第三章金属的铸造形成工艺

第三章金属的铸造形成工艺第一节重力作用下的铸造成形靠液态金属自身的重力充填型腔的形成工艺2019/10/32金属的液态成型工艺的种类手工造型机器造型金属型铸造熔模铸造压力铸造低压铸造陶瓷型铸造离心铸造液态成型工艺砂型铸造特种铸造ClasficationoffoundryMethods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}一、砂型铸造是用模样和型砂制造砂型的一种工艺。砂型铸造造型材料:型砂和芯砂由原砂、粘结剂、水和附加物特点：操作方便灵活、适应性强；模样生产准备时间短。•但生产率低，劳动强度大，铸件质量不易保证。•只适用于单件小批量生产。造型方法:整模造型分模造型三箱造型手工造型活块造型（一）活块造型（二）挖砂造型刮板造型等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砂型铸造SandCasting手工造型HandMolding机器造型MachineMolding震压造型VibrationRamming微震压实造型VibratorysqueezingMolding高压造型HighPressureMolding射压造型ShootingandSqueezingMolding空气冲击造型AirImpactingMolding抛砂造型ImpellerRamming2019/10/37砂型铸造-手工造型分型方案选定（一）手工造型1.砂箱及造型工具如图所示。2.常见手工造型方法1)整模造型特点是：模样是整体的，铸型的型腔一般只在下箱。整模造型因操作简便，无砂箱错位现象，适用于外形轮廓上有一个平面可作分型面的简单铸件，如齿轮坯、轴承、皮带轮罩等。2)分模造型特点是：铸件的最大截面不在端部而在中部，因而木模沿最大截面分成两半。后图为水管铸件的分模两箱造型过程。操作简便，适用于形状较复杂的铸件，特别广泛用于有孔或带有型芯的铸件，如套筒、水管、阀体、箱体、曲轴、立柱等。三箱造型过程。3)挖砂造型当铸件最大截面在中部，模样又不便分成两半(如分模后模样太薄或分面是曲面)时，只能将模样做成整模，造型时挖掉防碍起模的砂子。挖砂造型操作麻烦，生产率低，要求操作技术水平高，仅适用于单件小批量生产。对于分型面为阶梯面或曲面的铸件，当生产数量较多时，可用成形底板代替平面底板，并将模样放置在成形底板上造型，可省去挖砂操作。成形底板可根据生产数量的不同，分别用金属、木材制作；如果件数不多，可用粘土较多的型砂春紧制成砂质成形底板，称为假箱造型。4)活块造型将模样上妨碍起模的部分，如凸台、肋、耳等，做成活动的，称为活块。活块用销式燕尾与模样的主体连接，在起模时须先取出模样主体，然后取出活块。5)刮板造型用与铸件截面相适应的刮板代替实体模样造型的方法。刮板造型，可以降低模样成本，缩短生产准备时间，但要求操作技能高，铸件尺寸精度低，生产率低，故只适用于中小批生产尺寸较大的回转体铸件，如皮带轮、齿轮等。用机器代替手工进行造型(芯),称机器造型(芯).造型过程包括：填砂、紧实、起模、下芯、合箱以及铸型、砂箱的运输等工艺环节。大部分造型机主要是实现型砂的紧实和起模工序的机械化，至于合箱、铸型和砂箱的运输则由辅助机械来完成。不同的紧砂方法和起模方式的组合，组成了不同的造型机。（二）机器造型（造芯）手工造型中的摏(chong)箱、起模两工序不仅效率低，劳动条件差，而且铸件尺寸不准确等不足。1.机器造型的特点：用机器全部或至少完成紧砂操作的造型。生产效率高，劳动条件好，砂型质量好（紧实度高而均匀，型腔轮廓清晰，铸件质量也好。但设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长，适于中小铸件的成批或大量生产。2.机器造型的紧砂方法机器造型的紧砂方法主要有压实、振实、振压、抛砂四种基本形式。1）振压紧砂：以压缩空气为动力，工作原理如图2-19所示。