材料成型第章 金属的铸造形成工艺

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节 外力作用下的铸造成形,靠外力充填型腔的形成工艺,离心铸造,压力铸造,低压铸造,挤压铸造,1,一、离心铸造,（1）立式离心铸造：,铸型绕垂直轴旋转。,铸件内表面呈抛物线形。,用来铸造高度小于直径的盘、环类或成形铸件。,定义：,将,液态合金浇入高速旋转（2501 500 r/min）的铸型，使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶，这种铸造方法称作离心铸造。,1、离心铸造的基本方式,2,3,（2）卧式离心铸造,铸型绕水平轴旋转，,铸件壁厚均匀，,应用广泛，主要用来生产长度较大的套筒及管类铸件，如铜衬套、铸铁缸套、水管。,4,离心式实型铸造,（3）成形件的离心铸造,5,(1)利用,自由表面生产圆筒形或环形铸件,时，可省去,型芯,和,浇注系统,，因而省工、省料，,降低了铸件成本,。,(2)在离心力的作用下，铸件呈由外向内的,定向凝固,，而气体和熔渣因,密度较金属小,、则向铸件内腔(即自由表面)移动而排除，故,铸件极少有缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷,，铸件致密度高，故,力学性能较好,。,(3)便于制造,双金属铸件,。如可在钢套上镶铸薄层铜材，用这种方法制出的,滑动轴承,较整体铜轴承节省铜料，降低了成本。,优点：,2、离心铸造的特点和适用范围,6,缺点：,(1)依靠自由表面所形成的,内孔尺寸偏差大,，而且,内表面粗糙,，若需切削加工，必须加大余量；,(2)不适于,密度偏析大的合金及轻合金铸件,，如铅青铜、铝合金、镁合金等。,(3)因需要专用设备的投资，故,不适于单件、小批生产,。,7,3.离心铸造应用范围,61,用离心铸造法生产产量很大的铸件有以下几种：,(1),铁管,，世界上每年球墨铸铁管件总产量的近一半是用离心铸造法生产的；,(2)柴油发动机和汽油发动机的,气缸套,。,(3)各种类型的,铜套,。,(4),双金属,钢背铜套、各种合金的,轴瓦,。,(5)造纸机,滚筒,。,用离心铸造法生产质量及经济效益显著的铸件有：,(1)双金属铸铁轧辊。,(2)加热炉底耐热钢辊道。,(3)特殊钢无缝钢管毛坯。,(4)刹车鼓、活塞环毛坯、铜合金蜗轮毛坯等。,(5)异型铸件如叶轮、金属假牙、小型阀门等。,几乎一切铸造合金都可以用于离心铸造生产，,铸件的最小内径可为8 mm，最大直径达2 600 mm，最大长度为8 m，铸件的重量可为数克至数十吨。,8,二、压力铸造,定义：,在高压（3070MPa)下将液态或半液态合金快速(5100mm/s,t=0.05,0.2s)地压入金属铸型中，并在压力下凝固，以获得铸件的方法。,压铸机按其工作原理结构形式分为：,冷压式压铸机（有卧式、立式、全立式）压铸机,热压式（有普通热室、卧式热室）压铸机。,9,1、压力,机,机工作原,理,理及应用,（1）热,压,压室压铸,机,机,热室压铸,机,机的压室与合金熔化,炉,炉联成一体,，,，压室浸在保温坩埚的液体金,属,属中，压射机构装在坩埚,上,上面，用,机,机械机构,或,或压缩空,气,气所产生,的,的压力进,行,行压铸。,图3-23为热室,压,压铸机工,作,作原理示,意,意图。,10,冷室压铸,机,机的压室和熔炉是分,开,开的，压铸时,要,要从保温,炉,炉中舀取,金,金属液倒,入,入压室内,，,，再进行,压,压铸。,（2）冷,压,压室压铸,机,机,11,冷压室卧,式,式压铸,（目前应,用,用最多),(1)注入金属先闭合压,型,型，将勺,内,内金属液,通,通过压室,上,上的注液,孔,孔向压室,内,内注入(,图,图a)。,(2)压,铸,铸压射冲,头,头向前推,进,进，金属,液,液被压人,压,压型中(,图,图b)。