特种铸造考试复习

特种铸造 1 第一章 熔模铸造第一章 熔模铸造 熔模铸造的定义熔模铸造的定义 熔模铸造通常是在可溶模样的表面涂覆多种耐火材料 待其硬化干燥 后 加热将其中模样熔去 而获得与模样形状相应空腔的型壳 再经过焙烧 然后在壳型 温度很高的情况下进行浇注 从而获得铸件的一种方法 主要用蜡料蜡料制造可熔模样 人们把熔模称为蜡模 把熔模铸造称为失蜡铸造失蜡铸造 也有人简 称此法为精密铸造精密铸造 在熔模铸件的铸造工艺确定以后 生产中的第一道工序就是制造熔模制造熔模 熔模铸造的特点主要有熔模铸造的特点主要有 铸件的尺寸精确 可铸造形状复杂的铸件 铸件最小壁厚 可为 0 5mm 可铸最小孔径为 0 5mm 最小铸件重量可达 1 克 重的达 10kg 以上 不 受铸件材料的限制 铸件的尺寸不能太大 重量也有限制 工艺过程复杂 工序繁多 使生产过程控制难度大增 消耗的材料较贵 对模具和设备要求较严 生产周期长 铸 件冷却速度慢 铸件晶粒粗大 熔模铸造中对模料性能的要求有熔模铸造中对模料性能的要求有 模料的熔化温度应该在 60 90 之间 以便于配制 模料 制模和脱模 模料的开始熔化温度和终了熔化温度间的范围不应太窄或太宽 模料的软化点 软化温度 指标准模料试样按规定悬臂式地放置在热变形测定仪上 经 2h 后下垂 2mm 时的保温温度 又称热稳定性 要高于 40 以保证制好的熔模在室温下不 发生变形 模料在工作温度下应具有良好的流动性 能很好充填压型型腔 并在充型流 动时温度变化范围内 其流动性变化较小 以保证获得表面光洁的熔模 还能充分复制型 腔形状 其流动性还应保证脱模时模料易从型壳流出 模料的热胀 收缩 率要小而稳 定 要求模料凝固后有高的强度 韧性和表面强度 模料应能被型壳涂料很好润湿和 附着 使涂料在制壳时能均匀涂覆在熔模表面 正确复制熔模的几何形状 模料在高温 灼烧后 遗留的灰分要少 使焙烧后型壳内腔尽可能干净 防止铸件夹渣 模料的化学 活性要低 不应和生产过程中所遇材料发生化学作用 并对人体无害 模料要有好的焊 接性 便于组合模组 密度要小 以减轻操作过程中工人的劳动强度 能多次使用 价格 便宜 来源丰富 熔模铸造的模料主要有蜡基模料 松香基模料 系列模料 其他模料蜡基模料 松香基模料 系列模料 其他模料 模料一般用蜡料 天然树脂 松香 和高分子聚合物蜡料 天然树脂 松香 和高分子聚合物组成 模料的熔点在 60 70 的为低温模料低温模料 熔点在 70 120 的模料为中温模料中温模料 熔点在 120 以上以上的模料为高温模料高温模料 型壳性能的要求有型壳性能的要求有 强度 使型壳在使用的过程中不会开裂和损坏 热震稳定性 即抵抗急冷急热的性能 高温下的稳定性 型壳表面耐火度要高 当它与高温金属液接 触后 相互间不应发生有损于铸件表面质量的化学 物理作用 铸件表面上应没有粘砂 麻点 氧化层 脱碳层等缺陷 透气性 壳型应有一定的透气性 使浇注时型腔内气体 能顺利排出 避免铸件产生浇不足 气孔等缺陷 制造型壳用的耐火材料的性能要求主要有制造型壳用的耐火材料的性能要求主要有 耐火材料的热膨胀性要尽可能小和均匀 硅砂的热膨胀最大 且不均匀 而石英玻璃的热胀最小 而且均匀 耐火材料还应具 备高温化学稳定性 以保证铸件表面质量 在高温下分解能力越小的氧化物耐火材料 其 化学稳定性也越好 制型壳用耐火材料还应有合理的粒度 以保证型壳的致密度 强度 和透气性 常用的粘结剂有 硅酸乙酯水解液 水玻璃硅酸乙酯水解液 水玻璃和硅溶胶硅溶胶 制造型壳用涂料的性能主要有制造型壳用涂料的性能主要有 要保证型壳具有良好的服役性能 涂料本身应有好 的工艺操作性 第二章 金属型铸造第二章 金属型铸造 特种铸造 2 定义定义 