金属工艺学-2铸造.ppt

1,第二章铸造,2,铸造工艺概述,3,铸造的特点及应用,1.定义,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、尺寸和性能的铸件的成形方法。,2.特点,铸造实质上是利用熔融金属的流动性实现成形。金属在液态下成形是铸造的最大特点。,3.应用,铸造可以生产出形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯或零件。,*铸件的力学性能比锻件毛坯低*,4,第2章铸造,1.铸造方法,2.铸件结构设计,砂型铸造,金属型铸造,熔模铸造,压力铸造,低压铸造,离心铸造,陶瓷型铸造,磁型铸造,实现铸造工艺和零件功能的结合,5,1.1砂型铸造,6,砂型铸造,7,第2章铸造,1.1砂型铸造,基本工艺过程,制作模样,配制型砂,制作芯盒,制作芯砂,砂型,铸型,凝固、落砂清理、检验,铸件,型芯,烘干,造型,下芯,浇注,液态金属,选配炉料,熔炼,造芯,1.铸造方法,8,1、模样与芯盒制造铸型和型芯的工具。,2、模样：形成铸件的外形，相当于铸件的外部形状；型芯：形成铸件的内腔形状。芯盒是制造型芯的工具。,3、砂型铸造多用木材制造模样和芯盒。,1.1砂型铸造,第2章铸造,模样与芯盒,9,第2章铸造,分型面相邻铸型的分界面,1.1砂型铸造,模样与芯盒,10,第2章铸造,确定分型面分型面的确定应能方便、顺利地取出模样或铸件，分型面一般选在铸件的最大截面处；分型面的确定应尽量与浇注位置一致，并应尽量满足浇注位置的要求；,伞齿轮的分型面方案,不合理,合理,上下,上下,11,第2章铸造,确定分型面分型面应避免曲折，数量应少，最好是一个，且为平面,不合理,合理,12,第2章铸造,确定分型面分型面应避免曲折，数量应少，最好是一个，且为平面,13,第2章铸造,确定分型面应尽量使型腔全部或大部分置于同一个砂型内，最好使型腔或使加工面与基准面位于下型中。,合理,不合理,14,第2章铸造,确定分型面应使型芯数量少，并便于安放和稳定,合理,不合理,15,第2章铸造,确定工艺参数型芯及型芯头型芯分为水平型芯和垂直型芯；型芯头是型芯的重要组成部分，起到定位和支撑型芯及引导型芯中气体排出的作用。,16,第2章铸造,确定工艺参数机械加工余量为进行机械加工而加放的一层金属。机械加工余量过大：切削加工工作量大，浪费金属材料；过小：易使零件报废。影响因素：机械加工余量数值的大小与生产批量、合金种类、铸件大小、加工面与基准面的距离及加工面在浇注时的位置等因素有关。等级：分为10级：A、B、J、K级，加工余量值依次增大。(上面侧面底面),17,第2章铸造,确定工艺参数拔模斜度铸件上垂直分型面的各个侧面应具有斜度，以便于把模样（或型芯）从砂型中（或从芯盒中）取出，并避免破坏型腔（或型芯）。,18,第2章铸造,确定工艺参数收缩余量为了补偿铸件收缩，摸样比铸件图纸尺寸增大的数值。灰铸铁的线收缩率较小，铸钢的线收缩率较大。,注意圆角防止浇注时冲砂及铸件冷缩时产生应力集中，铸壁交角处应做成圆角。,19,第2章铸造,造型材料:型砂和芯砂由硅砂、粘土、有机和无机粘结剂和其他附加物混合制成,特点：适应性强尺寸精度低生产率低、劳动条件差,1.1砂型铸造,型砂与芯砂,20,(a)准备芯盒(b)夹紧芯盒，分次加入芯砂、芯骨，舂砂(c)刮平、扎通气孔(d)松开夹子，轻敲芯盒(e)打开芯盒，取出砂芯，上涂料,制芯,21,a)浇口棒b)砂冲子c)通气针d)起模针e)墁刀f)秋叶g)砂勾h)皮老虎i)砂箱j)底板k)刮砂板,1.1砂型铸造,造型工具,22,按造型操作方法的不同，可分为：,1、手工造型,填砂、紧实、起模等主要有人工完成，操作灵活，生产率低，主要用于单件小批量生产。