材料成型技术基础.ppt

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材料成形技术基础江星莹 一、金属的液态成形二、金属的塑性成形三、材料的连接成形四、非金属材料的成形五、材料成形方法的选择六、快速成形技术简介课程大纲 第一章：金属的液态成形定义：所谓金属液态成型，即铸造（casting）是将液态金属浇注到与零件形状，尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。 铸造工艺特点（1）铸件大小，形状和重量几乎不受限制；（2）铸件形状与零件接近，能够制成形状复杂，尤其是有复杂内腔的毛坯或零件；（3）原材料来源广泛，生产成本较低。（4）但也存在一些不足，如组织缺陷，力学性能偏低，质量不稳定，工作环境较差。因此，铸件多数做为毛坯用。优点缺点 一、金属的液态成形第一节、液态成形理论基础第二节、金属的液态成形方法第三节、液态金属成形件的工艺设计第四节、液态金属成形件的结构设计 第一节：液态成形理论基础1、液态金属的凝固凝固：物质由液态转化为固态的过程。结晶：金属的凝固过程。结晶包括形核和长大两个过程。凝固组织：宏观上指铸态晶粒的形态、大小、取向和分布等情况；微观上指晶粒内部结构的形态、大小和分布，以及各种缺陷等。一、金属的凝固 1、液态金属的凝固铸件的凝固组织对金属材料的力学性能、物理性能影响甚大。一般情况下，晶粒愈细小均匀，金属材料的强度和硬度愈高，塑性和韧性愈好。影响铸件凝固组织的因素有：成分、冷却速度、形核条件等。 2、铸件的凝固方式 2、铸件的凝固方式1． 铸件的凝固方式铸件凝固过程中，在其断面上存在三个区域，即已凝固的固相区、液固两相并存的凝固区和未开始凝固的液相区。其中凝固区的宽窄对铸件质量影响较大，其宽窄决定着铸件的凝固方式。 （1）逐层凝固纯金属或共晶成分的合金，凝固时铸件的断面上不存在液、固两相并存的凝固区，如图（a），已凝固层与未凝固的液相区之间界限清晰，随着温度的下降，已凝固层不断加厚，液相区逐渐减小，一直到铸件完全凝固，这种凝固方式称为逐层凝固。 如果合金的结晶温度范围很宽，且铸件断面的温度梯度较小，则在开始凝固的一段时间内，铸件表面不会形成坚固的已凝固层，而是液、固两相共存区贯穿铸件的整个断面，如图（c）。这种凝固方式先呈糊状，然后整体凝固，故称为糊状凝固。（2）糊状凝固 大多数铸造合金的凝固方式介于逐层凝固和糊状凝固之间，如图（b）所示，即在凝固过程中，铸件断面上存在一定宽度的液固两相共存的凝固区，称为中间凝固方式。（3）中间凝固 3、影响铸件凝固方式的因素影响铸件凝固方式的因素：合金的结晶温度范围和铸件的温度梯度。（1）铸造合金的结晶温度范围合金的结晶温度范围愈窄，铸件的凝固区域就愈窄，愈倾向于逐层凝固。如砂型铸造时，低碳钢的凝固为逐层凝固，而高碳钢的结晶温度范围较宽成为糊状凝固。 温度梯度对凝固方式的影响（2）铸件的温度梯度：铸造合金的成分一定时，铸件凝固区域的宽窄就取决于其断面的温度梯度，如右图所示，随温度梯度由小变大，则相应的凝固区会由宽变窄。 铸件的温度梯度铸件的温度梯度主要取决于：1）铸造合金的性质。如铸造合金的导热性愈好、结晶潜热愈大，则铸件均匀温度的能力愈强，温度梯度就愈小。2）铸型的蓄热能力和导热性愈好，对铸件的激冷能力愈强，使铸件的温度梯度愈大。3）提高浇注温度，会降低铸型的冷却能力，从而降低铸件的温度梯度。 二、液态合金的工艺性能金属与合金的铸造性能是指金属与合金在铸型成形的工艺过程中、容易获得外形正确、内部健全的铸件的性质。铸造性能是重要的工艺性能指标，铸造合金除应具备符合要求的力学性能、物理性能和化学性能外，还必须有良好的铸造性能。合金的铸造性能通常用充型能力、收缩性能等来衡量。 1、合金的充型能力熔融合金填充铸型的过程简称充型。液态合金充满铸型、获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力，称为液态合金的充型能力。