金属工艺学_第二篇_铸造下.ppt

振压造型的工作过程 填沙振击紧沙辅助压实起模 四 金属液态成形方法 铸造 砂型铸造特种铸造金属型铸造熔模精密铸造压力铸造离心铸造实型铸造 一 砂型铸造是传统的液态成形 它适用于各种形状大小及各类合金铸件的生产 其最基本是工序是造型和制芯 应用最广 工艺灵活 成本最低 对技术要求高 质量不易控制 1 关键环节1 造型 手工造型 机器造型 主要解决型砂紧实 起模等 2 制芯 手工制芯 用芯盒 3 金属熔炼 控制好合金成分和浇注温度4 配砂及型砂输送自动化 手工造型工艺装备 模样 芯盒 砂箱等 简单 操作灵活 生产准备时间短 适应性强等优点 但工人的技术水平高 劳动强度大 铸件的表面质量和尺寸精度差 主要用于单件小批生产 特大型铸件的生产 机器造型是将填砂紧实和起模等主要工序实现机械化 机械化砂处理 浇注 落砂等工序共同组成流水生产线 生产率高 铸型和铸件的质量都较高 成本高 生产准备时间较长 适用于中 小型铸件的批量生产 按紧砂原理 机器造型分振压造型 微振压实造型 高压造型 抛砂造型 机器造芯 射芯机造芯方法普通造芯 冷芯盒造芯 热芯盒造芯 芯盒温度在200 250 保温 所用芯砂为呋喃树脂 属热固性材料 型芯在芯盒内经60s左右即可固化 壳芯机造芯 芯盒温度在200 280 所用芯砂为酚醛树脂砂 树脂受热熔融 芯砂结成3 10mm 倒出松散型砂 加热30 90s 制成高强度的壳芯 目前广泛用于制造汽车上的复杂型芯 2 关键技术 铸造工艺设计铸件成形工艺分析内容 选择铸件浇注位置和分型面确定工艺参数 起摸斜度 收缩量等 型芯与芯头设计浇注系统设计与计算冒口与冷铁设计与计算绘制铸造工艺图 铸件图 铸造工艺图 铸造工艺图 将工艺设计的内容 工艺方案 用工艺符号或文字在零件图上表示出来所形成的图样 其中包括 浇注位置 分型面 型芯的数量 形状 尺寸 加工余量 收缩率 浇注系统 起摸斜度 冒口与冷铁的尺寸与布置等 车床进给箱体铸造工艺图 1 铸件成形工艺分析 给定零件图纸 认定铸件名 使用功能 材质牌号及技术要求 分析零件主要轮廓尺寸 壁厚大小及分布 主体结构及形状复杂程度 从零件图 铸造工艺图 毛坯图 2 浇注位置的选定 浇注位置 浇注时铸件在铸型中所处的空间位置 确定的原则 重要部位 主要加工面一般放在下箱 部 或侧立 因下部质量比上部好 床身的浇注 导轨面朝下 因导轨面是最重要表面 滚筒表面侧立 立浇 大平面朝下 倒立浇注 面积较大的铸件的薄壁部分置于铸型下部 床身的浇铸位置图 床身导轨面是关键表面 不允许有明显的表面缺陷 要求组织细密 因此通常将导轨面朝下浇注 卷扬筒的浇注位置图 因卷扬筒圆周表面的质量要求较高 不允许有铸造缺陷 故采用如左图所示的立浇 平板铸件的浇注位置图 在浇注过程中金属液对型腔上表面有强烈的热辐射 型腔因急剧热膨胀致使强度下降而开裂 易形成夹砂 结疤等缺陷 所以平板圆盘类铸件大平面应朝下 薄壁铸件的浇注位置图 为防止铸件薄壁部位产生浇不足 冷隔缺陷 因此应将面积较大的薄壁部位置于铸型下部位置浇注 3 确定分型面的位置 铸型分型面是铸型间相互接合的表面 选择原则 应保证模型能顺利从铸型中取出基本要求 尽量使分型面平直 数量少 有利于拔模 分型面应选在铸件的最大截面处 