特殊铸造过程

特殊铸造过程铸造的过程取决于要加工的数量，被铸造的金属及其复杂性，没有规模限制。不过，沙模是一次性模具，铸件生产完后，模具就会被毁掉，很明显，使用永久性的模具，可以节省大量的劳动成本。我们可以从图6.1的历史照片中看到模具的开发。工人人工将钢水浇注入永久性的模具中，如今，这样笨重的做法已经被淘汰了。下面概括几种特殊铸造方法：使用金属铸模，永久性铸模必须使用能够承受高温的金属制造，由于价格昂贵，只有在大批量生产是才被采用，虽然，永久性铸模不适合用于大型铸件和高熔点合金，它对于生产中，小型大批量铸件来说是很方便的。金属型铸造金属型铸造的过程，是一种金属溶液被浇入金属材料制成的铸型中以获得铸件的过程。由于金属在0.6到275MPa是会凝固，因此，通常是在10.5到14MPa压力下工作。金属型模体一般用耐热铸铁或铸钢制成。在模体中除了型腔之外，还有浇注系统，排气槽以及合模定位装置。金属型铸造是永久性铸造，最常用的方法有两种：1.冷室式，2.热室式，两种方法的主要区别在于熔炉所在的位置不同。在热室式方法中，机器中包括一个大熔炉，压室浸在熔融金属中，靠压射冲头将金属液压射进压铸型内。使用冷室式的方法有一个单独的融化炉，压铸时用人工或者机械手把金属液浇进压室内，然后压射成型。这种方法的生产过程是快速的，因为模具和砂芯都是永久的，这种方法可以产生平滑的表面，不仅改善了外观，而且，减少了准备工作。一个青铜模具最大的重量约2.3kg，但铝制铸模大都超过50kg，中小型铸件循环速度可达每小时100到800件。规模得到如此精确控制，以至很少或根本没有必要使用机械。废损被降低，因为浇注口等可以被再次熔化。这个过程免除了如钻孔等其他某些类型的机械作业，金属型铸模的退让性随着形状和所用金属而改变。例如，小型铸件的退让性从0.3到0.25mm不等，锌合金铸件的退让性最小。另一局限性是金属型铸造的铸模设备成本高，这对大批量生产来说没什么影响，但是却严重限制着小批量生产。浇注后，当铸件已冷却到有足够强度时，应尽早取出铸件和型芯。如果在型内保存太久，不仅影响生产率，更重要的是铸件温度低，收缩大，铸件易产生裂纹，金属型芯拔出困难，同时影响金属型寿命。金属型没有透气性，型腔内的气体要靠型腔上部的排气孔及分型面处的排气槽排出。 模具用于热室和冷室中的模具在结构上是相似的，因为在操作方法上它们几乎没有区别。大型的铸造常用单腔模具，如果铸造的数量相当大，而且生产规模较小多采用多腔的模具。一个组合模具，是两个或两个以上的腔，每一个都是不同的，它们往往是嵌入的，可拆除，可由其他模具替代，大多数模具提供冷却水管路使铸造保持在稳定的温度内迅速进行。热室式金属型铸造低熔点合金锌，锡，铅是最常用的材料，在热室式铸造中，大多数其他材料，或者是熔点过高，或者是会产生其他问题，可能减少机器的寿命，热室式铸件的大小一般在20千克到40 千克，在一般情况下，通常采用多模铸造，这种方法是用液压机或气压机将金属注入铸模中，使其凝固。在这个设备中，注射器在一个曲管铸件的下部，这个铸件浸没在金属液中，随着注射器的位置的上升，金属液体由于重力通过注射器下的一些洞流入铸模中。