金属材料与金属工艺学（6）特种铸造.ppt

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1、金属工艺学 第六节第六节 特种铸造特种铸造 6 6学习要求学习要求1.1.了解常见的特种铸造方法的铸造工艺和应了解常见的特种铸造方法的铸造工艺和应 用范围；用范围；2.2.了解特种铸造方法的特点，并与砂型铸造了解特种铸造方法的特点，并与砂型铸造进行综合比较；进行综合比较；3.3.了解特种铸造对铸件结构工艺性的要求。了解特种铸造对铸件结构工艺性的要求。重点和难点重点和难点 着重了解熔模铸造、金属型铸造、离心着重了解熔模铸造、金属型铸造、离心铸造和压力铸造（包括低压铸造）等方法特铸造和压力铸造（包括低压铸造）等方法特有的应用范围。并把它们与砂型铸造综合比有的应用范围。并把它们与砂型铸造综合比较，以

2、便对各种铸造方法的应用范围、铸造较，以便对各种铸造方法的应用范围、铸造质量和生产率等有较全面的知识。质量和生产率等有较全面的知识。砂型铸造在生产中有着广泛的应用，但砂型铸造在生产中有着广泛的应用，但存在一些缺点：存在一些缺点：1.1.一个砂型只能使用一次；一个砂型只能使用一次；2.2.生产率低；生产率低；3.3.铸件表面粗糙，精度低；铸件表面粗糙，精度低；4.4.加工余量大；加工余量大；5.5.铸件的晶粒粗大，内部缺陷多，机械性铸件的晶粒粗大，内部缺陷多，机械性 能不高；能不高；6.6.工艺过程复杂，难以实现自动化，劳动工艺过程复杂，难以实现自动化，劳动 强度高。强度高。在大批的生产中，上述缺

3、点在大批的生产中，上述缺点表现明显，因此，必须采用改表现明显，因此，必须采用改革砂型铸造的途径，以提高生革砂型铸造的途径，以提高生产率。产率。一一.改革砂型铸造的途径改革砂型铸造的途径（一）寻找新型的模型材料（一）寻找新型的模型材料 砂型铸造通常使用木材、铝合金制造模具，为了起模方便，模型上要做拔模斜度，起模前还要松动模型；合箱容易错箱，因此在铸件上产生“飞边飞边”和毛刺毛刺等，造成铸件的尺寸和形状的误差。如果采用其他模型材料，并改变起模方法，就有可能提高精度。例例：使用腊质模型使用腊质模型 ，腊料熔化后，腊料熔化后型腔中流出，即可起模；型腔中流出，即可起模；采用泡沫聚苯乙稀塑料制成采用泡沫聚

4、苯乙稀塑料制成“气化模气化模”，造型后不必取出，造型后不必取出，浇注时模型因高温而气化，已浇注时模型因高温而气化，已达到起模的目的。达到起模的目的。二二.改变铸型材料及造型方法改变铸型材料及造型方法 砂型铸造采用以砂为主的造型材料，每个砂型铸造采用以砂为主的造型材料，每个砂型只能使用一次，如大量生产，生产成千砂型只能使用一次，如大量生产，生产成千上万个相同的铸件，就得做成千上万个砂型，上万个相同的铸件，就得做成千上万个砂型，这样，带来一系列的问题：这样，带来一系列的问题：造型材料消耗大，运输量大；造型材料消耗大，运输量大；型砂（芯）会产生粉尘，污染环境，恶化型砂（芯）会产生粉尘，污染环境，恶化

5、劳动条件；劳动条件；浇注后容易产生粘砂缺陷，影响铸件表面浇注后容易产生粘砂缺陷，影响铸件表面光洁度。光洁度。所以，改革的考虑所以，改革的考虑：不用型砂或少用型砂，以改不用型砂或少用型砂，以改 变铸型的铸变铸型的铸 造方法；造方法；对现时的造型材料，使用多对现时的造型材料，使用多 次；次；用钢铁等合金材料制造铸型用钢铁等合金材料制造铸型 （金属型），可以进一步延长（金属型），可以进一步延长 铸型的使用年限。铸型的使用年限。（三）在铸件浇注合凝固时借助于（三）在铸件浇注合凝固时借助于 重力以外的其他力量重力以外的其他力量 砂型置于铸造通常靠金属液的重力作用砂型置于铸造通常靠金属液的重力作用充填铸型

