中南大学研究生院特种铸造

1、材料科学与工程学院1l特种铸造特种铸造:有别于砂型铸造方法的其他铸造工艺。有别于砂型铸造方法的其他铸造工艺。l优点优点:l分类分类: :1.1.铸件的尺寸精度和表面光洁度较高铸件的尺寸精度和表面光洁度较高, ,从而易于实现少切削或无切削从而易于实现少切削或无切削; ;2.2.铸件的内部质量和机械性能较好铸件的内部质量和机械性能较好; ;3.3.降低金属消耗和铸件的废品率降低金属消耗和铸件的废品率; ;4.4.制型时不用砂或少用砂制型时不用砂或少用砂, ,简化铸造生简化铸造生产工序产工序, ,便于实现机械化和自动化便于实现机械化和自动化; ;5.5.改善劳动条件改善劳动条件, ,提高劳动生产率提

2、高劳动生产率. .2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造材料科学与工程学院2几种铸造方法的比较几种铸造方法的比较砂型铸造砂型铸造 熔模铸造熔模铸造金属型铸造金属型铸造压力铸造压力铸造合金种类合金种类 不限不限以碳钢和合金以碳钢和合金钢为主钢为主不限不限有色合金为主有色合金为主大小大小不限不限25kg223,3,铸铁铸铁4,4,铸钢铸钢55铜合金铜合金22其它其它0.50.5孔孔0.70.7精度等级精度等级 CT8 CT8 1313CT4 CT4 7 7CT6CT69 9CT4CT48 8表面粗糙表面粗糙6.3 6.3 1.61.612.512.53.23.23.23.20.80.8内部质量内部质量

3、结晶粗结晶粗结晶粗结晶粗结晶细结晶细结晶细结晶细生产率生产率低、中低、中低、中低、中中、高中、高最高最高举例举例各类铸件各类铸件计算机零件计算机零件发动机零件发动机零件照相机零件照相机零件2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造材料科学与工程学院32-1 2-1 熔模铸造熔模铸造定义：定义：用可溶性材料制成尺寸精确、没有分型面的实用可溶性材料制成尺寸精确、没有分型面的实体模样，在模样上涂挂数层耐火材料，经硬化、体模样，在模样上涂挂数层耐火材料，经硬化、干燥制成型壳，然后加热使模样熔失制得空心干燥制成型壳，然后加热使模样熔失制得空心型壳，空心型壳经高温焙烧、浇注金属液而获型壳，空心型壳经高温焙烧、浇注金

4、属液而获得铸件的铸造方法。得铸件的铸造方法。失蜡铸造、熔模精密铸造、失蜡铸造、熔模精密铸造、包模精密铸造包模精密铸造材料科学与工程学院4过程过程特点特点：2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造动画动画材料科学与工程学院5一、熔模及其制备一、熔模及其制备1.1.对模料性能的要求对模料性能的要求1)1)合适的熔点和软化点合适的熔点和软化点6010060100室温室温+1015+10154)4)好的流动性和成型性好的流动性和成型性2)2)小的收缩和膨胀系数小的收缩和膨胀系数3)3)足够的强度和硬度足够的强度和硬度5)5)好的涂挂性好的涂挂性6)6)良好的焊接性良好的焊接性7)7)少的残留灰分少的残留灰分2

5、-1 2-1 熔模铸造熔模铸造材料科学与工程学院62.2.模料的种类及性能模料的种类及性能1)1)低熔点模料低熔点模料石蜡硬脂酸模料石蜡硬脂酸模料2)2)中熔点模料中熔点模料褐煤蜡：褐煤蜡：8585石蜡石蜡5 5褐煤蜡褐煤蜡5 5聚合松香聚合松香5 5低分子聚乙烯低分子聚乙烯3)3)高熔点模料高熔点模料松香基模料：如松香基模料：如6060松香松香3030川蜡川蜡5 5地蜡地蜡5 5聚乙烯聚乙烯一、熔模及其制备一、熔模及其制备2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造（一）按熔点高低分：（一）按熔点高低分：材料科学与工程学院72.2.模料的种类及性能模料的种类及性能一、熔模及其制备一、熔模及其制备2-1

6、2-1 熔模铸造熔模铸造（二）按组分：（二）按组分：1 1）蜡基模料）蜡基模料 以矿物蜡或动植物蜡为主要组分的模料；以矿物蜡或动植物蜡为主要组分的模料； 如各占如各占50%50%配比的石蜡配比的石蜡- -硬脂酸；硬脂酸； （1%1%聚乙烯或聚乙烯或5%5%乙基纤维素）乙基纤维素）2 2）松香基模料）松香基模料 能满足生产精度要求高或较大铸件生产；能满足生产精度要求高或较大铸件生产；3 3）其它模料）其它模料材料科学与工程学院83.3.模料的配制及回收模料的配制及回收成分和配比成分和配比加料次序加料次序熔化温度熔化温度图81一、熔模及其制备一、熔模及其制备2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造盐酸处理

7、法盐酸处理法活性白土处理法活性白土处理法电解处理法电解处理法材料科学与工程学院9材料科学与工程学院10材料科学与工程学院114.4.熔模的压制和组合熔模的压制和组合压制过程：压制过程：先在压型型腔表面涂一层分型剂，然后在一定压先在压型型腔表面涂一层分型剂，然后在一定压力下将预制好的模料注入压型，保压一定时间，力下将预制好的模料注入压型，保压一定时间，待模料凝固后打开压型取出熔模，并放水中冷却。待模料凝固后打开压型取出熔模，并放水中冷却。成型方法：成型方法：1)1)自由浇注成型自由浇注成型2)2)压注成型压注成型3)3)挤压成型挤压成型注意：注意：浇注系统熔模浇注系统熔模2-1 2-1 熔模铸造

