什么是铸造.pdf
什 么 是 铸 造 ? 铸 造 的 6 大 常 用 方 法 , 14 种 缺 陷 分 析 及 控 制一 、 铸 造 的 定 义 和 分 类铸 造 的 定 义 : 是 将 液 体 金 属 浇 铸 到 与 零 件 形 状 相 适 应 的 铸 造 空 腔 中 , 待 其 冷却 凝 固 后 , 获 得 具 有 一 定 形 状 、 尺 寸 和 性 能 金 属 零 件 毛 坯 的 成 型 方 法 。常 见 的 铸 造 方 法 有 砂 型 铸 造 和 精 密 铸 造 , 详 细 的 分 类 方 法 如 下 表 所 示 。砂 型 铸 造 : 砂 型 铸 造 — — 在 砂 型 中 生 产 铸 件 的 铸 造 方 法 。 钢 、 铁 和 大 多 数 有色 合 金 铸 件 都 可 用 砂 型 铸 造 方 法 获 得 。 由 于 砂 型 铸 造 所 用 的 造 型 材 料 价 廉 易 得 ,铸 型 制 造 简 便 , 对 铸 件 的 单 件 生 产 、 成 批 生 产 和 大 量 生 产 均 能 适 应 , 长 期 以 来 ,一 直 是 铸 造 生 产 中 的 基 本 工 艺 。精 密 铸 造 : 精 密 铸 造 是 用 精 密 的 造 型 方 法 获 得 精 确 铸 件 工 艺 的 总 称 。 它 的 产品 精 密 、 复 杂 、 接 近 于 零 件 最 后 形 状 , 可 不 加 工 或 很 少 加 工 就 直 接 使 用 , 是 一 种近 净 形 成 形 的 先 进 工 艺 。铸 造 方 法 分 类二 、 常 用 的 铸 造 方 法 及 其 优 缺 点1.普 通 砂 型 铸 造制 造 砂 型 的 基 本 原 材 料 是 铸 造 砂 和 型 砂 粘 结 剂 。 最 常 用 的 铸造 砂 是 硅 质 砂 , 硅 砂 的 高 温 性 能 不 能 满 足 使 用 要 求 时 则 使 用 锆 英砂 、 铬 铁 矿 砂 、 刚 玉 砂 等 特 种 砂 。 应 用 最 广 的 型 砂 粘 结 剂 是 粘 土 ,也 可 采 用 各 种 干 性 油 或 半 干 性 油 、 水 溶 性 硅 酸 盐 或 磷 酸 盐 和 各 种合 成 树 脂 作 型 砂 粘 结 剂 。砂 型 铸 造 中 所 用 的 外 砂 型 按 型 砂 所 用 的 粘 结 剂 及 其 建 立 强度 的 方 式 不 同 分 为 粘 土 湿 砂 型 、 粘 土 干 砂 型 和 化 学 硬 化 砂 型 3种 。砂 型 铸 造 用 的 是 最 流 行 和 最 简 单 类 型 的 铸 件 已 延 用 几 个 世纪 .砂 型 铸 造 是 用 来 制 造 大 型 部 件 , 如 灰 铸 铁 , 球 墨 铸 铁 ,不 锈 钢和 其 它 类 型 钢 材 等 工 序 的 砂 型 铸 造 。 其 中 主 要 步 骤 包 括 绘 画 , 模具 , 制 芯 , 造 型 , 熔 化 及 浇 注 , 清 洁 等 。工 艺 参 数 的 选 择加 工 余 量 : 所 谓 加 工 余 量 , 就 是 铸 件 上 需 要 切 削 加 工 的 表 面 ,应 预 先 留 出 一 定 的 加 工 余 量 , 其 大 小 取 决 于 铸 造 合 金 的 种 类 、 造型 方 法 、 铸 件 大 小 及 加 工 面 在 铸 型 中 的 位 置 等 诸 多 因 素 。起 模 斜 度 : 为 了 使 模 样 便 于 从 铸 型 中 取 出 , 垂 直 于 分 型 面 的立 壁 上 所 加 的 斜 度 称 为 起 模 斜 度 。