现代材料加工技术

1、桂林电子科技大学信息科技学院现代材料加工技术结课论文学号： 1453100523姓名：江李旺2016 年 11 月 11 日摘要金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属 铸型，以获得铸件的一种 铸造方法。铸型是用金属制成，可以反复使用多次（几百次到几千次） 。金属型 铸造目前所能生产的铸件，在重量和形状方面还有一定的限制，如对黑色金属只 能是形状简单的铸件；铸件的重量不可太大；壁厚也有限制，较小的铸件壁厚无 法铸出。本论文就对金属型铸造进行一定研究分析。关键词：铸造，金属型铸造，工艺铸造是人类掌握比较早的一种金属 热加工工艺，已有约6000年的历史。中国 约在公元前1700前1000年之

2、间已进入青铜 铸件的全盛期，工艺上已达到相当 高的水平。铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。被铸物质多为原为固态但加热至液态的金属 （例：铜、铁、铝、锡、铅等），而铸模的材料可以是砂、金属甚至陶瓷。因应 不同要求，使用的方法也会有所不同。中国在公元前513年，铸出了世界上最早见于文字记载的铸铁件晋国铸型鼎， 重约270公斤。欧洲在公元八世纪前后也开始生产铸铁件。铸铁件的出现，扩大 了铸件的应用范围。例如在1517世纪，德、法等国先后敷设了不少向居民供 饮用水的铸铁管道。18世纪的工业革命以后，蒸汽机、纺织机和铁路等工业兴 起，铸件进入为大

3、工业服务的新时期，铸造技术开始有了大的发展。进入20世纪，铸造的发展速度很快，其重要因素之一是产品技术的进步，要求铸件各种机械物理性能更好，同时仍具有良好的机械加工性能；另一个原因是机械工业本 身和其他工业如化工、仪表等的发展，给铸造业创造了有利的物质条件。如检测 手段的发展，保证了铸件质量的提高和稳定，并给铸造理论的发展提供了条件； 电子显微镜等的发明，帮助人们深入到金属的微观世界，探查金属结晶的奥秘， 研究金属凝固的理论，指导铸造生产。在这一时期内开发出大量性能优越，品种丰富的新铸造金属材料，如球墨铸铁， 能焊接的可锻铸铁，超低碳不锈钢，铝铜、铝硅、铝镁合金，钛基、镍基合金等， 并发明了对

4、灰铸铁进行孕育处理的新工艺，使铸件的适应性更为广泛。50年代以后，出现了湿砂高压造型，化学硬化砂造型和造芯，负压造型以及其他特种铸 造、抛丸清理等新工艺，使铸件具有很高的形状、尺寸精度和良好的表面光洁度， 铸造车间的劳动条件和环境卫生也大为改善。20世纪以来铸造业的重大进展中，灰铸铁的孕育处理和化学硬化砂造型这两项新工艺有着特殊的意义。 这两项发 明，冲破了延续几千年的传统方法，给铸造工艺开辟了新的领域，对提高铸件的 竞争能力产生了重大的影响。根据铸型特点分类，有一次型铸造（砂型铸造、熔模铸造、石膏型铸造、实型 铸造等）、半永久型铸造（陶瓷型铸造、石墨型铸造等）、永久型铸造（金属型铸造、 压力

5、铸造、挤压铸造、离心铸造等）金属型铸造一、金属型铸造方法、特点及热规范的确定（1）成形方法 金属型铸造是利用重力将液态金属浇入金属材质的铸型中， 并在重力的作用下 结晶凝固而形成铸件的一种方法。（2）凝固特点与砂型相比较， 金属型的导热性能要高得多， 能获得很大的温度梯度， 使铸件 快速冷却。因此，在金属型铸造中，不仅共晶合金，甚至结晶温度间隔较宽的合 金，也能得到密实的铸件。同时，冷却速度快，可使铸件晶粒细化，减轻或消除 有色合金铸件的针孔。为了得到更大的冷却速度，要求用较低的金属型温度。液态金属浇入金属型的型腔后， 由于型壁的直接导热， 金属液会很快冷却凝结 成一层硬壳， 以后的散热要通过

