(35)--铸铁件、铸钢件、铜合金、铝合金的铸造工艺及其质量保证措施.ppt
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1、铸铁件、铸钢件、铜、铝合金生产工艺及其质量保证措施目录一、铸铁件二、铸钢件四、铜合金三、铝合金五、砂型铸件的结构设计一、铸铁件铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。由新生铁、废钢铁、回炉铁、铁合金等各种金属炉料进行合理搭配熔制出的。铸铁的组分主要是铁,此外还含有少量的碳、硅、锰、磷、硫,也可根据需要含有其他合金元素。灰铸铁的铸造工艺对灰铸铁而言,进行孕育处理减少铸件薄壁或边角处的白口倾向和对铸件壁厚的敏感性在灰铸铁中,石墨对铸铁性能的影响很大,而任何的热处理方法都不能改变石墨的形态和分布,故不可通过热处理来有效地提高灰铸铁的性能使之达到牌号要求。提高灰铸铁力学性能的方法有如合理选配化学
2、成分、改变炉料组成、过热处理铁液、孕育处理、微量或低合金化等,都可取得很好效果。可锻铸铁的铸造工艺可锻铸铁,由一定化学成分的铁液浇注成白口坯件,再经退火而成的铸铁,有较高的强度、塑性和冲击韧度,可以部分代替碳钢。有较高的强度、塑性和冲击韧度,可以部分代替碳钢。特别是低温冲击性能较好,耐磨性和减振性优于普通碳素钢。这种铸铁因具有-定的塑性和韧性,所以俗称玛钢、马铁,又叫展性铸铁或韧性铸铁。二、铸钢件定义:用铸钢制作的零件就是铸钢件分类:按照化学成分铸钢可分为碳素铸钢和合金铸钢两大类。其中以碳素铸钢应用最广,占铸钢总产量的80%以上。1.碳素铸钢:一般的,低碳钢ZG15的熔点较高、铸造性能差,仅用
3、于制造电机零件或渗碳零件;中碳钢ZG25ZG45,具有高于各类铸铁的综合性能,即强度高、有优良的塑性和韧性,因此适于制造形状复杂、强度和韧性要求高的零件,如火车车轮、锻锤机架和砧座、轧辊和高压阀门等,是碳素铸钢中应用最多的一类;高碳钢ZG55的熔点低,其铸造性能较中碳钢的好,但其塑性和韧性较差,仅用于制造少数的耐磨件。2.合金铸钢:根据合金元素总量的多少,合金铸钢可分为两低合金钢和高合金钢大类。(1)低合金铸钢:我国主要应用锰系、锰硅系及铬系等。如ZG40Mn、ZG30MnSi1、ZG30Cr1MnSi1等。用来制造齿轮、水压机工作缸和水轮机转子等零件,而ZG40Cr1常用来制造高强度齿轮和高
4、强度轴等重要受力零件。(2)高合金铸钢:具有耐磨、耐热或耐腐蚀等特殊性能。如高锰钢ZGMn13,是一种抗磨钢,主要用于制造在干磨擦工作条件下使用的零件,如挖掘机的抓斗前壁和抓斗齿、拖拉机和坦克的履带等;铬镍不锈钢ZG1Cr18Ni9和铬不锈钢ZG1Cr13和ZGCr28等,对硝酸的耐腐蚀性很高,主要用于制造化工、石油、化纤和食品等设备上的零件。铸钢的铸造工艺特点铸钢的机械性能比铸铁高,但其铸造性能却比铸铁差。为防止铸钢件产生浇不足、冷隔、缩孔和缩松、裂纹及粘砂等缺陷,必须采取比铸铁复杂的工艺措施:1、由于钢液的流动性差,为防止铸钢件产生冷隔和浇不足,铸钢件的壁厚不能小于8mm;浇注系统的结构力
5、求简单、且截面尺寸比铸铁的大;采用干铸型或热铸型;适当提高浇注温度,钢水的过热度大、保持液态的时间长,流动性可得到改善。但是浇温过高,会引起晶粒粗大、热裂、气孔和粘砂等缺陷。2、由于铸钢的收缩大大超过铸铁,为防止铸件出现缩孔、缩松缺陷,在铸造工艺上大都采用冒口和、冷铁和补贴等措施,以实现顺序凝固。铸钢件的应用铸钢主要用于一些形状复杂,用其他方法难以制造,而又要求有较高力学性能的零件,如高压阀门壳体、轧钢机的机架或某些齿轮等。某些有很高耐磨性要求的零件,如碎石机颚板、挖掘机铲齿或坦克履带等,采用特种钢ZGMn13制造。由于材料切削性能极差,只能用铸造生产。许多特大型的零件,如大型发动机轴、轧裩或