2）抛砂紧实：工作原理如图3-6所示。3.机器造型的起模方法1）顶箱起模：如图3-7所示。机构简单，但易漏砂，用于型腔简单、高度小的铸型，多用于上型，以省却翻箱。2）漏模起模：如图3-8所示。一般用于形状复杂或高度较大的铸型。3）翻转起模：如图3-9所示。机构较复杂，但不易掉砂，适用于型腔较深，形状复杂的铸型，常用于下型。4.造型生产线将造型机和其它辅机（翻转机、下芯机、合型机、压铁机、落砂机等）按照铸造工艺流程，用运输设备（铸型输送机或辊道）联系起来，组成一套机械化、自动化铸造生产系统，二、壳型铸造•在铸造生产中，砂型（芯）直接承受液体金属作用的只是表面一层厚度仅为数毫米的砂壳，其余的砂只起支撑这一层砂壳的作用。若只用一层簿壳来制造铸件，将减少砂处理工部的大量工作，并能减少环境污染。•1940年，JohannesCroning发明用热法制造壳型，称为“C法”或“壳法”(shellprocess)，或叫壳型造型(shellmolding)，目前该法不仅可用于造型，更主要的是用于制壳芯。图翻斗法壳型造型法示意图该法用酚醛树脂作粘结剂，配制的型（芯）砂叫覆膜砂，象干砂一样松散。其制壳的方法有两种：翻斗法和吹砂法。翻斗法常用于制造壳型，吹砂法用于制造壳芯。翻斗法吹砂法分顶吹法和底吹法两种。吹砂压力一般顶吹0.1～0.35MPa，吹砂时间为2～6秒，底吹法为0.4～0.5MPa，15～35秒。顶吹法可以制造较大型复杂的砂芯；底吹法常用于小砂芯的制造。硬化时间为90s～2min，芯盒加热温度一般为250℃。28动画11顶吹法壳型铸造动画12底吹法壳型铸造吹砂法壳法造型芯的优点是:混制好的覆模砂可以长期储存（三个月以上），无需捣砂，能获得尺寸精确的型、芯；型、芯强度高，易搬运；透气性好，可用细的原砂得到光洁的铸件表面；无需砂箱；覆模砂消耗量小。但酚醛树脂覆模砂价格较贵，造型、造芯耗能较高。79壳型通常多用于生产液压件、凸轮轴、曲轴以及耐蚀泵件、履带板等钢铁铸件上；壳芯多用于汽车、拖拉机、液压阀体等部分铸件上，见视频。壳型铸造金属型铸造1.金属型的构造金属型的材料一般采用铸铁，铸件内腔可用金属型芯或砂芯得到。结构有整体式图3-14a、水平分型式如图3-14b、垂直分型式如图3-14c、复合分型式如图3-14d等。金属型铸造是在重力作用下将金属液体浇入金属铸型以获得铸件的方法。铸型用金属制成，可反复使用，故又称永久型铸造、硬模铸造、铁模铸造、冷硬铸造、冷激模铸造等。2.金属型铸造的工艺过程2）刷涂料：金属型表面应喷刷一层耐火涂料，以保护型壁表面，免受直接冲蚀和热击。还可改变冷却速度，蓄气和排气。不同合金采用不同涂料，铝合金常用含氧化锌粉、滑石粉和水玻璃的涂料；灰铸铁用石墨、滑石粉、耐火粘土、桃胶和水。3）浇注温度：浇注温度应比砂型铸造高20∼300C。1）金属型预热：未预热的金属型导热性好，使金属液冷却过快，铸件易出现冷隔、浇不足、夹杂、气孔等缺陷；铸型受强烈热冲击，应力倍增，极易损坏。故在浇注前必须预热。预热温度应根据合金种类和铸件结构而定。4）开型时间:在型内停留时间越长，温度越低，收缩量越大，取出铸件越困难，产生内应力和裂纹的倾向越大；同时金属型的温度越高，冷却时间越长，生产率下降。因此合适的开型时间十分重要。金属型铸造既可采用金属芯，也可以用砂芯取代难以抽拔的金属芯。金属型的铸型可反复使用。铸件组织致密，力学性能好,精度和表面质量较好，精度可达CT6级，Ra值可达12.5～6.3μm。金属型的种类及特点见下表1，金属型铸造特点见表2金属型铸造具有很多优点，适用于制造铝合金活塞、气缸体、油泵壳体、铜合金轴瓦轴套等，故广泛用于发动机、仪表、农机等工业，发展很快。表1金属型种类及特点56种类整体型垂直分型水平分型综合分型示意图特点结构简单、制造方便，尺寸精确，操作便利铸型排气条件好，便于设置浇冒口和采用金属型芯，易于实现机械化作业，但安放砂芯较麻烦安放砂芯方便，但不便于设置浇冒口，铸型排气较困难，不宜实现机械化作业金属型制造较困难用途起模斜度较大的简单件铝镁合金铸件平板状铸件，如盘、板、轮类铸件较复杂的铸件表2金属型铸造特点57金属型特点铸件成形过程特点对铸件的影响无退让性铸件在凝固过程中，受阻较大，难以自由收缩铸件内应力大，易产生裂纹或白口等缺陷。