《鑄造鑄件的收縮》課件

鑄造鑄件的收縮鑄造過程中,熔融金屬冷卻收縮是不可避免的,這會(huì)影響到鑄件的尺寸精度和質(zhì)量。了解鑄件收縮的原因及規(guī)律,對于提高鑄件質(zhì)量至關(guān)重要。課程目標(biāo)理解鑄件收縮的基本概念掌握鑄件收縮的定義、分類及成因等知識(shí)。分析影響鑄件收縮的因素了解金屬成分、澆注工藝等對鑄件收縮的影響。設(shè)計(jì)控制鑄件收縮的策略學(xué)習(xí)通過合理的鑄件設(shè)計(jì)和澆注工藝控制鑄件收縮。鑄件收縮的重要性質(zhì)量保證鑄件收縮的精準(zhǔn)控制是確保鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵因素。過大或過小的收縮會(huì)造成尺寸偏差、開裂、內(nèi)應(yīng)力等缺陷，嚴(yán)重影響鑄件的使用性能。成本管控準(zhǔn)確預(yù)測和控制鑄件收縮有助于減少返工和廢品率,降低生產(chǎn)成本。優(yōu)化收縮控制措施可提高生產(chǎn)效率,提升企業(yè)競爭力。工藝優(yōu)化深入了解鑄件收縮規(guī)律,有助于優(yōu)化澆注、冷卻、脫模等工藝參數(shù),提高生產(chǎn)穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)。設(shè)計(jì)創(chuàng)新掌握鑄件收縮特性能夠指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工藝創(chuàng)新,開發(fā)出性能更優(yōu)的鑄件產(chǎn)品。鑄件收縮的定義收縮的含義鑄件收縮是指鑄件在從液態(tài)到固態(tài)的過程中體積減小的現(xiàn)象。收縮的原因這是由于金屬在凝固和冷卻過程中密度的增加所致。收縮的分類鑄件收縮可分為體積收縮、固化收縮和凝固收縮三種類型。收縮的影響鑄件收縮會(huì)影響尺寸精度和外觀質(zhì)量,必須通過合理控制得到滿意的鑄件。鑄件收縮的分類1體積收縮金屬在凝固和冷卻過程中由于原子間距減小而產(chǎn)生的體積收縮。2固化收縮金屬從液態(tài)到固態(tài)過程中的收縮,由于晶格重排和原子重新排列引起。3凝固收縮金屬從液態(tài)到固態(tài)過程中的體積減少,主要源于密度的增加。4冷卻收縮金屬從凝固狀態(tài)到室溫狀態(tài)下的線性收縮,與溫度下降有關(guān)。體積收縮體積收縮的定義鑄件在凝固和冷卻過程中會(huì)發(fā)生體積收縮,這是由于金屬材料的分子間距離減小所導(dǎo)致的。體積收縮的量化通過測量金屬收縮率來量化體積收縮的大小,這是評(píng)估鑄件尺寸精度的重要指標(biāo)。體積收縮的控制通過合理的鑄件設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)控制等措施,可以有效地控制和減小鑄件的體積收縮。體積收縮的原因鑄件在鑄造過程中會(huì)發(fā)生體積收縮,主要有以下幾個(gè)原因:不同的鑄造工藝和鑄件材料會(huì)造成這些收縮因素的比例差異,需要設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行合理的補(bǔ)償。金屬收縮率5%普通碳鋼碳含量低于0.25%的普通碳鋼的收縮率通常在5%左右。3%鑄鐵灰鑄鐵的收縮率通常在3%左右。1.5%黃銅黃銅的收縮率一般在1.5%左右。8%有色金屬有色金屬如鋁合金的收縮率則可達(dá)8%左右。金屬收縮率的影響因素成分組成合金中不同元素的含量會(huì)對收縮率產(chǎn)生顯著影響。碳含量的增加通常會(huì)提高收縮率，而鎂、鋁等元素的添加則會(huì)降低收縮率。