机械制造技术基础-第二版-§21铸造ppt课件

第二章金属热加工成型工艺简介 2 1铸造铸造是历史最长的金属成型方法 至今天仍然是毛坯生产的主要方法 定义 将液态金属浇注到具有与零件形状 尺寸相适应的铸型型腔中 待其冷却凝固后以获得毛坯或零件的生产方法 数据 机器设备中 铸件比例较大 机床 内燃机70 90 压气机60 80 拖拉机 农机40 70 优点 1 可制成形状复杂 特别是具有复杂内腔的零件 如箱体 汽缸 2 适应范围广 常用金属材料 碳钢 铝合金 铜合金 铸铁等都可铸造 其中铸铁件只能用铸造方法 零件大小和生产批量不受限制 3 铸造可直接利用成本低廉的废机件 设备费用低4 铸件加工余量小 节省金属 减小切削加工余量 降低成本 铸造工艺方法 1 砂型铸造最基本的铸造方法 铸件90 量由其完成2 熔模铸造3 金属型铸造4 压力铸造5 离心铸造 一 铸造工艺基础 1 充型将液态合金 金属 填充铸型的过程 合金流动性愈好液态金属充填铸型的能力越强 因此 也常将合金流动性概括为液态金属充填铸型的能力 充型能力 液态合金充满型腔 获得形状完整 轮廓清晰铸件的能力 缺陷 在充型过程中 有时伴随着结晶 若充型能力不足 在液态合金充满型腔前 形成的晶粒将堵塞通道 造成浇不足和冷隔 影响充型能力的因素 1 合金的流动性 与合金本身材质有关 合金的流动性越好 充型能力越强 定量描述 合金流动性的大小 通常以螺旋形试样的长度来衡量 3 浇注条件 浇注温度和充型压力 浇注温度对充型能力有决定性影响 越高越好 压力约大 能力越强 2 铸型填充条件 铸型材料 铸型温度 铸型中气体 2 铸件的凝固与收缩 在铸件的凝固过程中 其断面上存在3个区 固相区 液相区 凝固区 对铸件质量影响较大的是凝固区的宽窄 浇入型腔的液态金属在冷凝过程中 其液态收缩和凝固收缩如得不到补充将产生缩孔或缩松缺陷 注意 1 铸件的凝固方式 根据凝固区的宽窄划分的 A逐层凝固纯金属或共晶成分的合金不存在凝固区 在断面上外层的固体和内层的液体有一条界限 凝固前沿 清晰分开 随着温度的下降固体层逐渐加厚 液体逐渐较小 B糊状凝固如果合金的结晶温度很宽 且铸件的温度分布比较平坦 则在凝固的某段时间内 铸件表面并不存在固体层 而液固并存的凝固区贯穿整个断面 C中间凝固大多合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间 称为中间凝固方式 评比 一般来说 逐层凝固时 合金的充型能力强 便于防止缩孔和缩松 糊状凝固时 难以获得结晶紧实的铸件 在常用合金中 灰铸铁和铝合金趋向于逐层凝固 易于获得紧实铸件 球墨铸铁 锡青铜 铝铜合金等偏向于糊状凝固 为获得紧实铸件 需采取措施 以便补缩或减小其凝固区域 2 铸造合金的收缩 收缩 铸件在凝固和冷却过程中 其体积和尺寸减小的现象称为收缩 收缩造成的铸件缺陷 缩孔 缩松 变形 裂纹 残余应力等 从浇注温度冷却到空温要经历三个互相联系的收缩阶段 1 液态收缩从浇铸温度冷却到凝固开始温度 液相线温度 的收缩 2 凝固收缩从凝固开始温度冷却到凝固终止温度 固相线温度 的收缩 3 固态收缩从凝固终止温度冷却到室温的收缩 合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金的体积缩小 通常用体收缩率来表示 它们是铸件产生缩孔 缩松缺陷的基本原因 合金的固态收缩虽然也是体积变化 但它只引起铸件外部尺寸的变化 因此 通常用线收缩率来表示 固态收缩是铸件产生内应力 裂纹和变形等缺陷的主要原因 在常用合金中 铸钢收缩最大 灰口铸铁最小 