压力为35MPa时使用这种设备，可以产生均匀密度的结构，只要铸件被固化，压力就被减轻，模具即被取出，浇注口与铸件一同取走，气动器有一个起动机械操纵的曲管，在起始位置，铸件由于重力被淹没在金属溶液中，然后铸件升高，其喷头与模具的开口相接，然后锁定在某一位置，压缩空气，压力在0.5到4.0MPa时直接适用于金属，从而迫使它进入模具，当金属完全凝固后，关掉气压机，降低曲管并退出。冷室式金属型铸造铜管，铝，镁的金属型铸造要求的压力大，温度变化大。这种操作方法时机器在金属溶液被压入铸模时，承受很大的压力。一般使用的仪器，有些将注射器放在垂直的位置，有些放在水平的位置，图6.5概括说明了横向注射器冷室设备的操作，在第一个图中，模具是关闭的，砂芯位置正确，金属溶液放在熔桶中，只要熔桶变空，注射器将移动到左边将金属液注入模具内，当金属凝固后，砂芯被取出，模具打开。在第三个图中，铸件被半固定着，为了完成这一过程，将采用一个注射器进行操作。这种操作在压力为40到150MPa下进行，这些动作都是完全的液压操作。其余的操作都是自动运作。这种设备可以铸造重达38千克以上的铝，铜，镁，可以铸造大的部件，如汽车发动机罩，割草机和扶轮。铜制金属模具铸造是一个重要的成果。壳型铸造壳型铸造是一种用金属模具而不采用砂芯生产空心铸件的方法。金属溶液被注入模具后，模具立即翻转，这样金属仍保持液体状态。形成一定厚度的塑性壳，这个厚度，根据模具的影响和操作时间的长短而不同。这种铸造方法只适用于装饰物品，小塑像，玩具及其它新奇事物，它广泛用于铝，锌，和其他低熔点合金。壳型铸造具有如下优点：（1）铸件尺寸精度高。（2）可浇注较薄铸件。（3）铸件废品率低。（4）易于实现机械化，生产率高。（5）耗砂量少，清砂方便，劳动强度低。这种工艺制成的产品，可以涂料或代表铜，银或者其他贵重的金属。压力铸造这种方法与重力铸造和壳型铸造相似，但在工艺上有一些不同，某些特定的金属被浇注入一个开式的模具内，一个实心的砂芯安装在腔中，金属由于压力被压入模具的腔内，砂芯与注入的金属溶液一起移动着，形成了一个中空的薄壁铸件，这一过程，是由法国的Corthias发明。压力铸造生产效率很高，目前广泛应用于铝合金压铸，其次为锌合金。非金属模具即可以用在高温合金中，又可以用于低温合金，非金属合金经常应用于高精度铸造。这种铸造工艺可以获得平滑的表面，只是成本较高。离心铸造就属于这一种类，离心铸造的铸模可以是金属或非金属。电渣铸造电渣铸造过程是一种不寻常的过程，它不采用熔炉，相反，它消耗电荷溶解或腐蚀下一层的炉渣，以使金属溶液充满水冷的永久型铸模。金属溶液继续被浇注入模具，由于炉渣的存在，使它不与空气接触，金属溶液由模具的底部流到上部这一过程中，没有退去铸模，研究表明，这种金属铸造的方法优于forgings。一个有趣的应用，是对电极材料的碳含量变化将会影响铸造的不同属性。离心铸造将金属液浇进高速旋转的铸型内，使之在离心力的作用下充型并凝固的方法，称为离心铸造。离心铸造使铸件表面更加细致，金属密度更加均匀，结构更加优化。 这种方法使金属得到对称的形状，虽然，许多其他铸造方法也可以作到。离心铸造往往比其他方法更加经济，圆柱形的砂芯可以被省略，这种铸件有高密度的金属结构，由于金属的压力，铸件薄的部分比用其他方法更加容易加工。永久性模具被成功的应用在镁金属的离心铸造过程中，由于镁铸件被压在模具上，材料与模具间没有空气及其他气体，所以，铸件冷却速度快，由于模具受热膨胀，而铸件受冷收缩，因此，在大多数下，这样做有相当多的困难。