充型能力取决于：1)熔融合金本身的流动能力（流动性），2)铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响。 一、合金的流动性合金的铸造性能是表示合金铸造成型获得优质铸件的能力。通常用流动性和收缩性来衡量。1、流动性概念流动性——液态合金的充型能力。流动性好的合金：易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件；有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除；易于补缩及热裂纹的弥合。 合金流动性的衡量合金的流动性用浇注流动性试样的方法来衡量。流动性试样的种类很多，如螺旋型、球形、真空试样等。应用最多的是浇注的螺旋形试样。合金的流动性愈好，其长度就愈长。 常用合金的流动性（砂型，试样截面8×8mm）合金种类铸型种类浇注温度（℃）螺旋线长度（mm）铸铁C+Si=6.2%C+Si=5.9%C+Si=5.2%C+Si=4.2%砂型砂型砂型砂型1300130013001300180013001000600铸钢C=0.4%砂型砂型16001640100200铝硅合金（铝硅明）镁合金（含Al及Zn）锡青铜（Sn=10%,Zn=2%）硅黄铜（Si=1.5～4.5%）金属型（300℃）砂型砂型砂型680～72070010401100700～800400～6004201000 影响流动性的因素1）合金的种类：合金的流动性与合金的熔点、热导率、合金液的粘度等物理性能有关。铸铁和硅黄铜的流动性最好，铝硅合金的次之，铸钢的最差（熔点高，在铸型的散热快、凝固快）。2）合金的成分和结晶特征对流动性的影响最为显著。3）杂质与含气量：熔融合金中出现的固态夹杂物，将使合金的粘度增加，合金的流动性下降；熔融金属中的含气量愈少，合金的流动性愈好。4）液态合金的粘度、结晶潜热和导热系数等物理参数对流动性也有影响。一般的粘度愈大、结晶潜热愈小和导热系数愈小，其流动性愈差。 合金的成分和结晶特征对流动性的影响共晶成分的合金，其结晶同纯金属一样，是在恒温下进行的。从铸型表面到中心，液态合金逐层凝固如图（a），由于已凝固层的内表面光滑，对液态合金的流动阻力小。特别是共晶成分合金的凝固温度最低，相同浇注温度下其过热度最大，延长了合金处于液态的时间，故流动性最好。 合金的成分和结晶特征对流动性的影响在一定温度范围内的亚共晶合金，其结晶过程是在铸件截面上一定的宽度区域内同时进行的。在结晶区域中，既有形状复杂的枝晶，又有未结晶的液体。即在其已凝固层和纯液态区之间存在一个液固两相共存的区域，使得已凝固层的内表面粗糙如图（b）。复杂的枝晶不仅阻碍熔融金属的流动，而且使熔融金属的冷却速度加快，所以流动性差。 非共晶成分的合金流动性差，且随合金成分偏离共晶点愈远，其结晶温度范围愈宽，流动性愈差，如图为铁—碳合金流动性与含碳量的关系图。合金的成分和结晶特征对流动性的影响 浇注条件（1）浇注温度：浇注温度对合金充型能力有决定性的影响。浇注温度高，液态合金所含的热量多，在同样的冷却条件下，保持液态的时间长，所以流动性好。浇注温度越高，合金的粘度越低，传给铸件的热量多，保持液态的时间延长，流动性好，充型能力强。（2）充型压力：液态合金在流动方向上所受压力愈大，其充型能力愈好。砂型铸造时，是由直浇道高度提供静压力作为充型压力，所以直浇道的高度应适当。 （3）铸型条件在铸型凡能增大液态合金流动阻力、降低流速和加快其冷却的因素，均会降低其充型能力。1）铸型的蓄热能力2）铸型温度3）铸型中的气体4）铸件的结构：铸件的壁愈薄、结构形状愈复杂，液态合金的充型能力愈差。应采取适当提高浇注温度、提高充型压力和预热铸型等措施来改善其充型能力。 2、合金的收缩收缩：合金从浇注、凝固直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。