一铸造ppt课件.ppt

,模块一 铸、锻、焊,铸造、锻压、焊接的分类、特点及应用；砂型铸造与铸件结构工艺性；模锻特点与板料冲压，焊条电弧焊。,铸件结构工艺性分析、金属塑性成形原理理解及焊接缺陷原因分析。,第一章 铸 造,教学重点,铸造的特点、分类及应用；砂型铸造工艺。,教学难点,本课题重点与难点,砂型铸造工艺、金属铸造性能对铸件质量的影响。,一、铸造生产的特点,铸造的成形是由液态凝结成固态的过程，是制造机械零件毛坯或零件的一种重要工艺方法。,优点：,（1）能制造各种尺寸和形状复杂的铸件，特别是内腔复杂的铸件，如 各种箱体、床身、机架等零件的毛坯。（2）常用的金属材料均可用铸造方法制成铸件，有些材料（如铸铁、青铜）只能用铸造方法来制造零件。（3）铸造所用的原材料来源广泛，成本低廉。（4）铸件的形状与零件尺寸较接近，可节省金属的消耗，减少切削加 工费用。（5）可单件也可批量生产。,缺点：（1）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧度低于同种材料的锻件。（2）铸件质量不够稳定。,二、铸造的分类,铸造（造型方法）,砂型铸造,特种铸造（造型材料）,湿砂型,干砂型,化学硬化砂型,以天然矿产砂石为主要造型材料,以金属作为主要造型材料,熔模铸造、壳型铸造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等,金属型铸造、离心铸造、连续铸造、压力铸造、低压铸造等,1.1 砂型铸造,一、砂型铸造的工艺过程以型砂为材料制备铸型（外型）的铸造方法,外型（铸件的外部轮廓）,型芯（形成铸件的内腔）,1.1 砂型铸造,砂型铸造生产套筒铸件的工艺流程示意图,1.1 砂型铸造,模样和芯盒,模样是用来形成铸型型腔的工艺装备，按组合形式，可分为整体模和分开模。芯盒是制造砂芯或其他种类耐火材料芯所用的装备。模样和芯盒由木材、金属或其他材料制成。,二、造型材料,制造铸型或型芯用的材料，称为造型材料。一般指砂型铸造用的材料，包括砂、有机或无机粘结剂、水和其他附加物。,型砂主体，主要成分是,使用过的型砂（旧砂回用）,提高强度和可塑性（高岭土）,改善和提高型砂的性能，有时也加入煤屑、木屑,1.1 砂型铸造,1、造型材料的组成,1.1 砂型铸造,2、型(芯)砂性能,（1）强度 型砂或芯砂在造型后能承受外力而不致被破坏的能力称为强度。砂型及型芯在搬运、翻转、合箱及浇注金属时，有足够的强度才会保证不破坏、蹋落和胀大。若型、芯砂的强度不好，铸件易产生砂眼、夹砂等缺陷。（2）透气性 型(芯)砂孔隙透过气体的能力称为透气性。在浇注过程中，铸型与高温金属液接触，水份气化、有机物燃烧及液态金属冷却析出气体，必须通过铸型排出，否则将在铸件内产生气孔或使铸件浇不足。（3）耐火度 型、芯砂经受高温热作用的能力。耐火度主要取决于砂中的含量，若耐火度不够，就会在铸件表面或内腔形成一层粘砂层，不但清理困难、影响外观，而且为机械加工增加了困难。,为防止铸件产生粘砂、夹砂、砂眼、气孔和裂纹等缺陷，型砂应具备下列性能：,（4）退让性 铸件凝固和冷却过程中产生收缩时，型砂能被压缩、退让的性能称为退让性。型、芯砂退让性不足，会使铸件收缩时受到阻碍，产生内应力、变形和裂纹等缺陷。（5）可塑性 指型、芯砂在外力作用下变形，去除外力后仍保持变形的能力。可塑性好，型、芯砂柔软易变形，起模和修型时不易破碎和掉落。除了以上性能的要求外，还有溃散性、发气性、吸湿性等的性能要求。型、芯砂的诸多性能，有时是相互矛盾的，如强度高、塑性好，透气性就可能下降，因此应根据铸造合金的种类，铸件大小、批量、结构等，具体决定型、芯砂的配比。型砂种类：面砂 填充砂 单一砂 型芯砂 型（芯）砂的制备过程烘干-筛分-混砂（先干混后湿混）-松砂-停放（闷砂）。,1.1 砂型铸造,1.1 砂型铸造,三、造型和制芯,（一）造型方法 手工造型和机器造型,1 手工造型:全部用手工或手动工具完成的造型工序。,（1）、整模造型的模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型缺陷。适用于铸件最大截面在一端，且为平面的铸件。,1.1 砂型铸造,（2）、分模造型是将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下两个砂箱内，造型简单省工。常用于最大截面在中部的铸件。,1.1 砂型铸造,（4）、活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，肋条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费时，工人技术水平要求高。