铸造生产的工艺流程铸造生产是一个复杂的多工序组合的工艺过程,它包括以下主要工序: 1)生产工艺准备,根据要生产的零件图、生产批量和交货期限,制定生产工艺方案和工艺文件,绘 制铸造工艺图; 2)生产准备,包括准备熔化用材料、造型制芯用材料和模样、芯盒、砂箱等工艺装备; 3)造型与制芯; 4)熔化与浇注; 5)落砂清理与铸件检验等主要工序。 成形原理 铸造生产是将金属加热熔化,使其具有流动性,然后浇入到具有一定形状的铸型型腔中,在重力或外 力(压力、离心力、电磁力等)的作用下充满型腔,冷却并凝固成铸件(或零件)的一种金属成形方 铸造成形过程铸件一般作为毛坯经切削加工成为零件。但也有许多铸件无需切削加工就能满足零件的设计精度和表 面粗糙度要求,直接作为零件使用。 型砂的性能及组成 型砂的性能型砂(含芯砂)的主要性能要求有强度、透气性、耐火度、退让性、流动性、紧实率和溃散性等。 型砂的组成型砂由原砂、粘接剂和附加物组成。铸造用原砂要求含泥量少、颗粒均匀、形状为圆形和多角形的海 砂、河砂或山砂等。铸造用粘接剂有粘土(普通粘土和膨润土)、水玻璃砂、树脂、合脂油和植物油 等,分别称为粘土砂,水玻璃砂、树脂砂、合脂油砂和植物油砂等。为了进一步提高型(芯)砂的某 些性能,往往要在型(芯)砂中加入一些附加物,如煤份、锯末、纸浆等。型砂结构,如图2 所示。 型砂结构示意图工艺特点 铸造是生产零件毛坯的主要方法之一,尤其对于有些脆性金属或合金材料(如各种铸铁件、有色合金 铸件等)的零件毛坯,铸造几乎是唯一的加工方法。与其它加工方法相比,铸造工艺具有以下特点: 1)铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。铸件材料可以是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜 合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料;铸件可以小至几克,大到数百吨;铸件壁厚可 以从0.5 毫米到1 米左右;铸件长度可以从几毫米到十几米。 2)铸造可以生产各种形状复杂的毛坯,特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯,如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。 3)铸件的形状和大小可以与零件很接近,既节约金属材料,又省切削加工工时。 4)铸件一般使用的原材料来源广、铸件成本低。 5)铸造工艺灵活,生产率高,既可以手工生产,也可以机械化生产。 铸件的手工造型 手工造型的主要方法 砂型铸造分为手工造型(制芯)和机器造型(制芯)。手工造型是指造型和制芯的主要工作均由手工 完成;机器造型是指主要的造型工作,包括填砂、紧实、起模、合箱等由造型机完成。泊头铸造工量 具友介绍手工造型的主要方法: 手工造型因其操作灵活、适应性强,工艺装备简单,无需造型设备等特点,被广泛应用于单件小批量 生产。但手工造型生产率低,劳动强度较大。手工造型的方法很多,常用的有以下几种: 整模造型对于形状简单,端部为平面且又是最大截面的铸件应采用整模造型。整模造型操作简便,造型时整个 模样全部置于一个砂箱内,不会出现错箱缺陷。