凝固溫度鑄件在凝固過程中的溫度變化直接影響收縮率。一般來說，凝固溫度越高，金屬收縮率越大。澆注溫度澆注溫度過高會(huì)增加金屬的流動(dòng)性和收縮量，而澆注溫度過低則會(huì)影響金屬的充型能力。因此需要根據(jù)具體工藝選擇合適的澆注溫度。冷卻速度冷卻速度過快會(huì)導(dǎo)致表面凝固收縮大于內(nèi)部,從而產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力和開裂。而冷卻速度過慢會(huì)延長凝固時(shí)間,增加整體收縮量。固化收縮1定義金屬在固化過程中體積收縮的現(xiàn)象。這是由于金屬在從液態(tài)到固態(tài)過程中密度增加而造成的。2特點(diǎn)固化收縮發(fā)生在液體金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w過程中。它是一種不可逆的體積變化。3影響因素主要受合金成分、澆注溫度、冷卻速度等因素的影響。合金含量越高,收縮率越大。固化收縮的特點(diǎn)體積變化金屬固化過程中會(huì)發(fā)生體積收縮,這是由于結(jié)晶、密度增加等原因?qū)е碌摹Ｊ湛s時(shí)間差異固化收縮發(fā)生在金屬完全凝固后,與凝固收縮存在一定時(shí)間差異。對鑄件質(zhì)量的影響固化收縮可能會(huì)造成鑄件出現(xiàn)裂紋、缺陷等問題,需要重點(diǎn)關(guān)注和控制。凝固收縮相變收縮當(dāng)金屬從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí),原子結(jié)構(gòu)的改變會(huì)導(dǎo)致體積收縮。這種收縮為相變收縮。密度差收縮固態(tài)金屬的密度通常高于液態(tài)金屬,所以在凝固過程中也會(huì)出現(xiàn)體積收縮。枝晶生長收縮在金屬熔體凝固過程中,枝晶生長也會(huì)造成一定的體積收縮。凝固收縮的特點(diǎn)相變收縮金屬從液態(tài)凝固為固態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)生顯著的體積收縮,減小約10%左右。溫度降低金屬從熔融溫度逐步降至室溫會(huì)持續(xù)收縮,最終達(dá)到最大的收縮量。晶體結(jié)構(gòu)不同結(jié)晶結(jié)構(gòu)的金屬,其收縮行為也有所不同,如BCC、FCC和HCP結(jié)構(gòu)。冷卻收縮收縮速率冷卻收縮的速率取決于冷卻速度,通常較慢的冷卻會(huì)導(dǎo)致更均勻的收縮。內(nèi)外差異鑄件內(nèi)外溫度梯度會(huì)造成非均勻收縮,內(nèi)部收縮大于外部收縮。表面粗糙化冷卻收縮通常會(huì)導(dǎo)致鑄件表面變得粗糙不平整,影響外觀品質(zhì)。變形風(fēng)險(xiǎn)不均勻的冷卻收縮還可能導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生變形和內(nèi)部應(yīng)力。冷卻收縮的特點(diǎn)1持續(xù)過程鑄件從澆注到最終冷卻始終存在收縮過程,直到完全凝固。2累積效應(yīng)冷卻收縮會(huì)隨著時(shí)間的推移逐步累積,最終導(dǎo)致鑄件尺寸和形狀的變化。3不均勻性鑄件內(nèi)部各區(qū)域冷卻速率不同,會(huì)造成局部收縮不均勻,導(dǎo)致變形。4難以控制冷卻過程受到多方面因素影響,難以精確預(yù)測和控制收縮量。合金對收縮的影響合金成分不同合金元素的添加會(huì)影響金屬的收縮率。例如，銅添加可減小收縮，而鎳添加則會(huì)增大收縮。