热加工基础-02.ppt

,Page,*,一、熔模铸造,(,失蜡铸造,),熔模铸造的特点和应用,（,1,）,铸件精度高，表面质量好，属少，无切削工艺,。尺寸精度,IT11-14,，表面粗糙度,Ra12.5-1.6,m,。,（,2,）,可铸造形状复杂铸件,，最小壁厚可达,0.3mm,，最小铸孔直径,0.5mm,。可一次铸出组合体。,（,3,）,铸造合金种类不受限制,，尤其适合高熔点和难切削合金。,（,4,）,生产批量不受限制，可单件或成批生产,。,（,5,）,工序繁杂，生产周期长，原辅材料费用高，生产成本较高，铸件限于,25kg,。,二、金属型铸造（永久型铸造）,将液体金属在重力作用下浇入金属铸型，以获得铸件的一种方法。铸型用金属制成，可以,反复使用,。,金属型,冷速快 一型多用,金属型铸造,金属型铸造特点及应用范围,（,1,）,机加工余量小，尺寸精度,IT12-IT16,;,表面粗糙度,Ra12.5-6.3,m,。,（,2,）,冷却速度快，铸件晶粒较细,，力学性能提高。金属型生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约,25,，屈服强度平均提高约,20,，其抗蚀性能和硬度亦显著提高；,（,3,）,一型多铸，提高生产率，,节约造型材料，减轻环境污染，改善劳动条件。,(4),成本高,，,不宜大型，形状复杂和薄壁铸件；,铸铁件易白口化，切削困难，尺寸限制在,300mm,，重量,8kg,以下。,(5),铸件的,精度和表面光洁度,比砂型铸件,高,，而且,质量和尺寸稳定,;,(6),铸件的,工艺收得率高,，液体金属耗量减少，一般可节约,15,30,；用砂或者少用砂，一般可节约造型材料,80,100,；,金属型铸造特点及应用范围,产品,三、压力铸造,压力铸造,是将熔融合金在,高压,作用下,，,以,高速,充填铸型型腔，并在,高压下结晶凝固,而获得铸件的特种铸造工艺,。,两个特点,高压,：比压,30-70MPa,高速,：充型时间,0.01-0.2,秒,压铸机分类,按压室是否浸在熔融金属中，分,冷室压铸机,热室压铸机,按压室位置，分,卧式压铸机,立式压铸机,主要构成：,合型机构、压射机构、机座、液压传动系统、控制系统、润滑冷却系统等,。,热压铸,卧式冷室压铸机,压铸特点,生产率高,、材料利用率提高,60-70%,、实现少切削和零切削，经济效益好。,精度高,（,IT11-14,级；,3.2-0.8,m,）、,组织致密；,适应形状复杂,、轮廓清晰、,薄壁,深腔铸件；可组合压铸或,镶嵌,压铸；,压缩气体,坩埚炉,铸型,熔化黄铜水,主要步骤,通气充型,加压凝固,放气开模,四、低压铸造,低压铸造是液体金属在压力作用下，,自下而上,充填型腔以形成铸件的成形工艺。,低压铸造特点,浇注,压力和速度,可调，适应各种铸型、合金和铸件大小；,底注式,平稳充型,，无飞溅、气体卷入和型壁冲刷等弊病，铸件合格率提高；,压力下结晶，,组织致密，轮廓清晰,，表面光洁，少切削或零切削，机械性能高，对薄壁件铸造尤其有利；,节省补缩冒口,，金属利用率高达,90-98%,；,劳动强度低，劳动条件好，,容易数控自动化,。,五、离心铸造,离心铸造是指将,熔融金属,浇入,旋转,的,铸型,中，使液体金属在,离心力作用,下,充填,铸型并,凝固,成形的一种铸造方法。,（一）离心铸造的类型,铸型：,金属型或砂型。,分类：,离心铸造机通常可分为立式和 卧式两大类，如图,1-39,所示。,立式,离心铸造机,卧式,离心铸造机,工艺,离心铸造的特点及应用范围,离心铸造的特点是：,（,1,）,液体金属能在铸型中形成中空的自由表面，不用,型芯,即可铸出中空铸件，简化了套筒、管类铸件的生产过程。,（,2,）,由于旋转时液体金属所产生的离心力作用，离心铸造可提高金属,充填铸型,的能力，因此一些流动性较差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造法生产。