收缩是合金的物理本性，是影响铸件几何形状、尺寸、致密性，甚至造成某些缺陷的重要原因之一。体收缩率：合金从液态到常温的体积改变量。线收缩率：金属在固态由高温到常温的线尺寸改变量。式中： 合金收缩的三个阶段。（2）凝固收缩：从凝固开始温度（Tl）到凝固终止温度（即固相线温度Ts）间的收缩（3）固态收缩：从凝固终止温度（Ts）到室温间的收缩。合金的收缩率为上述三个阶段收缩率的总和。合金的收缩经历如下三个阶段，如图所示：（1）液态收缩：从浇注温度（T浇）到凝固开始温度（即液相线温度Tl）间的收缩。 影响收缩的因素影响收缩的因素：1）化学成分：C↑，Si↑→收缩率↓；Mn适量，生产MnS→收缩率↓；Mn过高→收缩率↑S↑→收缩率↑，。2）浇注温度：T↑，ΔT↑→收缩率↑3）铸件结构和铸型条件收缩是液态合金凝固冷却过程中的必然现象，它产生缩孔与缩松，内应力，变形和裂纹，对铸造工艺影响很大。 三、铸造性能对铸件质量的影响铸造性能对铸件质量有显著的影响。收缩是铸件中许多缺陷，如缩孔、缩松、应力、变形和裂纹等产生的基本原因。充型能力不好，铸件易产生浇不到、冷隔、气孔、夹杂、缩孔、热裂等缺陷。 1、铸件的缩孔和缩松若液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补足，则在铸件的最后凝固部位会形成一些孔洞。按照孔洞的大小和分布，可将其分为缩孔和缩松两类。缩孔：集中在铸件上部或最后凝固部位、容积较大的孔洞。缩孔多呈倒圆锥形，内表面粗糙。缩松：分散在铸件某些区域内的细小缩孔。 缩孔的形成缩孔主要出现在金属在恒温或很窄温度范围内结晶，铸件壁呈逐层凝固方式的条件下。缩孔形成机理：逐层凝固方式下最后凝固部位得不到补充而形成的空隙。 缩松的形成缩松主要出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件壁中，是被树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。缩松大多分布在铸件中心轴线处、热节处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方。缩松形成机理：树枝状晶体所分隔的晶间液体区得不到补缩形成的小孔隙。 缩孔位置的确定等温线法内切圆法定向凝固的缺点和应用：缺点——铸件成本高，加大铸造内应力（易变形、开裂）。应用——体收缩大的合金，如铸钢、铝青铜和铝硅合金等。 缩孔、缩松形成的规律1、合金的液态收缩和凝固收缩愈大（如铸钢、白口铸铁、铝青铜），铸件愈易形成缩孔。2、合金的浇注温度愈高，液态收缩愈大，愈易形成缩孔。3、结晶温度范围宽的合金，倾向于糊状凝固，易形成缩松。纯金属和共晶成分合金倾向于逐层凝固，易形成集中缩孔。 缩孔和缩松的防止（三点）1、冒口：在铸件可能出现缩孔的厚大部位，通过安放冒口等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位最先凝固（图Ⅲ），尔后是靠近冒口的部位凝固（图Ⅱ、I），冒口本身最后凝固。按照这样的凝固顺序，先凝固部位的收缩，由后凝固部位的金属液来补充；后凝固部位的收缩，由冒口中的金属液来补充从而将缩孔转移到冒口之中。（缺点是浪费金属）防止缩孔原则：使铸件实现“定向凝固”。 2、冷铁：为了实现定向凝固，在安放冒口的同时，在铸件上某些厚大部位增设的金属材料（冷铁：激冷物），如右图所示。缩孔和缩松的防止3、合理选择内浇道位置及浇注工艺：内浇道的引入位置对铸件的温度分布有明显的影响，应按照定向凝固的原则确定。例如：内浇道应从铸件厚实处引入，尽可能靠近冒口或由冒口引入。 同时凝固和定向凝固比较用于凝固收缩小的灰铸铁。铸件内应力小，工艺简单，节省金属但同时凝固往往使铸件中心区域出现缩松，组织不致密。用于收缩大或壁厚差距较大，易产生缩孔的合金铸件，如铸钢、铝硅合金等。定向凝固补缩作用好，铸件致密，但铸件成本高，内应力大。 铸造内应力：铸件在凝固、冷却的过程中，由于各部分体积变化不一致、彼此制约而使其固态收缩受到阻碍引起的内应力。