液态金属成形概述熔炼砂型涂料

2液态金属成形当前第1页\共有84页\编于星期五\3点目录2.1概述2.2金属的熔炼2.3砂型铸造2.4涂料2.5铸造工艺设计2.6其他铸造方法当前第2页\共有84页\编于星期五\3点2.1概述当前第3页\共有84页\编于星期五\3点2.1概述什么是液态金属成形？通常称为：铸造

将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。当前第4页\共有84页\编于星期五\3点2.1概述配料（固态金属原料）熔炼液态金属浇入铸型冷却脱模、清理合格的毛坯或铸件（固态金属）冲天炉感应电炉电弧炉满足成分、温度等砂型金属型消失模模壳零件材质零件图铸件图铸造工艺设计制模、制芯铸型准备铸造过程流程示意图当前第5页\共有84页\编于星期五\3点2.1概述铸造工艺的特点适用范围广可以制造各种合金铸件铸件尺寸精度高（与一般焊接件、锻件比较）成本低廉可以生产形状复杂的零件如汽缸体(盖)、蜗轮叶片、床身件等。（1）合金种类不受限；（2）铸件大小几乎不受限。（1）材料来源广；（2）废品可重熔；（3）设备投资低。

缺点废品率高、表面质量较低；与压力加工和粉末冶金相比金属的利用率低；内在质量比锻件差；工作环境粉尘多、温度高、劳动强度大、生产效率低等。当前第6页\共有84页\编于星期五\3点2.1概述曾侯乙编钟（战国时期，距今2400余年），钟架长7.48米，宽3.35米，高2.73米，1978年湖北省随县擂鼓墩出土，现藏湖北省博物馆。右图为出土现场。当前第7页\共有84页\编于星期五\3点2.1概述秦皇铜车马（公元前221—206年），长317cm，高106.2cm。当前第8页\共有84页\编于星期五\3点2.1概述明永乐大钟铸于永乐18年前后（公元1418～1422年），中国现存最大的青铜钟。铜钟通高6.75米，钟壁厚度不等，最厚处185毫米，最薄处94毫米，重约46吨。钟体内外遍铸经文，共22.7万字。铜钟合金成分为：铜80.54％、锡16.40％、铝1.12％，为泥范铸造。现存北京大钟寺。当前第9页\共有84页\编于星期五\3点2.1概述湖北当阳铁塔

铸造于北宋嘉佑六年（公元1061年），八面十三层，高16.945米,据铭文记载的铁塔重七万六千六百斤,当时是就地设炉分层铸造,采用堆土法而建起来,各层之间重叠摆放,没有焊接,整个塔身玲珑隽秀,从上到下,自里而外全生铁浇铸,仅塔刹在清代以青铜重铸.当前第10页\共有84页\编于星期五\3点2.1概述三缸柴油机缸体灰铸铁，200kg卡车各种铸件（灰口铸铁、球墨铸铁）当前第11页\共有84页\编于星期五\3点2.1概述轧钢机机架（铸钢，400吨）当前第12页\共有84页\编于星期五\3点2.1概述三峡700MW水轮机组配套的大型水轮机叶片在力学性能、表面质量等方面均达世界一流水平。当前第13页\共有84页\编于星期五\3点2.1概述铸造在金属加工领域中的地位在许多机械中，铸件重量占整机重量的比例很高，内燃机80%，拖拉机65%-80%，液压件、泵类机械50%-60%。作为我国支柱产业正在大力发展的汽车工业，其心脏部分—发动机的关键零件，如缸体、缸盖、曲轴、缸套、活塞、进气管、排气管等八大件几乎全部由铸造成而成。冶金、矿山、电站等重大关键设备需求优质的重大型铸件；另外国民经济的基础设施和人民生活也需要大量铸件，输水（气）管道则需要各种尺寸的高韧性球墨铸铁管。铸造生产是获得机械产品毛坯的主要方法之一，是机械制造工业的重要基础，在国民经济中占着相当重要的位置。当前第14页\共有84页\编于星期五\3点2.1概述发展趋势（1）铸造合金结构进一步优化，增加高附加值产品球墨铸铁、等温淬火球墨铸铁和蠕墨铸铁在机械产品中广泛应用，不断提高高性能铝合金铸件、镁合金铸件、镍合金铸件，钛合金铸件的用量。（2）铸造装备升级

大容量、专业化、高精度、节能、环保、低噪音方向发展。（3）企业上规模、上档次、重环保，演绎可持续发展当前第15页\共有84页\编于星期五\3点2.1概述中国铸造模具之乡——浙江象山