8、熔模铸造一、熔模及其制备一、熔模及其制备材料科学与工程学院12材料科学与工程学院134.4.熔模的压制和组合熔模的压制和组合2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造一、熔模及其制备一、熔模及其制备组装：组装： 根据工艺设计要求，将经整修检验合格根据工艺设计要求，将经整修检验合格熔模铸件和浇冒口系统的熔模组合成整熔模铸件和浇冒口系统的熔模组合成整体模组；体模组；方法：方法：焊接法焊接法机械组装法机械组装法材料科学与工程学院14二、型壳制备二、型壳制备1.1.型壳用耐火材料型壳用耐火材料粉状耐火材料：配置耐火涂料粉状耐火材料：配置耐火涂料粒状耐火材料：撒砂制壳粒状耐火材料：撒砂制壳1) 1)对耐火材料的性

9、能要求对耐火材料的性能要求共熔点共熔点热膨胀性热膨胀性化学性质化学性质如：如：硅线石、莫来石、人造刚玉、硅线石、莫来石、人造刚玉、氧化锆、氧化镁氧化锆、氧化镁2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造材料科学与工程学院152)2)生产中常用的耐火材料生产中常用的耐火材料石英粉和石英砂石英粉和石英砂要求：要求：SiOSiO2 297%,(CaO+MgO+Na97%,(CaO+MgO+Na2 2O)0.15%O)0.15%(FeO+Fe(FeO+Fe2 2O O3 3)0.4%)0.4%电熔刚玉电熔刚玉 适应：适应：仅用于要求不高的普通碳钢和低合金钢；仅用于要求不高的普通碳钢和低合金钢； 适应：适应：浇注高

10、温合金和高合金钢的型壳和型芯。浇注高温合金和高合金钢的型壳和型芯。二、型壳制备二、型壳制备1.1.型壳用耐火材料型壳用耐火材料2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造材料科学与工程学院16铝硅酸盐耐火材料铝硅酸盐耐火材料化学组成：化学组成：AlAl2 2O O3 3+SiO+SiO2 2，其它杂质；，其它杂质；高岭土类耐火材料高岭土类耐火材料铝矾土铝矾土2) 2)生产中常用的耐火材料生产中常用的耐火材料二、型壳制备二、型壳制备1.1.型壳用耐火材料型壳用耐火材料2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造材料科学与工程学院17二、型壳制备二、型壳制备2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造2.2.制壳用粘结剂制壳用粘结剂

11、对性能的要求：对性能的要求：1 1）粘结剂应能很好地润湿模组，但又不与模料互）粘结剂应能很好地润湿模组，但又不与模料互溶或起化学反应；溶或起化学反应；2 2）粘结剂与耐火涂料有牢固的结合能力，使型壳）粘结剂与耐火涂料有牢固的结合能力，使型壳具有足够强度；具有足够强度；3 3）粘结剂在焙烧和浇注温度下形成的氧化物，或）粘结剂在焙烧和浇注温度下形成的氧化物，或与耐火涂料反应形成的化合物，应具有高温下的与耐火涂料反应形成的化合物，应具有高温下的化学稳定性；化学稳定性；4 4）适当粘度，良好的涂挂性和渗透性；）适当粘度，良好的涂挂性和渗透性；5 5）良好的储存性且来源丰富，价格低廉。）良好的储存性且来

12、源丰富，价格低廉。材料科学与工程学院182.2.制壳用粘结剂制壳用粘结剂1)1)硅溶胶粘结剂硅溶胶粘结剂无定形的无定形的SiOSiO2 2粒子在水介质中的分散体系；粒子在水介质中的分散体系；性能：3030SiO2SiO2，胶体，胶体SiO2SiO2粒子的尺寸为粒子的尺寸为10201020m m，PH8.510.5;PH8.510.5;二、型壳制备二、型壳制备2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造材料科学与工程学院192)2)水玻璃粘结剂水玻璃粘结剂性能：性能：模数模数3 33.4,3.4,密度密度1.34g/cm1.34g/cm3 3配制涂料用水玻璃的成分及性能配制涂料用水玻璃的成分及性能SiOSi

13、O2 2/%/%NaNa2 2O/O/%模数模数MM密度密度/g/cm/g/cm3 3凝结时间凝结时间/min/min面层面层涂料涂料20236.57.5 3.03.41.271.312.54加强加强层涂层涂料料23277.59.0 3.03.41.301.342.542.2.制壳用粘结剂制壳用粘结剂二、型壳制备二、型壳制备2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造3)3)硅酸乙酯粘结剂硅酸乙酯粘结剂材料科学与工程学院203.3.型壳的制备型壳的制备1) 1)耐火涂料的配制耐火涂料的配制一种粘结剂和粉状耐火材料所组成的悬浮液；一种粘结剂和粉状耐火材料所组成的悬浮液；硅酸乙酯硅酸乙酯3232涂料的配比涂料

14、的配比面层涂料面层涂料加固层涂料加固层涂料水解液：水解液：粉料粉料密度密度/g/cm3水解液：水解液：粉料粉料密度密度/g/cm3石英粉石英粉(270)(270)1:21.71.721:1.71.581.70刚玉粉刚玉粉(M10(M102020）1:(2.32.5)2.02.151:(2.12.3) 1.752.00二、型壳制备二、型壳制备2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造材料科学与工程学院212)2)型壳的涂挂与干燥硬化型壳的涂挂与干燥硬化除油脱脂处理除油脱脂处理浸涂法浸涂法撒砂撒砂手工撒砂手工撒砂机械撒砂机械撒砂流态化撒砂流态化撒砂雨淋式撒砂雨淋式撒砂硅溶胶粘结剂型壳的干燥硅溶胶粘结剂型壳的

15、干燥排除水分排除水分强制通风干燥（空气的温度、相对强制通风干燥（空气的温度、相对湿度和流速）湿度和流速）3.3.型壳的制备型壳的制备二、型壳制备二、型壳制备2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造水玻璃粘结剂型壳的干燥与硬化水玻璃粘结剂型壳的干燥与硬化干燥干燥材料科学与工程学院22材料科学与工程学院233)熔模的熔失和焙烧熔模的熔失和焙烧关键：关键：低熔点模料的水玻璃型壳：低熔点模料的水玻璃型壳：热水脱模法，热水脱模法，9595，1 13 3NH4ClNH4Cl或或2 23 3HClHCl; ;中温的硅酸乙酯和硅溶胶型壳：中温的硅酸乙酯和硅溶胶型壳：高压蒸汽脱模高压蒸汽脱模3.3.型壳的制备型壳的制备

