选择发动机铸造铝活塞的铸造工艺.doc

选择发动机铸造铝活塞的铸造工艺一、学习目标知识目标：了解特种铸造的种类；熟悉常用特种铸造工艺、特点及应用。能力目标：能分析比较各种特种铸造方法的特点和应用，对一些典型铸件能较合理的选用特种铸造方法。二、任务引入汽车发动机的核心部件是汽缸（图4-25），活塞在汽缸内进行往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。所以说活塞是内燃发动机中最重要的部件之一，其品质的优劣对发动机进而对整车性能具有重要的影响,因而其材质、制造工艺历来受到重视。 图4-25 汽车发动机气缸三、相关知识金属型铸造是指与砂型铸造不同的其他铸造方法。随着铸造技术的发展，特种铸造在铸造生产中占有相当重要的地位，现简单介绍几种常用的特种铸造方法。（一）金属型铸造金属型铸造是将液态金属在重力作用下浇入金属铸型内，获得铸件的方法，如图4-26所示为发动机铸造铝活塞的金属型。图4-26 发动机铸造铝活塞的金属型1-销孔；2-左、右半型；3-左侧型芯；4-中间型芯；5-右侧型芯；6-底板铸型用铸铁、碳钢或低合金钢等金属材料制成，可反复使用。与砂型铸造相比较，金属型铸造的主要优点是：散热快、铸件组织致密，力学性能好，精度和表面质量较好，液态金属耗用量少，劳动条件好，适用于大批生产有色合金铸件。其主要缺点是：制造成本高、制造周期长、导热性好，降低了金属液的流动性。因而不宜浇注过薄、过于复杂的铸件；无退让性，冷却收缩时产生内应力将会造成铸件的开裂；型腔在高温下易损坏，因而不宜铸造高熔点合金。（二）压力铸造压力铸造是在高压作用下将金属液以较高的速度压入高精度的型腔内，力求在压力下快速凝固，以获得优质铸件的高效率铸造方法。常用压力铸造的压力为5 Mpa 150Mpa，充型速度为5 m/s 100m/s。图4-27 压铸工艺过程示意图1-顶杆；2-活动半型；3-固定半型；4-金属液；5-压射冲头；6-压射室；7-铸件压力铸造的基本设备是压铸机。压铸机可分为热室压铸机和冷室压铸机两大类，冷室压铸机又可分为立式和卧式等类型。压铸型是压力铸造生产铸件的模具，主要由活动半型和固定半型两个大部分组成。固定半型固定在压铸机的定型座板上，由浇道将压铸机压室与型腔连通。活动半型随压铸机的动型座板移动，完成开合型动作。完整的压铸型组成中包括型体部分、导向装置、抽芯机构、顶出铸件机构、浇注系统、排气和冷却系统等部分。压铸工艺过程见图4-27。压铸的优点是：铸件质量高，致密性好，很多情况下无需切削加工；可以压铸形状复杂、壁薄的铸件；生产率高。其缺点是：不宜压铸厚壁件；设备和模具费用高；模具生产周期长。因此，压力铸造适用于大批生产壁薄的有色金属中小型铸件。（三）离心铸造（a）绕垂直轴旋转 （b）绕水平轴旋转图4-28 离心铸造示意图1-铸件；2-铸型将液态合金注入旋转的铸型中，在离心力作用下充型、冷凝而获得铸件的铸造方法，称为离心铸造。其铸型多用金属型，也可以用砂型，是在离心铸造机上进行的。铸型在离心铸造机上根据需要可以绕垂直轴旋转，也可以绕水平轴旋转，如图4-28所示。离心铸造的优点是：由于离心力的作用，铸件没有气孔、缩孔，组织致密，强度高；无浇口、冒口，节省材料；制造圆筒形铸件，可以不用型芯；可铸造薄壁圆筒和双金属铸件。其缺点为：圆筒形铸件的内表面质量较差，不适合铸造易产生偏析的合金（如铅青铜）铸件。（四）熔模铸造用易熔材料（蜡或塑料等）制成精确的可熔性模型，并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。熔模铸造的工艺过程如图4-29所示。离心铸造目前主要用于回转体铸件的生产，如轴套、缸套、活塞环等。