鑄造方法概述及低壓鑄造

鑄造方法及低壓鑄造 2 一、 鑄造成形工藝方法vPouring Melt in Mold Solidification Castingv鑄造Foundry ：是一種液態(tài)金屬成形的方法，即將金屬加熱到液態(tài)，使其具有流動性，然后澆入到具有一定形狀的型腔的鑄型中，液態(tài)金屬在重力場或外力場（壓力、離心力、電磁力等）的作用下充滿型腔，冷卻并凝固成具有型腔形狀的鑄件。 3 GB/T5611 1998規(guī) 定 ： 鑄 造 是 指 熔 煉 金 屬 ， 制 造 鑄 型 ， 并 將 熔 融 金屬 澆 入 鑄 型 ， 凝 固 后 獲 得 一 定 形 狀 、 尺 寸 和 性 能的 金 屬 零 件 毛 坯 的 成 形 方 法 。 用 鑄 造 方 法 獲 得 的 金 屬 毛 坯 或 零 件 稱 為 鑄 件 . v鑄造是常用的制造方法，優(yōu)點是：制造成本低，工藝靈活性大，可以獲得復(fù)雜形狀和大型的鑄件，在機械制造中占有很大的比重。v機床占6080%，v汽車占25%v拖拉機占5060% 5 鑄造歷史-三星堆v立人像鑄于商代晚期，人像高172厘米，底座高90厘米，通高262厘米，是世界上最大的青銅立人像，被尊稱為“世界銅像之王”。v突目面具鑄于商代晚期，原件高64.5厘米，寬138厘米，眼球柱狀外突長達(dá)13.5厘米，其造型在世界上亦屬首見。 6 司母戊鼎v司母戊鼎，商代大鼎，1939年出土，鼎高133厘米，重875公斤。為已知的中國古代最大的青銅器。v銅禁，中國已知最早應(yīng)用失蠟法鑄造的作品，春秋時代的楚國王子午墓出土的，年代為公元前6世紀(jì)。 7 現(xiàn)狀-國民經(jīng)濟的一個重要組成部分,航海航空鐵路體育用品等;我國是世界第一鑄造大國(2012年全球鑄件產(chǎn)量9000萬噸，我國鑄件產(chǎn)量達(dá)到4250萬噸。從業(yè)人員約200萬人，給國家創(chuàng)造了約5000億元的經(jīng)濟收入（2012年數(shù)據(jù)） 冶煉鑄造鑄錠冷沖熱鍛冷軋板、棒、型材、管材 焊接機加工 機加工 冷軋熱拔鍛件 鑄件零件 11 1)優(yōu)質(zhì)精密;2)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化;虛擬生產(chǎn);3)高效智能化機器人應(yīng)用;4)交叉綜合化并行CAD/CAE/CAM一體化加工,澆注系統(tǒng)設(shè)計繪圖計算模數(shù)凝固過程模擬缺陷預(yù)測工藝過程實時控制;5)低耗清潔化,綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展;鑄造發(fā)展方向: 12 鑄造的優(yōu)點:1)適用性廣; 2)凡能熔化材料均可鑄造; 3)具有一定尺寸精度; 熔模鑄造; 4)成本低; 13 鑄造過程金屬熔化；澆注充型；冷卻凝固；清理加工； 14 手工造型機器造型 金 屬 型 鑄 造熔 模 鑄 造壓 力 鑄 造低 壓 鑄 造陶 瓷 型 鑄 造離 心 鑄 造液態(tài)成型工藝砂 型 鑄 造特 種 鑄 造 15典型鑄造工藝示意圖A 16 砂 型 鑄 造 整 模 造 型 分 模 造 型 三 箱 造 型 活 塊 造 型 （ 一 ） 活 塊 造 型 （ 二 ） 挖 砂 造 型 刮 板 造 型 等手工造型 17 機器造型和制芯v同手工相比，機器造型和制芯的生產(chǎn)率高，質(zhì)量穩(wěn)定，工人勞動強度低。但設(shè)備和工藝裝備費用高，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長。適用于大批量生產(chǎn)的鑄件。 v普通機器造型：震實造型;壓實造型 ;震壓造型; 18特種鑄造金屬型鑄造 離心鑄造壓力鑄造熔模鑄造低壓鑄造擠壓鑄造陶瓷型鑄造 鑄造方法鑄件材質(zhì)鑄件重量表面光潔度鑄件復(fù)雜程度生產(chǎn)成本適用范圍工藝特點砂型鑄造各種材質(zhì)幾十克很大差簡單低最常用的鑄造方法。手工造型:單件、小批量和難以使用造型機的形狀復(fù)雜的大型鑄件。