第三章铸造模具介绍

第三章铸造模具本章主要内容：一.铸造模具概述二.铸造加工工艺特点三.铸造模具设计四.铸造件常见缺陷特征及处理方法一.铸造模具概述1.什么是铸造模具？铸造模具是指为了获得零件的结构形状，预先用其他容易成型的材料做成零件的结构形状，然后再在砂型中放入模具，于是砂型中就形成了一个和零件结构尺寸一样的空腔，再在该空腔中浇注流动性液体，该液体冷却凝固之后就能形成和模具形状结构完全一样的零件了。铸造是制造机器零件毛坯的一种金属液态成形方法。铸造过程是将金属熔炼成具有流动性的液态合金，然后浇入具有一定几何形状、尺寸大小的型腔中，液态合金在重力场或外力场(压力或离心力等)的作用下充满型腔，待凝固冷却后就成为所需要的机器零件或毛坯，用铸造方法制成的零件或毛坯称为铸件。2.铸造原理3.铸造模具优缺点优点：（1）适应性广，工艺灵活性大（材料、大小、形状几乎不受限制）（2）最适合形状复杂的箱体、机架、阀体、泵体、缸体、缸盖等（3）成本较低（铸件与最终零件的形状相似、尺寸相近）缺点：生产环境噪声大，温度高，易产生粉尘等颗粒，污染环境。4.铸造分类铸造按原材料可分成黑色铸造和有色铸造两类。–黑色铸造可分为：灰铸铁、球墨铸铁等。–有色铸造可分为：铸铝、铸镁、铸铜等。铸造从造型方法来分，则可分为砂型铸造和特种铸造两大类。–其中特种铸造又包含金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造和实型铸造（消失模铸造）等。4.1.砂型铸造砂型铸造是传统的铸造方法，它适用于各种形状、大小及各种常用合金铸件的生产。砂型铸造工艺如下：砂型铸造零件中应用砂型铸造工艺的零件主要有有缸体、曲轴、排气歧管等。4.2特种铸造特种铸造：铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造的方法，如金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造和实型铸造。特点：特种铸造具有铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好、原材料消耗低、工作环境好等优点。但铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定限制。二.铸造加工工艺特点1.砂型铸造工艺特点2.特种铸造工艺特点2.1熔模铸造2.2金属型铸造2.3压力铸造2.4低压铸造2.5离心铸造2.6陶瓷型铸造2.7实型铸造造型材料:型砂和芯砂由原砂、粘结剂、水和附加物造型方法:手工造型压实式造型震机压实式造型机器造型微震压实式造型高压式造型空气冲击式造型射压式造型抛砂式造型特点：•适应性强•尺寸精度低•生产率低、劳动条件差1.砂型铸造工艺特点造型方法的选择一、手工造型二、机器造型适用于单件、小批量生产1)生产效率高;2)铸型质量好（紧实度高而均匀、型腔轮廓清晰）;3)设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长。适用于中、小型铸件的成批、大批量生产。2.特种铸造工艺特点特种铸造金属型铸造离心铸造压力铸造熔模铸造低压铸造挤压铸造陶瓷型铸造七种常见的特种铸造方法2.1熔模铸造模样材料：蜡基模料、树脂（松香）材料铸型材料：起粘附作用的涂料和起支撑作用的撒砂材料特点：铸件精度高；适合各种合金；工序复杂、周期长、成本高。在易熔模样表面包覆若干层耐火材料，待其硬化干燥后，将模样熔去制成中空型壳，经浇注而获得铸件的一种成形工艺方法。工艺过程：制蜡模→制型壳→浇注→落砂2.2金属型铸造金属型铸造特点：•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，工艺参数严格应用：铜、铝、镁等有色合金铸件的大批量生产液态金属在高压作用下快速压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的成形工艺方法。2.3压力铸造特点：铸件精度高；可以做形状复杂的薄壁件；力学性能好；生产率高，50~150次/小时；设备投资大,铸型制造周期长．