液態(tài)成型工藝基礎(chǔ)

《液態(tài)成型工藝基礎(chǔ)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《液態(tài)成型工藝基礎(chǔ)（38頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第5章 金屬材料成形第一節(jié) 金屬液態(tài)成型工藝基礎(chǔ)第二節(jié) 金屬塑性成形工藝基礎(chǔ)第三節(jié) 金屬連接成形工藝基礎(chǔ)金屬材料鑄造粉末冶金壓力加工熱處理焊接切削加工零件毛坯裝配機(jī)器機(jī)械設(shè)備制造過(guò)程示意圖：第一節(jié) 金屬液態(tài)成型工藝基礎(chǔ)金屬液態(tài)成形又稱(chēng)為鑄造，是將液態(tài)金屬在重力或外力作用下充填到型腔中，金屬液態(tài)成形又稱(chēng)為鑄造，是將液態(tài)金屬在重力或外力作用下充填到型腔中，待其凝固冷卻后，獲得所需形狀和尺寸的毛坯或零件的方法。待其凝固冷卻后，獲得所需形狀和尺寸的毛坯或零件的方法。金屬材料在液態(tài)下一次成形，具有很多金屬材料在液態(tài)下一次成形，具有很多優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）適應(yīng)性廣，工藝靈活性大。工業(yè)上）適應(yīng)性廣，工藝靈活性

2、大。工業(yè)上常用的金屬材料如鑄鐵、碳素鋼、合金常用的金屬材料如鑄鐵、碳素鋼、合金鋼、非鐵合金等，均可在液態(tài)下成形。鋼、非鐵合金等，均可在液態(tài)下成形。（2）最適合形狀復(fù)雜的鑄件。具有復(fù)雜）最適合形狀復(fù)雜的鑄件。具有復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯或零件的成形，如復(fù)雜箱體、內(nèi)腔的毛坯或零件的成形，如復(fù)雜箱體、機(jī)架、閥體、泵體、缸體等。機(jī)架、閥體、泵體、缸體等。（3）成本較低。鑄件與最終零件的形狀）成本較低。鑄件與最終零件的形狀相似、尺寸相近，節(jié)省材料和加工工時(shí)。相似、尺寸相近，節(jié)省材料和加工工時(shí)。汽缸體汽缸體鑄鐵鑄鐵曲軸曲軸砂型鑄造砂型鑄造鑄造可分為鑄造可分為砂型鑄造砂型鑄造和和特種鑄造特種鑄造兩大類(lèi)。其中砂兩大類(lèi)。

3、其中砂型鑄造工藝如圖所示。型鑄造工藝如圖所示。一、熔融合金的流動(dòng)性及充型一、熔融合金的流動(dòng)性及充型1.流動(dòng)性概念熔融合金的流動(dòng)性指其自身的流動(dòng)能力。2.充型能力概念充型能力是指熔融合金充滿型腔，獲得輪廓清晰、形狀完整的優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。二、液態(tài)合金的收縮二、液態(tài)合金的收縮液態(tài)合金在凝固和冷卻過(guò)程中，體積和尺寸減小液態(tài)合金在凝固和冷卻過(guò)程中，體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱(chēng)為的現(xiàn)象稱(chēng)為合金的收縮合金的收縮。收縮是絕大多數(shù)合金的。收縮是絕大多數(shù)合金的物理本性之一。收縮可使鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、物理本性之一。收縮可使鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、裂紋、變形和內(nèi)應(yīng)力等缺陷，影響鑄件質(zhì)量。裂紋、變形和內(nèi)應(yīng)力等缺陷，影響鑄件質(zhì)量

4、。1.收縮的概念收縮的概念合金的收縮經(jīng)歷如下三個(gè)階段：合金的收縮經(jīng)歷如下三個(gè)階段：(1)液態(tài)收縮從澆注溫度(T澆)到凝固開(kāi)始溫度(即液相線溫度TL)間的收縮。(2)凝固收縮從凝固開(kāi)始溫度(TL)到凝固終止溫度(即固相線溫度TS)間的收縮。(3)固態(tài)收縮從凝固終止溫度(TS)到室溫間的收縮。(2)合金的收縮率為上述三個(gè)合金的收縮率為上述三個(gè)階段收縮率的總和。階段收縮率的總和。(3)常用合金中，鑄鋼的收縮常用合金中，鑄鋼的收縮率最大，灰鑄鐵最小。率最大，灰鑄鐵最小。2、鑄件的縮孔和縮松、鑄件的縮孔和縮松液態(tài)合金充滿型腔后，在冷卻凝固過(guò)程中，若液態(tài)液態(tài)合金充滿型腔后，在冷卻凝固過(guò)程中，若液態(tài)收縮和凝

