铸造成形技术-铸造方法

铸 造 方 法 砂 型 铸 造特 种 铸 件 一 、 砂 型 铸 造 是 应 用 最 广 泛 的 铸 造 方 法 。 掌 握 砂 型 铸 造 是 合 理 选 择 铸 造 方 法 和 正 确设 计 铸 件 的 基 础 。1、 砂 型 铸 造 的 生 产 流 程 ： 【 流 程 图 例 】 2、 分 类 ： 根 据 完 成 造 型 工 序 的 方 法 不 同 ， 砂 型 铸 造 分 为 以 下 二 种 ： 【 手 工 造 型 】 紧 砂 与 起 模 由 手 工 完 成 【 机 器 造 型 】 紧 砂 与 起 模 由 机 器 完 成 。 流 程 图 例 手 工 造 型 手 工 造 型 操 作 灵 活 ， 工 艺 装 备 简 单 ， 生产 准 备 时 间 短 ， 适 应 强 。 可 用 于 各 种 大 小形 状 的 铸 件 。 但 是 ， 手 工 造 型 对 工 人 的 技 术 水 平 要 求较 高 。 生 产 率 低 ， 劳 动 强 度 大 ， 铸 件 质 量不 稳 定 ， 主 要 用 于 单 件 、 小 批 量 的 生 产 。 左 图 为 手 工 紧 砂 ， 右 图 为 手 工 起 模 。 常 用 手 工 造 型 方 法 的 特 点 和 应 用 范 围 造 型 方 法 主 要 特 点 适 用 范 围 按砂箱特征区分 铸 型 由 上 型 和 下 型 组 成 ，造 型 、 起 模 、 修 型 等 操作 方 便 适 用 于 各 种生 产 批 量 ，各 种 大 、 中 、小 铸 件 铸 型 由 上 、 中 、 下 三 部 分 组成 ， 中 型 的 高 度 须 与 铸 件 两个 分 型 面 的 间 距 相 适 应 。三 箱 造 型 费 工 ， 应 尽 量 避 免使 用 主 要 用 于 单 件 、小 批 量 生 产 具 有两 个 分 型 面 的 铸件 在 车 间 地 坑 内 造 型 ， 用 地 坑代 替 下 砂 箱 ， 只 要 一 个 上 砂箱 ， 可 减 少 砂 箱 的 投 资 。但 造 型 费 工 ， 而 且 要 求 操 作者 的 技 术 水 平 较 高 常 用 于 砂 箱 数 量不 足 ， 制 造 批 量不 大 的 大 、 中 型铸 件 造 型 方 法 主 要 特 点 适 用 范 围 按模样特征区分 模 样 是 整 体 的 ， 多 数 情况 下 ， 型 腔 全 部 在 下 半 型内 ， 上 半 型 无 型 腔 。 造 型简 单 ， 铸 件 不 会 产 生 错 型缺 陷 适 用 于 一 端为 最 大 截 面 ，且 为 平 面 的 铸件 模 样 是 整 体 的 ， 但 铸 件的 分 型 面 是 曲 面 。 为 了 起模 方 便 ， 造 型 时 用 手 工 挖去 阻 碍 起 模 的 型 砂 。 每 造一 件 ， 就 挖 砂 一 次 ， 费 工 、生 产 率 低 用 于 单 件 或小 批 量 生 产 分型 面 不 是 平 面的 铸 件 为 了 克 服 挖 砂 造 型 的 缺 点 ，先 将 模 样 放 在 一 个 预 先 作 好的 假 箱 上 ， 然 后 放 在 假 箱 上造 下 型 ， 省 去 挖 砂 操 作 。 操作 简 便 ， 分 型 面 整 齐 用 于 成 批生 产 分 型 面 不是 平 面 的 铸 件 造 型 方 法 主 要 特 点 适 用 范 围 按模样特征区分 将 模 样 沿 最 大 截 面 处 分为 两 半 ， 型 腔 分 别 位 于 上 、下 两 个 半 型 内 。造 型 简 单 ， 节 省 工 时 常 用 于 最 大截 面 在 中 部 的铸 件 铸 件 上 有 妨 碍 起 模 的 小凸 台 、 肋 条 等 。 制 模 时 将此 部 分 作 成 活 块 ， 在 主 体模 样 起 出 后 ， 从 侧 面 取 出活 块 。