铸造工艺基础知识

一、造型材料型砂、芯砂和原材料统称为造型材料2.1砂型铸造的造型工艺砂型铸造的应用最为广泛，其基本工序是：模样和芯盒制作；配制型(芯)砂、造型造芯、合型——形成铸型；熔炼合金、浇注；落砂清理和检验。二、造型方法造型方法可分为手工和机器造型两大类手工造型主要用于单件小批生产，机器造型主要用于大批量生产。各种手工造型方法的特点和适用范围造型方法主要特点适用范围整模造型模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型缺陷。适用于最大截面在一端，且为平面的铸件。分模造型模样沿截面最大处分为两半，型腔位于上、下两个半型内，造型简单，节省工时。适用于最大截面在中部的铸件。活块造型铸件上有妨碍起模的小凸台、肋板等，制模时将它们做成活动部分。造型起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费工时，要求操作技术水平高。主要用于单件、小批生产带有突出部分并且难以起模的铸件。挖砂造型模样虽为整体的，但铸件的分型面为曲面。为了起出模型，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂。其造型费工时、生产率低，要求操作技术水平高。用于单件、小批生产分型面不是平面的铸件。假箱造型克服上述挖砂成型的挖砂缺点，在造型前预先作个底胎(即假箱)，然后再在底胎上造下箱。由于底胎并不参加浇注，故称假箱。此法比挖砂造型简便，且分型面整齐。用于成批生产需要挖砂的铸件。此外还有三箱造型，脱箱造型(无箱造型）等机器造型在大量生产铸件时，都采用机器造型与手工造型相比，机器造型生产率高、质量稳定、工人劳动强度低、对工人技术水平要求不高、便于实现自动化。按照紧砂方式不同，机器造型可分为：震压造型震压式造型机以压缩空气为动力，使振动活塞带动工作台振击将砂型震实。射压造型利用压缩空气将型砂射入型腔进行初紧实，然后压实活塞将砂型再紧实。高压造型高压造型机是利用液压系统产生很高的压力来压实砂型。抛砂造型抛砂机是利用高速旋转的叶片将输送带输送过来的型砂高速抛下来紧实砂型。三、铸件浇注位置和分型面的选择铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型内所处的位置分型面是指两半铸型相互接触的表面它们的选择原则主要是：保证铸件质量和简化造型工艺1.浇注位置的选择原则(1)铸件的重要加工面应朝下(2)铸件的大平面应朝下(3)铸件薄壁部分应放在下部(4)应保证铸件实现定向凝固(5)应便于型芯的固定、安装和排气并便于合型2.分型面的选择原则(1)分型面尽量采用平面(2)分型面数量尽量减少(3)尽量使铸件全部或大部分放在同一砂型内(4)应尽量减少型芯和活块的数量2半环形砂芯加砂芯后变成整箱造型四、工艺参数的选择铸造工艺的工艺参数包括：加工余量；起模斜度；铸造圆角；型芯头；收缩余量加工余量一、合金的铸造性能合金的铸造性能包括：流动性、收缩性、氧化性、吸气性和偏析合金的铸造性能不好时：容易产生浇铸不足、冷隔、缩孔、缩松、气孔、夹渣和裂纹等铸造缺陷。2.2常用铸造合金常用的铸造合金有：铸铁、铸钢、铸造铝合金和铸造铜合金1.合金的流动性铸造时液态金属充填铸型的能力，称为流动性。流动性好，容易获得轮廓清晰的薄而复杂的铸件，避免产生浇不足和冷隔，减少气孔、夹渣和缩孔等缺陷。影响流动性最主要的因素是化学成分和铸造工艺条件2.合金的收缩收缩指在金属熔液凝固冷却过程中体积和尺寸减小的现象收缩过程的三个阶段：①液态收缩从浇注温度到液相线温度间的收缩；②凝固收缩从液相线到固相线温度间的收缩；③固态收缩从固相线到室温温度间的收缩。合金收缩的影响因素：不同合金的收缩率不同碳钢收缩最大，灰铸铁最小。不同的浇注温度收缩率不同合金的浇注温度越高，液态收缩越大，形成缩孔的倾向越大。缩孔和缩松的形成及防止铸件在凝固过程中，内部的液态金属不断补充各部金属的收缩，体积减小，液面下降，在铸件内部上表面出现的空隙称为缩孔。铸件在凝固过程中，树枝状枝晶很发达，将液体分隔成互相不连通的小区域，导致外部金属液不能进行补缩，使枝晶间和枝晶内产生了细小的缩孔即缩松。防止缩孔的措施：设置冒口，使缩孔集中到冒口中，最后切去冒口部分尽量选用共晶成分和结晶温度范围窄的合金铸造内应力、变形和裂纹1.铸造内应力铸造内应力——铸件在进行固态收缩时受到阻碍，在铸件内部产生的应力根据应力产生的原因不同，分为热应力和收缩应力热应力是铸件在冷却过程中各部分冷却速度不同导致同一时间收缩量不一致而产生的应力。收缩应力是铸件在冷却过程中的固态收缩受到型芯、铸型等机械阻碍而产生的应力。当铸件在冷却过程中收缩不均时会产生变形。当热应力和收缩应力超过材料当时的强度极限时，铸件就会产生裂纹。二、铸铁及其工艺性能铸铁是碳的质量分数大于2.11％的铁碳合金铸铁可分为白口铸铁、麻口铸铁和灰铸铁白口铸铁断口呈银白色，性能特征是硬而脆，切削加工很困难。