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文档简介
1、项目二 铸造成型,模块二 铸造成型,铸造是指熔炼金属,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型方法。 铸造方法常用于制造零件毛坯、制造承受载荷及压应力的结构件,及一些有特殊性能要求的构件。 特点:铸造成型法对工件的尺寸形状几乎不受任何限制;铸件材料不受限制;铸件的尺寸、重量和生产批量不受限制;铸件的成本较低,经济性好。但铸件力学性能较差,质量不稳定。,铸造的特点:,铸造成型法对工件的尺寸形状几乎不受任何限制; 铸件材料不受限制; 铸件的尺寸、重量和生产批量不受限制; 铸件的成本较低,经济性好; 但铸件力学性能较差,质量不稳定。,7.1 砂型铸造,7.1.1 砂
2、型铸造的工艺过程 砂型铸造是指用型砂紧实成型的方法。 砂型铸造的工艺过程包括:制模、配砂、造型、造芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理和检验。 砂型铸造的工艺过程如图7-1所示。,7.1 砂型铸造,图7-1 砂型铸造的工艺示意图,7.1 砂型铸造,1、造型材料,制造铸型用的材料称为造型材料。 造型材料包括型砂和芯砂。 型砂和芯砂应具备如下性能: 具有一定的强度; 具有一定的透气性; 具有较高的耐火性; 具有一定的容让性等。,7.1 砂型铸造,(1) 型(芯)砂的种类,根据所处的位置不同 面砂、背砂(填充砂)和单一砂 根据适用的铸造合金不同 铸铁用砂、铸钢用砂和有色金属用砂; 根据在浇注前是否烘干
3、干型砂(烘模砂)和湿型砂(潮模砂),7.1 砂型铸造,(2) 型砂和芯砂的成分,组成型(芯)砂的原材料: 原砂 为主要成分,常用石英砂、石英-长砂石、粘土砂等。 粘结剂 常用的粘结剂有粘土、油类(矿物油和植物油)、合脂和水玻璃等。 辅助材料 常用的辅助材料有锯木屑、煤粉、石墨粉和煤油等。,7.1 砂型铸造,2、造型方法,用型砂及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。 造型时,用模样形成铸型的型腔,用型腔形成铸件的外部轮廓。 造型方法分为手工造型和机器造型两大类。,7.1 砂型铸造,(1) 手工造型,全部用手工或手动工具完成造型过程的造型方法称为手工造型。 手工造型方法有以下几种: 整模造型 图
4、7-2所示 分模造型 图7-3所示 挖砂造型 图7-4所示 假箱造型 图7-5所示 活块造型 图7-6所示 三箱造型 图7-7所示 刮板造型 图7-8所示,7.1 砂型铸造,图7-2 整模造型,图7-3 分模造型,图7-4 手轮铸件的挖砂造型过程,图7-5 假箱造型,7.1 砂型铸造,图7-6 活块造型,图7-7 三箱造型,图7-8 刮板造型,7.1 砂型铸造,1、整模造型的模样是整体的,分型面是平面,铸型型腔全部在半个铸型内,其造型简单,铸件不会产生错型缺陷。适用于铸件最大截面在一端,且为平面的铸件。,图7-9 整模造型模型图,7.1 砂型铸造,动画一:整模造型模拟,7.1 砂型铸造,2、分
5、模造型是将模样沿最大截面处分成两半,型腔位于上、下两个砂箱内,造型简单省工。常用于最大截面在中部的铸件。,图7-10 分模造型模型图,7.1 砂型铸造,动画二 三箱造型模拟,7.1 砂型铸造,3、挖砂造型的模样是整体的,但铸件分型面为曲面。为便于起模,造型时用手工挖去阻碍起模的型砂、其造型费工、生产率低,工人技术水平要求高。用于分型面不是平面的单件、小批生产铸件。,图7-11 挖砂造型模型图,7.1 砂型铸造,动画三 挖砂造型模拟,7.1 砂型铸造,4、活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台,肋条等这些部分作成活动的(即活块)。起模时,先起出主体模样,然后再从侧面取出活块。其造型费时,工
6、人技术水平要求高。主要用于单件、小批生产带有突出部分、难以起模的铸件。,图7-12 活块造型模型图,7.1 砂型铸造,动画四 活块造型模拟,7.1 砂型铸造,5、刮板造型是用刮板代替实体模样造型,它可降低模样成本,节约木材,缩短生产周期。但生产率低,工人技术水平要求高。用于有等载面或回转体的大、中型铸件的单件、小批生产、如带轮、铸管、弯头等。,图7-13 活板造型模型图,7.1 砂型铸造,动画五 刮板造型模拟,7.1 砂型铸造,6、假箱造型是为克服挖砂造型的挖砂缺点,在造型前预先做个底胎(即假箱),然后在底胎上制下箱,因底胎不参予浇注,故称假箱。比挖砂造型操作简单,且分型面整齐。适用于成批生产
