必威体育精装版铸造砂教学课件案例电子教案 液态金属成形过程及控制.docVIP

第一章　液态金属成形过程及控制 ? 本章的主要内容为：液态金属充型过程的水力学特性及流动情况；浇注系统及设计；液态金属凝固收缩过程的工艺分析；冒口和冷铁和设计。即让学生了解和掌握液态金属铸造成形的两个基本过程－充型和凝固对铸件质量的影响规律，并提出其控制方案和措施。 ? 本章的重点：(1)、充型过程及其控制；(2)、凝固过程及其控制。 ? ? 引言 铸造的定义：让金属液流入并凝固在预先制备的铸型中，获得特定形状的毛坯或零件(铸件)的方法或技术。 ? 铸造成形的基本过程是充型和凝固： ? 充型的主要目的：使金属液充满铸型，从而实现对型腔形状、尺寸以及表面的复制。 充型的有效性：是否能够充满型腔； 充型的平稳性：是否卷入气体或杂质； 充型的顺序性：调整充填后的温度分布。 ? 凝固的主要目的：使不具备机械性能的液相转变为具备特定机械性能的固相。 凝固的速度：晶粒大小及形态； 凝固的顺序：是否有助于补缩； 凝固末期的温度场：应力大小及分布、变形、热裂的产生与控制 ? 第一节? 液态金属充型过程的水力学特性及流动情况 充型过程对铸件质量的影响很大可能造成的各种缺陷，如冷隔、浇不足、夹杂、气孔、夹砂、粘砂等缺陷，都是在液态金属充型不利的情况下产生的。正确地设计浇注系统使液态金属平稳而又合理地充满型腔，对保证铸件质量起着很重要的作用。 一、液态金属充型流动过程的水力学特性 目前在实际铸造生产中，砂型仍占相当大的分量，而液态金属在砂型中流动时呈现出如下水力学特性： 1. 粘性流体流动： 液态金属是有粘性的流体。液态金属的粘性与其成分有关，在流动过程中又随液态金属温度的降低而不断增大，当液态金属中出现晶体时，液体的粘度急剧增加，其流速和流态也会发生急剧变化。 2. 不稳定流动： 在充型过程中液态金属温度不断降低而铸型温度不断增高，两者之间的热交换呈不稳定状态。随着液流温度下降，粘度增加，流动阻力也随之增加；加之充型过程中液流的压头增加或和减少，液态金属的流速和流态也不断变化，导致液态金属在充填铸型过程中的不稳定流动。 3. 多孔管中流动： 由于砂型具有一定的孔隙，可以把砂型中的浇注系统和型腔看作是多孔的管道和容器。液态金属在“多孔管”中流动时，往往不能很好地贴附于管壁，此时可能将外界气体卷入液流，形成气孔或引起金属液的氧化而形成氧化夹渣。 4. 紊流流动： 生产实践中的测试和计算证明，液态金属在浇注系统中流动时，其雷诺数Re大于临界雷诺数Re临，属于紊流流动。例如ZL104合金在670℃浇注时，液流在直径为20mm的直浇道中以50cm/s的速度流动时，其雷诺数为25000，远大于2300的临界雷诺数。对一些水平浇注的薄壁铸件或厚大铸件的充型，液流上升速度很慢，也有可能得到层流流动。 轻合金优质铸件浇注系统的研究表明，当Re＜20000时，液流表面的氧化膜不会破碎，如果将雷诺数控制在4000～10000，就可以符合生产铝合金和镁合金优质铸件的要求。有人通过水力模拟和铝合金铸件的实浇试验证明：允许的最大雷诺数，在直浇道内应不超过10000，横浇道内不超过7000，内浇道内不超过1100，型腔内不超过280。 ? 综上分析，影响金属液流动的平稳性的主要因素是金属液的流动速度和浇注系统的形状及截面尺寸。为此，有必要研究液态金属在浇注系统中的流动情况。 ? 二、液态金属在浇注系统中的流动情况 浇注系统是液态金属流入型腔的通道，通常由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道等单元组成（图1-1浇注系统的基本形式）。分析液态金属在浇注系统中的流动规律、对正确地设计浇注系统有重要的作用。 ? 1. 液态金属在浇口杯中的流动情况 1)、浇口杯的作用：承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注；减轻液流对型腔的冲击；分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔；增加充型压力头。 ? 2)、浇口杯的结构形状分类：漏斗形、池形。 漏斗形浇口杯结构简单，挡渣作用差，由于金属液易产生绕垂直轴旋转的涡流，易于卷入气体和熔渣，因此这种浇口杯仅适用于对挡渣要求不高的砂型铸造及金属型铸造的小型铸件。 池形浇口杯效果较好，底部设置凸起有利于浇注操作，使金属液的浇注速度达到适宜的大小后再流入直浇道。这样浇口杯内液体深度大，可阻止垂直轴旋转的水平旋涡的形成，从而有利于分离渣滓和气泡。 ? 3)、浇口杯内一旦出现水平旋涡会带入渣滓和气体，必须注意防止。 漩涡产生的原因： 当合金液从各个方向流入直浇道时，各向流量不均衡，某一流股的流向偏离直浇道中心，就会形成水平涡流。根据水力学原理，水平涡流愈靠近中心部位压力愈低，液面愈低，这样浮在液面上的渣滓会沿着弯曲的液面，一面旋转，一面和空气一同进入直浇道，就有可能形成氧化夹渣等铸造缺陷。 浇口杯内金属液的高度对漩涡产生的影响： 水力模拟试验表明，影响浇口杯内水平