金属液态成形工艺

金属液态成形工艺第一页，共57页。第二页，共57页。1.1金属液态成形的铸造基础

1.2金属的液态成形工艺

1.3液态成形金属件的工艺设计1.4液态金属成形件的结构设计

第三页，共57页。1.2金属的液态成形工艺

金属的液态成形工艺实际上主要是指铸造成形工艺，其中最基本，应用最广泛的是砂型铸造工艺。一、砂型铸造

砂型铸造是传统的液态成形方法之一，它适用于各种形状、大小及各类合金铸件的生产。砂型铸造最基本的工序就是造型与制芯，造型方法通常分为手工造型和机器造型两大类。第四页，共57页。第五页，共57页。1、手工造型2）常见手工造型方法分模、整模、活块、刮板、三箱、挖砂、假箱砂箱刮砂板底板砂舂通气针起模针皮老虎镘刀镘勺提勾1）砂箱及造型工具第六页，共57页。第七页，共57页。①分模造型最大截面在中间截面；一个或两个分型面；两箱或三箱；操作简便，适用于形状较复杂的铸件，特别广泛用于有孔或带有型芯的铸件，如套筒、水管、阀体、箱体、曲轴、立柱等。第八页，共57页。②整模造型整体模，铸型的型腔一般只在下箱；最大截面在端面处；操作简单；不会错箱。适用于外形轮廓上有一个平面可作分型面的简单铸件，如齿轮坯、轴承、皮带、轮罩等。第九页，共57页。③活块造型将模样上妨碍起模的部分，如凸台、肋、耳等，做成活动的，称为活块。活块用销式燕尾与模样的主体连接，在起模时须先取出模样主体，然后取出活块。单件或小批生产；效率低下。第十页，共57页。④刮板造型用与铸件截面相适应的刮板代替实体模样造型的方法。只适用于中小批生产尺寸较大的回转体铸件，如皮带轮、齿轮等。大、中型回转类零件；第十一页，共57页。⑤三箱造型两个分型面；分型面在大截面处；三箱；易错箱。第十二页，共57页。⑥挖砂造型

当铸件最大截面在中部，模样又不便分成两半(如分模后模样太薄或分面是曲面)时，只能将模样做成整模，造型时挖掉防碍起模的砂子。最大截面靠近端面；分型面为曲面；单件小批生产；效率低下。第十三页，共57页。⑦假箱造型

对于分型面为阶梯面或曲面的铸件，当生产数量较多时，可用成形底板代替平面底板，并将模样放置在成形底板上造型，可省去挖砂操作。成形底板可根据生产数量的不同，分别用金属、木材制作；如果件数不多，可用粘土较多的型砂春紧制成砂质成形底板，称为假箱。

第十四页，共57页。1.单件、小批生产：图示件属大尺寸、回转体，可采用刮板造型。2.成批生产：当批量大，但又无机械化生产条件时，可采用模样两箱造型。例：给下列零件选择合适的造型方法第十五页，共57页。2、机器造型

手工造型中的摏箱、起模两工序不仅效率低，劳动条件差，而且铸件尺寸不准确。机器造型将填砂、紧实和起模等主要工序实行机械化，并组成生产流水线。(1)紧砂方法：

①震压紧砂②微振压紧砂③高压紧砂④抛砂紧砂(2)起模方法：

①顶箱起模②漏模起模③翻箱起模第十六页，共57页。震压紧砂：

这类造型机主要由震击机构、压实机构、起模机构和控制系统组成。多通过震击和压实紧实型砂，绝大部分都是边震边压。震击压实都采用气动，为高频率低振幅的微振形式,铸型硬度均匀。所有机器都带有起模结构，起模比较平稳。这种造型机的特点是：机构简单、操作方便、投资较小，适用于各种材质小件的造型。填砂紧砂压实起模第十七页，共57页。微振压紧砂：

采用振击(频率150～500次/分,振幅25～80mm)－压实-微振(频率700～1000次/分,振幅5～10mm)来紧实造型。这种造型机噪音较小,型砂紧实度均匀,生产率高。第十八页，共57页。高压紧砂：由许多可单独动作的触头组成。第十九页，共57页。抛砂紧砂1-抛砂头；2-皮带轮；3、4-砂团；5-型腔第二十页，共57页。顶箱起模起模方法第二十一页，共57页。漏模起模第二十二页，共57页。翻箱起模第二十三页，共57页。3、机器制芯在大批量生产中，最常用的机器制芯方法是射芯机和壳(吹)芯机制芯。