应尽量使铸件的全部或大部分置于下箱以保证铸件的尺寸精度 并避免不必要的型芯和活块 以简化造型工艺 应尽量使型腔及主要型芯位于下箱 为便于造型 下芯 合箱及检验铸件的壁厚 平面分型 分型面最少 分型面选定便于造型和下芯 且使铸件全部或大部置入下箱 4 工艺参数的选择 机械加工余量 其大小依合金成分与尺寸 铸件浇注位置 机械加工精度而定 见P70表2 10不铸孔 根据合金类别和生产批量参照表中数据选择 12 1515 30 起模 拔模 斜度为了使模型 或型芯 易于从砂型 芯盒 中取出 以免损坏砂型和型芯 凡平行于起模方向的模样表面上留有一定的斜度 起模斜度 起模斜度的大小根据模样的高度 模样的尺寸及造型方法来确定 金属模 取0 5 1 木模取1 3 内壁的起模斜度比外壁大 起模斜度的形式图 收缩率由于合金的线收缩 铸件冷却后的尺寸比型腔尺寸略为缩小 为了保证铸件的应有尺寸 模样尺寸必须比铸件放大一个该合金的收缩量 铸造线收缩率 灰铁0 8 1 0 铸钢1 3 2 非铁合金1 0 1 4 铸造圆角设计和制模时 相交壁的交角做成圆角 铸造圆角 圆角半经一般约为相交两壁平均厚度的1 3 1 2 5 型芯与芯头设计 型芯 型芯的功能是形成铸件的内腔 孔洞 或局部外型对于形状复杂的大铸件将型芯内腔分割成数块 便于操作等 型芯头是型芯的定位 支持 和排气结构 设计时 保证定位准确 能承受砂芯自身重量和液态金属的冲击 浮力等外力作用浇注时砂芯内部气体顺畅引出铸件 型芯头 使型芯定位准确 支撑稳定 排气通畅 分垂直芯头和水平芯头两种型式 6 浇注系统 作用 引入金属 液流平稳 减少冲击 撇渣 砂或杂质进入型腔 调节温度场分布 控制凝固顺序 防缩孔 裂纹产生 组元浇口杯 接纳金属液 直浇道 其高度决定金属液流引入的静压力 横浇道 引入金属液流 撇渣 内浇道 引入金属液流 调节温度场分布 类型 封闭式 F直 F横 F内 1 15 1 1 1 开放式 F直 F横 F内 1 2 4 内浇口位置 6 冒口与冷铁冒口作用 补缩 冒口类型 明冒口 暗冒口 冒口清除 非铸件组成 清理时将冒口切除 冷铁 分内冷铁和外冷铁 增加热节处冷速 7 铸造工艺图纸 铸造工艺设计实例 1 C6140车床进给箱体材料HT200生产批量单件小批量或大批量生产工艺分析该进给箱没有特殊质量要求的表面 但应尽量保证基准面D的质量要求 便于定位 采用不同的分型面 共有三种方案 方案1 分型面在轴孔中心线上方案2 从基准面D分型 铸件绝大部分位于下箱 方案3 从B面分型 铸件全部位于下箱 车床进给箱体零件图 分型面是选择图 采用不同的分型面 共有三种方案 方案1 分型面在轴孔中心线上方案2 从基准面D分型 铸件绝大部分位于下箱 方案3 从B面分型 铸件全部位于下箱 A 方案I优点 适用于铸出轴孔 铸后轴孔的飞边少 便于清理 同时下芯尺寸较大 型芯稳定性好 缺点 基准面D朝上 使该面较易产生缺陷 且型芯数量较多 适用大批量生产 为了克服基准面朝上的缺点 必须加大D面的加工余量 方案II优点 从基准面D分型 铸件绝大部分位于下箱 凸台A不妨碍起模 缺点 基准面朝上 轴孔难以直接铸出 单件小批量生产采用此方案 方案III 优点 铸件全部位于下箱 铸件不会产生错箱缺陷 基准面朝下 其质量易于保证 同时最薄处在铸型下部 铸件不易产生浇不足 