造 型 费 工 ， 要 求 操 作 者 的技 术 水 平 较 高 主 要 用 于 单件 、 小 批 量 生产 带 有 突 出 部分 、 难 以 起 模的 铸 件 用 刮 板 代 替 模 样 造 型 。可 大 大 降 低 模 样 成 本 ， 节约 木 材 ， 缩 短 生 产 周 期 。但 生 产 率 低 ， 要 求 操 作 者的 技 术 水 平 较 高 主 要 用 于 有 等截 面 的 或 回 转体 的 大 、 中 型铸 件 的 单 件 或小 批 量 生 产 机 器 造 型 用 机 器 全 部 完 成 或 至 少 完 成 紧 砂 操 作的 造 型 工 序 称 机 器 造 型 。 生 产 效 率 高 ， 改 善 劳 动 条 件 ， 对 环 境 污染 小 。 铸 件 的 尺 寸 精 度 和 表 面 质 量 高 ， 加工 余 量 小 。 但 设 备 和 工 艺 装 备 费 用 高 ， 生 产 准 备 时间 较 长 ， 适 用 于 中 、 小 型 铸 件 成 批 或 大 批量 生 产 。 1、 紧 砂 方 法 震 压 紧 砂 紧 砂 原 理 ： 多 次 使 充 满 型 砂 的 砂 箱 、 震 击活 塞 、 气 缸 等 抬 起 几 十 毫 米 后 自 由 下 落 ， 撞击 压 实 气 缸 ， 多 次 震 击 后 砂 箱 下 部 型 砂 由 于惯 性 力 的 作 用 而 紧 实 。 上 部 较 松 散 的 型 砂 再用 压 头 压 实 。 这 种 方 法 所 用 机 械 结 构 简 单 ， 价 格 低 廉 ，应 用 较 普 通 。 但 是 噪 声 大 ， 砂 型 紧 实 度 不 高 ，铸 件 质 量 和 生 产 率 还 不 能 生 产 上 的 要 求 。 观 看 影 像 震 压 紧 砂 抛 砂 抛 砂 机 头 的 电 动 机 驱 动 高 速 叶 片 ，连 续 地 将 传 送 带 运 来 的 型 砂 在 机 头 内 初步 紧 实 ， 并 在 离 心 力 的 作 用 下 ， 型 砂 呈团 状 被 高 速 （ 30 60m s） 抛 到 砂 箱 中 ，使 型 砂 逐 层 地 紧 实 。 抛 砂 紧 实 同 时 完 成 震 砂 与 紧 实 两 个 工序 ， 生 产 效 率 高 、 型 砂 紧 实 密 度 均 匀 。抛 砂 机 适 应 性 强 ， 可 用 于 任 何 批 量 的 大 、中 型 铸 型 或 大 型 芯 的 生 产 。 观 看 影 像 抛 砂 2、 起 模 方 法 型 砂 紧 实 以 后 ， 就 要 从 型 砂 中 正 确地 把 模 样 起 出 ， 使 砂 箱 内 留 下 完 整 的 型腔 。 造 型 机 大 都 装 有 起 模 机 构 ， 其 动 力也 多 半 是 应 用 压 缩 空 气 。 目 前 应 用 广 泛 的 起 模 机 构 有 顶 箱 、 漏模 和 翻 转 三 种 。 顶 箱 漏 模翻 转 顶 箱 起 模 型 砂 紧 实 后 ， 开 动 顶 箱 机 构 ， 使 四 根 顶 杆自 模 板 四 角 的 孔 （ 或 缺 口 ） 中 上 升 ， 而 把 砂箱 顶 起 ， 此 时 固 定 模 型 的 模 板 仍 留 在 工 作 台上 ， 这 样 就 完 成 起 模 工 序 。 顶 箱 起 模 的 造 型 机 构 比 较 简 单 ， 但 起 模 时易 漏 砂 ， 因 此 只 适 用 于 型 腔 简 单 且 高 度 较 小的 铸 型 ， 多 用 于 制 造 上 箱 ， 以 省 去 翻 箱 工 序 。 观 看 影 像 漏 模 起 模 为 了 避 免 起 模 时 掉 砂 ， 将 模 型 上 难以 起 模 部 分 做 成 可 以 从 漏 板 的 孔 中 漏下 ， 即 将 模 型 分 成 两 部 分 ， 模 型 本 身的 平 面 部 分 固 定 在 模 板 上 ， 模 型 上 的各 凸 起 部 分 可 向 下 抽 出 ， 在 起 模 过 程中 由 于 模 板 托 住 型 砂 ， 因 而 可 以 避 免掉 砂 ， 漏 模 起 模 机 构 一 般 用 于 形 状 复杂 或 高 度 较 大 的 铸 型 。 