[精选]金属型铸造工艺概述16827.pptx
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1、金属型铸造工艺金属型铸造工艺DieCasting,PermanentMoldCasting 又称硬模铸造或永久型铸造,古代俗成铁范,是在重又称硬模铸造或永久型铸造,古代俗成铁范,是在重力作用下将高温熔化的液态材料浇注到用金属制作的铸型力作用下将高温熔化的液态材料浇注到用金属制作的铸型型腔中的工艺方法。型腔中的工艺方法。v概述概述v金属型铸件成形特点金属型铸件成形特点v金属型铸造铸件工艺分析金属型铸造铸件工艺分析v金属型铸造工艺卡片金属型铸造工艺卡片v金属型设计金属型设计第一节 概述v工艺过程(概述)工艺过程(概述)v金属型铸造的优缺点金属型铸造的优缺点v应用范围应用范围一、概述一、概述工艺流程
2、工艺流程工艺特点:工艺特点:一型多铸,铸件精度高,力学性能好,但成本高,主要用于大批一型多铸,铸件精度高,力学性能好,但成本高,主要用于大批大量生产铜、铝、镁等非铁合金铸件。大量生产铜、铝、镁等非铁合金铸件。(1)金属型生产的铸件,其机械性能比砂型铸件高。(2)铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高,而且质量和尺寸稳定;(3)金属型可方便采用各种工艺措施控制凝固顺序、充填平稳度等,保证获得优质铸件。(4)铸件的工艺收得率高,液体金属耗量减少,一般可节约1530;(5)不用砂或者少用砂,一般可节约造型材料80100;环境好;(6)工序简单,便于实现生产管理;易实现机械化和自动化,生产效率高;二、金属
3、型铸造的优点:由于铸件金属在金属型中冷得较快,铸件由于铸件金属在金属型中冷得较快,铸件对热节敏感度低,液态金属中过饱和气体对热节敏感度低,液态金属中过饱和气体不易析出,铸件致密度高。晶粒细小。故不易析出,铸件致密度高。晶粒细小。故力学性能比砂铸好。力学性能比砂铸好。铸造精度一般为铸造精度一般为CT7-10级,轻合金可达级,轻合金可达CT7-9。砂。砂铸一般都小于铸一般都小于CT8。表面光洁度表面光洁度Ra3.2-12.5m。砂铸一般都大于。砂铸一般都大于Ra12.5m金属型铸造的不足之处:(1)最小壁厚不小于2mm;(2)金属型不透气,必须采取一定措施导出气体;(3)无退让性,易产生裂纹和变形
4、,不适合热裂倾向大的合金;(4)金属型制造成本高;铸件外形不宜太复杂。不能生产大型铸件,必须在批量较大时才能显出经济效益;(5)金属型铸造时,铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度,铸件在铸型中停留的时间,以及所用的涂料等,对铸件的质量的影响甚为敏感,需要严格控制。三、金属型铸造的应用范围三、金属型铸造的应用范围v合金种类合金种类v铸件形状和大小铸件形状和大小v尺寸精度和表面粗糙度尺寸精度和表面粗糙度v生产规模生产规模除除热裂倾向大的合金热裂倾向大的合金,常用铸造合金都可利用金属,常用铸造合金都可利用金属型铸造。型铸造。一般金属型铸造适用于形状不太复杂的中小一般金属型铸造适用于形状不太复杂的
5、中小铸件。非铁合金可铸较复杂的铸件,例如气铸件。非铁合金可铸较复杂的铸件,例如气冷式发动机缸盖、液压泵壳体、各种壳体等。冷式发动机缸盖、液压泵壳体、各种壳体等。钢铁合金只能铸形状简单的铸件。钢铁合金只能铸形状简单的铸件。有色金属铸件质量在几千克到几十千克,钢有色金属铸件质量在几千克到几十千克,钢铁铸件质量在几十到几百千克。铁铸件质量在几十到几百千克。一般只有成批或大量生产时使用。但一般航一般只有成批或大量生产时使用。但一般航空件不受此限制。空件不受此限制。第二节第二节金属型铸件成形特点金属型铸件成形特点v导热性特点引起的铸件成形特点导热性特点引起的铸件成形特点v没有透气性引起的铸件成形特点没有