模具是象山县的传统优势行业，全县有模具生产企业271家，从业人员8000余人，已经成为名副其实的铸造模具的生产基地。据统计，象山的铸造模具已经占据了全国60%以上的市场份额。中国压铸产业基地——浙江宁海县宁海县有压铸生产企业有300多家，宁海致力将自身打造成为一流的中国压铸产业基地，计划建设检测中心、物流中心、技术研发中心等三大中心，形成新的现代化压铸产业园，到2015年，力争压铸行业总产值达到150亿元。中国铸造之乡——章丘章丘共有铸造企业126家，主要生产重型汽车发动机和底盘、汽车排气管、摩托车发动机壳、罗茨鼓风机壳、铁路配件、炊具、铸造材料等产品。其中，重卡发动机铸件产量占全国总产量的30%，重卡排气管铸件产量占全国的40%。耐磨铸件生产、研发和出口基地——安徽宁国

宁国耐磨铸件年生产能力达到80万t，从业人员近万人，耐磨铸件产量占全国份额近21%。当前第16页\共有84页\编于星期五\3点2.1概述一些铸件基本尺寸的公差等级（CT-CastingTolerances）当前第17页\共有84页\编于星期五\3点2.1概述各种铸造方法应用范围当前第18页\共有84页\编于星期五\3点2.2金属的熔炼当前第19页\共有84页\编于星期五\3点2.2金属的熔炼配料（固态金属原料）熔炼液态金属浇入铸型冷却脱模、清理合格的毛坯或铸件（固态金属）冲天炉感应电炉电弧炉满足成分、温度等零件材质零件图铸件图铸造工艺设计制模、制芯铸型准备铸造过程流程示意图当前第20页\共有84页\编于星期五\3点2.2金属的熔炼铸铁的熔炼铸钢的熔炼铝合金的熔炼生铁含C为2.0～4.5％

钢

含C为0.05～2.0％

熟铁含C小于0.05％

当前第21页\共有84页\编于星期五\3点2.2金属的熔炼2.2.1铸铁的熔炼熔炼方式冲天炉熔炼感应电炉熔炼冲天炉——感应电炉双联熔炼铁水处理方式孕育处理球化处理当前第22页\共有84页\编于星期五\3点2.2金属的熔炼冲天炉熔炼熔炼原理当前第23页\共有84页\编于星期五\3点2.2金属的熔炼当前第24页\共有84页\编于星期五\3点2.2金属的熔炼感应电炉熔炼原理：电能→热能当前第25页\共有84页\编于星期五\3点2.2金属的熔炼冲天炉——感应电炉双联熔炼保温或提温成分调整当前第26页\共有84页\编于星期五\3点4．蠕墨铸铁根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁又可分为：1．普通灰铸铁2．可锻铸铁3．球墨铸铁2.2金属的熔炼普通灰铸铁：

简称灰铸铁，其石墨呈片状。当前第27页\共有84页\编于星期五\3点可锻铸铁：其石墨呈团絮状。当前第28页\共有84页\编于星期五\3点球墨铸铁其石墨呈球状当前第29页\共有84页\编于星期五\3点蠕墨铸铁：其石墨呈蠕虫状。当前第30页\共有84页\编于星期五\3点2.2金属的熔炼孕育处理为什么要进行孕育处理？灰铸铁A型石墨B型石墨E型石墨灰口铸铁中的石墨以片状存在，如石墨片粗大对灰铸铁金属基体的割裂作用，使其机械性能降低。当前第31页\共有84页\编于星期五\3点2.2金属的熔炼孕育处理思路减少石墨数量及尺寸大小，使石墨分布均匀。孕育处理方法往高温铁水（1400-1450℃）中加入孕育剂（含Si75%的硅铁）a）铁素体b）珠光体灰铸铁的基体组织当前第32页\共有84页\编于星期五\3点2.2金属的熔炼孕育处理结果孕育剂在铁水中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化作用骤然提高，从而得到细晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁，它的强度、硬度显著提高。孕育铸铁的不足因石墨仍呈片状，其塑性、韧性仍较低。孕育铸铁的应用适用于静载下要求较高强度，耐磨或气密性的铸件，特别是厚大铸件，如重型机床、汽缸体、缸套及液压件等。当前第33页\共有84页\编于星期五\3点2.2金属的熔炼球化处理球化处理目的使石墨呈球状析出，从而提高铸铁的机械性能。球化处理方法添加球化剂和孕育剂。冲入法和型内球化法。球墨铸铁的组织当前第34页\共有84页\编于星期五\3点2.2金属的熔炼2.2.2铸钢的熔炼电弧炉转炉当前第35页\共有84页\编于星期五\3点2.2金属的熔炼炉外精炼提高钢液纯净度，控制钢液中有害元素含量达到合格范围内。当前第36页\共有84页\编于星期五\3点2.2金属的熔炼2.2.2铝合金的熔炼坩埚式无频无芯感应熔炼炉电阻式坩埚炉当前第37页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造当前第38页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造配料（固态金属原料）熔炼液态金属浇入铸型冷却脱模、清理合格的毛坯或铸件（固态金属）零件材质零件图铸件图铸造工艺设计制模、制芯铸型准备铸造过程流程示意图当前第39页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造砂型铸造特种铸造铸造方法手工造型机器造型震压造型微震压实造型高压造型射砂造型射压造型熔模铸造金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造整模造型；分模造型挖砂造型；活块造型刮板造型；三箱造型当前第40页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造砂型铸造指以原砂为主要骨料的铸造工艺。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。制造砂型的材料称为造型材料，用于制造砂型的材料习惯上称为型砂，用于制造砂芯的造型材料称为芯砂。

