汽车制造工艺-铸造.ppt

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1、铸 造,主讲教师 梅建伟电 话 邮 箱,铸造,1.1 概述 1.2 铸造方式 1.3 铸造工艺1.4 质量控制,第 1 章 铸造,铸造,1.机械制造工艺的定义,铸造,1.1 概述,机械制造工艺是将各种原材料通过改变其形状、尺寸、性能或相对位置，使之成为成品或半成品的方法和过程。机械制造工艺是机械制造业的一项重要基础技术。机械制造工艺流程是由原材料和能源的提供、毛坯和零件成形、机械加工、材料改性与处理、装配与包装、质量检测与控制等多个工艺环节组成。,机械制造工艺按其功能的不同可分为三个阶段：零件毛坯的成形准备阶段，包括原材料切割、焊接、铸造、锻压加工成形等；机械切削加工阶段，包括车削、钻削、铣削

2、、刨削、镗削、磨削加工等；表面改性处理阶段，包括热处理、电镀、化学镀、热喷涂、涂装等。,铸造,在现代机械制造工艺中，上述阶段的划分逐渐变得模糊、交叉，甚至合而为一.,2、铸造定义,铸造,铸造是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件的成型方法。,1)是机械零件毛坯或成品零件热加工的一种重要工艺方法。,2)用铸造方法制造的毛坯或零件称为铸件。,3)普通铸件尺寸精度不高、表面粗糙，须切削加工才成为零件,是制造复杂结构金属件的最灵活、最经济的成形方法，是目前零件毛坯生产的主要方法。,6,3、铸造优缺点,铸造,优点：1）可以生产出形状复杂，特别是具有复杂内腔的零 件毛坯

3、，如各种箱体、床身、机架等。2）铸造生产的适应性广，工艺灵活性大。工业上常 用的金属材料均可用来进行铸造，铸件的重量可 由几克到几百吨，壁厚可由0.5mm到1m左右。3）铸造用原材料大都来源广泛，价格低廉，并可直 接利用废机件，故铸件成本较低。,缺点：1）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩 松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别 是冲击韧度低于同种材料的锻件。2）铸件质量不够稳定。,7,4、应用,铸造,8,汽缸体、汽缸盖、曲轴、凸轮轴,汽车典型铸件举例,铸造,9,铸造,10,1.2 铸造方式,铸造,1.砂型铸造,用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造。砂型铸造是应用最广泛的一种铸造方

4、法，其主要工序包括：制造模样，制备造型材料、造型、造芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理与检验等。,砂型在取出铸件后便损坏，故称为一次铸型。砂型浇注的铸件约占铸件总产量的90左右。,1)手工造型,手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序,砂型不同：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型、组芯造型,11,特点：操作灵活、适应性广、工艺装备简单、成本低，但其铸件质量差、生产率低、劳动强度大、技术水平要求高,模样不同：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造型。,2)机器造型,机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。,造型方法有：压实紧实、高压紧实、震击紧实、震压紧实

5、、微震紧实、抛砂紧实、射压紧实、射砂紧实。,特点：铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小，但需要专用设备，投资较大，适合大批量生产。,铸造,12,2.特种铸造,分类：熔模铸造、消失模（实型）铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造、电磁铸造、爆炸成型等。,铸造,以金属模取代砂型模，可使铸件尺寸精确，表面光洁，内部致密，铸件可实少切削或无切削加工。,每一种特种铸造方法都有其自身的特点，应用场合都有一定的局限性，一般仅适用于中小型铸件的生产，除熔模铸造适用于铸钢件外，大多数特种铸造方法仅局限于有色合金铸件。,3清洁(绿色)铸造技术,清洁铸造技术的主要内容有：1)采用洁净的能源:如以

6、铸造焦代替冶金焦；以少粉尘、少熔渣的感应电炉熔化代替冲天炉熔化，以减轻在熔炼过程对空气的污染。2)采用无砂和少砂的特种铸造工艺:如压力铸造、金属型铸造、金属型覆砂铸造、挤压铸造等，改善操作者工作环境。3)使用清洁无毒的工艺材料:如研究使用无毒无味的变质剂、精炼剂、粘结剂，用湿型砂无毒无污染粉料光洁剂代替煤粉等。,铸造,4)采用高溃散性型砂工艺:如树脂砂、改性酯硬化水玻璃砂工艺。5)研究开发多种废弃物的再生和综合利用技术:如铸造旧砂的再生回收技术、熔炼炉渣的处理和综合利用技术。6)研制开发铸造机器人或机械手:以代替工人在恶劣条件下工作。,铸造,15,1.3 铸造工艺,铸造工艺主要包括:造型与制芯