,主要方法有：,整模造型,挖沙造型,三箱造型,活快造型,刮板造型,假箱造型,分模造型,1.1砂型铸造,造型方法,第2章铸造,23,整模两箱造型,24,整模两箱造型,25,分模造型,26,分模造型,27,28,挖砂造型,29,假箱造型,30,假箱造型成形板底造型,31,假箱造型,32,刮板造型,33,刮板造型,34,三箱造型,35,三箱造型,36,活块造型,37,活块造型,38,2、机器造型,填砂、紧实、起模等实现机械化，生产率高，投资大，主要用于批量生产。,第2章铸造,39,1.震压造型：砂箱放在震动台上，工作台（震击活塞）由气缸推动上升一定高度后自由下落，多次震击，靠惯性力将型砂初步紧实，上部较松散型砂再用压头压实。,2、机器造型,40,2气动微振压实造型机以压缩空气为动力，在高频率（7001000次min）、低振幅(5l0mm)微振下，利用型砂的惯性紧实作用，同时或随后加压紧实型砂的方法。常采用两台造型机配对使用，分别在上型和下型。这种造型机噪音较小，型砂紧实度均匀，生产率高。,41,3.多触头高压造型高压造型的压实比压大于0.7MPa，砂型紧实度高，铸件尺寸精度较高，铸件表面粗糙度低，铸件致密性好；与脱箱或无箱射压造型相比，高压造型辅机多，砂箱数量大，造价高，需造型流水线配套。多触头由许多可单独动作的触头组成，可分为主动伸缩的主动式触头和浮动式触头。当压实活塞1向上推动时，触头4将型砂从余砂框3压人砂箱2，而自身在多触头箱体5的相互连通的油腔内浮动，以适应不同形状的模样，使整个型砂得到均匀的紧实度。,42,4浇注系统浇注系统是为金属液流入型腔而开设于铸型中的一系列通道。其作用是：平稳、迅速地注入金属液；阻止熔渣、砂粒等进入型腔；调节铸件各部分温度，补充金属液在冷却和凝固时的体积收缩。正确地设置浇注系统，对保证铸件质量、降低金属的消耗具有重要的意义。若浇注系统开设的不合理，铸件易产生冲砂、砂眼、渣孔、浇不到、气孔和缩孔等缺陷。典型的浇注系统由外浇口、直浇道、横浇道和内浇道四部分组成。对形状简单的小铸件可以省略横浇道。,43,1)外浇口容纳注入的金属液并缓解液态金属对砂型的冲击。小型铸件通常为漏斗状（称浇口杯），较大型铸件为盆状（称浇口盆）。2)直浇道连接外浇口与横浇道的垂直通道。改变直浇道的高度可以改变金属液的静压力大小和改变金属液的流动速度，从而改变液态金属的充型能力。如果直浇道的高度或直径太小，会使铸件产生浇不足的现象。为便于取出直浇道棒，直浇道一般做成上大下小的圆锥形。3)横浇道将直浇道的金属液引入内浇道的水平通道，一般开设在砂型的分型面上，其截面形状一般是高梯形，并位于内浇道的上面。横浇道的主要作用是分配金属液进入内浇道和起挡渣作用。4)内浇道它是直接与型腔相连，并能调节金属液流入型腔的方向和速度、调节铸件各部分的冷却速度。内浇道的截面形状一般是扁梯形和月牙形，也可为三角形。,44,5冒口冒口设置部位：为防止缩孔和缩松，往往在铸件的顶部或厚大部位以及最后凝固的位置。冒口中的金属液可不断地补充铸件收缩，从而使铸件避免出现缩孔、缩松。冒口分类：冒口的上口露在铸型外的称为明冒口，明冒口的优点是有利型内气体排出，便于从冒口中补加热金属液，缺点是明冒口消耗金属液多。位于铸型内的冒口称为暗冒口，浇注时看不到金属液冒出，其优点是散热面积小，补缩效率高，利于减小金属液消耗。冒口是多余部分，清理时要切除掉。冒口除了补缩作用外，还有排气和集渣的作用。,45,7.