冷隔的缺陷 缺点 凸台E A和槽C都需要用活块或型芯 型芯稳定性差 轴孔也难以直接铸出 适用于单件 小批量生产 车床进给箱铸造工艺图 大批量生产采用方案1 单件 小批生产采用方案2或方案3 小批生产时 三个方案均可考虑 二 熔模铸造指用易熔材料制成模样 在易熔模样表面包裹若干层耐火材料 待其硬化干燥后 将模样熔去制成中空型壳 从而获得无分型面的铸型 经高温焙烧后 填砂浇注而获得铸件的一种成形方法 又称 失蜡铸造 1 工艺过程 工艺过程归纳 蜡模制造蜡模由压型 压制模具的专用工具 制出 压型应尺寸精确 表面光洁 蜡模材料 蜡基模料 50 的石蜡和50 的硬脂酸 树脂 松香 基模料 型壳制造将熔模组浸泡在耐火涂料 石英粉 刚玉粉 中 待熔模表面均匀挂上一层涂料后 撒上一层石英砂 硬化 重复 4 8次 进行涂料 撒砂 硬化 脱模 型壳焙烧和浇注将型壳浇口向上 浸在85 90 C的热水中 熔模熔化后从浇口溢出 浮在水面 得到中空型壳 送入加热炉 800 950 C 中焙烧 出炉后趁热浇注 2 特点 铸件精度高 表面质量好 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 形状复杂程度不限 生产批量不限 工艺过程复杂 原材料价格高 铸件成本高 3 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 三 金属型铸造1 方法 铸型与浇冒口系统用钢铁加工成 液态金属快速注入金属铸型中并在重力的作用下凝固成形以获得铸件的方法 又称 永久铸造 2 工艺1 型内开排气孔 加强向外排气 2 喷刷涂料 3 铸型预热 100 350 4 及时开型取件 4 应用铝 铜合金件 如汽车活塞 变速箱盖等 3 特点1 冷却快 结晶细 力学性能好 2 尺寸精度高 表面光洁 CT7 CT9 Ra3 2 12 5 3 一型多铸 工艺过程简便 提高生产效率 4 金属型结构较复杂 有较高的模具制造成本 5 不适于生产形状过于复杂 薄壁 大型铸件和小批量生产 也不适于钢铁件的成形 主要是模具材料要求耐高温不好解决 四 压力铸造1 过程压铸 将液态或半固态金属在高压下 5 150MPa 快速注入金属铸型中 并在高压作用下凝固以获得铸件的方法 卧式压铸机的工作过程 注入金属压铸取出铸件 2 特点 3 应用非铁合金件的大量生产 如 气缸体 汽车变速箱盖 端盖 等 设备 压铸机 模具投资较大 对模具设计要求较高 适于大批量生产 机械化 自动化水平高 生产效率高 50 150件 h 最高可达500件 h 可挤压出复杂的薄壁件 尺寸精度和表面质量最高 CT4 CT8 Ra1 6 12 5 一般无须切削加工而投入装配 铸件内在质量好 结晶细密 强度 硬度高 汽车压铸件 五 离心铸造 定义 将金属液浇入旋转的铸型中 在离心力作用下 成形并凝固的铸造方法 可用金属型 也可用砂型 适合铸造中空铸件 又能铸造成形铸件 离心铸造的特点 离心铸造的优点铸件组织致密 无缩孔 缩松 气孔 夹渣等缺陷 铸造中空铸件时 不用型芯和浇注系统 金属液的充型能力得到提高 可浇注流动性较差的合金铸件和薄壁铸件 如涡轮和叶轮等 便于铸造双金属铸件 如可在钢套上镶铸薄层铜材离心铸造的缺点铸件易产生偏析 内孔不准确 内表面较粗糙 