金属型铸造是指将金属液用重力浇铸法浇入金属型 以获得铸件的一种铸造方法 由于铸型可以反复使用很多次 几百到几千次 故有永久型铸造永久型铸造之称 也曾经有过硬模硬模 铸造铸造的称谓 与砂型铸造相比较 金属型铸造的优缺点可以归纳为与砂型铸造相比较 金属型铸造的优缺点可以归纳为 铸件的质量和尺寸稳定 尺寸精度较高 金属型铸件的表面粗糙度较细 铸件的铸造斜 度 加工余量都可相应减小 废品率较低 由于铸件金属在金属型中冷却速度较快 铸 件对热节的敏感性也相应降低 液态金属中过饱和气体不易析出 使铸件组织致密度提高 与此同时晶粒也较细小 故铸件材质的力学性能比砂型铸件高 金属型上可方便地采取 较多工艺措施 以保证获得优质铸件 铸造生产中可不用型砂或很少量的芯砂 可节省 造型材料 相应地减少了砂处理和型砂运输设备 很大程度上改善了铸造生产的环境 液体金属的工艺获得率高 可比砂型铸造节约 15 30 液体金属的消耗 金属型制造成 本高 铸件外形不宜太复杂 所以金属型铸造适用于生产批量大 中小型铸件的生产 与砂型铸造相比较 金属型铸造时 铸件的成型特点为 与砂型铸造相比较 金属型铸造时 铸件的成型特点为 金属型材料的导热性比砂 型材料的大 金属型材料没有透气性 金属型材料没有退让性 容易造成铸件表面的 开裂 还会造成冷隔和浇不足 金属型结构的形式有金属型结构的形式有 整体金属型整体金属型 这种金属型无分型面 结构简单 铸件在一个型 内形成 尺寸稳定性好 水平分型金属型水平分型金属型 铸型分型面处于水平位置 这种金属型可将 浇注系统设在铸件的中心部位 垂直分型金属型垂直分型金属型 铸型的分型面处于垂直的位置 综合分型金属型综合分型金属型 垂直分子你干嘛有两个或两个以上 分型面即可水平 也可垂直有时还 可以是倾斜的 主要是根据铸件的结构形状决定 选择与设计金属型的原则有选择与设计金属型的原则有 简化金属型结构 提高铸件的尺寸精度 形状简单的部 分在同一型内 分型面的数量要尽可能少 以保证铸件出型 抽芯方便 保证浇冒口 的设置方便 金属充型平稳 有利于气体排出 最好别选在铸件的加工基准面上 尽 可能避免曲面分型 减少卸载件与活块数量 一般生产铝合金铝合金等低熔点合金的铸件时 铸型壁可以薄一些 但最小壁厚不得小于 12mm 生产铜合金和铁基金属铜合金和铁基金属铸件时 铸型壁厚不得小于 15mm 如金属型的材料为球 墨铸铁或钢 壁厚可稍小 金属型的破坏原因金属型的破坏原因 应力的叠加 热应力疲劳 铸铁生长 氧气侵蚀 金属 液的冲刷 铸件的摩擦 金属型外裂的原因金属型外裂的原因 应力的叠加 热应力疲劳 铸铁生长 氧气侵蚀 金属型产生变形的原因是 铸铁的生长铸铁的生长 金属型涂料的作用是金属型涂料的作用是 保护金属型 调节冷却速度 改善铸件表面质量 排气 对金属型涂料的要求为对金属型涂料的要求为 涂料中不应该含有与金属液起化学作用和耐火度小于金属液 温度的物质 对型壁应该有一定的黏着强度 不会被浇注的金属液冲刷掉落 能抵抗铸 件自型中取出时的磨损 不会因温度变化而开裂或自型上剥落 涂料应该有好的流变性 挥发的成分应尽可能少 应在浇注之前挥发干净 浇注时最好是无气挥发 浇注镁合 金铸件时 涂料应能起到防氧化的作用 易于自型上清除 涂料一般由粉状耐火材料粉状耐火材料 粘结剂粘结剂 载体载体 附加物附加物组成 第三章 压力铸造第三章 压力铸造 压力铸造压力铸造 使液态或半液态的金属在高压的作用下以极高的的速度充填压型 并在压力 作用下凝固而获得铸件的一种方法 特种铸造 3 高压力高压力和高速度高速度是压铸过程的两大特点 压力铸造的优点压力铸造的优点 铸件的尺寸和表面光洁度较高 铸件的强度和表面硬度较高 可以压铸形状复杂的薄壁铸件 