《铸造基础知识教程》PPT课件.ppt

铸造基础知识教程 第一篇铸铁简介第一章 绪论1 铸造在国民经济中的地位和作用铸造是熔炼金属 制造铸型 并将熔融金属浇入铸型 凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法 1 铸造在国民经济中的地位和作用 1 特点及其重要性1 适用范围广从几克到480吨的各种合金铸件 铸件形状可以非常复杂2 可制造各种合金铸件3 铸件的尺寸精度高4 成本低廉铸件在一般机器生产中约占总质量的40 80 而成本只占机器总成本的25 30 成本低廉的原因是 容易实现机械化生产 可大量利用废 旧金属料 与锻件相比 其动力消耗小 尺寸精度高 加工余量小 节约加工工时和金属 2 我国铸造技术的发展 我国的铸造技术已有6000年悠久的历史 是世界上较早掌握铸造技术的文明古国 1978年湖北省随县出土的曾侯乙墓青铜器重达 t 有64件的一套编钟 铸造时代是距今2400年前的战国初期 湖北省随县出土的曾侯尊盘可以看出铸工之精湛 铸于战国初期 河北省沧州的大铁狮 高5m多 长近6m 重19 3t 是公元9世纪五代后周时铸成的 战国时期的青铜编钟之一 战国初期铸的曾侯尊盘 沧州的大铁狮 铸于公元953年 5m轧机机架 480T 浇注情况 合金船用推进器直径11米重量100吨 吉祥钟 大钟之最锡青铜铸造重ll6吨 加工中心床身 立车工作台 135T球铁横梁 14米唐津床身 3 近代工业生产中占有不可替代的地位 特别是基础工业 1 机械加工工业 如机床 铸件占50 90 2 汽车 拖拉机工业 3 铁路 4 石油化工 矿山冶金 5 国防工业 6 其他 造船 仪表 航空航天 民政城建等 4 铸造生产水平的标志 1 机械化 自动化生产 2 质量 包括表面质量 大大提高 3 生产规模扩大 4 产量 2 铸造生产工艺流程和控制关键 1 生产工艺流程 合同签订 行政管理 环境管理 生产计划 生产调度 原材料进厂 原材料检验 库房管理 基本建设 设备管理 设备维护 工艺设计 工装设计 模型制作 模型检验 工艺施工 工艺检验 配砂 天车运输 造型 制芯 合箱 配料 熔化 浇注 打箱 落砂 清理 退火 抛丸 打磨 精整 油漆 产品检验 产品加工 产品包装 产品运输 出入库管理 产品销售 售后服务 1 生产工艺流程 合箱 2 控制关键 1 原材料 包括金属的 非金属的 以及辅料 2 熔炼 包括配料及其控制 熔炼方法及设备 3 造型 包括造型方法 铸型工艺设计以及造型材料处理 4 热处理 5 检测 3 铸铁的特性和分类 1 特性 1 具有一定的力学性能 性能举例和检测方法介绍 2 铸造性能好 造型工艺性好 流动性 补缩性 防裂性 3 减震性好 缺口敏感性低 4 加工切削性能好 5 有一定的耐磨性和其他特殊性能 6 较好的热处理性 7 生产成本低 设备可简单 2 分类 HT QT RuT KT 特种铸铁等 第二章灰铸铁 2 1灰铸铁的特点1 金相组织与力学性能组织 G片 P或G片 P F 间或有少量Cm 非金属夹杂物 硫化物 磷共晶 2 牌号与成分1 灰铸铁牌号 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350 共5个牌号 表一灰铸铁件的化学成分 表一灰铸铁件的化学成分 说明 1 随牌号提高 即 b 则C Si 2 同一牌号 铸件壁厚 则C Si 3 高于HT250的牌号 或高于HT200 是通过孕育处理得到的 4 