2.4低压铸造低压铸造是在0.2~0.7大气压的低压下将金属液注入型腔，并在压力下凝固成形，以获得铸件的方法。低压铸造特点：•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；2.5离心铸造立式卧式离心铸造特点：•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2.6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陶瓷型铸造特点：•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。2.7实型铸造特点：•设备简单，无污染；•造型、清理方便；•不需要起模，精度高。采用聚苯乙烯发泡塑料模样代替普通模样，造好型后不取出模样就浇入金属液，在金属液的作用下，塑料模样燃烧、气化、消失，金属液取代原来塑料模所占据的空间位置，冷却凝固后获得所需铸件的铸造方法。三.模具设计1.模具设计前需考量的要点●加工抛光预留量的考虑●分型面的选择●芯头的设计与布置●铸件收缩的考量●拔模斜度的设定三.模具设计2.模具设计原则●液流速度平稳●合金滤渣干净●保持足够液流压力●有效的排气●对铸件热节处进行补缩●铸件出品率要尽量高铸件结构设计简化工艺过程的合理结构铸件整体结构应能选出合适的分型面，其数量应少，铸件外形应便于取出模样不合理合理3.铸件结构与铸造工艺的关系上中下铸件结构设计简化工艺过程的合理结构3.铸件结构与铸造工艺的关系铸件分型面尽量为平面不合理合理上下上下铸件结构设计简化工艺过程的合理结构3.铸件结构与铸造工艺的关系合理设计凸台和避免侧壁具有防碍拔模的局部凹陷结构不合理合理合理设计凸台和避免侧壁具有防碍拔模的局部凹陷结构不合理合理铸件结构设计简化工艺过程的合理结构3.铸件结构与铸造工艺的关系铸件结构设计简化工艺过程的合理结构合理设计凸台和避免侧壁具有防碍拔模的局部凹陷结构不合理合理3.铸件结构与铸造工艺的关系铸件结构设计简化工艺过程的合理结构合理设计筋板和避免侧壁具有防碍拔模的局部凹陷结构不合理合理3.铸件结构与铸造工艺的关系铸件结构设计简化工艺过程的合理结构设计铸件应合理确定结构斜度不合理合理3.铸件结构与铸造工艺的关系铸件结构应有利于型芯的固定、排气和清理(一)不合理合理铸件结构设计简化工艺过程的合理结构3.铸件结构与铸造工艺的关系铸件结构应有利于型芯的固定、排气和清理(二)不合理合理铸件结构设计简化工艺过程的合理结构3.铸件结构与铸造工艺的关系不合理合理铸件结构应尽量减少型芯数量和避免不必要的型芯(一)铸件结构设计简化工艺过程的合理结构3.铸件结构与铸造工艺的关系不合理合理铸件结构应尽量减少型芯数量和避免不必要的型芯(二)铸件结构设计简化工艺过程的合理结构3.铸件结构与铸造工艺的关系十和Y型连接分析铸件结构设计简化工艺过程的合理结构3.铸件结构与铸造工艺的关系不同壁厚45度倒角過渡(1)不正確(2)正確過渡連接(1)不正確(2)正確过渡连接分析铸件结构设计简化工艺过程的合理结构3.铸件结构与铸造工艺的关系V和K型连接分析铸件结构设计简化工艺过程的合理结构3.铸件结构与铸造工艺的关系铸件结构设计避免铸造缺陷的合理结构铸件壁厚的合理设计4.铸件结构与合金铸造性能的关系合理确定铸件最小壁厚:在一定铸造工艺条件下，所能浇注出的铸件最小壁厚。铸件的临界壁厚:在砂型铸造条件下，临界壁厚≈3×最小壁厚适宜的铸件壁厚:最小壁厚~临界壁厚4.铸件结构与合金铸造性能的关系铸件结构设计避免铸造缺陷的合理结构铸件壁厚力求均匀，避免局部过厚形成热节的结构(一)不合理合理4.铸件结构与合金铸造性能的关系铸件壁厚力求均匀，避免局部过厚形成热节结构(二)不合理合理铸件结构设计避免铸造缺陷的合理结构4.铸件结构与合金铸造性能的关系铸件结构设计避免铸造缺陷的合理结构铸件壁厚力求均匀，避免局部过厚形成热节结构(三)不合理合理5.铸件结构与合金铸造性能的关系铸件结构设计避免铸造缺陷的合理结构铸件壁厚力求均匀，避免局部过厚形成热节结构(四)不合理合理5.