铸造方法及其发展材料成型工艺基础.pptx

铸造工艺的种类铸造工艺的种类铸造手工砂型铸造机器砂型铸造砂型铸造熔模铸造离心铸造压力铸造低压铸造特种铸造.第1页/共56页第一节第一节 砂型铸造砂型铸造传统的液态成形方法，一种最基本的铸造方法；适用于各种形状、大小及各类合金铸件的生产；最基本工序：造型与制芯；造型方法：手工造型、机器造型。其工艺过程有制造模型和芯合、混砂、造型和造芯、烘干合箱、熔化几个步骤。第2页/共56页砂型铸造工艺流程第3页/共56页1.1.常用的砂型常用的砂型表表2 22 2常用砂型的主要特点和适用范围常用砂型的主要特点和适用范围铸型种类铸型种类 铸型特征铸型特征主要特点主要特点适用范围适用范围湿砂型湿砂型以粘土做粘结剂，不经烘干可直接进行浇注的砂型生产周期短、效率高，易于实现机械化、自动化，设备投资和能耗低；但铸型强度低、发气量大，易于产生铸造缺陷单件或批量生产，尤其是大批量生产。广泛用于铝合金、镁合金和铸铁件干砂型干砂型经过烘干的高粘土含量的砂型铸型强度和透气性较高，发气量小，故铸造缺陷较少；但生产周期长，设备投资较大，能耗较高，且难于实现机械化和自动化单件、小批生产质量要求较高，结构复杂的中、大型铸件第4页/共56页续上表续上表铸型种类铸型种类 铸型特征铸型特征主要特点主要特点适用范围适用范围表面烘干型浇注前用适当方法将型腔表层进行干燥的砂型兼有湿砂型和干砂型的优点单件、小批量生产中、大型铝合金铸件和铸铁件自硬砂型常用水玻璃或合成树脂作粘结剂，靠型砂自身的化学反应硬化，一般不需烘烤，或只经低温烘烤铸型强度高，能耗低，生产效率高，粉尘少；但成本较高，有时易产生粘砂等缺陷单件或批量生产各类铸件，尤其是大、中型铸件第5页/共56页一、手工造型一、手工造型q指全部用手工或手动工具完成的造型工序。指全部用手工或手动工具完成的造型工序。第6页/共56页特点与应用特点与应用1.特点：手工造型具有操作灵活，工艺装备(模样、芯盒、砂箱等)简单，生产准备时间短，适应性强等优点。手工造型大小铸件均可适应，它可通过分离模、活块、挖砂、三箱、劈箱等方法生产出形状复杂难于起模的铸件。特大型铸件只能采用手工造型。但是，手工造型对工人的技术水平要求较高。生产率低，劳动强度大，铸件尺寸精度和表面质量较差，主要用于单件、小批生产。2.应用：单件、小批量生产，各种大、小型铸件。第7页/共56页手工造型分类手工造型分类按砂箱特征分按砂箱特征分两箱造型两箱造型 适用各种批量、大小铸件三箱造型三箱造型 用于有两个分型面的单件、小批量生产脱箱造型脱箱造型 用于小型铸件地坑造型地坑造型 用于生产批量小的大中型铸件第8页/共56页按模型特征分按模型特征分整模造型整模造型用于铸件最大截面靠一端且为平面的铸件，不会错箱挖砂造型挖砂造型用于分型面是曲面的单件、小批量生产的铸件假箱造型假箱造型用于成批生产需要挖砂的铸件活块造型活块造型用于单件、小批量生产带有凸出部分、难以起模的铸件刮板造型刮板造型用于有等截面或回转体的大、中型铸件，单件、小批生产第9页/共56页二、机器造型二、机器造型q机器造型是将填砂、紧实和起模等主要工序实现了机械化，并组成生产流水线。机器造型生产效率高，铸型质量好(紧实度高而均匀、型腔轮廓清晰)，铸件质量较高。但设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长，适用于中、小型铸件的成批、大批量生产。q几类常见的机器造型方法：1)振压造型2)微振压实造型3)高压造型4)抛砂造型第10页/共56页全自动高压多触头造型线第11页/共56页1 1、振压造型、振压造型多次使充满型砂的砂箱、震击活塞、汽缸等共同抬起几十毫米后自由下落，撞击压实汽缸，多次震击后砂箱下部的型砂由于惯性力的作用而紧实，上部松散的型砂再用压头压实。