通常型砂是由原砂（山砂或河砂）、粘土和水按一定比例混合而成，有时还加入少量如煤粉、植物油、木屑等附加物以提高型砂和芯砂的性能。当前第41页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造粘土砂型砂型铸造方法热芯盒砂覆膜砂冷芯盒砂自硬性树脂砂水溶性粘结剂砂湿型表面干型干型无机化学粘结剂砂型（芯）有机化学粘结剂砂型（芯）水玻璃砂型磷酸盐砂型其他粘结剂砂型(水泥砂等)CO2硬化水玻璃自硬水玻璃物理硬化水玻璃砂60-70%铸件当前第42页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造2.3.1粘土砂型粘土型砂主要由原砂（山砂或河砂）、粘土（湿型为膨润土，干砂型为普通粘土）、附加物（粘土砂中为煤灰）和水组成。型砂的性能透气性强度耐火性可塑性退让性型砂的质量直接影响铸件的质量，型砂质量差会使铸件产生气孔、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷。良好的型砂应具备下列性能：当前第43页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造2.3.2粘土砂型的类别湿砂型（湿型）

干砂型（干型）表面烘干型（表干型）一般5-10mm,大件20mm以上面砂、背砂、单一砂优点：价格便宜、回收再用、周期短、工效高、型砂可使用的时间长、可容受少量变形而不致破坏，对拔模和下芯都非常有利。缺点：不易流动，难以舂实，刚度不高，铸件的尺寸精度较差，铸件易于产生冲砂、夹砂、气孔等缺陷。粘土干砂型一般用于制造铸钢件和较大的铸铁件。自化学硬化砂得到广泛采用后，干砂型已趋于淘汰。应用较广：约占所有砂型使用量的60-70%当前第44页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造2.3.3砂型的紧实手工紧实机器压实震实气流冲击或射压紧实的方法紧实度就是型砂混合料造型时，被紧实的程度，可以用单位体积内型砂的质量表示，也可用硬度间接表示。对型砂紧实的工艺要求P18当前第45页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造加压紧实H0δ0=HδH0=h+Hh=H(δ/δ0-1)紧实度与压实比的关系压实过程的三个阶段三种砂型的压实紧实曲线当前第46页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造高压造型高压造型一般指压实比压超过0.7MPa的机器造型。多触头高压造型不同比压对砂箱内紧实度分布的影响当前第47页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造震击紧实

震击紧实主要依靠震击力坚实砂型。该方法机器结构简单，制造成本低，但噪声大、生产率低、要求厂房基础好。砂型坚实度沿砂箱高度方向愈往下愈大。主要适用于需成批生产的中，小型铸件。当前第48页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造震压紧实

震压紧实是经过多次震击后再压实砂型。该方法生产率高，能量消耗少，机械磨损少，砂型坚实度较均匀，但噪声大。广泛用于成批生产中、小型铸件。当前第49页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造射砂及气流紧实气流冲击造型机的原理当前第50页\共有84页\编于星期五\3点气流紧实高压压实当前第51页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造垂直分型无箱造型在造型、下芯、合型及浇注过程中，铸型的分型面呈垂直状态(垂直于地面)的无箱造型法称为垂直分型无箱造型。它主要适用于大批量的中小型铸件的生产。当前第52页\共有84页\编于星期五\3点优点：

(1)砂型硬度高且均匀、铸件尺寸精确、表面粗糙度值低。

(2)无需砂箱节约了有关砂箱的一切费用。

(3)一块砂型两面成形既节约型砂，生产率又高。

(4)可使造型、浇注、冷却、落砂等设备组成简单的直线系统，占地省。缺点：

(1)下芯不如水平分型时方便。

(2)模板、芯盒及下芯框等工装费用高。2.3砂型铸造当前第53页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造2.3.4制芯工艺砂芯的作用

