铸造生产及质量控制.ppt

第一节 概述 第二节 铸造合金的工艺性能第三节 砂型铸造第四节 特种铸造,第二章 铸造生产及质量控制,金属的成形方法可分为铸造、塑性成形（或称压力加工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大类。,第一节 概 述,定义：将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。,（1）材料来源广；（2）废品可重熔；（3）设备投资低。,铸造生产的特点,1可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。如汽缸体、汽缸盖、蜗轮叶片、床身件等。,（1）合金种类不受限制；（2）铸件大小几乎不受限制。最小壁厚可 达0.3mm；重量可从几克到几百吨。,2适应性强：,4成本低：,5废品率高；力学性能较差不如锻件；劳动条件差。,3尺寸精度高：一般比锻件、焊件精度高,充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。,1、液态合金的流动性,合金的流动性是：液态合金本身的流动能力。,充型 液态合金填充铸型的过程。,充型能力液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的健全铸件的能力。,2-1 液态金属的充型能力,第二节 铸造合金的的工艺性能,一、影响液态金属冲型能力的因素,流动性好的合金 易于充满薄而复杂的型腔;（不易产生浇不足、冷隔等缺陷）有利于合金液中气体和非金属夹杂物上浮并排除；（不易产生夹渣和气孔）有利于对铸件凝固时的收缩进行补缩；（不易产生缩孔和缩松）有利于使凝固后期出现的热裂纹及时得到合金液补充而弥合。,0.45%C 铸钢：200,4.3%C 铸铁：1800,合金的流动性用浇铸“流动性试样”方法来测定。一般用螺旋形试样，还有球形、U形等。,纯金属、共晶成分合金的流动性最好。原因：恒温下进行 共晶合金与其他成分合金相比熔点低其它成分合金的流动性较差，且结晶温度间隔越大，流动性越差 原因：结晶是在一个温度范围内进行的，即经过液、固并存的两相区。,合金中其他元素也影响流动性。P减低液相线温度，粘度下降，提高流动性，Si也有相似作用,合金流动性主要取决于合金化学成分所决定的结晶方式,a）在恒温下凝固,b）在一定温度范围内凝固,合金流动性还取决于合金的结晶特点 合金在结晶过程中放出的结晶潜热越多，保持液态的时间越久，流动性越好；结晶晶粒的形状也有影响，晶粒成球状或规则形状往往比形成树枝状晶粒流动性好。,合金流动性还取决于合金的物理性质 合金的比热容（C）和密度越大，导热率越小，因本身含有较多的热量而散热较慢，流动性好；在相同条件下，合金的表面张力越大，流动性越差；液态合金的粘度越大，流动性越差。,（3）浇注系统的结构 浇注系统的结构越复杂，流动阻力 越大，充型能力越差。,二、浇注条件,三、铸型的性质,（1）铸型的蓄热系数 铸型的蓄热系数表示铸型从其中的金属吸取热量并储存在本身中的能力。蓄热系数越大，激冷能力就越强，液态保留时间越短，冲型能力降低。,（1）浇注温度 一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。,（2）充型压力 液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。,（2）铸型温度 铸型温度越高，液态金属与铸型的温差 越小，充型能力越强。,（3）铸型的表面状态和铸型中的气体,（2）铸件复杂程度 铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的 充填就困难。,四、铸件结构,（1）折算厚度 折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积 与表面积之比。折算厚度大，热量散失慢，充型能力 就好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。,二、提高冲型能力的措施,1、正确选择合金成分和采用合理的熔炼工艺,2、调整铸型的性质,3、改善浇注条件,2-2 液态金属的凝固与收缩,一、铸件的凝固方式,1.逐层凝固,2.糊状凝固,3.中间凝固,在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要是固液两相并存的凝固区的宽窄。