落砂、清理和检验，及常见缺陷,出箱的温度一般不高于500度，以免铸件产生内应力或开裂。清砂是清除型砂和芯砂的过程，有水力清砂和水爆清砂两种方法。,2、清理：去除浇口、冒口、飞边、毛刺以及表面粘砂的工序。去除表面粘砂的方法有滚筒清理、喷射清理和抛丸清理等方法。,3、检验：其任务是确定合格的铸件，去除有缺陷的铸件。外观检验、内部检验、化学性能和金相检验等。,1、落砂：将浇注成形后的铸件从型砂和砂箱中分离出来的工序，它分为出箱和清砂两个过程。有手工落砂和机械落砂两种方法。,4、常见缺陷：砂眼、气孔、缩松、缩孔、夹砂、夹渣、浇不足、冷隔、裂纹等,46,47,第2章特种铸造,2.1金属型铸造,48,第2章铸造,2.1金属型铸造,工艺措施：喷刷涂料保证合适的工作温度严控开型时间防止产生白口铸铁,特点：节省造型材料，“一型多铸”精度高，IT12IT16，Ra12.5m生产率高周期长，成本高，工艺参数严格,49,金属型铸造,50,第2章特种铸造,将熔融的金属在高压下，快速压入金属铸型的型腔中，并在压力下凝固，以得到铸件的一种铸造方法。,2.2压力铸造,工艺特点：铸件精度高；可以做形状复杂的薄壁件；高速高压；力学性能好；多用于非铁合金（如铝、铜、镁等）精密铸件的批量生产。生产率高，50150次/小时；设备投资大,铸型制造周期长,51,第2章特种铸造,压力铸造,52,第2章特种铸造,低压铸造,53,第2章特种铸造,低压铸造,工艺特点：充型压力和速度便于控制，适用于各种铸型；力学性能好；金属利用率高，可达9098%，；充型能力强，适用大型薄壁件；容易实现；,54,压力铸造,55,第2章特种铸造,2.3离心铸造,立式,卧式,将熔融的金属浇入高速旋转的铸型中，使金属液在离心力的作用下凝固成形，以得到铸件的一种铸造方法。,56,离心铸造,57,第2章铸造,2.3离心铸造,特点：制造筒形件时省去型芯，浇注系统；适用于生产薄壁件；可以生产双金属铸件；容易产生比重偏析缺陷，内表面粗糙,58,第2章铸造,2.4熔模铸造,模样材料：蜡基模料树脂（松香）材料铸型材料：起粘附作用的涂料起支撑作用的撒砂材料,将蜡料制成模样，在上面涂以若干层耐火涂料制成型壳，然后加热型壳，使模样熔化、流出，并焙烧成有一定强度的型壳，再经浇注，去壳而得到铸件的一种铸造方法。,以熔化模样为起模方式。铸件精度高，是少无切削加工的方法之一。其设备简单，生产批量不受限制，主要用于大批、大量生产。缺点是工艺过程复杂，生产周期长。,59,第2章铸造,2.4熔模铸造,蜡模制造,生产工艺过程,结壳,脱蜡,焙烧、造型和浇注,落砂和清理,压型,蜡模压制,浸涂料,撒砂,硬化,热水法高压蒸汽法,加热8001000C焙烧,600700C浇注,打碎型壳落砂,去浇口、毛刺清理,蜡模组装,60,熔模铸造,61,第2章铸造,用陶瓷浆料制成铸型生产铸件的铸造方法。陶瓷浆料由硅酸乙酯水解液和质地较纯、热稳定性较高的细耐火砂如电熔石英、锆英石、刚玉等混合而成。为使陶瓷浆料在短时间内结胶，常加入氢氧化钙或氧化镁作为催化剂。由于使用的耐火材料成分及其外观都与陶瓷相似，称为陶瓷型。陶瓷型有两种类型：陶瓷型全由陶瓷浆料浇灌而成。其制作过程是先将模样固定于型板上，外套砂箱，再将调好的陶瓷浆料倒入砂箱，待结胶硬化后起模,经高温焙烧即成为铸型。采用衬套,在衬套和模样之间的空隙浇灌陶瓷浆料制造铸型。衬套可用砂型，也可用金属型。用衬套浇灌陶瓷壳层可以节省大量陶瓷浆料，在生产中应用较多。,2.5陶瓷型铸造,62,第2章铸造,2.5陶瓷型铸造,砂套造型,灌浆与胶结,起模与喷烧,焙烧与合箱,基本工艺过程,63,第2章铸造,特点：精度高，适合高熔点合金；铸件大小不受限制，可以从几十千克到数吨；投资少，周期短；不适合于大批量、重量轻或形状复杂铸件。