先進成形與智能技術(shù) 課件 2.1 鑄造工藝基礎(chǔ)

先進成形與智能技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造目錄CONTENTS第1章

第7章

第8章

第6章

第5章

第4章

第3章

第2章

緒論軋制成型技術(shù)鍛壓加工技術(shù)特種加工及增材制造技術(shù)焊接工藝基礎(chǔ)鑄造技術(shù)金屬成型過程智能控制技術(shù)智能檢測技術(shù)第2章鑄造技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造

我國有輝煌的傳統(tǒng)冶鑄歷史，在殷商時期就有燦爛的青銅器鑄造技術(shù)。如北京明朝永樂青銅大鐘，重達46.5t，鐘高6.75m，鐘唇厚22cm，外徑3.3m，鐘體內(nèi)遍鑄經(jīng)文22.7萬字，擊鐘時尾音長達2分鐘以上，傳距20km。外形和內(nèi)腔如此復(fù)雜、重量如此巨大、質(zhì)量要求如此高的青銅大鐘，正說明我國早已掌握冶煉和鑄造技術(shù)。概述第2章鑄造技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造

鑄造——將熔融金屬倒入預(yù)制的模具中，待其冷卻凝固后，以獲得所需性能和形狀的零件和毛坯。

鑄造在現(xiàn)代制造業(yè)占據(jù)極其重要的地位，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、機械、航空等多個領(lǐng)域，為制造業(yè)的發(fā)展提供強有力的支持。汽車水泵鑄件法蘭鑄件航空發(fā)動機葉片鑄件概述第2章鑄造技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造優(yōu)點：可制成形狀復(fù)雜，具有復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯，如箱體、氣缸體等；適用范圍廣，工業(yè)常用的金屬材料均可以鑄造；原材料來源廣，價格低廉；鑄件形狀尺寸與零件接近，減少了機械加工量。缺點：機械性能不如鍛件，組織粗大，缺陷多；砂型鑄造中，單件、小批量生產(chǎn)，工人勞動強度大；鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定，工序多，影響因素復(fù)雜，易產(chǎn)生許多缺陷。概述鑄造技術(shù)優(yōu)缺點：第2章鑄造技術(shù)2.1鑄造工藝基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造2.1.1液態(tài)合金的充型

充型：液態(tài)合金填充鑄型的過程，稱為充型。液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得尺寸精確、形狀精準、輪廓清晰健全成形件的能力，稱為液態(tài)合金的充型能力。充型能力不足澆不足冷隔夾砂氣孔

影響充型能力的因素：合金的流動性、澆注條件、鑄型填充條件和鑄件結(jié)構(gòu)。第2章鑄造技術(shù)2.1鑄造工藝基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造一、合金的流動性：

合金的流動性的測定：將合金液澆入鑄型中，測量冷凝后充滿型腔的試樣長度，澆出的試樣越長，合金的流動性越好。螺旋形試樣矩形試樣

液態(tài)合金本身的流動能力，稱為合金的流動性。合金的流動性越好，充型能力就越強，越便于澆注出輪廓清晰、薄而復(fù)雜的鑄件。同時，有利于非金屬夾雜物和氣體的上浮與排除，還有利于對合金冷凝過程所產(chǎn)生的收縮進行補縮。常用試樣第2章鑄造技術(shù)2.1鑄造工藝基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造幾種不同合金流動性比較鑄鋼的流動性鑄鐵的流動性實驗證明鑄鐵的流動性好，鑄鋼的流動性差。流速慢且未充滿流速快且充滿第2章鑄造技術(shù)2.1鑄造工藝基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造

(1)化學成分

純金屬和共晶成分合金的結(jié)晶是在恒溫下進行的，流動性最好。合金成分愈遠離共晶點，結(jié)晶溫度范圍愈寬，流動性愈差。

影響合金流動性的因素（a)在恒溫下凝固（b)在一定溫度范圍內(nèi)凝固結(jié)晶特性對流動性的影響1-液相2-樹枝晶固相T0-澆注溫度Tg-過熱度T?-凝固溫度范圍共晶點第2章鑄造技術(shù)2.1鑄造工藝基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造合金鑄型澆注溫度/℃螺旋線長度/mm灰鑄鐵ωC+ωsi=4.2%~5.2%砂型13001000鑄

鋼ωC=0.4%砂型1600~1640100~200錫青銅ωSn=9%~11%ωZn=2%~4%砂型1040420硅黃銅ωsi=1.5%~4.5%砂型11001000鋁合金（硅鋁明）金屬型

（300℃）680~720700~800常用合金流動性的比較第2章鑄造技術(shù)2.1鑄造工藝基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造二、澆注條件澆注條件1、澆注溫度2、充型壓力3、澆注系統(tǒng)澆注溫度越高，液態(tài)金屬的粘度越小，過熱度高，金屬液內(nèi)含熱量多，保持液態(tài)的時間長，充型能力強。液態(tài)金屬在流動方向上所受的壓力稱為充型壓力。充型壓力越大,充型能力越強。澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則流動阻力越大，充型能力越差。第2章鑄造技術(shù)2.1鑄造工藝基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造1.材料導(dǎo)熱系數(shù)：

