金属的铸造成形工艺.ppt

第一篇 金属的铸造成形工艺 教学目的： 掌握：常用合金铸件的生产工艺特点； 常用液态金属成形方法的基本工艺过程及应用； 液态成形金属件的工艺设计的基本知识及方法； 液态成形金属件的结构设计。 了解：金属液态成形的基本知识;先进的液态成形技术。 教学重点： 灰口铸铁的生产工艺过程、特点及应用； 砂型铸造生产工艺过程及应用； 液态成形金属件的工艺设计； 液态成形金属件的结构设计。 教学难点：液态成形金属件的工艺设计 教学方法：讲授 授课课时：810学时 目录 概述 一、金属液态成形的概念 液态成形是将金属 熔炼成符合一定要求的 液体并浇进铸型里，经 冷却凝固、清整处理后 得到有预定形状、尺寸 和性能的铸件的工艺过 程。 熔炼一定的化学成分的合金 制造铸型 浇注凝固取出铸件清理检验 目录 二、金属液态成形的特点 1.能最经济地制出外形和内腔很复杂地零件，如：箱体、机 架、机床床身等 2.适应性广 1) 适用于各种合金：铸铁、铸钢、有色金属 2）适用于各种大小、形状的零件：重几克几吨、壁厚几毫米几 米、轮廓尺寸几毫米几米 3）适用于各种批量：单件、小批、大批、大量 3.成形件的形状、尺寸很接近零件，加工余量小于自由锻 4.成本低：原材料来源广、价格低、设备投资少 5.废品率高，铸件质量差，承载力小于锻件。 成形工序多，生产过程中工艺控制较困难，与同种材料的其他成形工 艺方法比，铸件因晶粒粗大，内部常有缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹 渣等缺陷，其力学性能较差 6.劳动强度大，条件差，环境污染严重 三、铸造工艺的基本组成 铸造工艺一般由三个部分组：铸造金属准备、铸型准 备和铸件处理。 铸造金属准备 铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料合 金，主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。 铸造金属准备指 熔炼符合要求的金属液。 金属熔炼不仅仅是单纯的熔化，还包括冶炼过程，使浇 进铸型的金属，在温度、化学成分和纯净度方面都符合预期 要求。为此，在熔炼过程中要进行以控制质量为目的的各种 检查测试，液态金属在达到各项规定指标后方能允许浇注。 有时，为了达到更高要求，金属液在出炉后还要经炉外处理 ，如脱硫、真空脱气、炉外精炼、孕育或变质处理等。熔炼 金属常用的设备有冲天炉、电弧炉、感应炉、电阻炉、反射 炉等。 铸型准备 不同的铸造方法有不同的铸型准备内容。如砂型铸造：铸 型准备包括造型材料准备和造型造芯两大项工作。 造型材料：砂型铸造中用来造型造芯的各种原材料，如铸造砂、型砂 粘结剂和其他辅料，以及由它们配制成的型砂、芯砂、涂料等。 造型材料准备的任务是按照铸件的要求、金属的性质，选 择合适的原砂、粘结剂和辅料，然后按一定的比例把它们混合 成具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂设备有碾轮式混砂 机、逆流式混砂机和叶片沟槽式混砂机。 造型造芯：根据铸造工艺要求，在确定好造型方法，准备好 造型材料的基础上进行的。铸件的精度和全部生产过程的经济 效果，主要取决于这道工序。在很多现代化的铸造车间里，造 型造芯都实现了机械化或自动化。常用的砂型造型造芯设备有 高、中、低压造型机、抛砂机、无箱射压造型机、射芯机、冷 和热芯盒机等。 铸件处理 铸件自浇注冷却的铸型中取出后，有浇口、冒 口及金属毛刺披缝，砂型铸造的铸件还粘附着砂子 ，因此必须经过清理工序。 铸件清理的设备有抛丸机、浇口、冒口切割机 等。砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序 ，所以在选择造型方法时 ，应尽量考虑到为落砂 清理创造方便条件。 有些铸件因特殊要求，还要经铸件后处理，如 热处理、整形、防锈处理、粗加工等。 四、铸造工艺的分类 按造型材料及工艺特点分为：普通砂型铸造和特种铸造。 普通砂型铸造包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型三类。 特种铸造按造型材料的不同，又可分为两大类：一类以天 然矿产砂石作为主要造型材料，如熔模铸造、壳型铸造、负压 铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷 型铸造等；一类以金属作 为主要铸型材料，如金属型铸造、离心铸造、连续铸造、压力 铸造、低压铸造等。 