生产率极高 互换性好 可简化装配操作 压力铸造的缺点压力铸造的缺点 易形成气孔 压型使用寿命短 压型加工周期长 成本高 压 铸机生产效率高 故压铸只适于大 批生产 1932 年弗洛梅尔充型理论弗洛梅尔充型理论 当金属液流经浇口进入型腔后 仍 保持浇口的断面直向型腔远端的对 面型壁射去 待到达对面型壁后 在此处的型腔中积聚 消失了冲击 力后 沿型壁在整个型腔断面上反 向移动 如果浇口的断面积 f 与型 腔断面积 F 之比 f F 1 3 1 4 这个反向流 动是比较平稳的 积聚的金属液以 小的旋转涡流形式向浇口方向移动 如果 f F 1 3 则进入型腔的液 流速度较高 在浇口对面远端型壁 上积聚的金属液在反向移动充填型 腔时 返回流的表面会出现强烈的 涡状紊流 型腔中的空气和随金属 液流进入型腔的空气依靠金属液充 填型腔时的压力挤出型外 弗洛梅尔充型理论 1944 年巴顿充型理论巴顿充型理论 a b c d e 特种铸造 4 将充型过程分为三个阶段 第一阶段 液体金属首先撞击对面型壁 并在该处沿型壁向型腔四周扩展流向内浇口 第二阶段 随后进入的液体金属沉积在薄壳层内的空间进行充填 直至充满 第三阶段 在型腔完全充填的同时 压力通过处于尚未凝固的中心部分作用在铸件上 巴顿充型理论 1937 年勃兰特充型理论 勃兰特充型理论 压铸时 金属经 浇口流入型腔后即扩大其断面 然后在后续进 入型腔金属的补充情况下 沿型腔整个断面的 向针对浇口的型腔另一端充填 直至充满型腔 后人在他们理论上的修正 大多数研究工作者认为 在大多数压力铸造 的场合 弗洛梅尔理论和巴顿理论是存在的 当压射金属液由浇口进入型腔之初 如果金 属流上所受的压力突然增大 会出现金属流喷 射式进入型腔的现象 在生产壁厚较大的压铸件时 常使用厚度较 大的内浇口和非常小的金属流流入型腔的速度 可能出现勃兰特提出那样的金属流充填型腔的 形态 勃兰特充型理论 压铸件分型面的确定原则压铸件分型面的确定原则 为了便于取出铸件 分型面应取在铸件的最大截面处 在开型时 应使铸件留在动型内 应使浇注系统和排气系统合理分布 应使尺寸精度要求高的部分尽可能位于同一半型内 应尽可能避免形成过深的型腔 铸件分型面应尽可能不通过铸件外表面 把分型面选在铸件需机加工的面上 有利于控制铸件的精度和改善铸件的外观 压铸机一般分为压铸机一般分为 热压室压铸机热压室压铸机和冷压室压铸机冷压室压铸机两大类 按压室所处的位置压室所处的位置又可分为卧卧 式压铸机式压铸机和立式压立式压铸机铸机 压铸型由定型定型和动型动型两个基本部分组成 对压铸涂料工作性能的要求主要有 对铸型材料有好的润湿性 在高温时具有较好 的润滑作用 涂料载体的挥发点应当较低 最好为 100 到 150 对铸件和铸型不能 有腐蚀作用 在铸型的表面不会积垢 易于清除 易于长期保存 来源丰富 价格低 廉 第四章 低压铸造和差压铸造第四章 低压铸造和差压铸造 a b c d 特种铸造 5 低压铸造低压铸造 液体金属在较低压力的作用下 完成充型及凝固过程而获得铸件的一种铸造 方法 低压铸造的压力较低 一般为 20kpa 60kPa 低压铸造的优点低压铸造的优点 适应性强 适应于采用各种类铸型生产铁 铜 铝 镁等各种 合金 铸件 金属液充型平稳 铸件气孔 夹渣少 液体金属是自下而上平稳地充填铸型 且型腔中 液流的方向与气体排出的方向一致 因而避免了液体金属对型壁和型芯的冲刷作用 以及 卷入气体和氧化夹杂物 防止铸件产生气孔和非金属夹杂物等铸造缺陷 在压力作用下充填和凝固 从而改善了充型条件 充型能力上升可用于铸造形状复杂的 薄壁铸件首先是薄小件 轮廓清晰 组织致密 力学性能提高 铸件的凝固过程是在压力 作用下进行的 补缩效果好 