根据目前国内的生产水平 一般要求P S 0 10 5 高牌号灰铸铁件可采用低合金化 2 3灰铸铁组织中的石墨和基体 1 石墨1 分布形态 A 均匀分布 无向性 过冷度小结晶 B 片状和点状石墨聚集成菊花状 蔷薇状 较大过冷下结晶 C 部分石墨带尖角块状 粗大片状 初生石墨 过共晶成分 冷速小 D 晶间点状石墨 呈无向分布 冷速大 为过冷石墨 亚 共 过共晶成分都存在 E 晶间网状石墨 呈有向分布 冷速小 Sc较小的成分下存在 F 星状石墨 初生石墨 过共晶成分 冷速大 薄壁铸件 2 尺寸大小 分8级 2 基体 珠光体 P b 800 850N mm2 HB 160 260 20 25 铁素体 F b 250 300N mm2 HB 80 100 40 55 需要特别指出的是 由于石墨 片状 割裂并缩减了基体 灰铸铁的 b只及纯P体的1 5 1 3 而 0 说明 1 HT的基体由不同比例的F P组成 不容许Cm存在 1 3 降低切削性能 2 HT中随P 则 b HB 而牌号越高 P 高牌号HT中 P 100 在实际生产中 100 F的HT几乎没有 3 从提高铸件的均匀性 改善切削性能的角度出发 要求在 b同时 HB 2 4灰铸铁的孕育 1 孕育处理的目的1 消除白口 结晶为灰口 2 改善石墨形态 得到GA P细片组织 b 3 细化晶粒 增加P量和共晶团数目 4 提高组织均匀性 消除壁厚差别 3 孕育处理工艺孕育剂 75Si Fe SiBaCa等 粒度 2 5mm 加入量 0 2 0 6 加入方式 炉前包内冲入 出铁口随流 包底 瞬时随流等 第三章球墨铸铁 3 1概述1 球墨铸铁的特点1947年 英国人H Morrogh在实验室内采用Ce处理铁液 得到球状石墨 并于1948年在美国铸造工程师协会上宣布 成为球铁的发明者 球铁的根本性特点 1 石墨形状的改变 从片 球状 使石墨对基体的割裂作用减到最小 从而根本上改变了铸铁的性能水平 2 可以发挥基体的作用来达到性能要求 1 通过热处理调节 2 铸态下获得 2 球铁的主要种类和应用 3 球铁的牌号QT400 18QT400 15QT450 10QT500 7QT600 3QT700 2QT800 2QT900 2QT600 3QT球铁600抗拉强度600MPa3延伸率3 奥铁体球铁 等温淬火ADI1600Mp 4 球铁生产工艺过程 3 2球墨铸铁的化学成分球铁的基本合金成分 C Si Mn P S Mg RE 第四章冲天炉熔炼 1 冲天炉炉体为一直立的圆筒 由钢板卷成 内砌耐火砖炉衬 2 金属炉料有铸造生铁 废钢 回炉料和硅铁 锰铁等合金 3 燃料主要有焦炭 4造渣熔剂有石灰石 萤石等 根据铸铁的技术要求 考虑到熔炼过程中元素的增损情况 须进行配料计算并称量入炉 第二篇铸造生产过程 第一章造型1 造型材料 1 原砂 石英砂 主要成分SiO2 颗粒形状 尖角形 多边形 圆形2 粘结材料 1 粘土 用于粘土砂 高岭石 Al2O3 2SiO2 2H2O蒙脱石 Al Mg 2 OH 2 Si4O10 Na Ca x nH2O 2 膨润土 是以蒙脱石为主的含水粘土矿 3 水玻璃 俗称泡花碱 是一种水溶性硅酸盐 其水溶液为水玻璃 其化学式为R2O nSiO24 合成树脂 呋喃树脂是指以具有呋喃环的糠醇 甲醛和尿素作原料生产的树脂类的总称 1 1 1 种类有糠醇树脂 糠醛树脂 糠酮树脂 糠酮 甲醛树脂等 外观为深褐色至黑色的液体或固体 3 固化剂 使型 芯 砂中的粘结剂产生化学反应而将砂粒固结在一起的材料 