16、二、型壳制备二、型壳制备2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造材料科学与工程学院24焙烧目的：焙烧目的：清除型壳中挥发物和凝胶的进一步脱水，以清除型壳中挥发物和凝胶的进一步脱水，以使型壳获得必要高温强度和透气性，以便于使型壳获得必要高温强度和透气性，以便于浇注液态金属。浇注液态金属。水玻璃粘结剂型壳：水玻璃粘结剂型壳：400600400600入炉，升温入炉，升温800800850850，保温，保温2h2h；硅溶胶和硅酸乙酯粘结剂型壳：硅溶胶和硅酸乙酯粘结剂型壳：500600500600入炉，升温入炉，升温950950，2h2h；3)3)熔模的熔失和焙烧熔模的熔失和焙烧3.3.型壳的制备型壳的制备二、

17、型壳制备二、型壳制备2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造材料科学与工程学院251.1.浇注浇注三、熔模铸件的浇注和清理三、熔模铸件的浇注和清理2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造1 1）真空吸铸）真空吸铸u过程：过程：u优点：优点：此法改善充填及补缩条件，充型快而平稳，减少卷入气体和此法改善充填及补缩条件，充型快而平稳，减少卷入气体和熔渣，且可浇注形状复杂和薄壁；熔渣，且可浇注形状复杂和薄壁；降低浇注温度，节省能源消耗，且有利于得到组织致密、晶降低浇注温度，节省能源消耗，且有利于得到组织致密、晶粒细化的铸件，提高质量；粒细化的铸件，提高质量；提高金属的利用率，降低了生产成本，改善劳动条件。提高金属的利

18、用率，降低了生产成本，改善劳动条件。材料科学与工程学院26材料科学与工程学院271.1.浇注浇注三、熔模铸件的浇注和清理三、熔模铸件的浇注和清理2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造2 2）定向凝固）定向凝固亦称定向结晶，常用于涡轮片、磁钢等熔模铸件；亦称定向结晶，常用于涡轮片、磁钢等熔模铸件；3 3）压力下凝固）压力下凝固材料科学与工程学院28材料科学与工程学院292.2.清理清理三、熔模铸件的浇注和清理三、熔模铸件的浇注和清理2-1 2-1 熔模铸造熔模铸造从铸件上清除型壳从铸件上清除型壳手工捶击手工捶击震击机械震击机械电解压清砂电解压清砂从浇冒口系统上切取铸件从浇冒口系统上切取铸件铸件的表面清

19、理铸件的表面清理机械清理机械清理化学清理化学清理碱煮清理碱煮清理碱爆清理碱爆清理电化学清理电化学清理材料科学与工程学院30材料科学与工程学院312-2 压力铸造压力铸造n定义：定义：将液态或半液态金属浇入压铸机的压将液态或半液态金属浇入压铸机的压室内，使它在高压和高速下充填铸型，室内，使它在高压和高速下充填铸型，并在高压下结晶凝固而获得铸件的一并在高压下结晶凝固而获得铸件的一种铸造方法。种铸造方法。n特点：特点：机械化程度高机械化程度高;生产效率高；生产效率高；铸件精度高；铸件精度高；材料科学与工程学院32一、压铸机简介一、压铸机简介1.1.热压室压铸机：热压室压铸机：图8-15 热压室压铸机

20、工作原理土特点：特点：早期用于锌、铅、锡早期用于锌、铅、锡等低熔点合金铸件，等低熔点合金铸件，近年已用于铝、镁、近年已用于铝、镁、铜合金等；铜合金等；2-2 2-2 压力铸造压力铸造压室与合金熔化炉压室与合金熔化炉成一体，或压室浸成一体，或压室浸入液态金属入液态金属材料科学与工程学院332. 冷压室压铸机冷压室压铸机1 1）立式冷压室压铸机）立式冷压室压铸机图8-162-2 2-2 压力铸造压力铸造一、压铸机简介一、压铸机简介材料科学与工程学院342 2）卧式冷压室压铸机）卧式冷压室压铸机图 8-17 工作过程工作过程2. 冷压室压铸机冷压室压铸机2-2 2-2 压力铸造压力铸造一、压铸机简介

21、一、压铸机简介材料科学与工程学院353 3）全立式冷压室压铸机）全立式冷压室压铸机图8-182. 冷压室压铸机冷压室压铸机2-2 2-2 压力铸造压力铸造一、压铸机简介一、压铸机简介压铸型水平放置，稳固可压铸型水平放置，稳固可靠，分型面、浇注系统开靠，分型面、浇注系统开设方便；热量损失小，带设方便；热量损失小，带入型腔中的空气少等；入型腔中的空气少等；材料科学与工程学院36二、压铸型二、压铸型压铸型结构压铸型结构1)1)静型静型是金属液首先进入的是金属液首先进入的半型，部分型腔，其半型，部分型腔，其上的直浇道与机器的上的直浇道与机器的喷嘴相连接；喷嘴相连接；2)2)动型动型一般抽芯和铸件顶一般

22、抽芯和铸件顶出机构设在其上，出机构设在其上，完成合型、抽芯和完成合型、抽芯和顶出铸件操作顶出铸件操作2-2 2-2 压力铸造压力铸造压铸模总体结构示意图压铸模总体结构示意图1-铸件；铸件；2-导柱；导柱；3-冷却水管；冷却水管；4-定模；定模；5-动动模；模；6-顶杆板；顶杆板；7-顶杆；顶杆；8-型腔；型腔；9-排气槽；排气槽；10-浇注系统浇注系统材料科学与工程学院372-2 2-2 压力铸造压力铸造二、压铸型二、压铸型材料科学与工程学院383)3)抽芯及抽芯机构抽芯及抽芯机构型芯形成复杂铸件型芯形成复杂铸件的侧面孔穴，是活的侧面孔穴，是活动型芯；动型芯；4)4)铸件顶出机构铸件顶出机构设