铸件的“凝固方式”就是依据凝固区的宽窄来划分的。,影响铸件凝固方式的主要因素：,（1）合金的结晶温度范围,合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固。,液,（2）铸件的温度梯度,在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决与铸件内外层之间的温度差。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄。,T1,T2,T浇,T液,T固,T室,定义：收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。,二、合金的收缩,1.收缩的概念,体收缩是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。,体收缩率：,线收缩率：,线收缩是铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因。,（3）固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩。T固 T室,（2）凝固收缩 从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。T液 T固,合金的收缩经历如下三个阶段：,（1）液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度 之间的收缩。T浇 T液,（3）铸件结构和铸型条件的影响 铸件在铸型中是受阻收缩而不是自由收缩。阻力来自于铸型和型芯；铸件的壁厚不同，各处的冷却速度不同，冷凝时，铸件各部分相互制约也会产生阻力。因此铸件的实际收缩率比合金的自由收缩率要小。,（2）浇注温度的影响 浇注温度升高，合金液态收缩量增加，故合金总收缩量增大。,（1）化学成分的影响 铸钢，随wC增加，收缩率增大。灰口铸铁，随wC和wSi的增加，则石墨增加，收缩率下降。不同的合金，化学成分不同，收缩率也不一样。,影响收缩的因素,2.缩孔与缩松,液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。,1)缩孔和缩松的形成,13,集中缩孔易于检查和修补，便于采取工艺措施防止。但缩松，特别是显微缩松，分布面广，既难以补缩，又难以发现。a）合金液态收缩和凝固收缩愈大(如铸钢、白口铸铁、铝青铜等)，收缩的容积就愈大，愈易形成缩孔。b)合金浇注温度愈高，液态收缩也愈大(通常每提高100，体积收缩增加1.6%左右)，愈易产生缩孔。C)结晶间隔大的合金，易产生缩松；纯金属或共晶成分的合金，易形成集中的缩孔。,图2-6 相图与缩孔、缩松和铸件致密性的关系,2)缩孔和缩松的防止,防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固次序，使铸件实现“顺序凝固”。,冒口 储存补缩用金属液的空腔。,顺序凝固 铸件按照一定的次序逐渐凝固。,加压补缩,热等静压消除缩孔和缩松,2-3 铸造应力、变形与裂纹,铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力。,一、铸造应力,1.机械应力（收缩应力）,合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒系统的机械阻碍而形成的内应力。机械应力是暂时应力。,上型,下型,由于形状复杂，厚薄不均，各部分的冷却速度不 同，以至在同一时刻，铸件各部位收缩不一致而引起的 内应力称为热应力。热应力的形成过程如下图。,铸件的壁厚相差越大，合金的线收缩率越高，弹性模量越大，则铸件内产生的热应力越大；残余应力,2热应力,热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。,相变应力是具有固态相变的铸件在冷却过程中因各部分达到相同温度的时间不同，相变程度也不同，相变前后的组织具有不同的比容，使各部分体积发生不均衡变化而产生应力。一般厚壁处为压应力，薄壁处为拉应力。相变应力可能是临时应力，也可能是残余应力。,3相变应力,4、铸造应力的防止和消除措施同时凝固 冷铁（放在厚处）、浇口（开在薄处）提高铸型温度改善铸型和型芯的退让性设计时尽量使铸件各部分能自由收缩，如壁厚 均匀、避免热节，壁厚不同时其连接处要有过渡去应力退火（人工时效、热时效）自然时效共振时效（共振法）选择弹性模量和收缩系数小的材料,二、铸件的变形与防止,反变形法,防止变形的方法：,1）使铸件壁厚尽可能均匀；,2）采用同时凝固的原则；,3）采用反变形法。