,（,3,）,由于离心力的作用，改善了,补缩条件,，气体和非金属夹杂物也易于自金属液中排出，产生缩孔、缩松、气孔和夹杂等,缺陷,的几率较小。,（,4,）无浇注系统和冒口,，节约金属。,不足：,金属中的气体、熔渣等夹杂物，因密度较轻而集中在铸件的内表面上，所以内孔的尺寸不精确，质量也较差；铸件易产生成分偏析和密度偏析,。,应用：,铸铁管、汽缸套、铜套、双金属轴承、特殊钢的无缝管坯、造纸机滚筒等铸件的生产。,离心铸造的特点及应用范围,六、实型,铸造（消失模铸造）,实型铸造：,采用,聚苯乙烯发泡塑料,模样代替普通模样，造好型后不取出模样就,浇入金属液,，在金属液的作用下，塑料模样,燃烧、气化、消失,，金属液取代原来塑料模所占据的空间位置，,冷却凝固,后获得所需铸件的铸造方法。,实型铸造,（消失模铸造）,实型铸造特点,（,1,）,由于采用了遇金属液即气化的泡沫塑料模样，,无需起模，无分型面，无型芯,，因而,无飞边毛刺,，铸件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模铸造，但尺寸却可大于熔模铸造。,（,2,）,各种形状复杂铸件的模样均可采用泡沫塑料模粘合，成形为整体，减少了加工装配时间，可降低铸件成本,10%,30%,，也为铸件结构设计提供充分的,自由度,。,（,3,）,简化了铸件生产工序,，缩短了生产周期，使造型效率比砂型铸造提高,2-5,倍。,缺点：,实型铸造的模样,只能使用一次,，且泡沫塑料的密度小、强度低，,模样易变形,，影响铸件尺寸精度。浇铸时模样产生的气体污染环境。,用途：,实型铸造主要用于,不易起模,等复杂铸件的批量及单件生产。,实型铸造特点,七、陶瓷型铸造,1,砂套造型,先用水玻璃砂制出砂套。制造砂套的模样,B,比铸件模样,A,应大一个陶瓷料厚度（图,1-40a,）。,砂套的制造方法与砂型铸造相同（图,1-40b,）。,2,灌浆与胶结,其过程是将铸件模样固定于模底板上，刷上分型剂，扣上砂套，将配制好的陶瓷浆料从浇注口注满砂套（图,1-40c,），,经数分钟后，陶瓷浆料便开始结胶。,陶瓷浆料由,耐火材料,（如刚玉粉、铝矾土等）、,粘结剂,（如硅酸乙酯水解液）等组成。,陶瓷型铸造工艺流程,3,起模与喷烧,浆料浇注,515min,后，趁浆料尚有一定弹性便可起出模样。为加速固化过程提高铸型强度，必须用明火喷烧整个型腔（图,1-40d,）。,4,焙烧与合型,浇注前要加热到,350550,焙烧,25h,，,烧去残存的水分、并使铸型的强度进一步提高。,5,浇注,浇注温度可略高，以便获得轮廓清晰的铸件。,陶瓷型铸造工艺流程,陶瓷型铸造的特点及适用范围,（,1,）,陶瓷面层在具有弹性的状态下起模，同时陶瓷面层耐高温且变形小，故铸件的,尺寸精度和表面粗糙度,等与熔模铸造相近。,（,2,）,陶瓷型铸件的,大小几乎不受限制,，可从几公斤到数吨。,（,3,）,在单件、小批量生产条件下，,投资少、生产周期短，,在一般铸造车间即可生产。,（,4,）,陶瓷型铸造不适于生产批量大、重量轻或形状复杂的铸件，生产过程,难以实现机械化和自动化,。,用途,：,厚大的,精密铸件,，广泛用于生产冲模、锻模、玻璃器皿模、压铸型和模板等，也可用于生产中型铸钢件等。,铸造方法的选择,每种铸造方法均有其技术特征和适用范围，合理选择铸造方法，主要应考虑下列因素：,(1,）,零件的使用性能,零件所受的载荷情况及所处的工作环境,(,例如：温度、压力、气态或液态介质的性质等,),对铸件尺寸精度和表面粗糙度的要求。,（,2,）,零件的铸造技术性能,零件所采用的合金材料的铸造性能、零件结构形状的复杂程度、质量、轮廓尺寸、壁厚差、不加工壁的最小厚度和孔径等。,（,3,）,经济的合理性,各种铸造方法生产费用的比较，以及成品零件生产总费用的综合比较。在合理选择铸造方法时，后一种比较是主要的。,铸造方法的选择,正确选择铸造方法的原则是：,根据生产批量大小和工厂设备、技术的实际水平以及其它有关条件，结合各种铸造方技的基本技术恃点，在保证零件技术要求的前提下，选择技术简便、品质稳定和成本低廉的铸造方法。