23、置在动型部分，设置在动型部分，包括顶杆、复位杆包括顶杆、复位杆等；等；2-2 2-2 压力铸造压力铸造二、压铸型二、压铸型压铸型结构压铸型结构材料科学与工程学院392-2 2-2 压力铸造压力铸造三、压铸工艺三、压铸工艺1. 1.压铸工艺流程图压铸工艺流程图压铸型压铸型压铸型安装压铸型安装压铸型预热压铸型预热给涂料给涂料合型、插芯合型、插芯浇浇 注注压压 射射持持 压压开型、抽芯开型、抽芯顶出铸件顶出铸件表观检验表观检验清理型腔清理型腔铸件清理铸件清理质量检验质量检验合格铸件合格铸件材料科学与工程学院402.2.比压的选择比压的选择2-2 2-2 压力铸造压力铸造三、压铸工艺三、压铸工艺 t1

24、:F1t1:F1为克服摩擦力为克服摩擦力( (压室中压室中) ) t2: t2:开始进入型腔因浇口急减阻力增大开始进入型腔因浇口急减阻力增大F2F1,F2F1,达到高速充填达到高速充填 t3:(t3:(快速增压阶段快速增压阶段) )快速充填直至充满型腔最大值快速充填直至充满型腔最大值F3F3为压射压力为压射压力 t4:F4t4:F4静压力对铸件压实静压力对铸件压实压力F时间t材料科学与工程学院412.2.比压的选择比压的选择l定义：定义：压射过程中，压室内单位面积上液态压射过程中，压室内单位面积上液态金属所受到的静压力；金属所受到的静压力；p p=(4=(4P P)/()/(d d2 2) )

25、p-p-比压，比压，PaPa；d-d-压室直径，压室直径，m;m;P P- -压铸机的压射力压铸机的压射力,N.,N.2-2 2-2 压力铸造压力铸造三、压铸工艺三、压铸工艺l对铸件质量的影响：对铸件质量的影响：压射压力压射压力就是在充模刚结束时压射冲头作用在就是在充模刚结束时压射冲头作用在金属液面上的力。金属液面上的力。材料科学与工程学院42各种压铸合金的计算比压各种压铸合金的计算比压(MPa(MPa) )合金种类合金种类铸件壁厚铸件壁厚3mm3mm铸件壁厚铸件壁厚3 36mm6mm简单简单复杂复杂简单简单复杂复杂锌合金锌合金30405060铝合金铝合金35454540压铸机的结构性能、蓄压

26、器的工作状况、压铸机工压铸机的结构性能、蓄压器的工作状况、压铸机工作液的性质以及浇注系统的形状和尺寸等因素；作液的性质以及浇注系统的形状和尺寸等因素；2.2.比压的选择比压的选择2-2 2-2 压力铸造压力铸造三、压铸工艺三、压铸工艺材料科学与工程学院432.2.充填速度充填速度l定义：定义： 金属液通过压铸型内浇口导入型腔的线速度；金属液通过压铸型内浇口导入型腔的线速度；l关系：关系：冷压室压铸机，压室、浇道和型腔相连：冷压室压铸机，压室、浇道和型腔相连：D D2 2v v1 1/4=d/4=d2 2v v2 2/4=fu/4=fuu=u=(2gp/(2gp/) )1/21/2与比压关系：与

27、比压关系：l对压铸工艺影响：对压铸工艺影响：式中，式中，D D为压室直径，为压室直径，m;vm;v1 1为压射速度为压射速度m/s;dm/s;d为直浇道的入口直为直浇道的入口直径，径，m;vm;v2 2为金属液在直浇道入口处的流动速度，为金属液在直浇道入口处的流动速度，m/s;fm/s;f为内浇为内浇口的截面积，口的截面积，m2;um2;u为冲填速度，为冲填速度，m/sm/s。为阻力系数；p为压射比压，Pa; 为金属液密度，t/m3.材料科学与工程学院442.2.充填速度充填速度2-2 2-2 压力铸造压力铸造三、压铸工艺三、压铸工艺各种压铸合金的充填速度（各种压铸合金的充填速度（m/sm/s

28、）简单的厚壁铸件简单的厚壁铸件一般铸件一般铸件 复杂的薄壁铸件复杂的薄壁铸件锌合金、铜合金锌合金、铜合金镁合金镁合金铝合金铝合金10101515202025251010151515152525353515152525151520203535404025253030视铸件大小、复杂程度、铸件要求、合金种类、视铸件大小、复杂程度、铸件要求、合金种类、比压等而异；比压等而异；材料科学与工程学院453.3.浇注温度浇注温度2-2 2-2 压力铸造压力铸造三、压铸工艺三、压铸工艺l定义：定义：金属液自压室进入型腔时的平均温度；金属液自压室进入型腔时的平均温度；l一般在保温炉内的温度，以不超过该合一般在保

29、温炉内的温度，以不超过该合金液相线以上金液相线以上20203030；l低温浇注对铸件质量影响：低温浇注对铸件质量影响：呈呈“粥状粥状”金属液，在压射过程中产生漩涡和卷入金属液，在压射过程中产生漩涡和卷入气体的可能性较小；气体的可能性较小；增大排气槽深度，可改善排气条件；增大排气槽深度，可改善排气条件； 体收缩小，厚壁处产生缩松和缩孔小；体收缩小，厚壁处产生缩松和缩孔小；对铸型熔融和粘模显著减小，延长铸型寿命；对铸型熔融和粘模显著减小，延长铸型寿命；材料科学与工程学院463.3.浇注温度浇注温度三、压铸工艺三、压铸工艺合金合金铸件壁厚铸件壁厚3mm3mm铸件壁厚铸件壁厚336mm6mm结构简单结

30、构简单结构复杂结构复杂结构简单结构简单结构复杂结构复杂铝合铝合金金含硅含硅610610650650 640640700700 590590630630 610610650650含铜含铜620620650650 640640720720 600600640640 620620650650含镁含镁640640680680 660660700700 620620660660 640640680680镁合金镁合金640640680680 660660700700 620620660660 640640680680铜合铜合金金普通普通850850900900 870870920920 820820860

