铸造工艺简介ppt课件.ppt

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1、铸造工艺简介,背景,我国有辉煌的传统冶铸历史，在殷商时期就有灿烂的青铜器铸造技术。如北京明朝永乐青铜大钟，重达46.5t，钟高6.75m，钟唇厚22cm，外径3.3m，钟体内遍铸经文22.7万字，击钟时尾音长达2分钟以上，传距20km。外形和内腔如此复杂、重量如此巨大、质量要求如此高的青铜大钟，正说明我国早已掌握冶炼和铸造技术。,液态材料成形技术通常称之为铸造，它是指熔炼金属，制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成形方法。,基本概念,基本术语,铸 型：用型砂、金属或其他耐火材料制成； 包括形成铸件形状的空腔、型芯和浇 冒系统的组合整体。型 腔：铸型

2、中造型材料所包围的空腔部分。铸 件：用铸造方法制成的金属件，一般作毛 坯用。分型面：铸型组元间的接合面。分模面：模样组元间的接合面。,模 样：由木材、金属或其他材料制成，用来形 成铸型型腔的工艺装备。零 件：铸件经切削加工制成的金属件。砂 芯：为获得铸件的内孔或局部外形，用芯砂 或其他材料制成的，安放在型腔内部的 铸型组元。芯 盒：制造砂芯或其他耐火材料所用的装备。,铸件在由液体转变为固体的过程中，要产生收缩，如不及时补充液体，就会在铸件内部产生缩孔而使铸件报废。因此，要在铸件凝固前要给铸件补充液体防止缩孔，这种在铸件上补充液体的部分，就称为补缩系统。它一般是用于铸件的铸造生产过程中，在铸件凝

3、固后，它是要切割掉的。,工艺过程,其主要工序如下图所示：,清理、检验等,清理、检验等,铸造的主要优点：投资小、生产周期短、技术过程灵活性大、能制造形状复杂的零件。铸造的缺点： 铸件内部组织疏松、晶粒粗大，易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷；铸件外部易产生粘砂、夹砂、砂眼等。由此，与同样材料的锻件相比，铸件的力学性能低，特别是冲击韧性。又由于铸造工序多，难以精确控制，使铸件品质不够稳定。,铸造特点, 可以制造形状复杂的毛坯或零件； 加工余量小，金属利用率高； 适应性强，应用面广，用于制造常用金属及合金的 铸铁件； 铸件的成本低； 铸件的晶粒比较粗大，组织疏松，常存在气孔、夹 渣等铸造缺陷，机械性能比锻

4、件差； 铸造生产工序多，铸件质量不够稳定，废品率较高； 铸件表面较粗糙，多用于制造毛坯。,砂型铸造的特点,常用砂型的主要特点和适用范围,砂型铸造工艺流程,造型方法,手工造型 以手工操作为主，劳动强度大，劳动生产率低，铸件缺陷率较高； 适用于重型铸件和形状复杂铸件的单件、小批量生产。机器造型 生产效率高，劳动条件得到改善； 精度比手工造型铸件高； 设备投资较大，适于形状不太复杂但生产批量较大的铸件的生产。,零件,木模,砂箱,分模面,两箱造型,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。,两箱造型,三箱造型,铸型由上、中

5、、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,地坑造型,在车间地坑内造型，用地坑代替下砂箱，只要一个上砂箱，可减少砂箱的投资。大型铸件单件生产时,降低铸型高度,便于浇注操作。但造型费工，而且要求操作者的技术水平较高。,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,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,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。

6、单件小批生产带有突起部分的铸件。,活块造型,常用的手工造型方法的主要特点和适用范围,机器造型,机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序，常用的机器造型方法有震实造型、微震实造型、高压造型、抛砂造型、气冲造型等,造型机,填砂震击紧砂辅助压实起模工艺特点: 机器造型工艺是采用模底板进行两箱造型。模底板是将模样、浇注系统沿分型面与底板联结成一个整体的专用模具。造型后，底板形成分型面，模样形成铸型空腔。,震实造型,震实造型,（2） 微震实造型,（3）高压造型,（4）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（3060

7、 m/s）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。,（5）气流冲击造型,1-压缩空气包；2-气冲阀；3-阀盘；4-辅助框； 5-模板； 6-砂箱；7-升降夹紧机构,特种铸造,熔模铸造金属型铸造消失模铸造陶瓷型铸造磁型铸造,压力铸造低压铸造离心铸造挤压铸造,特种铸造：铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造的方法两类特点：1.充型力变更2.型模革新,特点：特种铸造具有铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好、原材料消耗低、工作环境好等优点。但铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类