苯磺酰氯 对甲苯磺酰氯 硫酸乙酯 磷酸和甲苯磺酸等 4 涂料 作用 1 防止铸件粘砂 2 降低表面粗糙度 3 加固砂型表面 4 屏蔽或隔离作用 5 铸件表面合金化和晶粒细化 6 减少铸件落砂 7 调节铸件凝固温度场 根据载体不同分为 水基涂料 需烘干 醇基涂料 组成 1 耐火材料 石英粉 刚玉粉 锆英粉 石墨粉等 2 载体3 悬浮剂 膨润土 4 粘结剂 酚醛树脂 5 添加剂方法 1 刷涂法 2 浸涂法3 喷涂法4 流涂法 5 树脂自硬砂 1 特点 1 无需加热烘干 2 铸件质量高 尺寸精度可达CT8 CT103 型砂容易紧实 易溃散 好清理 旧砂容易再生利用 大大减轻劳动强度 改善劳动环境4 价格较高 成本高 5 起模时间为几分钟到几十分钟 生产效率高6 受环境温度 湿度影响大 要求严格的工艺控制 7 有刺激性气味 注意劳动保护 8 发气量大 必须保持通气道畅通 2 原材料 1 原砂 SiO2 90 含泥量 0 2 粒度适中 水分 0 2 颗粒形状越接近圆形越好 2 粘结剂 呋喃树脂 糠醇含量越高 强度越高 含氮越高 硬化速度越快 掺加量0 8 1 0 3 固化剂 甲苯磺酸 加入量依硬化速度 气温 湿度 砂温 树脂种类调整 加入量增加 硬化速度加快 但不能过量 否则 树脂膜焦化 强度明显降低 掺加量0 4 0 5 4 添加剂 硅烷 氧化铁粉 甘油等 提高强度 防止气孔 冲砂混砂工艺 砂 固化剂 混匀 树脂 混匀 卸砂 3 性能 1 终强度 24h强度值 型砂 0 6 0 8MPa 芯砂0 8 1 0MPa 复杂砂芯1 6 2 0MPa 8字模检测 2 硬化速度 调整固化剂酸度值 温度降低 酸度值增加 固化剂加入量 3 热变形性及溃散性 调整树脂成分比例 4 紧实度 单位体积内型砂质量的大小表示密集程度 1 6 1 8g cm3 4 旧砂再生 1 减少环境污染 降低成本 2 减少树脂掺入量 3 热稳定性好 易控制 5 常见缺陷 1 气孔 固化剂加入过多 涂料干燥不充分 通气道堵塞及砂芯出气不良2 机械粘砂 原砂粒度太粗或分布过于集中 紧实度不够 涂料耐火度不够 涂料层太薄 2 造型方法 1 根据铸造方法分 1 砂型铸造用型砂紧实成型的铸造方法 型砂来源广泛 价格低廉 且砂型铸造方法适应性强 因而是目前生产中用得最多 最基本的铸造方法 2 特种铸造与砂型铸造不同的其它铸造方法 如熔模铸造 石膏型铸造 陶瓷型铸造 金属型铸造 压力铸造 低压铸造和离心铸造等 区别 1 改变铸型的制造工艺或材料2 改善液体金属充填铸型及随后的冷凝条件 2 根据操作方式分 手工造型和机器造型3 根据模型类型分 实样造型和型板造型4 根据工装分 砂箱造型和地坑造型5 根据砂型分湿型干型自硬型 第二章制芯 1 作用 形成铸件的内腔 孔和铸件外形不能出砂的部位 砂型局部要求特殊性能的部分 有时也用砂芯 2 要求 砂芯的形状 尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件要求 具有足够的强度和刚度 在铸件形成过程中砂芯所产生的气体能及时排出型外 铸件收缩时阻力小和容易清砂 3 芯头是指伸出铸件以外不与金属接触的砂芯部分 包括芯头长度 斜度 间隙等 芯头长度指的是砂芯伸入铸型部分的长度 芯头斜度 芯头间隙为了下芯方便 通常在芯头和芯座之间留有间隙 0 2 6mm 防压环 打披缝 防止砂型被压塌 防止掉砂缺陷 作用 定位和固定砂芯 排出气体 4 芯盒种类 1 整体式芯盒 结构简单 砂芯易取出2 可拆式芯盒 