液態(tài)金屬鑄造成形（第2章）第1講 液態(tài)成形綜述

1、HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院華中科技大學(xué)華中科技大學(xué)2022-3-51HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY授課教師：董選普教授授課教師：董選普教授 呂書林博士呂書林博士2授課人：董選普、呂書林授課人：董選普、呂書林董）（董）呂）（呂） （董）（董） （呂）（呂） 辦公室：東八樓辦公室：東八樓302，314平時答疑歡迎各位同學(xué)線上線下交流！歡迎各位同學(xué)線上線下交流！2022-3-532.

2、1 2.1 液態(tài)金屬成形綜述液態(tài)金屬成形綜述2.2 2.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計澆注系統(tǒng)設(shè)計2.3 2.3 凝固過程的收縮分析凝固過程的收縮分析2.4 2.4 冒口與冷鐵冒口與冷鐵2022-3-54第一講 液態(tài)金屬成形概述主講：呂書林主講：呂書林2022-3-552.1 液態(tài)金屬成形概述液態(tài)金屬成形概述2.1.1 液態(tài)金屬成形原理和特點2.1.2 液態(tài)金屬成形過程和控制2.1.3 液態(tài)金屬成形之應(yīng)用范圍2.1.4 液態(tài)金屬成形之科學(xué)內(nèi)涵鑄造是什么？鑄造做什么用？鑄造學(xué)科特點？2022-3-562.1.1 液態(tài)金屬成形原理和特點液態(tài)金屬成形原理和特點l液態(tài)金屬成形原理液態(tài)金屬成形原理鑄造鑄造 “水隨方圓

3、之器水隨方圓之器”的技術(shù)，也就是說可以讓金屬液的技術(shù)，也就是說可以讓金屬液 (水水)流動凝固在流動凝固在預(yù)先制備的鑄型預(yù)先制備的鑄型(器器)中而獲得任何形狀的毛坯或零件中而獲得任何形狀的毛坯或零件(鑄件鑄件)的一種技術(shù)。的一種技術(shù)。核心問題：核心問題： 液態(tài)成形液態(tài)成形鑄件質(zhì)量鑄件質(zhì)量金屬學(xué)原理水力學(xué)原理流動控制凝固控制2022-3-57（1 1）難成形的材料）難成形的材料-高溫合金高溫合金（2 2）難以機(jī)械加工的復(fù)雜結(jié)構(gòu)）難以機(jī)械加工的復(fù)雜結(jié)構(gòu)（3 3）異型金屬結(jié)構(gòu)件）異型金屬結(jié)構(gòu)件（4 4）特大型金屬構(gòu)件）特大型金屬構(gòu)件 轉(zhuǎn)輪直徑：10.56m； 轉(zhuǎn)輪高度：5.060m; 轉(zhuǎn)輪重量：430

4、t； 焊接厚度：280mm （二重為某鋼廠制造的（二重為某鋼廠制造的50005000軋機(jī)機(jī)架正在澆注）軋機(jī)機(jī)架正在澆注） （5 5）要求大批量制造、成本低的通用設(shè)備結(jié)構(gòu)件）要求大批量制造、成本低的通用設(shè)備結(jié)構(gòu)件 進(jìn)氣歧管進(jìn)氣歧管奔馳鎂合金坐椅奔馳鎂合金坐椅框架框架 輪轂輪轂宣德爐宣德爐 鑄造技術(shù)和其他金屬成型技術(shù)相比有許多獨特的優(yōu)勢，使其在工程中占據(jù)著重要地位，尤其在裝備制造業(yè)中不可替代。2.1.1 液態(tài)金屬成形原理和特點l 液態(tài)金屬成形產(chǎn)品特點2022-3-58（6 6）藝術(shù)類金屬構(gòu)件）藝術(shù)類金屬構(gòu)件l液態(tài)金屬成形特點液態(tài)金屬成形特點v適用于各種尺寸復(fù)雜形狀的毛坯或零件；適用于各種尺寸復(fù)雜形