6、透气性引起的铸件成形特点v无退让性引起的铸件成形特点无退让性引起的铸件成形特点1.1.由金属型材料的导热性能所引起的铸件成型特点由金属型材料的导热性能所引起的铸件成型特点 金属液浇入型腔,就把热量传递给金属型壁。金属液浇入型腔,就把热量传递给金属型壁。型壁型壁有两方面变化有两方面变化 (1)(1)蓄热:把热量积蓄起来,温度升高,发生膨胀蓄热:把热量积蓄起来,温度升高,发生膨胀 (2)(2)传热:把热量散发到周围介质中去传热:把热量散发到周围介质中去 系统系统发生的变化发生的变化 (1)(1)液体金属通过型壁液体金属通过型壁散失热量散失热量,凝固凝固、收缩收缩 (2)(2)铸型获得热量,升高温度
7、产生铸型获得热量,升高温度产生膨胀膨胀 结果在铸件与型壁之间,形成了间隙。结果在铸件与型壁之间,形成了间隙。形成形成铸件铸件间隙间隙金属型金属型散热系统散热系统1.1 1.1 金属型传热模型金属型传热模型 为使热交换问题讨论简化起见,为使热交换问题讨论简化起见,现对现对板型铸件板型铸件进行分析。进行分析。假定:假定:(1 1)系统是稳定传热)系统是稳定传热(2 2)系统中各组元温度均呈直线分布)系统中各组元温度均呈直线分布(3 3)在热交换过程中,通过系统中各)在热交换过程中,通过系统中各组元的比热流(单位时间、单位面积组元的比热流(单位时间、单位面积通过的热量)通过的热量)q q都相同都相同
8、 t t0t1 t2 t3 x1 x2 x3 4 3 2 1 图图2-4 铸件铸件-间隙间隙-金属金属 型系统的温度分布型系统的温度分布 1-金属型金属型 2-间隙间隙 3-铸件铸件 4-铸件中心铸件中心根据付立叶定律,根据付立叶定律,q q值可用下述三式表示:值可用下述三式表示:1 1、2 2、3 3 分别为铸件、间隙和金属型的导热系数。单位分别为铸件、间隙和金属型的导热系数。单位w/m w/m x x1 1、x x2 2、x x3 3 分别为铸件、间隙和金属型的厚度分别为铸件、间隙和金属型的厚度 。单位。单位m m(1)(2)(3)t t0t1 t2 t3 x1 x2 x3 4 3 2 1
9、 图图2-4 铸件铸件-间隙间隙-金属金属 型系统的温度分布型系统的温度分布 1-金属型金属型 2-间隙间隙 3-铸件铸件 4-铸件中心铸件中心(1 1)+(2 2)+(3 3)得:得:整理得:整理得:分别为三者的热阻分别为三者的热阻分析:分析:(1 1)比热流)比热流 q q 与铸件断面中心温度和金属型表面温度之与铸件断面中心温度和金属型表面温度之差(差(t0-t3t0-t3)成正比,而与热阻之和()成正比,而与热阻之和()成反比)成反比.(2 2)比热流愈大,铸件冷却强度愈大)比热流愈大,铸件冷却强度愈大.(3 3)铸件材质、尺寸一经确定,其热阻)铸件材质、尺寸一经确定,其热阻 、t0 t
10、0 即为定值。此即为定值。此时比热流时比热流q q的大小就取决于的大小就取决于 、和和t3t3的大小,下面分析它的大小,下面分析它们对们对q q的影响。的影响。1.2金属型对传热的影响 1.2.1关于型壁热阻 的影响 金属型壁导热系数3愈大,则其热阻愈小,铸件的冷却速度愈强铸铁铸钢铸铝铸铜39.546.4373.6390.9常用金属材料导热系数常用金属材料导热系数(w/m.)可见,铜铸型比铁铸型冷却速度要大,所以连铸结可见,铜铸型比铁铸型冷却速度要大,所以连铸结晶器用铜结晶器。晶器用铜结晶器。1.2.2 1.2.2 型壁厚度型壁厚度x3x3 的影响的影响 如果型壁如果型壁 x3x3 愈大,其热