这种造型机结构简单，价格较低廉，应用较普遍；但噪音大，压实比压(砂型表面单位面积所受的压实力)较低，为0.15-0.4MPa；铸型紧实度不高；铸件质量和生产率宰相对较低。第12页/共56页振压造型工作原理第13页/共56页 微振压实造型的紧砂原理是在对型砂压实的同时进行微震。q气动微振压实造型以压缩空气为动力，使振铁进行振幅较小(几毫米至几十毫米)、频率较高(8一15次s)的微震，向上打击工作台，同时压实活塞进行压实。微振压实造型的紧实度比振压造型高而均匀，生产率较高；但噪声较大，压实比较低，砂型紧实度还难以满足高质量铸件的要求。2 2、微振压实造型、微振压实造型第14页/共56页气动微振压实造型工作原理第15页/共56页3高压造型高压造型一般指压实比压超过0.7MPa的机器造型，压实机构以液压为动力。当压实活塞向上推动时，触头将型砂从余砂框压人砂箱，而自身在多触头箱体相互联通的油腔内浮动，以适应不同形状的模样，使整个砂型得到均匀的紧实度。v多触头高压造型机通常配备气动微震装置，以便增加工作适应能力。高压造型的砂型紧实度、铸件尺寸精度和表面质量都比较高，噪音小、生产率高。但设备结构复杂，造价高，适用于各种形状中小型铸件的大量或成批生产。第16页/共56页多触头高压造型工作原理第17页/共56页4 4抛砂造型抛砂造型q抛砂机的工作原理：由输送带送来的型砂送人抛砂头后，被高速旋转的叶片接住，由于离心力的作用而压实成团，随后被高速(30-60M/s)抛到砂箱中紧实；抛砂紧实同时完成填砂和紧实两个操作。抛砂机结构简单，抛砂头由小臂和大臂带动可在水平和垂直方向移动一定距离，因此砂箱尺寸可在很大范围内变化；抛砂机造型对工艺装备要求不高，可用于中、小批量生产，特别是对于大件造型，可大大减轻劳动强度和节约劳动力。第18页/共56页抛砂机工作原理第19页/共56页三、机器造芯三、机器造芯在大批量生产中最常用的设备是射芯机和壳(吹)芯机1射芯机q射芯机的工作原理：射芯机是利用高速气流携带芯砂充填芯盒并紧实芯砂。由于填境砂和紧实同时进行，所以效率很高。目前在生产中广泛应用的是热芯盒射芯机。q热芯盒射芯机是将由液态热固性树脂和催化剂配置成的芯砂，射入加热到一定温度的芯盒内，砂芯在芯盒内硬化一定时间后，便从芯盒内顶出，利用余热及催化剂作用所引起的硬化反应放出的热量、使砂芯继续硬化，获得合格的型芯。热芯盒制芯法具有芯砂制备较简单、硬化快、制芯效率高、型芯强度较高、表面质量好、尺寸精确、渍散性好等优点，适用于大批量生产。第20页/共56页射芯机工作原理第21页/共56页2 2壳壳(吹吹)芯机芯机q壳芯机是用热塑性树脂为粘结剂制得的中空薄壳砂芯。壳芯机将混合料吹入加热的芯盒内，并保持一定时间(结壳时间)，使靠近盒壁的芯砂中的粘结剂熔融，将砂粒粘结在一起，沿芯盒壁形成一层具有一定厚度的塑性薄完，然后将未粘附的芯砂倒出，塑性薄壳继续加热(硬化时间)，使塑性荫壳变为坚硬的薄壳，开启芯盒，顶出砂芯，即得簿壳砂芯。壳芯覆模砂成干颗粒状，流动性好，充填性强；芯砂常温和高温强度均较好，能获得尺寸精确、表面光洁、重量轻、运气性好的复杂中空或薄壳型芯；芯砂耗量少；壳芯抗湿性好，可长期保存；清理容易。但是，覆模砂树脂加入量高，制备工艺复杂成本较高；制芯工装要求严格，型芯尺寸受到限制。目前广泛用于汽车、拖拉机、阀门行业大批量大中型复杂型芯的制造。第22页/共56页壳(吹)芯制造示意图顶吹法底吹法第23页/共56页第二节第二节 特种铸造特种铸造金属型铸造是在重力作用下，将液态金属浇入金属铸型以获得铸件的成形方法。由于铸型用金属制成，可反复使用，故又称为永久型铸造。