材料成型第3章 金属的铸造形成工艺2

1第二节外力作用下的铸造成形靠外力充填型腔的形成工艺离心铸造压力铸造低压铸造挤压铸造2一、离心铸造（1）立式离心铸造：铸型绕垂直轴旋转。铸件内表面呈抛物线形。用来铸造高度小于直径的盘、环类或成形铸件。定义：将液态合金浇入高速旋转（250~1500r/min）的铸型，使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶，这种铸造方法称作离心铸造。1、离心铸造的基本方式34（2）卧式离心铸造铸型绕水平轴旋转，铸件壁厚均匀，应用广泛，主要用来生产长度较大的套筒及管类铸件，如铜衬套、铸铁缸套、水管。5离心式实型铸造（3）成形件的离心铸造6(1)利用自由表面生产圆筒形或环形铸件时，可省去型芯和浇注系统，因而省工、省料，降低了铸件成本。(2)在离心力的作用下，铸件呈由外向内的定向凝固，而气体和熔渣因密度较金属小、则向铸件内腔(即自由表面)移动而排除，故铸件极少有缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，铸件致密度高，故力学性能较好。(3)便于制造双金属铸件。如可在钢套上镶铸薄层铜材，用这种方法制出的滑动轴承较整体铜轴承节省铜料，降低了成本。优点：2、离心铸造的特点和适用范围7缺点：(1)依靠自由表面所形成的内孔尺寸偏差大，而且内表面粗糙，若需切削加工，必须加大余量；(2)不适于密度偏析大的合金及轻合金铸件，如铅青铜、铝合金、镁合金等。(3)因需要专用设备的投资，故不适于单件、小批生产。83.离心铸造应用范围61用离心铸造法生产产量很大的铸件有以下几种：(1)铁管，世界上每年球墨铸铁管件总产量的近一半是用离心铸造法生产的；(2)柴油发动机和汽油发动机的气缸套。(3)各种类型的铜套。(4)双金属钢背铜套、各种合金的轴瓦。(5)造纸机滚筒。用离心铸造法生产质量及经济效益显著的铸件有：(1)双金属铸铁轧辊。(2)加热炉底耐热钢辊道。(3)特殊钢无缝钢管毛坯。(4)刹车鼓、活塞环毛坯、铜合金蜗轮毛坯等。(5)异型铸件如叶轮、金属假牙、小型阀门等。几乎一切铸造合金都可以用于离心铸造生产，铸件的最小内径可为8mm，最大直径达2600mm，最大长度为8m，铸件的重量可为数克至数十吨。9二、压力铸造定义：在高压（30～70MPa)下将液态或半液态合金快速(5～100mm/s,t=0.05～0.2s))地压入金属铸型中，并在压力下凝固，以获得铸件的方法。压铸机按其工作原理结构形式分为：冷压式压铸机（有卧式、立式、全立式）压铸机热压式（有普通热室、卧式热室）压铸机。101、压力机工作原理及应用（1）热压室压铸机热室压铸机的压室与合金熔化炉联成一体，压室浸在保温坩埚的液体金属中，压射机构装在坩埚上面，用机械机构或压缩空气所产生的压力进行压铸。图3-23为热室压铸机工作原理示意图。11冷室压铸机的压室和熔炉是分开的，压铸时要从保温炉中舀取金属液倒入压室内，再进行压铸。（2）冷压室压铸机12冷压室卧式压铸（目前应用最多)(1)注入金属先闭合压型，将勺内金属液通过压室上的注液孔向压室内注入(图a)。(2)压铸压射冲头向前推进，金属液被压人压型中(图b)。13冷压室卧式压铸（目前应用最多)(3)取出铸件：铸件凝固之后，抽芯机构将型腔两侧型芯同时抽出，动型左移开型，铸件则借冲头的前伸动作离开压室。