7、中需要挖砂的铸件。,图7-14 假箱造型模型图,7.1 砂型铸造,动画六 假箱造型模拟,7.1 砂型铸造,(2) 机器造型,指用机器完成全部或至少完成紧砂操作的造型方法。 实质就是机器代替人完成手工紧砂和起模过程,它是现代化铸造车间的基本造型方法。 特点: 生产率高,铸件尺寸精度高,表面质量好,改善了工人劳动条件,适用于成批和大量生产。 常用的紧砂方法:震实、压实、震压、抛砂、射压等几种型式,其中震压式紧砂方法应用最广。 目前应用广泛的起模方法:顶箱、漏模、翻转三种。,7.1 砂型铸造,图7-15 震压造型机的工作过程,7.1 砂型铸造,3、造芯,型芯用来获得铸件的内腔,有时也可作为铸件难以起
8、模部分的局部铸型。 制造型芯的过程称为造芯。 与型砂相比,芯砂必须具有更高的强度、耐火性、透气性、退让性和溃散性。 造芯方法分为手工造芯和机器造芯。 手工造芯时,主要采用芯盒造芯,如图7-10所示,它可以造出形状比较复杂的型芯。 单件、小批生产大中型回转体型芯时,可采用刮板造芯。,7.1 砂型铸造,图7-16 芯盒造芯 1型芯,2芯盒,3定位销,4夹钳,7.1 砂型铸造,在造芯过程中,应注意:为了提高型芯的刚度和强度,需在型芯中放入芯骨;为了提高型芯的透气性,需在型芯的内部制作通气孔;为了提高型芯的强度和透气性,一般型芯需烘干使用。,3、造芯,7.1 砂型铸造,4、浇注系统,为了使金属液进入型
9、腔而开设在铸型中的一系列通道称为浇注系统。浇注系统设计得不合理,铸件易产生夹砂、砂眼、夹渣、浇不足、气孔和缩孔等缺陷。 浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成,如图7-11所示。,7.1 砂型铸造,图7-17 浇注系统的组成 1浇口杯,2直浇道,3横浇道,4内浇道,7.1 砂型铸造,5、熔炼,铸铁的熔炼是用铸造生铁和铸造车间的回炉料(浇、冒口和废品等),经过配料计算后在化铁炉中进行的。 熔炼的要求是:金属液的化学成分合格;金属液的温度合格;熔炼效率高;能耗低;无污染。 常用的熔炼设备有:冲天炉(适于熔炼铸铁)、电弧炉(适于熔炼铸钢)、坩埚炉(适于熔炼有色金属)、感应加热炉(适于熔炼铸钢和
10、铸铁等)。,7.1 砂型铸造,6、合箱浇注、落砂清理和检验,(1) 合箱浇注 将铸型的各个组元(如上型、下型、型芯、浇口杯等)组合成一个完整铸型的操作过程称为合箱。 合箱后要保证铸型型腔几何形状、尺寸的准确性和型芯的稳定性。 将金属液由浇包注入铸型的操作称为浇注。 (视频),7.1 砂型铸造,浇注时应选择合适的浇注温度、合适的浇注速度。 一般薄壁件宜用快速浇注,厚壁件宜用慢-快-慢的方式浇注。 浇注时,为防止铸型中的CO爆炸以及逸出时工人中毒,必须在冒口和排气口上点火,使CO燃烧;为防止熔渣进入铸型,应做好挡渣工作。,7.1 砂型铸造,浇注时,若浇注温度过低,就会产生浇不足、冷隔、夹渣等缺陷;
11、 浇注时,若浇注温度过高,则金属液吸气多,液体收缩大,又容易产生气孔、缩孔、缩松以及裂纹,同时会使晶粒变粗,铸件机械性能因而下降。 浇注时,若速度快,金属液易充满型腔,同时可减少氧化。 浇注时,速度过快,金属液对铸型的冲击加剧,会因此造成型(芯)砂冲落的现象,即冲砂。,7.1 砂型铸造,(2) 落砂清理 用手工或机械使铸件和铸型、型芯(芯砂)、砂箱分离的操作过程称为落砂。 清除铸件表面的型砂,内部砂芯,飞边毛刺,浇、冒口以及修补缺陷一等系列工作,叫铸件的清理。 人工清理时劳动强度大,卫生条件差,费工、费时。目前,有很多清理工作已由机械来完成。,7.1 砂型铸造,(3) 检验 铸件的质量检验方法
12、分为外部检验和内部检验。 通过眼睛观察,找出铸件的表面缺陷,如铸件外形尺寸不合格、砂眼、粘砂缩孔、浇不足、冷隔等,称为外部检验。 利用一定设备找出铸件的内部缺陷,如气孔、缩松、渣眼、裂纹等,称为内部检验。 常用的内部检验方法有化学成分检验、金相检验、力学性能检验、耐压试验、超声波探伤等。,7.1 砂型铸造,7.1.2 铸件结构工艺性,铸件结构工艺性是指铸件结构的合理性。 铸件结构不仅要满足使用的要求,还要满足铸件材料和铸造工艺的要求。 合理地设计铸件结构,可以简化铸造工艺,提高生产率,保证铸件质量,降低铸件成本。,7.1 砂型铸造,1、铸造工艺对铸件结构的要求,(1) 铸件外形应力求简单 铸件