,三、铸件的裂纹与防止,1 热裂,热裂的形状特征是：沿晶界萌生和扩展、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。,热裂的防止：,应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。合理设计铸件结构。减少铸件各部分温差，建立同时凝固的条件。对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量，防止热脆性。,2 冷裂,冷裂的特征是：穿晶扩展，裂纹细小，呈连续直线状，断口表面干净，并有金属光泽或轻微氧化色。,冷裂的防止：,1）使铸件壁厚尽可能均匀；,2）采用同时凝固的原则；,3）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的 含量，防止冷脆性。,4）严格控制合金熔炼质量，特别是减少有害元素和非金属夹杂物的含量，提高合金的强度或改变其塑韧性。,2-4 铸件中的偏析、气体与非金属夹杂物,（1）晶内偏析 晶内偏析是由合金的不平衡凝固造成的。,1、显微偏析,影响晶内偏析程度的因素：合金相图上液相线和凝固线的水平距离（距离越大，偏析越严重）偏析元素在固溶体中的扩散能力（扩散能力越小，偏析越大）铸件的冷凝速度,晶内偏析对铸件的影响：使铸件力学性能降低，特别是塑性和韧性降低显著；化学成分的不均匀性导致铸件抗蚀性降低。,一、铸件中的偏析,减轻和消除晶内偏析的措施：将铸件加热到低于固相线100-200进行长时间的高温扩散退火 对合金进行孕育处理或加入某些元素使枝晶尺寸减小或增加单位面积上枝晶数量。例如：Cu-Sn合金中加Fe、Ni或微量P，能增加枝晶数目。,（2）晶界偏析 产生晶界偏析的两种情况：一种是两各晶粒彼此相对生长，结果晶界相遇，这样，在最后凝固的晶界部分将含有较多的溶质和其他低熔点物质，从而造成晶界偏析；另一种情况是晶界与晶体的生长方向平行由于表面张力平衡条件的要求，在晶界与液相交接处出现一个凹槽，此处不利于溶质原子扩散，从而使溶质元素富集，同样也可能存在其他低熔点和高熔点的杂质，凝固后便形成晶界偏析。,防止方法：细化晶粒；减少合金中氧化物和硫化物等夹杂物,（1)正常偏析 所谓正常偏析是指平衡分配系数Ko1的合金则与上述情况相反，这是正常现象，故称为正常偏析。正常偏析很难完全避免。,2、宏观偏析,(2)反偏析(逆偏析）反偏析是指在Ko1的合金中，虽然结晶是由外层逐渐向内进行，但在外层的一定范围内溶质的浓度分布由外向内逐渐降低，这恰好与正常偏析相反，故称为反偏析。,防止或减轻反偏析的主要途径：增大温度梯度，或向合金中添加晶粒细化剂，抑制液体的晶间流动。减小液态金属在结晶过程中所受的压力，减少合金含气量。,（3）比重偏析 比重偏析是合金熔体凝固时先结晶的固相与周围熔体之间有明显的密度差或熔体中存在互不相溶且密度明显不同的两种液相时，在重力的作用下会造成铸件上、下部分化学成分明显的不同。,减轻或消除比重偏析的途径：加快凝固速率和充分搅拌熔体 加入防止初晶沉浮的元素，在凝固时先形成与熔体密度相近的树枝状新相作骨架，使偏析相的沉浮所阻。,2-5 铸件中的气体与非金属夹杂物,气体来源 熔炼过程中的气体主要来源：各种炉料的锈蚀物、炉衬、工具、溶剂及周围气氛中的水分、氮、氧等气体。铸型中气体来源：型砂中的水分，粘土在金属液的热作用下结晶水分解，有机物燃烧产生的大量气体。浇注过程的气体来源：一是浇包未烘干，接触金属液时便产生气体；二是浇注系统设计不当，卷入气体；三是铸型透气性差，引起气体进入型腔。此外，浇注速度控制不当，或型腔内气体不能及时排除，当温度急剧上升、气体体积膨胀使型腔内压力增加，使气体进入金属液，增加金属中的气体含量。,一、铸件中的气体,气体种类及存在形态 气体种类：氢、氧、氮、一氧化碳和二氧化碳 存在形态：固溶体、化合物和气态 气体对铸件质量的影响 减少了铸件的有效截面积，当孔穴内有尖角时，引起应力集中，增大缺口敏感性，降低铸件的力学性能 溶于固溶体的气体，恶化金属塑性和冲击韧性 影响合金的铸造性能，主要表现在影响热裂性能，还影响疏松和冲型能力。,夹杂物来源 铸件的非金属夹杂物来源于合金熔炼时的原材料、脱氧和脱硫产物、熔渣、耐火材料以及精炼后的转包和浇注过程中所产生的二次氧化物等。