7、、熔化、铸造、热处理、落砂处理；实际加工中，从实际用途出发，注意汽车铸件的质量，对铸造工艺的特殊要求。,2、汽车铸件的质量要求 铸件形状复杂、尺寸精度高、采用薄壁铸件、材质稳定、要求足够的耐压性和抗压性。,3、铸造技术 造型技术、熔炼技术、材质选择以及铸造方法上进行特殊处理。,铸造,1、铸件工艺性要求 铸件结构的合理性、对铸造方法要有适应性,16,1)铸件应有合理的壁厚,2)铸件壁厚应力求均匀,1、铸件结构的合理性,3)铸件壁的联接形式要合理,4)尽量避免过大的水平面,5)避免冷却收缩受阻和有利于减小变形,2、铸件结构的工艺性,1)铸件的外形设计：少的分型面、尽量使分型面垂直、避免外部侧凹、结

8、构上要有斜度,2)铸件的内腔设计：少用型芯、型芯安放稳固、排气容易、清砂方便、避免封闭空腔,铸造,返回,17,造型技术：可通过真空吸砂、气流吹砂、气动压实、液动挤压和气冲等工艺手段获得高紧实率铸型（或高速高压造型机）,熔化技术：采用感应炉，或者冲天炉与低频感应炉相结合的双联熔化方式。,铸造技术：结合材料、应用场合、生产规模以及各种铸造方法本身的特点，选用合适的铸造技术。,铸造,18,铸造,19,熔模铸造基本工艺过程,20,1.4 质量控制,1、影响铸件质量的主要因素,铸造,铸造方案、造型、熔化、浇注、后处理等每一个过程都可能影响到铸件的质量,1）铸造方案是影响铸造缺陷和经济性的重要因素，根据材

9、料、壁厚、形状、铸造方法选择；,2、控制因素,2）型砂配比、砂粒度对铸件的尺寸精度和表面粗糙度有重要影响；,3）砂型硬度和含水量与气孔和缩孔有密切影响；,21,4）熔化与浇注条件、铁水成分也是影响铸件质量的重要因素；,3、质量控制,1）外观检查,2）尺寸检查,3）材料检查,4）耐压防漏检查,5）无损探伤检查,22,两箱造型,最基本的造型方法，铸型由成对的上型和下型构成，操作简单。适用于各种生产批量和各种大小的铸件。,23,三箱造型,由上、中、下三型构成。中型高度需与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型操作费工，主要适用于具有两个分型面的单件、小批生产的铸件。,24,利用车间地面砂床作为铸型的下

10、箱。大铸件需在砂床下面铺焦炭，埋上出气管，以便浇注时引气。地坑造型仅用或不用上箱即可造型，减少了造砂箱的费用和时间，但造型费工、生产率低，要求工人技术水平高。适用于砂箱不足，或生产要求不高的中、大型铸件。,地坑造型,25,组芯造型（壳型铸造）,是用若干块砂芯组合成铸型，而无需砂箱。可提高铸件的精度，但成本高。适用于大批量生产形状复杂的铸件。,26,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。,整模造型,27,挖砂造型,整体模样，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

11、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。,28,分模造型,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。,29,刮板造型,用刮板代替实体模样造型，降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。生产率低，工人技术水平要求高。用于有等截面或回转体的大、中型铸件的单件、小批生产，如带轮、铸管、弯头等。,铸造,返回,30,压实紧实机,31,冲击紧实机,32,震击压实造型机,33,气动多触头内力压实微震造型机,34,半自动气动微震压实造型机,35,气动微振压实造型铸造生产线,铸造,返回,36,熔模铸造设备射制蜡模设备,37,熔模铸造设备注蜡机,

12、38,熔模铸造设备单工位注蜡机,39,熔模铸造设备双工位免缸注蜡机,40,熔模铸造设备摇臂式注蜡机,41,熔模铸造设备50t单工位注蜡机,42,熔模铸造设备常规淋砂、浮砂、沾浆机,43,熔模铸造设备滚筒式淋砂机,44,熔模铸造设备 机械手专用淋砂机,45,熔模铸造设备提升式淋砂机,46,熔模铸造设备矩形浮砂机,47,熔模铸造设备大型沾浆、浮砂机,48,熔模铸造设备快速配浆机,49,熔模铸造设备沾浆机械臂（机器人）,50,熔模铸造设备调温式沾浆机,51,熔模铸造设备脱蜡釜-800,52,熔模铸造设备全自动脱蜡釜-1200,53,熔模铸造设备蜡脱水桶与静置桶,54,熔模铸造设备煤气发生器焙烧炉,5