形成铸件的内腔、孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形。当前第54页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造2.3.4制芯工艺砂芯的作用

形成铸件的内腔、孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形。当前第55页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造油砂在有机化学粘结剂砂中，除了树脂粘结剂砂外，还有以植物油类和矿物油类为粘结剂的型（芯）砂----油砂。采用干性油和接近干性油的半干性油（植物油）粘结剂。干性油含不饱和脂肪酸，在加热过程中，不饱相双键的其他油分子通过“氧桥”进行聚合；随着氧化、聚合反应不断地、重复地进行，分子逐步增大（靠聚合反应），液态油膜变为溶胶，随着分散介质逐步消失，溶胶转变为凝胶，最后成为坚韧的粘结剂膜，从而使型（芯）具有高的干强度。矿物油粘结剂大都是石油、化工的副产品。这类粘结剂来源比较丰富，价格低廉，因此在铸造生产中已获是广泛应用。当前第56页\共有84页\编于星期五\3点热芯盒制芯热芯盒法制芯，是采用液态热固性树脂和固化剂配制芯砂，填入加热到一定温度的芯盒内，贴近芯盒表面现象的砂芯受热，其黏结剂在很短时间即可缩聚而硬化（其固化时间只需几分钟）。

特别适用于汽车、拖拉机或类似行业大量流水生产。2.3砂型铸造当前第57页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造当前第58页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造当前第59页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造当前第60页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造当前第61页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造覆膜砂制芯（型）工艺覆膜砂造型法于1944年由德国的J.Croning所发明，日本于1953年引进推广。发明初期，是将粉末状的酚醛树脂和硬化剂混合进入硅砂所成；之后由美国的ACME公司开发研製出融化酚醛树脂硬化剂的覆膜砂工艺，延用至今。覆膜砂的特点覆膜砂制芯工艺，是将混练完成的覆膜砂，用压力吹送至加温到250～300℃的金属模中，通过热传导作用，使酚醛树脂软化、熔融，而后凝固、硬化。此时砂型硬化结成壳状，也是因此而别名壳模砂造型。当前第62页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造粘结剂目前普遍采用热塑性酚醛类树脂作为粘结剂。固化剂覆膜砂常规的固化剂是乌洛托品，其加入量是树脂的5%-20%。为满足一些特殊要求（如防脱壳、快聚速等），一些企业开发出了特种固化剂。

润滑剂润滑剂的作用是防止结块,并提高覆膜砂的流动性及脱模性。主要有硬脂酸钙、硬脂酸铣铵等。润滑剂应尽量选用熔点高的产品，以防止覆膜砂在使用过程中产生脱壳现象。添加剂添加剂的主要作用是改善覆膜砂的性能。目前广泛使用的添加剂主要有耐高温添加剂、易溃散添加剂、增强增韧添加剂、防粘砂添加剂和湿态添加剂等。当前第63页\共有84页\编于星期五\3点用覆膜砂制造壳型的铸造方法示意图2.3砂型铸造当前第64页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造当前第65页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造优点与缺点优点干态，流动性、填充性好，适合生产形状复杂的砂芯。强度好，衰退慢、可使用时间长。尺寸精确，可减少加工量。储藏安定性佳。可製作中空型砂芯。材料取得来源丰富、便利。生产设备的造价高，所以想自己生产覆膜砂较困难。小批量生产成本很高。覆膜砂製芯，必须使用加温的金属模具，作业环境较恶劣。缺点当前第66页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造气硬冷芯盒法制芯

是指用气体或气雾催化剂（或固化剂）在室温下催化树脂砂瞬时固化的工艺方法。特点是：硬化速度快、制芯效率高、芯砂可使用时间长、砂芯尺寸精密度高及节约能源等，适合大批量复杂砂芯的生产。

冷芯盒法可分为：三乙胺法、SO2法、CO2树脂法等。当前第67页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造三乙胺冷芯盒法三乙胺法：（又称Ashland法或ISOCURE法）粘接剂体系：粘结剂组分Ⅰ（酚醛树脂）粘结剂组分Ⅱ（聚异氰酸脂）催化剂（液体三乙胺或二甲基乙胺）粘结剂组分Ⅰ和组分Ⅱ之比通常为：1：1。

推荐组分Ⅰ:组分Ⅱ=55%:45%当前第68页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造当前第69页\共有84页\编于星期五\3点2.3砂型铸造树脂自硬砂型（芯）

自硬(no-bake)这一名称起源于20世纪50年代初，