铸 造 圆 角 : 为 了 防 止 铸 件 在 壁 的 连 接 和 拐 角 处 产 生 应 力 和 裂纹 , 防 止 铸 型 的 尖 角 损 坏 和 产 生 砂 眼 , 在 设 计 铸 件 时 , 铸 件 壁 的连 接 和 拐 角 部 分 应 设 计 成 圆 角 。型 芯 头 : 为 了 保 证 型 芯 在 铸 型 中 的 定 位 、 固 定 和 排 气 , 模 样和 型 芯 都 要 设 计 出 型 芯 头 。收 缩 余 量 : 由 于 铸 件 在 浇 注 后 的 冷 却 收 缩 , 制 作 模 样 时 要 加上 这 部 分 收 缩 尺 寸 。优 点 : 粘 土 的 资 源 丰 富 、 价 格 便 宜 。 使 用 过 的 粘 土 湿 砂 经 适 当 的 砂处 理 后 , 绝 大 部 分 均 可 回 收 再 用 ; 制 造 铸 型 的 周 期 短 、 工 效高 ; 混 好 的 型 砂 可 使 用 的 时 间 长 ; 适 应 性 很 广 。 小 件 、 大 件 , 简 单 件 、 复 杂 件 , 单 件 、 大 批 量都 可 采 用 ;缺 点 及 局 限 性 : 因 为 每 个 砂 质 铸 型 只 能 浇 注 一 次 , 获 得 铸 件 后 铸 型 即 损 坏 ,必 须 重 新 造 型 , 所 以 砂 型 铸 造 的 生 产 效 率 较 低 ; 铸 型 的 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 。2.熔 模 铸 造用 蜡 料 做 模 样 时 , 熔 模 铸 造 又 称 “失 蜡 铸 造 “。 熔 模 铸 造 通 常是 指 在 易 熔 材 料 制 成 模 样 , 在 模 样 表 面 包 覆 若 干 层 耐 火 材 料 制 成型 壳 , 再 将 模 样 熔 化 排 出 型 壳 , 从 而 获 得 无 分 型 面 的 铸 型 , 经 高温 焙 烧 后 即 可 填 砂 浇 注 的 铸 造 方 案 。 由 于 模 样 广 泛 采 用 蜡 质 材 料来 制 造 , 故 常 将 熔 模 铸 造 称 为 “ 失 蜡 铸 造 ” 。可 用 熔 模 铸 造 法 生 产 的 合 金 种 类 有 碳 素 钢 、 合 金 钢 、 耐 热 合金 、 不 锈 钢 、 精 密 合 金 、 永 磁 合 金 、 轴 承 合 金 、 铜 合 金 、 铝 合 金 、钛 合 金 和 球 墨 铸 铁 等 。熔 模 铸 造 工 艺 过 程优 点 : 尺 寸 精 度 较 高 。 一 般 可 达 CT4-6( 砂 型 铸 造 为 CT10~13, 压 铸为 CT5~7) ; 可 以 提 高 金 属 材 料 的 利 用 率 。 熔 模 铸 造 能 显 著 减 少 产 品 的 成形 表 面 和 配 合 表 面 的 加 工 量 , 节 省 加 工 台 时 和 刃 具 材 料 的 消耗 ; 能 最 大 限 度 地 提 高 毛 坯 与 零 件 之 间 的 相 似 程 度 , 为 零 件 的 结构 设 计 带 来 很 大 方 便 。 铸 造 形 状 复 杂 的 铸 件 熔 模 铸 造 能 铸 出形 状 十 分 复 杂 的 铸 件 , 也 能 铸 造 壁 厚 为 0.5mm、 重 量 小 至 1g的 铸 件 , 还 可 以 铸 造 组 合 的 、 整 体 的 铸 件 ; 不 受 合 金 材 料 的 限 制 。 熔 模 铸 造 法 可 以 铸 造 碳 钢 、 合 金 钢 、球 墨 铸 铁 、 铜 合 金 和 铝 合 金 铸 件 , 还 可 以 铸 造 高 温 合 金 、 镁合 金 、 钛 合 金 以 及 贵 金 属 等 材 料 的 铸 件 。 