13、5,熔模铸造设备燃煤焙烧炉,56,熔模铸造设备英式真空炉,57,熔模铸造设备恒温恒湿机,58,熔模铸造设备恒温恒湿机,59,熔模铸造设备双头浇口磨光机,60,熔模铸造设备模壳自动线,61,熔模铸造设备模壳自动线,62,熔模铸造设备制壳自动线,63,熔模铸造的主要特点及适用范围,1）铸件的精度和表面质量较高，尺寸公差等级可达IT14-IT11，表面粗糙度Ra值可达。2）适用于各种合金铸件。3）可制造形状较复杂的铸件，铸出孔的最小直径为0.5mm，最小壁厚可达0.3mm。4）工艺过程较复杂，生产同期长，制造费用和消耗的材料费用较高，多用于小型零件（从几十克到几千克），一般不超过25kg。,64,熔

14、模铸造产品,65,熔模铸造产品,66,熔模铸造产品,67,熔模铸造产品,68,熔模铸造产品,69,金属型铸造,概念：把液体金属浇入用金属制成的铸型内，而获得铸件的方法称为金属型铸造。由于金属型可重复使用，故又称为永久型。为保证使用寿命，制造金属型的材料具备如下的性能：高的耐热性和导热性，反复受热不变形，不破坏；一定的强度、韧性及耐磨性；好的切削加工性能。金属型材料一般选用铸铁、碳素钢或低合金钢。,70,金属型铸造的工艺过程：,金属型预热：预热温度通过试验来确定，一般不低于150。刷涂料：金属型表面应喷刷一层耐火涂料（厚0.30.4mm），以保护型壁表面，免受金属液的直接冲蚀和热击。浇注：金属型

15、的导热能力强，浇注温度应比砂型铸造高2030。铝合金680740，铸铁13001370，锡青铜11001150，薄壁小件取上限，厚壁大件取下限。开型时间：要根据不同的铸件选用合适的开型时间，具体数值需通过试验来确定。,71,金属型铸造的特点和应用范围,1）金属型铸件冷却快，组织致密，力学性能高。2）铸件的精度和表面质量较高3）浇冒口尺寸较小，液体金属耗量减少，一般可节约1530%。4）不用砂或少用砂。主要缺点：金属型无透气和退让性，铸件冷却速度大，容易产生浇不到、冷隔、裂纹等缺陷。应用范围：大批量生产形状简单的有色金属铸件，如铝活塞、汽缸体、汽缸盖、泵体、水泵叶轮、铜合金轴瓦、轴套等。,72,

16、金属型铸造金相组织,73,金属型示意图,74,金属型重力铸造机,75,金属型低压铸造机,76,镁合金金属型铸件,77,金属型铸造产品铝合金,78,金属型铸造产品铝合金,79,金属型铸造产品铜铸件,80,金属型铸造产品,81,压力铸造,概念：将熔融金属液在高压下快速压入铸型，并在压力凝固，而获得铸件的方法称为压力铸造，简称压铸。常用压射压力为51500MPa，充填速度约550m/s，充填时间很短，约0.010.2s。应用范围：主要用于大批量生产低熔点的有色合金（如铝、镁、锌合金）中、小型铸件，在汽车、航空、仪表、电子电器等部门获得广泛应用。,82,压力铸造的优点：,1）压铸件尺寸精度高，表面质量

17、好，尺寸公差等级可达CT47，表面粗糙度达Ra1.612.5m，有时可达0.8m，一般不需机加工即可直接使用。2）压力铸造在快速、高压下成型，可压铸出形状复杂、轮廓清晰的薄壁精密铸件，铝合金铸件最小壁厚可达0.5 mm，最小孔径0.7 mm。3）铸件组织致密，力学性能好，其抗拉强度比砂型铸件提高2540%，但伸长率有所降低。4）生产率高，劳动条件好。,83,压力铸造的缺点,1）压铸时，高速液流会包住大量空气，凝固后在铸件表皮下形成许多气孔，故压铸件不宜进行较多余量的切削加工，以免气孔外露。2）压铸黑色金属时，压铸型寿命很低，困难较大。3）设备投资大，生产准备周期长。,84,压力铸机分类,按照压

