《金工-第十章 -铸造》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金工-第十章 -铸造（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十章 铸造,第一节 铸造概述 第二节 砂型铸造 第三节 铸造工艺图 第四节 合金的铸造性能 第五节 铸件的结构工艺性 第六节 特种铸造 第七节 铸造新技术简介,第一节 铸造概述, 铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入与零件形状相适应的铸型 中，待凝固后获得一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成形方法。 用铸造成形方法得到的毛坯称为铸件，多数铸件还需经过切削加工后才能成 为零件。,一、铸造成形特点优点：1）铸造成形适应性广；2）铸造成形具有良好的经济性；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；2）铸件力学性能较低；3）铸造工序多，难以精确控制，是铸件质量不
2、够稳定；4）劳动条件较差,劳动强度较大。,铸造在机械制造业中应用十分广泛，在各种类型的机器设备中铸件占很大比重。如表所示。,二、铸造成形方法分类, 铸造成形方法主要分为砂型铸造和特种铸造两类。在砂型中生产铸件的铸造方法，称为砂型铸造。与砂型铸造不同的其它铸造方法，称为特种铸造。包括金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、连续铸造和挤压铸造等。,第二节 砂型铸造,砂型铸造的工艺过程,砂型铸造是应用最广的铸造方法，约占总产量的80%以上，其基本工艺过程如下：,齿轮毛坯的砂型铸造简图,铸件的形状与尺寸主要取决于造型和造芯，而铸件的化学成分则取决于熔炼。 造型、造芯和熔炼是铸造
3、生产中的重要工序。,一、造型,用型砂及模样等工艺装备制造铸型的过程，称为造型。,（一）造型材料【造型材料】 制造铸型用的材料称为造型材料。主要包括型砂和芯砂。 型砂和芯砂主要由原砂、粘结剂、附加物、旧砂和水组成。 造型材料应具备一定的强度、可塑性、耐火性、透气性、退让性和溃散性等性能。,【造型工具】 制造铸型用的工具称为造型工具。常用的工具是砂箱及底板、舂砂锤、通气针、起模针、皮老虎、镘刀、秋叶、提钩、半圆等。,【砂型组成】 型砂被舂紧在上砂箱和下砂箱中，连同砂箱一起，分别称为上砂型和下砂型。 从砂型中取出模样后形成的空腔称为型腔，在浇注后形成铸件的外部轮廓。 上砂型和下砂型的分界面称为分型面
4、。 型芯用于形成铸件的孔。型芯上的延伸部分称为芯头，用于安放和固定型芯。型芯头位于砂型的型芯座上。型芯中设有通气孔，用于排出型芯在受热过程中产生的气体。 型腔的上方开设出气口，用于排出型腔中的气体。 金属液从浇口杯中浇入，经直浇道、横浇道、内浇道流入型腔中。,二、造型方法 用型砂及模样等工艺装备制造砂型的方法和过程，称为造型。 造型方法通常分为手工造型和机器造型两大类。,1.手工造型 全部用手或手动工具完成的造型工序称为手工造型。 手工造型的特点是操作灵活，适应性强，模型成本低，生产准备时间短。但造型 效率低，劳动强度大，劳动环境差，主要用于单件小批量生产。,（1）整体模造型。是将模样做成与零
5、件形状相应的整体结构进行造型的方法。【特点】 把整体模样放在一个砂箱内，并以模样一端的最大表面作为铸型的分 型面。这种造型方法操作简便，容易制造，适用于形状简单的横截面依次减小、不允 许有错箱缺陷的铸件。,（2）分开模造型。模型分为两半，造型时模型分别在上、下砂箱内进行造型的方法，称为分开模造型。此方法主要用于某些没有平整的表面，而且最大断面在模型中部，难以进行整模造型时的铸件，可将模型在最大断面处分开，进行分开模造型。这种造型方法操作简便，应用广泛，适用于生产形状较复杂的铸件以及带孔的铸件，如套筒、阀体、管子、箱体等铸件。,（3）挖砂造型。模型虽是整体的，但铸件的分型面为曲面，为了能起出模型