31、860 850850900900硅硅870870910910 880880920920 850850900900 870870910910各种压铸合金的浇注温度各种压铸合金的浇注温度材料科学与工程学院474.4.铸型温度铸型温度三、压铸工艺三、压铸工艺l铸型加热作用：铸型加热作用：避免金属液激冷，无法成型；避免金属液激冷，无法成型；避免因激冷而增大线收缩，引起裂纹和避免因激冷而增大线收缩，引起裂纹和开裂；开裂；降低型腔中空气密度，有利气体排出，降低型腔中空气密度，有利气体排出，获得表面光洁、轮廓清晰及组织致密的获得表面光洁、轮廓清晰及组织致密的铸件；铸件；避免铸件因激热而胀裂，延长寿命；避免铸

32、件因激热而胀裂，延长寿命；T型型=1/3t浇浇tl压铸在各压铸周期中保持热平衡；压铸在各压铸周期中保持热平衡；l激冷液应在铸型预热前及时通入；激冷液应在铸型预热前及时通入；材料科学与工程学院484.4.铸型温度铸型温度2-2 2-2 压力铸造压力铸造三、压铸工艺三、压铸工艺合金合金铸件壁厚铸件壁厚3mm3mm铸件壁厚铸件壁厚336mm6mm结构简单结构简单结构复杂结构复杂结构简单结构简单结构复杂结构复杂锌合金锌合金130130180180150150200200100100150150170170180180铝合金铝合金1501502002001801802502501201201801801

33、50150200200镁合金镁合金170170250250250250300300140140200200170170250250铜合金铜合金250250350350300300380380200200300300250250380380压铸型工作温度压铸型工作温度( () )材料科学与工程学院49定义：定义： 压铸过程中金属液充满型腔所需的时间；压铸过程中金属液充满型腔所需的时间；铸件的材料和体积确定后，充填时间与充填铸件的材料和体积确定后，充填时间与充填速度和内浇口截面积的乘积成反比；速度和内浇口截面积的乘积成反比；中、小型铝合金铸件仅为中、小型铝合金铸件仅为0.1s0.1s；5.5.充填

34、时间充填时间2-2 2-2 压力铸造压力铸造三、压铸工艺三、压铸工艺影响因素：影响因素：铸件的体积与复杂程度铸件的体积与复杂程度注意内浇口的厚度？注意内浇口的厚度？材料科学与工程学院50定义：定义：为获得组织致密的铸件，在金属液充满型腔后，为获得组织致密的铸件，在金属液充满型腔后，仍需在压力下持续一段时间，以使压射冲头通过未凝固仍需在压力下持续一段时间，以使压射冲头通过未凝固金属将压力传递给铸件，这段时间称之为持压时间。金属将压力传递给铸件，这段时间称之为持压时间。一般铸件的持压时间仅为一般铸件的持压时间仅为1 12s,2s,对于结晶温度间隔较对于结晶温度间隔较大的和壁厚较大大的和壁厚较大(

35、(大于大于4mm4mm）的铸件，可增至）的铸件，可增至23s23s；6.6.持压时间持压时间三、压铸工艺三、压铸工艺作用：作用：使压射冲头有足够的时间将压力传给未凝固的金使压射冲头有足够的时间将压力传给未凝固的金属，使之在压力下结晶，以便获得组织致密铸件；属，使之在压力下结晶，以便获得组织致密铸件；材料科学与工程学院51目的：目的：防止粘模和便于铸件出型，使铸型受摩擦防止粘模和便于铸件出型，使铸型受摩擦部分在高温下具有润滑性能；部分在高温下具有润滑性能；要求：要求：具有好的高温润滑性能，对铸件、铸型无腐蚀，具有好的高温润滑性能，对铸件、铸型无腐蚀，高温时不析出有害气体，溶剂在高温时不析出有害气

36、体，溶剂在100100150150能尽能尽快挥发；快挥发；厚度控制：厚度控制：7.7.压铸型涂料压铸型涂料2-2 2-2 压力铸造压力铸造三、压铸工艺三、压铸工艺材料科学与工程学院52压铸用涂料压铸用涂料序序号号原材料名原材料名称称配比配比/%/%配制方法配制方法适用范围适用范围1 1蜂蜡蜂蜡 石墨石墨7070808020302030蜂蜡熔化后加蜂蜡熔化后加入石墨入石墨, ,搅拌块搅拌块状均匀，凝成状均匀，凝成用于冲头用于冲头2 2氟化钠氟化钠 水水3 39797将水加热至将水加热至70708080,加入加入氟化钠氟化钠, ,搅均搅均铝合金铸件铝合金铸件, ,防防粘模效果好粘模效果好3 3机油

37、机油石墨石墨95955 5将机油与将机油与200200300300石石墨搅均墨搅均铝合金铝合金,铜合金铜合金铸件铸件, ,压室压室,冲头冲头及滑动摩擦部分及滑动摩擦部分7.7.压铸型涂料压铸型涂料2-2 2-2 压力铸造压力铸造三、压铸工艺三、压铸工艺材料科学与工程学院53四、特殊压铸工艺四、特殊压铸工艺1. 1.真空压铸真空压铸在压铸过程中，使压铸型型腔建立真空。一在压铸过程中，使压铸型型腔建立真空。一般在般在(5(58)8)10104 4PaPa。特征：特征：最小壁厚为原来最小壁厚为原来的一半，生产效的一半，生产效率提高，成本提率提高，成本提高；但厚大铸件高；但厚大铸件缩孔严重。缩孔严重。

