金属工艺学-2铸造

1第二章铸造河北理工大学机械工程学院2目的:加深对铸造知识的理解，初步学习铸造工艺制定方法。铸造工艺概述要求:1.了解铸造的特点及应用；2.掌握砂铸工艺制定要点；3.铸件进行工艺分析和简单的工艺设计。3铸造的特点及应用1.定义熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状、尺寸和性能的铸件的成形方法。2.特点铸造实质上是利用熔融金属的流动性实现成形。金属在液态下成形是铸造的最大特点。3.应用铸造可以生产出形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯或零件。***铸件的力学性能比锻件毛坯低***4第2章铸造1.铸造方法2.铸件结构设计砂型铸造金属型铸造熔模铸造压力铸造低压铸造离心铸造陶瓷型铸造磁型铸造实现铸造工艺和零件功能的结合51.1砂型铸造6砂型铸造7第2章铸造1.1砂型铸造基本工艺过程制作模样配制型砂制作芯盒制作芯砂}砂型铸型凝固、落砂清理、检验铸件型芯烘干造型下芯浇注液态金属选配炉料熔炼造芯}1.铸造方法81、模样与芯盒制造铸型和型芯的工具。2、模样：形成铸件的外形，相当于铸件的外部形状；型芯：形成铸件的内腔形状。芯盒是制造型芯的工具。3、砂型铸造多用木材制造模样和芯盒。1.1砂型铸造第2章铸造模样与芯盒9第2章铸造分型面——相邻铸型的分界面1.1砂型铸造模样与芯盒10第2章铸造确定分型面★分型面的确定应能方便、顺利地取出模样或铸件，分型面一般选在铸件的最大截面处；★分型面的确定应尽量与浇注位置一致，并应尽量满足浇注位置的要求；伞齿轮的分型面方案不合理合理上下上下11第2章铸造确定分型面★分型面应避免曲折，数量应少，最好是一个，且为平面不合理合理12第2章铸造确定分型面★分型面应避免曲折，数量应少，最好是一个，且为平面√13第2章铸造确定分型面★应尽量使型腔全部或大部分置于同一个砂型内，最好使型腔或使加工面与基准面位于下型中。合理不合理14第2章铸造确定分型面★应使型芯数量少，并便于安放和稳定合理不合理15第2章铸造确定工艺参数★型芯及型芯头型芯分为水平型芯和垂直型芯；型芯头是型芯的重要组成部分，起到定位和支撑型芯及引导型芯中气体排出的作用。16第2章铸造确定工艺参数★机械加工余量为进行机械加工而加放的一层金属。机械加工余量过大：切削加工工作量大，浪费金属材料；过小：易使零件报废。影响因素：机械加工余量数值的大小与生产批量、合金种类、铸件大小、加工面与基准面的距离及加工面在浇注时的位置等因素有关。等级：分为10级：A、B、、J、K级，加工余量值依次增大。(上面侧面底面)17第2章铸造确定工艺参数★拔模斜度铸件上垂直分型面的各个侧面应具有斜度，以便于把模样（或型芯）从砂型中（或从芯盒中）取出，并避免破坏型腔（或型芯）。18第2章铸造确定工艺参数★收缩余量为了补偿铸件收缩，摸样比铸件图纸尺寸增大的数值。灰铸铁的线收缩率较小，铸钢的线收缩率较大。注意★圆角防止浇注时冲砂及铸件冷缩时产生应力集中，铸壁交角处应做成圆角。19第2章铸造造型材料:型砂和芯砂—由硅砂、粘土、有机和无机粘结剂和其他附加物混合制成特点：•适应性强•尺寸精度低•生产率低、劳动条件差1.1砂型铸造型砂与芯砂20(a)准备芯盒(b)夹紧芯盒，分次加入芯砂、芯骨，舂砂(c)刮平、扎通气孔(d)松开夹子，轻敲芯盒(e)打开芯盒，取出砂芯，上涂料制芯21a)浇口棒b)砂冲子c)通气针d)起模针e)墁刀f)秋叶g)砂勾h)皮老虎i)砂箱j)底板k)刮砂板1.1砂型铸造造型工具22按造型操作方法的不同，可分为：1、手工造型填砂、紧实、起模等主要有人工完成，操作灵活，生产率低，主要用于单件小批量生产。主要方法有：整模造型挖沙造型三箱造型活快造型刮板造型假箱造型分模造型1.1砂型铸造造型方法第2章铸造23整模两箱造型24整模两箱造型25分模造型26分模造型2728挖砂造型29假箱造型30假箱造型成形板底造型31假箱造型32刮板造型33刮板造型34三箱造型35三箱造型36活块造型37活块造型38压实式造型震机压实式造型微震压实式造型机器造型高压式造型空气冲击式造型射压式造型抛砂式造型2、机器造型填砂、紧实、起模等实现机械化，生产率高，投资大，主要用于批量生产。