機械造型：適用于批量生產(chǎn)的中、小鑄件手工：靈活、易行，但效率低，勞動強度大，尺寸精度和表面質(zhì)量低機械：尺寸精度和表面質(zhì)量高，但投資大金屬型 鑄造有色合金幾十克20公斤好復(fù)雜鑄件金屬模的費用較高小批量或大批量生產(chǎn)的非鐵合金鑄件，也用于生產(chǎn)鋼鐵鑄件鑄件精度、表面質(zhì)量高，組織致密，力學(xué)性能好，生產(chǎn)率高熔模鑄造鑄鋼及有色合金幾克幾公斤很好任何復(fù)雜程度各種批量的鑄鋼及高熔點合金的小型復(fù)雜精密鑄件，特別適合鑄造藝術(shù)品、精密機械零件尺寸精度高、表面光潔，但工序繁多，勞動強度大 鑄造方法鑄件材質(zhì)鑄件重量表面光潔度鑄件復(fù)雜程度生產(chǎn)成本適用范圍工藝特點陶瓷型鑄造鑄鋼及鑄鐵幾公斤幾百公斤很好較復(fù)雜昂貴模具和精密鑄件尺寸精度高、表面光潔，但生產(chǎn)率低石膏 型鑄造鋁、鎂、鋅合金幾十克幾十公斤很好較復(fù)雜高單件到小批量低壓鑄造有色合金幾十克幾十公斤好復(fù)雜（可用砂芯）金屬模制作費用高小批量，最好是大批量的大、中型有色合金鑄件， 可生產(chǎn)薄壁鑄件鑄件組織致密，工藝出品率高，設(shè)備較簡單，可采用各種鑄型，但生產(chǎn)效率低 鑄造方法鑄件材質(zhì)鑄件重量表面光潔度鑄件復(fù)雜程度生產(chǎn)成本適用范圍工藝特點差壓鑄造鋁、鎂合金幾克幾十公斤好復(fù)雜可用砂芯高性能和形狀復(fù)雜的有色合金鑄件壓力可控，鑄件成型好，組織致密，力學(xué)性能好，但生產(chǎn)效率低壓力鑄造鋁、鎂合金幾克幾十公斤好復(fù)雜可用砂芯金屬模的制作 費用很高大量生產(chǎn)的各種有色合金中小型鑄件、薄壁鑄件、耐壓鑄件鑄件尺寸精度高、表面光潔，組織致密，生產(chǎn)率高，成本低。但壓鑄機和鑄型成本高離心鑄造灰鐵、球鐵幾十公斤幾噸較好一般為圓筒形鑄件較低小批量到大批量的旋轉(zhuǎn)體形鑄件、各種直徑的管件鑄件尺寸精度高、表面光潔，組織致密，生產(chǎn)率高 鑄造方法鑄件材質(zhì)鑄件重量表面光潔度鑄件復(fù)雜程度生產(chǎn)成本適用范圍工藝特點連續(xù)鑄造鋼、有色很大較差長形連續(xù)鑄件低固定截面的長形鑄件，如鋼錠、鋼管等組織致密，力學(xué)性能好，生產(chǎn)率高消失模 鑄造各種幾克幾噸較好較復(fù)雜較低不同批量的較復(fù)雜的各種合金鑄件鑄件尺寸精度較高，鑄件設(shè)計自由度大，工藝簡單，但模樣燃燒影響環(huán)境 23 熔模鑄造v制造熔模的材料即模料一般采用用蠟料、天然樹脂和塑料（合成樹脂）配制。主要用蠟料配制的模料稱為蠟基模料，它們的熔點較低，為6070；主要用天然樹脂配制的模料稱為樹脂基模料，熔點稍高，約70120。 24 3型殼的制造v將模組浸涂耐火涂料后，撒上料狀耐火材料，再經(jīng)干燥、硬化，如此反復(fù)多次，使耐火涂掛層達(dá)到需要的厚度為止，這樣便在模組上形成了多層型殼，通常將型殼停放一段時間，使其充分硬化，然后熔失模組，便得到多層型殼。 多層殼有的需要裝箱填砂；有的則不需要，經(jīng)過焙燒后就可直接進(jìn)行澆注 26 1.2.3 熔模鑄造特點和應(yīng)用范圍 熔模鑄造的特點：v熔模鑄造與其他鑄造方法相比較有以下幾方面的優(yōu)點：v鑄件尺寸精度和表面光潔度高。v可以生產(chǎn)形狀非常復(fù)雜的鑄件。v鑄造合金的類型沒有限制。v生產(chǎn)批量沒有限制。v但熔模鑄造也有一些缺點，如生產(chǎn)工序繁多，生產(chǎn)周期長，太大的鑄件不適合用熔模鑄造生產(chǎn)。熔模鑄造的適用范圍：可用熔模鑄造法生產(chǎn)的合金種類有碳素鋼、合金鋼、耐熱合金、不銹鋼、精密合金、永磁合金、軸承合金、銅合金、鋁合金、鈦合金和球墨鑄鐵等。 熔模鑄件的形狀一般都比較復(fù)雜，鑄件上可鑄出孔的最小直徑可達(dá)0.5mm，鑄件的最小壁厚為0.3mm。 熔模鑄件的重量大多為幾十克到幾公斤，太重的鑄件用熔模鑄造法生產(chǎn)較為麻煩，但目前生產(chǎn)大的熔模鑄件的重量已達(dá)800 公斤左右。 27 金屬型鑄造 v金屬型鑄造又稱硬模鑄造，它是將液體金屬澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種鑄造方法。鑄型是用金屬制成，可以反復(fù)使用多次（幾百次到幾千次），因此有人又稱它為永久型鑄造。 28 金屬型鑄造工藝 v鑄型在澆注之前需要預(yù)熱，預(yù)熱的溫度根據(jù)合金種類、鑄件結(jié)構(gòu)和大小而定。v金屬型鑄造時在澆鑄之前需要在鑄型表面噴涂料，噴涂料的作用主要有調(diào)節(jié)鑄件的冷卻速度、保護金屬型和利用涂料層排氣。