非金属夹杂物对铸件质量的影响 非金属夹杂物对铸件使用性能的影响 降低铸件的塑性、韧性和疲劳强度；降低铸件在腐蚀介质中的抗蚀性；（2）非金属夹杂物对铸件工艺性能的影响 使合金的铸造性能变坏；硬度较高的氧化物和硅酸盐夹杂的存在会加速刀具的磨损，使切削性能变坏；非金属夹杂还会影响铸件的热处理性能和焊接性能。,二、铸件中的非金属夹杂物,三、减少铸件中气体和非金属夹杂物的措施 1.吸附净化法 此类净化法是靠在合金液中加入净化剂，或靠过滤器的机械过滤作用，以达到去除液态合金中的气体和夹杂物的目的。通常向液态金属中通入氮、氩等气体，或加入能产生这类气体的盐类，使之产生大量的气泡，由于气泡中有害的分压为零，因而有害气体便会不断地进入气泡，达到一定值后，气泡便浮出液面，从而将有害气体带入大气；机械过滤作用是靠过滤器的机械阻碍或吸附作用达到去除合金液中夹杂物的目的。2.非吸附净化法 此类方法主要籍助物理作用达到净化效果。通常采用真空处理和超声波处理。真空处理 超声波处理 化学法,砂型铸造是应用最广的铸造方法，约占总产量的60%以上，其基本工艺过程如下：,第三节 砂型铸造,零件图,铸造工艺图,模样图、芯盒图、铸型装配图,准备炉料,熔炼金属,浇注,化验,落砂、清理,检验,热处理,合格铸件,零件图,铸造工艺图,砂型,砂芯,芯砂芯盒,型砂模样,熔化,合 箱,落砂、清理,检 验,铸 件,一、造型材料,砂型铸造用的造型和制芯材料主要由原砂、粘土和油类等粘结剂、木屑和煤粉等添加剂以及适量的水等组成。,1、型砂应具有的性能要求 应具有一定的强度 应具有良好的透气性 型砂具有一定的耐火度和化学稳定性，以保证在高温液态金属下不软化、不融化、不与液态金属发生反应，使铸件不易粘砂和不产生过量气体 应具有良好的退让性。应具有良好的工艺性能，即在造型时不粘模，具有好的流动性和可塑性，使铸型有清晰的轮廓，从而保证铸件有精确的轮廓尺寸。,2、常用型（芯）砂的种类 粘土粘结剂的种类不同，常用的型（芯）有粘土型砂、水玻璃砂和有机粘结剂砂三类。粘土型砂 粘土型砂是由原砂、粘土、附加物及水按一定比例配置而成。砂粒是型砂中耐高温的骨干；粘土和水形成胶体，以薄膜形式覆盖在砂粒表面，把松散的砂粒联结起来，使型砂具有强度性能等；附加物如煤粉、木屑等用来改善型砂的某些性能，如良好的透气性、退让性和高的抗夹砂能力。原砂是以石英颗粒为主的石英原砂（即硅砂），铸造用砂大部分采用天然砂，根据来源可分为河砂、湖砂、海砂、风砂等。少量亦有经开采得到的石英石或硅砂岩破碎、筛分而得到的人造硅砂，天然砂应用最广泛，而人造砂主要应用于铸钢件。粘土是型砂中应用最广的粘结剂，由于粘土颗粒非常细小，一般粒径在0.02mm以下，加水后粘土质点之间便产生表面张力而使颗粒相互粘结，使型砂具有强度的基本原因。粘土分为：普通粘土（如高岭土）又称白泥，耐火性好，成本低，应用广，多用于干型铸造。膨润土又称陶土，比普通粘土细小，粒径为普通粘土粒径的1/200，粘结性能比普通粘土好。附加材料：为了防止铸件表面粘砂并增加铸造件表面光滑性，可在型砂中加入煤粉，或在型砂和型芯的表面覆盖一层能耐高温的石墨粉。为了改善型砂的退让性，可在型砂中掺入木屑，在芯骨上绕上稻草绳以及用炉渣和焦碳作为型芯、砂型的一部分以保证足够的退让性和透气性。,2、常用型（芯）砂的种类 水玻璃型砂 水玻璃型砂是以水玻璃为粘结剂的一种型砂。它是由原砂、水玻璃和附加物（膨润土和NaOH水溶液等）配置而成。水玻璃砂铸型或型芯无需烘干，通常向铸型或型芯吹CO2气体便可快速硬化。其原理在于CO2是酸性氧化物，它能与水玻璃（硅酸钠水溶液）水解产物中的NaOH反应，生成Na2CO3和水，从而促使硅酸溶胶的生成，并将砂粒包裹连接起来，使型砂具有一定强度。优点：硬化速度快、生产周期短、易实现机械化、劳动条件好 缺点：易粘砂、湿强度低、退让性差、出砂困难、回用性差 目前，主要用于铸钢件生产，很少用于铸铁和有色金属铸造。,2、常用型（芯）砂的种类 有机粘结砂 有机粘结砂是用植物油、合脂和树脂作粘结剂将原砂、粘土、附加物和水混制而成的一种型砂，它主要用作芯砂。植物油砂一般用亚麻油、桐油、豆油等作粘结剂，其主要特性是具有高的干强度、低的发气量、小的吸湿性、好的流动性和不易粘模。同时，在高温燃烧分解生成还原性气体CO和H2，形成气体隔膜，有利于提高铸件内腔的表面光洁度，并使砂芯具有良好的透气性、退让性和溃散性。但其湿度太低，不易打芯，烘干前和烘干过程中易变形。因此通常在油砂在加入少量粘土、水或纸浆废液。合脂砂是用制皂生产中的石蜡经氧化、蒸馏提取皂用脂肪酸后剩下的残液，经煤油或汽油稀释后作粘结剂。性能与植物油砂相近。