6、，造型时用手工挖去阻碍起模型砂的造型方法，称为挖砂造型。此方法适用于小批量生产整体模，分型面不平的铸件。,（4）假箱造型利用预先制备好的半个铸型简化造型操作的方法，称为假箱造型。,【特点】比挖砂造型操作简便，且分型面整齐。此方法适应于小批或成批生产整体模，分型面不是平面的铸件。,（5）活块造型。有些铸件上有一些小的突台、筋条等，造型时，妨碍起模，这时可将模样的凸出部分作成活块，起模时，先将主体模起出，然后再从侧面取出活块的造型方法，称为活块造型。,（6）三箱造型。当铸件的外形具有两端截面大而中间截面小时，只用一个分型面取不出模型，此时需要从小截面处分开模型，并用两个分型面，三个砂箱进行造型，这
7、种方法称为三箱造型。三箱造型操作比较繁琐，要求工人操作技术较高。,（7）刮板造型。不用模样而用与铸件截面形状相同的刮板代替实体模样的造型和制芯方法，称为刮板造型。【特点】是可以显著地降低模型制作成本，缩短生产准备时间。但是生产效率低，要求工人技术水平较高。只适用于具有等截面的大、中型回转体铸件的单件小批生产，如皮带轮、飞轮、齿轮、弯管等。,2. 机器造型用机器全部地完成或至少完成紧砂操作的造型工序称为机器造型。机器造型的实质就是机器代替了手工紧砂和起模。 （1）紧砂方法 常用的紧砂方法有：震实、压实、震压、抛砂、射压等几种型式。,（2）起模方法 常用的起模方法有：顶箱、漏模、翻转三种。,三、造
8、芯制造型芯的过程称为造芯。型芯可以采用手工造芯，也可以采用机器造芯。型芯的主要作用是用来获得铸件的内腔，但有时也可作为铸件难以起模部分的局部铸型。与砂型相比，型芯必须具有较高 的强度、耐火性、透气性、退让性 和溃散性。 在造芯过程中，应采取下列一些 措施：1）. 在型芯上开设通气孔 ,2. 在型芯里放置芯骨 3. 刷涂料及烘干,形状复杂的型芯可在型芯内放入蜡线，待烘干 时蜡线被烧掉，从而形成通气孔。,型芯可采用手工造芯，也可采用机器造芯。手工造芯主要采用芯盒造芯；单件小批生产，大中型回转体型芯时，可采用刮板造芯。,为了填充型腔和冒口而开设在铸型中的一系列通道，称为浇注系统。浇注系统由浇口杯、直
9、浇道、横浇道和内浇道组成。,浇注系统的主要作用是保证液态金属均匀、平稳地流入并充满型腔，以避免冲坏型腔；防止熔渣、砂粒或其它杂质进入型腔；调节铸件凝固顺序或补给铸件冷凝收缩时所需的液态金属。若浇注系统设计得不合理，铸件易产生冲砂、砂眼、夹渣、浇不足、气孔和缩孔等缺陷。,四、浇注系统,浇注系统可设计成顶注式浇注系统、中注式浇注系统、底注式浇注系统、阶梯式浇注系统等形式。,金属熔炼质量的好坏对能否获得优质的铸件有着重要的影响。如果金属液的化学成分不合格，会降低铸件的力学性能和物理性能。常用的熔炼设备有：冲天炉（适于熔炼铸铁）、电炉（适于熔炼铸钢）、坩埚炉（适于熔炼有色金属）。,五、熔炼,六、合型、
10、浇注、落砂、清理和检验1合型（合箱）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型。2浇注将熔融金属从浇包注入铸型的操作，称为浇注。金属液应在一定的温度范围内按规定的速度注入铸型。3落砂用手工或机械使铸件和型砂（或芯砂）、砂箱分开的操作过程，称为落砂。4清理落砂后从铸件上清除表面粘砂、型砂（芯砂）、多余金属（包括浇、冒口、飞翅和氧化皮）等过程的总和称为清理。清理主要是去除铸件上的浇口、冒口、型芯、粘砂以及飞边毛刺等部分。5检验铸件清理后，应进行质量检验。可通过肉眼观察(或借助尖咀锤)找出铸件的表面缺陷，如气孔、砂眼、粘砂、缩孔、浇不足、冷隔等。对于铸件内部的缺
11、陷可进行耐压试验、超声波探伤等。,第三节 铸造工艺图,铸造工艺图是表示铸型分型面、浇注系统、浇注位置、型芯结构尺寸、控制凝固措施（冷铁、保温衬板）等内容的图样。,一、浇注位置的确定,浇注位置是指浇注时铸型分型面所处的位置。,【确定原则】1）铸件的重要加工面或主要工作面应朝下。,2）铸件的大平面应朝下。 3）具有大面积薄壁的铸件，应将薄壁部分放在铸型下部。 4）易形成缩孔的铸件，应把厚的部分放在分型面附近的上部或侧面，这样便于在铸件厚处直接安置冒口，以利于补缩。,二、分型面的选择,铸型组元间的结合面称为分型面。,【选择原则】1）应减少分型面的数量，最好使得铸件位于下型中，可以简化操作过程，提高铸