需要增大加工余量 离心铸造的应用 生产长管 套类零件如铸铁管 铜套 缸套等 此外 也生产耐热钢管道 特殊钢无缝钢管毛坯等 铸件内径从 7mm 3m 长8m 可重达十几吨 1 特点它是用泡沫塑料模样替代木模 或金属模 制造铸型 模样不取出 浇注时模样气化消失而获得铸件的方法 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 六 实型铸造 气化模或消失模铸造 2 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 3 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 金属液态成形的合理选择 在适用铸件大小方面 砂型铸造生产大 中 小件 熔模铸造一般只适宜生产小件 金属铸造 压力铸造用于生产中 小件 在适用合金种类方面 砂型铸造可用于铸钢 铸铁 有色金属等材料 熔模铸造用于熔点更高的合金铸钢件 金属型铸造 压力铸造一般只用于有色合金铸造 在铸件的尺寸精度和表面粗糙度方面 砂型铸件的尺寸精度最差 表面粗糙度Ra最大 其它特种方法均能获得较高的尺寸精度和表面质量 压力铸件的表面质量最高 在选择铸造方法时 应进行综合全面的技术分析 复习题 砂型铸造的关键技术包含哪些内容 举例说明铸件浇注位置和分型面的选择原则及应用 用示意图说明铸造型芯和芯头的作用 说明浇注系统的组元及其应用 列表统计说明金属型铸造 熔模精密铸造 压力铸造和实型铸造的特点和应用 试确定下列零件在大批生产条件下 最宜采用哪种成形方法 缝纫机头 汽轮机叶片 铝活塞 柴油机缸套 摩托车汽缸体 车床床身 大模数齿轮滚刀 汽车喇叭 家用煤气炉减压阀 五 铸件的结构设计 在设计铸件时 不仅要符合力学性能和使用功能要求 也要易于铸造 使之品质好 生产率高 成本低 后者为评价铸件结构工艺性好坏的指标 铸件设计主要考虑其壁的设计 外形 内腔 设计 使之合理 作到好用 好造 耐用 一 铸件设计三性1 使用性 满足使用功能的要求 2 工艺性 能造 便造 成本低 3 艺术性 满足外观功能要求 二 铸件的结构设计原则 1 壁的设计 壁厚大小要适当 壁厚取决于合金的流动特性 铸铁轮廓的大小 P41表2 1 壁厚分布要均匀 铸件壁过厚容易使铸件内部晶粒粗大 产生缩孔缩松等缺陷 壁的圆弧过渡 避免直角和锐角连接 凡是非加工表面铸锻时 都采用圆弧连接 凡是加工表面都一般不用圆弧连接 以弯辐或错移设计加强筋 图1应尽量减少铸件壁厚并使之均匀 图1 a 因铸件壁过厚 铸件内部晶粒粗大 产生缩孔等缺陷 图1 b 采用挖空 壁厚呈均匀分布 消除了缩孔缺陷 节约了金属材料 图1 c 设置加强筋 壁厚呈均匀分布 消除了缩孔缺陷 节约了金属材料 图2不同转角处的热节 a b 图2 a 直角连接内侧散热条件差 易产生缩孔和缩松缺陷 产生应力集中 产生裂纹 图2 b 圆角连接 即可减少热节 缓和了应力集中 图3锐角连接 图3a 锐角连接时 使该处的应力集中导致产生裂纹 缩孔等缺陷 图3b 当两壁的夹角小于90 时 所采用的过渡形式 图4轮辐的设计 图4a 轮辐为直线形 偶数时 当合金的收缩较大而轮缘轮毂 轮辐的厚度差又较大时 因冷却速度不同 收缩不一致形成较大的内应力 图4b