其導(dǎo)熱系數(shù)越大，對液態(tài)合金的微冷能力越強，合金的充型能力就越差。如金屬型鑄造較砂型鑄造容易產(chǎn)生澆不足和冷隔缺陷。2.鑄型溫度：

在金屬型鑄造、壓力鑄造和熔模鑄造時，為了減少鑄型和金屬液之間的溫度差，減緩合金的冷卻速度，可將鑄型預(yù)熱數(shù)百度再進行澆注，使充型能力得到提高。3.鑄型中的氣體：

澆注時因熔融金屬在型腔中的熱作用而產(chǎn)生大量氣體，如果鑄型的排氣能力差，型腔中的氣壓將增大，以致阻礙液態(tài)合金的充型。三、鑄型充填條件第2章鑄造技術(shù)2.1鑄造工藝基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造鑄件壁厚：鑄件壁厚越大，熱量散失越慢，充型能力就越好；鑄件壁厚過小，壁厚急劇變化或有較大水平面等結(jié)構(gòu)時，都使液態(tài)合金的充型能力降低。鑄件壁厚相同時，垂直壁比水平壁更容易充填(大平面鑄件不易成形)，在鑄造時要注意最小壁厚的要求。復(fù)雜程度：鑄件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，流動阻力就越大，鑄型的充填就越困難。四、鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計鑄件時，鑄件的壁厚必須大于規(guī)定的最小允許壁厚值，有的鑄件需設(shè)計工藝孔或流動通道。第2章鑄造技術(shù)2.1鑄造工藝基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造1、逐層凝固2、糊狀凝固3、中間凝固一、凝固純金屬或共晶成分合金在凝固過程中不存在液、固并存的凝固區(qū)，所以其鑄件斷面上的凝固區(qū)域等于零，故斷面上外層的固體和內(nèi)層的液體由一條界限（凝固前沿）清楚地分開。隨著溫度的下降，固體層不斷加厚，逐步達到鑄件中心，這種凝固方式稱為逐層凝固。如果合金的結(jié)晶溫度范圍很寬，且鑄件的溫度分布較為平坦，則在凝固的某段時間內(nèi)，鑄件表面并不存在固體層，而液、固并存的凝固區(qū)貫穿整個斷面。由于這種凝固方式與水泥類似，即先呈糊狀而后固化，故稱糊狀凝固。介于逐層凝固和糊狀凝固之間的凝固方式稱為中間凝固。2.1.2鑄件的凝固與收縮凝固方式第2章鑄造技術(shù)2.1鑄造工藝基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造逐層凝固中間凝固糊狀凝固凝固方式第2章鑄造技術(shù)2.1鑄造工藝基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造收縮：合金從液態(tài)冷卻至室溫的過程中，其體

積或尺寸縮減的現(xiàn)象。合金的收縮給液態(tài)成形工藝帶來許多困難，會造成許多鑄造缺陷。（如：縮孔、縮松、裂紋、變形等）。合金收縮的三個階段液態(tài)收縮——合金從澆注溫度冷卻到凝固開始溫度（即液相線溫度）過程中的收縮。凝固收縮——合金從凝固開始溫度到凝固終止溫度（即固相線溫度）之間的收縮。固態(tài)收縮——合金從凝固終止溫度冷卻到室溫時的收縮。二、收縮第2章鑄造技術(shù)2.1鑄造工藝基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造合金收縮的三個階段Ⅱ凝固收縮——合金從凝固開始溫度到凝固終止溫度（即固相線溫度）之間的收縮。二、收縮溫度Aw(B)BⅠⅡⅢtO體收縮率t澆Ⅰ液態(tài)收縮——合金從澆注溫度冷卻到凝固開始溫度（即液相線溫度）過程中的收縮。Ⅲ固態(tài)收縮——合金從凝固終止溫度冷卻到室溫時的收縮。第2章鑄造技術(shù)2.1鑄造工藝基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造合金的固態(tài)收縮不僅引起合金體積上的縮減，同時，還使鑄件在尺寸上縮減，因此常用單位長度上收縮量（即線收縮率）來表示。合金種類不同，其收縮是不同的。在常用的鑄造合金中鑄鋼件收縮量大，灰鑄鐵最小，這是由于灰鑄鐵中大部分碳是以石墨狀態(tài)存在的，石墨比容大，在結(jié)晶過程中析出石墨所產(chǎn)生的體積膨脹，抵消了部分收縮。ⅠⅡⅢtO體收縮率合金的液態(tài)收縮和凝固收縮表現(xiàn)為合金體積的縮減，常用單位體積收縮量(即體積縮率)來表示。第2章鑄造技術(shù)2.1鑄造工藝基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造合金種類ωC×100澆注溫度/℃液態(tài)收縮/%凝固收縮/%固態(tài)收縮/%總體積收/%碳素鑄鋼