5、固收縮所縮減的體積得不到補(bǔ)足，則在鑄收縮和凝固收縮所縮減的體積得不到補(bǔ)足，則在鑄件的最后凝固部位會(huì)形成一些孔洞。按照孔洞的大件的最后凝固部位會(huì)形成一些孔洞。按照孔洞的大小和分布，可將其分為縮孔和縮松兩類(lèi)。小和分布，可將其分為縮孔和縮松兩類(lèi)。(1)縮孔的形成恒溫或很窄溫度范圍內(nèi)結(jié)晶的合金，鑄件壁以逐層凝固方式進(jìn)行凝固的條件下，容易產(chǎn)生縮孔。(2)縮松的形成結(jié)晶溫度范圍寬的合金，以糊狀凝固方式進(jìn)行凝固的條件下，容易產(chǎn)生縮松。縮孔是指集中在鑄件上部或最后凝固部位、容積縮孔是指集中在鑄件上部或最后凝固部位、容積較大的孔洞。縮孔多呈倒圓錐形，內(nèi)表面粗糙；較大的孔洞。縮孔多呈倒圓錐形，內(nèi)表面粗糙；縮松是指

6、分散在鑄件某些區(qū)域內(nèi)的細(xì)小縮孔?？s松是指分散在鑄件某些區(qū)域內(nèi)的細(xì)小縮孔。三、砂型鑄造造型（造芯）方法三、砂型鑄造造型（造芯）方法砂型鑄造是以型砂為造型材料、用人工或機(jī)器在砂箱內(nèi)造出所需的型腔及必要的澆注系統(tǒng)的一類(lèi)歷史悠久、應(yīng)用最為廣泛的鑄造方法。砂型鑄造工藝過(guò)程示意圖如下：四、鑄件結(jié)構(gòu)工藝性四、鑄件結(jié)構(gòu)工藝性 進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要保證其使用進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要保證其使用性能和力學(xué)性能要求，還必須考慮鑄造工藝性能和力學(xué)性能要求，還必須考慮鑄造工藝和合金鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求，鑄件結(jié)和合金鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求，鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否，對(duì)鑄件的質(zhì)量、生產(chǎn)率及構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否，對(duì)鑄件的質(zhì)

7、量、生產(chǎn)率及其成本有很大的影響。其成本有很大的影響。(一)鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)使鑄造工藝過(guò)程簡(jiǎn)化(二)鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)適應(yīng)合金鑄造性能的要求(一)鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)使鑄造工藝過(guò)程簡(jiǎn)化1.鑄件的外形結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單雖然根據(jù)液態(tài)金屬流動(dòng)成形的特點(diǎn)，鑄件外形可很復(fù)雜，但仍應(yīng)在滿足使用要求的前提下，力求簡(jiǎn)單，以方便起模，簡(jiǎn)化造型，盡量避免三箱、挖砂、活塊造型及不必要的外部型芯。2.鑄件的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單適用，避免不必要的復(fù)雜結(jié)構(gòu)1.鑄件的外形結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單(1)盡量避免鑄件外表側(cè)凹，減少分型面這樣可以減少使用的砂箱或外型芯數(shù)量，減少造型工時(shí)，也可減少因錯(cuò)箱、偏芯而產(chǎn)生的鑄造缺陷。鑄件避免外表側(cè)凹的結(jié)構(gòu)圖1-32應(yīng)使分型面平直a)