树脂砂是以合成树脂作粘结剂的型（芯）砂。优点：发气量比植物油砂低，透气性好、固化后干强度高、且溃散性好，铸件质量高；铸型或型芯能自行硬化或稍加热就固化，可节省能源和工时费用，且工艺过程简单，易实现机械化和自动化，适于成批大量生产。缺点：有少量游离甲醛气味污染环境，成本较高，对模样有较高的粘着性。,二、浇注系统、冒口和冷铁设计 1、浇注系统 将液态金属引入铸型的必要通道。设计要求：（1）保证在一定的时间内使液态金属充满型腔，以防止大型薄壁铸件浇不足的缺陷；（2）能使液态金属平稳地流入型腔，并能将金属液中的熔渣挡在浇注系统中，以及能将型腔中的气体顺利排出，从而可避免金属液的冲击、飞溅，防止铸件产生氧化，夹渣和气孔等缺陷；（3）能合理地控制和调节铸件各部分地温度分布，以减小或消除缩孔、缩松、裂纹和变形等缺陷；（4）浇注系统的结构应尽可能简单且体积较小，以简化造型操作、减少金属液的消耗和清理工作。,浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道四部分组成。浇口杯作用：承接来自浇包的金属液，并将其引入直浇道。还可起缓冲、挡渣和浮渣的作用。直浇道作用：把金属液从浇口杯引入横浇道或直接导入型腔，并建立金属液充填整个铸型的压头。横浇道作用：把直浇道和内浇道连接起来，并使金属液平稳而均匀的分配给各个内浇道，还起挡渣作用。内浇道作用：控制金属液流动速度和方向，使之平稳地充填型腔。浇注系统的类型（按内浇道在铸件中的位置）：顶注式、低注式、中注式、阶梯式和垂直缝隙式等。,典型浇注系统的结构a)封闭式 b）开放式1浇口环 2直浇道 3直浇道窝 4横浇道 5末端延长段 6内浇道,二、浇注系统、冒口和冷铁设计 2、冒口 冒口是在铸型中设置的一个储存金属液的空腔。冒口一般设置在铸件最后凝固部位的上方或侧面。冒口作用：补偿铸件凝固过程中产生地体积收缩，避免铸件最后凝固区域产生缩孔和缩松缺陷，还具有集渣和排气作用。确定冒口位置原则：冒口应设置在铸件最后所需补缩部位的上方或热节附近 冒口应尽量设置在铸件最高最厚处，以便于靠金属液的自重进行补缩 对铸件上不同高度处的热节进行补缩，冒口可分别设置，但要用冷铁把各个冒口的补缩范围隔开 冒口设置应尽量不阻碍铸件的收缩，不要设置在铸件应力集中部位，以免产生裂纹,冒口,普通冒口,特种冒口,明冒口,暗冒口,保温冒口发热冒口大气压力冒口易割冒口,二、浇注系统、冒口和冷铁设计 3、冷铁 冷铁作用：加速铸件厚壁部位的冷却，使其与邻近部位同时凝固，避免在热节处出现缩孔、缩松，当它与冒口配合使用时，可实现铸件的顺序凝固和扩大冒口的有效补缩距离，消除铸件的缩孔、缩松缺陷。冷铁分为内冷铁和外冷铁两种。内冷铁：采用与铸件材质相同或相近的材料直接插入需要激冷处型腔内，随后与浇注金属熔接在一起，成为铸件壁的一部分。内冷铁大多用于厚而大又不十分重要的铸件，例如砧座、落锤等。对于承受高温、高压铸件不宜采用。外冷铁：只与铸件上被激冷部位表面相接触而不熔接，故可回收重复使用。冷铁的设计：包括安装位置、形状和尺寸。通常冷铁位置的安放与冒口同时考虑。凡在铸件热节处不设置冒口就必须放冷铁。冷铁的尺寸取决于铸造合金的种类和冷铁的用途。通常冷铁的厚度为铸件壁厚的125倍。,造型和制芯是砂型铸造最基本的工序，按照紧实型砂和起模的方法，可分为手工造型和机器造型两大类。,1.手工造型 全部用手工或手动工具完成的造型。手工造型特点：适应性强，无需复杂设备，成本低。缺点：铸件质量不稳定，生产效率低，劳动强度大 适用于单件，小批量或大型铸件的生产。,手工造型按模样特征可分为：整模造型，分模造型、活块造型、挖砂造型、假箱造型、刮板造型；按砂箱特征分：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型。具体特点及应用见下表。,三、造型和造芯方法,零件part,木模wooden pattern,砂箱flask,分模面parting line,手工造型的两箱造型图解,型芯Core,上箱flask,下箱,型腔Cavatity,浇注系统gating system,分型面P/L,三箱造型 three-piece moulding,铸型由上、中、下三部分组成，中型的高度须与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型费工，应尽量避免使用,三箱造型,模样是整体的，多数情况下，型腔全部在下半型内，上半型无型腔。造型简单，铸件不会产生错型缺陷铸件最大截面在一端，且为平面。