此后，在动型继续打开过程中，由于顶杆停止了左移、铸件在顶杆的作用下被顶出动型(图d)。14压铸机主要由压射机构和合型机构所组成。压射机构的作用是将金属液压入型腔；合型机构用于开合压型，并在压射金属时顶住动型，以防金属液自分型面喷出。152、压力铸造的特点和适用范围①压铸的生产率较其它铸造方法均高。生产能力为50～150次/h。最高可达500次/h。②铸件的精度及表面质量较其它铸造方法均高(尺寸精度IT11～13，表面粗糙度值Ra6．3～1．6µm)。通常，不经机械加工即可使用。③铸件的强度和硬度都较高。因为铸件的冷却速度快，又是在压力下结晶，其表层结晶细密，如抗拉强度比砂型铸造提高25％～30％。④可压铸形状复杂的薄壁件，或直接铸出小孔、螺纹、齿轮等(参见表3-1)。这是由于压型精密，在高压下浇注，极大地提高了合金充型能力所致。⑤便于采用嵌铸法。生产中间镶嵌其他金属的铸件优点：16(1)压铸设备投资大，制造压型费用高、周期长，只有在大量生产条件下经济上才合算。(2)压铸高熔点合金（如铜、钢、铸铁）时，压型寿命很低，难以适应。(3)由于压铸的速度极高，型腔内气体很难排除，厚壁处的收缩也很难补缩，致使铸件内部常有气孔和缩松。(4)由于上述气孔是在高压下形成的，热处理加热时孔内气体膨胀将导致铸件表面起泡，所以压铸件不能用热处理方法来提高性能。缺点：17©2007金工教研室机械制造基础压铸镶嵌件18适用范围：目前，压力铸造已在汽车、拖拉机、航空、兵器、仪表、电器、计算机、轻纺机械、日用品等制造业得到了广泛应用，如气缸体、箱体、化油器、喇叭外壳等铝、镁、锌合金铸件生产。19三、低压铸造低压铸造是介于一般重力铸造和压力铸造之间的一种铸造方法。1.铸造原理和工艺过程浇注时金属液在低压（20～60kPa）作用下，由下而上地填充铸型型腔，并在压力下凝固而形成铸件的一种工艺方法。低压铸造的工艺过程如图2-47所示。205/16/20094:30PM低压铸造主要用于铝合金铸件的大批量生产，如轮毂、汽缸体、缸盖、活塞、曲轴箱、曲轴等铸件的生产。低压铸造的特点及适用范围（1）浇注时的压力和速度便于调节，故可适应各种不同的铸型(如金属型、砂型、熔模型壳等)。同时，其充型平稳，对铸型的冲刷力小，气体较易排除。（2）便于实现顺序凝固，以防止缩孔和缩松，尤能有效地克服铝合金的针孔缺陷。（3）铸件的表面质量高于金属型(IT12～IT14，Ra值12.5～3.2μm)，可生产出壁厚为1.5～2mm的薄壁铸件。（4）由于不用冒口，金属的利用率可提高到90%～98%。此外，其设备费用远较压铸低。21四、挤压铸造挤压铸造：用铸型的一部分直接挤压金属液，使金属在压力作用下成形、凝固而获得零件或毛坯的方法；又称液态模锻。1.挤压铸造的原理及工艺过程挤压铸造原理如图所示，铸型中浇入金属液，上型向下运动挤压金属液而成形。挤压铸造的压力和速度较低，无涡流飞溅现象，成形时伴有局部塑性变形，铸件致密无气孔。挤压铸造多采用金属型，挤压的工艺过程包括铸型准备、浇注、合型加压、完成等过程。如大型薄壁铝合金铸件的挤压工艺过程如图3-28所示。222、挤压铸造的特点及应用范围挤压铸造与压力铸造、低压铸造都是利用压力作用使铸件成形而获得致密铸件。