6、水压机缸体等零件也只能用铸钢件。航空发动机上的轴流转子、导风轮等零件,用沉淀硬化不锈钢制造;由于其零件形状复杂,材料切削性很差,因此采用熔模精密铸造生产,铸件只需经少量磨削就可以装配使用。铸钢件可用砂型铸造和熔模铸造等方法生产。实例实例减速机箱盖为典型薄壁箱体类零部件,材质基本沿用灰口铸铁,铸件成型比较容易。1、常规工艺设计常规工艺设计通常情况下,减速机箱盖材质为灰铸铁,造型时选择如图1b所示的工艺方案,三箱造型,内浇口设在中箱与下箱分型面的法兰边上。2、工艺更改工艺更改 2.1造型工艺造型工艺 材质改为铸钢后,图1b造型方案中,上、中箱之间易产生错箱、毛刺等缺陷,而且铸件厚大部位在箱盖的法兰
7、处,故将图1b造型方式改为图1a方式两箱造型。2.2浇注系统设计浇注系统设计采用图1a的造型工艺时,浇口位置至关重要。如果把内浇口设在法兰边处,由于箱盖壁厚很薄,表面积大,加之钢液流动性较差,因此铸件产生冷隔、浇不足等缺陷的机率很大。为了避免上述问题的出现,采取一种特殊的浇注系统设计方法,即不设横浇道和内浇道,直浇道直接浇注的直浇底注法。直浇道开设在箱盖中心部位砂芯内部,如图2所示。为满足高温快浇要求,直浇道截面直径比通常情况稍大,直浇道高度应为箱盖高度的两倍以上。2.3新工艺方案还应采取的措施新工艺方案还应采取的措施(1)为避免铸件在冷却过程中产生裂纹,在箱盖热节处应放置合适的外冷铁。(2)
8、受箱盖结构所限,浇注时如果熔渣浇入型腔,铸件易产生夹渣缺陷,所以应采取挡渣措施,并且放置浇口杯。铸铁件常见铸造缺陷以及防止方法铸铁件经常会发生各种不同的铸造缺陷,如何防止这些缺陷对于生产加工来说是真正的重中之重。对于不同的位置,我们小组找到并总结了以下方面:1气孔特征:特征:铸件中的气孔是指在铸件内部,表面或接近表面处存在的大小不等的光滑孔洞。防止措施:防止措施:(1)减少发气量:控制型砂或芯砂中发气物质的含量,湿型砂的含水量不能过高,造型与修模时脱模剂和水用量不宜过多。(2)改善型砂的透气性,选择合适的型空紧实度,合理安排出气眼位置以利排气,确保砂芯通气孔道畅通。(3)适当提高浇注温度,开排
9、气孔和排气冒口等,以利于侵入金属液的气体上浮排出。2砂眼、渣孔特征:特征:缺陷处内部或表面充塞着型砂的小孔,称为砂眼。若缺陷形状呈不规则,内部是渣或夹杂物,则称为渣孔。砂眼防止措施:砂眼防止措施:(1)提高型砂的强度及砂型紧实度,减少砂芯的毛刺和砂型的锐角,防止冲砂。(2)合型前要吹干净型腔和砂芯表面的浮砂,合型后要尽快浇注。(3)防止砂芯烘枯及存放时间过长。(4)合理设计浇注系统,浇口杯表面要光滑。渣孔防止措施:渣孔防止措施:(1)提高铁液过热温度,温度允许的情况下,浇注前静止一段时间,以利于熔渣上浮。(2)防止铁液氧化,严格控制球化剂,孕育剂的加入量,球铁采用随流孕育一定要慎重。(3)合理
10、设计浇注系统,放置滤网片提高档渣能力,浇注包上最好安置挡渣系统,浇注时保持不断流。4粘砂防止措施:防止措施:(1)选择耐火度较高的砂,型砂的SiO2含量(质量分数)应高于92%,最好高于95%。(2)对要求较高的铸件可采用锆砂(ZrSiO4)或铬铁矿砂(FeCr2O4),能取得较好的效果。(3)适当降低浇注温度和提高浇注速度,减弱金属液对砂型的热力学作用和化学作用。(4)砂型紧实度要高,而且要均匀。砂芯的修补要到位,不能有局部疏松,同时要防止涂料起皮。特征特征:在铸件的表面粘结着一层很难清理的造型材料。粘砂分机械粘砂和化学粘砂两种,它们的区别是:机械粘砂是高温金属液渗入砂粒间的孔隙中而形成;化
