《工程材料及成型技术》讲稿(10)

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c. 合理设计铸件结构 2.铸造应力

铸件固态收缩受阻产生的内应力，包括热应力（铸件各部位冷却不同时，以致收缩不同时产生的应力）和机械应力（铸件收缩受型芯和铸型阻碍而产生的应力）。

①热应力

材料的变形过程：弹性变形—— 塑性变形—— 断裂

吕 P181. F. 7. 37.

图7 .1 3. 框形铸件热应力形成过程

结论：铸件的壁薄部分（或外层）冷却快残留压应力（－） 铸件的壁厚部分（或内层）冷却慢残留拉应力（+）

②机械应力

吕 P182. F. 7 40 . 图 7 .14 机械应力

③铸造应力对铸件质量的影响

当应力大于材料的бs——出现变形；大于材料的бb—— 产生裂纹。 a .变形

先看两条不同长度弹簧的变形。

结论：厚处散热慢，受拉应力呈凹变形。 薄处散热快，受压应力呈凸变形。 b.裂变

热裂：特征：裂纹有氧化物

原因：合金强度低（如白口铸铁） 合金收缩大（如铸钢） 机械阻力大

结构不合理、应力集中大

冷裂：特征：裂纹表面光滑，有光泽或微氧化 原因：拉应力大 收缩受阻 ④消除和减轻应力的措施

a.力求同时凝固 吕P182.F.7.39

图. 7.15. 同时凝固示意图

工艺要点：热节放冷铁，浇口开花在薄处

缺点：铸件中心区易疏松

主要应用：收缩小的灰铸铁结晶温度范围大的不易实现冒口补缩的合金。

b.改善铸件结构——力求对称，壁厚均匀，避免热带。 c.及时落砂，清理。

d.去应力退火， 清理后 550—600℃加热保温3——6小时。

三、基于合金铸造性能的铸件结构设计

总要求：避免铸造缺陷（疏松、缩孔、变形开裂、夹渣、气孔等）

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?a.太薄——浇不足，冷隔?松?b.太厚——晶粒粗大，缩孔、疏??c.太大面积的水平面——不易充满避免?

?d.尖角，十字交叉——热节和应力集中?e.阻碍收缩——裂纹???f.突然过渡——应力集中

内壁厚＜外壁厚

a.符合顺序凝固设计 倒锥状壁厚

注意

b.应用加强筋结构，对称结构——减少变形.

6.2．砂型铸造 一、造型方法 1 . 手工造型 2 . 机器造型

指用机械设备实现紧砂和起模的造型方法。

按紧砂方法可分为：压实、震实、抛砂紧实、射砂紧实造型等。 按起模方法可分为：顶箱、漏箱、翻箱造型等。 *a. 机器造型只能是两箱造型； b. 不用或少用活块造型。

几种常用的机器造型方法见讲义。 二、砂型铸造工艺

在形成铸造工艺方案之前必须考虑的问题，并在铸造工艺图上表示。 1．选择浇注位臵

浇注位臵： 浇注时铸件在铸型内所处的位臵。 有平放、倒放、侧力等。 选择总则： 保证铸件的质量。 ① 重要表面向下原则

a.铸件重要加工面应放在型腔底面或侧面。 上面： 浮渣、气孔、缩孔。

下面：冷却快，凝固快，晶粒细，组织致密。

b.铸件的大平面应朝下——避免夹渣，夹砂，气孔等缺陷。 ② 上厚下薄原则

-------薄壁部分应在底面或下部——提高压力避免浇不足。 ------厚大部分应放在顶部——便于收缩，以免缩孔。

2．选择分型面

分型面：上、下或左、右砂箱间的接触表面。 总则：在保证铸件质量前提下，便于造型操作。

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①保证精度原则。

力求铸件的大部分加工面（尤其重要加工面）与加工基准面放在同一砂型，避免错箱。 ②便于起模和简化造型原则。

------力求减少分型面，尤其是力求整模造型。 ------减少型芯和活块的数目。 ------避免挖砂造型和假箱造型。 ③便于下芯，分型及检查型腔尺寸的原则。

吕P165，F7.9—7.12

图7.1 分箱面的选择方案。

3、确定工艺参数。 ①铸造收缩率。

铸件尺寸＜模样尺寸 ——收缩

线收缩率=

L模?L铸件×100%。

L铸件影响因素，a：铸件大小， 壁厚：越大——收缩越大 b：材料收缩：铸钢＞有色金属＞灰铸铁 ②加工余量

机械加工面都要留加工余量。应考虑下列因素：

a.加工面越大，加工质量越高，加工余量要越大。 在铸型朝上面，加工余量要更大。（因为缺陷多） b.材料不同，加工余量不同：铸钢＞铸铁＞有色金属

c.孔：最小孔径： 单件小批生产 铸铁＞30㎜，铸钢＞50㎜

大批生产 铸铁?≥15㎜ 。

③拔模斜度

在垂直于分型面的模壁应考虑拔模斜度：

木模为1—3°，塑料和金属模为0.5—1°。 ④铸造圆角

4、砂型铸造工艺分析。

以拖拉机轮毂为例。 图6.2.拖拉机轮毂

三、铸造工艺对铸件结构的要求

总要求：便于造型，安放型芯，检查内腔和落砂清理。

?避免侧凹——侧凹处需另加外型芯?为平面?避免外圆角——外圆角不能保证分型外型结构?

?减少凸台和筋条??减少分型面6．3．特种铸造

特种铸造的特点及适用范围由同学参考教材自行比较总结。这里只简要介绍几种方法的原理和

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工艺过程。 一、熔模铸造

吕P168.F.7.15 图6.3.熔模铸造工艺过程

二、金属型铸造

图6.4.金属型的结构。

三、压力铸造

在高速高压下所熔融金属液压入金属型并在压力下凝固获得铸件的方法。

吕P170.Fig1.17

图6.5.热压室压铸机工作原

四、低压铸造

在较低压力（0.02—0.06Mpa将……

吕P172.F.7.21

图6.6.低压铸造工作原理图

五、离心铸造

吕P173.F.7.22

图6.7。离心铸造工作原理图

6.4。铸造合金的生产（自学）

思考题：

1．何谓铸件的浇注位臵？它是否就是指铸件上的内浇道位臵？铸件的浇注位臵对铸件的质量有什么

影响？应按何原则来选择？

2． 试述分型面与分模面的概念？分模造型时，其分型面是否就是其分模面？从保证质量与简化操作

两方面考虑，考虑分型面的主要原则有哪些？

3． 什么是液态合金的充型能力？它与合金的流动性有何关系？试述提高液态金属充型能力的方法。 4． 何谓合金的收缩？其影响因素有那些？铸造内应力、变形和裂纹是怎样形成的？怎样防. 5． 缩空与缩松对铸件质量有何影响？为何缩空比缩松较容易防止？

6． 什么是顺序凝固原则？什么是同时凝固原则？各需采用什么措施来实现？上述良种凝固原则各适

用于哪些场合？

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