其特点如下：1）挤压铸件的尺寸精度和表面质量高，尺寸公差IT11-IT13，Ra6.3-1.6；2）无需开设浇冒口，金属利用率高；3）适应性强，大多数合金都可采用挤压铸造；4）工艺简单、节省能源和劳力，易于实现机械化和自动化，生产率比金属型高1倍。挤压铸造主要用于生产强度较高、气密性好的铸件及薄板类铸件，如阀体、活塞、机架、铸铁锅等。铸造方法的选择砂型铸造熔模铸造金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造适用金属任意铸钢为主有色合金为主铝、锌合金等有色合金为主铸铁、铜合金铸件大小任意25Kg中小为主10Kg中小为主不限表面质量差高较高最高较高较高生产批量不限成批、大量大批大量大批大量成批、大量成批、大量生产率低、中低、中中、高最高中中、高应用床身,机架箱体带轮刀具叶片自行车零件铝活塞水暖化油器仪表喇叭缸体缸盖壳体螺旋桨铁管环套辊轴承常见铸造缺陷的名称、特征以及产生的主要原因类别名称图例及特征主要原因形状类缺陷错型铸件在分型面处有错移1.形状合型时上、下砂箱未对准2.上、下砂箱未夹紧3.模样上、下半模有错移偏型铸件上孔偏斜或轴心线偏移1.型芯放置偏斜或变形2.浇口位置不对，液态金属冲歪了型芯3.合型时碰歪了型芯4.制模样时,型芯头偏心变形铸件向上、向下或向其他方向弯曲或扭曲1.铸件结构设计不合理，壁厚不均匀2.铸件冷却不当，冷缩不均匀浇不足液态金属未充满铸型，铸件形状不完整1.铸件壁太薄，铸型散热太快2.合金流动性不好或浇注温度太低3.浇口太小，排气不畅4.浇注速度太慢5.浇包内液态金属不够冷隔铸件表面似乎融合，实际未融透，有浇坑或接缝1.铸件设计不合理，铸壁较薄2.合金流动性差3.浇注温度太低，浇注速度太慢4.浇口太小或布置不当，浇注曾有中断25孔洞类缺陷缩孔铸件的厚大部分有不规则的粗糙孔形1.铸件结构设计不合理，璧厚不均匀，局部过厚2.浇、冒口位置不对，冒口尺寸太小3.浇注温度太高气孔析出气孔多而分散，尺寸较小，位于铸件各断面上,侵入气孔数量较少，尺寸较大，存在于局部地方1熔炼工艺不合理、金属液吸收了较多的气体2.铸型中的气体侵入金属液3.起模时刷水过多，型芯未干4.铸型透气性差5.浇注温度偏低6.浇包工具未烘干夹杂类缺陷砂眼铸件表面或内部有型砂充填的小凹坑1型砂、芯砂强度不够，紧实较松，合型时松落或被液态金属冲垮2.型腔或浇口内散砂未吹净3.铸件结构不合理，无圆角或圆角太小夹渣铸件表面上有不规则并含有融渣的孔眼1.浇注时挡渣不良2.浇注温度太低，熔渣不易上浮3.浇注时断流或未充满浇口，渣和液态金属一起流入型腔裂纹缺陷裂纹在夹角处或厚薄交接处的表面或内层产生裂纹1.铸件厚薄不均，冷缩不一2.浇注温度太高3.型砂、芯砂退让性差4.合金内含硫、磷较高表面缺陷粘砂铸件表面粘砂粒1.浇注温度太高2.型砂选用不当，耐火度差3.未刷涂料或涂料太薄27砂箱刮砂板底板砂舂通气针起模针皮老虎镘刀镘勺提勾282930套管的分模造型313233343536带轮刮板刮板木桩下砂型上砂型a)刮制下型b)刮制上型c)合箱373839返回文档图2-19振压紧砂机构原理图演示40返回文档图3-6抛砂紧实机构原理图41返回文档图3-73-83-9起模方法示意图42返回文档43返回文档44返回文档45返回文档图3-28挤压铸造工艺a)浇注b)挤压c)去除多余的金属