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金属型铸造,概述,概 述,金属型铸造是将金属液浇注到金属制成的铸型中，随后冷却获得铸件的铸造方法。金属型可以使用几百次到上万次，因此又叫做永久型铸造。也称之为硬模铸造,1 定义,铁范：铁模子 北魏 贾思勰 齐民要术：“饼用圆铁范，令径五寸，厚一寸五分，於平板上，令壮士熟踏之。 宋 沈括 梦溪笔谈技艺：“欲印则以一铁范置铁板上，乃密布字印，满铁范为一板。”,概述,2 应用,概 述,战国时已用此方法生产铜钱，到汉代发展为由中央制造铁范,发给地方作坊，用以生产统一规格的货币。汉代以后，随着叠铸方法进一步发展，开始大量使用铁范来生产车马器件等。,概述,2 应用,概 述,概述,3 特点,概 述,1. 铸型是永久型，生产时不需要造型，所以生产效率高，劳动条件好，对环境污染小。 2. 金属型的导热性和蓄热性高。 3. 工序简单，铸件质量和尺寸易于控制，其稳定性高。 4. 具有较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，因而减少了加工余量，材料消耗减少。 5. 工序简化，易于实现生产的机械化和自动化。,概述,3 特点,概 述,6.模具结构复杂，成本高。 7.金属型激冷作用大，无退让性，无透气性。 8.不易生产过大和过薄的铸件。,概述,4 要求,概 述,1.为防止浇不足、冷隔等缺陷，对铸件最小壁厚有一定限制。 2.用金属型芯形成的孔，其最小尺寸有限制。 3.金属型的拔模斜度比砂型铸造的小。,4-1 金属型铸件的成形特点,导热性,退让性,透气性,q=3（T1-T2）t/x3 t 传热时间 3- 中间层导热系数（远小于铸型） 各因素的影响（时间t确定）： 3：取决于材料的成分 厚度可控 T1：金属液温度，一般固定 T2：外界温度，可控,导 热 性 导 致 的 特 点,4-1 金属型铸件的成形特点,当x3很小，忽略不计时，金属型的蓄热和散热就成了铸件冷却速度的决定因素。,1.金属型的蓄热：,1.金属型的蓄热：,b-蓄热系数 -铸型导热系数 C-铸型比热容 X-铸型厚度,1.金属型的蓄热：,b-蓄热系数 -铸型导热系数 C-铸型比热容 X-铸型厚度,1.金属型的蓄热：,当涂料有一定厚度时，可以通过涂料成分和厚度的控制实现对导热速度的控制,导 热 性 导 致 的 特 点,4-1 金属型铸件的成形特点,2.金属型的散热： A 自然散热 决定于自身的导热能力，通过其外表面向外界散失热量。 B 强制散热 通过自身的导热能力，采取强制手段冷却铸型，达到冷却的目的。 例如：风冷，水冷等。,综上所述，金属型铸造时，铸型材料的导热性能对铸件的凝固起主导作用。,导 热 性 导 致 的 特 点,4-1 金属型铸件的成形特点,易造成的缺陷： 1.气体阻力大造成浇不足、冷隔。 2.排不出的气体造成铸件侵入性气孔的产生。,透 气 性 导 致 的 特 点,4-1 金属型铸件的成形特点,需采取的措施： 1.金属型上设置排气装置，如排气槽、排气塞，局部死角处要加强排气 2.尽可能的清除产气根源。,气体的来源：高温下涂料发气 型腔内原有气体 潮气 油污,退 让 性 导 致 的 特 点,4-1 金属型铸件的成形特点,室温：应力集中,阻碍取件和取芯、导致裂纹,为了防止裂纹，应采取的措施：,1.在一定温度下取出型芯或使铸件脱出铸型。,2.设置专门的抽芯机构和铸件顶出机构。,3.必要时修改型芯为砂芯。,4.增大金属型斜度和涂料层厚度。,冷却过程中：收缩受阻拉应力拉伸变形热裂纹冷裂纹,应变：1=（Ts-T1）,退 让 性 导 致 的 特 点,压力铸造,一、概述 二、压铸定义及特点 三、压铸过程及原理 四、压铸件设计 五、压铸合金及其选择 六、压铸的应用范围,一、概述,压力铸造是近代金属加工工艺中发展较快的一种少无切削的特种铸造方法。