38、2-2 2-2 压力铸造压力铸造材料科学与工程学院542.2.充氧压铸充氧压铸过程：过程： 在压铸前将氧气充入型腔，以置换出其中的空气，在压铸前将氧气充入型腔，以置换出其中的空气，并使残留在型腔中的氧在压铸过程中与铝液反应并使残留在型腔中的氧在压铸过程中与铝液反应形成细小的形成细小的AlAl2 2O O3 3质点，弥散分布在铸件内部，从质点，弥散分布在铸件内部，从而消除普通压铸件中的气孔缺陷。而消除普通压铸件中的气孔缺陷。铝合金铸件的强度提铝合金铸件的强度提高高1010，延伸率增加，延伸率增加0.50.51 1倍，热处理后倍，热处理后强度又能提高强度又能提高3030。四、特殊压铸工艺四、特殊压

39、铸工艺2-2 2-2 压力铸造压力铸造特征特征: : 材料科学与工程学院553.3.精速密压铸精速密压铸图825特征：特征：内浇口厚度必须内浇口厚度必须足够大，采用较足够大，采用较低的压射速度，低的压射速度，金属液的充填速金属液的充填速度较低；度较低；一种精确、快速而密实的压铸方法一种精确、快速而密实的压铸方法（ARD）或称套筒双冲头压铸法。）或称套筒双冲头压铸法。四、特殊压铸工艺四、特殊压铸工艺2-2 2-2 压力铸造压力铸造材料科学与工程学院56五五. .压铸型工艺设计压铸型工艺设计立式冷压室压铸机：立式冷压室压铸机：其最小尺寸由压铸机标准浇口套的进口直径来决定；其最小尺寸由压铸机标准浇口

40、套的进口直径来决定；为锥形，单边斜度为为锥形，单边斜度为3 3；d d直浇道直浇道d d浇口套浇口套0.50.51mm1mmR=6R=615mm15mm2-2 2-2 压力铸造压力铸造1. 1.浇注系统浇注系统（1）直浇道）直浇道材料科学与工程学院57卧式压铸机：卧式压铸机：d d直浇道直浇道d d压室压室图819材料科学与工程学院58（2)2)横浇道横浇道是把金属液由直浇道引入内浇口，提供铸件是把金属液由直浇道引入内浇口，提供铸件补缩所需要的液体金属并传递静压力；补缩所需要的液体金属并传递静压力；作用：作用：尺寸：尺寸：S S横浇道横浇道3S3S内浇口内浇口厚度厚度h h4 46mm(86m

41、m(810mm)10mm)宽度宽度B B内浇口宽度内浇口宽度长度长度L L303040mm40mm；界面形状为梯形界面形状为梯形1.1.浇注系统浇注系统材料科学与工程学院59（3)3)内浇口内浇口作用：作用：是将横浇道输送过来的金属液转变为高速液是将横浇道输送过来的金属液转变为高速液流，并以理想的液态和顺序充填型腔。流，并以理想的液态和顺序充填型腔。尺寸：尺寸：压铸件内浇口厚度的选用数据（压铸件内浇口厚度的选用数据（mmmm）铸件壁厚铸件壁厚0.81.51.53.03.06.0复杂复杂简单简单复杂复杂简单简单复杂复杂简单简单锌合金锌合金0.40.80.50.61.20.81.5 1.02.0

42、1.52.5铝合金铝合金0.61.0 0.61.20.81.51.01.8 1.52.5 1.83.0长度长度l l22.5mm22.5mm 材料科学与工程学院602.2.压铸型的分流器压铸型的分流器作用：作用：调整金属液流的方向和浇注系统的截面积；调整金属液流的方向和浇注系统的截面积；图821材料科学与工程学院61溢流槽（集渣槽）溢流槽（集渣槽） 作用：作用：位于型腔中首股金属液流程的末端，用来收集液位于型腔中首股金属液流程的末端，用来收集液流前端混有涂料残渣及气体的冷污金属，消除金流前端混有涂料残渣及气体的冷污金属，消除金属涡流和排除气体；属涡流和排除气体；排气槽排气槽宽度：宽度：6 62

43、0mm;20mm;深度：深度：0.05 0.05 0.1mm0.1mm3. 3. 溢流槽和排气槽溢流槽和排气槽材料科学与工程学院624.4.压铸型设计与压铸机的关系压铸型设计与压铸机的关系（1 1）铸件在分型面上的投影面积、压铸机的比压）铸件在分型面上的投影面积、压铸机的比压及合型力之间的关系及合型力之间的关系0.85QFP0.85QFPQ-Q-压铸机的最大合型力；压铸机的最大合型力；F-F-铸件铸件( (包括浇注系统包括浇注系统) )在分型面上的垂直投影面积在分型面上的垂直投影面积P P比压；比压；0.850.85安全系数安全系数五五. .压铸型工艺设计压铸型工艺设计材料科学与工程学院63（

44、2)2)铸件重量铸件重量压铸件的重量不得超过压铸机技术规定的最大重量；压铸件的重量不得超过压铸机技术规定的最大重量；（3)3)压铸机的开型距离与压铸型壁厚的关系压铸机的开型距离与压铸型壁厚的关系图图8244.4.压铸型设计与压铸机的关系压铸型设计与压铸机的关系LL1+L2+10H1h1+h2+h3H2L+h1+h2+h3L-压铸机的开型距离；压铸机的开型距离；材料科学与工程学院64（4)4)铸件的顶出和压铸型的外廓尺寸铸件的顶出和压铸型的外廓尺寸铸件的顶出力铸件的顶出力 压铸机的最大开型力；压铸机的最大开型力；压铸型的外廓尺寸压铸型的外廓尺寸 压铸机开、合型机构所允许的压铸机开、合型机构所允许

45、的空间中；空间中；4.4.压铸型设计与压铸机的关系压铸型设计与压铸机的关系材料科学与工程学院65金属型铸造金属型铸造2-3 2-3 其它特种铸造方法其它特种铸造方法材料科学与工程学院66金属型铸造 将金属液浇注到金属铸型中，待其冷却后获得铸件的方法叫金属型铸造。由于金属型能反复使用很多次，又叫永久型铸造。 材料科学与工程学院67一、金属型的结构 一、金属型的结构 一般的，金属型用铸铁和铸钢制成。铸件的内腔既可用金属芯、也可用砂芯。金属型的结构有多种，如水平分型、重直分型及复合分型。如图2.2所示。其中垂直分型便于开设内浇口和取出铸件；水平分型多用来生产薄壁轮状铸件；复合分型的上半型是由垂直分型