6、，充型能力受到限制，也不利于铸充填铸型，充型能力受到限制，也不利于铸件收缩，容易产生冷隔、浇不足、缩孔、缩件收缩，容易产生冷隔、浇不足、缩孔、缩松等缺陷，为了减少缺陷，采用其他浇注方松等缺陷，为了减少缺陷，采用其他浇注方法，例：法，例：把铸件真空中，依靠大气压力使型腔吸入把铸件真空中，依靠大气压力使型腔吸入金属液，或在金属液上施加压力、惯性离心金属液，或在金属液上施加压力、惯性离心力等。力等。但是，改革砂型铸造的途径是多但是，改革砂型铸造的途径是多种多样的，特种铸造是在克服砂种多样的，特种铸造是在克服砂型铸造特点的基础上产生和不断型铸造特点的基础上产生和不断完善的。完善的。特种铸造示意图特种铸

7、造示意图特种铸造特种铸造 一一.金属型铸造金属型铸造 金属型制造是指所用的铸型是用金属材料金属型制造是指所用的铸型是用金属材料制成，这种铸型可以使用多次，铸件的浇注制成，这种铸型可以使用多次，铸件的浇注和凝固通常在重力作用下进行。和凝固通常在重力作用下进行。a)水平分型式水平分型式b)垂直分型式垂直分型式c)复合分型式复合分型式 1.1.金属型的构造及工艺金属型的构造及工艺 结构如结构如P116P116图图7 77979所示；型腔可以使用所示；型腔可以使用灰口铸铁，型芯使用合金钢。灰口铸铁，型芯使用合金钢。金属型铸造克服了砂型只用一次的缺点，金属型铸造克服了砂型只用一次的缺点，且比砂型铸造散热

8、快，对铸件有激冷作用，且比砂型铸造散热快，对铸件有激冷作用，但也带来了一系列的新问题：但也带来了一系列的新问题：1.1.金属无透气；金属无透气；2.2.金属导热快，无退让性，容易浇不金属导热快，无退让性，容易浇不 足，出现冷隔、裂纹等。足，出现冷隔、裂纹等。3.3.金属耐热性不如砂型好，在高温下反金属耐热性不如砂型好，在高温下反 复地浇注下，型腔也易损坏；复地浇注下，型腔也易损坏；4.4.金属型铸造的铸件尺寸精度为金属型铸造的铸件尺寸精度为IT12IT121414，表面粗糙度表面粗糙度Re12.3Re12.36.36.3，可以少切削。，可以少切削。由于金属型铸造有着其特点，但也存在一由于金属型

9、铸造有着其特点，但也存在一系列的缺点，因此，金属型铸造也要采取一定系列的缺点，因此，金属型铸造也要采取一定的工艺措施，才能保证铸造的顺利进行的工艺措施，才能保证铸造的顺利进行。1.1.要加强排气在分型面上开通气槽；要加强排气在分型面上开通气槽；在型腔难以排气的地方开出气口；内浇口的在型腔难以排气的地方开出气口；内浇口的位置和方向应保持液态金属平稳地充满型腔位置和方向应保持液态金属平稳地充满型腔；2.2.浇注时，使金属型保持一定的温度，浇注时，使金属型保持一定的温度，这样的目的是减慢铸型的冷却速度，有利于这样的目的是减慢铸型的冷却速度，有利于液态金属充满型腔，并延长铸型寿命。液态金属充满型腔，并

10、延长铸型寿命。金属型的工作温度随铸件的材料、形状等金属型的工作温度随铸件的材料、形状等因素而定，有色合金铸件为因素而定，有色合金铸件为100100250250，铸，铸铁铸件为铁铸件为250250350350，对于形状复杂的铸件，对于形状复杂的铸件取上限，反之取下限。取上限，反之取下限。因此，工作前，金属型必须预热，工作因此，工作前，金属型必须预热，工作过程，金属型因吸热而超过工作强度，应进过程，金属型因吸热而超过工作强度，应进行强制冷却（如用冷却冷水等）。行强制冷却（如用冷却冷水等）。3.3.金属型的型腔要喷涂涂料，目的是防止金属型的型腔要喷涂涂料，目的是防止金属与型壁直接接触，以降低金属型的