结构复杂 砂芯不易取出3 对开式芯盒 结构简单且对称4 脱落式芯盒 结构及其复杂 砂芯活块不容易取出 5 芯骨 芯铁 作用 1 增加砂芯的强度和刚度2 便于砂芯的吊运3 固定砂芯4 排气种类 铸铁浇注铁丝绑扎钢筋焊接 第三章合箱 1 检查砂型和砂芯2 下芯3 验型4 合箱5 紧固及放压铁 1 上砂型抬箱力 P1 Fh g 2 砂芯浮力 P2 V g G 砂芯 3 总压重 P P1 P2 S G 上 第四章浇注 浇注温度 厚大的铸件 易裂的铸件应采取较低的浇注温度 薄壁铸件 应采用较高的浇注温度 原则 高温熔炼 低温浇注浇注速度 薄壁铸件 形状复杂 具有大平面的铸件 应快速浇注 形状简单的厚实铸件 宜慢速浇注 第五章落砂及清理 1 落砂温度 大型铸铁件 200 300 复杂易裂件 200 2 热处理 时效及退火作用 消除应力 降低硬度 改善加工性能 第三篇铸造工艺简介 第一章铸造工艺设计概论一 概念铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点 技术要求 生产批量和生产条件等 确定铸造方案和工艺参数 绘制铸造工艺图 编制工艺卡等技术文件的过程 二 设计依据 一 生产任务1 铸造零件图样2 零件的技术要求3 产品数量及生产期限 二 生产条件1 设备能力2 车间原材料情况 3 工人技术水平和生产经验 4 模具的加工能力和生产经验 三 考虑经济性 三 铸造工艺方案的确定 砂型铸造工艺方案内容 造型 造芯方法和铸型种类的选择 浇注位置及分型面的确定等 审查 第一 审查零件结构是否符合铸造工艺的要求 在保证使用要求的前提下予以改进 第二 在既定的零件结构条件下 考虑铸造过程中可能出现的主要缺陷 在工艺设计中采取措施予以防止 第二章铸造工艺设计过程 第一节零件结构的铸造工艺性好的铸造零件是经过以下设计步骤完成的 功用设计 依铸造经验修改和简化设计 冶金设计 铸件材质的选择和适用性 考虑经济性 审查一 从避免缺陷方面审查铸件结构二 从简化铸造工艺方面改进零件结构 第二节造型 造芯方法的选择 1 造型 造芯方法应和生产批量相适应2 造型方法应适合工厂条件3 要兼顾铸件的精度要求和成本 第三节浇注位置的确定 铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置 确定浇注位置在很大程度上着眼于控制铸件的凝固 确定浇注位置原则 1 铸件的重要部分应尽量置于下部2 重要加工面应朝下或呈直立状态3 使铸件的大平面朝下 避免夹砂结疤类缺陷4 应保证铸件能充满5 应有利于铸件的补缩6 避免用吊砂 吊芯或悬臂式砂芯 便于下芯 合箱及检验7 应使合箱位置 浇注位置和铸件冷却位置相一致 第四节分型面的确定 分型面是指两半铸型相互接触的表面 1 应使铸件全部或大部置于同一半型内2 应尽量减少分型面的数目3 分型面应尽量选用平面4 便于下芯 合箱和检查型腔尺寸5 不使砂箱过高6 受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度7 注意减轻铸件清理和机械加工量 第五节 砂芯设计 一 保证铸件内腔尺寸精度 二 保证操作方便 三 保证铸件壁厚均匀 四 应尽量减少砂芯数目 五 填砂面应宽敞 烘干支撑面是平面 六 砂芯形状适应造型 制芯方法 第六节选择铸造工艺设计参数铸造工艺设计参数是 铸造收缩率 缩尺 机械加工余量 起模斜度 最小铸出孔的尺寸 工艺补正量 分型负数 反变形量 及分芯负数等 