一、金属型铸造第24页/共56页金属型铸造演示金属型铸造演示第25页/共56页一）金属型的材料及结构一）金属型的材料及结构金属型的材料一般采用铸铁，要求较高时，可选用碳钢或低合金钢。铸件的内腔可用金属型芯或砂芯得到，薄壁复杂件或黑色金属件，多采用砂芯；而形状简单件或有色合金件，多采用金属型芯。q金属型的结构有水平分型式、垂直分型式和复合分型式等。垂直分型式开设浇冒口和开、合型方便，取出铸件容易，易于实现机械化，应用最为广泛。复合分型式多用于形状复杂的铸件。第26页/共56页铸造铝活塞的金属型(a)及金属型芯(b)第27页/共56页二）金属型铸造的特点及适用范围二）金属型铸造的特点及适用范围 与砂型铸造相比，金属型铸造有许多优点：1)金属型铸件冷却速度快，组织致密，力学性能高。如铝合金金属型铸件，其抗拉强度平均可提高25，屈服强度平均提高约20，同时，抗蚀性能和硬度也显著提高。2)铸件的尺寸精度和表面质量均优于砂型铸件。尺寸公差等级乎均ITl2-ITl4，表面粗糙度Ra值平均可达6.3-12.5um。3)金属型可“一型多铸”，省去了矽型铸造中的配砂、造型、落砂等许多工序，节省了大量的造型材料和生产场地，提高了生产率，易于实现机械化和自动化，并且使劳动条件得到改善。第28页/共56页金属型铸造的主要缺点：1)金属型不透气、无退让性、铸件冷却速度快，易产生气孔、应力、裂纹、浇不足、冷隔、白口组织等铸造缺陷。2)金属型不适宜生产形状复杂(尤其是内腔复杂)、薄壁和大型铸件。3)金属型的制造成本高，周期长，不适合单件、小批量生产。目前金属型铸造主要用于铜、铝、镁等有色合金铸件的大批量生产。如内燃机活塞、汽缸盖、油泵壳体、轴瓦、轴套等。对于黑色金属件，只限形状简单的中、小件。第29页/共56页二、熔模铸造二、熔模铸造q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，将模样熔去制成空型壳，经浇注而获得铸件的一种成形方法。是一种少、无切削的先进精密成形工艺。第30页/共56页一）熔模铸造的工艺过程熔模铸造的工序：1)熔模制造2)型壳的制造3)脱模4)型壳焙烧5)浇注第31页/共56页二）熔模铸造的特点和适用范围二）熔模铸造的特点和适用范围1)铸件的精度和表面质量较高，尺寸公差等级可达IT11-IT13，表面粗糙度Ra值达1.6-2.5um。2)合金种类不受限制，钢铁及有色合金均可适用。尤其适用于高熔点及难加工的高合金钢。3)可铸出形状较复杂的铸件，如铸件上宽度大于3mm的凹槽、直径大于2mm的小孔均可直接铸出。4)生产批量不受限制，单件、成批、大量生产均适用。5)工艺过程较复杂，生产周期长，原材料价格贵，铸件成本高，铸件不能太大、太长。熔模铸造最适合25kg以下的高熔点、难以切削加工合金铸件的成批大量生产。目前主要用于航天、飞机、汽轮机、燃气轮机叶片、泵轮、复杂刀具、汽车、拖拉机和机车上的小型精密铸件的生产。第32页/共56页三、压力铸造三、压力铸造q压力铸造(简称压铸)是将液态或半液态金属在高压作用下快速压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的成形方法。压铸所用的压力一般为30-70MPa(300-700大气压)，充填速度可达5-100m/s，充填时间约为0.05-0.2s。高压、高速充填铸型，是压力铸造区别于其它铸造方法的重要特征。第33页/共56页一）压铸机和压铸工艺过程一）压铸机和压铸工艺过程q根据压室工作条件的不同，压铸机可分为：1)热压室压铸机；2)冷压室压铸机，目前在生产中广泛应用。v压铸机主要由压射机构和合型机构组成。压射机构用于将金属液压入型腔；合型机构用于开合压型，并在压射金属时顶住动型，以防止金属液自分型面喷出。