8、、b)小支架c)、d)、e)杠桿(2)盡可能使鑄件分型面平直包括注意避免分型面上的圓角結(jié)構(gòu)。圖鑄件加強(qiáng)肋與凸臺(tái)的設(shè)計(jì)a)、b)加強(qiáng)肋c)、d)凸臺(tái)(3)鑄件外表加強(qiáng)肋、凸臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)便于起模若設(shè)計(jì)不當(dāng)，加強(qiáng)肋、凸臺(tái)常會(huì)妨礙起模，而需采用活塊造型或增加外型芯等解決起模問(wèn)題，如圖a與c所示結(jié)構(gòu)。(4)鑄件側(cè)壁應(yīng)具有結(jié)構(gòu)斜度鑄件上凡垂直于分型面的非加工表面應(yīng)給出結(jié)構(gòu)斜度，以便于起模和提高鑄件精度，如圖，結(jié)構(gòu)斜度的大小與鑄件的垂直壁高度有關(guān)，如表1-8所示。表1-8鑄件的結(jié)構(gòu)斜度結(jié)構(gòu)斜度的設(shè)計(jì)2.鑄件的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單適用，避免不必要的復(fù)雜結(jié)構(gòu)(1)應(yīng)盡量少用或不用型芯型芯增加材料消耗，且使生產(chǎn)工藝過(guò)程復(fù)

9、雜，成本提高，還會(huì)因型芯組裝間隙影響鑄件尺寸精度，容易產(chǎn)生由型芯導(dǎo)致的鑄造缺陷。圓蓋鑄件不用型芯的內(nèi)腔設(shè)計(jì)鑄件的內(nèi)腔需用兩個(gè)型芯形成，其中大的型芯呈懸臂狀，必須用型芯撐作輔助支撐，型芯撐容易導(dǎo)致鑄造缺陷(如因型芯不穩(wěn)而偏芯導(dǎo)致壁厚不勻、因型芯撐處冷凝快而出現(xiàn)冷隔等)，而且因型芯不連通導(dǎo)致排氣不暢、清砂不便。軸承支架便于型芯固定的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)(2)應(yīng)便于型芯的固定、排氣、定位和清理如圖a所示軸承支架(二)鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)適應(yīng)合金鑄造性能的要求1.鑄件的壁厚鑄件壁厚大，有利于液態(tài)合金充型，但隨壁厚增加，鑄件晶粒愈粗大，且易出現(xiàn)縮松、縮孔等缺陷。2.鑄件壁間的連接要考慮減少熱節(jié)，防止應(yīng)力集中等。3.盡可能避免

10、鑄件上的過(guò)大水平面大的水平面(按澆注位置)不利于金屬液的充填，易產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷，同時(shí)還有易產(chǎn)生夾雜、不利于氣體和非金屬夾雜物排除等缺點(diǎn)，應(yīng)盡可能避免。4.采用對(duì)稱(chēng)或加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)如細(xì)長(zhǎng)、薄大鑄件為防止翹曲變形，常采用對(duì)稱(chēng)或加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)，如圖1-46所示。1.鑄件的壁厚鑄件壁厚大，有利于液態(tài)合金充型，但隨壁厚增加，鑄件晶粒愈粗大，且易出現(xiàn)縮松、縮孔等缺陷。(1)鑄件的最小壁厚指在某種工藝條件下，鑄造合金能充滿型腔的最小厚度。表1-9砂型鑄造鑄件最小壁厚的設(shè)計(jì)(單位：mm)(2)鑄件壁厚不宜過(guò)厚過(guò)大的壁厚，會(huì)引起晶粒粗大，且易產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷(見(jiàn)圖a)，使其承載能力不再隨壁厚增加而成比例提高

11、。鑄件壁厚應(yīng)盡量均勻(3)鑄件壁厚應(yīng)盡可能均勻以使鑄件各處的冷卻速度趨于一致。制動(dòng)鼓制動(dòng)鼓鑄件壁厚大小適當(dāng)；鑄件壁厚大小適當(dāng)；灰鑄鐵流動(dòng)性好；壁厚最小可達(dá)灰鑄鐵流動(dòng)性好；壁厚最小可達(dá) 4-5 mm;鑄鋼流動(dòng)性差，最小壁厚不應(yīng)鑄鋼流動(dòng)性差，最小壁厚不應(yīng)小于小于 8-10 mm；最大臨界壁厚一般；最大臨界壁厚一般不得超過(guò)最小壁厚的三倍。不得超過(guò)最小壁厚的三倍。鑄件壁厚大小主要與合金種類(lèi)及鑄件鑄件壁厚大小主要與合金種類(lèi)及鑄件輪廓尺寸有關(guān)。輪廓尺寸有關(guān)。對(duì)于重載壁，切忌盲目增大壁厚，寧對(duì)于重載壁，切忌盲目增大壁厚，寧可用加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)?？捎眉訌?qiáng)肋結(jié)構(gòu)。鑄件內(nèi)壁應(yīng)薄于外壁內(nèi)、外壁厚差約為：鑄件內(nèi)壁應(yīng)薄于外壁

