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第7章铸造过程检测与控制7.1铸造过程质量自动控制的重要性7.2铸造过程检测与控制特点7.3铸造过程信号检测方法7.4铸造过程自动控制铸造：属于液态金属的成形工艺与方法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铸造分类砂型铸造特种铸造整模造型分模造型三箱造型活块造型（一）活块造型（二）挖砂造型刮板造型等手工造型第一节砂型铸造1手工造型砂型铸造-手工造型分型方案选定砂型铸造生产简介(KWDisaGF扩一BMD01GF气冲造型线）捅箱取件清理产品检测出厂上箱造型下箱造型翻转闭仓冷却浇注合箱下芯合金液熔炼工人制芯车间半成品2机器造型砂型铸造工艺流程模型混砂机芯盒造型制芯浇注合金液熔炼闭仓冷却捅箱取件清理半成品合箱砂型铸造-机器造型机器造型的实质机器造型的特点将填砂、紧实、和起模等主要工序实现机械化生产效率高，产品质量稳定机器造型-振压造型造型机型板震压造型使充满型砂的砂箱、震击活塞、震击气缸等共同抬高一定高度后自由下落，撞击压实气缸，多次震击后砂箱下部的型砂由于惯性力的作用而紧实，上部的型砂再用压头压实。进气口1进气口2模型震击活塞造型机结构简单，价格低廉，应用普遍，但噪音大，压实比压较低，铸件质量和生产率相对较低。造型特点底板微振压实造型紧砂原理是在型砂压实的同时进行微震。造型特点紧实度比震压造型高而均匀，生产率较高，但噪音较大，压实比较低，砂型紧实度难满足高质量铸件的要求。热芯盒制芯将由液态热固性树脂和催化剂配制成的芯砂，射入加热到一定温度的芯盒内，砂芯在芯盒内硬化一定时间后，便从芯盒内顶出，利用余热及催化剂作用所引起的硬化反应放出的热量，使芯砂继续硬化，获得合格的型芯。制芯特点芯砂制备较简单、硬化快、效率高、型芯强度高、表面质量好、尺寸准确、溃散性好，适合于大批量生产。3制芯方法壳型砂制芯将混合料吹入加热的芯盒内，保持一定时间，进行结壳；盒壁形成一定厚度的塑性薄壳；再将未粘附的芯砂倒出；继续加热使塑性薄壳变成坚硬薄壳；打开芯盒，顶出砂芯，得到薄壳砂芯。制芯特点(1)壳芯覆模砂为干颗粒状，流动性好，充填性强；(2)芯砂强度好、耗量少、抗湿性好，易保存和清理；(3)制备复杂、成本高；制芯工装要求严格，型芯尺寸受到限制。特种铸造金属型铸造离心铸造压力铸造熔模铸造消失模铸造挤压铸造陶瓷型铸造特种铸造将液态或半液态金属在高压作用下快速压入金属型腔中，并在压力下结晶，以获得铸件的成形方法。2.1压力铸造压力铸造生产过程设备:电阻炉(熔炼)；压铸机(压力铸造)冷压室压铸机热压室压铸机压力铸造设备合型浇注合金液压入型腔压型分开抽芯推出铸件压力铸造工艺过程压力铸造工艺参数压铸的合金液合金种类CuAl-SiZn浇注温度900℃左右600℃左右400℃左右比压600-800MPa400-1000MPa200-250MPa压铸速度1.25m/s留模时间实际情况而定模具材料耐热钢(eg.3Cr2W8V)热处理调质+离子氮化生产特点优点:(1)尺寸精度高,表面质量好，一般无须切削加工而投入装配；(2)铸件内在质量好，组织致密，强度、硬度高；(3)可压铸出复杂的薄壁件；(4)机械化、自动化水平高，生产效率高；(5)对于形状复杂而无法抽芯的铸件或局部有特殊性能要求的铸件,可采用镶嵌法进行铸造.缺点：(1)设备（压铸机）、模具一次性投资较大;(2)对模具设计要求较高，适于大批量生产,不适宜单件、小批量生产；(3)模具使用寿命短，不适宜铸铁、钢等高熔点合金的铸造；(4)压铸速度快，型腔气体排除困难;壁薄压力也较难以补缩，因此压铸件表皮下容易形成许多气孔,内部通常存在缩孔和缩松等铸造缺陷.壁薄、非铁合金件的大批量生产，如汽车变速箱盖、端盖等。锌压铸件示例:应用借助压力机的机械压力，把定量浇入金属模腔中的金属液挤压成形，并在机械压力作用下结晶凝固和塑性变形，从而获得铸件的一种铸造方法。