主要用于单件、小批生产带有突出部分、难以起模的铸件。,1.1 砂型铸造,（5）、刮板造型是用刮板代替实体模样造型，它可降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，工人技术水平要求高。用于有等载面或回转体的大、中型铸件的单件、小批生产、如带轮、铸管、弯头等。,1.1 砂型铸造,（6）、三箱造型 采用两个分型面和三个砂箱的造型方式,1.1 砂型铸造,（7）、组芯造型是用若干块砂芯组合成铸型，而无需砂箱。它可提高铸件的精度，但成本高。适用于大批量生产形状复杂的铸件。,1.1 砂型铸造,（8）、地坑造型在地平面以下的沙坑中或特制的地坑中制造下型的造型方法，特点是省掉了下砂箱，但造型操作麻烦。用于中型、大型铸件单件或小批量生产。,1.1 砂型铸造,（9）、假箱造型是为克服挖砂造型的挖砂缺点，在造型前预先做个底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不参予浇注，故称假箱。比挖砂造型操作简单，且分型面整齐。适用于成批生产中需要挖砂的铸件。,1.1 砂型铸造,2、机器造型 机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。机器造型铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小，但需要专用设备，投资较大，适合大批量生产。常用的机器造型方法有：压实紧实、高压紧实、震击紧实、震压紧实、微震紧实、抛砂紧实、射压紧实、射砂紧实。,机器造型的实质,将填砂、紧实、和起模等 主要工序实现机械化,机器造型的特点,生产效率高，产品质量稳定,1.1 砂型铸造,（二）制芯,芯的主要作用是形成铸件的内腔或局部外形。单件、小批生产时采用手工制芯，大批生产时采用机器制芯。手工制芯常采用芯盒制芯。1、制芯的工艺要求：a.放芯骨 砂芯中放入芯骨，以提高强度。b.开通气道 砂芯中必须作出贯通的通气道，以提高砂芯的透气性。c.刷涂料 大部分的砂芯表面要刷一层涂料，以提高耐高温性能，防止铸件粘砂。d.烘干 砂芯烘干后，强度和透气性均能提高。,2、对分式芯盒造芯过程,1.1 砂型铸造,1.1 砂型铸造,浇注系统是为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。,内浇口是金属液直接流入型腔的通道，它与铸件直接相连，可以控制金属液流入型腔的速度和方向。它影响铸件内部的温度分布，对铸件质量有较大影响。为了利于挡渣和防止冲刷型芯或铸型壁，内浇口倾斜方向与横浇口中液体金属流动方向的夹角大于90度；另外，内浇口不要正对型芯，以免冲坏砂芯。,浇口杯-它的作用是承接从浇包中倒出来的液态金属，减轻金属液流对铸型的冲击，使金属液平稳流入直浇口。其形状分漏斗形和池形两种。直浇口是垂直的通道，断面多为圆形，利用直浇口的高度产生一定的静压力，使金属液产生充填压力。直浇口越高，产生的冲填力越大。一般直浇口要高出型腔最高处100-200mm。,横浇口是水平通道，可将液体金属导入内浇口。简单小铸件有时可省去不用。横浇口的截面形状多为梯形，其作用是分配金属流入内浇口，阻止熔渣进入型腔内。为了挡渣，横浇口必须开在内浇口上面。,四、浇注系统,1.1 砂型铸造,冒口和铸型结构,尺寸较大的铸件或体收缩率较大的金属还要加设冒口起补缩作用，为便于补缩，冒口一般设在铸件的厚部或上部。冒口还可起排气和集渣作用。,1.2 铸铁的熔炼及烧注,一、铸铁的熔炼,常用铸造合金：铸铁、铸钢和有色金属,溶炼铸铁的设备：冲天炉,炉料：A、金属料：高炉生铁、回炉 铁、铁合金B、燃料：焦炭C、熔剂：石灰石、萤石（造 渣）,焦铁比：1/81/12 熔剂与焦炭20%-30%,1.2 铸铁的熔炼及烧注,2、浇注,将液态金属从浇包注入铸型的操作称浇注。（1）浇注温度：浇注温度低流动性差，易产生浇不到或冷隔。浇注温度过高，铸件晶粒粗大，缩孔增大，易产生缩孔、裂纹和粘砂。浇注温度由铸造合金种类、铸件大小及形状确定。形状复杂、薄壁灰铸铁件，浇注温度1400；形状简单、厚壁灰铸铁件，浇注温度1300；铸钢件浇注温度1500。（2）浇注速度：速度高流动性好，易冲砂；速度低，易于补缩，但易产生冷隔、夹砂、砂眼。浇注速度由铸件大小、形状确定。（3）浇注方法：A去渣；B引火；C浇注,1.2 铸铁的熔炼及烧注,3、铸件的落砂、清理和缺陷分析,（1）落砂：铸件在充分冷却后，使铸件与型 砂、砂箱分开的操作。