11、阻愈大,按公式愈大,其热阻愈大,按公式q q 愈小,这不符合实际情况。这是愈小,这不符合实际情况。这是因为在热交换过程中,除了导热外,还兼有蓄热作用,而公式中却未反应型壁的因为在热交换过程中,除了导热外,还兼有蓄热作用,而公式中却未反应型壁的蓄热能力。蓄热能力。假定金属型壁与铸件接触面为假定金属型壁与铸件接触面为F F(m m2 2),密度),密度比热容比热容c c3 3(单位(单位J/kg.J/kg.)型壁温度场平均温度)型壁温度场平均温度t t均均,则金属型蓄热量则金属型蓄热量Q Q可表示为可表示为QFc3t均均(J)可可见见愈大,愈大,Q愈大愈大由于金属型由于金属型蓄热和导热蓄热和导热能
12、力是相互依赖的能力是相互依赖的 33很大,很大,的增加为其蓄热量的的增加为其蓄热量的增加创造了条件,这样型壁能迅速从间隙增加创造了条件,这样型壁能迅速从间隙吸收大量热量,从而提高了铸件的冷却速吸收大量热量,从而提高了铸件的冷却速度。但当超过一定值时,铸件的冷却速度度。但当超过一定值时,铸件的冷却速度变化不大,这主要由于铸型的热传导性能变化不大,这主要由于铸型的热传导性能决定了型壁中离工作表面较远的地方温度决定了型壁中离工作表面较远的地方温度不能升得太高,该处的金属型壁也就起不不能升得太高,该处的金属型壁也就起不到蓄热作用。到蓄热作用。金属型厚壁,毫米金属型厚壁,毫米1-平板铸件平板铸件2-圆柱
13、形铸件圆柱形铸件铸件凝固时间,秒铸件凝固时间,秒1.2.3 t3 1.2.3 t3 的影响的影响 在其他条件相同时,在其他条件相同时,t3t3很小很小的时候,对冷却速度十分有利,的时候,对冷却速度十分有利,此时应此时应尽可能减少热阻,即减小型壁厚度尽可能减少热阻,即减小型壁厚度,提高其导热系数,以,提高其导热系数,以充分发挥型壁外的介质强化冷却作用。充分发挥型壁外的介质强化冷却作用。1.3 1.3 关于间隙热阻关于间隙热阻 定义定义 称为魏氏准则 t t0t1 t2 t3 x1 x2 x3 4 3 2 1 图图2-4 铸件铸件-间隙间隙-金属金属 型系统的温度分布型系统的温度分布 1-金属型金
14、属型 2-间隙间隙 3-铸件铸件 4-铸件中心铸件中心vK K1 1是铸件热阻与中间层热阻之比,或是铸件断面是铸件热阻与中间层热阻之比,或是铸件断面的温差与中间层断面温差之比。的温差与中间层断面温差之比。vK K2 2是铸型的热阻与中间层热阻之比,或是铸型断是铸型的热阻与中间层热阻之比,或是铸型断面的温差与中间层断面温差之比。面的温差与中间层断面温差之比。K11;K11,K21,K21;K11,K2 材料强度极限 开裂 如新的金属型,在使用初期开裂,一般最先在金属型表面上易形成应力集中处开裂,一般属于该情况。(2)热疲劳压力 金属型每浇注一个铸件就要经受一次加热冷却,在浇注之前,金属型内温度可
15、视为均匀的。高温液体金属浇入铸型后,内表层温度迅速升高,中间层和型壁外表层处温度来不及同步上升,温度分布曲线如图。内表层膨胀量比中间层、外表面大很多,型壁中间阻碍内表层膨胀,故在金属内表层产生压应力,中间层产生拉应力,而外层温度变化不多,没有出现应力。凝固时金属型壁受交变热应力示意图凝固时金属型壁受交变热应力示意图 1-1-金金属属液液 2-2-铸铸件件 3-3-金金属属型型 4-4-温温度度分分布布线线 5-5-应力分布线应力分布线 A-A-表层表层 B-B-内层内层 C-C-背面背面 当铸件凝固时,型壁中间层和外表层温度升高,分布如图,金属型内表层仍受压力,外表层出现了拉应力(中间层由于温