8、往往受到一定限制。,熔模铸造(失蜡铸造 ),熔模铸件的结构工艺性,（1） 铸孔不能太小和太深，一般铸孔应大于 2mm。否则涂料和砂粒很难进入腊模的空洞内,只能采用陶瓷芯或石英玻璃管芯，工艺复杂，清理困难。一般铸孔应大于2mm。 （2）逐渐壁厚不可太薄，一般2-8mm。 （3）铸件壁厚尽量均匀。 （4） 熔模铸造工艺一般不用冷铁，少用冒口，多用直浇口直接补缩，故不能有分散的热节。 （5） 便于取出型芯和腊模。,熔模铸造的特点和应用,（1）铸件精度高，表面质量好，属少量无切削工艺。尺寸精度IT11-14，表面粗糙度Ra12.5-1.6m。（2）可铸造形状复杂铸件，最小壁厚可达0.3mm，最小铸孔直

9、径0.5mm。可一次铸出组合体。（3）铸造合金种类不受限制，尤其适合高熔点和难切削合金。（4）生产批量不受限制，可单件或成批生产。（5）工序繁杂，生产周期长，原辅材料费用高，生产成本较高，铸件限于25kg。,金属型铸造（永久型铸造）,将液体金属在重力作用下浇入金属铸型，以获得铸件的一种方法。铸型用金属制成，可以反复使用。,金属型冷速快 一型多用,金属型铸造,金属型铸造特点及应用范围,（1）机加工余量小，尺寸精度IT12-IT16; 表面粗糙度Ra12.5-6.3m。（2）冷却速度快，铸件晶粒较细，力学性能提高。金属型生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25，屈服

10、强度平均提高约20，其抗蚀性能和硬度亦显著提高； （3）一型多铸，提高生产率，节约造型材料，减轻环境污染，改善劳动条件。,金属型铸造特点及应用范围,(4)成本高，不宜大型，形状复杂和薄壁铸件；铸铁件易白口化，切削困难，尺寸限制在300mm，重量8kg以下。(5)铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定;(6)铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约1530；用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80100；,产 品,压铸技术流程图,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

11、、控制系统、润滑冷却系统等。,河 北 工 业 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院,应用 背景,汽车发动机缸体、缸盖,汽车轮毂,汽车方向盘,笔记本电脑外壳,手机外壳,宝丽来PDC-2000数码照相机及外壳,灯筒,河 北 工 业 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院,压力铸造（简称压铸）是在高压作用下将液态或半液态金属快速压入金属压铸型（亦可称为压铸模或压型）中，并在压力下凝固而获得铸件的液态成形方法。,2、种类（根据压室的种类）,（1）热压室压铸机,河 北 工 业 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院,（2）冷压室压铸机,压铸机分类：根据压室工作条件不同，分为冷压室压铸机和热

12、压室压铸机两类。热压室压铸机的压室与坩埚连成一体，而冷压室压铸机的压室是与坩埚分开的。冷压室压铸机又可分为立式和卧式两种，目前以卧式冷压室压铸机应用较多,河 北 工 业 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院,压铸铸型：定型、动型，将定量金属液浇入压室，柱塞向前推进，金属液经浇道压入压铸模型腔中，经冷凝后开型，由推杆将铸件推出。冷压室压铸机，可用于压铸熔点较高的非铁金属，如铜、铝和镁合金等。,（二）压铸件的结构工艺性,卧式冷室压铸机,压铸特点,精度高（IT11-13级；表面粗糙度Ra值为6.31.6m，可不经机械加工直接使用，而且互换性好。适应形状复杂、轮廓清晰、薄壁深腔铸件；可组合压铸或

13、镶嵌压铸；生产率高、材料利用率提高60-70%、实现少切削和零切削，经济效益好。应用：生产锌合金、铝合金、镁合金和铜合金等铸件；汽车、拖拉机制造业、仪表和电子仪器工业、在农业机械、国防工业、计算机、医疗器械等制造业等。,缓慢地向坩埚炉内通入干燥的压缩空气，金属液受气体压力的作用，由下而上沿着升液管和浇注系统充满型腔。开启铸型，取出铸件。,应用：汽车发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等。,压铸模具,图2-73 压铸模总体结构示意图1-铸件；2-导柱；3-冷却水管；4-定模；5-动模；6-顶杆板7-顶杆；8-型腔；9-排气槽；10-浇注系统,5）离心铸造,离心铸造是指将熔融金属浇入旋转的铸型中，使液体金