13、外形尽可能采用平直轮廓,尽量少用非圆曲面,以便于制造模样和造型。,7.1 砂型铸造,(2) 应尽量减少分型面,图7-18 减少分型面 a)不合理 (b)合理,7.1 砂型铸造,(3) 铸件应有起模斜度 铸件上垂直于分型面的表面(尤其是大型铸件),为起模方便,应具有起模斜度。,图7-19 铸件起模操作,7.1 砂型铸造,(4) 铸件应尽量不用或少用活块,图7-12 避免活块 (a)不合理 (b)合理,7.1 砂型铸造,(5) 铸件应尽量不用或少用型芯 (6) 型芯要安放稳固,并有利于排气与清理,图7-21 轴承支架铸件 (a)工艺性不好 (b)工艺性好,7.1 砂型铸造,2、铸造合金的铸造性对铸
14、件结构的要求,(1) 铸件壁厚应力求均匀 (2) 铸件应有合理的壁厚 (3) 铸件壁的连接应平缓、圆滑 (4) 应避免或减少收缩受阻 (5) 应尽量避免有过大的水平面,7.1 砂型铸造,图7-22 锐角连接 (a)不合理 (b)合理,图7-23 圆角连接 (a)不合理 (b)合理,7.1 砂型铸造,图7-25 避免有过大的水平面 (a)不合理 (b)合理,图7-24 轮辐设计 (a)直轮辐 (b) 弯曲轮辐,7.1 砂型铸造,7.2 合金的特种铸造,除砂型铸造之外的其他铸造方法称为特种铸造。 特种铸造的种类很多,常用的有: 熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造等。,7.2.1 离心铸造,离
15、心铸造是将金属液浇入旋转着的铸型中,并在离心力的作用下凝固成铸件的铸造方法。,7.2 合金的特种铸造,图7-26 离心铸造示意图 (a)立式 (b)卧式,7.2 合金的特种铸造,7.2 合金的特种铸造,动画七 离心铸造模拟,7.2.2 熔模铸造,熔模铸造是一种精密铸造方法。 先用易熔材料制成模型或浇注系统,然后用造型材料将其包住,经过硬化后,加热熔失模型,制成无分型面的硬壳型,再在铸型中浇注液态合金铸成铸件。 由于模型广泛采用蜡质材料制造,所以熔模铸造又称“失蜡铸造”。,7.2 合金的特种铸造,动画八 熔模铸造模拟,7.2 合金的特种铸造,图7-27 熔模铸造的工艺过程 (a)蜡模 (b)蜡模
16、组 (c)制造型壳,7.2 合金的特种铸造,7.2.3 金属型铸造,金属型铸造是指在重力作用下,将液态金属浇入用金属制成的铸型中而获得铸件的方法。 金属型可重复使用几百次甚至几万次,所以又称永久型铸造。 金属型根据分型面位置的不同可分为:垂直分型式、水平分型式和复合分型式等。 其中垂直分型式的金属型具有开设浇口和取出铸件方便,也易于实现机械化等优点,所以应用较多。,7.2 合金的特种铸造,动画九 金属型铸造,7.2 合金的特种铸造,图7-28 垂直分型式金属型,7.2 合金的特种铸造,7.2.4 压力铸造,在高压下,快速地将液态或半液态的金属压入金属铸型,并使它在高压下凝固以形成铸件的方法,称
17、为压力铸造。 常用压力铸造的压力为570MPa,金属液的充型速度为510m/s 。 压铸时所用的模具叫压型。压型与垂直分型的金属型相似,由定型(或静模)、动型(或动模)、拔出金属型芯的机构和自动顶出铸件的机构而组成。,7.2 合金的特种铸造,图7-29 卧式冷压室式压铸机工作过程 (a)合型浇注 (b)压射 (c)开型顶出铸件,7.2 合金的特种铸造,7.3 消失模铸造,消失模铸造是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型粘结组合成模型簇,刷涂耐火涂料并烘干后,埋在干石英砂中振动造型,在负压下浇注,使模型气化,液体金属占据模型位置,凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。 消失模铸造我国称真空实型铸造,美国称消失模或气化模铸造,国际上称EPC工艺 根据其铸型材料分类: 自硬砂消失模铸造和无粘结剂干砂消失模铸造。 根据浇注条件分类: 普通消失模铸造和负压消失模铸造,消失模铸造的特点: 铸件质量好,成本低;材质不限,大小皆宜; 尺寸精度高,表面光洁,减少清理,节省机加; 内部缺陷大大减少,组织致密; 可实现大规模、大批量生产; 自动化流水线生
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