特种铸造讲稿.doc

特种铸造第一章 绪论一、什么是铸造：金属由液态直接成型的方法。包括：1、铸造造型工艺 2、铸造合金 3、型砂的制备 4、铸件形成原理 5、 6、二、铸造的特点：1、焊接成型：形状简单，结构单一； 2、锻造成型：结构简单，内孔难于加工； 3、机加成型：材料浪费大。 4、其它的成型方法：粉末冶金，堆焊故：铸造可以加工外形及内壁形状复杂的零件，可节约大量的原材料 。三、铸造的历史：铸造是一门古老而又年轻的学科，我国有近四千年的历史。（1） 商周青铜文化：六十四件青铜编钟，青铜尊；（2） 公元前六世纪：生铁及铸铁技术；（3） 公元前315年：铸铁刑鼎；（4） 西汉晚期（公元前一世纪左右）：铸铁中出现了球状石墨；（5） 五代后周（公元十世纪）：河北沧州铁狮，重十万斤；（6） 北宋淳熙年间 ：当阳铁塔由十三层组成，重十万多斤；（7） 唐朝：开始失蜡铸造（即现代的精密铸造）；（8） 明朝永乐年间：永乐大钟；四十多吨，铸经文十万多字，（9） 建国后：铸造业的发展十分迅速。四、铸造成型的优点：（1） 适应性强：重量上 尺寸上 材料上（2） 成本低：铸件重量占机器总重40%-80%，成本只占20%-30%（3） 精度、性能进一步提高。五、铸造的分类：（1） 按生产方法：砂型铸造 特种铸造（包括：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、连续铸造、真空吸铸）（2） 按所用合金：铸造铁合金 铸造铝合金 铸造镁合金 铸造铜合金 铸造锌合金第二章 熔模铸造一、 概述（一）熔模铸造：在蜡模表面涂覆耐火材料，待硬化干燥后，加热将蜡模熔去，得到具有与蜡模形状相应的型壳，再经焙烧之后进行浇注获得铸件的一种方法。（二）特点：（1）采用一次性可熔化的模型，无须起模；（2）型壳为整体的，无分型面；（3） 尺寸精度及表面光洁度高； （4）可实现无须加工，故称为熔模精密铸造；（5）其工序繁多，生产周期长，工艺复杂，质量较难控制。（三）工艺过程：工艺设计压型设计压型制造熔模及浇冒口系统熔模组焊上涂料及撒砂型壳硬化及干燥熔失熔模（脱蜡）-型壳焙烧浇注清理二、 熔模的制造（一）模料（1） 对模料性能的要求：1）熔点适中-在60-100之间； 2）流动性应较好，以利于充型； 3）软化点不应低于35-40（试样加热时，挠度为2mm时的温度） 4） 收缩率不应大于1% 5）一般铸件模料的抗拉强度不低于14105N.m-2，大型铸件不低于25105N.m-2； 6）模料应具备良好的可焊性和较高的焊接强度7）模料应很好的为耐火材料所润湿8）模料经灼烧后的残留物（灰份）应尽可能的少（2） 模料的组成：A：蜡基模料由烷烃蜡（石蜡，地蜡），脂肪酸蜡，脂蜡组成。包括：a：石蜡-松香-地蜡模料-石蜡40% + 松香40% + 地蜡20%；b：石蜡低分子聚乙烯模料-石蜡95% + 低分子聚乙烯5%；c：石蜡-褐煤蜡模料-石蜡60% + 精制褐煤料30% + 聚合松香10%。B：松香基模料由天然树脂经分离松节油而得到。其配方为：松香60% + 川蜡30% + 地蜡5% + 聚乙烯5%；或：松香75% + 川蜡15% + 地蜡5% + 聚乙烯5%。C：其它模料：塑料模料-由聚苯乙烯（C6H5CHCH2）n构成；尿素模料-由尿素（CO（NH2）2）构成；填充模料在模料中加入固体、液体、气体等填充物质。