根據(jù)所澆注合金種類的不同，涂料可有多種配方。v金屬型的澆注溫度一般比砂型鑄造時高，可根據(jù)合金種類、化學(xué)成分、鑄件大小和壁厚等，通過試驗確定。v金屬型芯在鑄件中停留的時間越長，由于鑄件收縮產(chǎn)生的抱緊型芯的力就越大，所需的v抽芯力也就越大。最佳的抽芯時機是當(dāng)鑄件冷卻到塑性變形溫度范圍，并有足夠的強度時。v鑄件在鑄型中停留的時間過長時，型壁溫度升高，需要更多的冷卻時間，也會降低鑄型的生產(chǎn)率。合適的鑄件出型及抽芯時間，一般要通過試驗加以確定。 29 金屬型鑄造的特點 v優(yōu)點：冷卻速度較快，所以鑄件組織致密，晶粒細(xì)小，使金屬型鑄件的機械性能比砂型鑄件高。 v鑄件的精度和表面光潔度比砂型鑄件高，而且質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定；v鑄件的工藝收得率高，液體金屬耗量減少，一般可節(jié)約金屬1530；v金屬型鑄造的生產(chǎn)效率高，使鑄件產(chǎn)生缺陷的原因減少，工序簡單，易實現(xiàn)機械化和自動化； 不足:l金屬型制造成本高；l金屬型不透氣，而且無退讓性，易造成鑄件澆不足、開裂或鑄鐵件白口等缺陷；l金屬型鑄造時，鑄件的質(zhì)量對鑄型的工作溫度、合金的澆注溫度和澆注速度，鑄件在鑄型中停留的時間，以及所用的涂料等的變化比較敏感，生產(chǎn)時 需要嚴(yán)格控制。 30 金屬型鑄造的適用范圍 v金屬型鑄造目前所能生產(chǎn)的鑄件，在重量和形狀方面還有一定的限制，如對黑色金屬只能是形狀簡單的鑄件；鑄件的重量不可太大；壁厚也有限制，較小的鑄件壁厚無法鑄出。因此，在決定采用金屬型鑄造時，必須綜合考慮下列各因素：鑄件形狀和重量大小必須合適；要有足夠的批量；完成生產(chǎn)任務(wù)的期限許可。 31 1.4 壓力鑄造v壓力鑄造（簡稱壓鑄）的實質(zhì)是在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填壓鑄型型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。v一壓力鑄造的特點:高壓和高速充填壓鑄型是壓鑄的兩大特點。它常用的壓射比壓是從幾個至幾十個MPa，甚至高達(dá)2102MPa。充填速度約在1050ms，有些時候甚至可達(dá)100ms以上。充填時間很短，一般在0.010.2s范圍內(nèi)。 32 v壓鑄優(yōu)點: 1. 產(chǎn)品質(zhì)量好：鑄件尺寸精度高，表面光潔度好，強度和硬度較高，強度一般比砂型鑄造提高2530，但延伸率降低約70；尺寸穩(wěn)定，互換性好；可壓鑄薄壁復(fù)雜的鑄件。 2.在壓鑄件中可嵌鑄其他材料，以節(jié)省貴重材料和加工工時。v壓鑄的不足 1. 壓鑄時由于液態(tài)金屬充填型腔速度高，流態(tài)不穩(wěn)定，故采用一般壓鑄法，鑄件易產(chǎn)生氣孔，不能進(jìn)行熱處理； 2. 對內(nèi)凹復(fù)雜的鑄件，壓鑄較為困難； 3 對高熔點合金（如銅，黑色金屬），壓鑄型壽命較低； 4 不宜小批量生產(chǎn)，其主要原因是壓鑄型制造成本高，壓鑄機生產(chǎn)效率高，小批量生產(chǎn)不經(jīng)濟。 33 二壓力鑄造工藝：v 壓鑄時的壓力和速度對鑄件的質(zhì)量有極大的影響。壓力是獲得輪廓清晰和組織致密鑄件的主要因素。壓射比壓影響金屬液的充填和鑄件的強度和延伸率。當(dāng)提高比壓時，能提高鑄件的致密性和提高強度，但使延伸率下降。當(dāng)比壓超過一定數(shù)值時，不僅強度開始下降，而且延伸率會顯著下降。 壓射比壓的選擇，應(yīng)根據(jù)合金種類和鑄件結(jié)構(gòu)特性確定。 34 v1充填速度 v2澆注溫度 v3壓型溫度 v4充填、持壓和開型時間充填速度應(yīng)根據(jù)壓鑄合金和鑄件結(jié)構(gòu)來確定.如果充填速度偏低，會造成鑄件輪廓不清晰。當(dāng)充填速度過高時，型腔中的空氣難以排除使鑄件產(chǎn)生氣孔.一般充填速度在1040m/s之間可獲得優(yōu)質(zhì)鑄件。 澆注溫度過高，收縮大，使鑄件容易產(chǎn)生裂紋、且鑄件晶粒粗大；澆注溫度過低，易產(chǎn)生冷隔、表面花紋和澆不足等缺陷。澆注溫度應(yīng)與壓力、壓鑄型溫度及充填速度同時考慮。