46、的两半型采用铰链连结而成，下半型为固定不动的水平底板，主要应用于较复杂铸件的铸造。 材料科学与工程学院68材料科学与工程学院69材料科学与工程学院70材料科学与工程学院71材料科学与工程学院72二、金属型铸造的工艺特点 金属型的导热速度快和无退让性，使铸件易产生浇不足、冷隔、裂纹及白口等缺陷。此外，金属型反复经受灼热金属液的冲刷，会降低使用寿命，为此应采用以下辅助工艺措施。1预热金属型 浇注前预热金属型，可减缓铸型的冷却能力，有利于金属液的充型及铸铁的石墨化过程。生产铸铁件，金属型预热至250350；生产有色金属件预热至100250。 材料科学与工程学院73 2 刷涂料 为保护金属型和方便排气

47、，通常在金属型表面喷刷耐火涂料层，以免金属型直接受金属液冲蚀和热作用。因为调整涂料层厚度可以改变铸件各部分的冷却速度，并有利于金属型中的气体排出。浇注不同的合金，应喷刷不同的涂料。如铸造铝合金件，应喷刷由氧化锌粉、滑石粉和水玻璃制成的涂料；对灰铸铁件则应采用由石墨粉、滑石粉、耐火粘土粉及桃胶和水组成的涂料。材料科学与工程学院743浇注 金属型的导热性强，因此采用金属铸型时，合金的浇注温度应比采用砂型高出2030。一般的，铝合金为680740；铸铁为13001370；锡青铜为11001150。薄壁件取上限，厚壁件取下限。铸铁件的壁厚不小于15mm，以防白口组织。 4开型 开型愈晚，铸件在金属型内

48、收缩量愈大，取出采用困难，而且铸件易产生大的内应力和裂纹。通常铸铁件的出型温度700950，开型时间为浇注后1060秒。材料科学与工程学院75三、金属型铸造的特点和应用范围与砂型铸造相比，金属型铸造有如下优点： 1、复用性好，可“一型多铸”，节省了造型材料和造型工时。 2、 由于金属型对铸件的冷却能力强，使铸件的组织致密、机械性能高。 3、铸件的尺寸精度高，公差等级为IT12IT14；表面粗糙度较低，Ra为6.3m。 4、金属型铸造不用砂或用砂少，改善了劳动条件。 但是金属型的制造成本高、周期长、工艺要求严格，不适用于单件小批量铸件的生产，主要适用于有色合金铸件的大批量生产，如飞机、汽车、内燃

49、机、摩托车等用的铝活塞、汽缸体、汽缸盖、油泵壳体及铜合金的轴瓦、轴套等。对黑色合金铸件，也只限于形状较简单的中、小铸件。材料科学与工程学院76离心铸造 离心铸造是将金属液浇入高速旋转（2501500r/min）的铸型中，并在离心力作用下充型和凝固的铸造方法。其铸型可以是金属型，也可以是砂型。既适合制造中空铸件，也能用来生产成形铸件。一、离心铸造的种类1 立式离心铸造 立式离心铸造机的铸型绕垂直轴旋转，金属液的自由表面在离心力作用下呈抛物面，所以它主要用来生产高度小于直径的盘、环类铸件，也可用于浇注成形铸件，如图2.8所示材料科学与工程学院77材料科学与工程学院782卧式离心铸造卧式离心铸造机的

50、铸型绕水平轴旋转，铸件的各部分冷却速度和成形条件相同，所以其壁厚沿径向和轴向都均匀。主要用来生产长度大于直径的套、管类铸件，如图2.9所示。材料科学与工程学院79材料科学与工程学院80二、离心铸造的特点及应用 离心铸造的特点（1） 铸件组织致密、无缩孔、缩松、气孔和夹渣等缺陷，所以机械性能好。因为金属液在离心力作用下充型和凝固，铸件的凝固从外向内进行，不仅易于补缩，而且使气体，夹渣聚集在内表面便于消除。（2） 由于离心力的作用，金属液的充型能力好，可以浇注流动性差的合金和壁薄的铸件。（3）便于铸造双层金属的铸件。如钢套镶铜轴承，可节约铜合金。（4）生产中空铸件无需芯子和浇注系统，节约了金属。（

51、5） 易产生比重偏析缺陷，且内表面粗糙。 总之，离心铸造主要用来生产大批套、管类铸件，如铸铁管、铜套、缸套、双金属钢背铜套等。此外，还可以用于轮盘类铸件，如泵轮、电机转子等铸件的制造。材料科学与工程学院81低压铸造 低压铸造是采用较压力铸造低的压力（一般为0.020.06Mpa），将金属液从铸型的底部压入，并在压力下凝固获得铸件的方法，如图2.7所示。 材料科学与工程学院82a) 带保温炉 b）不带保温炉 1-坩埚；2-升液管；3-金属液；4-进气管； 5-密封盖；6-浇道；7-型腔；8-铸型 图2.7 为低压铸造工作原理示意 材料科学与工程学院83一、低压铸造的工艺过程 1将金属、升液管和铸

52、型装配好，盖好密封盖。 2向密封金属液的坩埚中，通入干燥的压缩空气（或惰性气体），使金属液在压力作用下，自下而上地通过升液管而进入铸型，并在压力下凝固。 3解除压力，使升液管和浇注系统中未凝固的金属液流回坩埚。 4打开铸型，取出铸件。材料科学与工程学院84二、低压铸造的特点及应用低压铸造介于重力铸造和压力铸造之间，它具有以下优点：1浇注及凝固时的压力容易调整、适应性强，可用于各种铸型、各种合金及各种尺寸的铸件。2底注式浇注充型平稳，减少了金属液的飞溅和对铸型的冲刷，可避免铝合金件的针孔缺陷。3铸件在压力下充型和凝固，其浇口能提供金属液来补缩，因此铸件轮廓清晰，组织致密。4低压铸造的金属利用率高