它是将熔融金属在高压高速下充填铸型，并在高压下结晶凝固形成铸件的过程。高压高速是压力铸造的主要特征。常用的压力为数十兆帕，填充速度（内浇口速度）约为1680米/秒，金属液填充模具型腔的时间极短，约为0.010.2秒。由于用这种方法生产产品具有生产效率高，工序简单，铸件公差等级较高，表面粗糙度好，机械强度大，可以省去大量的机械加工工序和设备，节约原材料等优点，所以现已成为我国铸造业中的一个重要组成部分。,二、压铸定义及特点,1. 压铸定义及特点 压力铸造（简称压铸）是在压铸机的压室内，浇入液态或半液态的金属或合金，使它在高压和高速下充填型腔，并且在高压下成型和结晶而获得铸件的一种铸造方法。 由于金属液受到很高比压的作用，因而流速很高，充型时间极短。高压力和高速度是压铸时液体金属充填成型过程的两大特点，也是压铸与其他铸造方法最根本区别之所在。 比如压射比压在几兆帕至几十兆帕范围内，甚至高达500MPa；充填速度为0.5120m/s，充型时间很短，一般为0.010.2s，最短只有干分之几秒。,2. 压铸的优缺点 优点： 1) 产品质量好。由于压铸型导热快，金属冷却迅速，同时在压力下结晶，铸件具有细的晶粒组织，表面坚实，提高了铸件的强度和硬度，此外铸件尺寸稳定，互换性好，可生产出薄壁复杂零件； 2) 生产率高，压铸模使用次数多； 3) 经济效益良好。压铸件的加工余量小，一般只需精加工和铰孔便可使用，从而节省了大量的原材料、加工设备及工时。,缺点： 1) 压铸型结构复杂，制造费用高，准备周期长，所以，只适用于定型产品的大量生产； 2) 压铸速度高，型腔中的气体很难完全排出，加之金属型在型中凝固快，实际上不可能补缩，致使铸件容易产生细小的气孔和缩松，铸件壁越厚，这种缺陷越严重，因此，压铸一般只适合于壁厚在6mm以下的铸件； 3) 压铸件的塑性低，不宜在冲击载荷及有震动的情况下工作； 4) 另外，高熔点合金压铸时，铸型寿命低，影响压铸生产的扩大应用。 综上所述，压力铸造适用于有色合金，小型、薄壁、复杂铸件的生产，考虑到压铸其它技术上的优点，铸件需要量为2000-3000件时，即可考虑采用压铸。,三、压铸过程及原理,压铸过程是利用高压力、高速度，迫使浇入压铸机压室内的熔融或半熔融状态金属在极短的时间内充满压铸模的型腔。 压铸过程有三种主要现象：其一压入，其二熔融合金液流动，其三冷却凝固。 完成压铸过程有三大要素：一是熔融或半熔融状态金属：二是压铸模：三是压铸机。压铸压力、压铸速度是压铸过程主要的工艺参数。,1压铸压力 压铸压力般用压射力，比压表示。压射力是由压铸机的规格所定。它是压铸机的压射机构推动压射冲头的力： Pr=PGD2/4 压射比压： Pb = Pr / F = 4 P r/ d2 四个阶段： 慢速封孔；充填；增压；保压,2。压铸速度 压铸速度有压射速度和充填速度两个不同的概念。 压射速度：压铸时压射缸内液压推动压射冲头前进的速度； 充填速度：熔融合金在压力作用下，通过内浇口导入型腔的线速度。 其中充填速度的主要作用有：将熔融合金在凝固之前迅速输入型腔，是获得轮廓清晰、表面光洁的铸件重要因素；为了得到高的流体动压力。 充填速度的选择可根据合金的性能及铸件结构的特点，充填速度与压射比压、压射速度及内浇口截面积等因素有关。 由于压铸特点是速度快，当充填速度较高时，即使用较低的比压也可以获得表面光洁的铸件。,但过高的充填速度会引起许多工艺上的缺点，造成压铸过程的不利条件： (1)包住空气而形成气泡。因为高速度合金液流可能堵住排气系统，使空气被包在型腔内，同时快速冷却液可能使得熔体内溶解的气体不能有效析出； (2)合金液流成喷雾状进入型腔并粘附于型壁上，后进入的合金液不能与它熔合，而形成表面缺陷，降低铸件表面质量； (3)产生旋涡，包住空气和最先进入型腔的冷合金，使铸件产生气孔和氧化夹杂的缺陷； (4)冲刷压铸模型壁，使压铸模磨损加速，减少压铸模寿命。 