虽然，离心铸造对某些铸件的大小和形状上有限制，但是，小到几克重的活塞胀圈，大到40吨的造纸厂工具，都是用这种铸造方法。只要金属可以被融化，就可以使用离心铸造。离心铸造可以分为：1.完全式离心铸造。2 半完全式离心铸造。 3 离心铸造 完全式离心铸造 完全式离心铸造被用于铸造管，衬套，及对称的物体，模具绕着它的水平或垂直的轴转动，金属由于离心力被压在模具壁上，模具内可以没有砂芯。有两种横轴模具用于生产铸铁管。涂有耐火涂料的厚壁金属模具，可以是金属溶液迅速固化，卧式离心机是常用的设备，其铸型绕水平轴旋转，不用型芯而可铸出圆柱形，圆盘及管类铸件。如缸管，活塞环，铸铁水管，输油管等。卧式离心机按其结构分为悬臂式，滚筒式和多工位离心机三种。悬臂式离心机有单头和双头两种。常用于铸造长度不长的小铸件。较长的中，大型件。立式离心机的铸型绕垂直轴旋转，用于铸造中空的圆盘铸件。由于重力作用，铸件上，下圆周壁厚不均匀，上面薄而下面厚，因此，多用于铸造高度不大的圆环类铸件，如轴套，齿圈等。离心铸造具有如下特点：（1）离心力能使金属液充型能力提高，获得较薄壁的铸件，这对流动性较差的合金，如钛合金，耐热合金特别有利。（2）可不用型芯而制得圆筒形，管类，套筒类铸件。金属液在离心力作用下充型与结晶，显著提高补缩能力，同时，较轻的气体，夹杂物等易集中在内表面，可通过机械加工除去，因而能够获得无缩孔，气孔，夹渣的致密铸件。（3）便于制造筒类，管类，套类等双层或多层金属铸件。合金中密度相差较大的元素在离心力作用下易产生密度偏析。铸件形状，尺寸受到一定限制，主要用于筒类，管类，套类铸件。（4）而且，内孔尺寸不易控制，内孔表面较粗糙，且易聚集气孔，夹渣等，设备，工装投资大。因此，离心力铸造主要用于大批量生产回转体铸件。精密铸造精密铸造是引用先进的铸造技术加工非常平滑，高精密度铸件的方法，它可以加工金属及有色金属等。图6.14显示了一个小型的铸造铬，钼钢合金的方法，除了金属型铸造外，没有其他的铸造方法可以像精密铸造这样生产如此复杂的铸件，这种方法对加工那些机器不能加工的合金及放射性金属是很有效的。精密铸造的优点有：（1）复杂形状的铸造。（2）表面平滑不要留切痕的铸造。（3）建立全方位的准确性是好的。（4）某些地方可以铸造不能用机器加工的某些部位可以铸造成预先设计的形状。（5）可以代替小批量的短期金属型铸造。另一方面，这种方法成本高，它只限于小型铸造，而且，当有型芯时还会出现其他困难。加工的洞不能小于160毫米，深不应该超过直径约150倍。“脱蜡”铸造过程这个过程之所以叫做“脱蜡”铸造，是因为这种方法在过程中使用了蜡模，“脱蜡”铸造是一种少切削，无切削的精密铸造方法，它是用易熔性一次模代替木模或金属模，在模样表面包覆若干层耐火涂料后熔出模料，再经过高温焙烧后浇注。铸件尺寸精度高，对要求不太高的零件，可不用加工直接装配使用。适用于各种合金，特别适用于铸造加工性能不良的合金铸件，生产批量不受限制，单件，批量，大批量生产都适用。用来制造蜡模的模具根据生产批量而选择铝合金，钢，易熔合金或塑料等材料制成。蜡模的材料多用石蜡，熔化后用压模机将糊状蜡料压入压型内，凝固后取出并放入冷水中冷却，防止变形。直浇口模常用木料或铝棒挂上蜡壳而成，然后用电热刀将一个蜡模在直浇口模上组成模组