（二）模料的配制：（1） 蜡基模料：一般采用蒸汽或热水加热（2） 松香基模料：一般采用电阻炉或感应炉加热（3） 糊状模料：一般采用液态模料中加入固体模料屑搅拌而成（三）熔模的制造和组装A：模料注入压型有两种方法-自由浇注和压注；压蜡器包括：（1）柱塞式压蜡器 （2）气压式压蜡器 （3）液压活塞式压蜡器B：熔模的组装将合格的熔模组合成整体的模组主要方法有：（1）焊接法 （2）机械组装法三、型壳的制造对型壳的性能要求有：（1）强度 （2）热稳定性 （3）高温稳定性 （4）透气性（一）制壳用耐火材料（1）石英（SiO2） （2）刚玉（Al2O3） （3）硅铝系耐火材料（高岭石Al2O3 .2SiO2、硅线石Al2O3 . SiO2、莫来石3Al2O3 . 2SiO2） （4）锆英石（ZrO2 .SiO2）（二）制壳用黏结剂 1、对黏结剂性能的要求：（1） 与模组的润湿性要好（2） 与耐火材料结合的要好（3） 高温下热稳定性要好（4） 应具有一定的黏度（5） 价格低、来源丰富、便于贮存 2、常用的黏结剂有：（1） 硅酸乙酯黏结剂（C2H5O）4Si）（2） 水玻璃黏结剂（2Na2O.SiO2、Na2O.SiO2、Na2O.2SiO2）（3） 硅溶胶（胶体SiO2）（三）制壳工艺 1、模组的除油和脱脂：中性肥皂水、表面活性剂、酒精 2、上涂料和撒砂 3、型壳的干燥和硬化（1） 硅酸乙酯水解液（溶剂蒸发 + 水解缩聚）（2） 水玻璃（氯化铝溶液硬化）（3） 硅溶胶（溶剂的挥发） 4、脱模（1） 热水法（2） 蒸气法 5、型壳的焙烧：随炉加热至900，去除水分及油脂，增加强度四、浇注及清理（一）熔模铸件的浇注 1、一般采用重力浇注，热型 2、如遇特殊要求，则还可采用：（二）特殊的浇注及凝固方式：（1）真空吸铸 （2）定向凝固 （3）压力下凝固（三）熔模铸件的清理 1、从铸件上清除型壳2、从浇冒口上切取铸件:敲击 其他切取方法（锯片、砂轮片、气割） 3、铸件表面清理：机械清理（滚筒、喷丸、喷砂） 化学清理（碱煮、碱爆、电化学）五、压型的结构及制造 （一）金属压型的基本结构 1、成型部分 2、定位机构 3、锁紧机构 4、注蜡系统 5、排气道 6、起模机构（二）易熔合金、石膏、橡胶压型的制造1、 易熔合金压型的制造（1）先制成母模（2）将母模放在橡皮泥衬垫上，放上型框（3）用石膏灌制假型，烘干（4）放上型框，定位销，紧固螺栓，浇易熔合金（5）重复制造下半型2、 石膏压型的制造与易熔合金压型制造基本相同3、 橡胶压型的制造（1）将母模依分型面压入砂型，修整分型面（2）母模表面覆盖20mm的橡皮泥，浇注石膏衬料层（3）取出橡皮泥，在空腔处灌注硅橡胶（4）同样方法制造下半型第三章 金属型铸造一、 概述（一）金属型铸造： 在重力作用下，液体金属充填金属铸型，冷却凝固形成铸件的铸造方法。（二）特点：优点（1）无须造型 （2）冷却速度快 （3）工序少，质量稳定 （4）尺寸精度及表面光洁度高 （5）易于机械化和自动化 缺点：（1）金属型的加工成本高 （2）铸件易出现浇不足、冷隔、裂纹等缺陷 （3）灰铸铁件易出现白口缺陷二、 金属型的结构设计（一）金属型的结构形式：（1）整体金属型（2）水平分型金属型（3）垂直分型金属型（5）综合分型金属型（二）金属型型腔的设计（1）分型面的选择原则1） 力求简化金属型的结构2） 便于浇冒口、型芯的设计安放3） 铸件要停留在有顶出机构的半型内（2）金属型型腔尺寸的确定Ax =（A + A+ 2） Ax Dx =（D + D- 2） Dx 其中：Ax 、Dx - 型腔和型芯的尺寸 A、D - 铸件的外形和内孔尺寸 - 铸件材料的线收缩率 - 涂料层的厚度Ax、Dx - 金属型的加工公差（三）型芯的设计：（1）撬杠抽芯机构 （2）齿轮齿条抽芯机构 （3）螺杆抽芯机构 （4）偏心轴抽芯机构（四）排气系统的设计：（1）开明冒口、出气冒口排气（2）利用型芯、顶杆的配合面排气（3）使用排气塞（五）金属型半型间的定位：（1）定位销定位 （2）止口定位（六）金属型的锁紧机构：（1）摩擦锁紧机构（2）楔销锁紧机构（3）偏心轴锁紧机构（七）铸件顶出机构：（1）单个顶杆机构 （2）组合顶杆机构（八）金属型破坏的原因：（1）热应力与残余应力的叠加（2）热疲劳应力（3）铸铁生长（4）氧气侵蚀（5）金属液的冲刷（6）铸件的摩擦磨损（九）金属型的材料：（1）灰口铸铁：中小型铸件风冷金属型 （2）球墨铸铁：中大型铸件风冷、喷水冷却金属型 （3）铸钢：水冷金属型 （4）45#钢：型芯、活块、排气塞、型体、手把 （5）ZL105：金属型本体（经阳极氧化处理） （6）T1：排气塞、冷铁三、 金属型的铸造工艺（一）浇注补缩系统的计算 Fmin = Q/.max其中：Fmin - 浇注系统中的最小截面积Q - 通过浇注系统的金属重量 - 液体金属的重度 - 允许的浇注时间 max - 浇口处允许的最大流动线速度浇注有色金属时，采用开放式浇注系统，浇注系统其余部分的比例为：（1）大型铸件（40kg）F直:F横:F内 = 1:（2-3）:（3-6） （2）中型铸件（20-40kg）F直:F横:F内 = 1:（2-3）:（3-4） （3）小型铸件（20kg）F直:F横:F内 = 1:（1.5-3）:（1.5-3） 浇注黑色金属时，采用封闭式浇注系统，浇注系统其余部分的比例为：F直:F横:F内 = （1.15-1.25）:（1.05-1.15）: 1（二）浇注系统常采用：（1）顶铸式浇注系统 （2）底铸式浇注系统 （3）侧铸式浇注系统第四章 压力铸造一、 概述（一）压力铸造：使液态或半液态金属在高压下以高速充填铸型，在高压下凝固而获得铸件的一种方法。（二）特点：优点：（1）尺寸精度及表面光洁度高 （2）强度及表面硬度高 （3）可生产复杂及薄壁铸件 （4）生产率极高 （5）尺寸稳定，互换性好，简化装配操作缺点：（1）铸件中存在气体，一般不能热处理及在高温下使用 （2）黑色金属由于压型寿命短而难于实际应用 （3）压型加工成本高、周期长，故只适用于大批量生产二、 压铸工艺（一）压铸的温度规范： 合金的浇注温度 压型的工作温度（1）铝硅合金 610-690 180-240 （2）铝铜合金 620-720 180-250（3）铝镁合金 680-700 200-280 （4）镁合金 640-700 180-240（5）普通黄铜 850-920 300-325（6）硅黄铜 870-970 325-350（二）充填时间、持压时间、铸件停留时间：（1） 充填时间：金属液体进入型腔到充满所须的时间一般为0.010.2s（2） 持压时间：充满铸型建立起静压至凝固完毕，综合考虑凝固和切除余料（3） 铸件停留时间：持压终了至铸件去除，应考虑金属热强度与铸件的顶出（三）压铸用涂料（1） 胶体石墨：市售（2） 蜂蜡石蜡：市售（3） 石墨粉机油：石墨粉510%，机油9095%（4） 聚乙烯煤油：聚乙烯35%，煤油9795%（5） 氧化铝粉煤油：氧化铝粉5%，煤油95%（6） 氧化锌粉水玻璃：氧化锌粉5%，水玻璃1.2%，水93.8%（四）压铸件的清理（1） 专用冲床（2） 清理滚筒（3） 巴克力特密封漆三、 压铸机（一）压铸机的种类：（1）热室压铸机：压铸机的压室与坩埚连成一体，压室浸于液体金属中特点：1）工序简单，生产效率高，易于机械化自动化 