灰口铸铁收缩很小是由于其中大部分碳是以石墨状态存在的 石墨的比容大 在结晶过程中 析出石墨所产生的体积膨胀 抵消了部分收缩 注意 二 砂型铸造 砂型铸造是传统的铸造方法 适用于各种形状 大小 批量及各种合金铸件的生产 工艺流程 铸造生产的第一步是根据零件结构特点 技术要求 生产批量及生产条件等 确定其铸造工艺 并绘制铸造工艺图 铸造工艺图是利用各种工艺符号 把制造模型和铸型所需的材料 直接绘在零件图上的图样 铸造工艺图 图中应表示出 铸件的浇注位置 分型面 型芯的数量形状 尺寸及其固定方法 机械加工余量 拔模斜度和收缩率 浇口 冒口 冷铁的尺寸和位置等 1 造型方法的选择 手工造型时紧砂和起模是用手工来进行的 其操作灵活 适应性强 模型成本低 生产准备时问题 但铸件质量较差 生产率低 且劳动强度大 因此 主要用于单件 小批生产 种类 两箱造型 三箱造型 地坑造型 脱箱造型 机器造型是现代化铸造车间生产的基本方式 是将紧砂和起模等主要工序机械化 它可大大提高劳动生产率 铸件尺寸精确 表面光洁 加工余量小 同时 可大大改善铸造车间落后面貌 改善工人劳动条件 在大批量生产中 尽管机器造型所需要的设备 专用砂箱和模板投资较大 但铸件的成本还能显著的降低 2 浇注位置和分型面的选择 1 铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置 这个位置选择正确与否 对铸件质量影响很大 选择浇江位置时应考虑下列原则 铸件的重要加工面或主要工作面应朝下 因为铸件上表面的缺陷 如砂眼 气孔 夹渣等 通常比下部多 组织也不如下面致密 如果这些平面难以做到朝下 则应尽力使其位于侧面 当铸件的重要加工面有数个的时 则应将较大的面朝下 并对朝上的表面采用加大加工余量的办法来保证铸件质量 铸件的大平面应朝下 这是由于在浇注过程中 高温的液态金属对型腔上表面有强烈的热辐射 有时型腔上表面型砂因急剧地热膨胀而拱起或开裂 使铸件表面产生夹砂缺陷 很明显 呈水平位置的平面愈厚大 上表面愈易产生夹砂 为此 对于平板类铸件要使大平面朝下 为防止铸件上大面积薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷 应尽量将大面积的菠壁部分放在铸型的下部或正直 倾斜 这对于流动性差的合金尤为重要 容易形成缩孔的铸件 浇注时应该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 使之自下而上地顺序凝固 进行补缩以防止缩孔 2 铸型分型面的选择原则 应使铸型有最少的分型面 并尽量做到只有一个分型面 原因 多一个分型面铸型就多增加一些误差 使铸件的精确度降低 如果铸件只有一个分型面 就可采用工艺简便的两箱造型方法 图为一绳轮铸件 在大批量生产时 为能采用造型机来生产 采用图中所示的环状型芯 将原来的二个分型面减为一个分型面 实例 分型面的选择应尽量使型芯和活块数量少以使制模 造型和合箱等工序简化 应尽量使铸件全部或大部放在同一砂箱内 这样易于保证铸件精度 若铸件的加工面多 也应尽量使其加工基准面与大部分加工面在同一砂箱内 为便于造型 下芯 合箱及检验铸件壁厚 应尽量使型腔及主要型芯位于下箱 但下箱型腔也不宜过深 并力求避免使用吊芯和大的吊砂 分型面尽量采用平直面 以简化模具制造及造型工艺 3 工艺参数的确定 为了绘制铸造工艺图 在铸造方案确定以后 还须选择如下工艺参数 机械加工余量铸件为进行机械加工而加大的尺才称为机械加工余量 其大小取决于合金的种类 铸件的尺寸 生产批量 加工面与基准面的距离 加工面在浇注时的位置等 