12、內(nèi)、外壁厚差約為：10-30。鑄件壁厚力求均勻，取消不必要的厚大壁部，鑄件壁厚力求均勻，取消不必要的厚大壁部，采用加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)。避免壁或加強(qiáng)肋的十字交叉。采用加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)。避免壁或加強(qiáng)肋的十字交叉。（1）鑄件內(nèi)外表面轉(zhuǎn)角連接處應(yīng)為圓角，以免產(chǎn)生裂紋、縮孔等缺陷。2.鑄件壁間的連接要考慮減少熱節(jié)，防止應(yīng)力集中等。熱節(jié)是在凝固過(guò)程中，鑄件內(nèi)比周?chē)饘倌叹徛墓?jié)點(diǎn)或局部區(qū)域。這個(gè)部位凝固慢，容易產(chǎn)生縮孔！容易產(chǎn)生疏松缺陷，一般需要做探傷檢查。(2)不同壁厚之間要逐步過(guò)渡當(dāng)鑄件壁厚難以均勻一致時(shí)，為減少應(yīng)力集中，防止不同壁厚連接處產(chǎn)生裂紋，應(yīng)采用逐步過(guò)渡的連接型式，避免壁厚突變。表1-11鑄件的內(nèi)圓角半

13、徑R值(單位：mm)表1-12幾種壁厚的過(guò)渡形式及尺寸圖1-43壁間連接結(jié)構(gòu)a)十字形連接b)銳角連接c)交錯(cuò)連接d)環(huán)狀連接e)垂直或鈍角連接(3)壁間連接應(yīng)避免交叉和銳角如圖a、b所示的十字形交叉連接與銳角連接，易形成熱節(jié)和應(yīng)力集中，鑄件容易產(chǎn)生縮孔、縮松和裂紋等缺陷(4)輪輻設(shè)計(jì)應(yīng)避免收縮受阻輪形鑄件(如帶輪、齒輪、飛輪等)的輪轂和輪緣間由輪輻連接，輪輻形式不同，收縮受阻程度不同，產(chǎn)生裂紋的傾向也不同。輪輻的連接形式a)偶數(shù)對(duì)稱(chēng)直輪輻b)奇數(shù)輪輻c)彎曲輪輻3.盡可能避免鑄件上的過(guò)大水平面圖1-45頂蓋鑄件大平面的傾斜設(shè)計(jì)鑄件壁的連接和過(guò)渡要科學(xué)合理鑄件壁的連接和過(guò)渡要科學(xué)合理圓圓弧弧連

14、連接接輪輻及輻板的改進(jìn)設(shè)計(jì)輪輻及輻板的改進(jìn)設(shè)計(jì)加大壁的交接夾角加大壁的交接夾角內(nèi)內(nèi)直直角角改改圓圓弧弧過(guò)過(guò)渡渡特種鑄造特種鑄造砂型鑄造具有適應(yīng)性廣，應(yīng)用最為普遍，但砂型鑄件砂型鑄造具有適應(yīng)性廣，應(yīng)用最為普遍，但砂型鑄件的精度低，表面粗糙；對(duì)薄壁非鐵合金鑄件、高尺寸的精度低，表面粗糙；對(duì)薄壁非鐵合金鑄件、高尺寸精度鑄件、管狀鑄件和高溫合金飛機(jī)葉片等特殊零件，精度鑄件、管狀鑄件和高溫合金飛機(jī)葉片等特殊零件，往往難以用砂型鑄造方法來(lái)生產(chǎn)，或者生產(chǎn)效率低，往往難以用砂型鑄造方法來(lái)生產(chǎn)，或者生產(chǎn)效率低，為解決這類(lèi)零件的制造，出現(xiàn)了用砂較少或不用砂、為解決這類(lèi)零件的制造，出現(xiàn)了用砂較少或不用砂、采用特殊工