对 于 难 以 锻 造 、 焊接 和 切 削 加 工 的 合 金 材 料 , 特 别 适 宜 于 用 精 铸 方 法 铸 造 ; 生 产 灵 活 性 高 、 适 应 性 强 熔 模 铸 造 既 适 用 于 大 批 量 生 产 , 也适 用 小 批 量 生 产 甚 至 单 件 生 产 。缺 点 及 局 限 性 :铸 件 尺 寸 不 能 太 大 工 艺 过 程 复 杂 铸 件 冷 却 速 度 慢 。 熔 模 铸 造在 所 有 毛 坯 成 形 方 法 中 , 工 艺 最 复 杂 , 铸 件 成 本 也 很 高 , 但 是 如果 产 品 选 择 得 当 , 零 件 设 计 合 理 , 高 昂 的 铸 造 成 本 由 于 减 少 切 削加 工 、 装 配 和 节 约 金 属 材 料 等 方 面 而 得 到 补 偿 , 则 熔 模 铸 造 具 有良 好 的 经 济 性 。3.压 铸压 铸 工 艺 原 理 是 利 用 高 压 将 金 属 液 高 速 压 入 一 精 密 金 属 模具 型 腔 内 , 金 属 液 在 压 力 作 用 下 冷 却 凝 固 而 形 成 铸 件 。压 力 铸 造 a) 合 型 浇 注 b) 压 射 c) 开 型 顶 件冷 、 热 室 压 铸 是 压 铸 工 艺 的 两 种 基 本 方 式 。 冷 室 压 铸 中 金 属液 由 手 工 或 自 动 浇 注 装 置 浇 入 压 室 内 , 然 后 压 射 冲 头 前 进 , 将 金属 液 压 入 型 腔 。 在 热 室 压 铸 工 艺 中 , 压 室 垂 直 于 坩 埚 内 , 金 属 液通 过 压 室 上 的 进 料 口 自 动 流 入 压 室 。 压 射 冲 头 向 下 运 动 , 推 动 金属 液 通 过 鹅 颈 管 进 入 型 腔 。 金 属 液 凝 固 后 , 压 铸 模 具 打 开 , 取 出铸 件 , 完 成 一 个 压 铸 循 环 。压 铸 工 艺 流 程 图优 点 : 产 品 质 量 好 。 铸 件 尺 寸 精 度 高 , 一 般 相 当 于 6~7 级 , 甚 至 可达 4 级 ; 表 面 光 洁 度 好 , 一 般 相 当 于 5~8 级 ; 强 度 和 硬 度 较高 , 强 度 一 般 比 砂 型 铸 造 提 高 25~30%, 但 延 伸 率 降 低 约 70%;尺 寸 稳 定 , 互 换 性 好 ; 可 压 铸 薄 壁 复 杂 的 铸 件 ; 生 产 效 率 高 。 机 器 生 产 率 高 , 例 如 国 产 JⅢ 3 型 卧 式 冷 空 压 铸机 平 均 八 小 时 可 压 铸 600~ 700 次 , 小 型 热 室 压 铸 机 平 均 每 八小 时 可 压 铸 3000~7000 次 ; 压 铸 型 寿 命 长 , 一 付 压 铸 型 , 压铸 钟 合 金 , 寿 命 可 达 几 十 万 次 , 甚 至 上 百 万 次 ; 易 实 现 机 械化 和 自 动 化 ; 经 济 效 果 优 良 。 由 于 压 铸 件 尺 寸 精 确 , 表 泛 光 洁 等 优 点 。 一般 不 再 进 行 机 械 加 工 而 直 接 使 用 , 或 加 工 量 很 小 , 所 以 既 提高 了 金 属 利 用 率 , 又 减 少 了 大 量 的 加 工 设 备 和 工 时 ; 铸 件 价格 便 易 ; 可 以 采 用 组 合 压 铸 以 其 他 金 属 或 非 金 属 材 料 。 既 节省 装 配 工 时 又 节 省 金 属 。