浇铸工艺介绍

1、上海皮尔博格有色零部件有限公司 K P S N C,浇铸知识交流报告 2010年4月22日,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸造知识交流,目 录 第一章 铸造的分类及理论知识 第二章 制芯的分类及理论知识 第三章 铝液的熔化及精练处理 第四章 铸件的缺陷分析及预防,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸造培训讲义,第一章 铸造的分类 及理论知识,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸造的分类,按照铸造工艺的不同，一般将铸造分为三类： 金属型铸造 低压铸造 压力铸造,上海皮尔博格有色零部件有限公司,金属型铸造,金属型铸造：金属液（铝液）用重力浇注法浇入金属型，以获得铸件的一种铸造方法。 由于铸型（模具）

2、可以反复使用很多次，故有永久型铸造之称。也曾经有过硬模铸造的称谓。 金属型铸造已被广泛地用于生产铝合金铸件，如发动机的气缸盖、活塞、轮毂和各种壳体。 例如：NSE1.5缸盖,上海皮尔博格有色零部件有限公司,金属型铸造,NSE1.5缸盖,上海皮尔博格有色零部件有限公司,金属型铸造,金属型铸造的优点： 1.金属型铸件具有较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度； 2.金属型铸件组织致密，具有较高强度、硬度和耐磨蚀性； 3.金属型上可方便地采取较多工艺措施； 4.铸造生产中使用较少的坭芯，可节省造型材料（砂）；,上海皮尔博格有色零部件有限公司,金属型铸造,金属型铸造的缺点： 1.金属型（模具）加工困难，制造

3、和调整周期长，一次性投资高； 2.不能生产大型铸件（因金属型（模具）太笨重，金属液（铝液）充型时间长），铸件外形不宜太复杂； 3.金属型（模具）透气性差，易引起铸件浇不足、冷隔和针孔等铸造缺陷；,上海皮尔博格有色零部件有限公司,低压铸造,低压铸造：液体金属（铝液）在不大的外界压力（20-80kPa）作用下，从型腔底部引入金属液（铝液），让金属液（铝液）由下而上地充填型腔，以形成铸件的铸造方法。 低压铸造时用的模具可以为低压金属型和低压砂型。 低压铸造的浇注成形过程包括升液、充型、增压、保压、卸压和冷却等阶段，各阶段是通过控制气体压力来实现的。 低压砂型铸造产品例如：KV6缸盖/缸体、1.8T缸

4、盖/缸体、 VCT缸盖/缸体,上海皮尔博格有色零部件有限公司,低压铸造,VCT缸盖/缸体,上海皮尔博格有色零部件有限公司,低压铸造,a）升液 低压铸造工艺过程如图，在装有金属液（铝液）的密封容器（如坩埚）1中，通入干燥的压缩空气。,1,2,3,4,上海皮尔博格有色零部件有限公司,低压铸造,b）充型 通入的干燥的压缩空气作用在保持一定温度的金属液（铝液）面上，使金属液（铝液）3沿着升液管2自下而上地流经浇道，注入铸型型腔4。,4,3,2,上海皮尔博格有色零部件有限公司,低压铸造,c）增压、保压 待金属液（铝液）充满型腔后，增大气压，型腔里的金属液（铝液）在一定压力下凝固成形。,上海皮尔博格有色零

5、部件有限公司,低压铸造,d）卸压、冷却 最后卸除压力，未凝固的金属液（铝液）回落到坩埚中，冷却后开型便得到所需的铸件。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,低压铸造,低压铸造的优点： 1.金属液（铝液）是自下而上平稳充填铸型，且型腔中液流方向与气体排出方向一致，因而避免金属液（铝液）对型壁和型芯的冲刷、卷气等，提高铸件质量； 2.铸件凝固补缩过程是在外加压力下进行的，故补缩效果好，铸件致密度高、力学性能好； 3.金属液（铝液）在压力作用下充型，流动性增加，有利于生产复杂薄壁件，获得轮廓清晰的铸件；,上海皮尔博格有色零部件有限公司,低压铸造,低压铸造的缺点：在生产铝合金铸件时，坩埚和升液管长期与铝液