壓型在使用前要預(yù)熱到一定溫度，預(yù)熱的作用有兩個方面：其一是避免高溫液態(tài)金屬對冷壓型的熱沖擊，以延長壓鑄型的使用壽命；其二是避免液態(tài)金屬“激冷”造成澆不足、冷隔等缺陷。 自液態(tài)金屬開始進(jìn)入型腔起到充滿型腔止，所需的時間稱為充填時間。充填時間長短取決于鑄件的體積大小和復(fù)雜程度。從液態(tài)金屬充填型腔到內(nèi)澆口完全凝固時，繼續(xù)在壓射沖頭作用下的持續(xù)時間，稱為持壓時間。持壓時間的長短取決于鑄件的材質(zhì)和壁厚。持壓后應(yīng)開型取出鑄件。從壓射終了到壓鑄型打開的時間，稱為開型時間，開型時間應(yīng)控制準(zhǔn)確。開型時間過短，由于合金強度尚低，可能 在鑄件頂出和自壓鑄型落下時引起變形；但開型時間太長，則鑄件溫度過低，收縮大，對抽芯和頂出鑄件的阻力亦大。一般開型時間按鑄件壁厚1毫米需3秒鐘計算，然后經(jīng)試驗調(diào)整。 35 三. 壓力鑄造的應(yīng)用范圍v目前壓鑄合金不再局限于有色金屬的鋅、鋁、鎂和銅，而且也逐漸擴大用來壓鑄鑄鐵和鑄鋼件。 壓鑄件的尺寸和重量，取決于壓鑄機的功率。由于壓鑄機的功率不斷增大，鑄件尺寸可以從幾mm到12m；重量可以從幾g到數(shù)十kg。國外可壓鑄直徑為2m，重量為50kg的鋁鑄件。 36 離心鑄造v離心鑄造的第一個專利是在1809年由英國人愛爾恰爾特（Erchardt）提出的。直到二十世紀(jì)初才開始被采用。 離心鑄造是將液體金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使液體金屬在離心力的作用下充填鑄型和凝固成形的一種鑄造方法。 v根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)軸在空間位置的不同，分為立式離心鑄造機和臥式離心鑄造機兩種類型。 37 立式和臥式離心機 38 離心鑄造的特點 v1）液體金屬能在鑄型中形成中空的圓柱形自由表面，這樣便可不用型芯就能鑄出中空的鑄件，大大簡化了套筒，管類鑄件的生產(chǎn)過程；2）由于旋轉(zhuǎn)時液體金屬所產(chǎn)生的離心力的作用，使金屬充填鑄型的能力提高，因此一些流動性較差的合金和薄壁鑄件都可用離心鑄造法生產(chǎn)；3）由于離心力的作用，改善了補縮條件，氣體和非金屬夾雜也易于自液體金屬中排出，因此離心鑄件的組織較致密，縮孔（縮松）、氣孔、夾雜等缺陷較少；4）消除或大大節(jié)省澆注系統(tǒng)和冒口方面的金屬消耗；5）鑄件易產(chǎn)生偏析，鑄件內(nèi)表面較粗糙。內(nèi)表面尺寸不易控制。 39 二離心鑄造工藝v 1）離心鑄型轉(zhuǎn)速的選擇 選擇離心鑄型的轉(zhuǎn)速時，主要應(yīng)考慮兩個問題：（1）離心鑄型的轉(zhuǎn)速應(yīng)保證液體金屬在進(jìn)入鑄型后立刻能形成圓筒形，繞軸線旋轉(zhuǎn)；（2）充分利用離心力的作用，使鑄件致密，避免鑄件內(nèi)產(chǎn)生縮孔、縮松、夾雜和氣孔。v 2）離心鑄造用鑄型 離心鑄造時使用的鑄型有兩大類，即金屬型和非金屬型。非金屬型有砂型、殼型、熔模殼型等，但在離心鑄造時廣泛采用的是金屬型。v 3）涂料 金屬型離心鑄造時，常需在金屬型的工作表面噴刷涂料。刷涂料的目的一是保護金屬型，二是為防止鑄件與金屬型粘合和鑄鐵件產(chǎn)生白口。在離心金屬型上的涂料層有時較厚。v 4）澆注 離心鑄造時，由于鑄件的內(nèi)表面是自由表面，而鑄件厚度的控制全由所澆注液體金屬的數(shù)量決定，故離心鑄造澆注時，對所澆注金屬的定量要求較高。 40 低壓鑄造 v低壓鑄造是使液體金屬在壓力作用下充填型腔，以形成鑄件的一種方法。由于所用的壓力較低，所以叫做低壓鑄造。在密封的坩堝（或密封罐）中，通入干燥的壓縮空氣，金屬液在氣體壓力的作用下，沿升液管上升，通過澆口平穩(wěn)地進(jìn)入型腔，并保持坩堝內(nèi)液面上的氣體壓力，一直到鑄件完全凝固為止。然后解除液面上的氣體壓力，使升液管中未凝固的金屬液流回坩堝，再由氣缸開型并推出鑄件。 41 42 低壓鑄造的優(yōu)點 v1） 液體金屬充型比較平穩(wěn)。這是由于低壓鑄造采取底注式充型，其金屬液的上升速度容易控制；2） 鑄件成形性好，有利于形成輪廓清晰、表面光潔的鑄件，對于大型薄壁鑄件的成形更為有利；v3） 鑄件組織致密，機械性能高。