,砂型铸造,熔模铸造,金属型铸造,压力铸造,低压铸造,磁型铸造,离心铸造,陶瓷型铸造,合金种类,不限,以碳钢、合金钢为主,不限,以有色合金为主,以有色合金为主,以黑色金属为主,多用于黑色金属及铜合金,以高熔点,合金为主,铸件大小,不限,2,铸铁,4,铸钢,5,有色合金,0.6,3.5,2,5,最小,0.7,2,3,最小内孔,0.7,1,铸件精度,IT14,IT16,IT10,IT14,IT12,IT16,IT11,IT13,IT10,IT6,IT12,IT14,IT11,IT14,表面粗糙度,Ra/,m,粗糙,2.5,3.2,12.5,6.3,6.3,0.8,0,3.2,取决于铸型,25,6.3,取决于铸型,2.5,3.2,组织,晶粒粗大,晶粒粗大,晶粒细小,晶粒细小,取决于铸型,晶粒细小,晶粒细小,晶粒粗大,生产率,中、低,中,中,高,中,高,高,低,应用举例,各类铸件,刀具，动力机械，汽车零件，机械零件，计算机、电讯零件，军工产品及日用品等,汽车、飞机、拖拉机、电器、洗农机零件，发动机零件，油泵壳体及日用品等,汽车、拖拉机零件、精密仪器、电器仪表、航空、航海、国防、医疗器械和日用五金等,发动机气缸体,、,气缸盖、变速箱体、曲轴箱体、医用消毒缸、增压器叶轮等,采掘、运输机械、动力、军工、轻工等部门采用,各种套、环管、筒类件、叶轮、双金属铸件、电机转子等,热锻模、玻璃模、压型、金属型、模型板、热芯盒等,习题,1,、,试说明重力金属型铸造、压力铸造、熔模铸造等方法与砂型铸造的主要区别。,铸件工艺过程设计,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,铸件方案和技术参数，绘制工艺过程图、编制工艺过程卡,等技术文件的过程。铸件工艺设计的有关文件，是生产准备、管理和铸件验收的依据，并用于直接指导生产操作。因此，铸件工艺过程设计的好坏，对铸件品质、生产率和成本起着重要的作用。,第四节 液态金属成形件的工艺过程设计,铸造工艺过程设计的步骤,1,、铸件结构工艺性分析,2,、选择造型方法,3,、确定浇注位置和分型面,4,、,.,工艺参数设计,5,、型芯设计,6,、设计浇注系统、冒口,7,、完成铸造工艺图,8,、绘制装备图,9,、工艺装备设计,1,）浇注位置选择原则,重要加工面应朝下或位于侧面,浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。,铸型的上表面除了容易产生砂眼、气孔、缩孔等缺陷，组织也不如下表面致密。,铸件的宽大平面尽可能朝下,1,）浇注位置选择原则,铸件上的薄壁部位应朝下,防止浇不到和冷隔缺陷,1,）浇注位置选择原则,易产生缩孔的铸件厚大部位应朝上或位于侧面,，以便安放冒口，实现,顺序凝固,，进行补缩。,1,）浇注位置选择原则,2,）分型面的选择原则,主要原则：,保证精度原则、方便操作原则、简化工艺原则,分型面（,Parting line,）,是指两半铸型相互接触的表面。除了熔模、实型铸造法外，都要选择分型面。,（,1,）应尽可能使全部或大部分铸件，或者加工基准面与重要的加工面处于同一半型内。,以避免因合型不准产生错型，保证铸件尺寸精度。,2,）分型面的选择原则,（,2,）分型面应设在铸件最大截面处，以保证模样从型腔中顺利取出,（,3,）应尽量减少分型面的数目,分型面数量少，既能保证铸件精度，又能简化造型操作。,2,）分型面的选择原则,（,4,）,应使型芯和活块数量尽量减少,（,5,）分型面应尽量选用平面,平直的分型面可简化造型工艺过程和模板制造，容易保证铸件精度（图,2-32,b,），这对于机器造型尤为重要。,2,）分型面的选择原则,2,）分型面的选择原则,（,6,）尽量使型腔及主要型芯位于下型，以便于造型、下芯、合型及检验。,3,）确定工艺参数,机加工余量,最小铸出孔,收缩率,起模斜度,（,1,）,机加工余量,在铸件上为,切削加工而加大的尺寸,称为,机械加工余量,。