15、藝裝備的鑄造方法，如熔模鑄造、金屬型采用特殊工藝裝備的鑄造方法，如熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、陶瓷型鑄造鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、陶瓷型鑄造和實(shí)型鑄造等，這些鑄造方法統(tǒng)稱(chēng)為和實(shí)型鑄造等，這些鑄造方法統(tǒng)稱(chēng)為“特種鑄造特種鑄造”。熔模鑄造熔模鑄造熔模鑄造也稱(chēng)失蠟鑄造，因?yàn)槿勰ｈT件具有較高熔模鑄造也稱(chēng)失蠟鑄造，因?yàn)槿勰ｈT件具有較高的尺寸精度和較好的表面質(zhì)量又稱(chēng)為精密鑄造。的尺寸精度和較好的表面質(zhì)量又稱(chēng)為精密鑄造。a)撥叉鑄件b)制造壓型c)制造蠟?zāi))焊成蠟?zāi)＝Me)制造型殼f)填砂、澆注金屬熔模鑄造的工藝過(guò)程（一）熔模鑄造工藝過(guò)程（一）熔模鑄造工藝過(guò)程 1.制造蠟?zāi)?/p>

16、制造蠟?zāi)?2.制造型殼制造型殼 3.脫蠟脫蠟5.澆注澆注4.型殼的焙燒型殼的焙燒6.脫殼和清理脫殼和清理（二）熔模鑄造的特點(diǎn)是：（二）熔模鑄造的特點(diǎn)是：（1）鑄件尺寸精度高、表面質(zhì)量好，是少、無(wú)切削加工）鑄件尺寸精度高、表面質(zhì)量好，是少、無(wú)切削加工工藝的重要方法之一，表面粗糙度為工藝的重要方法之一，表面粗糙度為Ra12.51.6m。如熔模鑄造的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，鑄件精度已達(dá)到無(wú)加工如熔模鑄造的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，鑄件精度已達(dá)到無(wú)加工余量的要求。余量的要求。（2）可制造形狀復(fù)雜的鑄件，其最小壁厚可達(dá)）可制造形狀復(fù)雜的鑄件，其最小壁厚可達(dá)0.3mm，最小鑄出孔徑為，最小鑄出孔徑為0.5mm。對(duì)由幾個(gè)零件

17、組合成的復(fù)雜。對(duì)由幾個(gè)零件組合成的復(fù)雜部件，可用熔模鑄造一次鑄出。部件，可用熔模鑄造一次鑄出。3）鑄造合金種類(lèi)不受限制，用于生產(chǎn)高熔點(diǎn)和難切削）鑄造合金種類(lèi)不受限制，用于生產(chǎn)高熔點(diǎn)和難切削合金鑄件，更具顯著優(yōu)越性。合金鑄件，更具顯著優(yōu)越性。（4）生產(chǎn)批量基本不受限制，既可成批、大批量生產(chǎn)，）生產(chǎn)批量基本不受限制，既可成批、大批量生產(chǎn)，又可單件、小批量生產(chǎn)。又可單件、小批量生產(chǎn)。但熔模鑄造也有一定的局限性，工序繁雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，但熔模鑄造也有一定的局限性，工序繁雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)成本較高。另外，受蠟?zāi)Ｅc型殼強(qiáng)度、剛度的限制，生產(chǎn)成本較高。另外，受蠟?zāi)Ｅc型殼強(qiáng)度、剛度的限制，鑄件的重量一般限于鑄件的重量一般限于25kg以下。以下。熔模鑄造主要用于生產(chǎn)汽輪機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)的葉片，泵熔模鑄造主要用于生產(chǎn)汽輪機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)的葉片，泵的葉輪，切削刀具，以及飛機(jī)、汽車(chē)、拖拉機(jī)、風(fēng)動(dòng)工的葉輪，切削刀具，以及飛機(jī)、汽車(chē)、拖拉機(jī)、風(fēng)動(dòng)工具和機(jī)床上的小型零件。具和機(jī)床上的小型零件。