v4） 提高了金屬液的工藝收得率，一般情況下不需要冒口，使金屬液的收得率大大提高，收得率一般可達(dá)90； 此外，勞動條件好；設(shè)備簡單，易實現(xiàn)機械化和自動化，也是低壓鑄造的突出優(yōu)點。 43 低壓鑄造工藝 v低壓鑄造的工藝規(guī)范包括充型、增壓、鑄型預(yù)熱溫度、澆注溫度，以及鑄型的涂料等。低壓鑄造過程中壓力需要經(jīng)歷幾個階段的變化：升液壓力、充型壓力和結(jié)晶壓力。 低壓鑄造可采用各種鑄型，對非金屬型的工作溫度一般都為室溫，無特殊要求，而對金屬型的工作溫度就有一定的要求。在保證鑄件成型前提下，澆注溫度愈低愈好.v涂料應(yīng)均勻，涂料厚度要根據(jù)鑄件表面光潔度及鑄件結(jié)構(gòu)來決定。v低壓鑄造所用的鑄型主要有三種，即濕砂型、干砂型和金屬型。 44 擠壓鑄造 v擠壓鑄造也叫液態(tài)模鍛，是金屬液在壓力下充型及凝固而獲得鑄件的一種鑄造方法 v擠壓鑄造與其它鑄造方法相比具有下列優(yōu)點：（1）鑄件精度高，加工余量小。（2）由于鑄件是在壓力下充型和凝固的，所以鑄件 組織致密，晶粒細(xì)小，鑄件的機械性能好。 （3）生產(chǎn)率高，工序簡單。（4）擠壓鑄造常用來生產(chǎn)形狀比較簡單的鋁合金、鋅合金、銅合金、鋼、鐵等鑄件，比如高壓鍋、閥體、活塞、鐵鍋等。 45 陶瓷型鑄造 v陶瓷型鑄造是在砂型熔模鑄造的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新工藝。陶瓷型是利用質(zhì)地較純、熱穩(wěn)定性較高的耐火材料作造型材料；用硅酸乙酯水解液作粘結(jié)劑，在催化劑的作用下，經(jīng)灌漿、結(jié)膠、起模、焙燒等工序而制成的。v陶瓷型鑄造兼有砂型鑄造和熔模鑄造的優(yōu)點，其主要有： 1）鑄件的表面光潔度高； 2）鑄件的尺寸精度高； 3）可以鑄出大型精密鑄件v 4）投資少，投產(chǎn)快，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短。 缺點是原材料價格昂貴，由于有灌漿工序，不適于澆注批量大，重量輕，形狀較復(fù)雜的鑄件，且生產(chǎn)工藝過程難于實現(xiàn)機械化和自動化 46 連續(xù)鑄造 v原理是將熔融的金屬，不斷澆入一種叫做結(jié)晶器的特殊金屬型中，凝固（結(jié)殼）了的鑄件，連續(xù)不斷地從結(jié)晶器的另一端拉出，它可獲得任意長或特定長度的鑄件。連續(xù)鑄造和普通鑄造法比較有下述優(yōu)點：（1）由于金屬被迅速冷卻，結(jié)晶致密，組織均勻，機械性能較好；（2）連續(xù)鑄造時，鑄件上沒有澆注系統(tǒng)和冒口，故連續(xù)鑄錠在軋制時不用切頭去尾，節(jié)約了金屬，提高了收得率；（3）簡化了工序，免除造型及其它工序，因而減輕了勞動強度；所需生產(chǎn)面積也大為減少； v（4）連續(xù)鑄造生產(chǎn)易于實現(xiàn)機械化和自動化，鑄錠時還能實現(xiàn)連鑄連軋，大大提高了生產(chǎn)效率。 47 48 真空吸鑄 v真空吸鑄是一種借助真空系統(tǒng)在結(jié)晶器內(nèi)造成負(fù)壓，吸入金屬而生產(chǎn)鑄件的一種方法。真空吸鑄的原理如圖所示：將與真空系統(tǒng)相連的結(jié)晶器侵入到金屬液中，由于負(fù)壓作用，金屬液被吸入到結(jié)晶器中，待金屬液凝固到一定厚度時，切斷真空，多余的金屬液流回坩堝。鑄件的長度取決于結(jié)晶器的長度，厚度取決于凝固時間。 49 50 v真空吸鑄與其他鑄造方法相比具有以下優(yōu)點：v真空吸鑄時由于結(jié)晶器內(nèi)的空氣壓力小，所以減少了鑄件在充型時吸氣的可能性。v鑄件的組織致密，晶粒細(xì)化，從而提高了鑄件的機械性能。v鑄件不用澆冒口，減少了金屬消耗，提高了金屬的收得率。v真空吸鑄主要用于鑄造內(nèi)燃機銅合金軸套或鑄造鋁合金錠坯。 51 磁型鑄造v磁型鑄造是采用鋼丸或鐵丸代替型砂，以磁力代替粘結(jié)劑造型，模型采用氣化模，澆注時直接在模型上澆注金屬液，模型在高溫下氣化，騰出空間由金屬液充填而生產(chǎn)鑄件的一種鑄造方法。 52 v 磁型鑄造具有以下特點：由于鐵丸可以反復(fù)使用，所以節(jié)省了造型材料，降低了產(chǎn)品的成本。v用氣化模造型不用起模，鑄件尺寸精度高，加工余量小。