缺 点 及 局 限 性 : 压 铸 时 由 于 液 态 金 属 充 填 型 腔 速 度 高 , 流 态 不 稳 定 , 故 采 用一 般 压 铸 法 , 铸 件 易 产 生 气 孔 , 不 能 进 行 热 处 理 ; 对 内 凹 复 杂 的 铸 件 , 压 铸 较 为 困 难 ; 高 熔 点 合 金 ( 如 铜 , 黑 色 金 属 ) , 压 铸 型 寿 命 较 低 ; 不 宜 小 批 量 生 产 , 其 主 要 原 因 是 压 铸 型 制 造 成 本 高 , 压 铸 机生 产 效 率 高 , 小 批 量 生 产 不 经 济 。4.金 属 型 铸 造又 称 硬 模 铸 造 , 它 是 将 液 体 金 属 浇 入 金 属 铸 型 , 以 获 得 铸 件的 一 种 铸 造 方 法 。 铸 型 是 用 金 属 制 成 , 可 以 反 复 使 用 多 次 ( 几 百次 到 几 千 次 ) , 又 叫 永 久 型 铸 造 。金 属 型 的 结 构一 般 的 , 金 属 型 用 铸 铁 和 铸 钢 制 成 。 铸 件 的 内 腔 既 可 用 金 属芯 、 也 可 用 砂 芯 。 金 属 型 的 结 构 有 多 种 , 如 水 平 分 型 、 重 直 分 型及 复 合 分 型 。 其 中 垂 直 分 型 便 于 开 设 内 浇 口 和 取 出 铸 件 ; 水 平 分型 多 用 来 生 产 薄 壁 轮 状 铸 件 ; 复 合 分 型 的 上 半 型 是 由 垂 直 分 型 的两 半 型 采 用 铰 链 连 结 而 成 , 下 半 型 为 固 定 不 动 的 水 平 底 板 , 主 要应 用 于 较 复 杂 铸 件 的 铸 造 。金 属 型 铸 造 型 的 工 艺 特 点 : 金 属 型 的 导 热 速 度 快 和 无 退 让性 , 使 铸 件 易 产 生 浇 不 足 、 冷 隔 、 裂 纹 及 白 口 等 缺 陷 。 此 外 , 金属 型 反 复 经 受 灼 热 金 属 液 的 冲 刷 , 会 降 低 使 用 寿 命 , 为 此 应 采 用以 下 辅 助 工 艺 措 施 。预 热 金 属 型 : 浇 注 前 预 热 金 属 型 , 可 减 缓 铸 型 的 冷 却 能 力 ,有 利 于 金 属 液 的 充 型 及 铸 铁 的 石 墨 化 过 程 。 生 产 铸 铁 件 , 金 属型 预 热 至 250~ 350℃ ; 生 产 有 色 金 属 件 预 热 至 100~ 250℃ 。刷 涂 料 : 为 保 护 金 属 型 和 方 便 排 气 , 通 常 在 金 属 型 表 面 喷 刷耐 火 涂 料 层 , 以 免 金 属 型 直 接 受 金 属 液 冲 蚀 和 热 作 用 。 因 为 调整 涂 料 层 厚 度 可 以 改 变 铸 件 各 部 分 的 冷 却 速 度 , 并 有 利 于 金 属 型中 的 气 体 排 出 。 浇 注 不 同 的 合 金 , 应 喷 刷 不 同 的 涂 料 。 如 铸 造 铝合 金 件 , 应 喷 刷 由 氧 化 锌 粉 、 滑 石 粉 和 水 玻 璃 制 成 的 涂 料 ; 对 灰铸 铁 件 则 应 采 用 由 石 墨 粉 、 滑 石 粉 、 耐 火 粘 土 粉 及 桃 胶 和 水 组 成的 涂 料 。浇 注 : 金 属 型 的 导 热 性 强 , 因 此 采 用 金 属 铸 型 时 , 合 金 的 浇注 温 度 应 比 采 用 砂 型 高 出 20~ 30℃ 。 一 般 的 , 铝 合 金 为 680℃ ~740℃ ; 铸 铁 为 1300℃ ~ 1370℃ ; 锡 青 铜 为 1100~ 1150℃ 。 薄 壁件 取 上 限 , 厚 壁 件 取 下 限 。 铸 铁 件 的 壁 厚 不 小 于 15mm, 以 防 白口 组 织 。