11、学粘砂是金属氧化和造型材料形成的低熔点化合物,与铸件牢固地粘结在一起而形成。5裂纹(1)严格控制铁液的化学成分。其中硫高能使铸件产生“热脆性”,造成热裂,因此灰铸铁中w(S)最好低于0.12%,但也不能太低(不宜低于0.05%),硫太低要影响孕育效果,最适宜的w(S)为0.05%0.12%。磷高能使铸件产生“冷脆性”,造成冷裂,因此灰铸铁中w(P)最好低于0.15%,球铁中w(P)最好低于0.08%。(2)调节铸件各部位的冷却速度,避免铸件局部过热,在铸件的厚大断面或热节处放置冷铁,内浇道适当分散,使铸件各部位温度趋向均匀。(3)铸件浇注好以后,开型不要过早,不要用冷水浇喷高温铸件,适宜的开型
12、时间是型内铸件温度低于600时。(4)条件允许时,改变铸件的结构,防止铸件开裂。如设置加强筋,两截面交接部位由直角改成圆角,以减少应力集中。特征特征:浇注好的铸件表面有直线或弯曲的裂纹。裂纹分热裂和冷裂两种。热裂的裂口多呈曲折和不规则的形状,冷裂的裂口较直。铸件产生裂纹的主要原因是:冷却凝固收缩时受到阻碍而产生内应力,当内应力大于金属材料的强度时,铸件就开裂形成裂纹。防止措施防止措施:6变形特征:特征:长的铸件比较容易产生变形,如机床床身、柴油机的缸体、缸盖,由于铸件壁厚相差太多,冷却不均,容易造成铸件变形。还有一些铸件是在加工好以后,存放一段时间后出现变形。防止措施:防止措施:(1)对于一些
13、容易出现变形的铸件,除了适当增加加工余量外,还可以把模具做成反向变形(如把模具做成反向弯曲),来纠正铸件出现的变形。(2)将铸件进行去应力退火,消除铸件的内应力;条件许可时,可采用时效处理。开型时间不要过早,落砂以后的铸件不要叠放。铜合金为用于生产铸件的铜合金。多数铸造铜合金不能进行压力加工,例如铸造铍青铜和铸造锡青铜(Cu5Sn5Zn5Pb),这类合金塑性极差,不能进行压力加工。有较高的力学性能和耐蚀性,耐磨性较好,可切削性能良好。铸造铜合金主要分为铸造铍青铜、铸造锡青铜、铸造铝青铜、铸造黄铜。铸造铍青铜主要用作防爆工具、模具、海底电缆中继器的结构件、焊接电极等。铸造锡青铜,铸造铝青铜,铸造
14、黄铜主要用作轴瓦、轴套、衬套、轴承、齿轮、管件等。铸造铜合金在工艺美术品方面得到广泛应用,古代青铜器就是一个典型例子。三、铜合金各种成分的铜合金的结晶特征不同,铸造性能不同,铸造工艺特点也不同。1、锡青铜:结晶特征是结晶温度范围大,凝固区域宽。铸造性能方面流动性差,易产生缩松,不易氧化。工艺特点是壁厚件采取定向凝固(顺序凝固),复杂薄壁件、一般壁厚件采取同时凝固。2、铝青铜和铝黄铜:结晶特征是结晶温度范围小,为逐层凝固特征。铸造性能方面流动性较好,易形成集中缩孔,极易氧化。工艺特点是铝青铜浇注系统为底注式,铝黄铜浇注系统为敞开式。3、硅黄铜:结晶特征是介于锡青铜和铝青铜之间。铸造性能最好(在特
15、殊黄铜中)。工艺特点是顺序凝固工艺,中注式浇注系统,暗冒口尺寸较小。底注式浇注系统:优点:1)充型平稳,金属氧化轻;2)对型芯冲击小,利于排气;3)充满快,挡渣能力强。缺点:1)不利于顺序凝固;2)造型麻烦,金属消耗大;3)易产生氧化渣,产生冷隔、浇不足等缺陷,顶部有大平面时易产生砂眼。主要铸造方法金属型铸造(主要用于中小批量的一般件)。连续铸造(主要用于大批量的铜棒、铜板)。失蜡铸造(主要用于小批量的工艺品)。压力铸造(主要用于大批量的精密品)。延时符砂型重力铸造(主要用于小批量的普通品)。金属型铸造工艺流程图工艺特点优点:1、金属型的热导率和热容量大,冷却速度快,铸件组织致密,力学性能比砂
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