5、狀的毛坯或零件；-好的工藝柔性好的工藝柔性v材料不受限制；材料不受限制；-材料的廣譜性材料的廣譜性v生產(chǎn)成本低；生產(chǎn)成本低； -成形加工容易性成形加工容易性 v應(yīng)用廣泛；應(yīng)用廣泛；-產(chǎn)品廣泛的適應(yīng)性產(chǎn)品廣泛的適應(yīng)性v廢品率高；廢品率高；-工藝參數(shù)復(fù)雜工藝參數(shù)復(fù)雜v勞動條件較差。勞動條件較差。-高溫、多粉塵高溫、多粉塵2.1.1 液態(tài)金屬成形原理和特點2022-3-592.1 液態(tài)金屬成形概述液態(tài)金屬成形概述2.1.1 液態(tài)金屬成形原理和特點2.1.2 液態(tài)金屬成形過程和控制2.1.3 液態(tài)金屬成形之應(yīng)用范圍2.1.4 液態(tài)金屬成形之科學(xué)內(nèi)涵2022-3-5102.1.2 液態(tài)金屬成形過程和控制

6、液態(tài)金屬成形過程和控制 鑄造是將液態(tài)金屬澆注到與零件形狀尺寸相適應(yīng)的鑄型空腔中，鑄造是將液態(tài)金屬澆注到與零件形狀尺寸相適應(yīng)的鑄型空腔中，待金屬冷卻凝固后獲得毛坯或零件的生產(chǎn)工藝。待金屬冷卻凝固后獲得毛坯或零件的生產(chǎn)工藝。澆澆注注熔化清理加工造型 加砂 它包括熔化它包括熔化凝固和成形三個部分，考察指標(biāo)和影響因素多達(dá)幾十個！凝固和成形三個部分，考察指標(biāo)和影響因素多達(dá)幾十個！睜眼造型、閉眼澆注2022-3-5111、液態(tài)金屬成形的澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)由澆口杯（外澆口）、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道等組成2.1.2 液態(tài)金屬成形過程和控制鑄型鑄型澆口杯澆口杯直澆道直澆道直澆道窩直澆道窩橫澆道橫澆道集渣包集渣包內(nèi)

7、澆道內(nèi)澆道2022-3-5122.1.2 液態(tài)金屬成形過程和控制液態(tài)金屬成形過程和控制2、 液態(tài)金屬充型過程水力學(xué)特性液態(tài)金屬充型過程水力學(xué)特性 金屬液在澆注系統(tǒng)中的流動具有水力金屬液在澆注系統(tǒng)中的流動具有水力學(xué)特性：學(xué)特性： 粘性流動粘性流動 粘度粘度 合金成分、溫合金成分、溫度、結(jié)晶度、結(jié)晶 流動的不穩(wěn)定性流動的不穩(wěn)定性 散體材料的散體材料的“多孔管流動多孔管流動” 湍流湍流流動，流動，ReRe 如何控制流動？如何控制流動？2022-3-5132.1.2 液態(tài)金屬成形過程和控制液態(tài)金屬成形過程和控制3、液態(tài)金屬充型過程控制、液態(tài)金屬充型過程控制內(nèi)澆口內(nèi)澆口2022-3-5142.1.2 液

8、態(tài)金屬成形過程和控制液態(tài)金屬成形過程和控制3、液態(tài)金屬充型過程控制、液態(tài)金屬充型過程控制a)能有效濾除夾渣及非金屬雜質(zhì)。能有效濾除夾渣及非金屬雜質(zhì)。b)能梳整紊亂的金屬液流，減少湍流，使金屬液流變得平滑整潔。能梳整紊亂的金屬液流，減少湍流，使金屬液流變得平滑整潔。c)可以任何角度放置于澆注系統(tǒng)可以任何角度放置于澆注系統(tǒng)中，安放中，安放位置靠近型腔越好。位置靠近型腔越好。d)使用陶瓷過濾器時可不考慮其他擋渣措施，簡化澆注系統(tǒng)。使用陶瓷過濾器時可不考慮其他擋渣措施，簡化澆注系統(tǒng)。2022-3-5152.1.2 液態(tài)金屬成形過程和控制液態(tài)金屬成形過程和控制3、液態(tài)金屬充型過程控制、液態(tài)金屬充型過程控