18、室是否浸入坩埚炉中分为：热室压铸机和冷室式压铸机冷室式压铸机按照压射活塞工作方式分为：立式和卧式压铸机；立式也有热室和冷室,85,热室和冷室,86,立式压铸机,87,立式压铸机冷室,88,立式压铸机冷室,89,立式压铸机热室,90,卧式压铸原理,91,卧式压铸机,92,卧式压铸机,93,卧式压铸机,94,卧式压铸机,95,卧式压铸机,96,卧式压铸机,97,卧式压铸机,98,压铸产品摩托车类,99,压铸产品汽车类,100,压铸产品汽车类,101,压铸产品其他,102,压铸产品镁合金,103,压铸产品镁合金,104,压铸产品锌合金,105,压铸产品锌合金,106,压铸产品锌合金,107,压铸产品

19、铝锌合金,108,压铸产品铝合金,109,压铸产品铝合金,110,压铸产品铝合金,111,压铸产品铝合金,112,离心铸造,名词解释：是将液体金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下凝固成形的铸造方法。应用范围：广泛用于生产管、套类铸件，如铸铁管、铜套、汽缸套、双金属轧辊、滚筒、耐热钢管道、特殊钢无缝钢管毛坯等。,113,离心铸造的特点,1）铸件在离心力作用下结晶，组织致密，无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好。2）铸造圆形中空铸件时，可省去型芯和浇注系统，简化了工艺，节约了金属。3）便于制造双金属铸件，如钢套镶铸铜衬，其结合面牢固、耐磨，可节约铜合金。4）离心铸造内表面粗糙，尺寸不

20、易控制，需要增加加工余量来保证铸件质量，且不适宜生产易偏析的合金。,114,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,115,卧式离心铸机,116,卧式离心铸机,117,卧式离心铸机,118,卧式离心铸机,119,立式离心铸机,120,离心铸造铸铁件,121,成型离心铸造铸铁件,122,离心铸造铸件,123,铝青铜离心铸件,124,离心铸造球墨铸铁管连续铸造,125,离心铸造双金属管,126,陶瓷型铸造

21、是指用陶瓷质耐火材料制成铸型而获得铸件的方法。,特点：陶瓷型的材料与熔模铸造的壳型相似，铸件精度和表面质量与熔模铸造相当；适合于高熔点、难加工材料的铸造；与熔模铸造相比，铸件大小 基本不受限制，工艺简单、投资少、生产周期短。缺点：陶瓷型铸造原材料价格贵，不适宜于铸造大批量、形状复杂的铸件，且生产工艺过程难以实现自 动化和机械化。应用：适于制造小批量、较大尺寸精密铸件，多用于模具的生产（如金属型、压铸模、塑料模、锻模等），还用于生产喷嘴、阀体、齿轮、钻探用钻头、开凿隧道用刀具等。,127,陶瓷型铸造工艺过程,（a）模样（b）砂套造型（c）灌桨（d）喷烧（e）合型（f)铸件,128,陶瓷型铸造工艺

22、过程,129,陶瓷型铸造石英陶瓷粉末,130,实型铸造EPC（Expendable Pattern Casting）,又称消失模铸造。是用泡沫塑料代替木模和金属模样，造型后不取出模样，当浇入高温金属液时泡沫塑料模样气化消失，金属液填充模样的位置，冷却凝固后获得铸件的方法。,131,实型铸造工艺过程,132,实型铸造特点,不用起模、不用型芯、不合型，简化了造型工艺，并减少了由制芯、取模、合型引起的铸造缺陷及废品；干砂造型，砂处理系统大大简化，落砂容易，改善劳动条件；不分型，铸件无飞翅毛刺，使清理打磨工作量减少 50%以上。缺点：消失模气化造成空气污染；泡沫模具设计生产周期长，成本高，产品要有相当

23、批量才有经济效益；生产大尺寸铸件时，由于模样易变形，须采取防变形措施。,133,实型铸造应用范围,适用于各类合金（钢、铁、铜、铝等合金）适合于结构复杂（铸件的形状可相当复杂）、难以起模或活块和外芯较多的铸件，如模具、气缸头、管件、曲轴、叶轮、壳体、艺术品、床身、机座等。,134,消失模铸造设备,135,消失模铸造设备,136,消失模铸造负压砂箱,137,消失模铸造负压砂箱,138,消失模铸造负压砂箱,139,1t感应电炉,140,铁水包,141,消失模铸造熔炼电炉,142,消失模铸造转包,143,消失模铸造砂型准备,144,消失模铸造浇注,145,消失模铸件,146,消失模砂处理设备,147,消失模铸造生产线,148,消失模铸造生产线,149,消失模模样,150,消失模模样,151,消失模模样,152,消失模模样,153,消失模珠粒,154,消失模模样加工现场,155,消失模铸件,156,消失模铸件,