第二十四页，共57页。为获得高质量、高精度的铸件，提高生产率，人们在砂型铸造的基础上，创造了多种其它的铸造方法；通常把这些有别于砂型铸造的其他铸造方法通称为特种铸造。二、特种铸造

特种铸造是指与普通砂型铸造有显著区别的一些铸造方法，如金属型铸造、熔模铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造等。特种铸造属先进铸造，是铸造技术沿精密、洁净和高效方向的发展。

其中最主要的发展是铸造过程数控自动化与铸造工艺的绿色化。第二十五页，共57页。(1)金属型的材料

金属型的材料一般采用铸铁，铸件的内腔可用金属型芯或砂芯得到，对于薄壁复杂铸件或钢铁铸件，多采用砂芯；对于形状简单铸件或非铁合金铸件，多采用金属型芯。

1、金属型铸造第二十六页，共57页。(2)金属型的铸造工艺

1)加强金属型的排气。

2)在金属型的工作表面上喷刷涂料。

3)预热金属型并控制其温度。

4)及时开型。

(3)金属型铸造的特点及适用范围

优点：1)导热性能好冷却速度快，组织致密，力学性能高。

2)铸件的尺寸精度和表面质量均优于砂型铸件。

3)金属型复用性好。缺点：1)易产生气孔、应力、裂纹、浇不足、冷隔等缺陷；

2)不适宜生产形状复杂、薄壁和大型铸件；

3)制造成本高，周期长，铸造工艺要求严格。第二十七页，共57页。(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250～350℃；生产有色金属件预热至100～250℃。金属型铸造型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。第二十八页，共57页。(2).刷涂料

为保护金属型和方便排气，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。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。第二十九页，共57页。(3)．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20～30℃。一般的，铝合金为680℃～740℃；铸铁为1300℃～1370℃；锡青铜为1100～1150℃。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。第三十页，共57页。(4)．开型开型愈晚，铸件在金属型内收缩量愈大，取出铸件困难，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700～950℃，开型时间为浇注后10～60秒。第三十一页，共57页。2、熔模铸造

熔模铸造是在易熔模样表面包覆若干层耐火材料，待其硬化干燥后，将模样熔去制成中空型壳，经浇注而获得铸件的一种成形方法。

第三十二页，共57页。1)熔模的制造2)型壳的制造3)脱模4)型壳焙烧5)浇注(1)熔模铸造的工艺过程

第三十三页，共57页。3）、制造熔模：将糊状的蜡基材料（50%石蜡和50%硬脂酸组成），在压力下充满压型，冷凝后取出，经修整毛刺便获得一个熔模。为一次能浇出多个铸件，可将多个熔模焊成熔模组。(1)熔模铸造的工艺过程

2）、制造压型：压型是制造蜡模的模具，有很高的精度和光洁度。制造压型要考虑蜡模及铸件的双重线收缩率。成批、大量生产时，压型通常用金属材料制成；单件、小批时，常用石膏来制造。1）、制造母模：母模是铸件的基本模型，制造压型。第三十四页，共57页。4）、型壳的制造a）结壳：先在熔模上涂挂耐火涂料（一般由水玻璃和石英粉制成或硅酸乙酯水解液和刚玉粉制成的），然后撒上一层细石英砂，将其放入氯化铵水溶液中硬化或通氯气硬化。重复进行挂涂料、撒砂和硬化过程3至7次，直至结成5～10mm厚的型壳为止。(1)熔模铸造的工艺过程

b）脱模：通常将型壳浸泡在85～95℃的热水中，蜡模自行熔化后从型壳中脱出，获得与铸件形状一致的型腔。熔模也可在高压蒸气熔化脱出。c）焙烧：将型壳在800～1000℃下加热，以清除型壳内的残余物和水份，并进一步提高型壳的强度。第三十五页，共57页。5）、填砂：为加固型壳以防它在浇注时变形或破裂，需在焙烧后的型壳周围用干砂填紧。6）、