分手工、机器落砂。（2）清理：落砂后从铸件上清除表面粘砂、多余金属的过程。分手工（风铲、铁刷）和机械清理（摩擦、喷丸、抛丸等）两种。（3）铸件检验 A 尺寸、形状与图纸比较 B 铸件有无缺陷 C 重要铸件的力学性能试验、化学成份和金相组织分析 D 致密性检验，如漏气漏水。内部检验：磁感应、X射线、超声波等。,（4）、常见铸件的缺陷分析,1.2 铸铁的熔炼及烧注,1.2 铸铁的熔炼及烧注,1.2 铸铁的熔炼及烧注,1.2 铸铁的熔炼及烧注,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,一、砂型铸件结构工艺性,（1）、铸件壁厚的设计,1）铸件的最小壁厚,在一定铸造工艺条件下，所能浇注出的铸件最小壁厚。,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,2）铸件的临界壁厚,在最小壁厚和临界壁厚之间就是适宜的铸件壁厚。,在砂型铸造条件下，临界壁厚3最小壁厚,3）铸件截面形状,（2）铸件壁厚应均匀、避免厚大截面,（3）、铸件壁的连接,1）铸件的结构圆角,2）避免锐角连接,3）厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡,4）减缓筋、辐收缩的阻碍,（4）、铸件外形的设计,1）避免外部侧凹、凸起；,2）分型面应尽量为平直面；,上,中,中,下,上,下,3）凸台、筋条的设计应便于起模。,（5）、铸件内腔的设计,1）应尽量减少型芯的数量，避免不必要的型芯。,芯撑,2）便于型芯的固定、排气和清理。,（6）、铸件结构设计应考虑的其它问题,1）铸造方法,2）组合铸件的设计,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,二、铸件图的绘制,铸造工艺图是措施（冷铁、保温衬板）等的图样。图中应表示出：铸件表示铸型分型面、浇冒口系统、浇注位置、型芯结构尺寸、控制凝固的浇注位置、分型面、型芯的数量、形状、尺寸及固定方法、加工余量、起模斜度、浇口、冒口、冷铁的尺寸和位置。,设,计,要,点,铸造工艺图的绘制,分型面的选择,工艺参数的确定,浇注位置的确定,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,一、浇注位置的确定浇注位置是指浇注时铸件所处的位置。分型面是指两半个铸型相互接触的表面。一般先从保证铸件的质量出发来确定浇注位置，然后从工艺操作方便出发确定分型面。浇注位置的选择原则：1）一般情况，铸件浇注位置的上面比下面铸造缺陷多，所以重要加工面、耐磨表面等质量要求较高部位应置于下面或侧面。,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,图11-17 机床床身浇注时的位置,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,2）浇注位置的选择应有利于铸型的充填和型腔中气体的排出，所以具有大面积的薄壁铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部，同时要尽量使薄壁部分处于垂直位置或倾斜位置，以防止出现浇不足和冷隔等缺陷。,图 箱盖浇注时的位置,平板浇注时的位置,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,3）体积收缩大的合金及壁厚差较大的铸件，应按顺序凝固的原则，将壁厚较大的部位和铸件的热节部置于上部或侧部，以便设置冒口进行补缩。,4）尽量减少型芯的数目，最好使型芯位于下型以便下芯和检查，同时应保证型芯在铸型中安放牢靠、排气通畅。,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,二、分型面的选择 1）分型面应尽量采用平面分型，避免曲面分型，并应尽量选在最大截面上，以简化模具制造和造型工艺。,不正确,分型面应选在最大截面处,正确,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,2）应使铸件的加工面和加工基准面处于同一砂型中，而且尽可能放在下型，以便保证铸件尺寸的精确。,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,3）尽量减少分型面的数目，最好只有一个分型面，减少活块的数目。