观 看 影 像 翻 转 起 模 型 砂 紧 实 后 ， 砂 箱 夹 持 器 将 砂 箱 夹 持 在造 型 机 转 板 上 ， 在 翻 转 气 缸 推 动 下 ， 砂 箱随 同 模 板 、 模 型 一 起 翻 转 180度 ， 然 后 承 受台 上 升 ， 接 住 砂 箱 后 ， 夹 持 器 打 开 ， 砂 箱随 承 受 台 下 降 ， 与 模 板 脱 离 而 起 模 。 这 种 起 模 方 法 不 易 掉 砂 。 适 用 于 型 腔 较深 ， 形 状 复 杂 的 铸 型 。 由 于 下 箱 通 常 比 较复 杂 些 ， 且 本 身 为 了 合 箱 的 需 要 ， 也 需 翻转 180度 ， 因 此 翻 转 起 模 多 用 来 制 造 下 箱 。 观 看 影 像 特 种 铸 造 除 砂 型 铸 造 以 外 的 铸 造 方 法 。从 铸 造 工 艺 角 度 来 看 ， 铸 件 的 尺 寸精 度 及 表 面 粗 糙 度 主 要 取 决 于 铸 型的 质 量 。 为 了 克 服 砂 型 铸 造 的 缺 点 ， 人 们在 生 产 实 践 中 ， 不 断 探 求 新 的 铸 造方 法 。 一 、 金 属 型 铸 造 将 熔 融 金 属 浇 入 金 属 铸 型 而 获 得铸 件 的 方 法 称 为 金 属 型 铸 造 。 与 砂 型 不 同 的 是 ， 金 属 型 可 以 反复 使 用 ， 故 铸 造 又 称 永 久 型 铸 造 。 金 属 型 的 结 构 类 型 其 中 的 垂 直 分 型 式 由 于 便 于 开 设 内 浇 道 、 取 出 铸 件 和易 实 现 机 械 化 而 应 用 较 多 。 金 属 型 一 般 用 铸 铁 或 铸 钢 制 造 ， 型 腔 采 用 机 加 工 的方 法 制 成 ， 不 妨 碍 抽 芯 的 铸 件 内 腔 可 用 金 属 芯 获 得 ，复 杂 的 内 腔 多 采 用 砂 芯 金 属 型 的 铸 造 工 艺 生 产 过 程 观 看 影 像金 属 型 铸 造 的 应 用 观 看 影 像 金 属 型 铸 造 的 特 点 金 属 型 复 用 性 好 ， 实 现 了 一 型 多 铸 ， 可 节省 大 量 造 型 材 料 和 工 时 ， 提 高 了 劳 动 生 产 率 。 铸 件 力 学 性 能 高 ， 由 于 金 属 导 热 性 能 好 ， 散热 快 ， 使 铸 件 结 晶 致 密 ， 提 高 了 力 学 性 能 。 铸 件 尺 寸 精 确 ， 表 面 粗 糙 度 可 达 到 Ral2 5 6 3微 米 ， 切 削 加 工 余 量 小 ， 节 约 原 材 料和 加 工 费 用 。 金 属 型 生 产 成 本 高 ， 周 期 长 ， 铸 造 工 艺 要 求严 格 ， 不 适 于 单 件 、 小 批 量 生 产 。 由 于 金 属 型 的 冷 却 速 度 快 ， 不 宜铸 造 形 状 复 杂 和 大 型 薄 壁 件 。 金 属 型 铸 造 主 要 用 于 大 批 量 生 产 的 、形 状 简 单 的 有 色 金 属 件 ， 如 飞 机 、汽 车 、 拖 拉 机 、 内 燃 机 的 铝 活 塞 、气 缸 体 、 缸 盖 、 油 泵 壳 体 以 及 铜 合金 轴 瓦 、 轴 套 等 。 金 属 型 铸 造 的 三 大 工 艺 要 点 金 属 型 预 热 ： 浇 注 前 要 对 金 属 型 进 行预 热 ， 铸 铁 件 250 300 ， 非 铁 合 金铸 件 100 250 。 而 在 使 用 过 程 中 ， 为 防 止 铸 型 吸 热升 温 ， 还 必 须 用 散 热 装 置 来 散 热 。 o 喷 刷 涂 料 ： 防 止 高 温 的 熔 融 金 属 对 型 壁 直接 进 行 冲 击 ， 保 护 型 腔 。 