充填速度与压射速度、作用于熔融合金上的压射比压以及合金液本身的密度、压室内径和内浇口截面积等有关。压射速度越大，则充填速度越大，合金液上的压射比压越大，充填速度也越大。可通过调整变化压射速度和压射比压、改变压室的内径和增大内浇口截面积(厚度)等来改变充填速度。,四、压铸件设计,压铸件设计是压铸生产技术中十分重要的工作环节，压铸件设计的合理程度和工艺适应性直接影响到：分型面的选择，浇口的开设；顶出的布置；收缩规律；精度的保证；缺陷的部位以及生产效率等。压铸件结构工艺特定要求如下： 消除内部侧凹，便于抽芯。 改进壁厚，消除缩孔、气孔； 改善结构，消除不易压出的侧凹； 利用筋，防止变形； 改善结构，消除尖角或棱角； 改善结构，便于抽芯、简化压铸模制造； 消除深陷，使铸件易脱模； 改进结构，避免型芯交叉等特定要求。,五、压铸合金及其选择,对压铸合金的要求： 高温下有足够的强度和可塑性，无热脆性(或热脆性小)； 尽可能小的收缩； 结晶温度范围小； 在过热温度不高时有足够的流动性。 选择压铸合金考虑的因素有： （1）压铸件的受力状态，这是选择合金主要依据； (2) 压铸件工作环境状态； 工作温度：高温和低温要求， 接触的介质：如潮湿大气、海水； 密闭性要求：气压、液压密闭性。 (3)压铸件在整机或部件中所处的工作条件； (4)对压铸件的尺寸和重量所提出的要求； (5)生产条件：熔化设备、压铸机、工艺装置及材料等； (6)经济性。,六、压铸的应用范围,压铸是近代金属加工工艺中发展较快的一种高效率、少无切削的金属成型精密铸造方法，是一种“好、快、省”高经济双效益的铸造方法。 压铸零件的形状大体可以分为六类： 1)圆盘类号盘座等； 2)圆盖类表盖、机盖、底盘等； 3)圆环类接插件、轴承保持器、方向盘等； 4)筒体类凸缘外套、导管、壳体形状的罩壳盖、上盖、仪表盖、探控仪表罩、照像机壳与化油器等； 5)多孔缸体、壳体类汽缸体、汽缸盖及油泵体等多腔的结构较为复杂的壳体(这类零件对机械性能和气密性均有较高的要求，材料一般为铝合金)。例如汽车与摩托车的汽缸体、汽缸盖； 6)特殊形状类叶轮，喇叭、字体由筋条组成的装饰性压铸件等。,离心铸造知识,离心铸造定义：,将液态金属浇入旋转的铸型里，在离心力作用下充型并凝固成铸件的铸造方法。,离心铸造的特点是金属液在离心力作用下充型和凝固，金属补缩效果好，铸件组织致密，机械性能好；铸造空心铸件不需浇冒口，金属利用率可大大提高。因此对某些特定形状的铸件来说，离心铸造是一种节省材料、节省能耗、高效益的工艺，但须特别注意采取有效的安全措施。,离心铸造特点：,离心铸造工艺特点：,离心铸造可以获得无缩孔、气孔、夹渣的铸件，而且组织细密，机械性能好。当铸造圆形中空零件时，可以省去型芯。此外，离心铸造不需要浇注系统，减少了金属的消耗。但离心铸造铸出的筒型铸件内孔尺寸不准确，有较多气孔，夹渣，因此需增加内孔加工余量，而且不适宜浇注容易产生比重偏析的合金。,离心铸造设备：,1.卧式：主要用于浇注各种管状铸件；管径最小75毫米,最大可达3000毫米此外可浇注造纸机用大口径铜辊筒,各种碳钢、合金钢管以及要求， 内外层有不同成分的双层材质钢轧辊。,2.立式离心铸造机：主要用以生产各种环形铸件和较小的非圆形铸件。,离心铸件：,离心铸造模具（管模）：,离心铸造过程：,熔模铸造,概述,熔模铸造的发展史可以追溯到4000年前，埃及、中国和印度是最早起源的国家。,发 展 概 况,曾侯乙尊盘(战国早期),概述,发 展 概 况,概述,发 展 概 况,概述,发 展 概 况,概述,所谓熔模精密铸造工艺，简单说就是用易熔材料（如蜡料或塑料）制成可熔性模型（简称熔模或模型），在其上涂覆若干层特制的耐火涂料，经过硬化形成整体型壳，熔掉模型，焙烧后浇入金属液而得到铸件。