晶體結(jié)構(gòu)合金元素可改變金屬的晶體結(jié)構(gòu)，從而影響其收縮性能。BCC結(jié)構(gòu)的金屬通常收縮率較大。相圖分析根據(jù)相圖分析，合金成分的變化會(huì)導(dǎo)致熔點(diǎn)、凝固過程等的變化,從而影響最終的收縮特性。鑄件設(shè)計(jì)與收縮1模型設(shè)計(jì)考慮金屬收縮率，合理設(shè)計(jì)鑄件幾何形狀2澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化澆口、冒口的位置和尺寸，控制金屬流動(dòng)3填充模型設(shè)計(jì)計(jì)算收縮量，設(shè)計(jì)填充模型以補(bǔ)償收縮在鑄件設(shè)計(jì)時(shí),需要充分考慮金屬的收縮特性,合理設(shè)計(jì)幾何形狀、澆注系統(tǒng)和填充模型,以控制和補(bǔ)償收縮,確保鑄件的尺寸精度。同時(shí),還要考慮鑄件的功能要求和生產(chǎn)工藝,達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)與收縮澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)對于控制鑄件收縮尺寸至關(guān)重要。需考慮澆口和溢流口的位置、尺寸和數(shù)量。模具溫度管控維持模具適當(dāng)溫度有助于延緩鑄件收縮。可通過加熱或冷卻系統(tǒng)來調(diào)控模具溫度。真空輔助澆注采用真空輔助澆注能有效減少鑄件收縮。通過負(fù)壓抑制鑄件氣化和液化過程中的體積變化。預(yù)熱或熱處理適當(dāng)?shù)念A(yù)熱或熱處理有助于降低鑄件收縮。能改善凝固過程并均勻收縮分布。填充模型設(shè)計(jì)與收縮1合理設(shè)計(jì)合理設(shè)計(jì)填充模型尺寸和形狀2適當(dāng)筋骨適當(dāng)設(shè)置筋骨以增強(qiáng)剛性3良好連接確保填充模型與模腔良好連接填充模型在鑄件收縮過程中起著至關(guān)重要的作用。合理設(shè)計(jì)填充模型的尺寸和形狀可以幫助引導(dǎo)金屬收縮方向,適當(dāng)設(shè)置筋骨可以增強(qiáng)模型的剛性,并確保模型與模腔有良好的連接,從而有效控制鑄件收縮行為。冒口與壓入口設(shè)計(jì)與收縮1冒口設(shè)計(jì)合理的冒口設(shè)計(jì)可以有效補(bǔ)償鑄件收縮,確保鑄件最終尺寸符合要求。冒口尺寸應(yīng)根據(jù)鑄件幾何形狀和材料特性合理確定。2壓入口設(shè)計(jì)壓入口的設(shè)計(jì)對減少鑄件收縮同樣重要。壓入口應(yīng)盡量靠近冒口,以增加補(bǔ)縮能力,降低鑄件收縮。3收縮控制通過優(yōu)化冒口與壓入口設(shè)計(jì),可以有效控制鑄件收縮,確保鑄件尺寸精度。此外,還需結(jié)合澆注溫度、冷卻速度等因素綜合考慮。合金成分對收縮的影響合金元素合金元素的種類和含量會(huì)直接影響鑄件的收縮特性。不同的合金元素會(huì)改變金屬的熔點(diǎn)、凝固過程和冷卻速度。碳含量碳含量的增加會(huì)提高鑄件的收縮率。因?yàn)樘寄艽龠M(jìn)共晶點(diǎn)的形成,從而增加固化收縮。硅含量硅的增加會(huì)降低鑄件的收縮率,因?yàn)楣枘苎泳徆簿c(diǎn)的形成,減少固化收縮。但過高硅含量會(huì)導(dǎo)致鑄件脆性增大。其他合金元素銅、鎳、錳等合金元素也會(huì)對收縮產(chǎn)生不同程度的影響,需要根據(jù)具體合金組成進(jìn)行分析和控制。澆注溫度對收縮的影響澆注溫度過高過高的澆注溫度會(huì)導(dǎo)致金屬液體的過度過熱,加劇金屬在凝固過程中的體積收縮,從而增加鑄件內(nèi)部的收縮孔洞和裂紋的產(chǎn)生。