53、，约90%以上。5设备简单，劳动条件较好，易于机械化和自动化。 其主要缺点是升液管寿命短，且在保温过程中金属液易氧化和产生夹渣。总之，低压铸造主要用来铸造一些质量要求高的铝合金和镁合金铸件，如气缸体、缸盖、曲轴箱和高速内燃机的铝活塞等薄壁件。材料科学与工程学院85 陶瓷型铸造是在砂型熔模铸造的基础上发展起来的一种新工艺。陶瓷型是利用质地较纯、热稳定性较高的耐火材料作造型材料；用硅酸乙酯水解液作粘结剂，在催化剂的作用下，经灌浆、结胶、起模、焙烧等工序而制成的。 采用这种铸造方法浇出的铸件，具有较高的尺寸精度和表面光洁度，所以这种方法又叫陶瓷型精密铸造。 陶瓷型的制造方法可分为两大类：一类是全部采

54、用陶瓷浆料制造铸型法；另一类就是采用底套（相当于砂型的背砂层）表面再灌陶瓷浆料以制陶瓷型的方法。底套又分砂套和金属底套两种；即 陶瓷型铸造材料科学与工程学院86图1 全部采用陶瓷浆料造型过程示意图a) 模型 b)准备灌浆c)灌浆d)结胶 e）起模 f)喷烧1模型 2砂箱 材料科学与工程学院87小型陶瓷型铸件，常采用全部以陶瓷浆料制造的陶瓷型，其造型过程如图所示。首先将模型固定于模板上（a），再套上砂箱（b），然后将预先调好的陶瓷浆料倒入砂箱（c），将上表面刮平，等待结胶硬化（d），待浆料一旦出现弹性即可进行起模（e）。随即点火喷烧（吹压缩空气助燃）（f），待火熄灭后，移入高温炉中喷烧即成所需的

55、陶瓷型。 材料科学与工程学院88 另一类就是带底套的陶瓷型。生产中常采用带底套的复会铸型，即与液体金属直接接触的面层，灌注陶瓷浆料，而其余部分用砂套或金属套代替。 目前生产上应用最广泛的是CO2水玻璃砂底套陶瓷型。CO2水玻璃套有强度高，透气性好制作简便道优点。其次作过程如图所示。其特殊之处，在于事先要准备两个模型，一个用于灌陶瓷浆料的铸件模（A模），另一个用于制造底套（B模）其尺寸较（A 模）大。 材料科学与工程学院89图图2 采用水玻璃砂套的陶瓷型制作过程采用水玻璃砂套的陶瓷型制作过程a）模型）模型 b）准备造型）准备造型c）填充水玻璃砂）填充水玻璃砂 e）准备灌浆）准备灌浆 f)灌浆灌浆

56、 g）结胶）结胶 h)起模起模 I)喷烧喷烧1-模型模型2-砂箱砂箱3-水玻璃砂水玻璃砂4-排气孔排气孔5-灌浆孔灌浆孔6-陶瓷浆陶瓷浆7-空气喷嘴空气喷嘴 材料科学与工程学院90 陶瓷型铸造具有以下优缺点： 1铸件的表面光洁度高； 2铸件的尺寸精度高； 3可以铸出大型精密铸件 熔模铸造虽能铸出尺寸精确、光洁度高的铸件，但由于本身工艺的限制，浇注的铸件重量一般都较小，最大件只有几十公斤；而陶瓷型铸件最大可达十几吨。4投资少，投产快，生产准备周期短。 缺点是原材料价格昂贵，由于有灌浆工序，不适于浇注批量大，重量轻，形状较复杂的铸件，且生产工艺过程难于实现机械化和自动化。 材料科学与工程学院91二

57、、陶瓷型铸造工艺 陶瓷型铸造的工艺流程如下： 材料科学与工程学院92 二、陶瓷型铸造工艺 （一）陶瓷型所用的造型材料 陶瓷型所用的造型材料包括耐火材料、粘结剂、催化剂、脱模剂、透气剂等。1耐火材料，陶瓷型所用的耐火材料要求杂质少，熔点高和高温热膨胀系数小。可作陶瓷型的耐火材料有刚玉粉、铝矾土、碳化硅及锆砂粉等。2粘结剂，陶瓷型常用的粘结剂是硅酸乙酯水解液。材料科学与工程学院93 3催化剂，陶瓷浆料所用的催化剂有氢氧化钙、氧化镁、氢氧化钠以及氧化钙等。 4脱模剂，常用的脱模剂有上光腊，变压器油，机油、有机硅油及凡士林等。 5透气剂，在陶瓷浆料中加入透气剂以改善陶瓷型的透气性。常用的透气剂是双氧水

58、，其加入量为耐火粉料重量的0203。材料科学与工程学院94（二）陶瓷浆料的配制及灌浆 1.耐火材料的选择在铸造尺寸和光洁度要求高的合金钢锻模、压铸型、玻璃器皿模具时，应采用耐高温的、热稳定性好的刚玉粉、钻砂粉或碳化硅作为陶瓷型浆料的耐火材料。对于铸铁件或铝铸件可采用价格较便宜的铝矾土或石英粉作为耐火材料，并正确选择耐火材料的粒度组成。 2浆料的配制与灌浆 耐火材料与硅酸乙醇水解液的配比要适当，不同耐火材料所需水解液的比例也不同。开始结胶的时间与灌浆的时间对陶瓷型质量有很大的影响。催化剂含量和室温对结胶时间也有影响。灌浆过迟过早都不好。开始结胶的时间可通过预配小样测定。灌浆时，浆料倒入速度不应过快，以防卷入空气，最好边灌浆边振动，以排除浆料中的气体。 材料科学与工程学院95 （三）起模 灌浆后的陶瓷型经结胶，固化等阶段。但在结胶开始后尚不能立即起模，一般在结胶后515min，待陶瓷层消有弹性时，起模效果最好。起模时先将浇注系统、通气棒取出，然后垂直取出母模（不可敲动），起模后应立即进行点火喷