压铸所用的铸型称为压型，与垂直分型的金属型相似，由定型和动型两部分组成。定型固定在压铸机的定模板上，动型固定在压铸机的动模板上，并可作水平移动。推杆和芯棒由压铸机上的相应机构控制，可自动抽出芯棒和顶出铸件。第34页/共56页压铸工艺过程合型合型 浇注合金液浇注合金液 压入型腔压入型腔 压型分开压型分开 抽芯抽芯 推出铸件推出铸件 第35页/共56页压力铸造示意图压力铸造示意图第36页/共56页压力铸造演示压力铸造演示第37页/共56页二）压力铸造的特点和适用范围二）压力铸造的特点和适用范围q压力铸造的优点：1)铸件尺寸精度和表面质量最高。公差等级一般为IT11-IT13级，Ra为3.2-0.8um，可不经机加工而直接使用。2)铸件晶粒细小、组织致密、表层紧实，强度和表面硬度高，抗拉强度可比砂型铸造高25-30，但伸长率有所下降。3)可压铸出形状复杂的薄壁件。可铸出极强件，或可铸出细小的螺纹、孔、齿、槽、凸纹及文字。4)生产率高。国产压铸机每小时可铸50-150次，便于实现机械化和自动化。5)便于采用镶嵌法。对于复杂而无法取芯的铸件或局部要求有特殊性能(耐磨、导电、导磁、绝缘等)的铸件，可采用镶嵌法，扩大了压铸件的应用范围，可以将许多小铸件合铸在一起，也可铸出十分复杂的铸件。第38页/共56页q缺点：1)压铸设备投资大，压铸型制造成本高，工艺准备时间长，不适宜单件、小批生产；2)目前压铸尚不适宜铸铁、钢等高熔点合金的铸造。3)压铸型腔气体难以完全徘出，壁厚处难以进行补缩，故压铸件内部存在缩孔和缩松，表皮下形成许多气孔，不适宜制造承受冲击件。近年来已研究出真空压铸、加氧压铸等新工艺，它们可减少铸件中的气孔、缩孔、缩松等缺陷，可提高压铸件的力学性能。同时由于新型压铸型材料的研制成功，钢、等黑色金属压铸也取得了一定程度的发展，使压铸的使用范围日益扩大。第39页/共56页三）低压铸造低压铸造是介于重力铸造(如金属型铸造、砂型铸造等)和压力铸造之间的一种铸造方法。它是在20-71kPa(0.2-0.7大气压)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。第40页/共56页1、低压铸造的工艺过程1)将熔炼好的金属液例入电阻保温炉的坩埚中，装上密封盖、升液管及铸型；2)将干燥的压缩空气或情性气体通人盛有金属掖的密封干果中，使金属液在低压气体的作用下沿升液管上升，经浇口进入铸型型腔；3)当金属液充满型腔后，保持(或增大)压力直至铸件完全凝固；4)撤消压力，使坩埚与大气相通，这时升液管和浇口中尚未凝固的金属液，在重力的作用下流回坩埚；5)开启上型，由顶杆顶出铸件。第41页/共56页低压铸造工作原理第42页/共56页2、低压铸造的特点及应用范围、低压铸造的特点及应用范围1)浇注压力和速度便于调节，可适应不同材料酌铸型(如金属型、砂型等)；2)由于是底注充型，所以充型平稳、对铸型的冲刷力小，且液流和气流方向气孔、夹渣等缺陷较少；3)便于实现顺序凝固，使铸件组织致密、力学性能高。4)金属的利用率提高到90-98，铸件的尺寸精度达IT12-IT14，表面粗糙度Ra值达12.53.2um；5)低压铸造设备费用较压铸低。低压铸造的主要问题是升液管寿命短，液态金属在保温过程中易产生氧化和夹渣，且生产率低于压铸。q低压铸造目前广泛用于铝合金铸件，如汽车发动机缸体、缸盖、活塞等；也可用于球墨铸铁、铜合金等浇注较大铸件，如球铁曲轴、铜合金螺旋桨等。第43页/共56页四、陶瓷型铸造四、陶瓷型铸造在砂型铸造和熔模铸造的基础上发展起来的一种精密铸造方法。第44页/共56页五、离心铸造五、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。