模具设计, 工艺工程, 钢材处理, 质量管控 | 18

材料科学与工程学院
华中科技大学
26/5/27
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授课教师：董选普 教 授
刘鑫旺 副教授
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2.1 液态金属成形综述
2.2 浇注系统设计
2.3 凝固过程的收缩分析
2.4 冒口与冷铁
第2章 液态金属充型过程
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第一讲 液态金属成形概述
主讲教授：董选普
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2.1 液态金属成形概述
2.1.1 液态金属成形原理和特点
2.1.2 液态金属成形过程和控制
2.1.3 液态金属成形之应用范围
2.1.4 液态金属成形之科学内涵
铸造是什么？
铸造做什么用？
铸造学科特点？
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2.1.1 液态金属成形原理和特点
液态金属成形原理－－－－铸造
“水随方圆之器”的技术，也就是说可以让金属液 (水)流动凝固在预先制备的铸型(器)中而获得任何形状的毛坯或零件(铸件)的一种技术。
核心问题：
充型 ＋ 凝固→液态成形→铸件质量
金属学原理
水力学原理
流动控制
凝固控制
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（1）难成形的材料---高温合金
（2）难以机械加工的复杂结构
（3）异型金属结构件
（4）特大型金属构件
转轮直径：10.56m； 转轮高度：5.060m; 转轮重量：430t； 焊接厚度：280mm
（二重为某钢厂制造的5000㎜轧机机架正在浇注）
（5）要求大批量制造、成本低的通用设备结构件
（6）艺术类的金属构件
铸造技术和其他金属成型技术相比有许多独特的优势，使其在工程中占据着重要地位，尤其在装备制造业中不可替代。
2.1.1 液态金属成形原理和特点
液态金属成形产品特点
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液态金属成形特点
适用于各种尺寸复杂形状的毛坯或零件；-----好的工艺柔性
材料不受限制；--------------------------------------材料的广谱性
生产成本低； ---------------------------------------成形加工容易性
应用广泛；--------------------------------------------产品广泛的适应性
废品率高；--------------------------------------------工艺参数复杂
劳动条件较差。-----------------------------------------高温、多粉尘
2.1.1 液态金属成形原理和特点
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2.1 液态金属成形概述
2.1.1 液态金属成形原理和特点
2.1.2 液态金属成形过程和控制
2.1.3 液态金属成形之应用范围
2.1.4 液态金属成形之科学内涵
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2.1.2 液态金属成形过程和控制
铸造是将液态金属浇注到与零件形状尺寸相适应的铸型空腔中，待金属冷却凝固后获得毛坯或零件的生产工艺。
它包括熔化﹑凝固和成形三个部分，考察指标和影响因素多达几十个！！
睁眼造型、闭眼浇注
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1、液态金属成形的浇注系统
浇注系统由浇口杯（外浇口）、直浇道、横浇道和内浇道等组成
2.1.2 液态金属成形过程和控制
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2.1.2 液态金属成形过程和控制
2、 液态金属充型过程水力学特性
金属液在浇注系统中的流动具有水力学特性：
粘性流动 ← 粘度 → 合金成分、温度、结晶
流动的不稳定性
散体材料的“多孔管流动”
湍流流动，Re
如何控制流动？
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2.1.2 液态金属成形过程和控制
3、液态金属充型过程控制
阻流单元的设计是关键
、内浇口
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2.1.2 液态金属成形过程和控制
3、液态金属充型过程控制
阻流单元的设计是关键
、过滤器
能有效滤除夹渣及非金属杂质。
能梳整紊乱的金属液流，减少湍流，使金属液流变得平滑整洁。
可以任何角度放置于浇注系统中。安放位置靠近型腔越好。
使用陶瓷过滤器时可不考虑其他挡渣措施，简化浇注系统。
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2.1.2 液态金属成形过程和控制
3、液态金属充型过程控制
表面/渣饼和纵深多重过滤
过滤器滤渣的作用
陶瓷网格型
陶瓷泡沫型
主要是表面过滤
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2.1.2 液态金属成形过程和控制
3、液态金属充型过程控制
过滤器稳流的作用
Direction of flow
水流模型实验
陶瓷纤维网
泡沫陶瓷网
大量夹杂积累在过滤器前端
数值模拟图
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2.1.2 液态金属成形过程和控制
3、液态金属充型过程控制
过滤器提高铸件质量的作用
在铸造生产中，由于非金属夹杂物等铸造缺陷导致的铸件废品率一般占废品总数的50％—60％。采用金属液过滤技术，可以有效地减少或消除其中的非金属夹杂物，净化液态铸造合金。
减少金属中的夹杂物－夹渣缺陷减少
改善了金属的力学性能（疲劳、抗蚀等）
改进了切削性能，延长刀具寿命
提高了铸件表面品质，减少了加工余量
简化了浇注系统结构，提高了工艺出品率
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2.1 液态金属成形概述
2.1.1 液态金属成形原理和特点
2.1.2 液态金属成形过程和控制
2.1.3 液态金属成形之应用范围
2.1.4 液态金属成形之科学内涵
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2.1.3 液态金属成形之应用范围
铸造是工业化现代经济的基础 ，几乎融入了我们的生活，隐而不见却无所不在， 以至于人们已经习惯到不以为然了。
大型发电设备三峡水轮机不锈钢转轮
二重为日本某公司制造的整铸立辊轧机机架
机床部件
高铁车辆的行走部件

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