特種鑄造簡(jiǎn)介

1、特種成型技術(shù)課程報(bào)告 院 系： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)： 金屬材料成型加工 學(xué) 號(hào)： 20110800818 姓 名： 申澎洋 指導(dǎo)老師： 張春香 時(shí) 間 ： 2014年5月1日 特種鑄造技術(shù)簡(jiǎn)介鑄造(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(dòng)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(chǎng)或外力場(chǎng)（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。特種鑄造泛指除傳統(tǒng)砂型鑄造以外的鑄造方法，金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、擠壓鑄造、熔模鑄造、消失模鑄造、真空密封造型、負(fù)壓造型、陶瓷型鑄造、低壓鑄造、連續(xù)鑄造、擠壓鑄造、和磁

2、型鑄造等。1、 金屬型鑄造1. 定義：金屬液在重力作用下澆入金屬鑄型中，并在重力作用下結(jié)晶凝固而形成鑄件的一種方法。由于金屬型可反復(fù)使用幾百次到幾千次，故又稱永久型鑄造。2. 金屬型的材料：制造金屬型的材料應(yīng)根據(jù)澆注的合金選用，一般金屬型材質(zhì)的熔點(diǎn)應(yīng)高于澆入液態(tài)合金的溫度。澆注錫、鋅、鎂等低熔點(diǎn)合金，可用灰鑄鐵做金屬型；澆注鋁、銅等合金，要用合金鑄鐵或鋼做金屬型。3. 金屬型的結(jié)構(gòu)：金屬型的結(jié)構(gòu)首先必須保證鑄件(連同澆、冒口系統(tǒng))能從金屬型中順利取出。按分型面的不同金屬型可分為整體式、水平分型式、垂直分型式和綜合分型式等。4. 金屬型的澆注系統(tǒng)：多采用底注式或倒注式，以防止?jié)沧r(shí)金屬液飛濺，遇

3、金屬型壁急冷凝成“冷豆”存在于鑄件中，影響鑄件質(zhì)量。5. 金屬型的型芯：分金屬型芯和砂芯兩種。金屬型芯一般適用于有色金屬鑄件，使用時(shí)需考慮金屬型芯易于順利拔出。對(duì)澆注高熔點(diǎn)合金，采用砂芯，但每個(gè)砂芯只能使用一次。6. 金屬型鑄造優(yōu)點(diǎn)1) 金屬型鑄件的機(jī)械性能比砂型鑄件高。與砂型相比，金屬型的導(dǎo)熱性能好，鑄件凝固時(shí)冷卻速率高，即使結(jié)晶溫度范圍較寬的合金，也能得到密實(shí)的鑄件。同時(shí)，鑄件晶粒細(xì)化，尤其是鑄件表層結(jié)晶組織更細(xì)密，形成“鑄造硬殼”，鑄件的抗蝕性能和硬度也顯著提高。2) 鑄件尺寸精度和表面粗糙度(CT6CT9，Ra3.212.5m)均優(yōu)于砂型鑄件，其加工余量可減少。3) 鑄件的工藝收得率高

4、，液體金屬耗量減少，一般節(jié)約1530%。4) 工序簡(jiǎn)單，于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)率高，并且勞動(dòng)條件好。7. 金屬型鑄造的缺點(diǎn)1) 金屬型的制造成本高，周期長(zhǎng)，不適合單件、小批生產(chǎn)。2) 金屬型不透氣，鑄件在其中冷速大，易造成鑄件氣孔，澆不足等。3) 金屬型無(wú)退讓性，易造成鑄件開裂。4) 金屬型鑄造時(shí)，工藝參數(shù)對(duì)鑄件質(zhì)量影響較大，故要求嚴(yán)格。2、 壓力鑄造1. 定義：壓鑄是在高壓作用下，將液態(tài)或半液態(tài)金屬快速壓入金屬壓鑄型(也可稱為壓鑄?；驂盒?中，并在高壓作用下凝固而獲得鑄件的方法。2. 壓鑄機(jī)分類及工作原理1) 熱室壓鑄機(jī)：壓室與保溫坩堝爐連成一體，壓室浸在熔化的液態(tài)金屬中，其壓射機(jī)構(gòu)

