渣和气泡并阻止其进入型腔；（4）、增加充型压力头。二、液态金属在浇注系统中的流动情况2）、浇口杯结构（1）、漏斗形结构简单，挡渣作用差，金属液易产生绕垂直轴旋转的涡流，易卷入气体和熔渣。适用：挡渣要求不高的砂型和金属型小铸件。（2）、池形浇口杯内液体深度大，可阻止垂直轴旋转的水平涡流，有利于分离熔渣和气泡。二、液态金属在浇注系统中的流动情况池形漏斗形二、液态金属在浇注系统中的流动情况2）、浇口杯结构直浇道的功用是从浇口杯引导金属向下进入横浇道、内浇道或直接导入型腔。2、液态金属在直浇道中的流动情况二、液态金属在浇注系统中的流动情况1）直浇道的功用2）液态金属在直浇道中的两种流态常用的直浇道结构形式如图3）直浇道的结构形式2、液态金属在直浇道中的流动情况1）缓冲作用2）缩短直—横拐弯处的高速紊流区3）改善内浇道的流量分布4）减少浇道拐弯处的局部阻力系数和水头损失。4）直浇道窝（浇口窝）的作用2、液态金属在直浇道中的流动情况3、液态金属在横浇道中的流动情况横浇道是连接直浇道和内浇道的中间通道，它的功用主要有稳流、流量分配和挡渣。二、液态金属在浇注系统中的流动情况横浇道是直浇道与内浇道之间的一个中间浇道，液体金属在横浇道中的流动情况与这三个浇道的断面积之比有较密切的关系。当直浇道断面积大于横浇道断面积，而横浇道断面积又大于内浇道断面积(即收缩式浇注系统)时，从直浇道下落的液流可立即把横浇道充满。相反对于铝镁合金铸造常用的扩张式浇注系统，横浇道并不立即被充满，而是随着型腔中合金液面的升高而逐渐地被充满。3、液态金属在横浇道中的流动情况1）横浇道的稳流作用液流从直浇道落下时速度不平稳，进入横浇道液流趋向平稳。内浇道流量不均匀现象对铸件质量有显著影响①对大型复杂铸件和薄壁铸件易出现浇不足和冷隔缺陷。②在流量大的内浇道附近会引起局部过热、破坏原来所预计的铸件凝固次序，使铸件产生氧化、缩松、缩孔和裂纹等缺陷。2）横浇道的流量分配作用3、液态金属在横浇道中的流动情况为了克服内浇道流量不均匀带来的弊病，通常采用如下方法:（1）尽可能将内浇道设置在横浇道的对称位置；（2）将横浇道断面设计成顺着液流方向逐渐缩小形式；（3）采用不同断面内浇道，缩小远离直浇道的内浇道断积；（4）设置浇口窝等。3、液态金属在横浇道中的流动情况熔渣特性铸铁熔渣密度小于合金液——重力分离镁合金熔渣密度大于合金液——过滤挡渣铝合金熔渣密度有大有小——两种措施横浇道是浇注系统的主要档渣单元。3）横浇道的挡渣作用3、液态金属在横浇道中的流动情况档渣作用与熔渣特性、横浇道结构、各浇道相互配合有关。（1）档渣原理重力分离时，影响横浇道挡渣的主要因素①杂质与合金液的密度差②渣团半径R的大小③合金液在横浇道中的流动速度v横④合金液的粘度3）横浇道的挡渣作用3、液态金属在横浇道中的流动情况①降低合金液在横浇道的流动速度υ横。搭接式横浇道双重横浇道扩张式浇注系统增大横浇道截面积（2）强化横浇道档渣作用的工艺基础3、液态金属在横浇道中的流动情况①降低合金液在横浇道的流动速度υ横。②横浇道应呈充满状态（2）强化横浇道档渣作用的工艺基础3、液态金属在横浇道中的流动情况减少浇注系统的扩张程度底注式浇注系统③内浇道的位置关系要正确。内浇道具直浇道应有一定距离横浇道末端延长段末端设计集渣包①降低合金液在横浇道的流动速度υ横。②横浇道应呈充满状态③内浇道的位置关系要正确。④在横浇道上设置过滤网以滤除渣团⑤在横浇道上设置集渣包是常用的除渣措施（2）强化横浇道档渣作用的工艺基础3、液态金属在横浇道中的流动情况（2）强化横浇道档渣作用的工艺基础3、液态金属在横浇道中的流动情况①降低合金液在横浇道的流动速度υ横。②横浇道应呈充满状态③内浇道的位置关系要正确。④在横浇道上设置过滤网以滤除渣团⑤在横浇道上设置集渣槽是常用的除渣措施（2）强化横浇道档渣作用的工艺基础3、液态金属在横浇道中的流动情况减少浇注系统的扩张程度底注式浇注系统4）横浇道的结构形状3、液态金属在横浇道中的流动情况一般都采用高度大于宽度（高/宽=1.2~1.5）的梯形断面的横浇道。