铸造内应力按阻碍收缩原因的不同分为热应力和收缩应力（机械应力）两类，它们是铸件产生变形和裂纹的基本原因。1）热应力的形成：由于铸件各部分冷却速度不同，以致在同一时期铸件各部分收缩受到热阻碍不一致而引起。2、铸造应力 图为框形铸件热应力的形成过程热应力形成规律：铸件的厚壁或心部受拉应力，薄壁或表层受压应力。塑性状态弹性状态＋拉应力－压应力塑性状态弹性状态 2）收缩应力（机械应力）机械应力的形成：机械应力是合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒口等外力的机械阻碍而形成的内应力，如图所示。机械应力使铸件产生拉伸或剪切应力，是暂时存在的，在铸件落砂之后，这种内应力便可自行消除。 3）减小应力的措施预防铸件产生热应力的基本措施是减小铸件各部分之间的温度差，使其均匀冷却。具体为：i）选择线收缩小、弹量模量较小的合金作为铸造合金；ii）合理地设计铸件结构：尽量使铸件形状简单、对称、壁厚均匀；iii）采用合理的铸造工艺，使铸件的凝固符合同时凝固原则。在铸造工艺上采取“同时凝固原则”，尽量减小铸件各部位间的温度差，使铸件各部位同时冷却凝固。ⅳ）实效处理：将铸件加热到550~650℃之间保温，进行去应力退火可消除残余内应力。 1）铸件的变形翘曲变形：厚薄不均匀、截面不对称及细长的杆类、板类及轮类铸件，当铸造应力超过铸件材料的屈服极限时产生。如左图所示的框架型铸件和右图所示的T型梁铸钢件。3、铸件的变形与裂纹 反变形法反变形法：有效地防止变形的产生，如图所示。 2）铸件的裂纹当铸造内应力超过金属材料的抗拉强度时，铸件便产生裂纹，根据产生温度的不同，裂纹可分为热裂和冷裂两种。1.热裂：高温下的金属强度很低，如果金属的线收缩受到铸型或型芯的阻碍，机械应力超过该温度下金属的强度，便产生热裂。特征：热裂纹尺寸较短、缝隙较宽、形状曲折、缝内呈严重的氧化色。影响热裂因素：（1）合金性质（合金的结晶特点和化学成分）（2）铸型阻力（铸型、型芯的退让性）防止热裂的方法：合理的铸件结构；型砂和芯砂的退让性；严格限制钢和铸铁中硫的含量等。特别是后者，因为硫能增加钢和铸铁的热脆性，使合金的高温强度降低。 2.冷裂2.冷裂：低温形成的裂纹为冷裂。冷裂纹特征：表面光滑，具有金属光泽或呈微氧化色，贯穿整个晶粒，常呈圆滑曲线或直线状。脆性大、塑性差的合金，如白口铸铁、高碳钢及某些合金钢，最易产生冷裂纹，大型复杂铸铁件也易产生冷裂纹。冷裂往往出现在铸件受拉应力的部位，特别是应力集中的部位。防止冷裂的方法：减小铸造内应力和降低合金的脆性。如铸件壁厚要均匀；增加型砂和芯砂的退让性；降低钢和铸铁中的磷含量，因为磷能显著降低合金的冲击韧度，使钢产生冷脆。如铸钢的磷含量大于0.1%、铸铁的磷含量大于0.5%时，因冲击韧度急剧下降，冷裂倾向明显增加。 有的铸件虽无明显的变形，但经切削加工后，破坏了铸造应力的平衡，产生变形甚至裂纹。圆柱体铸件加工后的变形表面被加工掉一层后心部钻孔后从侧面切去一层 5、铸件的裂纹铸钢件结构对热裂纹的影响轮形铸件的冷裂 第二节：金属的液态成形方法一、砂型铸造成形砂型铸造成形工艺流程图 砂型铸造造型（造芯）方法制造砂型的工艺过程称为造型。造型是砂型铸造最基本的工序，通常分为手工造型和机器造型两大类。（一）手工造型手工造型特点：操作方便灵活、适应性强，模样生产准备时间短。但生产率低，劳动强度大，铸件质量不易保证。只适用于单件小批量生产。各种常用手工造型方法的特点及其适用范围如图： 按砂箱特征区分主要特点：铸型由上型和下型组成，造型、起模、修型等操作方便。适用范围：适用于各种生产批量，各种大、中、小铸件。主要特点：铸型由上、中、下三部分组成，中型的高度须与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型费工，应尽量避免使用。