5、安置在保溫坩堝上面。當(dāng)壓射沖頭上升時(shí)，金屬液通過(guò)進(jìn)口進(jìn)入壓室中，隨后壓射沖頭下壓，金屬液沿通道經(jīng)噴嘴充填壓鑄型型腔。冷凝后沖頭回升，多余金屬液回流至壓室中，然后打開壓型取出鑄件。2) 冷室壓鑄機(jī)：冷室壓鑄機(jī)的壓室與保溫爐是分開的，壓鑄時(shí)，要從保溫爐中將金屬液倒人壓室后進(jìn)行壓鑄。分為臥式冷室壓鑄機(jī)（壓室的中心線是水平的）和立式冷室壓鑄機(jī)（壓室的中心線是垂直的），兩者相比，立式有切斷、頂出余料的下油缸，因結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故增加了維修的困難。臥室壓鑄機(jī)壓室簡(jiǎn)單，維修方便。目前采用較多的是冷室壓鑄機(jī)。3. 壓鑄過(guò)程原理壓鑄過(guò)程分為四個(gè)階段：1) 慢速封孔階段：壓射充頭慢速向前移動(dòng)，金屬液在低壓力Pd作用

6、下被推向內(nèi)澆口（Pd小，壓射速度小，防止金屬液越過(guò)壓室澆注孔時(shí)濺出，并利于氣體排除）2) 充填階段：壓射活塞開始加速，并因內(nèi)澆口處阻力而出現(xiàn)小的峰壓，金屬液在壓力Pc作用下，以極高的速度在短時(shí)間內(nèi)充滿型腔。3) 增壓階段：充型結(jié)束，金屬液停止流動(dòng)，由動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闆_擊壓力能。壓力上升，并因增壓器開始工作，使壓力升至最高值。4) 保壓階段（壓實(shí)階段）：金屬在最終靜壓力Pj作用下進(jìn)行凝固，以得到組織致密的鑄件。金屬液在壓鑄型型腔中有層流充填、紊流充填、彌散式充填等三種填充方式。4. 壓鑄的優(yōu)點(diǎn)1) 鑄件的精度高，表面光潔(CT4CT8，Ral.66.3m)，并可直接鑄出極薄件或帶有小孔、螺紋的鑄件。2

7、) 鑄件冷卻快，又是在壓力下結(jié)晶，故晶粒細(xì)小，表層緊實(shí)，鑄件的強(qiáng)度、表面硬度高。 3) 生產(chǎn)率高，每小時(shí)可壓鑄50150次，最高可達(dá)500次且便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、半自動(dòng)化 4) 便于采用嵌鑄(又稱鑲鑄法)，利于制出一般壓鑄法難以制出的形狀復(fù)雜件。5. 壓鑄的缺點(diǎn)1) 壓鑄型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，壓鑄機(jī)生產(chǎn)效率高，一般壓鑄只用于定型產(chǎn)品的大量生產(chǎn)。2) 壓鑄高熔點(diǎn)鑄件時(shí)，易降低壓型壽命。目前壓鑄尚不適于鋼、鑄鐵等高熔點(diǎn)合金的鑄造。3) 由于壓鑄的金屬液注入和冷凝速度過(guò)快，型腔氣體難以完全排出，厚壁處難以進(jìn)行補(bǔ)縮，故壓鑄件內(nèi)部存有氣孔、縮孔和縮松。4) 壓鑄件應(yīng)盡量避免機(jī)械加工，以防止內(nèi)部孔洞外露。6

8、. 壓鑄的新發(fā)展由于充型時(shí)，型腔的氣體沒(méi)有完全排出以及鑄件在凝固收縮時(shí)得不到補(bǔ)縮，壓鑄件難以避免的產(chǎn)生內(nèi)部氣孔和疏松，這對(duì)壓鑄件的性能和擴(kuò)大應(yīng)用范圍都有不利影響。為解決此問(wèn)題，發(fā)展了一些壓鑄新工藝。如真空壓鑄法，充氧壓鑄法，半固態(tài)流變壓鑄技術(shù)以及雙壓射沖頭壓鑄等。3、 離心鑄造1. 定義：離心鑄造是將金屬液澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使之在離心力作用下完成充填及凝固成形的一種鑄造方法。2. 離心鑄造的基本類型1) 立式離心鑄造：鑄型的旋轉(zhuǎn)軸線處于垂直狀態(tài)，當(dāng)鑄型在立式離心鑄造機(jī)上繞垂直軸回轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力作用下，金屬液自由表面(內(nèi)表面)呈拋物面，使鑄件沿高度方向的壁厚上薄、下厚。鑄件高度愈大、直徑愈小