铸件结构与合金铸造性能的关系铸件结构设计避免铸造缺陷的合理结构铸件壁厚力求均匀，避免局部过厚形成热节结构(五)不合理合理不合理合理5.铸件结构与合金铸造性能的关系铸件结构设计避免铸造缺陷的合理结构铸件的各壁之间应均匀过渡，两个非加工表面所形成的内角应设计成圆角不合理合理5.铸件结构与合金铸造性能的关系铸件结构设计避免铸造缺陷的合理结构铸件的各壁之间应均匀过渡，两个非加工表面所形成的内角应避免锐角连接5.铸件结构与合金铸造性能的关系铸件结构设计避免铸造缺陷的合理结构5.铸件结构与合金铸造性能的关系铸件结构设计避免铸造缺陷的合理结构铸件设计中厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡5.铸件结构与合金铸造性能的关系铸件结构设计避免铸造缺陷的合理结构铸件结构设计中的易裂处应用防裂筋5.铸件结构与合金铸造性能的关系铸件结构设计避免铸造缺陷的合理结构铸件结构设计应减缓筋、辐收缩的阻碍5.铸件结构与合金铸造性能的关系铸件结构设计避免铸造缺陷的合理结构铸件结构设计应减缓筋、辐收缩的阻碍四.铸造常见缺陷与控制铸造主要件缺陷多肉类：飞边，毛刺，涨砂，掉砂等；孔洞类：气孔，针孔，缩孔，疏松等；裂纹冷隔类：冷裂，热烈，冷隔等；残缺类：浇不足，型漏等；形状重量类：错型，偏芯等；夹杂类：夹渣，砂眼等。飞边特征：主要产生在分型面及砂芯结合面，通常为垂直于铸件表面的厚度不均匀的薄片状金属突起物。形成原因：间隙过大，模具变形等。防止措施：定期维护模具工装，检测合箱间隙是否正常。毛刺特征：铸件表面的形状不规刺状金属突起物。形成原因：型、芯砂性能低下，组织疏松，易开裂，搬运过程中产生开裂等；防止措施：严格按照生产工艺进行混砂，烘干温度和浇铸温度不宜过高，适当增加拔模斜度，在搬运过程中防止破坏砂芯等。涨砂，冲砂，掉砂特征：–涨砂由于铸件局部涨大而引起。–冲砂由于砂子被冲刷掉而形成，冲刷掉的砂子常常在铸件上部形成砂眼。铸件表面的形状不规刺状金属突起物。–掉砂是局部砂块掉落形成金属突起。涨砂，冲砂，掉砂形成原因：–涨砂：砂子紧实度不够，湿度过高，强度不均，浇铸温度过高，排气不理想等因素；–冲砂：砂子紧实度不够，湿度过高，浇铸系统设计不合理，受到金属液冲刷时间过长，流速过快。浇铸高度过高，温度过高等；–掉砂：拔模不良，砂子水分过高，透气性差。紧实度不均匀，局部强度低，或是烘干温度过高，型、芯过硬化，脆化失去强度。砂型、芯在运输过程中砂快掉落；涨砂，冲砂，掉砂防止方法：–控制砂子质量，保持较好的紧实度和水分，适当降低浇铸温度和浇铸速度，防止烘干不足，防止烘干过度。改进整个浇铸系统等。–PT曾经发生的涨砂PRR，海嘉下进气道内有胀砂气孔，缩孔，缩松，疏松形成原因：–气孔：气孔上出现在铸件内部或表层，截面呈圆形，椭圆形，腰圆形，梨形或针头形，独立存在或成群分布的空洞。–缩孔：铸件在凝固过程中因补缩不良而在热节或最后凝固部位形成的宏观孔洞。–缩松：疏松是细小的分散缩孔。缩松的宏观断口形貌呈海绵状，有时需要放大镜才能发现。–疏松：又称为显微缩松，是铸件凝固缓慢区域因微观补缩通道堵塞而在枝晶间及枝晶的晶臂之间形成的细小孔洞。气孔和缩孔形成原因是完全不同的气孔，缩孔，缩松，疏松气孔和缩孔如何区别？–缩孔形状不规则，表面粗糙，产生部位多在热节和最后凝固部位。断口成海绵状，常产生在厚大部位，不普遍整个铸件。缩松和疏松二者之间只是程度区别，无严格分界。–气孔形状规则，表面光滑，断口不呈海绵状，分布在铸件表层，整个铸件或某个局部。–因此，在面对气孔和缩孔问题时，需要先了解清楚具体缺陷问题的种类，有的放矢地解决；–气孔主要考虑的是降低砂子的发气量，保证浇铸的过程不断流，保证足够的排气；在压铸中，气孔可以采取改善模具排气系统或者真空压铸的方法。–缩孔主要考虑补缩，可采用增加冒口，冷铁，改进浇铸系统等方式。气孔，缩孔，缩松，疏松气孔，缩孔都是铸造中经常发生的缺陷，比如丰田缸体的S面气孔。夹渣、砂眼形成原因–夹渣：铸件表面或内部由渣熔引起的非金属夹杂物，形状不规则。夹渣经常与气孔或缩孔共生，伴有气孔或缩孔的夹渣称为渣气孔或渣缩孔。–砂眼：