11、传热金属与型壁直接接触，以降低金属型的传热速度合减少高温时对型壁的影响。速度合减少高温时对型壁的影响。在铝合金铸型中，涂料由氧化锌、石棉在铝合金铸型中，涂料由氧化锌、石棉粉、水玻璃和水组成；粉、水玻璃和水组成；在黑色金属合金铸造中，应采用双层涂料，在黑色金属合金铸造中，应采用双层涂料，第一层由石英粉、水玻璃和水组成的涂料，第一层由石英粉、水玻璃和水组成的涂料，主要起保护型壁的作用，第二层常用乙炔烟、主要起保护型壁的作用，第二层常用乙炔烟、重油等涂料，主要作用使铸件光滑。重油等涂料，主要作用使铸件光滑。4.4.铸造中，当铸件凝固到有足够的强度时，铸造中，当铸件凝固到有足够的强度时，应尽快把铸件从

12、金属型中取出，主要是金属应尽快把铸件从金属型中取出，主要是金属型无退让性，不取出铸件会产生较大的内应型无退让性，不取出铸件会产生较大的内应力，甚至开裂。力，甚至开裂。金属型的应用范围金属型的应用范围 1.1.金属型成本较高，不宜小批量生产；金属型成本较高，不宜小批量生产；2.2.金属型导热快，金属流动较慢，不宜铸造金属型导热快，金属流动较慢，不宜铸造 大型的薄壁铸件；大型的薄壁铸件；3.3.金属型由于表面冷却快，会形成表面白金属型由于表面冷却快，会形成表面白 口层，难以切削，对机加工量大的铸件口层，难以切削，对机加工量大的铸件 不适合；不适合；4.4.适用于大批量的、形状简单的有色金属适用于大

13、批量的、形状简单的有色金属 （铝活塞、水泵叶轮等）。（铝活塞、水泵叶轮等）。二二.熔模铸造熔模铸造 又称又称失蜡铸造失蜡铸造，能使铸件获得高精度的，能使铸件获得高精度的表面质量，故又称表面质量，故又称“精密铸造精密铸造”。与砂型铸。与砂型铸造的区别是用蜡模代替木模，因此在制造模造的区别是用蜡模代替木模，因此在制造模型、铸型合浇注等方面都有不同。型、铸型合浇注等方面都有不同。工艺过程工艺过程 制造蜡模制造蜡模 制造型壳制造型壳 浇注金属浇注金属 a）压型）压型 b）压制蜡模）压制蜡模 c）焊蜡模组）焊蜡模组 d）结壳脱模）结壳脱模 e）浇铸）浇铸 f）带有浇铸系统的铸件）带有浇铸系统的铸件 例：

14、铸造图示的拔叉例：铸造图示的拔叉 制造蜡模制造蜡模 把融化成糊状的蜡质材料（把融化成糊状的蜡质材料（50%50%石蜡，石蜡，5050的硬脂酸）压入亚型里，待冷凝后取的硬脂酸）压入亚型里，待冷凝后取出，就得到蜡模。出，就得到蜡模。压模是制造蜡模的模具，为了保证蜡模压模是制造蜡模的模具，为了保证蜡模的质量，压模的型腔必须尺寸精确和表面光的质量，压模的型腔必须尺寸精确和表面光滑。滑。一般蜡模组成一个系统，以提高生产率一般蜡模组成一个系统，以提高生产率。制造型壳制造型壳 包括：包括：结壳、结壳、脱模脱模和和填砂焙烧填砂焙烧等过程等过程 结壳先用粘合剂（水玻璃）和石英粉配结壳先用粘合剂（水玻璃）和石英粉

15、配制成涂料，把蜡模组浸在粘合剂上挂涂，并制成涂料，把蜡模组浸在粘合剂上挂涂，并在上面撒上一层石英粉，在放入硬化剂（如在上面撒上一层石英粉，在放入硬化剂（如氯化铵溶液）中硬化，如此反复（一般氯化铵溶液）中硬化，如此反复（一般4 41010层），以便在蜡模组外面形成由多层耐层），以便在蜡模组外面形成由多层耐火材料组成火材料组成 的坚硬型壳。的坚硬型壳。脱模脱模 将蜡模组的型壳放在将蜡模组的型壳放在80809090的热水中，的热水中，使蜡模的蜡料融化并从浇口中流出，也可以使蜡模的蜡料融化并从浇口中流出，也可以采用在型壳中通入蒸汽或微波加热，使蜡料采用在型壳中通入蒸汽或微波加热，使蜡料融化流出；融化流