（a）母模 （b）压型 （c）熔蜡 （d）焊成蜡模组 （e）结壳 （f）熔模 （g）造型、焙烧 （h）浇注图4-29 熔模铸造工艺过程示意图熔模铸造的优点是：铸件的尺寸精度和表面质量都很高，一般可不进行切削加工，可以铸造形状很复杂的铸件，在航空航天、兵器、船舶、机械制造、家用电器、仪器仪表等行业都有应用，如铸铝热交换器、不锈钢叶轮、铸镁金属壳体等。所需设备简单、投资少、不受生产批量的限制。其缺点是：工艺过程复杂，生产周期长；由于受蜡模、型壳强度和刚度的限制，铸件质量一般不超过25kg。四、任务实施铸造活塞材质多为Al-Si系列合金，由金属型铸造方法生产，其铸造工艺流程如下：五、能力训练选择大批量生产汽车联合器盘的铸造方法如图4-30所示的汽车联合器盘材质为铸造铝合金，根据零件结构特点等因素选用压力铸造。 图4-30 汽车联合器盘六、经验交流（一）铸造方法选择的原则1优先采用砂型铸造主要原因是砂型铸造较之其它铸造方法成本低，生产工艺简单，生产周期短。2铸造方法应和生产批量相适应低压铸造、压铸、离心铸造等铸造方法，因设备和模具的价格昂贵，所以只适合批量生产。 3造型方法应适合工厂条件例如同样是生产大型机床床身，一般采用组芯造型法，不制作模样和砂箱，在地坑中组芯；而另外的工厂则采用砂箱造型法，制作模样。不同的企业生产条件（包括设备、场地、员工素质等）、生产习惯、所积累的经验各不一样，应该根据这些条件考虑适合做什么产品和不适合（或不能）做什么产品。 4要兼顾铸件的精度要求和成本（二）铸造缺陷的的判断及预防措施在实际生产中，常需对铸件缺陷进行分析，其目的是找出产生缺陷的原因，以便采取措施加以防止。铸件的缺陷很多，常见的铸件缺陷名称、特征、产生的主要原因及预防的措施见表4-3。表4-3 常见的铸件缺陷及产生原因缺陷名称图例及特征产生的主要原因预防的主要措施气孔在铸件内部或表面有大小不等的光滑孔洞型砂含水过多，透气性差；起模和修型时刷水过多；砂芯烘干不良或砂芯通气孔堵塞；浇注温度过低或浇注速度太快等1.遵守合理的熔炼工艺、加熔剂保护，进行脱气处理等；2.铸型、型芯烘干，避免吸潮；3.湿型起模时，刷水不要过多，减少铸型发气量；4.改善铸型透气性；5.适当提高浇注温度；6.浇包、工具要烘干；7.将金属液进行镇静处理。缩孔 缩孔多分布在铸件厚断面处，形状不规则，孔内粗糙铸件结构不合理，如壁厚相差过大大，造成局部金属积聚；浇注系统和冒口的位置不对，或冒口过小；浇注温度太高，或金属化学成分不合格，收缩过大1.合理设计铸件避免铸壁过厚，可采用T形、工字形等截面；2.合理放置浇注系统，实现顺序凝固加冒口补缩；3.根据合金种类等不同，设置一定数量和相应尺寸的冒口；4.选择合适浇注温度和速度。砂眼在铸件内部或表面有充塞砂粒的孔眼型砂和芯砂的强度不够；砂型和砂芯的紧实度不够；合箱时铸型局部损坏浇注系统不合理，冲坏了铸型1.合理设计铸件圆角；2.提高砂型强度；3.合理设置浇口、减小液态金属对型腔的冲刷力；4.控制砂型的烘干温度；5.合箱前应吹净型腔内散砂、合箱动作要轻、合箱后应及时浇注。粘砂铸件表面粗糙，粘有砂粒型砂和芯砂的耐火性不够；浇注温度太高；未刷涂料或涂料太薄1.根据不同的合金及浇注条件，确定合适的浇注温度；2.选用耐火度较好的型砂；3.按要求刷涂料。错箱铸件在分型面有错移模样的上半模和下半模未对好；合箱时，上、下砂箱未对准1.按定为标记、定位销合箱；2.合箱后应锁紧或压铁块；3.在搬运传送中不要碰撞上、下箱；4.分开模样用定位销定位；5.可能时采用整模两箱造型。裂缝铸件开裂，开裂处金属表面氧化铸件的结构不合理，壁厚相差太大；砂型和砂芯的退让性差；落砂过早1.合理设计铸件结构，使壁厚均匀；2.合理设置浇注系统，实现同时凝固；3.改善砂型，芯砂的退让性；4.严格控制合金的含硫磷量；5.把高温铸件随炉冷却。冷隔铸件上有未完全融合的缝隙或洼坑，其交接处是圆滑的浇 浇注温度太低；浇注速度太慢或浇注过程曾有中断；浇注系统位置开设不当或浇道太小1.根据合金种类等限制铸件最小壁厚；2.可能时选用流动性较好的合金浇注复杂薄壁铸件；3.适当提高