,2.5陶瓷型铸造,64,第2章铸造,特点：设备简单，无污染；造型、清理方便；不需要起模，精度高。,2.6磁型铸造,用铁丸代替型砂，以磁力代替粘结剂固结铁丸或钢丸，采用气化模造型，浇注前不用取出模型，直接往模上浇注液态金属，模型在高温下气化，腾出空间由金属液充填成形。这种方法叫磁型铸造。,65,第2章铸造,磁丸,激磁、浇注,金属熔化,造型,气化模,落丸,铸件,基本工艺过程,2.6磁型铸造,66,第2章铸造,2.6磁型铸造,67,一、金属的铸造性能1流动性金属液本身的流动能力，流动性好坏影响到金属液的充型能力。,第2章铸造的基础知识,68,2收缩性收缩是铸造合金从液态凝固和冷却至室温过程中产生的体积和尺寸的缩减。包括液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个阶段。,第2章铸造的基础知识,69,1缩孔与缩松缩孔：是由于金属的液态收缩和凝固收缩部分得不到补足时，在铸件的最后凝固处出现的较大的集中孔洞。缩松：分散在铸件内的细小的缩孔。顺序凝固和同时凝固,第2章铸造的基础知识,70,第2章铸造的基础知识,71,第2章铸造的基础知识,制定工艺规程目的：制造合格的铸件降低铸件的成本减少生产的工作量,2铸造工艺规程制定,制定工艺规程依据：零件结构特点技术要求生产批量,制定工艺规程的内容：确定正确的铸造方法绘制铸件工艺图选定合理工艺参数,72,砂型铸造工艺设计的任务,铸造生产的首要步骤是根据零件的特点、技术要求和生产批量等条件确定其铸造工艺，绘制铸造工艺图和铸型装配图。关键是绘制铸造工艺图。,a.零件图b.铸造工艺图c.模样d.铸型装配图,轴套铸件工艺设计,73,砂型铸造工艺设计要点,1.造型方法的选择,2.分型面和分模面,3.浇注位置的确定,4.铸造工艺参数,5.浇注系统的设置,74,砂型铸造工艺设计要点,依据：铸件形状、尺寸、技术要求、批量、实际生产条件,1.造型方法的选择,原则：保证铸件质量、降低成本、适应生产条件,实习中的零件,整模分模挖砂三箱造型,75,砂型铸造工艺设计要点,选择浇注位置的主要原则：,(1)铸件上重要的受力面、主要加工面应朝下或处于侧面。,床身的浇注位置,(2)铸件上宽大的平面应朝下或倾斜角度。,宽大面浇注位置的选择,浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。,3.浇注位置的确定,卷扬机筒,不合理,76,砂型铸造工艺设计要点,(3)薄壁朝下或处于侧面，厚大部位置于上部或侧面。,77,(4)尽量减少芯的数量，简化造型工艺。保证安放稳固，利于排气，便于检验。,减少芯子浇注位置的选择,保证芯的安放浇注位置的选择,78,砂型铸造工艺设计要点,(5)易产生缩孔的厚实部分（热节）应位于分型面附近的上部或侧面。,有热节的浇注位置,(6)尽量使铸件全部或大部分位于下砂型内，以便尽可能采用整模两箱造型，有型芯时下芯方便，也易于检查壁厚是否均匀。,a)分型面（1）b)分型面（2）c)分型面（3）,联轴节的分型方案,79,(7)应尽量减少分型面的数量，铸件质量易于保证。,a)三箱造型b)三箱造型c)活砂造型,(8)尽量选择平直的分型面。,弯曲壁铸件的分型方案机床支柱的分型方案,(9)要尽量使芯子位于下箱,槽轮的分型方案,砂型铸造工艺设计要点,80,(10)应尽量使铸件上的加工基准面和加工面位于同一砂箱内。,a.方案(1)b.方案(2)c.方案(3),螺纹塞头的三种分型方案,4.