利 用 涂 层 厚 薄 ， 可调 整 和 减 缓 铸 件 各 部 分 冷 却 速 度 ， 提 高 铸 件的 表 面 质 量 ， 涂 料 一 般 由 耐 火 材 料 （ 石 墨 粉 、氧 化 锌 、 石 英 粉 等 ） 、 水 玻 璃 粘 结 剂 和 水 制成 。 涂 料 层 厚 度 约 为 0 l 0 5mm。o 掌 握 好 开 型 时 间 ： 为 防 产 生 裂 纹 和 白 口组 织 ， 通 常 铸 铁 件 出 型 温 度 为 780 950 左右 ， 开 型 时 间 为 10 20S。 二 、 压 力 铸 造 熔 融 金 属 在 高 压 下 高 速 充 型 ， 并 在 压力 下 凝 固 的 铸 造 方 法 称 为 压 力 铸 造 ， 简 称压 铸 。 压 铸 时 所 用 的 压 力 高 达 数 十 兆 帕 （ 甚至 超 过 200MPa） ， 其 速 度 约 为 5 40m s，熔 融 金 属 充 满 铸 型 的 时 间 为 0.01 0.2S，高 压 和 高 速 是 压 铸 区 别 于 一 般 金 属 型 铸 造的 重 要 特 征 。 压 力 铸 造 是 在 专 用 的 压 铸 机 上 进 行 的 。 下 图 为 压 力 铸 造 的 原 理 图观 看 影 像 （ 1） 卧 式 冷 压 室 压 铸 机 的 工 作 过 程 观 看 影 像（ 2） 立 式 冷 压 室 压 铸 机 的 生 产 过 程 观 看 影 像（ 4） 压 铸 生 产 的 特 点 观 看 影 像（ 3） 热 压 室 压 铸 机 的 工 作 原 理 与 生 产 过 程 （ 下 图 工 作 原 理 图 ） 观 看 影 像 三 、 熔 模 铸 造 用 易 熔 材 料 如 蜡 料 制 成 模 样 ， 在 模 样 上包 覆 多 层 耐 火 涂 料 ， 将 模 样 熔 去 制 成 无 分型 面 的 型 壳 ， 经 高 温 焙 烧 、 浇 注 而 获 得 铸件 的 铸 造 方 法 称 熔 模 铸 造 。 熔 模 铸 造 不 一 定 用 蜡 基 模 料 ， 也 可 用松 香 基 模 料 、 塑 料 和 盐 基 模 料 等 ， 如 塑 料 聚 苯 乙 烯 模 、 尿 素 模 ， 是 一 种 精密 铸 造 方 法 。 熔 模 铸 造 熔 模 铸 造 的 工 艺 过 程 熔 模 铸 造 的 应 用 观 看 影 像 熔 模 铸 造 的 特 点 ： 没 有 分 型 面 ， 型 壳 内 表 面 光 洁 ， 耐 火 度高 ， 可 以 生 产 尺 寸 精 度 高 和 表 面 质 量 好 的铸 件 ， 可 实 现 少 切 削 或 无 切 削 加 工 ， 尺 寸精 度 IT4 7， 表 面 粗 糙 精 度 Ra1.6一 12.5。 能 铸 出 各 种 合 金 铸 件 ， 尤 其 适 合 铸 造 高 熔点 、 难 切 削 加 工 和 用 别 的 加 工 方 法 难 以 成形 的 合 金 ， 如 耐 热 合 金 、 磁 钢 、 不 锈 钢 等 。 可 生 产 形 状 复 杂 的 薄 壁 铸 件 ， 最 小 壁 厚 可 达0 7mm， 最 小 铸 孔 直 径 达 1 5mm。 熔 模 铸 造 工 艺 过 程 复 杂 ， 工 序 多 ， 生 产 周 期 长（ 4 15天 ） ， 生 产 成 本 高 。 而 且 由 于 熔 模 易变 形 ， 型 壳 强 度 不 高 等 原 因 ， 熔 模 铸 件 的 质量 一 般 在 25kg以 内 。 熔 模 铸 造 用 来 生 产 那 些 形 状 复 杂 、 熔 点 高 、难 于 切 削 加 工 的 小 型 零 件 ， 如 汽 轮 机 叶 片 。 四 、 低 压 铸 造 介 于 金 属 型 铸 造 和 压 力 铸 造 之 间 的 一 种铸 造 方 法 。 