材料成型工艺总结样本
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2.1 液态金属充型过程的水力学特性及流动情况
浇注系统: 浇口杯, 直浇道, 横浇道, 内浇道( 各组成部份的作用) P11
浇口杯: ①承载来自浇包的金属液, 防止金属液飞溅和溢出, 便于浇注;
②减轻液流对型腔的冲击;
③分离熔渣和气泡;
④增加充型压力头。
影响浇口杯内水平蜗旋的主要原因: ①浇口杯内液面的深度; ②浇注高度; ③浇注方向; ④浇口杯的结构。
液面浅和浇注高度大时, 偏离直浇道中心的水平流速较高, 因而易出现水平旋涡( 避免) 。
垂直旋涡能促使熔渣和气泡浮至液面, 对挡渣和分离冲入的气泡有利。
直浇道: 将来自浇口杯的液流引入横浇道、内浇道或直接进入型腔。
横浇道: 连接直浇道和内浇道的中间通道, 功用: ①稳流②流量分配③挡渣
内浇道: 浇注系统中把液体金属引入型腔。
功用: ①控制充型速度和方向②分配液态金属③调节铸件各部位的温度分布和凝固次序④对铸件有一定的补缩作用。
2.2 浇注系统的设计 P19
按截面积分: 收缩式浇注式( 定义, 特征) , 扩张式浇注系统( 定义, 特征) , 收缩式浇注系统
定义: 直浇道、横浇道和内浇道的横截面积依次缩小的浇注系统。
特征: 液态金属在这种浇注系统中流动时, 由于浇道截面积越来越小, 流动速度越来越大, 从内浇道进入型腔的液流, 流动速度很大, 对型壁产生冲击, 易引起喷溅和剧烈氧化。
但此种浇注系统在充型的最初阶段直至整个充型过程, 都保持充满状态, 金属液中的熔渣易于上浮到横浇道上部, 避免进入型腔。
另外, 这种浇注系统所占体积较小, 减少了合金的消耗。
这种浇注系统主要用于不易氧
化的铸铁件。
扩张式浇注系统
定义: 直浇道、横浇道和内浇道截面积依次扩大的浇注系统。
特征: 金属液在横浇道和内浇道中流速较慢, 在进入型腔时流速平稳。
不足之处是横浇道在充型初期不易充满, 在开始段浮渣作用较差。
易氧化的铝合金和镁合金要求液流平稳, 大、中型铸件一般都采用扩张式浇注系统。
液态金属导入位置: 顶注式( 定义, 特征) , 底注式( 定义, 特征) ,
顶注式
定义: 以浇注位置为基准, 金属液从铸件型腔顶部引入的浇注系统。
优点: ①液态金属从铸型型腔顶部引入, 在浇注和凝固过程中, 铸件上部的温度高于下部, 有利于铸件自下而上顺序凝固, 能够有效地发挥顶部冒口的补缩作用。
②液流流量大, 充型时间短, 充型能力强。
③造型工艺简单, 模具制造方便, 浇注系统和冒口消耗金属少, 浇注系统切割清理容易。
缺点: 液体金属进入型腔后, 从高处落下, 对铸型冲击大, 容易导致液态金属的飞溅、氧化和卷入气体, 形成氧化夹渣和气孔缺陷。
底注式
定义: 内浇道设在铸件底部的浇注系统。
优点: ①合金液从下部充填型腔, 流动平稳。
②无论浇口比多大, 横浇道基本处于充满状态, 有利于挡渣。
型腔内的气体能顺利排出。
缺点: ①充型后铸件的温度分布不利于自下而上的顺序凝固, 却弱了顶部冒口的补缩作用。
②铸件底部特别是内浇道附近容易过热, 是逐渐易产生缩松、缩孔、晶粒粗大等缺陷。
③充型能力较差, 对大型薄壁铸件容易产生冷隔和浇不足的缺陷。
④造型工艺复杂, 金属消耗量大。
2.3凝因金属收缩过程工艺分析 p26
缩孔缩松( 定义) p27
缩松: 疏松是指金属液在铸模中冷却和凝固时, 在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。
缩孔: 铸件在凝固过程中, 由于液态收缩和凝固收缩, 在铸件最后凝固的部位如得不到外加钢液的补缩, 则会出现孔洞, 称为缩孔。