第2章铸造391.震压造型：砂箱放在震动台上，工作台（震击活塞）由气缸推动上升一定高度后自由下落，多次震击，靠惯性力将型砂初步紧实，上部较松散型砂再用压头压实。2、机器造型402．气动微振压实造型机以压缩空气为动力，在高频率（700～1000次／min）、低振幅(5～l0mm)微振下，利用型砂的惯性紧实作用，同时或随后加压紧实型砂的方法。常采用两台造型机配对使用，分别在上型和下型。这种造型机噪音较小，型砂紧实度均匀，生产率高。413.多触头高压造型•高压造型的压实比压大于0.7MPa，砂型紧实度高，铸件尺寸精度较高，铸件表面粗糙度低，铸件致密性好；与脱箱或无箱射压造型相比，高压造型辅机多，砂箱数量大，造价高，需造型流水线配套。•多触头由许多可单独动作的触头组成，可分为主动伸缩的主动式触头和浮动式触头。当压实活塞1向上推动时，触头4将型砂从余砂框3压人砂箱2，而自身在多触头箱体5的相互连通的油腔内浮动，以适应不同形状的模样，使整个型砂得到均匀的紧实度。424浇注系统•浇注系统是为金属液流入型腔而开设于铸型中的一系列通道。其作用是：平稳、迅速地注入金属液；阻止熔渣、砂粒等进入型腔；调节铸件各部分温度，补充金属液在冷却和凝固时的体积收缩。•正确地设置浇注系统，对保证铸件质量、降低金属的消耗具有重要的意义。若浇注系统开设的不合理，铸件易产生冲砂、砂眼、渣孔、浇不到、气孔和缩孔等缺陷。典型的浇注系统由外浇口、直浇道、横浇道和内浇道四部分组成。对形状简单的小铸件可以省略横浇道。431)外浇口容纳注入的金属液并缓解液态金属对砂型的冲击。小型铸件通常为漏斗状（称浇口杯），较大型铸件为盆状（称浇口盆）。2)直浇道连接外浇口与横浇道的垂直通道。改变直浇道的高度可以改变金属液的静压力大小和改变金属液的流动速度，从而改变液态金属的充型能力。如果直浇道的高度或直径太小，会使铸件产生浇不足的现象。为便于取出直浇道棒，直浇道一般做成上大下小的圆锥形。3)横浇道将直浇道的金属液引入内浇道的水平通道，一般开设在砂型的分型面上，其截面形状一般是高梯形，并位于内浇道的上面。横浇道的主要作用是分配金属液进入内浇道和起挡渣作用。4)内浇道它是直接与型腔相连，并能调节金属液流入型腔的方向和速度、调节铸件各部分的冷却速度。内浇道的截面形状一般是扁梯形和月牙形，也可为三角形。445冒口•冒口设置部位：为防止缩孔和缩松，往往在铸件的顶部或厚大部位以及最后凝固的位置。冒口中的金属液可不断地补充铸件收缩，从而使铸件避免出现缩孔、缩松。•冒口分类：冒口的上口露在铸型外的称为明冒口，明冒口的优点是有利型内气体排出，便于从冒口中补加热金属液，缺点是明冒口消耗金属液多。位于铸型内的冒口称为暗冒口，浇注时看不到金属液冒出，其优点是散热面积小，补缩效率高，利于减小金属液消耗。•冒口是多余部分，清理时要切除掉。冒口除了补缩作用外，还有排气和集渣的作用。457.落砂、清理和检验，及常见缺陷出箱的温度一般不高于500度，以免铸件产生内应力或开裂。清砂是清除型砂和芯砂的过程，有水力清砂和水爆清砂两种方法。2、清理：去除浇口、冒口、飞边、毛刺以及表面粘砂的工序。去除表面粘砂的方法有滚筒清理、喷射清理和抛丸清理等方法。3、检验：其任务是确定合格的铸件，去除有缺陷的铸件。外观检验、内部检验、化学性能和金相检验等。1、落砂：将浇注成形后的铸件从型砂和砂箱中分离出来的工序，它分为出箱和清砂两个过程。有手工落砂和机械落砂两种方法。4、常见缺陷：砂眼、气孔、缩松、缩孔、夹砂、夹渣、浇不足、冷隔、裂纹等4647第2章特种铸造2.1金属型铸造48第2章铸造2.1金属型铸造工艺措施：•喷刷涂料•保证合适的工作温度•严控开型时间•防止产生白口铸铁特点：•节省造型材料，“一型多铸”•精度高，IT12～IT16，Ra12.5μm•生产率高•周期长，成本高，工艺参数严格49金属型铸造50第2章特种铸造将熔融的金属在高压下，快速压入金属铸型的型腔中，并在压力下凝固，以得到铸件的一种铸造方法。