14、属在离心力作用下充填铸型并凝固成形的一种铸造方法。（一）离心铸造的类型 铸型：金属型或砂型。 分类：离心铸造机通常可分为立式和卧式两大类，如图1-39所示。,离心铸造机,工艺,离心铸造的特点及应用范围,离心铸造的特点是：（1）液体金属能在铸型中形成中空的自由表面，不用型芯即可铸出中空铸件，简化了套筒、管类铸件的生产过程。（2）由于旋转时液体金属所产生的离心力作用，离心铸造可提高金属充填铸型的能力，因此一些流动性较差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造法生产。,（3）由于离心力的作用，改善了补缩条件，气体和非金属夹杂物也易于自金属液中排出，产生缩孔、缩松、气孔和夹杂等缺陷的几率较小。（4）无浇注系统和

15、冒口，节约金属。不足：金属中的气体、熔渣等夹杂物，因密度较轻而集中在铸件的内表面上，所以内孔的尺寸不精确，质量也较差；铸件易产生成分偏析和密度偏析。应用：铸铁管、汽缸套、铜套、双金属轴承、特殊钢的无缝管坯、造纸机滚筒等铸件的生产。,6）实型铸造（消失模铸造）,实型铸造：采用聚苯乙烯发泡塑料模样代替普通模样，造好型后不取出模样就浇入金属液，在金属液的作用下，塑料模样燃烧、气化、消失，金属液取代原来塑料模所占据的空间位置，冷却凝固后获得所需铸件的铸造方法。,实型铸造（消失模铸造）,实型铸造特点,（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

16、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。,实型铸造特点,1砂套造型 先用水玻璃砂制出砂套。制造砂套的模样B比铸件模样A应大一个陶瓷料厚度（图1-40a）。砂套的制造方法与砂型铸造相同

17、（图1-40b）。2灌浆与胶结 其过程是将铸件模样固定于模底板上，刷上分型剂，扣上砂套，将配制好的陶瓷浆料从浇注口注满砂套（图1-40c），经数分钟后，陶瓷浆料便开始结胶。陶瓷浆料由耐火材料（如刚玉粉、铝矾土等）、粘结剂（如硅酸乙酯水解液）等组成。,陶瓷型铸造工艺流程,3起模与喷烧 浆料浇注515min后，趁浆料尚有一定弹性便可起出模样。为加速固化过程提高铸型强度，必须用明火喷烧整个型腔（图1-40d）。4焙烧与合型 浇注前要加热到350550焙烧25h，烧去残存的水分、并使铸型的强度进一步提高。5浇注 浇注温度可略高，以便获得轮廓清晰的铸件。,铸造方法的选择,每种铸造方法均有其技术特征和适用

18、范围，合理选择铸造方法，主要应考虑下列因素： (1）零件的使用性能 零件所受的载荷情况及所处的工作环境(例如：温度、压力、气态或液态介质的性质等)对铸件尺寸精度和表面粗糙度的要求。 （2）零件的铸造技术性能 零件所采用的合金材料的铸造性能、零件结构形状的复杂程度、质量、轮廓尺寸、壁厚差、不加工壁的最小厚度和孔径等。 （3）经济的合理性 各种铸造方法生产费用的比较，以及成品零件生产总费用的综合比较。在合理选择铸造方法时，后一种比较是主要的。,铸造方法的选择,正确选择铸造方法的原则是： 根据生产批量大小和工厂设备、技术的实际水平以及其它有关条件，结合各种铸造方技的基本技术恃点，在保证零件技术要求的前提下，选择技术简便、品质稳定和成本低廉的铸造方法。,铸造金属基复合材料,铸造金属基复合材料就是直接把各种不连续增强物，即颗粒、晶须或短纤维加入到液态金属中，保证增强颗粒在液态金属中均匀分散，并最终使颗粒弥散地分布于固体金属中。要做到这一点必须满足如下条件：润湿性良好、两者的密度差应尽可能减小。目前采取的工艺措施有： 1搅拌法 2喷射强化法 3预制件浸渗法 4气化膜法 5半固态复合铸造法 6中间合金法,