,定义,概述,典型的熔模铸造产品 熔模铸造特别适合于生产尺寸精度要求高，表面粗糙度值低，形状复杂的铸件，合金材料不受限制。 典型的产品主要有：定向凝固和单晶铸件、整流器、汽轮机叶片、静叶片、热交换器等。,发 展 概 况,概述,发 展 概 况,1.铸件尺寸精确，表面光滑 2.可铸造形状复杂的铸件 3.不受合金材料的限制 4.可以提高金属材料的利用率 5.生产灵活性高，适应性强,概述,熔模铸造的优点,概述,1.铸件尺寸不能太大 2.工艺过程复杂，工序繁多，生产周期长 3.铸件冷却速度慢，降低机械性能,熔模铸造的局限性,概述,基本工艺过程,蜡模制造,S1-1 熔模的制造,二 模 料 的 配 制 与 回 收,一 模 料,1.对模料性能的要求 1)熔点:兼顾耐热性和工艺操作方便,熔化温度在60-90之间为宜.(过高-过低) 2)流动性:为了完整清晰的复制出压型型腔,要求模料要有良好的流动性.(常用黏度表征） 3)软化点:模料开始软化变形的温度.(35-40保证在室温下不发生变形),S1-1 熔模的制造,二 模 料 的 配 制 与 回 收,一 模 料,4) 收缩率:为了减少脱蜡时胀裂型壳的可能性,收缩率一般需要小于1%. 5)强度和表面硬度:防止模样在生产过程中损坏,要求具有一定的强度和硬度. 6)可焊性:便于组合. 7)涂挂性:应该能很好的被耐火材料润湿并在其表面形成均匀的覆盖层.(获得表面光洁,轮廓清晰的内腔) 8)灰分:模料灼烧后的残留物。（要求越少越好）,S1-1 熔模的制造,二 模 料 的 配 制 与 回 收,一 模 料,除此之外，回收方便 复用性好 无毒无害 来源广泛 价格低廉 等性能要求也是熔模铸造用模料所要求。 以上可以分为三个部分： A 机械性能：强度 硬度 B 工艺性能：流动性 灰分 涂挂性 C 物理性能：熔化温度 收缩率 软化点,S1-1 熔模的制造,二 模 料 的 配 制 与 回 收,一 模 料,2.模料的种类 组成和性能 分类： 低温模料：低于70 石蜡 按熔点高低分： 中温模料：70-120 松香基 高温模料：高于120 其它配比 蜡基模料 按主要组成分：松香及其仿生物 高分子聚合物 1）蜡基模料 A 石蜡：晶态物质，冷却曲线有明显而确定的平台。耐热性较差，收缩率约为0.61.5%。针入度15度，硬度较低，因此配以硬脂酸。化学性质稳定，140以上分解碳化。 牌号：50，52,70.(熔模铸造用58-64),S1-1 熔模的制造,二 模 料 的 配 制 与 回 收,一 模 料,B 硬脂酸：提高熔模的表面强度和涂料的涂挂性（润湿能力） 与石蜡互溶，强度高，熔点高（2069），热稳定性好（工业用常含杂质油酸易氧化，降低稳定性），硬度大 石蜡与硬脂酸配合使用调整其比例来控制性能（软化点 强度等）（1:1） 石蜡含量增加，强度增高，热稳定性下降 硬脂酸含量增加，软化点、流动性、涂挂性提高，硬度提高，强度下降，凝固温度区间变窄,2）松香基模料 松香：软化点7090 用途 常与蜡料、聚合物等混合 3）系列模料：市场集中开发的成品模料 4）其它模料：尿素模料 泡沫聚苯乙烯模料 填料模料,S1-1 熔模的制造,二 模 料 的 配 制 与 回 收,一 模 料,蜡基模料 优点：易于配制（熔点较低），复用性好。 不足：软化点过低，收缩率略大，硬脂酸价格过高。 松香基模料 优点： 兼顾蜡基的长处，表面光亮、针入度小，常用于精度要求很高的铸件生产中。,二 模 料 的 配 制 与 回 收,一 模 料,S1-1 熔模的制造,S1-1 熔模的制造,目的：配制模料的目的是将组成模料的原料按规定的比例混合成均匀的一体，并使模料的状态符合熔模压制的要求。 方法：配制蜡基模料和松香基模料时常用加热熔化+搅拌的方法。,二 模 料 的 配 制 与 回 收,