故铸件的致密度高 力学性能好 简化了浇冒口系统 节省了金属的消耗 工艺实收率一般可达 90 减轻劳动强度 改善劳动条件 且因设备简单 容易实现机械化和自动化 低压铸造的缺点低压铸造的缺点 适应范围仍受一定限制 升液管寿命短 低压铸造铸型的充填过程压力变化是靠作用在坩埚中液体金属表面上气体压力作用来实 现的 低压铸造过程中压力变化分三个阶段低压铸造过程中压力变化分三个阶段 升液阶段升液阶段 是指自加压开始至液体金属上升到浇口为止 充型阶段充型阶段 是自液体金属由浇口进入型腔起至充满为止 凝固阶段凝固阶段 是自液体金属充满铸型至凝固完毕 铸件在压力作用下凝固 这时的压力称为 凝固 结晶 压力 一般高于充型压力 从充型阶段到凝固阶段的工艺主要有从充型阶段到凝固阶段的工艺主要有 低压充型工艺 稳压结晶工艺 缓慢增压结晶工 艺 急速增压结晶工艺 低压充型工艺低压充型工艺 适应于砂型 铸型上有敞口 有明冒口 升液阶段 压力缓慢增大 不能产生飞溅 喷射现象 充型阶段 平稳 不能外溢补缩用浇包补充 内浇口要及时封死 防止金属液回落 稳压结晶工艺稳压结晶工艺 适应于湿砂型湿砂型和金属型薄壁复杂件金属型薄壁复杂件 压力不可过大 否测砂型铸件容易 产生粘砂 涨箱缺陷 缓慢增压结晶工艺缓慢增压结晶工艺 适应于厚壁砂型铸件厚壁砂型铸件 充型阶段完成后加压不得过快 过高 先稳 定气压 待铸件表面凝固一层硬壳 再提升压力使铸件内部得以补缩又不会产生涨箱 急速增压结晶工艺急速增压结晶工艺 适应于金属型 石膏型金属型 石膏型 充满型腔后 迅速增大压力 使铸件在较 大压力下凝固结晶成型 增速可达 0 01MPa s 保压压力可达 0 3 0 5MPa 根据升液管上端的形状 可把升液管分为直筒式直筒式 正锥式正锥式 倒锥式倒锥式和潜水钟式潜水钟式四种 正锥式和倒锥式升液管的材质大多为铸铁铸铁 充型和增压 升液压力是指当金属液面上升到浇口 附所需要的压力 金属液在升液 管内的上升速度应尽可能缓慢 以便有利于型腔内气体的排出 同时也可使金属液在进入 浇口时不致产生喷溅 充型压力和充型速度 充型压力是指使金属液充型上升到铸型顶部所需的压力 在充型 阶段 金属液面上的升压速度就是充型速度 增压和增压速度 金属液充满型腔后 再继续增压 使铸件的结晶凝固在一定大小的压 力作用下进行 这时的压力叫结晶压力 结晶压力越大 补缩效果越好 最后获得的铸件 组织也愈致密 但通过结晶增大压力来提高铸件质量 不是任何情况下都能采用的 保压时间 型腔压力增至结晶压力后 并在结晶压力下保持一段时间 直到铸件完全凝 固所需要的时间叫保压时间 如果保压时间不够 铸件未完全凝固就卸压 型腔中的金属 特种铸造 6 液将会全部或部分流回 造成铸件 放空 报废 如果保压时间过久 则浇口残留过长 这不仅降低工艺收得率 而且还会造成浇口 冻结 使铸件出型困难 故生产中必须选择 一适宜的保压时间 以上四点作为了解 差压法铸造差压法铸造又称反压法铸造反压法铸造或压差铸造压差铸造 它是在低压铸造低压铸造基础上派生出来的铸造方法 第五章 离心铸造第五章 离心铸造 离心铸造离心铸造 将液体金属浇入旋转的铸型中 在离心力的作用下 完成充填和凝固成型的 一种铸造方法 根据铸型旋转轴在空间位置的不同 将常用的离心机分为立式离心铸造机立式离心铸造机和卧式离心铸卧式离心铸 造机造机两种 离心铸造具有如下一些特点离心铸造具有如下一些特点 优点优点 铸型中的液体金属能形成中空圆柱形的自由表面 不用型芯就可以形成中空的套 筒形 圆环形 管形类铸件 显著提高液体金属的填充能力 改善充型条件 可用于浇注流动性较差的合金和壁厚较 薄的铸件 有利于铸型内液体金属中的气体和夹杂物的排除 并可改善铸件凝固的补缩条件 