2.2挤压铸造挤压铸造原理保压模具准备合金液浇注挤压铸造工艺过程合模施压金属熔化卸压卸模顶出制件(1)在成形过程中，尚未凝固的金属液自始至终承受等静压，并在压力作用下，发生结晶凝固、流动成形；(2)已凝固金属在成形全过程中，在压力作用下，发生微量塑性变形，使制件外侧紧贴金属模膛壁；(3)由于结晶凝固层产生塑性变形要消耗一部分能量，因此金属液经受的等静压不是定值，而随着凝固层的增厚而下降；(4)固-液区在压力作用下发生强制性补缩，从而消除了制件内部缩孔、缩松之类铸造缺陷，以提高制件机械性能和其它性能。主要特点及应用应用:各种阀体、活塞、轮毂、耙片、铸铁锅及军工件等。主要特点:在重力作用下,将合金液浇注到金属模的型腔中，结晶凝固得到铸件的一种铸造方法。铝、铜合金件，如汽车活塞、变速箱盖等。2.3金属型铸造应用:概念:金属型铸造生产过程(1)铸件冷却速度快，组织致密，力学性能高；(2)尺寸精度、表面质量均优于砂型铸件；(3)可“一型多铸”，提高生产率，易实现机械化和自动化.生产特点2.4离心铸造合金液沿浇注系统浇注入到固定在高速旋转的转子上的铸型中，在离心力的作用下，合金液紧贴在模膛壁，结晶凝固得到铸件，这种铸造方法称离心铸造。离心铸造生产过程离心铸造件设备:离心铸造机离心铸造设备铸件组织细致，组织、性能沿四周方向分布均匀.特点:应用:耐磨轴套(Cu)、齿轮、汽缸套等.生产特点及应用熔模铸造工艺过程:盐煮制模水浆搅拌撒砂熔化蜡料陪烧浇注取铸件2.5熔模铸造熔模铸造生产过程在蜡模表面涂覆多层耐火材料，待硬化干燥后，加热将蜡模熔去，而获得具有与蜡模形状空腔的型壳，再经过陪烧之后进行浇注而获得铸件的一种加工方法。熔模铸造实质特点:(1)铸件精度高，表面质量好；(2)铸造合金种类不受限制，更适用于高熔点、难加工的高合金钢铸造；(3)形状复杂程度不限，生产批量不限；(4)工艺过程复杂，原材料价格高，铸件成本高。应用:最适宜于25kg以下的高熔点、难以切削加工的合金钢铸件。主要用于航天飞行器、飞机、燃汽轮机、汽车等小型精密铸件的生产。主要特点及应用2.6陶瓷型铸造制造母模砂套造型灌浆起模喷烧烘干合箱浇注取出铸件工艺流程:主要特点:(1)铸件大小不受限制，可从几公斤到数吨；(2)单件小批量生产；(3)投资少、生产周期短；但不适于批量大、重量轻、或形状复杂铸件，生产难于实现机械化和自动化。主要缺点:(1)母模表面光洁与否直接影响铸件表面粗糙度；(2)陶瓷型浆料易产生裂纹、变形等缺陷，铸件尺寸质量难以稳定；(3)陶瓷型修补困难；硅酸乙脂、刚玉粉等原材料价格较贵。应用:铸造冲模、锻模、压铸模、模板、玻璃器皿模等。特点:没有分型面，不要起模和修型，工序简化，生产周期短，效率高，铸件精度好，成本低，但只能一模一件。2.7消失模铸造生产过程:将组装好的泡沫塑料模具表面涂以涂料，埋入型砂中，直接浇入高温金属液，模样随即汽化消失，被金属液流充满型腔，结晶成形。消失模铸造工艺流程清理热处理填砂紧实浇注落砂校正安放模样干燥涂料制模填砂铸件组合干燥——————————————————————————应用:可用于任意复杂，不受结构、尺寸、批量、合金种类限制的不同要求。但对环保有害，一般安排在晚间浇注。7.1铸造过程质量自动控制的重要性铸造过程质量控制的意义：①铸造设备保持最佳运行状态，材料保证工序质量和铸件质量，操作方法最佳，操作者最大的发挥潜能；②工序受控，铸件合格率高，减少废品，降低质量成本，提高经济效益；③找出铸件质量的波动规律，控制波动在合理的范围内，消除异常因素引起的系统波动，达到稳定生产铸件的目的，确保提供合格的铸件。7.2铸造过程检测与控制特点主要是适应性广，所需材料、生产参数、生产设备及生产过程种多样，进行检测和控制的要求各不相同7.2.1铸造过程控制一般特点7.2.2砂处理过程控制特点控制物料加入量：水分、膨润土、煤粉、新砂等。