铸造工艺简介

铸造工艺简介背景我国有辉煌的传统冶铸历史，在殷商时期就有灿烂的青铜器铸造技术。如北京明朝永乐青铜大钟，重达46.5t，钟高6.75m，钟唇厚22cm，外径3.3m，钟体内遍铸经文22.7万字，击钟时尾音长达2分钟以上，传距20km。外形和内腔如此复杂、重量如此巨大、质量要求如此高的青铜大钟，正说明我国早已掌握冶炼和铸造技术。液态材料成形技术通常称之为铸造，它是指熔炼金属，制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成形方法。基本概念基本术语–铸型：用型砂、金属或其他耐火材料制成；包括形成铸件形状的空腔、型芯和浇冒系统的组合整体。–型腔：铸型中造型材料所包围的空腔部分。–铸件：用铸造方法制成的金属件，一般作毛坯用。–分型面：铸型组元间的接合面。–分模面：模样组元间的接合面。–模样：由木材、金属或其他材料制成，用来形成铸型型腔的工艺装备。–零件：铸件经切削加工制成的金属件。–砂芯：为获得铸件的内孔或局部外形，用芯砂或其他材料制成的，安放在型腔内部的铸型组元。–芯盒：制造砂芯或其他耐火材料所用的装备。铸件在由液体转变为固体的过程中，要产生收缩，如不及时补充液体，就会在铸件内部产生缩孔而使铸件报废。因此，要在铸件凝固前要给铸件补充液体防止缩孔，这种在铸件上补充液体的部分，就称为补缩系统。它一般是用于铸件的铸造生产过程中，在铸件凝固后，它是要切割掉的。工艺过程零件技术要求原材料造型熔化控制调整成分浇注凝固出模其主要工序如下图所示：清理、检验等清理、检验等铸造的主要优点：投资小、生产周期短、技术过程灵活性大、能制造形状复杂的零件。铸造的缺点：铸件内部组织疏松、晶粒粗大，易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷；铸件外部易产生粘砂、夹砂、砂眼等。由此，与同样材料的锻件相比，铸件的力学性能低，特别是冲击韧性。又由于铸造工序多，难以精确控制，使铸件品质不够稳定。铸造特点①可以制造形状复杂的毛坯或零件；②加工余量小，金属利用率高；③适应性强，应用面广，用于制造常用金属及合金的铸铁件；④铸件的成本低；⑤铸件的晶粒比较粗大，组织疏松，常存在气孔、夹渣等铸造缺陷，机械性能比锻件差；⑥铸造生产工序多，铸件质量不够稳定，废品率较高；⑦铸件表面较粗糙，多用于制造毛坯。砂型铸造的特点铸型种类铸型特征主要特点适用范围湿型砂（湿型）以粘土作粘结剂，不经烘干可直接进行浇注的砂型生产周期短、效率高，易于实现机械化、自动化，设备投资和能耗低；但铸型强度低、发气量大，易于产生铸造缺陷单件或批量生产，尤其是大批量生产。广泛用于铝合金、镁合金和铸铁件干砂型（干型）经过烘干的高粘土含量（粘土质量分数为12％～14％）的砂型铸型强度和透气性较高，发气量小，故铸造缺陷较少；但生产周期长，设备投资较大、能耗较高，且难于实现机械化与自动化单件、小批生产品质要求较高，结构复杂的中、大型铸件表面烘干型浇注前用适当方法将型腔表层（厚15MM）进行干燥的砂型兼有湿砂型和干砂型的优点单件、小批生产中、大型铝合金铸件和铸铁件自硬砂型常用水玻璃或合成树脂作粘结剂，靠砂型自身的化学反应硬化，一般不需烘烤，或只经低温烘烤铸型强度高、能耗低，生产效率高，粉尘少；但成本较高，有时易产生粘砂等缺陷单件或批量生产各类铸件，尤其是大、中型铸件常用砂型的主要特点和适用范围粘结剂原砂水附加物混砂同性松砂型砂造型烘烤、硬化合箱浇注冷却落砂清理中间检验热处理检验铸件工装准备砂箱冷铁原砂烘烤、硬化制芯粘结剂附加物合金熔炼工装准备砂芯砂型铸造工艺流程造型方法手工造型①以手工操作为主，劳动强度大，劳动生产率低，铸件缺陷率较高；②适用于重型铸件和形状复杂铸件的单件、小批量生产。机器造型①生产效率高，劳动条件得到改善；②精度比手工造型铸件高；③设备投资较大，适于形状不太复杂但生产批量较大的铸件的生产。零件木模砂箱分模面两箱造型•模样是整体的，多数情况下，型腔全部在下半型内，上半型无型腔。造型简单，铸件不会产生错型缺陷。铸件最大截面在一端，且为平面。两箱造型三箱造型•铸型由上、中、下三部分组成，中型的高度须与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型费工，应尽量避免使用地坑造型在车间地坑内造型，用地坑代替下砂箱，只要一个上砂箱，可减少砂箱的投资。