,12,冷压室卧,式,式压铸,（目前应,用,用最多),(3)取,出,出铸件：铸件凝固,之,之后，抽,芯,芯机构将,型,型腔两侧,型,型芯同时,抽,抽出，动,型,型左移开,型,型，铸件,则,则借冲头,的,的前伸动,作,作离开压,室,室。此后,，,，在动型,继,继续打开,过,过程中，,由,由于顶杆,停,停止了左,移,移、铸件,在,在顶杆的,作,作用下被,顶,顶出动型(图d),。,。,13,压铸机主,要,要由压射机构和合型机构所组成。,压射机构的作用是将金属,液,液压入型腔；,合型机构用于开合压型，并在压,射,射金属时,顶,顶住动型,，,，以防金,属,属液自分,型,型面喷出,。,。,14,2、压力,铸,铸造的特,点,点和适用,范,范围,压铸的生,产,产率较其,它,它铸造方,法,法均高。,生产能力,为,为50150次/h。最,高,高可达500次/h。,铸件的精,度,度及表面,质,质量较其,它,它铸造方,法,法均高(尺寸精,度,度IT1113,，,，表面粗,糙,糙度值Ra6316m),。,。,通常，不,经,经机械加,工,工即可使,用,用。,铸件的强,度,度和硬度,都,都较高。,因为铸件,的,的冷却速,度,度快，又,是,是在压力,下,下结晶，,其,其表层结,晶,晶细密，,如,如抗拉强,度,度比砂型,铸,铸造提高2530。,可压铸形,状,状复杂的,薄,薄壁件，,或,或直接铸,出,出小孔、,螺,螺纹、齿,轮,轮等(参见表3-1),。,。,这是由于,压,压型精密,，,，在高压,下,下浇注，,极,极大地提,高,高了合金,充,充型能力,所,所致。,便于采用,嵌,嵌铸法。,生产中间,镶,镶嵌其他,金,金属的铸,件,件,优点：,15,(1)压,铸,铸设备投,资,资大，制,造,造压型费,用,用高、周,期,期长，只有在大,量,量生产条,件,件下经济,上,上才合算。,(2)压,铸,铸高熔点,合,合金（如,铜,铜、钢、,铸,铸铁）时,，,，压型寿命,很,很低，难,以,以适应。,(3)由,于,于压铸的,速,速度极高,，,，型腔内,气,气体很难,排,排除，厚,壁,壁处的收,缩,缩也很难,补,补缩，致,使,使铸件内部,常,常有气孔,和,和缩松。,(4)由,于,于上述气,孔,孔是在高,压,压下形成,的,的，热处,理,理加热时,孔,孔内气体,膨,膨胀将导,致,致铸件表,面,面起泡，,所,所以压铸,件,件不能用,热,热处理方,法,法来提高,性,性能。,缺点：,16,2007 金,工,工教研室,机械制造,基,基础,压铸镶嵌,件,件,17,适用范围,：,：,目前，压,力,力铸造已,在,在汽车、,拖,拖拉机、,航,航空、兵,器,器、仪表,、,、电器、,计,计算机、,轻,轻纺机械,、,、日用品,等,等制造业,得,得到了广,泛,泛应用，,如,如气缸体、,箱,箱体、化,油,油器、喇,叭,叭外壳等,铝,铝、镁、,锌,锌合金铸,件,件生产。,18,三、低,压,压铸造,低压铸造,是,是介于一,般,般重力铸,造,造和压力,铸,铸造之间,的,的一种铸,造,造方法。,1.铸,造,造原理和,工,工艺过程,浇注时金,属,属液在低,压,压（20,60kPa）,作,作用下，由下而上,地,地填充铸,型,型型腔，并在压力下凝,固,固而形成,铸,铸件的一种工,艺,艺方法。,低,低压铸造,的,的工艺过,程,程如图2-47所,示,示。,19,5/16/2009 4:30 PM,低压铸造,主,主要用于铝合金铸,件,件的大批,量,量生产，如轮毂,、,、汽缸体,、,、缸盖、,活,活塞、曲,轴,轴箱、曲,轴,轴等铸件,的,的生产。,低压铸造,的,的特点及,适,适用范围,（1）浇,注,注时的压,力,力和速度,便,便于调节,，,，故可适,应,应各种不同的铸,型,型(如金属,型,型、砂型,、,、熔模型,壳,壳等)。,同,同时，其,充,充型平稳,，,，对铸型,的,的冲刷力,小,小，气体,较,较易排除,。,。,（2）便,于,于实现顺序凝固，以防止缩孔和缩,松,松，尤能有,效,效地克服铝合,金,金的针孔,缺,缺陷。,（3）铸,件,件的表面,质,质量高于,金,金属型(IT12,IT14，Ra,值,值12.53.2m),，,，可生产,出,出壁厚为1.52mm的,薄,薄壁铸件,。