2）金属消耗少，工艺稳定，铸件质量好缺点：压室及冲头长期浸于金属，影响其使用寿命应用：一般应用于铸造锌合金，现在已扩大到铝合金及镁合金压铸（2）冷室压铸机：压室与保温坩埚是分开的金属从保温坩埚中舀入坩埚中 1）立式压铸机：压室与压射机构处于垂直位置 优点：空气不易随金属进入型腔，提高压型有效面积的利用率 缺点：有切断、顶出余料的下油缸，维修困难，液体金属流程长，能量损失大 2）卧式压铸机：压室与压射机构处于水平位置优点：结构简单，维修方便，金属消耗少，能量损失少，应用较广四、 压铸机的选用（一）按产品品种：（1）组织多品种，小批量生产时，一般选用液压系统简单，适应性强能快速调整的压铸机 （2）组织少品种，大批量生产时，要选用配备机械化自动化机构、控制系统的压铸机 （3）对单一品种、大批量生产的铸件，可选用专用压铸机（二）按铸件的轮廓尺寸和重量：包括 锁型力、压室容量、开型距离（1）锁型力的核算：Qs PZ / K PZ = p b F其中：Qs - 锁型力 PZ - 胀型力 K - 安全系数，取0.850.95 p b - 压射比压 F - 铸件在分型面上总的投影面积 即：为了防止压型沿分型面胀开，锁型力应大于胀型力（2）压室容量的核算： 选用压铸机时，需确定压射比压和压室直径，故压室的容量也就固定，因此应核算压室容量是否可容纳浇注所需金属的量。所需金属的量包括：铸件、浇注系统、溢流槽、余料（3）开型距离的核算：压铸机应具有最大开型距离和最小合型距离，即应满足：1） 最大开型距离： Sd Lk + H1 + H2其中：Sd - 压铸机最大开型距离Lk - 开型行程H1 - 定型厚度 H2 - 动型厚度2） 最小合型距离： Sx H1 + H2 其中：Sx - 压铸机最小合型距离H1 - 定型厚度 H2 - 动型厚度第五章 离心铸造一、 概述（一）离心铸造：将液体金属浇入旋转的铸型中，在离心力场的作用下凝固成型的铸造方法（二）特点：优点：（1）由于不须型芯，故可简化筒类和管类铸件的生产工艺过程 （2）充型条件得到改善，可浇注流动性差的金属 （3）可实现无冒口浇注，降低金属消耗 （4）可双金属复合铸造缺点：（1）易产生重度偏析 （2）内表面粗糙，尺寸难于控制二、 离心铸造工艺（一）铸型转速的选择：（1）保证液体金属成型的铸型转速：1） 立式离心铸造时 n = （30 /）（2gh/K（2r0-K）1/2 其中：n - 铸型转速h -铸件高度K -允许的壁厚差r0 -铸件的内表面半径2）卧式离心铸造时 n = （30 /）（g / r0）1/2 其中：g -重力加速度r0 -铸件的内表面半径（1）保证铸件致密度的铸型转速： n = 30 /（/ r0）1/2 其中：-自由表面上液体金属的有效重度 -液体金属的重度 r0 -铸件的内表面半径三、 离心铸造机（一）立式离心铸造机：主轴与铸型垂直于地面 适用于：最大外径小于3000mm，高度小于300mm的圆筒类铸件（二）卧式离心铸造机：（1）卧式悬臂离心铸造机：铸型安装在水平的主轴上 适用于：最大外径小于400mm，高度小于500mm的小型缸套、铜套等圆筒类铸件 （2）滚筒式离心铸造机：圆筒形铸型横卧在两对支撑轮上适用于：不同直径的管状铸件，如各种铸铁管、造纸机滚筒、轧机轧辊（3）多工位卧式离心铸造机：由多台小型悬臂式离心机安装在转盘上组合而成适用于：小型缸套，生产效率高，最多达120件/小时第六章 其它特种铸造方法一、 陶瓷型铸造（一）陶瓷型铸造：将耐火材料与黏结剂混制成浆料，然后灌制、凝固、干燥、焙烧成铸型 包括：（1）单一型：整个铸型全部用陶瓷浆灌注 （2）复合型：型腔的工作表面由陶瓷浆灌注，背衬用型砂或金属（二）陶瓷型铸造的特点：（1）铸件的表面光洁度高，尺寸精度高 （2）可以铸造大型的精密铸件 （3）投资少、生产快、生产准备周期短 （4）节约金属材料、降低生产成本（三）适用于：用于生产冲模、锻模、玻璃器皿及塑料制品模具，还用于压铸模型、金属型、热芯盒等金属模具（四）陶瓷型铸造工艺：（1）造型材料：1） 耐火材料：刚玉、铝矾土、锆英石、石英2） 黏结剂：硅酸乙酯水解液3） 催化剂：氢氧化钙、氧化镁4） 透气剂：松香、糊精、糖浆、酚醛树脂、碳酸钡、双氧水5） 分型剂：上光蜡、变压器油、有机硅油、白凡士林（2）浆料配制及灌浆 1）耐火材料的选用：对于不同大小的铸件刚玉粉的粒度为： 刚玉粉配制浆料粒度组成铸件大小粒度配比（%）M28320目240目180目120目100目大件204030102040201010中件40303030202030小件8010107010101010701010 2） 浆料的配制：所用耐火材料不同，水解液比例不同，如表耐火材料种类耐火材料（kg）水解液（l）刚玉粉或碳化硅粉铝矾土粉石英粉2110（3.5-4）52配制时：1）配制浆料：耐火材料粉与催化剂混合，然后倒入双氧水混合均匀 2）灌浆：灌浆过早，易产生分层、裂纹、粘模 灌浆过迟，导致轮廓不清、表面质量差或在料桶中凝固 3）起模及喷烧 陶瓷浆料灌注15min后，处于弹性状态时起模为宜，之后立即喷烧，可吹空气助燃 4）焙烧目的是驱除型内残存乙醇、水分、有机物，温度800，时间23h，250以下出炉，水玻璃陶瓷型焙烧温度350-5506） 浇注陶瓷型可冷型浇注 ，但热型浇注居多，型的温度在200左右二、 低压铸造(一) 低压铸造：液体金属在压力作用下充型、凝固、获得铸件的方法由于压力较低，又称低压铸造（二）低压铸造的特点：优点：（1）气体及非金属夹杂较少 （2）铸件的机械性能、耐压性能、防渗漏性能好 （3）充型条件好，可铸造形状复杂的铸件 （4）节约金属消耗，铸件收得率可达90% （5）劳动条件好、设备简单、易实现机械化和自动化（三）铸件形成的各个阶段：（1）升液阶段：自生压开始至液体金属上升到浇口为止，所需压力为： P1 = H1 其中：P1 - 升液阶段所需压力 H1 - 升液高度 - 液体金属重度 - 阻力系数（一般为1.01.5）（2）充型阶段：自液体金属由浇口进入型腔起到充满型腔为止，所需压力为：P2 = H2其中：P2 - 充型阶段所需压力 H2 - 坩埚金属液面至型腔顶部的高度（3）凝固阶段：自液体金属充满铸型起至凝固结束为止，所需压力为：P3 = P2 + P其中：P3 - 凝固压力 P - 增压压力（四）差压法低压铸造（反压法、压差铸造）：为低压铸造和压力下结晶的结合，有三种方式：（1） 减压法充型过程：首先将坩埚、铸行同时加压，到达规定压力后，使铸型部分压力下降，最终充满型腔并在压力下凝固（2） 增压法充型过程：首先将坩埚、铸行同时加压，到达规定压力后，使坩埚部分压力增加，最终充满型腔并在压力下凝固通入气体的压力最高可达500kPa，增减压力值为50kPa（3） 真空差压铸造：先将铸型加负压，浇口深入到坩埚中，液体金属进入并充满型腔，之后去掉负压并加正压，铸件在压力下凝固（4） 优点：1）铸件无缩孔、组织致密 2）机械性能高 3）可用于铸造形状复杂的铸件三、 液体金属冲压（一）液体金属冲压：浇入铸型中的金属，在冲头压力的作用下充填、成型、结晶形成铸件的方法（二）特点：（1）优点：尺寸精度高，表面粗糙度低 补缩条件好，铸造缺陷少；晶粒细化，机械性能高 无浇冒口，工艺收得率高 （2）缺点：形状复