控制含水量：采用直接水份检测到水份控制控制粘土含量：在线快速检测是发展重点控制性能参数：紧实率、透气性、湿强度、韧性等7.2铸造过程检测与控制特点7.2.3造型（芯）过程控制典型的砂型铸造工艺流程实现造型线的计算机自动控制具有以下明显的优点：①故障率低：具有很好的抗干扰和故障诊断功能，提高了设备的可靠性、②可对造型机的工艺参数进行优化，提高砂型质量，此外还可以显示当时的造型数、设备的运行状态等参数；③可以将造型机或造型流水线的控制计算机与铸造厂的企业信息管理网络连接，随时将造型机上的信息传送到网络服务器上，供其他网络单元使用，也可以通过网络向造型机发出指令，实现这个铸造厂的计算机网络化管理。7.2.4熔炼过程控制冲天炉熔化过程影响因素从控制角度来说，冲天炉作为一个生产流程的信息因子和控制因子较多，可分成下列四类冲天炉熔化过程控制一、冲天炉熔炼基础知识1.1冲天炉熔炼基本原理冲天炉熔炼是由底焦燃烧、热量交换和冶金反应三个基本过程组成。图1.1所示为冲天炉工作过程原理图分渣器底焦高度铁料层焦风嘴炉缸冲天炉内的燃烧过程是在底焦中进行，根据焦炭燃烧的化学反应，可将底焦燃烧划分为两个反应区段：O2氧化带——从风口到自由氧基本耗尽，CO2浓度达到最大值的区域。还原带——从氧化带顶面至炉气中CO2和CO含量基本不变得区域。冲天炉内焦炭燃烧的快慢主要由扩散速度决定。凡是能提高气流速度、加大焦炭与气流的接触面积、提高风温和增加氧气含量的措施，均可提高扩散速度，强化焦炭的燃烧。热量交换一般将冲天炉沿炉身高度方向划分为预热区、熔化区、过热区和炉缸区。1.预热区是指从料面到铁料开始熔化的位置的这段区域。炉气与炉料之间的热传导方式以空气对流为主。2.熔化区是指从铁料开始熔化到熔化完毕这一区域，实际上也就是底焦顶面高度的波动范围，其高度大致等于层焦的厚度。熔化区的热交换方式仍以对流为主。3.过热区铁料熔化后铁液滴下落过程中，与高温炉气及炽热的焦炭接触，温度得到进一步提高。传热方式以热传导为主。4.炉缸区内无空气供给，焦炭几乎不燃烧，所以对于高温铁水来说，炉缸是个冷却区，熔炼稳定后，对铁液温度则无明显影响。工频感应炉熔化过程控制特点与冲天炉熔炼相比，采用感应炉熔炼具有以下优点：①无接触加热②铁水的搅动③铁水的净化能力强④铁水温度控制方便⑤铁水化学成分容易控制加热炉熔化过程控制电加热炉的微机控制系统方案工频感应炉的调节技术7.3铸造过程信号检测方法砂处理过程信号检测方法含水量检测(1)电阻法用电阻法检测混砂机内型砂含水量示意图7.3铸造过程信号检测方法砂处理过程信号检测方法含水量检测(2)电容法圆筒形电容法测定含水量用检测装置简图粘土含量检测利用亚甲基兰滴定法或分光光度计法作常规检验，由于测试周期长和操作复杂而无法用于在线检测。提出了一种快速测定型砂有效粘土含量及含水量的新方法，称为双电源二次激励法，可在半分钟时间内自动完成型砂有效粘土含量和含水量等参数的在线检测。双电源二次激励法原理示意图综合性能参数检测主要由供砂单元、砂样制备及紧实率测定单元、含水量及砂温测定单元、透气性测定单元及劈裂强度测定单元五大部分组成。测试过程包括(1)紧实率(2)含水量(3)温度(4)透气性(5)劈裂强度五项型砂性能检测信号的采集、处理、运算及结果打印，在微机控制下自动完成型砂五性能在线检测系统结构简图7.3.3造型过程信号检测方法砂斗料位检测(1)电阻砂位计法图7.15电阻砂位计原理图7.3.3造型过程信号检测方法砂斗料位检测(2)电容砂位计法图7.16电容砂位计原理图砂型紧实度检测图7.17砂型紧实度在线检测系统紧实型砂的目的在于使砂型具有一定紧实度，从而具有一定的强度。7.3.4熔炼过程信号检测方法冲天炉熔化过程参数检测根据影响冲天炉熔炼过程的因素来分，冲天炉熔炼过程中主要的参数可分为控制参数、干扰参数、监测参数和输出参数四类。控制参数和干扰参数包括送风量、送风湿度、送风温度、底焦高度波动、层铁焦比和氧气吹入量等，它们直接影响冲天炉的熔炼效果；监测参数和输出参数包括送风压力、炉气温度、炉气成分、铁水温度、铁水化学成分、熔化速度和炉渣成分等，它们直接反映冲天炉熔炼效果的好坏