6、接触，易受侵蚀而报废；也会使金属液（铝液）因增铁而性能恶化。 低压铸造目前主要用于生产铝合金，如汽车工业的汽车轮毂、内燃发动机的气缸体、气缸盖、活塞等。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,压力铸造,压力铸造是液态金属（铝液）在活塞的高压下以较高的速度充填铸型型腔，并在压力作用下凝固而获得铸件的方法。 高压力和高速度是压力铸造时金属液（铝液）充填成形过程的两大特点，也是它与其它铸造方法最根本的区别。 压铸常用的压射比压在几兆帕到几十兆帕范围内，甚至高达500MPa；充填速度为0.5-70m/s范围内；充填时间很短，常为0.01-0.2s。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,压力铸造,a）浇勺将铝液倒

7、入压室 在铸型（模具）合拢锁紧后，浇勺经注口把铝液倒入横卧的压室中。 1-浇勺 2-压射活塞 3-压室 4-铝液 5-定型 6-动型 7-顶杆机构,上海皮尔博格有色零部件有限公司,压力铸造,b）压射铝液进入型腔 压室3的左端部分设在定型5之中，压室活塞2向左移动，把铝液4压入压铸型（压铸模）。,3,5,2,4,上海皮尔博格有色零部件有限公司,压力铸造,c）开型取下铸件 动型6左移，打开铸型（模具），形成的铸件连同浇注余料8一起随动型6左移，最后由顶杆机构7把铸件顶离动型6，完成一个压铸循环。,6,7,上海皮尔博格有色零部件有限公司,压力铸造,压力铸造的优点： 1.铸件尺寸精度高，表面粗糙度低；

8、 2.铸件强度和表面硬度高； 3.可压铸形状复杂的薄壁铸件； 4.压力铸造生产效率高；,上海皮尔博格有色零部件有限公司,压力铸造,压力铸造的缺点： 1.压铸件内部易出现气孔缺陷； 2.压铸件不宜进行热处理和焊接； 3.金属液（铝液）的充型速度比较大，对压铸型（压铸模）有很大的冲击破坏力。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸造知识交流,第二章 制芯的分类 及理论知识,上海皮尔博格有色零部件有限公司,型砂的结构,树脂砂的基本结构： 制芯过程中，树脂砂在外力作用下成型并达到一定的紧实度或密度而成为砂型。右图是树脂砂紧实后的结构示意图，它是由原砂、粘结剂（树脂）和添加剂组成的一种具有一定强度的微孔-多

9、孔隙体系，或者叫毛细管多孔隙体系。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,型砂的结构,原砂是骨干材料，占树脂砂总质量的99；一方面它为坭芯提供了必要的耐高温性能和热物理性能；另一方面原砂砂粒能为坭芯提供众多孔隙，保证坭芯具有一定的透气性。 树脂（粘结剂）起粘结砂粒的作用，以粘结薄膜形式包覆砂粒，使树脂砂具有必要的强度和韧性 添加剂是为了改善坭芯所需要的性能而加入的物质。如改善坭芯的起模性能。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,制芯的分类,依制芯方法的不同分为以下三种: 热芯制芯 壳芯制芯 冷芯制芯,上海皮尔博格有色零部件有限公司,热芯制芯,热芯制芯： 用液态热固性树脂和硬化剂以及少量添加剂配制成的芯砂

10、，填入加热到一定温度的坭芯模内，贴近坭芯模表面的芯砂受热，其树脂（粘结剂）在很短时间可缩聚而硬化。而且只要坭芯的表层有数毫米结成硬壳即可自坭芯模取出，中心部分的坭芯利用余热和硬化反应放出的热量可自行硬化。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,热芯制芯,热芯制芯为快速生产尺寸精度高的中心坭芯（坭芯最大壁厚为50-75mm）提供了一种非常有效的方法，特别适合用于汽车行业的铸件生产。 热芯制芯用的树脂有呋喃树脂和酚醛树脂。 热芯制芯使用的硬化剂（催化剂）在室温下处于潜伏状态，一般采用在常温下呈中性或弱酸性的盐（这有利于混合好的树脂砂的存放，即达到可使用时间长），而在加热时激活成强酸，促使树脂迅速硬化。,

11、上海皮尔博格有色零部件有限公司,热芯制芯,热芯制芯的工艺要求： 由于热芯制芯时要求树脂砂在热芯模具内快速硬化成型，因此要求树脂砂流动性好，可射制出形状复杂、紧实度均一的坭芯；硬化速度快，硬化温度范围宽，硬化强度高，以提高制芯生产率和使坭芯具有高的尺寸精度；可使时间长，以利于生产管理和减少废砂。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,壳芯制芯,壳芯制芯： 铸造生产中，坭芯直接承受液体金属（铝液）作用的只是表层一层厚度仅数毫米的砂壳，其余的砂只起支承这一层砂层的作用，这就促使了铸造工作者寻求用壳芯来制造铸件。 壳芯制芯用酚醛树脂作粘结剂，配制的砂叫做腹膜砂，像干砂一样松散。,上海皮尔博格有色零部件有限公