大型铸件单件生产时,降低铸型高度,便于浇注操作。但造型费工，而且要求操作者的技术水平较高。模样是整体的，但铸件的分型面是曲面。为了起模方便，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂。每造一件，就挖砂一次，费工、生产率低。挖砂造型用刮板代替模样造型。可大大降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，要求操作者的技术水平较高.刮板造型铸件上有妨碍起模的小凸台、肋条等。制模时将此部分作成活块，在主体模样起出后，从侧面取出活块。单件小批生产带有突起部分的铸件。活块造型造型方法主要特点适应范围两箱造型用两个砂箱制造砂型。可采用多种模样（整体模、分块模、刮板模等）和多种造型方法（挖砂、假箱等），操作一般较简便单件或批量生产各种尺寸的铸件，是最基本的造型方法多箱造型用三个或以上砂箱制造砂型，须采用分块模，操作费工，生产效率低单件、小批生产需两个以上分型面的铸件或高大、复杂的铸件脱箱造型在可脱砂型内造型，合型后脱去砂箱。操作简便灵活，生产效率高，适应性较强单件或批量生产湿型铸造的中、小型铸件刮板造型不用模样或芯盒而用刮板造型，可节省制造模样的材料和工时、但操作技术要求高，生产效率低，铸件精度低单件、小批量生产等截面或回转体类的大、中型铸件地坑造型在砂坑或地坑中制造下型，可省去下砂箱，也可不用上型，但技术要求高，生产效率低单件生产大、中型铸件常用的手工造型方法的主要特点和适用范围机器造型•机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序，常用的机器造型方法有震实造型、微震实造型、高压造型、抛砂造型、气冲造型等造型机•填砂→震击紧砂→辅助压实→起模•工艺特点:机器造型工艺是采用模底板进行两箱造型。•模底板是将模样、浇注系统沿分型面与底板联结成一个整体的专用模具。造型后，底板形成分型面，模样形成铸型空腔。震实造型震实造型（2）微震实造型（3）高压造型（4）抛砂造型•抛砂机的抛砂机头的电动机驱动高速叶片，连续地将传送带运来的型砂在机头内初步紧实，并在离心力的作用下，型砂呈团状被高速（30－60m/s）抛到砂箱中，使型砂逐层地紧实。抛砂紧实同时完成填砂与紧实两个工序，生产效率高、型砂紧实密度均匀。抛砂机适应性强，可用于任何批量的大、中型铸型或大型芯的生产。（5）气流冲击造型1-压缩空气包；2-气冲阀；3-阀盘；4-辅助框；5-模板；6-砂箱；7-升降夹紧机构特种铸造•熔模铸造•金属型铸造•消失模铸造•陶瓷型铸造•磁型铸造•压力铸造•低压铸造•离心铸造•挤压铸造特种铸造：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两类特点：1.充型力变更2.型模革新特点：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。熔模铸造(失蜡铸造)熔模铸件的结构工艺性（1）铸孔不能太小和太深，一般铸孔应大于2mm。否则涂料和砂粒很难进入腊模的空洞内,只能采用陶瓷芯或石英玻璃管芯，工艺复杂，清理困难。一般铸孔应大于2mm。（2）逐渐壁厚不可太薄，一般2-8mm。（3）铸件壁厚尽量均匀。（4）熔模铸造工艺一般不用冷铁，少用冒口，多用直浇口直接补缩，故不能有分散的热节。（5）便于取出型芯和腊模。熔模铸造的特点和应用（1）铸件精度高，表面质量好，属少量无切削工艺。尺寸精度IT11-14，表面粗糙度Ra12.5-1.6m。（2）可铸造形状复杂铸件，最小壁厚可达0.3mm，最小铸孔直径0.5mm。可一次铸出组合体。（3）铸造合金种类不受限制，尤其适合高熔点和难切削合金。（4）生产批量不受限制，可单件或成批生产。（5）工序繁杂，生产周期长，原辅材料费用高，生产成本较高，铸件限于25kg。金属型铸造（永久型铸造）将液体金属在重力作用下浇入金属铸型，以获得铸件的一种方法。铸型用金属制成，可以反复使用。•金属型冷速快一型多用金属型铸造金属型铸造特点及应用范围（1）机加工余量小，尺寸精度IT12-IT16;表面粗糙度Ra12.5-6.3m。