9、制表面表面/ /渣餅和縱深渣餅和縱深多重過濾多重過濾過濾器的作用陶瓷網(wǎng)格型陶瓷網(wǎng)格型陶瓷泡沫型陶瓷泡沫型主要是表面過濾主要是表面過濾2022-3-516大量夾雜積累在過濾器前端2.1.2 液態(tài)金屬成形過程和控制液態(tài)金屬成形過程和控制3、液態(tài)金屬充型過程控制、液態(tài)金屬充型過程控制過濾器過濾器的作用的作用Direction of flow水流模型實驗水流模型實驗陶瓷纖維網(wǎng)陶瓷纖維網(wǎng)泡沫陶瓷網(wǎng)泡沫陶瓷網(wǎng)數(shù)值模擬圖數(shù)值模擬圖2022-3-5172.1.2 液態(tài)金屬成形過程和控制液態(tài)金屬成形過程和控制3、液態(tài)金屬充型過程控制、液態(tài)金屬充型過程控制 過濾器過濾器的作用的作用 在鑄造生產(chǎn)中，由于在鑄造生產(chǎn)中

10、，由于等鑄造缺陷等鑄造缺陷導(dǎo)致的鑄件廢品率一般占廢品總數(shù)的導(dǎo)致的鑄件廢品率一般占廢品總數(shù)的50506060。采用金屬液過濾技術(shù)，可以有效地減少或消除其中采用金屬液過濾技術(shù)，可以有效地減少或消除其中的非金屬夾雜物，的非金屬夾雜物，l減少金屬中的夾雜物夾渣缺陷減少減少金屬中的夾雜物夾渣缺陷減少l改善了金屬的力學(xué)性能（疲勞、抗蝕等）改善了金屬的力學(xué)性能（疲勞、抗蝕等）l改進(jìn)了切削性能，延長刀具壽命改進(jìn)了切削性能，延長刀具壽命l提高了鑄件表面品質(zhì)，減少了加工余量提高了鑄件表面品質(zhì)，減少了加工余量l簡化了澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了工藝出品率簡化了澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了工藝出品率2022-3-5182.1 液態(tài)金

11、屬成形概述液態(tài)金屬成形概述2.1.1 液態(tài)金屬成形原理和特點2.1.2 液態(tài)金屬成形過程和控制2.1.3 液態(tài)金屬成形之應(yīng)用范圍2.1.4 液態(tài)金屬成形之科學(xué)內(nèi)涵2022-3-5192.1.3 液態(tài)金屬成形之應(yīng)用范圍 鑄造是工業(yè)化現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)鑄造是工業(yè)化現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ) ，幾乎融入了我們的生活，隱而不見卻無所不在，幾乎融入了我們的生活，隱而不見卻無所不在， 以至于人們已經(jīng)習(xí)慣到不以為然了。以至于人們已經(jīng)習(xí)慣到不以為然了。大型發(fā)電設(shè)備大型發(fā)電設(shè)備三峽水輪三峽水輪機(jī)不銹鋼轉(zhuǎn)輪機(jī)不銹鋼轉(zhuǎn)輪 二重為日本某公司制造的二重為日本某公司制造的整鑄立輥軋機(jī)機(jī)架整鑄立輥軋機(jī)機(jī)架機(jī)床部件機(jī)床部件高鐵車輛的行走部件

12、高鐵車輛的行走部件許多日常生許多日常生活用品，都活用品，都有鑄造的產(chǎn)有鑄造的產(chǎn)品品隨處可見的鑄造藝術(shù)品隨處可見的鑄造藝術(shù)品所有的現(xiàn)代交通工具都離不開鑄件所有的現(xiàn)代交通工具都離不開鑄件黃河鐵牛黃河鐵牛武武漢漢21世世紀(jì)紀(jì)大大鐘鐘2022-3-520中國殲中國殲20美國美國F22俄羅斯蘇俄羅斯蘇351 1. . 鑄造與航空鑄造與航空飛機(jī)中什么飛機(jī)中什么最重要？最重要？2.1.3 液態(tài)金屬成形之應(yīng)用范圍2022-3-521發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的心臟發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的心臟1 1. . 鑄造與航空鑄造與航空我國是否已經(jīng)掌握相關(guān)技術(shù)？我國是否已經(jīng)掌握相關(guān)技術(shù)？2.1.3 液態(tài)金屬成形之應(yīng)用范圍2022-3-522F3

13、5發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)1 1. . 鑄造與航空鑄造與航空2.1.3 液態(tài)金屬成形之應(yīng)用范圍2022-3-523發(fā)動機(jī)中的核心部件發(fā)動機(jī)中的核心部件- -葉片葉片早期葉片采用鍛造，目前最先進(jìn)的葉片均為早期葉片采用鍛造，目前最先進(jìn)的葉片均為鑄造鑄造1 1. . 鑄造與航空鑄造與航空鑄造是制備葉片的核心技術(shù)2.1.3 液態(tài)金屬成形之應(yīng)用范圍2022-3-5242 2. . 鑄造與汽車鑄造與汽車外觀？價格？動力？配置？2.1.3 液態(tài)金屬成形之應(yīng)用范圍2022-3-5252 2. . 鑄造與汽車鑄造與汽車2.1.3 液態(tài)金屬成形之應(yīng)用范圍油底殼曲軸箱汽缸體輪圈 儀表板支架 前置架支撐組件安全氣囊罩框鎖架外殼變