整模造型适用于形状简单、最大截面在端部的铸件, 如齿轮坯、轴承座、罩、壳等(图2)。 整模造型2.分模造型 当铸件的最大截面不在铸件的端部时,为了便于造型和起模,模样要分成两半或几部分,这种造型称 为分模造型。当铸件的最大截面在铸件的中间时,应采用两箱分模造型(图3),模样从最大截面处 分为两半部分(用销钉定位)。造型时模样分别置于上、下砂箱中,分模面(模样与模样间的接合面) 与分型面(砂型与砂型间的接合面)位置相重合。两箱分模造型广泛用于形状比较复杂的铸件生产, 如水管、轴套、阀体等有孔铸件。 套管的分模两箱造型过程铸件形状为两端截面大、中间截面小,如带轮、槽轮、车床四方刀架等,为保证顺利起模,应采用三 箱分模造型(图4)。此时分模面应选在模样的最小截面处,而分型面仍选在铸件两端的最大截面处, 由于三箱造型有两个分型面,降低了铸件高度方向的尺寸精度,增加了分型面处飞边毛刺的清整工作 量,操作较复杂,生产率较低,不适用于机器造型,因此,三箱造型仅用于形状复杂、不能用两箱造 型的铸件生产。 三箱分模造型举例3.活块模造型 铸件上妨碍起模的部分(如凸台、筋条等)做成活块,用销子或燕尾结构使活块与模样主体形成可拆 连接。起模时先取出模样主体,活块模仍留在铸型中,起模后再从侧面取出活块的造型方法称为活块 模造型(图5)。活块模造型主要用于带有突出部分而妨碍起模的铸件、单件小批量、手工造型的场 角铁的活块模造型工艺过程4.挖砂造型 当铸件的外部轮廓为曲面(如手轮等)其最大截面不在端部,且模样又不宜分成两半时,应将模样做 成整体,造型时挖掉妨碍取出模样的那部分型砂,这种造型方法称为挖砂造型。挖砂造型的分型面为 曲面,造型时为了保证顺利起模,必须把砂挖到模样最大截面处(图6)。由于是手工挖砂,操作技 术要求高,生产效率低,只适用于单件、小批量生产。 手轮的挖砂造型的工艺过程手工制芯 型芯用来形成铸件内部空腔或局部外形。由于型芯的表面被高温金属液包围,长时间受到浮力作用和 高温金属液的烘烤作用;铸件冷却凝固时,砂芯往往会阻碍铸件自由收缩;砂芯清理也比较困难。因 此造芯用的芯砂要比型砂具有更高的强度、透气性、耐高温性、退让性和溃散性。 手工制芯由于无需制芯设备,工艺装备简单,应用得很普遍。根据砂芯的大小和复杂程度,手工制芯 用芯盒有整体式芯盒、对开式芯盒和可拆式芯盒,如图7 所示。 芯盒制芯示意图零件、模样、芯盒与铸件的关系 模样用来形成铸件的外部轮廓,芯盒用来制作砂芯,形成铸件的内部轮廓。造型时分别用模样和芯盒 制作铸型和型芯。图 分别表示零件、模样、芯盒和铸件的关系。制造模样和芯盒所选用的材料,与铸件大小、生产规模和造型方法有关。单件小批量生产、手工造型时常用木材制作模样和芯盒,大 批量生产、机器造型时常用金属材料(如铝合金、铸铁等)或硬塑料制作模样和芯盒。 零件、模样、芯盒与铸件的关系铸造铸件常见缺陷分析 铸造工艺过程复杂,影响铸件质量的因素很多,往往由于原材料控制不严,工艺方案不合理,生产操 作不当,管理制度不完善等原因,会使铸件产生各种铸造缺陷。常见的铸件缺陷名称、特征和产生的 原因,见表。 