12、件的尺寸精度。2）尽量采用平直面为分型面，少用曲面为分型面，可以简化制模和造型工艺。3）尽量使铸件的主要加工面和加工基准面位于同一个砂箱内。4）分型面一般取在铸件的最大截面处，充分利用沙箱高度，不要使模样在一箱内过高。,一般先确定铸件的浇注位置，然后从便于造型出发来确定分型面。在确定铸件分型面时应尽量使之与浇注位置相一致，或使两者相互协调起来。,【铸造工艺参数】是与铸造工艺过程有关的某些工艺数据，包括收缩余量、加工余量、拔模斜度、铸造圆角、芯头芯座等，它直接影响模样、芯盒的尺寸和结构，选择不当会影响铸件的精度、生产率和成本。,三、工艺参数的选择,1）加工余量指在铸件表面上留出的准备切削去的金属
13、层厚度。影响加工余量的因素有合金种类、铸造方法、 铸件结构、尺寸及加工面在型内的位置等。,2）起模斜度为便于取模，在平行于出模方向的模样表面上所增加的斜度称拔模斜度。,3）芯头芯头是型芯的外伸部分，不形成铸件轮廓，起定位和支撑型芯、排除型芯内气体的作用。芯头设计的原则是使型芯定位准确、安放牢固、排气通畅、合型与清砂方便。,4）收缩率铸件在凝固过程中尺寸缩小。制造模样和芯盒时，要根据合金的线收缩率调整模样和芯盒尺寸。 5）铸造圆角铸造圆角的半径一般为35。,四、绘制铸造工艺图,第四节 合金的铸造性能,常用铸造金属有铸铁、铸钢、铸造铝合金和铸造铜合金等。金属在铸造成形过程中获得外形准确及内部无缺陷
14、铸件的能力称为金属的铸造性能。铸造性能主要有吸气性、氧化性、流动性和收缩性等。,一、流动性是指熔融金属的流动能力。它是影响熔融金属充型能力的主要因素之一。 （一）金属流动性对铸件质量的影响液态金属流动性好，充型能力就强，就容易获得尺寸准确、外形完整和轮廓清晰的铸件，避免产生冷隔和浇不足等缺陷。 ,（二）影响金属流动性的因素金属流动性的大小与浇注温度，化学成分和铸型的充填条件等因素有关。1浇注温度对流动性的影响浇注温度高，金属液所含的热量高多，在同样的条件下，金属保持液态的时间长。在金属液停止流动前传给铸型的热量也多，导致铸型的温度升高，使金属的冷却速度减低，从而使金属的流动性能增强。同时，金属
15、的粘度降低，有利于流动性的提高。浇注温度过高会使金属的吸气量和总收缩量增大，会增加铸件产生其他缺陷的可能性。灰铸铁的浇注温度一般为12501350，碳素铸钢为15001550。2金属化学成分对其流动性的影响化学成分不同的金属具有不同的结晶特点，其流动性也不同。其中纯金属和共晶成分的合金流动 性最好。凝固温度范围小的合金流动性好，凝固温度范围大的合金流动性差。,3铸型的充填条件对金属流动性的影响铸型中凡能增加金属液流动阻力和提高冷却速度的因素均使流动性降低，如内浇道横截面小、型腔表面粗糙、型砂透气性差均增加液态金属的流动阻力，降低流速，从而降低液态金属的流动性。铸型材料导热快，导致金属液的冷却速
16、度增大，也会使金属液的流动速度下降。二、收缩性金属在液态凝固和冷却至室温过程中，产生体积和尺寸减小的现象称为收缩。收缩是铸造金属本身的物理性质，是铸件中产生缩孔、缩松、裂纹、变形、残余内应力的基本因素。 （一）收缩的三个阶段金属液从浇注温度冷却到室温要经过液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个阶段。,在常用的铸造合金中，铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。,【液体收缩】金属液从浇注温度冷却到凝固开始温度的体积收缩。合金从浇注温度冷却到液相线温度过程中的收缩。 【凝固收缩】 金属液在凝固阶段的体积收缩；合金在液相线和固相线之间凝固阶段的收缩。用体积收缩率表示，使型腔内液面降低。结晶温度范围越大，收缩率越大。液态和凝固收缩时金属液体积缩小，是形成缩孔和缩松的基本原因。 【固体收缩】金属从凝固终止温度冷却到室温而发生的体积收缩。指合金从固相线温度冷却到室温时的收缩。用线收缩率表示。它对铸件形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因 。,