,整模造型 Single piece pattern,整模造型,模样是整体的，但铸件的分型面是曲面。为了起模方便，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂。每造一件，就挖砂一次，费工、生产率低,挖砂造型,挖砂造型,为了克服挖砂造型的缺点，先将模样放在一个预先作好的假箱上，然后放在假箱上造下型，省去挖砂操作。操作简便，分型面整齐,假箱造型,假箱造型,将模样沿最大截面处分为两半，型腔分别位于上、下两个半型内。造型简单，节省工时,分模造型 Split pattern,套管的分模造型,分模造型,分模造型视频,铸件上有妨碍起模的小凸台、肋条等。制模时将此部分作成活块，在主体模样起出后，从侧面取出活块。单件小批生产带有突起部分的铸件,活块造型Loose piece pattern,活块造型,活块造型视频,用刮板代替模样造型。可大大降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，要求操作者的技术水平较高.,刮板造型Sweep pattern,刮板造型,特点：铸件质量稳定、表面质量好尺寸精度高、加工余量小、生产率高、劳动条件好、生产总成本低、便于机械化。缺点：设备和工装费投资大，生产准备周期长 适用于大量和成批生产铸件。,2、机器造型（芯）,1.机器造型的紧砂方法,机器造型的紧砂方法主要有压实、震实、震压、抛砂四种基本形式。,1）震压紧砂：以压缩空气为动力，工作原理如图所示。,2）抛砂紧砂：工作原理如图所示。,填砂震击紧砂辅助压实起模,顶杆起模式震压造型机的工作过程,录象,进气,填砂,排气,落下,撞击,震击气缸升起,压实,振压造型机工作过程,抛砂造型,抛砂机的抛砂机头的电动机驱动高速叶片，连续地将传送带运来的型砂在机头 内初步紧实，并在离心力的作用下，型砂呈团状被高速（3060ms）抛到砂箱中，使型砂逐层地紧实。抛砂紧实同时完成填砂与紧实两个工序，生产效率高、型砂紧实密度均匀。抛砂机适应性强，可用于任何批量的大、中型铸型或大型芯的生产。,抛砂造型影片,2.机器造型的起模方法,1）顶箱起模：如图2-21a所示。机构简单，但易漏砂，用于型腔简单、高度小的铸型，多用于上型，以省却翻箱。,2）漏模起模：如图2-21b所示。一般用于形状复杂或高度较大的铸型。,3）翻转起模：如图2-21c所示。机构较复杂，但不易掉砂，适用于型腔较深，形状复杂的铸型，常用于下型。,图2-21 起模方法示意图,三、造型生产线,将造型机和其它辅机（翻转机、下芯机、合型机、压铁机、落砂机等）按照铸造工艺流程，用运输设备（铸型输送机或辊道）联系起来，组成一套机械化、自动化铸造生产系统，如图下图所示。,造型生产线,四、砂型铸造的特点及应用（1）特点 适于铸造各种金属 不受铸件形状限制 如形状复杂件、大件 不受批量限制 成本低 铸件尺寸精度低、表面粗糙 缺陷多，质量不稳定 劳动条件差（2）应用 广泛 特大件,一、金属型铸造,金属型铸造是在重力作用下将金属液体浇入金属铸型以获得铸件的方法。铸型用金属制成，可反复使用，故又称永久型铸造（硬模铸造）。,3-4 特种铸造,图2-24 金属型结构简图,a)水平分型式,c)复合分型式,b)垂直分型式,1一型芯 2一上型 3下型 4模底板 5动型 6定型,金属型铸造,金属型铸造过程视,3）刷涂料：金属型表面应喷刷一层耐火涂料，以保护型壁表面，免受直接冲蚀和热击。还可改变冷却速度，实现铸件的顺序凝固。不同合金采用不同涂料，铝合金常用氧化锌粉、滑石粉和水玻璃的涂料；灰铸铁用石墨、滑石粉、耐火粘土、石英粉等。,4）浇注温度：浇注温度应比砂型铸造高2030。,5）开型时间:在型内停留时间越长，温度越低，收缩量越大，取出铸件越困难，产生内应力和裂纹的倾向越大；同时冷却时间越长，生产率下降。因此合适的开型时间十分重要。如：铸铁件出型温度为780 950，开型时间10 60s。,2.金属型铸造的工艺特点,2）金属型预热：未预热的金属型导热性好，使金属液冷却过快，铸件易出现冷隔、浇不足、夹杂、气孔等缺陷；铸型受强烈热冲击，应力倍增，极易损坏。故在浇注前必须预热。预热温度应根据合金种类和铸件结构而定。一般200350。,1）加强金属型的排气：型腔上部设排气孔，在分型面上开通气槽。,3.金属型铸造的特点和应用范围,金属型铸造适用于大批生产的有色合金铸件，如铝合金的活塞，汽缸体等。,1）金属型铸件冷却快，组织致密，机械性能较高；2）铸件的精度和表面质量较高；尺寸精度IT12IT16，12.5 6.3；3）实现了“一型多铸”，提高了生产率，改善了劳动条件；4）金属型不透气且无退让性，铸件易产生浇不到、裂纹或白口等缺陷。