,不合理 合理,图 绳轮采用砂芯使三箱造型变为两箱造型,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,4）尽量将铸件全部或大部放在同一砂箱以防止错型、飞翅、毛刺等缺陷，保证铸件尺寸的精确。见图95。,分型面的位置应能减少错型、飞翅,使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱,易于保证铸件的尺寸精度,不合理 合理,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,5）应尽量减少砂芯的数目,6）分型面的选择应尽量与铸型浇注时位置一致。,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,三、工艺参数的确定,加工余量,收缩率,拔模斜度,铸造圆角,型芯及型芯头,工艺参数,铸造工艺参数通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些工艺数据。,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,加工余量,孔的铸出：要考虑铸出的可能性、必要性、和经济性。一般大孔用下芯的方式铸出，而小孔则用机加工完成。,铸造收缩率,铸件在凝固和冷却过程中会发生收缩而造成各部分体积和尺寸缩小。为使铸件的实际尺寸符合图样要求，模样和芯盒的制造尺寸应比铸件放大一个该合金的收缩率。合金收缩率的大小取决于铸造合金的种类及铸件的结构、尺寸等因素。通常灰铸铁的铸造收缩率是0.7%1.0%，铸钢的铸造收缩率为1.3%2.0%,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,拔模斜度,为了在造型和制芯时便于起模，以免损坏砂型和型芯，在模样、芯和的起模方向留有一定的斜度。,铸造圆角,凝固特性热节、充型,不同转角处的热节,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,型芯及型芯头,型芯是铸件的一个重要的组成部分，型芯的功用是形成铸件的内腔,孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形。,型芯种类,1.3 铸件结构工艺性与铸件图,铸造工艺图实例,1.4 特种铸造,所谓特种铸造，是指有别于砂型铸造方法的其他铸造工艺。特种铸造一般能至少实现以下一种性能：,提高铸件的尺寸精度和表面质量提高铸件的物理及力学性能提高金属的利用率(工艺出品率)减少原砂消耗量适宜高熔点、低流动性、易氧化合金铸造改善劳动条件，便于实现机械化和自动化,1.4 特种铸造,特种铸造,特种铸造,金属型铸造,离心铸造,压力铸造,熔模铸造,低压铸造,挤压铸造,陶瓷型铸造,1.4 特种铸造,熔模铸造是用易熔材料制成模样，然后在模样上涂挂若干层耐火涂料制成型壳，经硬化后再将模样熔化，排出型外，从而获得无分型面的铸型。铸型经高温焙烧后即可进行浇注。(一)熔模铸造的工艺过程 熔模铸造的工艺过程包括：蜡模制造、结壳、脱蜡、焙烧和浇注等，其流程图及铸造过程示意图如下：,一、熔模铸造,1.4 特种铸造,（二）熔模铸造的主要特点及适用范围 1）铸件的精度和表面质量较高，尺寸公差等级可达IT14-IT11，表面粗糙度Ra值可达12.5m-1.6m。是一种精密铸造。2）适用于各种合金铸件。尤其是高熔点合金及难切削加工合金铸件。3）可制造形状较复杂的铸件，铸出孔的最小直径为0.5mm，最小壁厚可达0.3mm。4）工艺过程较复杂，生产同期长，制造费用和消耗的材料费用较高，多用于小型零件（从几十克到几千克），一般不超过25kg。,1.4 特种铸造,二、金属型铸造,金属型铸造又称硬模铸造，是将液体金属浇入金属铸型，在重力作用下充填铸型，以获得铸件的铸方法。（一）金属型 为保证使用寿命，制造金属型的材料具备如下的性能：高的耐热性和导热性，反复受热不变形，不破坏；一定的强度、韧性及耐磨性；好的切削加工性能。金属型材料一般选用铸铁、碳素钢 或低合金钢。,垂直分型式金属型,1.4 特种铸造,（二）金属型铸造的工艺特点1、金属型预热 金属型预热温度主要通过试验来确定，一般不低于150。2、刷涂料 金属型表面应喷刷一层耐火涂料（厚度为0.3mm0.4mm），以保护型壁表面，免受金属液的直接冲蚀和热击。3、浇注 由于金属型的导热能力强，因此浇注温度应比砂型铸造2030。