常见铸件缺陷及产生原因 缺陷名称 特征 产生的主要原因 气孔 在铸件内部或表 面有大小不等的 光滑孔洞 炉料不干或含氧化物、杂质多; 浇注工具或炉前添加剂未烘干; 型砂含水过多或起模和修型时 刷水过多;型芯烘干不充分或型 芯通气孔被堵塞;掺砂过紧,型 砂透气性差;浇注温度过低或浇 注速度太快等 缩孔与缩松 缩孔多分布在铸 件厚断面处,形 状不规则,孔内 粗糙 铸件结构设计不合理,如壁厚相 浇注系统和冒口的位置不对;浇注温度太高;合金化学成分不 合格,收缩率过大,冒口太小或太 砂眼在铸件内部或表 面有型砂充塞的 孔眼 型砂强度太低或砂型和型芯的 紧实度不够,故型砂被金属液冲入 型腔;合箱时砂型局部损坏; 浇注系统不合理,内浇口方向不 对,金属液冲坏了砂型;合箱时 型腔或浇口内散砂未清理干净 铸件表面粗糙,粘有一层砂粒 原砂耐火度低或颗粒度太大; 型砂含泥量过高,耐火度下降; 浇注温度太高;湿型铸造时型砂 中煤粉含量太少;干型铸造时铸 型未刷涂斜或涂料太薄 铸件表面产生的金属片 状突起 物,在金属片状 突起物与铸件之 间夹有一层型砂 型砂热湿拉强度低,型腔表面受 热烘烤而膨胀开裂;砂型局部紧 实度过高,水分过多,水分烘干后 型腔表面开裂;浇注位置选择不 当,型腔表面长时间受高温铁水烘 烤而膨胀开裂;浇注温度过高, 浇注速度太慢 铸件沿分型面有相对位置错移 模样的上半模和下半模未对准; 合箱时,上下砂箱错位;上下 砂箱未夹紧或上箱未加足够压铁, 浇注时产生错箱 铸件上有未完全融合的缝隙或洼 坑,其交接处是 圆滑的 浇注温度太低,合金流动性差; 浇注速度太慢或浇注中有断流; 浇注系统位置开设不当或内浇 道横截面积太小;铸件壁太薄; 直浇道(含浇口杯)高度不够; 浇注时金属量不够,型腔未充满 浇不足 铸件未被浇满 裂纹 铸件开裂,开裂 处金属表面有氧 铸件结构设计不合理,壁厚相差太大,冷却不均匀;砂型和型芯 的退让性差,或春砂过紧;落砂 过早;浇口位置不当,致使铸件 各部分收缩不均匀 缺陷名称缺陷特征 预防措施 气孔在铸件内部、表面或近于 表面处,有大小不等的光 滑孔眼,形状有圆的、长 的及不规则的,有单个 的,也有聚集成片的。颜 色有白色的或带一层暗 色,有时覆有一层氧化 降低熔炼时金属的吸气量。减少砂型在浇 注过程中的发气量, 改进铸件结构,提高 砂型和型芯的透气 性,使型内气体能顺 利排出。 缩孔在铸件厚断面内部、两交 界面的内部及厚断面和 薄断面交接处的内部或 表面,形状不规则,孔内 粗糙不平,晶粒粗大。 壁厚小且均匀的铸件 要采用同时凝固,壁 厚大且不均匀的铸件 采用由薄向厚的顺序 凝固,合理放置冒口 在铸件内部微小而不连贯的缩孔,聚集在一处或 多处,晶粒粗大,各晶粒 间存在很小的孔眼,水压 试验时渗水。 壁间连接处尽量减小 热节,尽量降低浇注 温度和浇注速度。 渣气孔在铸件内部或表面形状 不规则的孔眼。孔眼不光 滑,里面全部或部分充塞 提高铁液温度。降低熔渣粘性。提高浇注 系统的挡渣能力。增 大铸件内圆角。 在铸件内部或表面有充塞着型砂的孔眼。 严格控制型砂性能 和造型操作,合型前 注意打扫型腔。 在铸件上有穿透或不穿透的裂纹(注要是弯曲形 的),开裂处金属表皮氧 含量。铸件壁厚尽量均匀。提高型砂 冒口不应阻碍铸件收缩。避免壁厚的突然 改变。开型不能过早。 不能激冷铸件。 在铸件上有穿透或不穿透的裂纹(主要是直的), 开裂处金属表皮氧化。 在铸件表面上,全部或部分覆盖着一层金属(或金 属氧化物)与砂(或涂料) 结构的型砂,致使铸件表面粗糙。 减少砂粒间隙。适当 降低金属的浇注温 度。提高型砂、芯砂 的耐火度。 