铸造收缩率铸造收缩率K的定义是K LM LJ LJ 1 式中LM 模样 或芯盒 工作面的尺寸 LJ 铸件尺寸 工艺补正量 在单件 小批生产中 由于选用的缩尺与铸件的实际收缩率不符 或由于铸件产生了变形 操作中的不可避免的误差等原因 使得加工后的铸件某些部分的厚度小于图样要求尺寸 严重时会因强度太弱而报废 因工艺需要在铸件相应非加工面上增加的金属层厚度称为工艺补正量 分型负数为了防止浇注时跑火 合箱前需要在分型面之间垫以石棉绳 泥条或油灰条等为抵消铸件在分型面部位的增厚在模样上相应减去的尺寸 称为分型负数a 两半模样都留负数b 上半模样留负数c 下半模样留负数 模样的分型负数1 适用于工艺装备好 成批生产的干砂型 表干砂型 适用于工艺装备差 单件生产的干砂型2 采用流态砂 水玻璃砂 化学自硬砂型 固化后起模者 分型负数应减小 反变形量铸件冷却缓慢的一侧必定受拉应力而产生内凹变形 冷却较快的一侧必定受压应力而发生外凸变形易变形铸件 为防止铸件在凝固收缩时弯曲变形 故造型时应做出反变形量 挠度 a 月牙形R b 竹节形C 三角形 最小铸出孔及槽 较大的孔 槽等 应铸出来 以便节约金属和加工工时 同时还可以避免铸件局部过厚所造成的热节 提高铸件质量 较小的孔 槽 或者铸件壁很厚 则不宜铸出孔 直接依靠加工反而方便 有些特殊要求的孔 如弯曲孔 无法实行机械加工 则一定要铸出 可用钻头加工的受制孔 有中心线位置精度要求 最好不铸 铸出后很难保证铸孔中心位置准确 再用钻头扩孔也无法纠正中心位置 铸件的最小铸出孔 最小铸出孔直径指的是毛坯孔直径 起模斜度要求 1 小于或等于图上规定的起模斜度值 2 内外壁 芯盒斜度取值相同 方向一致 3 非加工面于外形一致 尽量选用一种或两种斜度 a 增加铸件尺寸法b 增加和减少铸件尺寸法c 减少铸件尺寸法 铸件尺寸公差 GB T6414 1999 注 在等级CT1 CT15中对壁厚采用粗一级公差 对于不超过16mm的尺寸 不采用CT13 CT16的一般公差 对于这些尺寸应标注个别公差 等级CT16仅适用于一般公差规定为CT15的壁厚 我国的铸件尺寸公差标准GB6414 1999等效采用IA08062 1994第二版 铸件尺寸公差制 它是设计和检验铸件尺寸的依据 具体规定了砂型铸造 金属型铸造 低压铸造 压力铸造 熔模铸造等方法生产的各种铸造金属及合金的铸件尺寸公差 包括铸件基本尺寸公差值 所规定的公差是指正常生产条件下通常能达到的公差 由精到粗分为16级 命名为CTl到CTl6 CT是CaAtingT leranceA之缩写 机械加工余量 GB T11350 1999 铸件尺寸公差与机械加工余量 标准中规定 要求的机械加工余量RMA适用于整个毛坯铸件 且该值应根据最终机械加工后成品铸件的最大轮廓尺寸和相应的尺寸范围来选取 加工余量的代号用字母RMA RequiredMachiningAll wanceA 表示 加工余量等级由精到粗分为A B C D E F G H J和K共10个等级 用于各种铸造合金和铸造方法 仅作为参考资料用 要求的铸件机械加工余量 RMA GB T6414 1999 铸件尺寸公差 指铸件公称尺寸的两个允许极限尺寸之差 GB6414 1999 CT8 CT10铸件重量公差 铸件重量变动的允许值 以占铸件公称重量的百分率为单位 MT1 16级 第三章浇注系统设计一 典型浇注系统的结构1 浇口杯2 直浇道3 直浇道窝4 横浇道5 末端延长段6 内浇道 对浇注系统的基本要求 所确定的内浇道的位置 