铝合金为680740，铸铁为13001370，锡青铜为11001150，对薄壁小件取上限，对厚壁大件取下限。4、开型时间 对于金属型铸造，要根据不同的铸件选用合适的开型时间，具体数值需通过试验来确定。（三）金属型铸造的特点和应用范围 1、金属型铸件冷却快，组织致密，力学性能高。2、铸件的精度和表面质量较高 3、浇冒口尺寸较小，液体金属耗量减少，一般可节约15%30%。4、不用砂或少用砂。,1.4 特种铸造,金属型铸造的主要缺点是金属型无透气和退让性，铸件冷却速度大，容易产生浇不到、冷隔、裂纹等缺陷。适用的铸件形状和尺寸有一定的限制，主要适用于有色合金铸件的大批量的生产。,三、压力铸造,压力铸造是指熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。压铸工艺过程是：向型腔喷射涂料、闭合压型、压射金属、打开压型顶出铸件。压铸型是压铸工艺过程的关键装备，是由定型、动型及金属芯组成的压铸用金属型其性能、精度、表面质量要求很高，必须用热作模具钢制造，并进行严格的热处理。压铸机是压铸生产专用机器，主要有开合型、压射、抽芯、顶出铸件等机构组成。分为热压室式和冷压室式两类。,1.4 特种铸造,压力铸造具有如下特点：,（1）压铸的生产率比其他铸造方法都高，并易于实现半自动化、自动化。（2）压铸件尺寸精度高，表面质量好。（3）可铸出结构复杂、轮廓清晰的薄壁、深腔、精密铸件。（4）压铸件组织细密，强度、硬度比砂型铸件提高25%40%。（5）设备和压铸型费用高，压铸型制造周期长，所以只适应大批量生产。（6）压铸件不能进行热处理，因加热时气体膨胀会造成表面鼓泡或变形。,四、离心铸造 是指将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填型腔并凝固成形的铸造方法。,1.4 特种铸造,1.4 特种铸造,离心铸造的特点：1、铸件在离心力的作用下结晶，内部组织致密，铸造缺陷少，罚学性能好。2、铸造管型铸件时，可省去型芯和浇注系统，金属利用率高，工艺简化。3、可铸造“双金属”铸件，如轴瓦。4、铸件内表面质量低，内孔尽寸不准确，加工余量大。离心铸造主要应用于铸铁水管、气缸套、铜轴套，成形铸件。,1.4 特种铸造,常用铸造方法与砂型铸造方法的比较,1.5 铸造新工艺和新技术简介,1、实型铸造,中实型铸造又称为气化模铸造和消失模铸造，其原理是用泡沫塑料（包括浇冒口系统）代替木模或金属模样进行制造，造型后模样不取出，铸型呈实体，浇入液态金属后，模样燃烧、气化、消失，金属液充填模样位置，冷却凝固后得到铸件。强度是指金属材料抵抗塑性变形（永久变形）和断裂的能力。抵抗塑性变形和断裂的能力越大，则强度越高 实型铸造应用范围较广，可适用于各类合金，几乎不受铸件结构、尺寸、重量和生产批量的限制，特别适用于生产形状复杂的铸件，如模具、汽缸头、管件、曲轴、叶轮、壳体、床身、机座等。,2、磁型铸造,磁型铸造是将装有气化模和铁丸的砂箱置于磁场中，铁丸在磁场作用下相互结合在气化模外形成铸型，当金属液浇入磁型时，高温金属将气化模逐渐烧失，而占据型腔，待冷却凝固后撤出磁场，则磁型自然散落，从而获得铸件的方法 磁型铸造已在机车车辆、拖拉机、兵器、采掘、动力、轻工、化工等制造业得到应用，适用于各种批量、各种合金的中、小型铸件。,1.5 铸造新工艺和新技术简介,3、低压铸造,低压铸造是使液体金属在较低的压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法，他是介于重力铸造和压力铸造之间的一种铸造方法，具有液体金属充型比较平稳；铸件成形性好，铸件轮廓清晰、表面质量好，有利于大型薄壁铸件的成形；铸件组织致密，力学性能好；劳动条件好，设备简单，易实现机械化和自动化。,1.5 铸造新工艺和新技术简介,4、半固态铸造,半固态铸造是指将既非全呈液态又非全呈固态的固态液态金属混合浆料，经压铸机压铸，形成铸件的铸造方法。这种铸造方法能大大减少对压铸机的热冲击，提高压铸机的使用寿命，可明显提高铸件的质量，降低能量消耗，便于进行自动化生产。,1.5 铸造新工艺和新技术简介,1.5 铸造新工艺和新技术简介,5、悬浮铸造,悬浮铸造时指在浇注金属液时，将一定量的金属粉末加到金属液流中，使其与金属液掺和在一起而流入铸型的一种铸造方法。所添加的粉末材料称为悬浮剂，常用的有铁粉、铸铁丸、铁合金粉、钢丸等。悬浮铸造可明显地提高铸钢、铸铁的力学性能，减少缩孔和缩松，提高铸件的抗热裂性能，减少铸锭和厚壁铸件中化学成分不均匀性，提高铸件和铸锭的凝固速度。缺点是对悬浮剂和浇注温度的控制要求较高。,