v但磁型鑄造也有很大的局限性：v磁型鑄造不適合鑄造厚大復(fù)雜的鑄件；v澆注時氣化模燃燒放出大量煙氣，造成空氣污染，并易造成鑄鋼件增碳和夾渣等缺陷。v磁型鑄造可用來鑄造厚度在40mm以下的中小鑄件。 53 實型鑄造 v實型鑄造也稱消失模鑄造(Lost Foam Casting)是將與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模型粘結(jié)組合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振動造型，在負(fù)壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。 二、低壓鑄造成型方法及工藝 低 壓 鑄 造1、 概 述2、 低 壓 鑄 造 工 藝 設(shè) 計3、 低 壓 鑄 造 鑄 型 特 點5 特 殊 低 壓 鑄 造 工 藝 4、 低 壓 鑄 造 設(shè) 備 1.1原 理 使 液 體 金 屬 在 不 大 的 外 界 壓 力 （ 2080kPa） 作 用 下 ， 從 型 腔 底 部 充 填 型 腔 ， 以 形 成 鑄件 的 一 種 方 法 ， 由 于 所 用 的 壓 力 較 低 ， 所 以叫 做 低 壓 鑄 造 。 1、 概 述 1.2 、 低 壓 鑄 造 的 優(yōu) 點 （ 重 力 澆 注 的 進(jìn) 步 ）底 鑄 ： 液 體 金 屬 充 型 比 較 平 穩(wěn) ， 利 于 排 氣1、 概 述壓 力 下 充 型 結(jié) 晶 ： 鑄 件 成 形 性 好 ， 補 縮 效 果好 ， 組 織 致 密 ， 力 學(xué) 性 能 較 高 不 需 要 冒 口 （ 一 般 情 況 下 ） ： 使 金 屬 液 的 收得 率 大 大 提 高 ， 收 得 率 一 般 可 達(dá) 90設(shè) 備 簡 單 ： 易 實 現(xiàn) 機 械 化 和 自 動 化 ， 勞 動 條件 好 1.3、 低 壓 鑄 造 的 發(fā) 展20世 紀(jì) 40年 代 開 始 用 于 工 業(yè) 生 產(chǎn) ， 60年 代 得到 廣 泛 推 廣 應(yīng) 用鋁 鎂 合 金 ： 汽 車 輪 轂 、 活 塞 、 汽 缸 體 、 汽 缸蓋 、 泵 體 等銅 合 金 件 ： 葉 輪 、 軸 瓦 、 螺 旋 漿 等鑄 鐵 件 ： 汽 缸 套 、 曲 軸 等1、 概 述 金 屬 型 ： 大 批 量 生 產(chǎn) 的 有 色 金 屬 鑄 件非 金 屬 鑄 型 ： 如 砂 型 ， 石 墨 型 ， 陶 瓷 型 和 熔模 型 殼 等 。 單 件 小 批 量 生 產(chǎn) （ 低 壓 鑄 造 用 砂型 的 造 型 材 料 的 透 氣 性 和 強 度 應(yīng) 比 重 力 澆 注時 高 ， 型 腔 中 的 氣 體 ， 全 靠 排 氣 道 和 砂 粒 孔隙 排 出 ） 1、 概 述1.4、 低 壓 鑄 造 用 鑄 型 設(shè) 計 原 則 ： 自 上 而 下 順 序 凝固 ， 通 過 澆 口 補 縮 鑄 件（ 1） 澆 口 設(shè) 在 鑄 件 的 厚 壁 部 位 ， 而 使 薄 壁 部位 遠(yuǎn) 離 澆 口 ；（ 2） 用 加 工 余 量 調(diào) 整 鑄 件 壁 厚 ， 以 調(diào) 節(jié) 鑄 件的 方 向 性 凝 固 ；（ 3） 改 變 鑄 件 的 冷 卻 條 件 ， 如 通 過 涂 料 層 或金 屬 型 壁 厚 度 的 變 化 或 在 鑄 件 厚 壁 處 進(jìn) 行 局 部冷 卻 實 現(xiàn) 鑄 件 由 上 而 下 的 順 序 凝 固 。 2、 低 壓 鑄 造 工 藝 設(shè) 計采 用 措 施 ： 充 型 和 增 壓保 壓鑄 型 預(yù) 熱 溫 度澆 注 溫 度鑄 型 的 涂 料2、 低 壓 鑄 造 工 藝 設(shè) 計低 壓 鑄 造工 藝 規(guī) 范: 升 液 壓 力 是 指 當(dāng) 金 屬 液 面上 升 到 澆 口 附 近 所 需 要 的 壓力 。2、 低 壓 鑄 造 工 藝 設(shè) 計（ 1） 升 液金 屬 液 在 升 液 管內(nèi) 的 上 升 速 度 應(yīng)盡 可 能 緩 慢 有 利 于 型 腔 內(nèi) 氣 體 的 排 出使 金 屬 液 在 進(jìn) 入 澆 口 時 不 致 產(chǎn)生 噴 濺 。 鋁合金升液參數(shù)選擇v一般情況下，為了有利于型腔中氣體的排出，升液速度緩慢些為好。