适用范围：主要用于单件、小批量生产具有两个分型面的铸件 按砂箱特征区分主要特点：在车间地坑内造型，用地坑代替下砂箱，只要一个上砂箱，可减少砂箱的投资。但造型费工，而且要求操作者的技术水平较高。适用范围：常用于砂箱数量不足，制造批量不大的大、中型铸件主要特点：铸型合型后，将砂箱脱出，重新用于造型。浇注前，须用型砂将脱箱后的砂型周围填紧，也可在砂型上加套箱。适用范围：主要用在生产小铸件，砂箱尺寸较小。 按模样特征区分主要特点：模样是整体的，多数情况下，型腔全部在下半型内，上半型无型腔。造型简单，铸件不会产生错型缺陷。适用范围：适用于一端为最大截面，且为平面的铸件。主要特点：模样是整体的，但铸件的分型面是曲面。为了起模方便，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂。每造一件，就挖砂一次，费工、生产率低。适用范围：用于单件或小批量生产分型面不是平面的铸件。 按模样特征区分主要特点：为了克服挖砂造型的缺点，先将模样放在一个预先作好的假箱上，然后放在假箱上造下型，省去挖砂操作。操作简便，分型面整齐。适用范围：用于成批生产分型面不是平面的铸件。主要特点：将模样沿最大截面处分为两半，型腔分别位于上、下两个半型内。造型简单，节省工时。适用范围：常用于最大截面在中部的铸件。 按模样特征区分主要特点：铸件上有妨碍起模的小凸台、肋条等。制模时将此部分作成活块，在主体模样起出后，从侧面取出活块。造型费工，要求操作者的技术水平较高。适用范围：主要用于单件、小批量生产带有突出部分、难以起模的铸件。主要特点：用刮板代替模样造型。可大大降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，要求操作者的技术水平较高。适用范围：主要用于有等截面的或回转体的大、中型铸件的单件或小批量生产。 （二）机器造型机器造型：用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。特点是：大批量生产砂型的主要方法，能够显著提高劳动生产率，改善劳动条件，并提高铸件的尺寸精度、表面质量，使加工余量减小。 紧砂方法1、压实紧砂机工作原理图机器造型的紧砂方法为压实、震实、震压和抛砂四种基本形式。 2、震实紧砂机工作原理图 3、震压紧砂机工作原理图 3、抛砂紧砂机工作原理图补：（射砂）紧砂机工作原理图 起模方法起模方法根据其起模机构分为：顶模起模（a）、漏模起模（b）和翻转起模（c）。 特种铸造：铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造的方法，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造、壳型铸造和实型铸造等。特点：特种铸造具有铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好、原材料消耗低、工作环境好等优点。但铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定限制。二、特种铸造成形 1、熔模铸造（失蜡铸造）1）熔模铸造的工艺过程制造蜡模→制造型壳→熔化蜡模（脱蜡）→型壳的焙烧→浇注→脱壳和清理 2）熔模铸造的特点和应用铸件精度高、表面质量好，是少、无切削加工工艺的重要方法之一，其尺寸精度可达IT11~IT14，表面粗糙度为Ra12.5~1.6μm。可制造形状复杂铸件，其最小壁厚可达0.3mm，最小铸出孔径为0.5mm。对由几个零件组合成的复杂部件，可用熔模铸造一次铸出。铸造合金种类不受限制，用于高熔点和难切削合金，更具显著的优越性。生产批量基本不受限制，既可成批、大批量生产，又可单件、小批量生产。工序繁杂，生产周期长，原辅材料费用比砂型铸造高，生产成本较高，铸件不宜太大、太长，一般限于25kg以下。 