铸造工艺参数,尺寸：铸件尺寸公差、铸造收缩率、机械加工余量,形状：起模斜度、铸造圆角、芯头和芯座等,砂型铸造工艺设计要点,81,(2)铸造收缩率,通常灰铸铁的线收缩率为0.71.0%；铸钢为1.62.0%；有色金属为1.01.5%。,(3)机械加工余量,使铸件进行机械加工而加大的尺寸量。,(4)起模斜度,通常木模斜度为13。,(5)铸造圆角,圆角半径一般为转角处两壁平均厚度的1/4。,(6)芯头和芯座,分垂直和水平型芯二种。芯座是指铸型中专为放置芯子芯头的空腔。,(1)铸件尺寸公差,取决于铸件设计的精度、加工要求、铸件大小和批量、材料、装备和工艺方法等。,铸件模样起模斜度,砂型铸造工艺设计要点,82,5.浇注系统的设置,浇注系统的主要作用：(1)平稳地将金属液引入铸型；(2)利于挡渣、排气；(3)控制铸件的凝固顺序。,冒口、冷铁的设置,浇注系统与冒口冷铁配合控制铸件凝固顺序,砂型铸造工艺设计要点,83,开设内浇道时必须注意：,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；金属液进入型腔时避免飞溅、冲刷型壁或砂芯。,比较好最好不好,内浇口开设的方向,正对型芯,切线方向,砂型铸造工艺设计要点,84,联轴节铸造工艺设计,砂型铸造工艺设计要点,85,第2章铸造,铸造工艺举例：,支撑座零件图,86,第2章铸造,铸造工艺举例,确定浇铸位置和分型面,87,第2章铸造,铸造工艺举例,确定浇铸位置和分型面,88,第2章铸造,铸造工艺举例,确定浇铸位置和分型面,89,第2章铸造,铸造工艺举例,确定加工余量,90,第2章铸造,铸造工艺举例,确定拔模斜度,91,第2章铸造,铸造工艺举例,确定型芯,92,第2章铸造,3铸件结构设计,避免铸造缺陷的合理结构,铸件壁厚的合理设计,不合理,合理,93,第2章铸造,铸件壁厚的合理设计,不合理,合理,3铸件结构设计,避免铸造缺陷的合理结构,94,第2章铸造,铸件壁厚力求均匀，避免局部过厚形成热节的结构,不合理,合理,避免铸造缺陷的合理结构,3铸件结构设计,95,第2章铸造,铸件壁厚力求均匀，避免局部过厚形成热节的结构,不合理,合理,避免铸造缺陷的合理结构,3铸件结构设计,96,第2章铸造,铸件壁厚力求均匀，避免局部过厚形成热节的结构,不合理,合理,避免铸造缺陷的合理结构,3铸件结构设计,97,第2章铸造,避免铸造缺陷的合理结构,铸件壁厚力求均匀，避免局部过厚形成热节的结构,不合理,合理,不合理,合理,3铸件结构设计,98,第2章铸造,避免铸造缺陷的合理结构,铸件的各壁之间应均匀过渡，两个非加工表面所形成的内角应设计成圆角,不合理,合理,3铸件结构设计,99,第2章铸造,避免铸造缺陷的合理结构,铸件的各壁之间应均匀过渡，两个非加工表面所形成的内角应设计成圆角,不合理,合理,3铸件结构设计,100,第2章铸造,铸件的各壁之间应均匀过渡，两个非加工表面所形成的内角应设计成圆角,不合理,合理,避免铸造缺陷的合理结构,3铸件结构设计,101,第2章铸造,避免铸件产生翘曲变形和大的水平平面结构,不合理,合理,避免铸造缺陷的合理结构,3铸件结构设计,102,第2章铸造,避免铸件产生翘曲变形和大的水平平面结构,不合理,合理,避免铸造缺陷的合理结构,3铸件结构设计,103,第2章铸造,避免铸件产生翘曲变形和大的水平平面结构,不合理,合理,避免铸造缺陷的合理结构,3铸件结构设计,104,第2章铸造,简化工艺过程的合理结构,铸件整体结构应能选出合适的分型面，其数量应少，铸件外形应便于取出模样,不合理,合理,3铸件结构设计,105,第2章铸造,合理设计凸台和避免侧