方向和个数应符合铸件的凝固原则或补缩方法 在规定的浇注时间内充满型腔 提供必要的充型压力头 保证铸件轮廓 棱角清晰 使金属液流动平稳 避免严重紊流 防止卷入 吸收气体和使金属过度氧化 具有良好的阻渣能力 金属液进入型腔时线速度不可过高 避免飞溅 冲刷型壁或砂芯 保证型内金属液面有足够的上升速度 以免形成夹砂结疤 皱皮 冷隔等缺陷 不破坏冷铁和芯撑的作用 浇注系统的金属消耗小 并容易清理 减小砂型体积 造型简单 模样制造容易 此外 对于薄小铸件常可用浇注系统当冒口 浇口杯的功用 用来承接来自浇包的金属液 防止金属液飞溅和溢出 便于浇注 减轻液流对型腔的冲击 分离渣滓和气泡 阻止其进入型腔 增加充型压力头 分漏斗形和盆形两大类 漏斗形浇口杯挡渣效果差 但结构简单 消耗金属少 盆形浇口杯效果较好 直浇道窝作用 1 缓冲作用2 缩短直 横拐弯处的高度紊流区3 改善内浇道的流量分布4 减小直 横浇道拐弯处的局部阻力系数和水头损失5 浮出金属液中的气泡 横浇道发挥阻渣作用应具备的条件 1 横浇道应呈充满流态2 流速应尽可能低3 内浇道的位置关系要正确 内浇道距直浇道应足够远 有正确的横浇道末端延长段 封闭式浇注系统的内浇道应位于横浇道的下部 且和横浇道具有同一底面 开放式浇注系统需把内浇道重迭在横浇道上方 用横浇道的顶面及末端延长段粘附和储留渣滓 封闭式浇注系统横浇道末端延长段的形式a b 差c d 中e 良f 优 浇注系统横 内浇道的位置关系a d 错误b c e 正确 三 强化横浇道阻渣的措施1 设置筛网芯的浇注系统轻合金浇注系统中过滤网2 设置集渣包的浇注系统 设置集渣包的浇注系统a 齿形集渣包b 离心集渣包 直浇道 横浇道和内浇道截面积之比称为浇口比充型时的两种流态a 封闭式b 开放式 按充型条件分 1 封闭式浇注系统 阻渣能力好 防止金属卷入气体 消耗金属少 但流速高 易喷溅和冲砂 2 开放式浇注系统 流速小 充型平稳 冲刷力小 但阻渣效果差 金属消耗多 内浇道的基本设计原则 内浇道在铸件上的位置和数目应服从所选定的凝固顺序或补缩方法 方向不要冲着细小砂芯 型壁 冷铁和芯撑 必要时采用切线引入 内浇道应尽量薄 对薄铸件可用多内浇道的浇注系统实现补缩 内浇道避免开设在铸件品质要求很高的部位 为了使金属液快速而平稳地充型 尽量在分型面上开设内浇道 对收缩大的合金铸件 内浇道的设置应尽量不阻碍铸件的收缩 二 按内浇道在铸件上的位置分类 一 顶注式浇注系统a 简单式b 楔形 刀片 式c 压边式d 雨淋 二 底注式浇注系统a 基本形式b 牛角式c 底雨淋式1 浇口杯2 直浇道3 铸件4 内浇道5 横浇道6 牛角浇口 三 中间注入式浇注系统1 浇口杯2 出气冒口 四 阶梯式浇注系统a 多直浇道的b 用塞球法控制的c 控制备组元比例的d 带缓冲直浇道的e 带反直浇道的 铸铁件的浇口比 金属过滤技术 金属过滤技术大大减少了金属中的非金属夹杂物 阻渣 防止铸件夹渣缺陷 改善了金属的力学性能 特别是疲劳强度 改进了切削性能 延长刀具的使用寿命 提高铸件的表面品质 减小加工余量 简化浇注系统结构 提高铸件的工艺出品率 此外 还可改善某些合金铸件的耐腐蚀性等 市场供应三种典型的过滤网板 陶瓷网格过滤板 泡沫陶瓷过滤板和编织的玻璃纤维过滤网 过滤网 板在浇注系统中的安放位置直浇道下端b c 上 下横浇道搭接处d 浇口杯中e 型内球化或孕育反应室 第四章冒口 冷铁和铸肋1 冒口的种类作用 补缩 排气 集渣 观察口 通用冒口补缩原理 一 遵守顺序凝固基本条件 冒口