v對于鋁合金：速度控制在515cm/s，加壓速率為：1.271.75KPa/s。v對于鎂合金，加壓速率可提高20%30%。 （ 2） 充 型 壓 力 和 充 型 速 度 充 型 壓 力 是 指 使 金 屬 液 充 型 上 升 到 鑄 型 頂部 所 需 的 壓 力 。 在 充 型 階 段 ， 金 屬 液 面 上 的升 壓 速 度 就 是 充 型 速 度 。 2、 低 壓 鑄 造 工 藝 設(shè) 計金 屬 液 充 型 速 度 超 過 一 最 低 值 ， 防 止 冷 隔 和 欠 鑄不 能 太 快 產(chǎn) 生 紊 流 及 沖 擊 鑄 型 充型壓力與充型速度的計算方法v充型壓力：P2=hK/10200h-合金液上升至鑄件頂面的高度（cm）-合金液密度（g/cm3)K-充型阻力系數(shù)，K=11.5，阻力小取下限，阻力大取上限v充型速度：V2=（P2-P1）/t2P 2、P1 -充型和升液壓力t2-充型時間 （ 3） 增 壓 壓 力 金 屬 液 充 滿 型 腔 后 ， 再 繼 續(xù) 增 壓 ， 使 鑄 件的 結(jié) 晶 凝 固 在 一 定 大 小 的 壓 力 作 用 下 進(jìn) 行 ，這 時 的 壓 力 叫 結(jié) 晶 壓 力 (0.10.25MPa)。2、 低 壓 鑄 造 工 藝 設(shè) 計結(jié) 晶 壓 力 越 大 ， 補 縮 效 果 越 好 ， 最 后 獲 得的 鑄 件 組 織 也 愈 致 密 。 但 通 過 結(jié) 晶 增 大 壓力 來 提 高 鑄 件 質(zhì) 量 ， 不 是 任 何 情 況 下 都 能采 用 的 。 增壓大小v增壓壓力（P3）：一般P3 =（ 1.12.0） P2；增壓壓力也可根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)、鑄造方法、加壓工藝選定。 （ 4） 保 壓 時 間 型 腔 壓 力 增 至 結(jié) 晶 壓 力 后 ， 并 在 結(jié) 晶 壓 力 下保 持 一 段 時 間 ， 直 到 鑄 件 完 全 凝 固 所 需 要 的 時間 叫 保 壓 時 間 。2、 低 壓 鑄 造 工 藝 設(shè) 計保 壓 時間 不 夠：保 壓時 間過 久： 鑄 件 未 完 全 凝 固 就 卸 壓 ， 型 腔中 的 金 屬 液 將 會 全 部 或 部 分 流回 ， 造 成 鑄 件 “ 放 空 ” 報 廢澆 口 殘 留 過 長 ， 降 低 工 藝 收 得 率 ，而 且 還 會 造 成 澆 口 “ 凍 結(jié) ” ， 使 鑄件 出 型 困 難 （ 5） 卸 壓 延 時 冷 卻 一 般 在 卸 壓 后 再 冷 卻 12min后 開 型 ， 鑄 件 完 全凝 固 ， 開 型 不 容 易 拉 傷 鑄 件 。2、 低 壓 鑄 造 工 藝 設(shè) 計 2、 低 壓 鑄 造 工 藝 設(shè) 計幾種具體的充型工藝低 壓 充 型 工 藝 的 壓 力 曲 線 ： 上 端敞 開的 有明 冒口 的鑄 型 2、 低 壓 鑄 造 工 藝 設(shè) 計幾種具體的充型工藝濕 砂 型、 薄 壁復(fù) 雜 金屬 型 件 2、 低 壓 鑄 造 工 藝 設(shè) 計幾種具體的充型工藝緩 慢 增 壓 結(jié) 晶 工 藝 壓 力 曲 線 ： 厚 壁 砂 型 件 2、 低 壓 鑄 造 工 藝 設(shè) 計幾種具體的充型工藝金 屬 型、 石 墨型改 善 補縮 效 果 （ 6） 鑄 型 溫 度 及 澆 注 溫 度 非 金 屬 型 ： 一 般 都 為 室 溫 金 屬 型 ： 鋁 合 金 件 200 250 薄 壁 復(fù) 雜 件 ： 可 高 達(dá) 300 350 。 關(guān) 于 合 金 的 澆 注 溫 度 ， 實 踐 證 明 ， 在 保 證鑄 件 成 型 的 前 提 下 ， 應(yīng) 該 是 愈 低 愈 好 。 2、 低 壓 鑄 造 工 藝 設(shè) 計 （ 7） 涂 料 作 用 ： 提 高 金 屬 型 及 工 具 、 設(shè) 備 的 壽 命 提 高 鑄 件 質(zhì) 量 必 須 刷 涂 料 ； 涂 料 應(yīng) 均 勻 涂 料 厚 度 要 根 據(jù) 鑄 件 表 面 光 潔 度 及 鑄 件結(jié) 構(gòu) 來 決 定 。2、 低 壓 鑄 造 工 藝 設(shè) 計 寶馬發(fā)動機公司工藝v模具清理方法：1.先用干冰清洗；2.