金属液的浇注、落砂和清理型壳经焙烧后应马上浇注，以保证金属液有足够的充型能力。铸件凝固后落砂，并对其进行清理和检验。第三十六页，共57页。(1)熔模铸造的工艺过程

第三十七页，共57页。熔模铸造熔模铸造视频第三十八页，共57页。(2)熔模铸造的特点

①铸件的精度高，表面粗糙度低（尺寸精度IT11－13，表面粗糙精度Ra1.6一12.5）。②铸件合金种类不受限制，钢、铸铁和有色合金均可。③可生产形状复杂的薄壁铸件，最小壁厚可达0.3mm，最小铸孔直径达0.5mm。④生产工序复杂，生产周期长。⑤原材料价格贵，铸件成本高。⑥铸件不能太大、太长，否则蜡模易变形。熔模铸造是一种少无切削的先进的精密铸造工艺。它最适合25kg以下的高熔点、难以切削成形的合金铸件的大批量生产。广泛应用于航天、飞机、汽轮机、燃汽轮机叶片、泵轮、复杂刀具、汽车、拖拉机和机床上的小型铸件生产。第三十九页，共57页。3、压力铸造

熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法称为压力铸造，简称压铸。压铸时所用的压力高达数十兆帕（甚至超过200MPa），其速度约为5－100m／s，熔融金属充满铸型的时间为0.01－0.2s，高压和高速是压铸区别于一般金属型铸造的重要特征。第四十页，共57页。(1)压铸机和压铸工艺过程

第四十一页，共57页。(2)压力铸造的特点优点：①铸件的尺寸精度和表面质量最高。②铸件的强度和表面硬度高。③可压铸出形状复杂的薄壁件。④生产率高。缺点：①设备投资大，制造成本高，工艺准备时间长，不适用于单件、小批生产。②不适用于铸铁、铸钢等高熔点合金的铸造。③压铸件不宜热处理，并尽量避免切削加工（为什么？）答：由于压铸的金属液注入和凝固速度过快，型腔气体难以及时完全排出，故铸件内部易存有气孔等铸造缺陷。所以，不宜热处理。第四十二页，共57页。4、低压铸造

低压铸造是是在0.02~0.07MPa的低压下将金属液注入型腔，并在压力下凝固成形，以获得铸件的方法。(1)低压铸造的工艺过程

第四十三页，共57页。(2)低压铸造的特点

1)浇注压力和速度便于调节，可适应不同材料的铸型。

2)充型平稳、铸型冲刷力小，气孔、夹渣等缺陷较少。

3)便于实现定向凝固，铸件组织致密、力学性能高。

4)金属的利用率高，铸件的尺寸和表面精度高。设备费用较低。

第四十四页，共57页。5、离心铸造

离心铸造是将熔融金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下填充铸型和结晶，从而获得铸件的方法。按铸型旋转轴线的空间位置不同，离心铸造分为立式和卧式两种。

第四十五页，共57页。特点：1）生产空心旋转铸件时，可以省去型芯、浇注系统和冒口。2）补缩条件好,使铸件致密,力学性能好。3）铸件内表面粗糙,尺寸误差大,质量差。4）不适合比重偏析大的合金。离心铸造适用于大批量生产管、筒类铸件，如铁管、筒套、缸套、双金属钢背铜套，轮盘类铸件，如泵轮、电机转子等。

第四十六页，共57页。三、金属液态成形方法的合理选择各种铸造成形工艺方法均有其优缺点和适用范围，因此必须结合具体情况，对铸件大小、结构形状、合金种类、质量要求、生产批量和生产条件等进行全面的分析、比较，才能正确的选择出合理的成形方法。

第四十七页，共57页。几种常用凝固成形方法比较：第四十八页，共57页。成本计算：铸件成本

C=Cs+CM／N式中C——铸件成本；Cs——除模具和专用设备费用外的铸件成本；CM——模具和专用设备费用；N——生产件数。铸件总成本CN=NCs+CM第四十九页，共57页。练习：分析下图四零件应采用何种手工造型方法？第五十页，共57页。型(芯)砂造型用砂称型(芯)砂。一、型(芯)砂组成型砂及芯砂是制造铸型和型芯的造型材料,它主要由原砂、粘结剂、附加物和水混制而成。

第五十一页，共57页。型(芯)砂按粘结剂的种类可分为：1、粘土砂

粘土砂是以粘土为