灰铸铁断口呈灰色，可切削加工，工业上常用。麻口铸铁介于白口铸铁和灰铸铁之间，应用极少。根据灰铸铁中石墨形态的不同，把灰铸铁分为：普通灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁1.普通灰铸铁(习惯上简称灰铸铁)灰铸铁的特性：抗拉强度较低，塑性、韧性很差，属脆性材料；具有良好的减振性和耐磨性；具有良好的铸造性能；常用灰铸铁：普通灰铸铁HT100，HT150，HT200孕育铸铁HT200，HT250，HT3002.可锻铸铁可锻铸铁的特性：具有一定塑性和韧性；铸造性能较灰铸铁差。3.球磨铸铁球磨铸铁的特性：力学性能与铸钢相近，特别是屈服强度高；塑性、韧性高于其他铸铁，耐磨性高于钢材；具有良好的铸造性能。球墨铸铁的牌号、力学性能及用途牌号抗拉强度屈服强度伸长率δ(%)硬度HBS基体组织应用举例QT400-18QT400-15QT450-10400400450250250310181510130~180130~180160~210铁素体汽车和拖拉机底盘零件、轮毂、电动机壳、闸瓦、联轴器、泵、阀体、法兰等。QT500-7QT600-350060032037073170~230190~270铁素体＋珠光体电动机架、传动轴、直齿轮、链轮、罩壳、托架、连杆、摇臂、曲柄、离合器片等。QT700-2QT800-270080042048022225~305245~335珠光体汽车、拖拉机传动齿轮、曲轴、凸轮轴、缸体、缸套、转向节等。QT900-29006002280~360贝氏体三、铸钢、铸造非铁合金及其工艺性能1.铸钢及其工艺性能铸钢具有很好的综合力学性能，特别是在承受冲击载荷时安全可靠。常用来制造要求强度高、塑性和韧性好、形状复杂的机器零件。可焊性比铸铁好；钢水流动性差，极易产生各种铸造缺陷。铸造碳钢件的主要化学成分、力学性能及用途牌号主要化学成分［质量分数(%)］≤力学性能≥用途举例工程用铸造碳钢CSiMnPSσSσbδ(%)ψ(%)AKV/JMPaZG200-4000.20.50.80.04200400254030有良好的塑性、韧性和焊接性能，用于受力不大的机械零件，如机座、变速箱壳等。ZG230-4500.30.50.90.04230450223225有一定的强度，用于受力不太大的机械零件，如砧座、外壳、轴承盖、阀体等。ZG270-5000.40.50.90.04270500182522有较高的强度，用于机架、连杆、箱体、缸体、轴承座等。ZG310-5700.50.60.90.04310570152115有高的强度，用于齿轮、棘轮等，裂纹敏感性较大。ZG340-6400.60.60.90.043406401018102.铸造铜合金及其工艺性能铸造铜合金具有良好的导电性、导热性、耐磨性和耐腐蚀性，主要制作耐腐蚀及耐磨零件。铸造铜合金可分为铸造黄铜和铸造青铜两大类合金名称合金牌号主要化学成分(%)铸造方法力学性能应用举例σb/MPaσ0.2／MPaδS(%)10-1锡青铜ZCuSn10P1Sn:9.0~11.5P:0.5~1.0余为CuSJ22031013017032用于耐磨零件，如连杆衬套、轴瓦、齿轮、蜗轮等。10-10铅青铜ZCuPb10Sn10Pb:8.0~11.0P:0.5~1.0余为CuSJ1802208014075轧辊、车辆用轴承、内燃机双金属轴瓦、活塞销套、摩擦片等。38黄铜ZCuZn38Cu:60.0~63.0余为ZnSJ295295——3030一般结构件和耐蚀零件，如法兰、阀座、支架、手柄、螺母等。3.铸造铝合金及其工艺性能铸造铝合金具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，而且密度小、熔点低，在工业生产中应用比较广泛。铸造铝合金分为:铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金几种铝合全的牌号、成分、性能和用途见表2-82.3铸件结构工艺性铸件结构工艺性是指所设计的铸件结构:能保证零件使用性能的要求;能适应铸造工艺和合金铸造性能的要求。铸件结构的设计应尽量使制模、造型、造芯、合型和清理等工序简化一、铸造工艺对铸件结构的要求铸件结构设计是否合理，对铸件质量、铸造成本和生产率有很大的影响。从以下3个方面考虑：外形、内腔和结构斜度1.铸件外形的设计(1)分型面尽量减少并尽可能为平面分型面容易使铸件产生错型，影响铸件外形和尺寸精度尽量避免两个以上的分型面；对于机器造型，只允许一个分型面。(2)铸件外形应尽量方便造型设计铸件侧壁上的凸台、凹槽时，要考虑到起模方便，尽量避免使用活块和型芯。2.铸件内腔的设计尽量避免不必要的型芯型芯要便于固定、排气和清理3、铸件在结构上应考虑起模斜度悬臂砂芯一体砂芯有支撑砂芯悬臂砂芯