2.2压力铸造工艺特点：•铸件精度高；•可以做形状复杂的薄壁件；•高速高压；力学性能好；•多用于非铁合金（如铝、铜、镁等）精密铸件的批量生产。•生产率高，50～150次/小时；•设备投资大,铸型制造周期长．51第2章特种铸造压力铸造52第2章特种铸造低压铸造53第2章特种铸造低压铸造工艺特点：•充型压力和速度便于控制，适用于各种铸型；•力学性能好；•金属利用率高，可达90～98%，；•充型能力强，适用大型薄壁件；•容易实现；54压力铸造55第2章特种铸造2.3离心铸造立式卧式将熔融的金属浇入高速旋转的铸型中，使金属液在离心力的作用下凝固成形，以得到铸件的一种铸造方法。56离心铸造57第2章铸造2.3离心铸造特点：•制造筒形件时省去型芯，浇注系统；•适用于生产薄壁件；•可以生产双金属铸件；•容易产生比重偏析缺陷，内表面粗糙58第2章铸造2.4熔模铸造模样材料：蜡基模料树脂（松香）材料铸型材料：起粘附作用的涂料起支撑作用的撒砂材料将蜡料制成模样，在上面涂以若干层耐火涂料制成型壳，然后加热型壳，使模样熔化、流出，并焙烧成有一定强度的型壳，再经浇注，去壳而得到铸件的一种铸造方法。以熔化模样为起模方式。铸件精度高，是少无切削加工的方法之一。其设备简单，生产批量不受限制，主要用于大批、大量生产。缺点是工艺过程复杂，生产周期长。59第2章铸造2.4熔模铸造蜡模制造生产工艺过程结壳脱蜡焙烧、造型和浇注落砂和清理压型蜡模压制浸涂料撒砂硬化干燥处理化学硬化热水法高压蒸汽法耐火材料粘结剂加热800~1000°C焙烧600~700°C浇注打碎型壳落砂去浇口、毛刺清理蜡模组装60熔模铸造61第2章铸造•用陶瓷浆料制成铸型生产铸件的铸造方法。•陶瓷浆料由硅酸乙酯水解液和质地较纯、热稳定性较高的细耐火砂如电熔石英、锆英石、刚玉等混合而成。为使陶瓷浆料在短时间内结胶，常加入氢氧化钙或氧化镁作为催化剂。由于使用的耐火材料成分及其外观都与陶瓷相似，称为陶瓷型。•陶瓷型有两种类型：①陶瓷型全由陶瓷浆料浇灌而成。其制作过程是先将模样固定于型板上，外套砂箱，再将调好的陶瓷浆料倒入砂箱，待结胶硬化后起模,经高温焙烧即成为铸型。②采用衬套,在衬套和模样之间的空隙浇灌陶瓷浆料制造铸型。衬套可用砂型，也可用金属型。用衬套浇灌陶瓷壳层可以节省大量陶瓷浆料，在生产中应用较多。2.5陶瓷型铸造62第2章铸造2.5陶瓷型铸造砂套造型灌浆与胶结起模与喷烧焙烧与合箱基本工艺过程63第2章铸造特点：•精度高，适合高熔点合金；•铸件大小不受限制，可以从几十千克到数吨；•投资少，周期短；•不适合于大批量、重量轻或形状复杂铸件。2.5陶瓷型铸造64第2章铸造特点：•设备简单，无污染；•造型、清理方便；•不需要起模，精度高。2.6磁型铸造用铁丸代替型砂，以磁力代替粘结剂固结铁丸或钢丸，采用气化模造型，浇注前不用取出模型，直接往模上浇注液态金属，模型在高温下气化，腾出空间由金属液充填成形。这种方法叫磁型铸造。65第2章铸造磁丸激磁、浇注金属熔化造型气化模落丸铸件基本工艺过程2.6磁型铸造66第2章铸造2.6磁型铸造67一、金属的铸造性能1．流动性金属液本身的流动能力，流动性好坏影响到金属液的充型能力。第2章铸造的基础知识682．收缩性收缩是铸造合金从液态凝固和冷却至室温过程中产生的体积和尺寸的缩减。包括液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个阶段。第2章铸造的基础知识691缩孔与缩松•缩孔：是由于金属的液态收缩和凝固收缩部分得不到补足时，在铸件的最后凝固处出现的较大的集中孔洞。•缩松：分散在铸件内的细小的缩孔。顺序凝固和同时凝固第2章铸造的基础知识70第2章铸造的基础知识71第2章铸造的基础知识制定工艺规程目的：•制造合格的铸件•降低铸件的成本•减少生产的工作量2铸造工艺规程制定制定工艺规程