12、司,壳芯制芯,壳芯制芯的优点： 混制好的覆膜砂可以较长期贮存； 能获得尺寸精确的坭芯； 坭芯的强度高、质量轻、易搬运； 可用细的原砂得到光洁的铸件表面；,上海皮尔博格有色零部件有限公司,壳芯制芯,壳芯制芯的缺点： （一）壳芯表面易疏松 （二）壳芯在浇注时破裂 （三）铸件表面粘砂,上海皮尔博格有色零部件有限公司,冷芯制芯,冷芯制芯： 将树脂砂填入冷芯模，而后吹气硬化制成坭芯。根据使用的粘结剂和所吹气体及其作用的不同，而有三乙胺法、SO2法、酯硬化法、低毒和无毒气体促硬制芯法。 三乙胺法：一般用干燥的压缩空气或氮气作液态硬化剂（三乙胺）的载体气体，稀释到约5浓度，形成三乙胺气雾，向冷芯模中填入树脂

13、砂后再吹入三乙胺气雾，树脂砂便能在数秒至数十秒内硬化制成所需要强度的坭芯。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,冷芯制芯,冷芯制芯的冷芯树脂（粘结剂）由两部分组成，组分是酚醛树脂，组分是聚异氰酸酯。 硬化反应： 酚醛树脂聚异氰酸酯 尿烷 采用三乙胺法制芯时，原砂采用干净的AFS的细度50-60的硅砂。,三乙胺,上海皮尔博格有色零部件有限公司,冷芯制芯,三乙胺法是现代吹气冷芯制芯法中应用最早的工艺，由于生产效率高、节能，铸件表面光洁，因而吸引一些工厂采用，是当前国际上应用较广的冷芯制芯法。 三乙胺粘附皮肤和衣服经多次洗涤仍难去除污染气味。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸造培训讲义,第三章 铝液的

14、熔化 及精炼处理,上海皮尔博格有色零部件有限公司,熔炼炉的操作,第一节 熔炼炉的简介 第二节 铝合金熔炼理论知识,上海皮尔博格有色零部件有限公司,熔炼炉的简介,熔炼炉的分类:,上海皮尔博格有色零部件有限公司,熔炼炉的简介,我们公司所使用的STRIKO炉和大连炉便属于火焰反射炉，它们所使用的燃料是煤气。 火焰反射炉的优点：成本低、产量高、铝合金质量高。 火焰反射炉的缺点：金属烧损大、熔体吸气量多、热效率低、噪声较大及污染大。 火焰反射炉的结构：炉膛（包括溶化室和保温室）、燃料燃烧装置（煤气烧嘴）、废热利用装置。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,熔炼炉的简介,我们公司的保温炉采用的就是电阻炉，故我

15、们又称其为电阻保温炉。 电阻炉的优点：热效率高、熔炼的金属质量较高、工作环境好。 电阻炉的缺点：容量小、生产率比较低。 感应炉的优点：热效率高、熔体的成分和温度均匀、熔化速度快、合金烧损小、吸气小、烟尘少、噪音小。缺点；熔体易过热导致合金的晶粒粗大、设备昂贵。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铝合金熔炼理论知识,影响铝液质量的主要因素：铝液中的含气量和氧化夹杂物。 分析铝合金中的气体成分，证明H2占85以上，因而铝合金的“含气量”可以近似地视为“含氢量”。 铝液中的氢主要来自高温铝液和溶解在其中的水发生化学反应生成氢。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铝合金熔炼理论知识,铝液中气体的主要来源：

16、 .燃料：火焰反射炉熔炼铝合金时，煤气中的水分以及燃烧时产生的水分易进入熔体（铝液）； .大气：熔炼过程中，大气中的水蒸气被熔体（铝液）吸收； .炉衬：烘炉不彻底时，炉衬表面吸附的水分以及砌制时泥浆中的水分在熔炼头几个班次时对熔体（铝液）中的气体含量将有明显的影响；,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铝合金熔炼理论知识,高温时铝和水汽的反应： Al+H2O Al2O3+3H（溶入铝液中） 当在水汽比较多的环境下，剧烈反应，引起爆炸，造成事故。 当在干空气条件下（水分较少），水汽也能和铝液起反应，因此在铝液中总是含有一定数量的氢。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铝合金熔炼理论知识,实践证明，不同