9、、轉(zhuǎn)速愈低時(shí)，其上、下壁厚差愈大。主要用于生產(chǎn)高度小于直徑的盤、環(huán)類鑄件。2) 臥式離心鑄造：鑄型的旋轉(zhuǎn)軸線處于水平狀態(tài)，或與水平線夾角很小(4°)。當(dāng)鑄型在臥式離心鑄造機(jī)上繞水平軸回轉(zhuǎn)時(shí)，由于鑄件各部分的冷卻、成形條件基本相同，所得鑄件的壁厚在軸向和徑向都是均勻的。臥式離心鑄造適用于鑄造長(zhǎng)度較大的套筒及管類鑄件，如銅襯套、鑄鐵缸套、水管等。3) 成形件離心鑄造：本質(zhì)上是一種立式離心鑄造。將鑄型安裝在立式離心鑄造機(jī)上，金屬液在離心力作用下充滿型腔。由于離心力提高了合金的流動(dòng)性，利于薄壁鑄件的成形。3. 離心鑄造的優(yōu)點(diǎn)1) 可不用型芯就能鑄出中空的鑄件，大大簡(jiǎn)化了套筒、管件類鑄件的生產(chǎn)

10、過(guò)程。2) 由于離心力的作用，可顯著提高金屬液的充型能力，因此，對(duì)流動(dòng)性差的合金和薄壁鑄件都可用離心鑄造法生產(chǎn)。3) 可生產(chǎn)雙金屬中空?qǐng)A柱形鑄件，如鋼背銅套、雙金屬軋輥等；4) 在離心力作用下，改善了補(bǔ)縮條件，特別是結(jié)晶溫度范圍寬的合金。氣體和非金屬夾雜也易于自金屬液中排除，因此，鑄件致密度高，氣孔、夾渣等缺陷少，力學(xué)性能高。但過(guò)共晶鋁硅合金易使鑄件內(nèi)部出現(xiàn)縮孔缺陷。5) 可減少甚至不用澆冒口系統(tǒng)，節(jié)省金屬液。4. 離心鑄造的缺點(diǎn)1) 鑄件易產(chǎn)生密度偏析，因此不適合于易產(chǎn)生密度偏析的合金鑄件(如鉛青銅)，尤其不適合于鑄造雜質(zhì)密度大于金屬液的合金。2) 鑄件內(nèi)孔直徑不準(zhǔn)確，內(nèi)孔表面比較粗糙，質(zhì)量

11、較差，加工余量大；3) 用于生產(chǎn)異形鑄件時(shí)有一定的局限性。4、 擠壓鑄造1. 定義：指在兩個(gè)半型分開的情況下，澆注金屬液，而后兩個(gè)半型合攏，將金屬液擠壓充滿整個(gè)型腔，使之凝固成形的鑄造方法。2. 擠壓鑄造的分類及原理1) 鑄型垂直合型擠壓鑄造法：鑄型垂直合型擠壓鑄造法也稱為液態(tài)金屬模鍛、液態(tài)金屬?zèng)_壓、液態(tài)金屬鍛造、沖頭壓力結(jié)晶等。鑄件成型過(guò)程：把凹型置于液壓機(jī)的工作臺(tái)上，凸型作為金屬?zèng)_壓時(shí)的沖頭，固定在液壓機(jī)的活動(dòng)橫粱上，在凹型內(nèi)倒人定量的金屬液，凸型垂直下移，凹型內(nèi)金屬液在凸型擠壓下充填型腔，在壓力下凝固成形。鑄型為金屬型，金屬液在合型后處于封閉狀態(tài)，鑄件凝固時(shí)所受壓力較大。鑄型垂直合型擠壓

12、鑄造法優(yōu)缺點(diǎn)：1 鑄件內(nèi)部氣孔、縮松等缺陷少，組織致密，晶粒細(xì)小，組織均勻。 2 鑄件尺寸精度高，可達(dá)CT5，表面粗糙度較低(達(dá)Ra6.3m)。3 鑄件在壓力下凝固，利于防止鑄件裂紋。4 無(wú)澆冒口，工藝收得率可超過(guò)90。5 生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件好。6 適于生產(chǎn)力學(xué)性能要求高、氣密性要求好的各種鑄件。7 需用價(jià)格高的液壓機(jī)，不宜鑄造形狀很復(fù)雜的鑄件。2) 鑄型旋轉(zhuǎn)合型擠壓鑄造法 鑄件成形過(guò)程：先向呈張開合頁(yè)狀的鑄型底部澆人一定量的金屬液；而后動(dòng)型向定型旋轉(zhuǎn)合攏，把鑄型底部的金屬液擠壓向上流動(dòng)；當(dāng)動(dòng)型旋轉(zhuǎn)至固定位置時(shí)，停止不動(dòng)，多余的金屬液經(jīng)定型上的流槽流人型外，金屬在型內(nèi)凝固成形。鑄型旋轉(zhuǎn)合型擠壓