2、金属型铸造1）金属型的铸造工艺措施由于金属型导热速度快，没有退让性和透气性，为了确保获得优质铸件和延长金属型的使用寿命，必须采取下列工艺措施：（1）加强金属型的排气（2）表面喷刷防粘砂涂料（3）预热金属型（4）开型因金属型无退让性，除在浇注时正确选定浇注温度和浇注速度外，浇注后，如果铸件在铸型中停留时间过长，易引起过大的铸造应力而导致铸件开裂。因此，铸件冷凝后，应及时从铸型中取出。通常铸铁件出型温度为780-950℃左右，开型时间为10-60s。 2）金属型铸造的特点及应用范围尺寸精度高（IT12~IT16）、表面粗糙度小（Ra12.5~6.3μm），机械加工余量小。铸件的晶粒较细，力学性能好。可实现一型多铸，提高了劳动生产率，且节约造型材料。但金属型的制造成本高，不宜生产大型、形状复杂和薄壁铸件；由于冷却速度快，铸铁件表面易产生白口，切削加工困难；受金属型材料熔点的限制，熔点高的合金不适宜用金属型铸造。用途：铜合金、铝合金等铸件的大批量生产，如活塞、连杆、汽缸盖等；铸铁件的金属型铸造目前也有所发展，但其尺寸限制在300mm以内，质量不超过8kg，如电熨斗底板等。 3、压力铸造比压30－70MPa，充型时间0.01－0.2sec。1）压铸机和压铸工艺过程压铸机分类：根据压室工作条件不同，分为冷压室压铸机和热压室压铸机两类。热压室压铸机的压室与坩埚连成一体，而冷压室压铸机的压室是与坩埚分开的。冷压室压铸机又可分为立式和卧式两种，目前以卧式冷压室压铸机应用较多。 卧式冷压室压铸机工作原理图压铸铸型：定型、动型，将定量金属液浇入压室，柱塞向前推进，金属液经浇道压入压铸模型腔中，经冷凝后开型，由推杆将铸件推出。冷压室压铸机，可用于压铸熔点较高的非铁金属，如铜、铝和镁合金等。 2）压力铸造的特点及其应用压铸件尺寸精度高，表面质量好，尺寸公差等级为IT11~IT13，表面粗糙度Ra值为6.3~1.6μm，可不经机械加工直接使用，而且互换性好。可以压铸壁薄、形状复杂以及具有很小孔和螺纹的铸件，如锌合金的压铸件最小壁厚可达0.8mm，最小铸出孔径可达0.8mm、最小可铸螺距达0.75mm。还能压铸镶嵌件。压铸件的强度和表面硬度较高。压力下结晶，加上冷却速度快，铸件表层晶粒细密，其抗拉强度比砂型铸件高25%~40%。生产率高，可实现半自动化及自动化生产。气体难以排出，压铸件易产生皮下气孔，压铸件不能进行热处理，也不宜在高温下工作；金属液凝固快，厚壁处来不及补缩，易产生缩孔和缩松；设备投资大，铸型制造周期长、造价高，不宜小批量生产。应用：生产锌合金、铝合金、镁合金和铜合金等铸件；汽车、拖拉机制造业、仪表和电子仪器工业、在农业机械、国防工业、计算机、医疗器械等制造业等。 4、低压铸造（0.02~0.06MPa）1）低压铸造的工艺过程低压铸造装置如图(a)所示。缓慢地向坩埚炉内通入干燥的压缩空气，金属液受气体压力的作用，由下而上沿着升液管和浇注系统充满型腔，如图(b)所示。开启铸型，取出铸件，如图(c)所示。 2）低压铸造的特点及应用特点：（1）浇注时的压力和速度可以调节，故可适用于各种不同铸型（如金属型、砂型等），铸造各种合金及各种大小的铸件。（2）采用底注式充型，金属液充型平稳，无飞溅现象，可避免卷入气体及对型壁和型芯的冲刷，提高了铸件的合格率。（3）铸件在压力下结晶，铸件组织致密、轮廓清晰、表面光洁，力学性能较高，对于大薄壁件的铸造尤为有利。（4）省去补缩冒口，金属利用率提高到90～98%。（5）劳动强度低，劳动条件好，设备简易，易实现机械化和自动化。应用：汽车发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等。 5、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。1）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，如图所示。 2）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。（5）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。 