合理控制澆注溫度通過精準(zhǔn)控制澆注溫度,可以最大限度地減少鑄件在凝固過程中的體積收縮,提高鑄件質(zhì)量。實(shí)時(shí)監(jiān)控澆注溫度應(yīng)用先進(jìn)的溫度監(jiān)控技術(shù),實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整澆注溫度,確保鑄件在最佳溫度條件下凝固成型。模具材質(zhì)對收縮的影響模具材質(zhì)選擇模具材質(zhì)的選擇會(huì)顯著影響鑄件的收縮情況。要根據(jù)鑄件的材料、尺寸及復(fù)雜程度來確定合適的模具材質(zhì)。熱膨脹系數(shù)模具材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)不同會(huì)導(dǎo)致冷卻過程中的收縮量不同。合理選擇熱膨脹系數(shù)可以減少收縮變形。熱傳導(dǎo)性模具材質(zhì)的熱傳導(dǎo)性會(huì)影響鑄件內(nèi)部溫度梯度,從而影響收縮量。選用導(dǎo)熱性能好的材料有利于均勻冷卻。表面性能模具表面的粗糙度和光潔度也會(huì)影響鑄件冷卻速度,進(jìn)而影響收縮量。光潔度高的模具有利于均勻冷卻。模具溫度對收縮的影響升高模具溫度較高的模具溫度會(huì)減少鑄件在冷卻過程中的收縮率。這是因?yàn)檩^高的模具溫度可以減緩鑄件的冷卻速度，降低凝固時(shí)的體積收縮。降低模具溫度較低的模具溫度會(huì)增加鑄件在冷卻過程中的收縮率。這是由于較低的模具溫度會(huì)加快鑄件的冷卻速度，增加凝固時(shí)的體積收縮。鑄件脫模與收縮1脫模時(shí)機(jī)鑄件在完全凝固后才能脫模,以免由于內(nèi)部應(yīng)力而造成變形或破裂。2脫模工藝合理的脫模工藝,如使用脫模劑、振動(dòng)脫模等,有助于減少鑄件收縮變形。3冷卻速度控制冷卻速度能有效減少鑄件表面和內(nèi)部的收縮差異,降低變形風(fēng)險(xiǎn)。4尺寸補(bǔ)償在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮鑄件收縮,并進(jìn)行相應(yīng)的尺寸補(bǔ)償,以確保最終產(chǎn)品符合要求。鑄件熱處理對收縮的影響熱處理控制通過精確控制鑄件的熱處理工藝參數(shù),可以有效控制鑄件的收縮變形。應(yīng)力釋放熱處理可以釋放鑄件內(nèi)部的殘余應(yīng)力,降低變形風(fēng)險(xiǎn)。組織優(yōu)化熱處理可以調(diào)整鑄件的金屬組織結(jié)構(gòu),優(yōu)化其體積收縮特性。鑄件機(jī)械加工對收縮的影響精加工對鑄件收縮的影響鑄件進(jìn)行精密的機(jī)械加工會(huì)改變其內(nèi)部應(yīng)力分布,從而影響最終的收縮量。加工過程也可能引發(fā)局部變形。加工質(zhì)量對收縮的影響機(jī)械加工的粗糙度和精度會(huì)直接影響鑄件的最終尺寸和形狀,從而影響收縮量及其均勻性。加工偏差對收縮的影響如果機(jī)械加工存在較大的偏差,會(huì)導(dǎo)致鑄件整體收縮不均勻,出現(xiàn)嚴(yán)重的變形。因此需要控制加工偏差。鑄件質(zhì)量檢測與收縮控制質(zhì)量檢測通過各種檢測手段,如測量、探傷等,確保鑄件滿足設(shè)計(jì)要求,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并控制收縮問題。尺寸檢測采用坐標(biāo)測量機(jī)、三次元測量儀等,檢測鑄件關(guān)鍵尺寸,評(píng)估收