,影响因素：,造型方式；合金种类；铸件尺寸；加工面与基准面距离；浇注位置等，一般查手册。,3,）确定工艺参数,加工余量必须认真选取，余量过大，切削加工费工，且浪费金属材料；余量过小，制品会因残留黑皮而报废，或者，因铸件表层过硬 而加速刀具磨损。,与铸件尺寸公差配套使用的铸件加工余量,铸孔及铸槽,铸件上的孔和槽类这部分结构是否铸出，取决于工艺的可行性和必要性。一般来说，,尺寸较小的孔不铸出反而经济,。,设计时查手册。,注,-,零件图上没有要求加工的孔必须铸出。,（,2,）最小铸出孔,灰铁铸件,铸钢件,大量生产,成批生产,单件、小批量生产,12,15,15,30,30,50,30,50,50,铸件的最小铸出孔,小孔不铸出，,留待机加工。,不铸出孔的表示,铸件由于凝固、冷却后的体积收缩，其各部分尺寸均小于模样尺寸。,为保证铸件尺寸要求，需在模样,(,芯盒,),上加一个收缩的尺寸。加大的这部分尺寸称为收缩量，一般根据铸造收缩率来定。,铸造收缩率,K,定义如下：,式中：,L,模,模样尺寸；,L,件,铸件尺寸。,铸造收缩率主要取决于,合金的种类，,同时与,铸件的结构、大小、壁厚,及,收缩时受阻碍情况,有关。,（,3,）铸造收缩率,通常灰铸铁为,0.71.0%,，铸造碳钢为,0.32.0%,，,铝硅合金为,0.81.2%,，锡青铜为,1.21.4%,。,（,4,）起模斜度,为了使模样,(,或型芯,),便于从砂型,(,或芯盒,),中取出，凡垂直于分型面的立壁在制造模样时，必须留出一定的倾斜度,称为起模斜度,。取决于立壁高度；造型方法和模样材料等因素，一般,15,-3,。,立壁愈高，斜度愈小，设计可查表。,起模斜度的形式,（,4,）起模斜度,4,）型芯设计,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。,制作时,型芯及模样,上须做出,型芯头,，对应造型时要在,砂型,中做,凹坑“座位”,，使型芯定位,。,设计时需考虑：,保证,定位准确,、能承受砂芯,自身重量,和液态合金的,冲击、浮力等外力,的作用，浇注时砂芯内部产生的,气体能顺畅,引出铸型等。,型芯头的作用：,1,）定位作用；,2,）固定作用；,3,）排气作用。,型芯头：,是型芯的定位、支撑和排气的部分。,主要确定：,芯头长度、斜度和间隙。,长度取决于型芯的直径和长度,芯头的分类：,1,）垂直型芯；,图,4-12,垂直型芯及芯头,芯头必须留有一定的斜度,。,下芯头的斜度应小些,(5,10),，,上芯头的斜度为便于合箱应大些,(6,15),。,h,=15,150mm,型芯头与铸型型芯座之间应有,1,4 mm,的间隙,(S),，以便于铸型的装配。,4,）型芯设计,垂直芯头的形式,形式：,上下都有芯头；只有下芯头，无上芯头；,上下都无芯头。,4,）型芯设计,水平芯头的形式,4,）型芯设计,5,）浇注系统设计,浇注系统是引导金属液流入型腔的一系列通道的总称。,浇口杯,直浇道 横浇道,内浇道,组成,接纳、引入金属，减轻金属液对铸型的冲击。,引入金属，提供压力以克服流动阻力充满型腔,引入金属、阻止熔渣,引入金属、控制金属液的充型速度和流动方向,调控温度场和凝 固顺序，在某种情况下还有一定的补缩作用。,作用：,确保液态金属能够平稳而合理地充满型腔。,内浇道的位置、数目应服从所选定的凝固顺序和补缩方法。,内浇道在铸件上开设位置的选择可遵循如下原则：,1,为使铸件实现,同时凝固,，,对,壁厚均匀,的铸件，可选用多个内浇道分散引入金属液。,对,壁厚不太均匀,的铸件，内浇道应开设在薄壁处。,2,为使铸件实现,顺序凝固,，内浇道应设在有冒口的,厚壁处,，从厚壁处引入金属液，形成铸件从薄壁至厚 壁，最后到冒口的先后凝固顺序。,封闭式浇注系统,S,直,S,横,S,内,S,直,S,横,S,内,=1.151.11,浇注系统其他组元横截面积尺寸的确定,优点：,这种浇注系统容易为金属液所充满，撇渣能力较好，可防止气体卷入金属液，,通常用于中小型铸铁件。