6、挤压铸造挤压铸造：是将定量金属液浇入铸型型腔内并施加较大的机械压力，使其凝固、成形后获得毛坯或零件的一种工艺方法。分类：挤压铸造按液体金属充填的特性和受力情况，可分为柱塞挤压、直接冲头挤压、间接冲头挤压和型板挤压四种，如图所示。 型板挤压铸造 1）挤压铸造的工艺过程挤压铸造的工艺过程如图所示。1．铸型准备对铸型清理、型腔内喷涂料和预热等，使铸型处于待注状态。2．浇注将定量的金属液浇入型腔。3．合型加压将上、下型锁紧，依靠冲头压力使金属液充满型腔，进而升压并在预定的压力下保持一定时间，使金属液凝固。4．取出铸件卸压、开型、取出铸件。 2）挤压铸造的特点及应用范围挤压铸造的特点是：（1）压铸件的尺寸精度高（IT11～IT13），表面粗糙度小（Ra6.3～1.6μm），铸件的加工余量小。（2）需设浇冒口，金属利用率高。（3）铸件组织致密，晶粒细小，力学性能好。（4）工艺简单，节省能源和劳动力，易实现机械化和自动化生产，生产率比金属型铸造高1～2倍。（5）缺点：浇到铸型型腔内的金属液中夹杂物无法排出。挤压铸造要求准确定量浇注，否则影响铸件的尺寸精度。用途：用于生产强度要求较高、气密性好、薄板类铸件。如各种阀体、活塞、机架、轮毂、耙片和铸铁锅等。特种铸造的发展很快，除以上常用的几种外，还有许多其它特种铸造方法，如陶瓷型铸造、连续铸造、壳型铸造、真空吸铸和冷冻铸造等。 7、实型铸造实型铸造：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。 实型铸造工艺过程 2）实型铸造具有以下特点及用途（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。（4）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。 补充）陶瓷型铸造（一）工艺过程陶瓷型铸造的工艺过程，如图所示。1．砂套造型2．灌浆与胶结3．起模与喷烧4．焙烧与合型5．浇注 2）陶瓷型铸造的特点及适用范围陶瓷型铸造的特点：（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。 第三节：液态金属成形件的工艺设计铸造工艺设计是根据铸件结构特点、技术要求、生产批量、生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，并绘制工艺图，编制工艺卡和工艺规程。其主要内容包括铸造成形方案的选择；浇注系统、工艺参数等的确定；最后形成铸造成形工艺图、工艺卡等技术文件。 一、铸造成形（造型）方法选择依据：铸件形状、尺寸、技术要求批量实际生产条件原则：保证质量、降低成本、条件可能 1、浇注位置的选择浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。浇注位置的确定原则是应保证铸件质量。也涉及铸件尺寸精度及造型工艺过程。应考虑：1）铸件重要加工面应朝下或处于侧面 1）铸件重要加工面应朝下或处于侧面 2）铸件宽大平面应朝下铸件的大平面尽可能朝下，因为型腔顶面浇注时烘烤严重，型砂易开裂、形成夹砂。 3）薄壁部分应朝下或垂直倾斜位置处于侧面面积较大的薄壁铸件，薄壁部分应朝下或垂直倾斜位置处于侧面，以免产生浇不到、冷隔等缺陷。 4）形成缩孔的铸件，应将截面较厚的部分置于上部或侧面铸件的厚大部分应置于上部或侧面便于安置浇、冒口补缩。 5）应尽量减小型芯的数量，且便于安放、固定和排气 3、分型面的选择选择分型面的原则是使工艺简单、操作方便。分型面的选择应考虑以下几个原则：（1）便于起模，使造型工艺简化（2）尽量将铸件重要加工面或大部分加工面、加工基准面放在同一砂箱中。（3）使型腔和主要芯位于下箱 （1）便于起模，使造型工艺简化1）为了便于起模，分型面应选在铸件的最大截面处。2）分型面的选择应尽量减小型芯和活块的数量，以简化制模、造型、合型工序。