14、速箱外殼方向盤座椅架 2022-3-5262.1 液態(tài)金屬成形概述液態(tài)金屬成形概述2.1.1 液態(tài)金屬成形原理和特點2.1.2 液態(tài)金屬成形過程和控制2.1.3 液態(tài)金屬成形之應(yīng)用范圍2.1.4 液態(tài)金屬成形之科學(xué)內(nèi)涵2022-3-5272.1.4 鑄造的科學(xué)內(nèi)涵優(yōu)化凝固組織優(yōu)化凝固組織提高性能提高性能凝固過程形成豐富的微觀組織凝固過程形成豐富的微觀組織優(yōu)化凝固組織優(yōu)化凝固組織提高鑄件性能提高鑄件性能1 1. . 鑄造與材料科學(xué)鑄造與材料科學(xué)2022-3-528 宏觀層次宏觀層次 (cm-m)傳熱、傳質(zhì)與傳動量傳熱、傳質(zhì)與傳動量(三傳三傳)；凝固順序；冷卻速率；宏觀；凝固順序；冷卻速率；宏觀偏

15、析；與凝固收縮相關(guān)的鑄造缺陷如縮松、縮孔、應(yīng)力、偏析；與凝固收縮相關(guān)的鑄造缺陷如縮松、縮孔、應(yīng)力、變形、裂紋等問題變形、裂紋等問題2.1.4 鑄造的科學(xué)內(nèi)涵1 1. . 鑄造與材料科學(xué)鑄造與材料科學(xué)2022-3-529微觀層次微觀層次 ( m)枝晶形狀；枝晶取向；枝晶間距；枝晶形狀；枝晶取向；枝晶間距；多相結(jié)構(gòu)與尺寸；微觀偏析多相結(jié)構(gòu)與尺寸；微觀偏析2.1.4 鑄造的科學(xué)內(nèi)涵1 1. . 鑄造與材料科學(xué)鑄造與材料科學(xué)2022-3-5302.1.4 鑄造的科學(xué)內(nèi)涵2 2. . 鑄造與工業(yè)化鑄造與工業(yè)化風(fēng)電配件風(fēng)電水電核電2022-3-5312.1.4 鑄造的科學(xué)內(nèi)涵3 3. . 鑄造與高科技鑄造

16、與高科技無模鑄型的數(shù)字化快速成形機(jī)無模鑄型的數(shù)字化快速成形機(jī)透視鑄型、鑄件透視鑄型、鑄件, ,洞觀充型、凝固洞觀充型、凝固! ! 華鑄華鑄CAE/InteCASTCAE/InteCAST數(shù)值模擬數(shù)值模擬澆注現(xiàn)場澆注現(xiàn)場超大型鑄件超大型鑄件流動場模擬流動場模擬溫度場模擬溫度場模擬應(yīng)力場模擬應(yīng)力場模擬2022-3-532l鑄造與材料科學(xué)密不可分鑄造與材料科學(xué)密不可分l鑄造始終與工業(yè)化共進(jìn)退鑄造始終與工業(yè)化共進(jìn)退l鑄造始終與高科技同發(fā)展鑄造始終與高科技同發(fā)展2.1.4 鑄造的科學(xué)內(nèi)涵2022-3-533鑄造鑄造(Casting)：基本知識基本知識(Basic theory)砂型鑄造砂型鑄造 (Sand casting)離心鑄造離心鑄造 (Centrifugal casting)壓力鑄造壓力鑄造 (Pressure casting)低壓鑄造低壓鑄造 (Low pressure casting)消失模鑄造消失模鑄造 (Lost foam casting) 熔模鑄造熔模鑄造 (Fusible pattern casting， Investment Casting)自學(xué)與課堂教學(xué)結(jié)合！自學(xué)與課堂教學(xué)結(jié)合！關(guān)于本課程關(guān)于本課程2022-3-534作業(yè)（作業(yè)（