噴涂料 3.1 鑄 件 在 鑄 型 中 的 位 置3、 低 壓 鑄 造 鑄 型 特 點自 上 而 下順 序 凝 固 壁 厚 較 大 或 熱 節(jié) 部 位 放在 低 部涂 料 層 、 覆 砂 層 、 金 屬型 厚 度 變 化 3.2、 鑄 型 結(jié) 構(gòu)3、 低 壓 鑄 造 鑄 型 特 點水 平 分 型 ：垂 直 分 型 ： 前 后 左 右 3.3、 澆 注 系 統(tǒng)3、 低 壓 鑄 造 鑄 型 特 點易 氧 化 合 金 ： 開 放 式不 易 氧 化 合 金 ： 封 閉 式 3、 低 壓 鑄 造 鑄 型 特 點 低 壓 鑄 造 設(shè) 備 4、 低 壓 鑄 造 設(shè) 備保 溫 爐 及 其 附 屬 裝 置鑄 型 開 合 系 統(tǒng)供 氣 系 統(tǒng)按 鑄 型 和 保 溫爐 的 連 接 方 式 底 鑄 式 低 壓 鑄 造 機側(cè) 鑄 式 低 壓 鑄 造 機 （ 1） 保 溫 爐 及 附 屬 裝 置4、 低 壓 鑄 造 設(shè) 備爐 體熔 池密 封 蓋升 液 管保 溫 爐 的 爐 型 ： 焦 炭 爐 ， 煤 氣 爐 ， 電 阻 爐 ， 感 應(yīng) 爐 等目 前 廣 泛 使 用 的 是 電 阻 加 熱 爐 ， 其 次 是 電 熱 反 射 爐 （ 2） 供 氣 系 統(tǒng) （ 液 面 加 壓 ） 作 用 ： 正 確 控 制 對 鑄 型 的 充 型 和 增 壓 設(shè) 計 ： 根 據(jù) 不 同 鑄 件 ， 不 同 鑄 件 的 要 求 ，供 氣 系 統(tǒng) 應(yīng) 可 以 任 意 調(diào) 節(jié) ， 工 作 要 穩(wěn) 定 可 靠 結(jié) 構(gòu) 要 使 維 修 方 便 4、 低 壓 鑄 造 設(shè) 備氣 源 ： 空 氣 壓 縮 機 手 動半 自 動計 算 機 控 制 5 特 殊 低 壓 鑄 造 工 藝 增 壓 法 工 藝 過 程 ： 將 電 阻 保 溫 爐 和 鑄 型 全部 進(jìn) 行 密 封 ， 在 密 封 罩 內(nèi) 通 人 壓 力 較 大 如500kPa的 壓 縮 空 氣 ， 這 時 由 于 鑄 型 與 坩 鍋內(nèi) 部 的 壓 力 相 等 ， 金 屬 液 不 會 上 升 ， 然 后金 屬 液 向 上 補 充 50kPa壓 力 ， 金 屬 液 就 會 上升 充 填 型 腔 。 同 時 鑄 型 內(nèi) 的 金 屬 液 也 在 高壓 下 結(jié) 晶 凝 固 。 4.1 差 壓 鑄 造 ： 增 壓 法 、 減 壓 法 4 特 殊 低 壓 鑄 造 工 藝 減 壓 法 工 藝 過 程 ： 將 電 阻 保 溫 爐 和 鑄 型 全部 進(jìn) 行 密 封 ， 在 密 封 罩 和 保 溫 爐 內(nèi) 通 入 相同 壓 力 的 氣 體 ， 達(dá) 到 平 衡 后 ， 逐 步 放 去 密封 罩 內(nèi) 的 氣 體 ， 金 屬 液 就 會 上 升 充 填 型 腔。4.1 差 壓 鑄 造 ： 增 壓 法 、 減 壓 法 4 特 殊 低 壓 鑄 造 工 藝 工 藝 過 程 ： 在 澆 注 前 先 將 型 腔 中 的 氣 體 抽出 再 進(jìn) 行 澆 注 ， 這 時 澆 注 速 度 可 以 提 高 ，不 會 產(chǎn) 生 氧 化 夾 雜 和 氣 孔 等 缺 陷 。 4.2 真 空 低 壓 鑄 造薄 壁 或 復(fù) 雜 的 大 型 鑄 件 此 圖 為 一 輪 轂 鑄 件 簡 圖 ， 假 如 采 用 低 壓 鑄 造 工藝 生 產(chǎn) 該 鑄 件1 請 在 圖 上 標(biāo) 注 出 以 下 內(nèi) 容 1）分型分模面位置 2）澆注系統(tǒng)和冒口的位置及結(jié)構(gòu)示意圖 3）外形及內(nèi)腔各部分都由金屬型（芯或砂芯）的哪部分鑄出？2 分別說明所設(shè)計的低壓鑄造工藝方案的優(yōu)點和缺點3 如果采用低壓鑄造，與采用金屬型鑄造工藝相比，有哪些優(yōu)點？4 如果采用擠壓鑄造，與采用低壓鑄造工藝相 比，有哪些優(yōu)點？ 左右半型鑄出分流錐金屬芯鑄出優(yōu) 缺 點 ：鑄 型 結(jié) 構(gòu) ？澆 口 設(shè) 置 ？鑄 件 取 出 ？補 縮 ？鑄 件 尺 寸 精度 ？左型右型抽芯方向上型（芯）下型下型鑄出 左右優(yōu) 缺 點 ： 鑄 型 結(jié) 構(gòu) ？ 澆 口 設(shè) 置？ 鑄 件 取 出 ？ 補 縮 ？ 鑄 件 尺 寸精 度 ？左型鑄出右型）鑄出右型鑄出