开 型 : 开 型 愈 晚 , 铸 件 在 金 属 型 内 收 缩 量 愈 大 , 取 出 采 用 困难 , 而 且 铸 件 易 产 生 大 的 内 应 力 和 裂 纹 。 通 常 铸 铁 件 的 出 型 温度 700~ 950℃ , 开 型 时 间 为 浇 注 后 10~ 60 秒 。优 点 : 与 砂 型 铸 造 相 比 , 金 属 型 铸 造 有 如 下 优 点 : 复 用 性 好 , 可 “ 一 型 多 铸 ” , 节 省 了 造 型 材 料 和 造 型 工 时 。 由 于 金 属 型 对 铸 件 的 冷 却 能 力 强 , 使 铸 件 的 组 织 致 密 、 机 械性 能 高 。 铸 件 的 尺 寸 精 度 高 , 公 差 等 级 为 IT12~ IT14; 表 面 粗 糙 度 较低 , Ra 为 6.3m。 金 属 型 铸 造 不 用 砂 或 用 砂 少 , 改 善 了 劳 动 条 件 。缺 点 及 局 限 性 :金 属 型 的 制 造 成 本 高 、 周 期 长 、 工 艺 要 求 严 格 , 不 适 用 于 单件 小 批 量 铸 件 的 生 产 , 主 要 适 用 于 有 色 合 金 铸 件 的 大 批 量 生 产 ,如 飞 机 、 汽 车 、 内 燃 机 、 摩 托 车 等 用 的 铝 活 塞 、 汽 缸 体 、 汽 缸 盖 、油 泵 壳 体 及 铜 合 金 的 轴 瓦 、 轴 套 等 。 对 黑 色 合 金 铸 件 , 也 只 限 于形 状 较 简 单 的 中 、 小 铸 件 。5.低 压 铸 造低 压 铸 造 是 指 使 液 体 金 属 在 较 低 压 力 (0.02~ 0.06MPa)作 用下 充 填 铸 型 , 并 在 压 力 下 结 晶 以 形 成 铸 件 的 方 法 。低 压 铸 造 工 艺 原 理 图 : 1— 保 温 室 2— 坩 埚 3— 升 液 管 4— 贮 气罐 5— 铸 型低 压 铸 造 的 工 作 原 理 下 图 所 示 。 把 熔 炼 好 的 金 属 液 倒 入 保 温坩 埚 , 装 上 密 封 盖 , 升 液 导 管 使 金 属 液 与 铸 型 相 通 , 锁 紧 铸 型 ,缓 慢 地 向 坩 埚 炉 内 通 入 干 燥 的 压 缩 空 气 , 金 属 液 受 气 体 压 力 的 作用 , 由 下 而 上 沿 着 升 液 管 和 浇 注 系 统 充 满 型 腔 , 并 在 压 力 下 结 晶 ,铸 件 成 型 后 撤 去 坩 埚 内 的 压 力 , 升 液 管 内 的 金 属 液 降 回 到 坩 埚 内金 属 液 面 。 开 启 铸 型 , 取 出 铸 件 。低 压 铸 造 示 意 图优 点 : 浇 注 时 金 属 液 的 上 升 速 度 和 结 晶 压 力 可 以 调 节 , 故 可 适 用 于各 种 不 同 铸 型 (如 金 属 型 、 砂 型 等 ), 铸 造 各 种 合 金 及 各 种 大小 的 铸 件 ; 采 用 底 注 式 充 型 , 金 属 液 充 型 平 稳 , 无 飞 溅 现 象 , 可 避 免 卷入 气 体 及 对 型 壁 和 型 芯 的 冲 刷 , 铸 件 的 气 孔 、 夹 渣 等 缺 陷 少 ,提 高 了 铸 件 的 合 格 率 ; 铸 件 在 压 力 下 结 晶 , 铸 件 组 织 致 密 、 轮 廓 清 晰 、 表 面 光 洁 ,力 学 性 能 较 高 , 对 于 大 薄 壁 件 的 铸 造 尤 为 有 利 ; 省 去 补 缩 冒 口 , 金 属 利 用 率 提 高 到 90%~ 98%;