,二、熔模铸造成形工艺,在易熔模样表面包覆若干层耐火材料，待其硬化干燥后，将模样熔去制成中空型壳，经高温焙烧后进行浇注而获得铸件的一种成形工艺方法。（失蜡铸造、精密铸造）,1、熔模铸造的工艺过程,熔模铸造,熔模铸造视频,2、熔模铸造的特点和适用范围,1铸件的精度和表面质量较高，公差等级可达IT11 IT13，表面粗糙度Ra值达1.612.5m。,2合金种类不受限制，尤其适用于高熔点及难加工的高合 金钢，如耐热合金、不锈钢、磁钢等。,3可铸出形状较复杂的铸件，最小壁厚可达0.3mm，最小孔 径为0.5mm。,4生产批量不受限制，单件、成批、大量生产均可适用。,5工艺过程较复杂，生产周期长；原材料价格贵，铸件成本 高；铸件不能太大、太长，否则熔模易变形，丧失原有精 度,应用：它最适合25kg以下的高熔点、难以切削加工合金 铸件的成批大量生产。,三、压力铸造,液态金属在高压作用下快速压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的工艺方法。,压铸机分类,按压室是否浸在熔融金属中，分冷室压铸机热室压铸机,按压室位置，分卧式压铸机立式压铸机,主要构成：合型机构、压射机构、机座、液压传动系统、控制系统、润滑冷却系统等。,压力铸造动画,卧式压铸机工作原理,大型压铸机及压铸模,大型压铸机,卧式压铸机,卧式冷室压铸机动画,立式压铸机,立式压铸机视频,2、压力铸造工艺特点,压铸压力 压铸过程中，作用在金属液上的压力一般以比压表示，所谓比压是指压射过程中压室内单位面积上液态金属所受到的静压力。通常比压过小会导致铸件组织的不致密和轮廓不清晰，因此，增大比压可提高铸件的致密度。但比压过大，又会使压铸模受到金属液的强烈冲刷和增大合金的粘模倾向，降低压铸模使用寿命。一般比压为3080MPa。,填充速度 填充速度是指金属液通过压铸型内浇口导入型腔的线速度，它的高低直接影响到铸件内部的质量和尺寸精度。通常充填速度过低，易使铸件轮廓不清晰，甚至不能成形。充填速度过高，会使铸件产生气孔和氧化夹杂等缺陷，并使铸件粘型，降低铸件表面质量和压铸模寿命。一般1040m/s。,合金的浇注温度 浇注温度通常用保温坩埚中液态合金的温度表示。浇注温度的高低，直接影响铸件成形、尺寸精度、表面质量、力学性能和压铸模的使用寿命。主要根据压铸合金的种类、压铸件的壁厚和复杂程度来确定。一般比常温低4080。,压铸模的工作温度 压铸模的工作温度的高低对铸件质量的影响与合金的浇注温度有类似之处。因此在生产过程中应控制压铸模的工作温度，使之保持在一定温度范围内。工作前要预热，铝、镁合金压铸预热130200，铜合金压铸预热200400。并喷刷特殊涂料。,压铸时间 压铸时间包括充填、持压和铸件在压铸模中的停留时间。充填时间是指金属液开始进入型腔到充满型腔所需的时间。充填时间与压铸件的轮廓尺寸、壁厚和结构以及金属液和压铸模的温度等因素有关。充填时间主要通过控制压射比压、压射速度或内浇口尺寸来实现，一般为0.010.2s。持压时间是指金属液充满型腔后，仍需在压力下持续的时间。以使压射冲头通过未凝固的金属将压力传递给铸件，从而获得组织致密的铸件。持压时间与合金特性和铸件壁厚有关。一般为13s。留摸时间是指铸件在压铸摸中从持压终了到开型取出铸件所需时间。留摸时间太短，铸件出摸时温度较高，强度低，故铸件从型内顶出时易产生变形，且铸件中气体膨胀使其表面产生鼓泡。但是，若留时间过长，铸件出摸温度低，收缩大、抽芯及顶出铸件阻力大，对有热脆合金铸件会发生开裂。,3、压力铸造的特点和适用范围,（1）铸件的尺寸精度和表面质量最高。公差等级一般 为 IT11IT13级，Ra为3.20.8m。,（2）铸件的强度和表面硬度高。抗拉强度可比砂型铸造 提高2530%，比金属型铸件高1012%。,（3）可压铸出形状复杂的薄壁件。最小壁厚，铝合金 为0.5mm，而锌合金仅为0.3mm。,（4）生产率高。国产压铸机每小时可铸50150次，最高可达500次。,（5）压铸设备投资大，压铸型制造成本高，工艺准备时 间长，不适宜单件、小批生产。,（6）由于压铸型寿命的原因，目前压铸尚不适宜铸铁、钢 等高熔点合金的铸造。,（7)铸件内部存在缩孔和缩松，表皮下形成许多气孔。,在压铸件的设计和使用中，应注意的问题,(1)应使铸件壁厚均匀，并以34mm壁厚为宜，最大壁厚 应小于68mm，以防止缩孔、缩松等缺陷。,(2)压铸件不能进行热处理或在高温下工作，以免压铸件 内气孔中的气体膨胀，导致铸件表面鼓泡或变形。