17、的季节，因空气中的温度不同，铝锭中的气体含量也随之而异。一般在相同条件下，其含气量随空气湿度的增大而增加。 氢在铝液中的溶解度随温度的升高而增大，随铝液周围环境中水汽的增大而增大。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铝合金熔炼理论知识,铝液中的氧化夹杂： 铝液与空气中的氧气O2、氮气N2、在高温下发生化学反应生成氧化夹杂物，其中以生成的氧化膜（Al2O3)对铝液的污染最大。 氧化夹杂表面疏松，能吸附空气中的水汽和氢，增加了铝液中的气体含量。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铝合金熔炼理论知识,熔炼过程中，熔体（铝液）由于氧化而变成某些不能回收的金属氧化物时，这种损失统称为烧损。烧损的大小与炉型、

18、铝料状态和生产工艺有关。如：铝料的表面积越大（即铝料越细碎）其烧损也越大。 综合考虑，在大气中熔炼铝合金，总要产生氧化夹杂，增加铝液中的含气量，熔炼时间越长，铝液温度越高，氧化夹杂越多，合金的吸气就月严重。因此，在生产中，应该采取快速熔炼，不允许铝液过热。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铝液的精炼处理,第一节 铝合金的吹氮精炼 第二节 精炼效果的检验,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铝合金的吹氮精炼,精炼的目的是除气、除渣以获得优良的铝液。 通氮精炼时，氮气以气泡形式存在于铝液中，在氮气泡与铝液的接触面上，由于气泡内部与铝液中氢之间存在着压力差，铝液中的氢的分压更大，氢会从铝液中向氮气泡内扩

19、散。同时气泡在上升途中若与悬浮状态的氧化夹杂相遇时，夹杂物便可能被吸附于气泡表面，而与氢一起带出铝液表面。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铝合金的吹氮精炼,吹氮精炼工艺要点： 1.吹氮精炼所需的氮气压力和氮气流量的大小应以引起铝液沸腾，但不以发生飞溅为原则； 2.将除气精炼管放置在铝液液面上方预热烘烤至暗红； 3.除气精炼温度；,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铝合金的吹氮精炼,吹氮精炼工艺要点： 4.除气精炼时间； 5.铝液静置、扒渣。 铝合金的变质（细化）处理： 在铝液中加入适量的变质剂（细化剂），改变铝合金的金相组织，使得铝合金的晶粒细化，从而提高铝合金的机械性能。,上海皮尔博格有色零

20、部件有限公司,精炼效果的检验,比重试验： 比重试验是一种定量的炉前检验手段，其对铝液精炼效果的判断更灵敏、更可靠。 由于进行比重试验时，铝液是在减压冷凝装置（真空密度仪）中即一定的真空度下凝固的，所以比重试验不受外部环境中的湿度影响。 比重计算公式：比重=干重（干重-湿重） 比重越大表示试样内部组织越致密，对应的铝液含气量越少，铝液精炼效果越佳。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,吹氮精炼机器,石墨档板,石墨吹氮管,旋转转子,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸造培训讲义,第四章 铸件缺陷分析与预防,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸件缺陷分析与预防,一、气孔 1.特征 在铸件表面和内部存在有孔洞

21、，呈圆形、椭圆或不规则形，有时由多个孔组成气孔群。孔内无其它物质存在，大多表面较光滑，这种缺陷称气孔缺陷。 气孔的种类较多，有时弥散分布在铸件各处，有时只有个别部位有气孔。在铸件表皮下有气孔，又称为皮下气孔，一般呈泪滴状，经机械加工后才会发现。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸件缺陷分析与预防,铸件较浅的皮下气孔，喷砂清理后可暴露出来，其表面则呈暗灰色；有时泪滴形气孔尖端露出铸件表面，外观检查就可见。 铸件表面凹进去一块较平滑的气孔称气坑式表面气孔或气窝。 2.产生原因 溶解在铝液中的气体析出，而由于模具温度太低，使铝液很快冷却，或者在铝液冷却过程中溶解气体不能及时排出金属液外，造成析出气孔