按金属填充铸型时是否施加外力分为：重力作用下的铸造 成形和外力作用下的铸造成形。 五、金属液态成形-铸造的发展历程 1 铸造发展史 铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有 约6000年的历史。中国约在公元前1700前1000年之间已 进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。中 国商朝的重875公斤的司母戊方鼎，战国时期的曾侯乙尊盘 ，西汉的透光镜，北京明朝永乐青铜大钟（重达46.5t，钟 高6.75m，唇厚22cm，外径3.3m，体内铸有经文22.7万字， 击钟时尾音长达2min以上，传距达20km），都是古代铸造 的代表产品。 早期的铸件大多是农业生产、宗教、生活等方面的工 具或用具，艺术色彩浓厚。那时的铸造工艺是与制陶工艺 并行发展的，受陶器的影响很大。 司母戊方鼎 青铜尊盘出土于曾侯乙墓。尊盘由尊和盘组成，尊置于盘中 。尊盘的口沿是非常精细的镂空的变形龙纹和龙形雕饰，均 可分辨出每条盘龙上的眼睛。是采用“失蜡法”的铸造方法 。尊和盘均铸有“曾候乙作持用终”铭文。 曾侯乙尊盘 铜镜是我国古代玻璃传入以前比较常用的一种生活用具， 主要用于照面和佩饰以及道教术士的法器等。透光镜和其它古 镜与样都是用铜、锡、铅合铸而成，本无透光之理，只是根据 有的铜镜承日照之，镜背花纹透影在壁的现象而定名，国外有 人还称之为“魔镜”，民间俗称为“照妖镜”。这种镜经过探 索和研究，目前已基本上掌握了铸造技术，上海、西安、河南 等地已复制出绚丽多彩的透光宝镜。但是，在我国古代，最先 研究和掌握而且始终秘而不传的这种铸造工艺则是当时的道教 术士。 西汉透光镜 中国在公元前513年，铸出了世界上最早见于文字记载 的铸铁件晋国铸型鼎,重约270公斤。欧洲在公元八世纪 前后也开始生产铸铁件。铸铁件的出现，扩大了铸件的应 用范围。例如在1517世纪，德、法等国先后敷设了不少 向居民供饮用水的铸铁管道。18世纪的工业革命以后，蒸 汽机、纺织机和铁路等工业兴起，铸件进入为大工业服务 的新时期，铸造技术开始有了大的发展。 进入20世纪，铸造的发展速度很快，其重要因素之一 是产品技术的进步 ，要求铸件各种机械物理性能更好，同 时仍具有良好的机械加工性能；另一个原因是机械工业本 身和其他工业如化工、仪表等的发展，给铸造业创造了有 利的物质条件。如检测手段的发展，保证了铸件质量的提 高和稳定，并给铸造理论的发展提供了条件；电子显微镜 等的发明，帮助人们深入到金属的微观世界，探查金属结 晶的奥秘，研究金属凝固的理论，指导铸造生产。 2 发展趋势 铸造产品：要求铸件有更好的综合性能，更高的精度，更少的余量和更 光洁的表面。此外，节能的要求和社会对恢复自然环境的呼声也越来越高 。为适应这些要求，新的铸造合金将得到开发，冶炼新工艺和新设备将相 应出现。 铸造工艺及设备：生产的机械化自动化程度在不断提高，将更多地向 柔性生产方面发展，以扩大对不同批量和多品种生产的适应性。节约能源 和原材料的新技术将会得到优先发展，少产生或不产生污染的新工艺新设 备将首先受到重视。质量控制技术在各道工序的检测和无损探伤、应力测 定方面，将有新的发展。 检测及质量控制： 铸造工作者在电子技术和测试手段不断进步的条件 下，将对金属结晶凝固和型砂紧实等理论进行更深入的探索，以研究提高 铸件性能和内部质量的有效途径。机器人和电子计算机在铸造生产和管理 领域里的应用，也将日益广泛。 3 我国铸造业的现状 与发达国家相比我国的铸造生产还处于比较落后状态。 差距集中表现在质量和效率上，而不是规模和产量上。 比较项目世界发达国家中 国 尺寸精度汽缸体和汽缸盖：一般为CT8CT9CT10，与国外差24级 表面粗糙度汽缸体和汽缸盖50m 使用寿命汽缸套为600010000h30006000h 铸件废品率美、英、法、日约为2%8%15% 耗能/吨铸件360370kg标准煤(合格铸件)650kg标准煤 劳动生产率65t/人年8t/人年 熔炼技术富氧送风，铁水温度15001400 造型工艺广泛采用流水线，采用高压造型、射压造型、 和气冲造型 除汽车等行业中少数厂采用半自动、自动 化流水线外，多数厂普遍采用40年代造型 技术 铸造工 艺