低 压 铸 造 的 基 本 原 理 ： 在 盛 有 液 态 金 属 的 密 封 坩 埚 中 ， 由 进 气 管通 入 干 燥 的 压 缩 空 气 或 惰 性 气 体 ， 由 于 金 属液 面 受 到 气 体 压 力 的 作 用 ， 金 属 液 则 自 下 而上 地 沿 升 液 导 管 和 浇 口 充 满 铸 型 的 型 腔 ， 保持 压 力 直 至 铸 件 完 全 凝 固 。 消 除 金 属 液 面 上压 力 后 ， 这 时 升 液 导 管 及 浇 口 中 尚 未 凝 固 的金 属 因 重 力 作 用 而 回 流 坩 埚 中 。 然 后 打 开 铸型 取 出 铸 件 。 低 压 铸 造 低 压 铸 造 设 备 与 生 产 过 程 ： 观 看 影 像 低 压 铸 造 的 特 点 ： 观 看 影 像 低 压 铸 造 所 用 压 力 较 低 （ 一 般 低 于0.1MPa） ， 设 备 简 单 充 型 平 稳 ， 对 铸型 的 冲 刷 力 小 ， 铸 型 可 用 金 属 型 也 可 用砂 型 。 铸 件 在 压 力 下 结 晶 ， 组 织 致 密 ，质 量 较 高 。 广 泛 应 用 于 铝 合 金 、 铜 合 金 及 镁 合金 铸 件 。 如 发 动 机 的 气 缸 盖 、 曲 轴 、 叶轮 、 活 塞 等 。 五 、 离 心 铸 造 将 熔 融 金 属 浇 入 绕 水 平 、 倾 斜 或 立 轴 旋 转的 铸 型 ， 在 离 心 力 作 用 下 ， 凝 固 成 形 的 铸 件的 轴 线 与 旋 转 铸 型 轴 线 重 合 的 铸 造 方 法 。 铸 件 多 是 简 单 的 圆 筒 形 ， 不 用 芯 子 即 可 形成 圆 筒 内 孔 。 离 心 铸 造 必 须 在 离 心 铸 造 机 上 进 行 。 离 心铸 造 可 分 立 式 和 卧 式 两 类 立 式 离 心 铸 造 机 卧 式 离 心 铸 造 机观 看 影 像 离 心 铸 造 的 特 点 和 应 用 不 需 要 型 芯 就 可 直 接 生 产 筒 、 套 类 铸件 ， 使 铸 造 工 艺 大 大 简 化 ， 生 产 率 高 、成 本 低 。 在 离 心 力 作 用 下 ， 金 属 从 外 向 内 定 向凝 固 ， 铸 件 组 织 致 密 ， 无 缩 孔 、 缩 松 、气 孔 、 夹 杂 等 缺 陷 ， 力 学 性 能 好 。 不 需 要 浇 口 、 冒 口 ， 金 属 利 用 率 高 。 便 于 生 产 双 金 属 铸 件 ， 例 如 钢 套 镶 铜 轴 承 等 ，其 结 合 面 牢 固 ， 又 节 省 铜 料 ， 降 低 成 本 。 离 心 铸 造 的 铸 件 易 产 生 偏 析 ， 不 宜 铸 造 密 度偏 析 倾 向 大 的 合 金 ； 而 且 内 孔 尺 寸 不 精 确 ，内 表 面 粗 糙 ， 加 工 余 量 大 ； 不 适 于 单 件 、 小批 量 生 产 。 目 前 ， 离 心 铸 造 已 广 泛 用 于 制 造 铸 铁 管 、气 缸 套 铜 套 、 双 金 属 轴 承 、 特 殊 的 无 缝 管 坯 、造 纸 机 滚 筒 等 。 六 、 实 型 铸 造 又 称 气 化 模 铸 造 或 消 失 模 铸 造o用 聚 苯 乙 烯 发 泡 的 气 化 模 代 替 木 模 ，用 干 砂 （ 树 脂 砂 、 水 玻 璃 ） 代 替 普通 型 砂 造 型 ， 浇 注 气 化 模 燃 烧 、气 化 、 消 失 而 形 成 铸 件 七 、 挤 压 铸 造 （ 挤 铸 ）o 能 铸 造 大 型 薄 壁 件 ， 铸 型 大 多 为 金 属 型 特 点 :1、 压 力 （ 2-10MPa） 速 度 （ 0.1-0.4m/s）较 低 ， 无 涡 流 、 无 飞 溅 现 象 。 补 缩 好 ，结 晶 组 织 细 化 。2、 不 需 开 设 浇 冒 口 ， 金 属 利 用 率 高 。