22、。 模具型腔中的气体、或涂料和坭芯中的树脂、固化剂受铝液热作用产生的气体。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸件缺陷分析与预防,模具型腔中的气体、或涂料和坭芯中的树脂、固化剂受铝液热作用产生的气体。 另外产品的设计、浇铸系统的设计也是气孔不能排除的重要原因。 对于铸件存在气孔缺陷，一是铸造工艺中的最常见的缺陷，对于任何一个铸造商来说都是一个要不断改进的永恒主题，但同时也是一个无法100消除的客观现象。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸件缺陷分析与预防,二、缩孔和缩松 1.特征 在铸件表面或内部存在有形状极不规则的孔，孔壁粗糙并带有枝状晶，这种缺陷称为缩孔。 铸件断面上有分散或细小的缩孔，有时

23、借助放大镜，甚至显微镜才能发现，称为缩松。 缩孔和缩松处晶粒粗大，它们常发生在铸件内浇道附近、冒口根部、铸件厚大部位等铸件上最后凝固的地方。,铸件缺陷分析与预防,2.产生原因 缩孔和缩松是铸件凝固过程中由于补缩不良而产生的缺陷。 铸件某些部位，通常是最后凝固的热节处，因铝液液态和凝固时期体收缩不能得到液态铝合金及时补偿，从而在该处产生缩孔。 铝合金有较宽的凝固温度范围，铝液在此温度范围内时同时形成晶核并长大，枝晶长成骨架，把未凝固的最后铝液分割成孤立小熔池，使这些小熔池铝液凝固时的体收缩导致的体积亏损难于得到补偿，结果形成许多细小而分散的小孔，即缩松。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸件缺陷

24、分析与预防,三、冷隔和浇不足 1.特征 铸件上有穿透或不穿透的，边缘呈圆角壮的缝，不能完全融为一体的缺陷，称冷隔。更严重时，则铸件就会残缺，或轮廓不完整，称浇不足。 冷隔常出现在远离内浇道处，在铸件薄壁处和厚薄连接处以及金属流汇合处。 最轻的冷隔只是一条带有圆角棱边的浅槽。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸件缺陷分析与预防,2.产生原因 由于铸件壁太薄、或模具温度过低、或铝液浇注温度过低、或涂料涂层过薄造成铝液进入型腔后流动性差，使两股金属流汇合时，相互不能融合在一起，形成冷隔缺陷，甚至局部未能充满，造成浇不足。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸件缺陷分析与预防,四、夹渣 1.特征 铸件上

25、有明的（铸件表面）或暗的（铸件内部），外形不规则的孔，孔内全部或局部被熔渣（多数是氧化夹渣）所填塞，这种缺陷称夹渣。 夹渣一般分布在浇注位置上部、内浇道附近或铸件死角。 按夹渣形成的时间先后可以分为一次夹渣和二次夹渣。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸件缺陷分析与预防,2.产生原因 渣滓是因为铝液在熔炼过程中产生且未清除干净，或浇注时挡渣不良，或浇注系统设置不当，造成渣滓随铝液进入型腔中形成夹渣缺陷，这类夹渣称为一次夹渣。 铝液在进入型腔后，由于冲刷、紊流卷气而发生二次氧化，产生氧化夹渣留在铸件内部，这类夹渣称为二次夹渣。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸件缺陷分析与预防,五、裂纹（多见于

26、压铸件） 1.特征 铸件上有直线或不规则的曲线裂口，称裂纹缺陷。裂纹有两种：热裂纹和冷裂纹。 断面严重氧化，无金属光泽，裂口沿晶粒边发生和发展，外形曲折而不规则的裂纹称为热裂纹。 断面表面光洁，有金属光泽称为冷裂纹。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸件缺陷分析与预防,2.产生原因 热裂是铸件在一定温度范围内形成的，即铸件凝固晶体析出已形成一定强度的骨架，在“有效凝固温度范围区间”或称“脆性温度区间”形成的。铸件在此温度范围内，温度下降金属线收缩受硬模阻碍，铸件局部产生拉应力，当该应力超过合金在此温度下的强度极限，铸件则产生热裂缺陷。 冷裂是铸件处于弹性状态时，局部铸造应力超过材料强度极限而造成的裂纹。,上海皮尔博格有色零部件有限公司,铸件缺陷分析与预防,六、砂眼 1.特征 铸件表面或内部包容着砂粒的孔穴，称之为砂眼缺陷，铸件表面的砂眼，清理时砂粒脱落而留下孔穴。 2.产生原因 砂眼主要是坭芯在浇注过程中被铝液冲刷或型砂松落、散砂掉入型