16、出；焙烧焙烧 焙烧是将脱模后的型模加热到焙烧是将脱模后的型模加热到800800900900，烧出型腔内的残蜡和水分，使型烧出型腔内的残蜡和水分，使型壳的强度进一步提高；为了防止浇注时型壳变形或破裂，常把型壳置于铁箱中，周围用干细砂填紧，再装炉焙烧，如型壳强度足够，可不必填细砂，直接送入炉中焙烧。浇注金属浇注金属 通常情况下，将型壳从焙烧炉中取出后，即可趁热（600700）进行浇注。插入视频插入视频特点和适用范围特点和适用范围 三三.压力铸造压力铸造 简称简称“压铸压铸”，是在高温下将液态，是在高温下将液态或半液态金属快速压入金属型中。或半液态金属快速压入金属型中。a)合型合型 b)压铸压铸 c

17、)开型开型 1浇道浇道 2型腔型腔 3浇入液态金属处浇入液态金属处 4液态金属液态金属 5压射冲头压射冲头 6动型动型 7定型定型 8顶杆顶杆 9铸件及余料铸件及余料卧式冷压室式压铸机工作原理图卧式冷压室式压铸机工作原理图低压铸造示意图低压铸造示意图 1.1.压铸过程压铸过程 压铸是在压力机上进行，压铸机的种类较压铸是在压力机上进行，压铸机的种类较多，有热室压铸机和冷室压铸机等。多，有热室压铸机和冷室压铸机等。热室压铸机的优点是生产工序简单，效率热室压铸机的优点是生产工序简单，效率高，金属消耗少，工艺稳定，易于自动化等；高，金属消耗少，工艺稳定，易于自动化等；缺点是压射活塞长期与热金属接触，寿

18、命缩缺点是压射活塞长期与热金属接触，寿命缩短。适用于低熔点的有色金属短。适用于低熔点的有色金属 冷室压铸机适用高熔点的金属。冷室压铸机适用高熔点的金属。四四.压铸的特点与应用压铸的特点与应用 压铸时，金属液所受的压强一般为几个至压铸时，金属液所受的压强一般为几个至几十个几十个MPa,目前最大达目前最大达500500 MPa；充填速充填速度一般为度一般为0.50.550m/s50m/s，最高达到，最高达到120m/s120m/s；与其他铸造方法相比，优点：与其他铸造方法相比，优点：可以制造形状复杂的薄件铸件，压铸时，可以制造形状复杂的薄件铸件，压铸时，充填；压型时间短，不会因流动性不足而产充填；

19、压型时间短，不会因流动性不足而产生冷隔、浇不足等缺陷。铝合金压铸件最薄生冷隔、浇不足等缺陷。铝合金压铸件最薄的壁厚为的壁厚为0.5mm0.5mm，铸孔最小直径为，铸孔最小直径为0.7mm,0.7mm,可以直接铸出螺纹、齿轮、花纹和图案，也可以直接铸出螺纹、齿轮、花纹和图案，也可以铸件镶铸件，压铸件尺寸精度为可以铸件镶铸件，压铸件尺寸精度为IT11IT111313，表面粗糙度，表面粗糙度Ra3.2Ra3.20.80.8 mm，一般无需，一般无需切削。切削。铸件的强度和表面硬度高，所以冷却快，在压铸件的强度和表面硬度高，所以冷却快，在压力下凝固，所以晶粒细密，抗拉强度比砂型铸伸力下凝固，所以晶粒细

20、密，抗拉强度比砂型铸伸提高提高20204040；生产率高，一般每分钟生产率高，一般每分钟30304040次，易于自动次，易于自动化；化；缺点：缺点：金属液在压腔中流动速度很快，形成的涡流容金属液在压腔中流动速度很快，形成的涡流容易卷入气体，凝固后有小气孔，不宜切削加工；易卷入气体，凝固后有小气孔，不宜切削加工；如要热处理，气体会膨胀，铸件表面起泡如要热处理，气体会膨胀，铸件表面起泡 插入视频插入视频 缺点：缺点：金属液在压腔中流动速度很快，形成的金属液在压腔中流动速度很快，形成的涡流容易卷入气体，凝固后有小气孔，不宜涡流容易卷入气体，凝固后有小气孔，不宜切削加工；切削加工；如要热处理，气体会膨胀，铸件表面起如要热处理，气体会膨胀，铸件表面起泡；泡；不宜壁厚太悬殊的铸件，否则产生缩孔、不宜壁厚太悬殊的铸件，否则产生缩孔、裂纹；裂纹；投资大。投资大。应用应用 小型、薄壁、形状复杂小型、薄壁、形状复杂的大批生产的压铸件；的大批生产的压铸件；熔点低的有色金属熔点低的有色金属；四.离心铸造 插入视频插入视频