,(3)压铸件应尽量避免切削加工，以防止内部孔洞外露。,(4)由于压铸件内部疏松，塑性、韧性相对较差，因此不 适宜制造承受冲击的制件。,应用：有色薄壁小件的大批量生产。,四、低压铸造,低压铸造是在（0.020.07）MPa的低压下将金属液注入型腔，并在压力下凝固成形，以获得铸件的方法。,1、低压铸造的工艺过程,压缩气,坩埚炉,铸型,熔化黄铜水,低压铸造工艺原理,主要步骤通气充型加压凝固放气开模,低压铸造示意图,3）增压凝固，型内合金在较高压力下结晶、凝固。4）减压、降液，坩埚上部与大气连通，升液管内合金液流回坩埚。5）开型取出铸件。,2、低压铸造的特点及应用范围,应用：目前广泛应用于铸造铝合金铸件，如汽车发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等，也可用于球墨铸铁、铜合金等浇注较大的铸件，如球铁曲轴、铜合金螺旋桨等。,1）充型平稳且易控制，减少了冲击、飞溅现象，不易产生夹渣、砂眼、气孔等缺陷，提高了产品合格率。2）金属液上升速度和结晶压力可调整，低压铸造适用于各种铸型、各种合金和各种大小的铸件。3）浇注系统简单，金属利用率高。4）与重力铸造（砂型、金属型）比较，铸件的轮廓清晰，力学性能较高，劳动条件改善，易于机械化和自动化。,2）卧式离心铸造：铸型绕水平轴旋转，如图所示，铸件壁厚均匀，适于长度较大的管、套类零件。,返回文档,离心铸造示意图,a)立式离心铸造 b)立式离心浇注成形铸件 c)卧式离心铸造,1，16浇包 2，14铸型 3，13液体金属 4带轮和带 5旋转轴6铸件 7电动机 8浇注系统 9型腔 10型芯 11上型12下型 15浇注槽 17端盖,离心铸造,立式离心铸造机原理图,卧式离心铸造,离心铸造的生产过程视频,应用：大多用于黑色金属和铜合金制造各种套、环、管、筒、辊和叶片等零件。例如汽车、拖拉机的汽缸套、活塞环、轴瓦等。,六、挤压铸造,挤压铸造：用铸型的一部分直接挤压金属液，使金属在压力作用下成形、凝固而获得零件或毛坯的方法；又称液态模锻。,返回文档,挤压铸造原理图,a)合型前 b)合型后,挤压铸造动画,型板挤压铸造原理图,型板挤压铸造原理图,挤压铸造铁锅动画,2、挤压铸造的特点及应用范围,挤压铸造的特点是：（1）压铸件的尺寸精度高（IT11IT13），表面粗糙度小（Ra6.31.6m），铸件的加工余量小。（2）无需设浇冒口，金属利用率高。（3）铸件组织致密，晶粒细小，力学性能好。（4）工艺简单，节省能源和劳动力，易实现机械化和自动化生产，生产率比金属型铸造高12倍。缺点：浇到铸型型腔内的金属液中夹杂物无法排出。挤压铸造要求准确定量浇注，否则影响铸件的尺寸精度。用途：用于生产强度要求较高、气密性好、薄板类铸件。如各种阀体、活塞、机架、轮毂、耙片和铸铁锅等。,七、实型铸造,实型铸造又称气化模铸造和消失模铸造，它是采用泡沫塑料代替木模或金属模进行造型。造型后模样不取出，浇入金属液后，模样燃烧气化消失，金属液填充模样的位置，冷却凝固成铸件的生产方法。,实型铸造示意图,实型铸造动画,通用采用消失模新工艺铸造的铝合金缸体,2、实型铸造具有以下特点,（1）由于采用了遇金属液即气化的泡沫塑料模样，无需起模，无分型面，无型芯，因而无飞边毛刺，铸件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模铸造，但尺寸却可大于熔模铸造。（2）各种形状复杂铸件的模样均可采用泡沫塑料模粘合，成形为整体，减少了加工装配时间，可降低铸件成本10%30%，也为铸件结构设计提供充分的自由度。（3）简化了铸件生产工序，缩短了生产周期，使造型效率比砂型铸造提高25倍。缺点：实型铸造的模样只能使用一次，且泡沫塑料的密度小、强度低，模样易变形，影响铸件尺寸精度。浇铸时模样产生的气体污染环境。用途：实型铸造主要用于不易起模等复杂铸件的批量及单件生产。,各种常用铸造方法比较,特种铸造的发展很快，除以上常用的几种外，还有许多其它特种铸造方法，如磁型铸造、陶瓷型铸造、连续铸造、壳型铸造、真空吸铸和冷冻铸造等。,习题及思考题1、影响液态金属冲型能力的因素有哪些？2、在生产中为改善大型薄壁铸件的成形性，提高其冲型能力，通常可采取哪些措施？3、试述铸件产生热裂和冷裂的原因、裂纹的形态及其防止措施。4、铸件中气体和非金属夹杂物对铸件质量有何影响？如何减少铸件中的气体和非金属夹杂物？5、金属型铸造和砂型铸造相比有哪些工艺特点？控制金属型铸造质量的主要因素有哪些？6、试分析比较各种铸造方法的工艺特点及其应用范围。,