第45页/共56页第三节第三节 液态成型新工艺液态成型新工艺一、挤压铸造挤压铸造(又称液态模缎)是用铸型的一部分直接挤压金属液，使金后液在压力作用下成形、凝固而获得零件或毛坯的方法。第46页/共56页挤压铸造工艺过程第47页/共56页挤压铸造的特点与应用挤压铸造的特点与应用挤压铸造与压力铸造及低压铸造的共同点：其比压的作用是使铸件赋形并予“压实”使铸件致密。1.特点：1)挤压铸件的尺寸精度和表面质量高。尺寸精度达IT11-IT13，表面粗糙度值Ra值为6.3-1.6um。2)无需开设浇冒口，金属利用率高。3)适应性强多数合金都可挤压铸造。2.应用：可用于生产强度要求较高、气密性好、薄板类型的铸件。如各种阀体、活塞、机架、耙片和铸铁锅等。第48页/共56页二、实型铸造二、实型铸造又称为气化模铸造和消失模铸造，其原理是用泡沫塑料(包括浇冒口系统)代替木模或金属模进行造型，造型后模样不取出，铸型呈实体，浇入液态金属后，模样燃烧气化消失，金属液充填模样的位置，冷却凝固成铸件。第49页/共56页实型铸造的特点实型铸造的特点实型铸造由于铸型没有型腔和分型面，不必起模和修型，与普通铸造相比有以下优点：1)工序简单、生产周期短、效率高、铸件尺寸精度高，可采用无粘结剂型砂，劳动强度低，而且零件设计自由度大。2)实型铸造应用范围较广几乎不受铸件结构、尺寸、重量、材料和批量的限制，特别适用于生产形状复杂的铸件。第50页/共56页三、直接制壳生产铸件的工艺三、直接制壳生产铸件的工艺(DSPC)(DSPC)它允许在计算机上完成零件设计直到浇注的整个铸造工艺过程，直接利用CAD数据自动制造陶瓷型壳，而无需模具和压型，大大缩短了铸件的生产周期。工作过程是用计算机控制一个喷墨印刷头，依据分层软件逐层选择在粉末层上沉积的液体粘结材料，最终由顺序印刷的二维层堆积成一个三维实体。其具有整体芯的型壳，型壳经焙烧后即可浇注金属液。其特点是不使用激光，主要用在金属陶瓷复合材料的多孔陶瓷预成形件上，目标是由CAD产品模型直接生产工装模具或功能性制件。第51页/共56页第四节第四节 计算机在液态成形工艺中的应用计算机在液态成形工艺中的应用铸造工艺计算机辅助设计(CAD)技术铸件凝固过程数值模拟快速成型技术计算机检测与控制第52页/共56页第七节第七节 铸造方法的比较与选择铸造方法的比较与选择1.选择铸造方法的依据：A.铸件精度；B.生产批量；C.铸件材质；D.铸件结构；E.各种铸造方法的优点和不足、适用范围；F.现场条件等。2.选择原则：单件、小批生产时一般采用手工造型砂型铸造，批量较大时可采用机器造型砂型铸造或合适的特种铸造。第53页/共56页常用铸造方法的特点和适用范围常用铸造方法的特点和适用范围项目砂型铸造金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造熔模铸造实型铸造连续铸造铸件特征材质各种合金非铁合金为主非铁合金各类合金各类合金 各类合金各类合金各类合金尺寸大小各种尺寸中、小件为主中、小件中、小件各种尺寸 小件为主各种尺寸各种尺寸结构复杂 一般较复杂较复杂一般复杂较复杂 简单第54页/共56页续上表续上表项目砂型铸造金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造熔模铸造实型铸造连续铸造铸件质量精度(CT)713 69486969477979内部质量组织较松晶粒较粗组织致密，晶粒细小组织致密晶粒细组织致密晶粒细小组织致密晶粒细小组织较松晶粒较粗组织较松晶粒较粗组织致密晶粒细小技术经济指标生产效率低或一般较高很高 较高 较高 低或一般一般设备费用低或中中高中中或高低或中中中或较高生产准备周期短较长长较长 较长 较长 较长 较长第55页/共56页感谢您的观看！第56页/共56页