属瘤片和铸件之间夹有一层型砂。 严格控制型砂、芯砂 性能。改善浇注系统, 使金属液流动平稳。 大平面铸件要倾斜浇 在铸件上有一种未完全融合的缝隙或洼坑,其交 界边缘是圆滑的。 提高浇注温度和浇注 速度。改善浇注系统。 浇注时不断流。 11 浇不到 由于金属液未完全充满 型腔而产生的铸件缺肉。 提高浇注温度和浇注 速度。不要断流和防 铸造铸件金属液的浇注生产中,浇注时应遵循高温出炉,低温浇注的原则。因为提高金属液的出炉温度有利于夹杂物的彻底 熔化、熔渣上浮,便于清渣和除气,减少铸件的夹渣和气孔缺陷;采用较低的浇注温度,则有利于降 低金属液中的气体溶解度、液态收缩量和高温金属液对型腔表面的烘烤,避免产生气孔、粘砂和缩孔 等缺陷。因此,在保证充满铸型型腔的前提下,尽量采用较低的浇注温度。 把金属液从浇包注入铸型的操作过程称为浇注。浇注操作不当会引起浇不足、冷隔、气孔、缩孔和夹 渣等铸造缺陷,和造成人身伤害。 为确保铸件质量、提高生产率以及做到安全生产,浇注时应严格遵守下列操作要领: 浇注时注意事项: (1)浇包、浇注工具、炉前处理用的孕育剂、球化剂等使用前必须充分烘干,烘干后才能使用。 (2)浇注人员必须按要求穿好工作服,并配戴防护眼镜,工作场地应通畅无阻。浇包内的金属液不 宜过满,以免在输送和浇注时溢出伤人。 (3)正确选择浇注速度,即开始时应缓慢浇注,便于对准浇口,减少熔融金属对砂型的冲击和利于 气体排出;随后快速浇注,以防止冷隔;快要浇满前又应缓慢浇注,即遵循慢、快、慢的原则。 (4)对于液态收缩和凝固收缩比较大的铸件,如中、大型铸钢件,浇注后要及时从浇口或冒口补浇。 (5)浇注时应及时将铸型中冒出的气体点燃顺气,以免由于铸型憋气而产生气孔,以及由于气体的 不完全燃烧而损害人体健康和污染空气。 铸造的坩埚炉熔化 常用的铸造有色金属有铸造铝合金、铸造铜合金、铸造镁合金和铸造锌合金等。 有色金属的熔点低,其常用的熔化用炉有坩埚炉和反射炉两类,用电、油、煤气或焦碳等作为燃 料。中、小工厂普遍采用坩埚炉熔化,如电阻坩埚炉、焦碳坩埚炉等,生产大型铸件时一般使用反射 炉熔化,如重油反射炉、煤气反射炉等。如图 是坩埚炉的示意图。 熔模铸造 熔模铸造又称失蜡铸造或精密铸造。它是用易熔材料(如蜡料)制成模样并组装成蜡模组,然后在模样表面上反复涂覆多层耐火涂料制成模壳,待模壳硬化和干燥后将蜡模熔去,模壳再经高温焙烧后浇 注获得铸件的一种铸造方法。熔模铸造工艺过程。 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。 熔模铸件的形状一般都比较复杂,铸件上可铸出孔的最小直径可达 0.5mm,铸件的最小壁厚为 0.3mm。在生产中可将一些原来由几个零件组合而成的部件,通过改变零件的结构,设计成为整体零 件而直接由熔模铸造铸出,以节省加工工时和金属材料的消耗,使零件结构更为合理。 熔模铸件的重量大多为零点几十牛(即几十克到几公斤),太重的铸件用熔模铸造法生产较为麻 烦,但目前生产大的熔模铸件的重量已达800 牛左右。 熔模铸造工艺过程较复杂,且不易控制,使用和消耗的材料较贵,故它适用于生产形状复杂、精 度要求高、或很难进行其它加工的小型零件,如涡轮发动机的叶片等。 金属型铸造,硬模铸造 将液态金属浇入用金属材料制成的铸型而获得铸件的方法,称为金属型铸造。