6、硬壳与型壁间所形成的空隙。 在金属型中铸造厚 大铸件时， 浇入型腔中的金属液在充满型腔的一定时间后才开始凝固， 特别是在 金属型预热温度高和有大的砂芯时， 更是如此， 这些因素减缓了铸件的散热。 所 以，浇注厚大铸件时，应采用较低的金属型温度和浇注温度。在金属型中成形较小的薄壁铸件时，金属液凝固很快，许多情况下，几乎在 浇注完毕时，铸件的凝固也同时完成。对大而壁薄的铸件，为了完全充满型腔， 获得轮廓清晰的铸件， 要有较高的金属型温度和浇注温度。 同时，还必须在型腔 表面喷刷隔热涂料。 此外，提高浇注温度能改善铸件的补缩条件， 因为这样能使 金属液容易进入已被型壁冷却的下层金属中。 采用底注式时

7、， 要求金属液有更高 的温度，以提高充型能力。但浇注温度也不能太高，温度太高时，会增大铸件的 收缩量，降低力学性能。 金属型铸造中，铸件产生裂纹的可能性比砂型要大得多， 因为金属型和金属芯没有退让性， 阻碍铸件收缩。 另外，铸件凝固不均匀也是产 生裂纹的重要原因。如果能使铸件变形在较高的温度下进行， 这时合金的塑性足够大， 裂纹将不会 产生。所以，确定温度规范时，应尽量使合金由塑性转变到弹性状态的过程中， 铸件各部分的温差减到最小， 并且尽量减小在合金结晶期间浇注的合金和金属型 型壁之间的温度差，这就要求铸型温度较高，而浇注温度较低。（3）金属型工作温度金属型在喷涂料及浇注之前， 要均匀地加热

8、到工作温度或接近工作温度， 并且 在工作过程中要保持选定的温度范围， 这样才能得到内部质量和外形尺寸稳定的 铸件。确定金属型的工作温度时， 选择过高或过低的温度都会带来一些不良后果。 金属型温度过低时，会出现下列缺点：浇入型腔的液态金属会迅速降低流动性， 使铸件容易产生冷隔、浇不足、裂纹、气孔和轮廓不清晰等缺陷；型腔表面受到 液态金属的强烈加热， 型壁内外温差大， 金属型容易开裂损坏； 冷的金属型上往 往凝结有水汽，浇入液态金属时会引起喷溅或爆炸； 有些会破坏顺序凝固的条件， 这时单靠涂料调整是不行的。金属型温度过高时，会出现下列缺点：铸件结晶组织变粗，对于有色合金，还 容易产生针孔和缩松；延

9、长铸件冷却时间，降低生产率；金属型温度过高时，强 度和刚度低，容易产生扭曲变形，导致过早损坏。同时，也容易和浇注合金发生 熔焊现象。金属型工作温度取决于浇注合金的种类和牌号、 铸件的结构形状、 尺寸大小和 壁厚，同时也和合金的浇注温度有关。 具体的金属型工作温度可参照相关铸造手 册。（4）合金的浇注温度金属型铸造时，合金的浇注温度受下列因素的影响： 铸件结构：形状复杂、壁薄的大铸件，浇注温度应高些；形状简单的厚壁铸件 或有较大砂芯的铸件，浇注温度应低些；铸型温度：金属型工作温度愈低，则浇 注温度应愈高。 为了完好地充填铸件的薄断面， 提高合金浇注温度比提高铸型温 度有更好的效果；浇注速度： 浇

10、注速度快时， 液态金属在铸型内流动过程中热量损失少， 流动性 的降低也就少，因而浇注温度可低些。若由于铸件结构的要求，需缓慢浇注时， 则应将浇注温度提高； 浇注系统： 采用顶注式浇注系统时， 应该用较低的浇注温 度；采用底注式浇注系统时， 应该用较高的浇注温度， 以便合金在温度相当高时 到达顶部和冒口中；合金的种类和牌号不同，浇注温度也不同。（5）浇注过程中金属型的热平稳性金属型铸造时，生产量一般都很大，要求同一金属型成形的铸件质量应该一致。 为此，要求金属型的工艺规范保持稳定。浇注温度可以由保温炉控制，因此，金 属型的工作温度就成了影响热规范稳定性的主要因素。 在一个浇注周期中， 要想 让金

11、属型温度始终保持不变是不可能的， 但要求在每次浇注时， 金属型温度能稳 定在所选择的温度范围内。 在生产过程中， 从升温到降温保持金属型的热平衡规 律不变，才能保证铸造出来的铸件内、外部质量稳定。金属型热平衡的概念在设计金属型时应予以足够的重视。 在复杂的金属型铸造 中，有时会因砂芯组合时间过长， 使铸型不能维持必要的温度， 或者因型壁太厚 或太薄而影响热平衡， 降低铸件质量。 金属型良好的热平衡对保证批生产中铸件 冶金质量的稳定具有十分重要的意义。小铸件因浇注周期短，容易调整热平衡， 计算热平衡的价值不大。 但利用金属型成形大中型铸件时， 热平衡计算的意义较 大，可为设计金属型壁厚提供一定的