4、液态金属在内浇道中的流动情况二、液态金属在浇注系统中的流动情况控制充型速度和方向分配液态金属调节铸件各部位的温度分布和凝固次序，并对铸件有一定的补缩作用位置、数量、尺寸大小对铸件质量有很大作用。1）内浇道的功用4、液态金属在内浇道中的流动情况二、液态金属在浇注系统中的流动情况直浇道、横浇道和内浇道截面积之比称为浇口比。以内浇道为阻流时，金属液流入型腔时喷射严重。2）浇口比3）内浇道与横浇道的相对位置a)第一个内浇道不要离直浇道太近，最后一个内浇道距横浇道末端要有一定距离。b)内浇道一般应置于横浇道的中部(中置式)，其底面与横浇道的底面相平4、液态金属在内浇道中的流动情况a)同时凝固：壁厚不均匀铸件——开设在薄壁处。壁厚均匀铸件——开设较多内浇道，且分散、均匀分布。b)顺序凝固：设在有冒口的壁厚处，最好是通过冒口进入型腔，使冒口温度较高，使厚大部位得到补缩。高大铸件，保证铸件自下而上顺序凝固，水平方向同时凝固，通常把内浇道均匀地设置在铸件的薄壁处，在厚壁处放置冷铁。二、液态金属在浇注系统中的流动情况4）内浇道与铸件的位置内浇道与铸件的相对位置和内浇口数量的选择，应该服从所选择的凝固顺序和补缩方式。4、液态金属在内浇道中的流动情况二、液态金属在浇注系统中的流动情况顺序凝固4、液态金属在内浇道中的流动情况二、液态金属在浇注系统中的流动情况多为扁矩形宽度与厚度之比应按铸件壁厚和所要求的凝固形式而定。一般情况下，尽量采用薄的内浇道，其厚度一般为铸件壁厚的1/2~2/3。4）内浇道的形状4、液态金属在内浇道中的流动情况二、液态金属在浇注系统中的流动情况5）其它注意事项a)液流不要正对着冲击细小砂芯和型壁，避免因飞溅、涡流等使铸件氧化夹渣、气孔和夹砂等缺陷。气孔4、液态金属在内浇道中的流动情况二、液态金属在浇注系统中的流动情况5）其它注意事项二、液态金属在浇注系统中的流动情况b)内浇道位置使金属液在型腔中流程最短。c)内浇道位置选在铸件平面或凸出部分，方便铸件清理和打磨。二、液态金属在浇注系统中的流动情况4、液态金属在内浇道中的流动情况5）其它注意事项过滤网过滤过滤网把大部分杂质阻留于过滤网前，使液态金属流速降低，已挤过网孔的气泡和杂质上浮而阻留于过滤网背后的浇道中。三、液态金属在过滤装置中的流动情况过滤网三、液态金属在过滤装置中的流动情况过滤网三、液态金属在过滤装置中的流动情况一、浇注系统的类型及应用1、按液态金属导入铸件型腔的位置分类(a)顶部注入式(b)中间注入式(c)底部注入式(d)阶梯注入式第二节、浇注系统的设计（1）、顶注式（上注式）顶注式浇注系统---以浇注位置为基准，金属液从铸件型腔顶部引入的浇注系统。顶注式浇注系统一、浇注系统的类型及应用顶注式浇注系统优点：1）、液态金属从铸件型腔顶部引入，在浇注和凝固过程中，铸件上部的温度高于下部，有利于铸件自下而上顺序凝固，能有效地发挥顶部帽口的补缩作用。2）、液流流量大，充型时间短，充型能力强3）、造型工艺简单，模具制造方便，浇注系统和冒口消耗金属少，浇注系统切割容易。一、浇注系统的类型及应用（2）、底注式（下注式）底注式浇注系统--内浇道设在铸件底部的浇注系统。底注式浇注系统一、浇注系统的类型及应用底注式浇注系统优点：1）、合金液从下部充填型腔，流动平稳。2）、无论浇道比多大，横浇道基本处于充满状态，有利于挡渣。一、浇注系统的类型及应用底注式浇注系统缺点：1）、铸件温度分布不利于自下而上的顺序凝固，削弱了顶部冒口的补缩作用。2）、底部内浇道附近铸件容易过热，使铸件易产生缩松、缩孔、晶粒粗大。缩孔3）、充型能力差，对大型薄壁铸件容易产生冷隔和浇不足等缺陷。4）、造型工艺复杂，金属消耗量大。一、浇注系统的类型及应用特征：铸件上有未完全融合的缝隙或洼坑，其交接处是圆滑的特征：铸件不完整一、浇注系统的类型及应用（3）、中注式浇注系统中注式浇注