无透气性金属液在充填过程中，受型内气体阻碍，不易充满在金属液汇合处、对流处或铸型凹入的死角，易产生浇不足缺陷导热快金属冷却速度快，在金属型传热系统中，中间层是控制冷却速度的关键铸件晶粒细小，组织致密，表面光洁，力学性能好重复性“一型多铸”提高了生产率，降低了成本，改善了劳动条件；金属型铸造液态金属耗用量少，劳动条件好，便于机械化和自动化生产，适用于大批生产有色合金铸件。金属型铸造见视频。视频金属型铸造四、熔模铸造75熔模铸造又称失蜡铸造、熔模精密铸造、包模精密铸造，是精密铸造法的一种。根据铸型的特点可分为型壳熔模铸造、填箱熔模铸造（型壳制好后，装入砂箱中，在型壳周围注入耐火浆料或干砂增强）、石膏型熔模铸造（用石膏型代替型壳）。以前者的应用最广。型壳熔模铸造工艺如下图所示，用易熔材料(蜡或塑料等)制成精确的可熔性模型,并进行蜡模组合，涂以若干层耐火涂料，经干燥、硬化成整体型壳，加热型壳熔失模型，经高温焙烧而成耐火型壳，在型壳中浇注铸件，见视频。过程:1、制造蜡模（1）准备压型：压型的尺寸根据铸件设计，并考虑蜡模的收缩，制造合金的收缩，锡合金（2）50%石蜡+50%硬脂酸，全熔温度70-90℃，制模时，蜡料是45-48℃糊状，取出放入14-24℃的水中冷却，防止变形。（3）为了节省浇口金属，一般把若干个蜡模焊牢在一个直浇口上，装配成为模组。２、壳型制造工艺（１）浸涂料耐火材料55-60％石英砂＋40-45%水玻璃糊状混合物,模组全部浸入(2)撒砂(3)硬化剂20-25%氯化铵水溶液与水玻璃作用分解出硅酸胶把石英砂粘结牢,然后干燥形成1-2mm薄壳,结壳过程4-6次,壳厚5-10mm3、造型和浇注工艺（1）脱蜡，造型90-98℃热水中（2）培烧和浇注(3)落砂清理图3-17型壳熔模铸造过程示意图母模压型蜡模组结壳脱蜡单个蜡模焙烧、浇注•熔模铸造有以下特点：•(1)尺寸精度高。熔模铸造铸件精度可达CT4级，表面粗糙度低(Ra12.5～1.6μm)。•(2)适用于各种铸造合金、各种生产批量。尤其在难加工金属材料如铸造刀具，涡轮叶片等生产中应用较广。•(3)可以铸造形状复杂的铸件。熔模铸件的外形和内腔形状几乎不受限制，可以制造出用砂型铸造、锻压、切削加工等方法难以制造的形状复杂的零件。而且可以使一些焊接件、组合件在稍进行结构改进后直接铸造出整体零件。•(4)可以铸造出各种薄壁铸件及重量很小的铸件。其最小壁厚可达0.5mm，最小孔径可以小到φ0.5mm，重量可以小到几克。76(5)生产工序繁多，生产周期长，铸件不能太大，是净成形、净终成形加工的重要方法之一。视频熔模铸造生产工艺过程五、消失模造型511.铸造原理和工艺过程消失模铸造（EPC）为美国1958年专利，1962年开始应用，又称实型铸造和气化模铸造，其原理是用泡沫聚苯乙烯塑料模样（包括浇冒口）代替普通模样，造好型后不取出模样就浇入金属液，在灼热图消失模铸造工艺过程示意图液态金属的热作用下，泡沫塑料气化、燃烧而消失，金属液取代了原来泡沫塑料模所占的空间位置，冷却凝固后即可获得所需要的铸件。消失模铸造工艺过程如图所示。消失模铸造主要用于形状结构复杂，难以起模或活块和外型芯较多的铸件。与普通铸造相比，具有以下优点：工序简单、生产周期短、效率高；铸件尺寸精度高(造型后不起模、不分型，没有铸造斜度和活块)，精度达CT8级；可采用无粘结剂型砂，增大了铸件设计的自由度，简化了铸造生产工序，降低了劳动强度。近年来，消失模铸造技术在欧美发展很快，表2-6为美国消失模铸造情况。2.铸造特点和应用范围表美国消失模铸造情况（生产和增长速度）52应用产量/（kt/年）（1997年）增长速度（1994~1997年）/%增长速度（1997~2000年）/%轿车