,。,（4）由,于,于不用冒,口,口，金属,的,的利用率,可,可提高到90%98%。,此外，其,设,设备费用,远,远较压铸,低,低。,20,四、挤压,铸,铸造,挤压铸造,：用铸型,的,的一部分,直,直接挤压,金,金属液，,使,使金属在,压,压力作用,下,下成形、,凝,凝固而获,得,得零件或,毛,毛坯的方,法,法；又称,液,液态模锻,。,。,1.挤,压,压铸造的,原,原理及工,艺,艺过程,挤压铸造,原,原理如图所示，铸,型,型中浇入,金,金属液，,上,上型向下,运,运动挤压,金,金属液而,成,成形。挤,压,压铸造的,压,压力和速,度,度较低，,无,无涡流飞,溅,溅现象，,成,成形时伴,有,有局部塑,性,性变形，,铸,铸件致密,无,无气孔。,挤压铸造,多,多采用金,属,属型，挤,压,压的工艺,过,过程包括,铸,铸型准备,、,、浇注、,合,合型加压,、,、完成等,过,过程。如,大,大型薄壁,铝,铝合金铸,件,件的挤压,工,工艺过程如图3,-28,所示。,21,2、挤压,铸,铸造的特,点,点及应用,范,范围,挤压铸造,与,与压力铸,造,造、低压,铸,铸造都是,利,利用压力,作,作用使铸,件,件成形而,获,获得致密,铸,铸件。其,特,特点如下,：,：,1）挤压,铸,铸件的尺,寸,寸精度和,表,表面质量,高,高，尺寸,公,公差IT11-IT13，Ra6.3-1.6；,2）无需,开,开设浇冒,口,口，金属,利,利用率高,；,；,3）适应,性,性强，大,多,多数合金,都,都可采用,挤,挤压铸造,；,；,4）工艺,简,简单、节,省,省能源和,劳,劳力，易,于,于实现机,械,械化和自,动,动化，生,产,产率比金,属,属型高1,倍,倍。,挤压铸造,主,主要用于,生产强度,较,较高、气,密,密性好的,铸,铸件及薄,板,板类铸件,，,，如阀体,、,、活塞、,机,机架、铸,铁,铁锅等。,22,铸造方法,的,的选择,砂型铸造,熔模铸造,金属型铸造,压力铸造,低压铸造,离心铸造,适用金属,任意,铸钢为主,有色合金为主,铝、锌合金等,有色合金为主,铸铁、铜合金,铸件大小,任意,25Kg,中小为主,10Kg,中小为主,不限,表面质量,差,高,较高,最高,较高,较高,生产批量,不限,成批、大量,大批大量,大批大量,成批、大量,成批、大量,生产率,低、中,低、中,中、高,最高,中,中、高,应用,床身,机架箱体带轮,刀具叶片自行车零件,铝活塞水暖,化油器仪表喇叭,缸体缸盖壳体螺旋桨,铁管环套辊轴承,23,常见铸造,缺,缺陷的名,称,称、特征,以,以及产生,的,的主要原,因,因,类别,名称,图例及特征,主要原因,形,状,类,缺,陷,错,型,铸件在分型面,处有错移,1.形状合型时上、下砂箱未对准,2.上、下砂箱未夹紧,3.模样上、下半模有错移,偏,型,铸件上孔偏斜或轴心线偏移,1.型芯放置偏斜或变形,2.浇口位置不对，液态金属冲歪了型芯,3.合型时碰歪了型芯,4.制模样时,型芯头偏心,变,形,铸件向上、向下或向其他方向弯曲或扭曲,1.铸件结构设计不合理，壁厚不均匀,2.铸件冷却不当，冷缩不均匀,浇,不,足,液态金属未充满铸型，,铸件形状不完整,1.铸件壁太薄，铸型散热太快,2.合金流动性不好或浇注温度太低,3.浇口太小，排气不畅,4.浇注速度太慢,5.浇包内液态金属不够,冷,隔,铸件表面似乎融合，,实际未融透，,有浇坑或接缝,1.铸件设计不合理，铸壁较薄,2.合金流动性差,3.浇注温度太低，浇注速度太慢,4.浇口太小或布置不当，浇注曾有中断,24,孔,洞,类,缺,陷,缩,孔,铸件的厚大部分有不规则的粗糙孔形,1.铸件结构设计不合理，璧厚不均匀，局部过厚,2.浇、冒口位置不对，冒口尺寸太小,3.浇注温度太高,气,孔,析出气孔多而分散，尺寸较小，位于铸件各断面上,侵入气孔数量较少，尺寸较大，存在于局部地方,1熔炼工艺不合理、金属液吸收了较多的气体,2.铸型中的气体侵入金属液,3.起模时刷水过多，型芯未干,4.铸型透气性差,5.浇注温度偏低,6.浇包工具未烘干,