16、度升高,膨胀量与内表层接近了,所受压力小了)。图图2-18 凝固时金属型壁受交变凝固时金属型壁受交变 热应力示意图热应力示意图 1-金属液金属液 2-铸件铸件 3-金属型金属型 4-温度分布线温度分布线 5-应力分布线应力分布线 A-表层表层 B-内层内层 C-背面背面 图图2-182-18凝固时金属型壁受交变凝固时金属型壁受交变热应力示意图热应力示意图1-1-金属液金属液 2-2-铸件铸件 3-3-金属型金属型4-4-温度分布线温度分布线5-5-应力分布线应力分布线 A-A-表层表层 B-B-内层内层 C-C-背面背面 铸件从型腔取出后,内壁直接与空气接触,降温较快,型壁中间层的温度仍然较高
17、,此时型壁内、外层收缩较多,中间层收缩较少,内、外表层便会产生拉应力。每浇注一个铸件,金属型就要经受一次交变应力的作用。金属型这种交变应力,超过一定次数,就会超出热疲劳极限,就会在内表面出现微小裂纹,以后不断扩大,最终报废。(3)铸铁生长 采用铸铁金属型时,其中的珠光体在热作用下会分解为铁素体和石墨,同时伴有体积增大,称为铸铁生长。由于生长是不均匀的,有的部位长得较多,有的部位较少。便会在型内产生应力,它加快了热疲劳应力裂纹的扩展。(4)氧气侵蚀 空气进入热疲劳裂纹中,在高温下与金属型发生氧化反应,使裂纹处组织疏通,并扩展。(5)金属液冲刷 金属型内表面受剧烈的热冲击,温度迅速升高,本身强度下
18、降,工作表面会较早出现裂纹。(6)铸件的磨损 金属型无退让性,取出铸件时,将产生较大的磨擦力。温度越高的部位,越易磨损。如浇注系统、型芯等处。2 提高金属型寿命的措施:(1)选用导热系数大,热膨胀系数小,且强度较高的材料制造金属型。(2)合理的涂料厚度,和涂刷工艺。(3)金属型结构合理,(4)金属型材料要结构致密,组织稳定。金属模重力铸造(倾金属模重力铸造(倾转)模拟分析实例转)模拟分析实例分析目的网格模型工艺参数充型过程及温度场充型过程及温度场充型时型腔内气体充型时型腔内气体运动过程运动过程凝固过程及温度场 缩松、缩孔预测缩松、缩孔预测金属型工作温度的调节v冷却的方式一般有以下几种:(1)风
19、冷 (2)间接水冷 (3)直接水冷 金属型的浇注金属型的浇注v金属型的浇注温度,一般比砂型铸造时高。v由于金属型的激冷和不透气,浇注速度应做到先慢,后快,再慢。出型与抽芯时间:金属型芯在铸件中最适宜的停留时间,是当铸件冷却到塑性变形温度范围,并有足够的强度时,这时是抽芯最好的时机。金属型铸造工艺卡填写说明零件(铸件)名称最大轮廓尺寸(mm)单件净重(kg)铸件材质(来自零件图)(参考铸件图)(按零件图或重新计算)(按零件图技术要求)铸件毛重(kg)冒口重量(kg)浇口重量(kg)浇注重量(kg)(按铸件图计算)(按铸件图计算)(按铸件图计算)(铸件+冒口+浇口)总重量加工余量(mm)缩尺()上
20、面侧面下面轴孔其它外缩内缩X向(参见2.1.5加工余量及表JSXB-4表JSXB-5)参见2.1.12收缩量中内容及表JSXB-11冒口冒口编号1#2#3#4#内浇口1冒口类型参见2.3.2冒口的种类中表JSXB-34冒口的种类及结构浇口杯上部尺寸分别根据2.3.3冒口设计要点和2.3.4冒口尺寸的计算确定直浇口下部尺寸冒口高度冒口数量根据2.3.1冒口位置的确定视铸件具体情况考虑内浇口2金属型型体材料轮廓尺寸第一部分第二部分见表JSXB-39(计算金属型装配后的尺寸)(金属型主型部分说明)(金属型辅型部分说明)涂料种类预热温度浇注温度浇注时间见表JSXB-98JSXB-128参见表JSXB-
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