可减少甚至不用浇注口系统 减少了金属消耗 可生产双金属中空圆柱形铸件 缺点缺点 对于某些合金 如铅青铜等 容易产生重度偏析 在浇注中空铸件时 其内表面较粗糙 尺寸难于精确控制 立式离心铸造机立式离心铸造机的铸型是绕垂直轴旋转的 它主要用于生产高度小于直径高度小于直径的园环类铸件 有人也称之为加压离心铸造加压离心铸造 在这种离心机上浇注异型铸件 薄小难以充填的铸件 卧式离心铸造机卧式离心铸造机的铸型是绕水平轴旋转的 在这种机器上的铸造过程称为卧式离心铸造卧式离心铸造 它主要用来生产长度大于直径的套筒类长度大于直径的套筒类或管状管状的铸件 离心铸件的最小内径可达最小内径可达 8mm 最大直径可达最大直径可达 3m 铸件的最大长度达最大长度达 8m 铸件的质 量可以为几克 如金牙齿 至 10 吨多 离心铸造时产生的铸件重度偏析及内表面不平的原因是什么 如何改善这些缺陷 离心铸造时产生的铸件重度偏析及内表面不平的原因是什么 如何改善这些缺陷 答 过共晶铸铁及铝硅合金 最初析出相是石墨和初生硅 它们的重度比液体金属小 在离心铸造时容易内浮 从而破坏了由外向内的顺序凝固 使铸件内表面过早地出现凝固 层 造成双向凝固现象 这样 处于内 外凝固层之间的液体金属在继续冷却时 液体金 属将趋向紧靠型壁 而使内表层下出现缩孔及重度偏析 若凝固时收缩比较大 将使内表 层处于悬浮状态 在旋转铸型中 它将与层间的液体金属发生频繁碰撞而碎成小块 当凝 固后 铸件的内表面就出现坑洼不平 改善铸型的冷却条件 降低铸件内表面上的对流 辐射的传热作用 是防止或减轻上述 缺陷的有效措施 此题不要求背 只是了解 在离心铸件横断面上常出现的宏观组织有 倾斜的柱状晶组织倾斜的柱状晶组织 层状偏析组织层状偏析组织 离心铸造时产生倾斜柱状晶的原因是什么离心铸造时产生倾斜柱状晶的原因是什么 答答 由于惯性作用 使液体金属与随着铸型以同一角速度旋转的结晶前沿在圆周方向存在 着相对运动 即晶体生长是迎着液流方向进行的 这样 结晶前沿与液体金属中析出的那 些处于不稳定状态的细晶粒或过冷金属集团有较多的接触机会 为了降低系统的自由能 它们容易沉积在生长的晶体上 因此 结晶在迎着液流方向的一面具有较快的生长速度 而在背着液流方向的一面 由于晶体与液体金属中的细晶粒或过冷金属集团接触机会较少 特种铸造 7 故晶体的生长速度较慢 由于上述原因 最后就形成了与铸型旋转方向一致的倾斜柱状晶 离心铸造离心铸造出现层状偏析的结晶组织的原因是什么 如何改善这种层状偏析的现象 出现层状偏析的结晶组织的原因是什么 如何改善这种层状偏析的现象 答答 在生产较长的管状离心铸件时 进入铸型的液体金属除了沿圆周方向覆盖铸型内表 面外 还会沿内表面作轴向运动 以完成充填成型过程 当第一股液体金属越流越慢时 随后浇入铸型的液体金属沿着第一股液流的内表面作轴向流动 由于内表面温度较高 所 以第二股液流温度降低较慢 能保持较高的流动速度 最后超越第一股金属流 第三股及 以后继续浇入铸型的液体金属将重复上述过程 这就是离心铸造长管状铸件时 铸型中液 体金属轴向流动的特点 如果铸型中液体金属在作层状流动时温度降低较快 使得后一股金属流在覆盖前一股 的内表面队两者不能很好地熔融在一起 这样 各液层均按各自条件进行凝固 因而各层 的金相组织 组元的分布也会有所不同 最后在离心铸件断面上便形成了层状偏析的结晶 组织 降低铸型的冷却作用 提高浇注温度 增大浇注速度等 是减少或消除离心铸件中层状 偏析的有效工艺措施 离心铸造时 转速的选择主要应考虑如下三个方面的问题离心铸造时 转速的选择主要应考虑如下三个方面的问题 保证液体金属进入铸型 后 能迅速离心成型 保证获得良好的铸件内部质量 避免出现缩孔 缩