3）分型面应尽量平直。4）尽量减少分型面，特别是机器造型时，只能有一个分型面。 少挖砂，分型面平直 用外芯减少分型面 使铸件或主要型芯位于同一铸型以避免错箱 分型面少，少用三箱；尽量减少型芯的数量 用砂芯来避免活块 二、铸造成形工艺参数的确定1、收缩余量为了补偿收缩，模样比铸件图样尺寸增大的数量称收缩余量。收缩余量的大小与铸件尺寸大小、结构的复杂程度和铸造合金的线收缩率有关，常常以铸件线收缩率表示。 2、加工余量铸件为进行机械加工而加大的尺寸成为加工余量。加工余量是指铸件表面留出的准备切削去的金属层厚度，根据尺寸公差等级和加工余量等级确定。 起模斜度起模斜度，为便于起模，在垂直于分型面的表面增加的斜度。 芯头设计芯头设计，是型芯的重要组成部分，起定位、支撑和排出型芯内气体的作用。芯头分为垂直型芯头和水平型芯头，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。 三、铸造成形工艺图铸造工艺图是在零件图上用规定的工艺符号表示铸造工艺内容的图形。图中应表示出铸件的浇注位置、分型面、铸造工艺参数（机械加工余量，拔模斜度，铸造收缩率，型芯的数量、形状及固定方法和浇注系统等。 铸造工艺图 第四节、液态金属成形件的结构设计铸件结构工艺性是指铸件结构应符合铸造生产要求，即满足铸造性能和铸造工艺对铸件结构的要求。总的原则是：优质、高产、低耗。 一、铸造性能对铸件结构的要求铸件的结构，如果不能满足合金铸造性能的要求，将可能产生浇不足、冷隔、缩孔、气孔、裂纹和变形等缺陷。从避免铸造缺陷出发，与合金的铸造性能有关的铸造缺陷如：浇不到、缩孔、缩松、铸造应力、变形和裂纹等与铸件结构的关系很密切。如果采用更合理的铸件结构，便可消除这些缺陷。铸件壁及肋的结构特点 1、铸件壁厚的设计 1、铸件壁厚的设计 2、铸件壁件连接的设计 2、铸件壁件连接的设计 2、铸件壁件连接的设计 3、避免铸件收缩受阻的设计 4、防止铸件翘曲变形的设计 从简化铸造工艺过程出发，高效率、低成本地生产出合格铸件。1、铸件外形设计2、铸件内腔的设计二、铸造成形工艺对铸件结构的要求 1、铸件外形设计 1、铸件外形设计 1、铸件外形设计 2、铸件内腔设计 2、铸件内腔设计 为方便起模，凡垂直于分型面的非加工表面应设计斜度。一般金属型或机器造型时，结构斜度可取0.5°～1°，砂型和手工造型时可取1°～3°。3、铸件斜度设计 三、铸造成形方法对铸件结构的要求（1）铸孔的直径不要太小和太深，孔太小时，涂料和砂粒很难进入腊模的孔洞内。一般孔直径大于2mm，通孔的深度和直径的最大比值为4～6，盲孔的比值为2左右。（2）铸槽的宽度大于2mm，槽深为槽宽的2～6倍。（3）铸件的壁厚一般为2～8mm（4）由于熔模铸造不用冷铁、少用冒口，多用直浇口直接补缩，因此要求铸件壁厚均匀或壁厚分布满足顺序凝固要求。1、熔模铸造的结构特点 2、金属型铸件的结构特点1）铸件的外形内型应力求简单，尽可能加大铸件的结构斜度，避免采用直径过小或过深的孔，以保证铸件能从金属型中顺利取出，以及尽可能地采用金属型芯。2）铸件的壁厚差别不能太大，以防出现缩松或裂纹。同时为防止浇不足，冷隔等缺陷，铸件的壁厚不能太薄。 1）压铸件的外形应使铸件能从压型中取出，内腔也不应使金属型芯抽出困难。因此要尽量消除侧凹，在无法避免而必须采用型芯的情况下，也应便于抽芯。2）压铸件壁厚应尽量均匀一致，且不宜太厚。对厚壁压铸件，应采用加强筋减小壁厚，以防壁厚处产生缩孔和气孔。3）充分发挥镶嵌件的优越性，以便制出复杂件，改善压铸件局部性能和简化装配工艺。为使嵌件在铸件中联接可靠，应将嵌件镶入铸件的部分制出凹槽，凸台或滚花等。3）压铸件的结构特点 4、离心铸件的结构特点离心铸造件的内外直径不宜相差太大，否则内外壁的离心力相差太大。此外，若是绕垂直轴旋转，铸件的直径应大于高的三倍，否则内壁下部的加工余量过大。 本章节完谢谢!Thanksforyourpresentandyouradvices!Theend!