,缺点：,这种浇注系统中金属液流速较大，有时甚至发生喷射现象，,不适于易氧化的非金属铸件或压头大的铸件，也不适于用柱塞包浇注的铸钢件。,开放式浇注系统,S,直,S,横,S,内,S,直,S,横,S,内,=124,优点：,这种浇注系统中内浇道处金属液流速不高，流动平稳，冲刷力小，金属液受氧化的程度轻，主要适于易氧化的非金属铸件、球铁铸件和用柱塞包浇注的铸钢件。,缺点：,金属液难以充满这种浇注系统中的所有单元，撇渣能力较差，渣和气体容易随液进入型腔，造成废品。,浇注系统的重要参数确定：,内浇口的总截面积,横浇口的总截面积,直浇口的总截面积。,浇注系统尺寸的确定,S,内,可,根据铸件的合金种类、质量、尺寸、壁厚,及浇注时间,，并考虑金属液的沿程摩擦损失和涡流损失，用水力公式计算。也可在生产中查经验图表。,内浇道总横截面积,S,内,式中：,G,为铸件毛重；,K,为经验数据：铸件壁厚小于,15,，,K=0.7,；,铸件壁厚,=16,30,，,K=0.6,；,铸件壁厚,=31,60,，,K=0.5,；,常见浇注系统的类型,（,1,）顶注式浇注系统,内浇道开设在铸件的顶部。,优点：,金属液自由落下，自下而上地逐渐充满型腔，利于定向凝固和补缩；,缺点：,冲击力大，充型不平稳，易发生飞溅、氧化和卷入气体现象，产生沙眼、冷豆、气孔和夹渣等缺陷。,多用于,质量不大，高度不高和形状简单的薄壁或中等壁厚的铸件，易氧化金属铸件则不宜采用,常见浇注系统的类型,（,2,）底注式浇注系统,内浇道开设在型腔底部。,优点：,金属液充型平稳，避免了金属液冲击型芯、飞溅和氧化及由此引起的铸件缺陷；型内气体易于逐渐排出，整个系统充满较快，利于横浇道撇渣。,缺点：,型腔底部金属液温度较高，而上部液面温度较低，不利于冒口补缩。故应尽快浇注。,多用于,易氧化的合金铸件。,常见浇注系统的类型,（,3,）中间注入式浇注系统,内浇道开设在分型面上。,优点：,能方便地按需要进行补置，有利于控制金属液的流量分布和铸型热量的分布。,适用于,中等质量、高度和壁厚的铸件。应用普遍。,常见浇注系统的类型,（,4,）阶梯式浇注系统,是具有多层内浇道。,优点：,兼有底注式和顶注式的优点，又克服了两者的缺点，即浇注平稳，减少了飞溅，又有利于补缩。,缺点：,浇注系统结构复杂，加大了造型和铸件清理工作量。,多用于,高度较高、型腔较复杂、收缩率较大或品质要求较高的铸件。,6,）冒口、冷铁的设计,冒口的设计,铸型中能储存一定金属液（同铸件相连接在一起的液态金属熔池）补偿铸件收缩，防止产生缩孔和缩松缺陷的专门技术“,空腔,”称为,冒口,。冒口的主要作用是,补缩铸件,。此外还有,集渣和通、排气作用,。,1-,明顶冒口；,2-,暗顶冒口,3-,铸件；,4-,边冒口,(,a,),铸钢件,(,b,),铸铁件,冷铁的设计,冷铁,是用来加大铸件,局部冷却速度,最常用的一种激冷物，钢材、铜等金属材料也可以用作激冷物。其主要作用为：,加快铸件某一部分的冷却速度，调节铸件的凝固顺序，与冒口配合使用，可扩大冒口的有效补缩距离。,冷铁分为,外冷铁和内冷铁,7,）,铸造工艺过程图的绘制,铸造工艺过程图,是在零件图上用规定的技术符号表示出铸造工艺过程内容的图形，它决定了铸件的,形状、尺寸、生产方法,和,工艺过程,，,是制造模样、芯盒、造型、造芯和检验铸件的依据,。,首先应综合考虑浇注位置和分型面，再确定，,1,起模斜度、,2,加工余量，,3,砂芯的部位，要画出砂芯的位置、形状和芯头。,零件的铸造工艺图的制定及铸件图举例,可从以下几方面进行分析：,分型面和分模面；,浇注位置、浇冒口的位置、形状、尺寸和数量；,工艺参数,（机加工余量、最小铸出孔、收缩余量、起模斜度）；,型芯的形状、位置和数目，型芯头的定位方式和安装方式；,冷铁的形状、位置、尺寸和数量；,其他。,铸造工艺方案示例,工艺设计实例,1,上,下,材料：,HT200,收缩率：,1.0%,铸件名称,接盘,件数,10,材料,Q235,铸造方法,砂型铸造,零件图,铸造图,接盘的铸造工艺设计过程,