（2）冷却速度快，铸件晶粒较细，力学性能提高。金属型生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25％，屈服强度平均提高约20％，其抗蚀性能和硬度亦显著提高；（3）一型多铸，提高生产率，节约造型材料，减轻环境污染，改善劳动条件。金属型铸造特点及应用范围(4)成本高，不宜大型，形状复杂和薄壁铸件；铸铁件易白口化，切削困难，尺寸限制在300mm，重量8kg以下。(5)铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定;(6)铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约15～30％；用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80～100％；产品压铸型压铸型预热压铸型安装喷涂料合型、插芯浇注压射持压开型、抽芯顶出铸件表观检验清理型腔（失水脱芯）铸件清理品质检验合格铸件金属液镶嵌件预热涂料保温炉镶嵌件涂料制备原材料溶剂或载体粘结剂熔化炉熔剂金属料废品浇注系统、飞边、毛刺废品（拆除镶嵌件）镶嵌件压射（可失型芯）可失型芯制备压铸技术流程图压铸机分类按压室是否浸在熔融金属中，分•冷室压铸机•热室压铸机按压室位置，分•卧式压铸机•立式压铸机主要构成：合型机构、压射机构、机座、液压传动系统、控制系统、润滑冷却系统等。河北工业大学材料科学与工程学院应用背景汽车发动机缸体、缸盖汽车轮毂汽车方向盘笔记本电脑外壳手机外壳宝丽来PDC-2000数码照相机及外壳灯筒河北工业大学材料科学与工程学院压铸工艺过程•压力铸造（简称压铸）是在高压作用下将液态或半液态金属快速压入金属压铸型（亦可称为压铸模或压型）中，并在压力下凝固而获得铸件的液态成形方法。2、种类（根据压室的种类）（1）热压室压铸机河北工业大学材料科学与工程学院压铸工艺过程（2）冷压室压铸机压铸机分类：根据压室工作条件不同，分为冷压室压铸机和热压室压铸机两类。热压室压铸机的压室与坩埚连成一体，而冷压室压铸机的压室是与坩埚分开的。冷压室压铸机又可分为立式和卧式两种，目前以卧式冷压室压铸机应用较多压铸工艺过程河北工业大学材料科学与工程学院压铸铸型：定型、动型，将定量金属液浇入压室，柱塞向前推进，金属液经浇道压入压铸模型腔中，经冷凝后开型，由推杆将铸件推出。冷压室压铸机，可用于压铸熔点较高的非铁金属，如铜、铝和镁合金等。卧式冷压室压铸机工作原理（二）压铸件的结构工艺性卧式冷室压铸机压铸特点1.精度高（IT11-13级；表面粗糙度Ra值为6.3～1.6μm，可不经机械加工直接使用，而且互换性好。2.适应形状复杂、轮廓清晰、薄壁深腔铸件；可组合压铸或镶嵌压铸；3.生产率高、材料利用率提高60-70%、实现少切削和零切削，经济效益好。应用：生产锌合金、铝合金、镁合金和铜合金等铸件；汽车、拖拉机制造业、仪表和电子仪器工业、在农业机械、国防工业、计算机、医疗器械等制造业等。缓慢地向坩埚炉内通入干燥的压缩空气，金属液受气体压力的作用，由下而上沿着升液管和浇注系统充满型腔。开启铸型，取出铸件。通气充型加压凝固放气开模主要步骤应用：汽车发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等。压铸模具图2-73压铸模总体结构示意图1-铸件；2-导柱；3-冷却水管；4-定模；5-动模；6-顶杆板7-顶杆；8-型腔；9-排气槽；10-浇注系统5）离心铸造离心铸造是指将熔融金属浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力作用下充填铸型并凝固成形的一种铸造方法。（一）离心铸造的类型铸型：金属型或砂型。分类：离心铸造机通常可分为立式和卧式两大类，如图1-39所示。图1-39离心铸造机原理图a)立式离心铸造b)卧式离心铸造离心铸造机工艺离心铸造的特点及应用范围离心铸造的特点是：（1）液体金属能在铸型中形成中空的自由表面，不用型芯即可铸出中空铸件，简化了套筒、管类铸件的生产过程。（2）由于旋转时液体金属所产生的离心力作用，离