灰口铸铁件表面较平整 加工余量小 铸钢件因浇注温度高 铸件表面不够平整 加工余量进比铸铁大 有色金属材料昂贵 铸件表面又光洁 所以加工余量比铸铁还小 大批量生产时 因采用机械造型 工艺装备完整 故其加工余小 而单件 小批生产时 因手工造型误差大 加工余量也应相应增大 收缩率铸件冷却后 由于合金的线收缩而使铸型型腔尺寸 即模型尺寸 要缩小 为保证铸件应有的尺才 制造模型时 必须使模型的尺寸比铸件加大 因此要采用包括合金收缩率的 缩尺 来绘制模型图 合金收缩率的大小 随合金的种类及铸件的尺寸 形状 结构而不同 常 灰口铸铁约为0 7 1 0 铸钢约为1 5 2 0 有色合金约为1 0 1 5 拔模斜度为了使模型 或型芯 易于从铸型 或芯盒 中取出 凡垂直于分型面的立壁 在制造模型时必须留出一定斜度 此斜度称为拔模斜度或铸造斜度 型芯头型芯头的形状与尺寸对于型芯在铸型装配中的工艺性与稳定性有很大的影响 型芯头分为垂直芯头和水平芯头两大类 单支点的水平芯头 又常称为悬臂芯头 垂直型芯一般都有上下芯头 但短而粗的型芯也可不留出上芯头 芯头的高度主要取决于型芯头的直径d 芯头必须留有一定曲斜度 下芯头斜度应小些 5一l0 高度应大些 以便增强型芯的稳定性 而上芯头斜度应大些 6 15 高度应小些 以易于合箱 水平芯头的长度主要取决于型芯头的直径d和型芯的长度 为便于下芯及合箱 铸型上的型芯座端部也应留有一定斜度 悬臂型芯头必须做得比较长而大 以平衡支持型芯 防止型芯下垂或被液体金属抬起 型芯头与铸型型芯座之间应留有1 4mm间隙 以便于铸型的装配 三 金属型铸造 是用金属材料 铸铁或钢 制作铸型生产铸件的方法 金属型可使用的次数很多 可达上千次 故又称永久型铸造 金属型的种类依据分型面的状态 可分为水平式 垂直式和复合式金属型 四 熔模铸造 熔模铸造是采用易熔材料制作模样来生产铸件的工艺方法 该法制作的铸型没有分型面 从而提高了铸件的精度 故又称 精度铸造 生产过程中模样主要由蜡质材料来制造 经熔化从铸型中流出 故该法也称为 失蜡铸造 五 压力铸造 压力铸造是指液态金属在高压 5 150MPs 下 快速 充型时间0 001 0 2s 充填铸型 并在压力下结晶 以获得铸件的工艺方法 由于压力大 所以必须采用金属材料 多为合金工具钢 制作铸型和型芯 而铸型只能有一个分型面 铸件上所有妨碍取件的结构部位 只能用外加金属型芯解决 压铸生产都是在专用设备 压铸机 上进行的 压力铸造具有如下特点 1 压铸件的精度高 一般情况可达IT13 IT11 甚至可达IT8 压铸件的表面光洁 表面粗糙度值可达6 3 1 6um 用新铸型压铸出的铸件 其表面粗糙度值可达0 8um 压铸件的后续加工工作量较少 2 压铸件的机械性能较高 其强度较砂型铸件高40 左右 由于金属在铸型中冷却速度快 因而晶粒细密 其硬度和耐磨性都较高 3 由于液体金属在压力下充型 所以充型能力很强 这样可降低浇注温度 减少金属中的含气量 减少产生气孔缺陷 另外 压铸可铸出结构复杂的薄壁铸件 可铸最小壁厚0 4mm 也可直接铸出小孔 螺纹 齿形和各种图案 许多嵌镶组合件用压力铸造成形 其经济效益显著 4 压铸工艺的生产效率很高 一般情况每小时可完成50 150次循环 最高每小时可完成500次压铸循环 压铸生产易实现自动化 5 压铸虽是实现少 无切屑的工艺方法 但存在设备投资高 铸型制造周期长 适合压铸的合金种类有限 不适合生产高熔点合金 且压铸件不能采用热处理来进行改性 因压铸件过饱和溶解着较多气体 也不适合生产承受冲击载荷的铸件等缺点 综上所述 压力铸造适合生产大批量的有色金属铸件 六 离