12、依据， 同时可确定是否需要设置加热或冷却 环节，具体的计算方法可参考有关资料。二、金属型结构金属型的结构形式很多， 根据其分型面数、 分型面方向和铸型型体的运动方式 等特征，将金属型分为整体金属型、水平分型金属型、垂直分型金属型、综合分 型金属型。1、整体金属型，铸型无分型面，结构简单，但它只适用于形状简单，无分型 面的铸件；2、水平分型金属型，它适用于薄壁轮状铸件。3、垂直分型金属型，这类金属型便于开设浇冒口和排气系统，开合型方便， 容易实现机械化生产；多用于生产简单的小铸件；4、综合分型金属型：它由两个或两个以上的分型面组成，甚至由活块组成， 一般用于复杂铸件的生产。操作方便，生产中广泛采

13、用。金属型的结构很复杂， 它是由具有不同作用的许多部分组成。 最典型的金属型 的组成部分及作用如后：型体，内有形成铸件的型腔；底板，用来支承型体，有 时也有部分型腔；型芯，包括金属芯、砂芯和壳芯；导向装置，使金属型各部分 移动时位置正确， 不发生斜歪。 当金属型安装在浇注机上时， 金属型本身不设导 向装置；定位装置，使金属型各部分相对位置准确；锁紧装置，使金属型型体各 部分互相紧固；通气装置；加热和冷却装置；顶杆，将铸件从型腔中顶出；操作 机构，有时为金属型的一部分，有时为金属型浇注机的一部分， 包括开合型和抽 芯机构；固定装置，将型体固定在底板上或浇注机上；搬运装置，螺纹吊环。金属型结构形式

14、的确定取决于：铸件的形状、大小和浇注位置；分型面的方 向和数目；浇注系统和冒口的形式、型芯的种类和数量；铸造合金种类；铸型中 铸件的数量；生产批量的大小和采用的机械化程度。三、工艺设计根据金属型铸造工艺的一些特点，为了保证铸件质量，简化金属型结构，充分 发挥它的技术经济效益，首先必须对铸件的结构进行分析，并制订合理的铸件工 -f-p乙。(1) 工艺性分析金属型铸造结构工艺性的好坏，是保证铸件质量，发挥金属型铸造优点的先决 条件。合理的铸造构应遵循下列原则：1.铸造结构不应阻碍出型，妨碍收缩；2. 厚差不能太大，以免造成各部分温差悬殊，从而引起铸件缩裂和缩松；3限制金 属型铸件的最小壁厚。另外，

15、对铸件非加工面的精度和光洁度应要求适当。(2) 浇注位置铸件的浇注位置直接关系到 型芯和分型面的数量、液体金属的导入位置，冒口 的补缩效果，排气的通畅程度以及金属型的复杂程度等。选择浇注位置的原则如 下：1. 保证金属液在充型时流功平稳，排气方便，避免液流卷气和金属被氧化；2. 有利于顺序凝固，补缩良好，以保证获得组织致密的铸件；3. 型芯数目应尽量减少，安放方便、稳定、而且易于出型；4. 有利于金属型结构简化，铸件出型方便等。(3) 铸性分型面选择分型面形式一般有垂直、水平和综合分类(垂直、水平混合分型或曲面分型) 三种。选择分型面的原则如下：1. 为简化金属型结构，提高稿件精度，对形状教简

16、单的铸件最好都布置在半 型内，或大部分布置在半型内；2. 分型面数目应尽量少，保证铸件外形美观，铸件出型和下芯方便;3选择的分型面应保证设置浇 冒口方便，金属充型时流动平稳，有利于型腔 里的气体排出；4 分型面不得选在加工基准面上；5, 尽量避免曲面分型，减少拆卸件及活决数量。四、铸件常见缺陷及防止方法金属型铸件的常见缺陷有气孔、缩孔及缩松、渣孔、针孔、裂纹、冷隔等。产生这些缺陷的原因大体上包括金属型预热温度太低、排气设计不良、涂料本身排气性不佳、金属液处理不符合要求、金属型设计存在结构或工艺方面的问题、 开模时间或者浇注温度掌握不准确等。应根据出现的铸件缺陷对症下药，有针对 性地解决问题。总结中国从历史悠久的铸造技术发展到今天的现代铸造技术或液态凝固成形