缩孔形成机理P27
由于铸件浇注的合金的结晶温度范围很窄, 之间是由表及里逐层凝固, 因铸件吸热, 金属液温度下降, 发生液态收缩, 但它将从浇注系统中得到补充, 当铸件外表温度下降到凝固温度时, 铸件表面凝固了一层硬壳, 并紧紧抱住内部的金属液, 此时内浇道已凝固。
进一步冷却时, 硬壳内的金属液因温度降低产生液态收缩, 并对形成硬壳的凝固收缩进行补缩, 液面下降。
此时, 固态硬壳也因为温度降低, 而使铸件外表尺寸缩小。
当液态收缩和凝固收缩总是超过硬壳的固态收缩, 液面脱离顶部硬壳, 液面下降, 如此下去, 硬壳不断增厚, 液面不断下降, 待金属全部凝固后, 在逐渐上部形成一个倒锥形的缩孔。
先凝固区域堵住液体流动的通道, 后凝固区域收缩所缩减的容积得不到补充。
共同点: 液态收缩+凝固收缩>固态收缩
主要区别原因:
( 1) 缩孔合金结晶温度范围窄, 逐层凝固P27
( 2) 缩松合金结果温度范围宽, 糊状凝固P28
扩张角:
补缩困难区: 液相线和固相线与铸件壁轴线相交的区间。
扩张角与补缩困难区关系: 反比
消除缩孔措施: 铸件顶部厚大截面处安放冒口; 采用顶注式浇铸系统、形成自下而上的顺序凝固, 将缩孔引向冒口区
2.4冒口设计要求: ①冒口的凝固时间应大于或等于铸件( 补缩部分) 的凝固时间;
②冒口应有足够大的体积, 以保证有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝固收缩;
③在铸件整个凝固的过程中, 冒口与被补缩部位之间的补缩通道应该畅通, 即使扩张角始终向着冒口。
冒口的作用: ①补偿铸件凝固时的收缩;
②调整铸件凝固时的温度分布;
③排气、集渣
④利用明冒口观察型腔内金属液的充型情况。
3.2粘土湿型p45
粘土湿型: 造好的型砂不经烘干、直接浇入高温金属液的型砂称为湿型。
水玻璃砂: 各种聚硅酸盐水溶液, 铸造上最常见的是钠水玻璃硅酸钠水溶液) , 其化学式为Na2O mSiO2H2O
4特种铸造:
熔模铸造: 用易熔材料( 蜡料及塑料等) 制成精确的可溶性模样, 在模样上涂以若干层耐火涂料, 经过干燥、硬化成整体型壳; 然后加热型壳熔失模样, 在经高温焙烧而成为耐火型壳; 将液体金属浇入型壳中, 待冷却后即成铸件。
消失模铸造: 采用泡沫塑料模样代替普通模样紧实造型, 造好铸型后不取出模样, 直接浇入金属液, 在高温金属液的作用下, 模样受热气化、燃烧而消失, 金属液取代原来泡沫塑料模样占据的空间位置, 冷却凝固后即获得所需的铸件。
压力铸造: 将液态金属或半液态金属在高压下快速充填金属型的型腔, 并在高
压下快速凝固而获得铸件的一种铸造方法。
5.2铸造工艺方案的确定:
1、造型、制芯方法的选择
①造型、制芯方法应与生产批量相适应
②造型、制芯方法应适合工厂条件
③要兼顾铸件的精度要求和成本
2、浇注位置的确定
①铸件上质量要求高的部分及重要工作面、重要加工面、加工基准面和大平面应尽量朝下或垂直安放
②铸件的厚大部分应放在上部, 尽量满足铸件自下而上的顺序凝固
③应保证铸件有良好的液态金属导入位置保证铸型充满
④应尽量少用或不用制芯
3、分型面的确定
①分型面应选择铸件最大截面处, 以保证顺利起出模样而不损坏铸型
②尽量将铸件全部或大部分放在半形内
③尽量减少分型面的数量
④分型面应尽量选择平面
⑤便于下芯、合型和检查型腔尺寸
⑥考虑工艺特点, 尽量使加工及操作工艺简单
4、型芯设计
浇注位置的确定原则93
熟读图5-1至5-2例题
分型面的选择原则p94
熟读图5-3至5-8例题
5.6液态金属成形工艺设计实例。