13、鑄造法特點(diǎn)： 充型過(guò)程平穩(wěn)，不易卷進(jìn)型腔中的氣體，型腔中氣體也易向鑄型開口處排除。 金屬液充填型腔時(shí)是隨著型腔斷面由大變小在壓力作用下充型的，它所遇阻力比直接在窄的型腔中充填時(shí)要小得很多，并且在流動(dòng)過(guò)程中的散熱也較慢，故特適于鑄造大型薄壁件。 在型腔合攏過(guò)程中，在金屬流的斷面上在液流的中央金屬液的流速最快，而在靠近型壁處，金屬液的流速最低，這樣就創(chuàng)造了金屬液流中的夾雜顆粒和氣泡向液流中央集聚，并隨液流上升至鑄型最高邊緣，隨多余金屬液一起流出鑄型的條件，減少鑄件中可能出現(xiàn)的夾渣、氣孔缺陷。 沿鑄型壁結(jié)晶的金屬凝固殼與夾在它們中間的金屬液間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故流動(dòng)的金屬液可在結(jié)晶前緣上具有較大的對(duì)已凝固

14、金屬層的補(bǔ)縮能力，并且擠壓成形時(shí)金屬液中不斷增大的壓力也進(jìn)一步助長(zhǎng)了這種補(bǔ)縮壓力，使鑄件組織致密化。不僅如此，在金屬液流動(dòng)情況下的鑄件結(jié)晶還可促使形成細(xì)小的等軸晶粒。5、 熔模鑄造1. 定義與原理：熔模鑄造又稱失蠟鑄造。它是用易熔材料(蠟料)制成精確的可熔性模樣(熔模)，在模樣表面涂覆多層耐火材料，待干燥、硬化后，加熱將模樣熔去，獲得與模樣形狀相應(yīng)的整體型殼，再經(jīng)高溫焙燒之后進(jìn)行澆注而獲得鑄件的一種方法。2. 熔模鑄造的工藝流程：1) 制造壓型，壓型是用于壓制蠟?zāi)５膶Ｓ媚＞?。壓型?yīng)尺寸精確、表面光潔，且壓型的型腔尺寸必須包括蠟料和鑄造合金的雙重收縮量，以壓出尺寸精確、表面光潔的蠟?zāi)?。主要有機(jī)械

15、加工壓型、易容合金壓型。2) 制作熔模，按照模料的規(guī)定成分和配比，將各種原料熔融成液態(tài)，混合并攪拌均勻，濾去雜質(zhì)澆成錠塊或調(diào)制成糊狀模料待用。普遍采用壓制成型的方法，壓制成型。制作熔模的材料按成分分為：蠟基模料（以礦物蠟和動(dòng)植物蠟為主要組分）、松香基模料和其它模料（如塑料模料、尿素模料和充填模料等）。按模料熔點(diǎn)的高低分為：低溫、中溫和高溫模料。3) 熔模組裝：將制作的熔模組件組裝成整件。4) 制殼：在蠟?zāi)＝M上涂掛耐火材料以制成較堅(jiān)固的耐火型殼。制殼的主要工序包括：模組的除油和脫脂、上涂料和撒砂、干燥和硬化、脫模和焙燒等。3. 熔模鑄造的優(yōu)點(diǎn)：1) 鑄件尺寸精度較高，表面粗糙度較低，可減少或無(wú)需

16、機(jī)加工。2) 熔模鑄件的外形和內(nèi)腔形狀幾乎不受限制，可以鑄造出形狀復(fù)雜件、薄壁件以及質(zhì)量很小的鑄件。3) 鑄件不受合金種類限制，尤其對(duì)難以切削加工或鍛壓加工的合金，更能顯示其優(yōu)越性。生產(chǎn)批量也沒(méi)有限制，可以從單件到成批大量生產(chǎn)。 4. 熔模鑄造的缺點(diǎn)：1) 工序復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。2) 原材料價(jià)貴，鑄件成本高。3) 鑄件不能太大、太長(zhǎng)，否則蠟?zāi)Ｒ鬃冃危瑔适г芯取?、 消失模鑄造1. 定義：消失模鑄造又稱“氣化模造型”、“泡沫聚苯乙烯塑料模造型”、“無(wú)型腔鑄造”或“實(shí)型鑄造”。 其實(shí)質(zhì)是采用泡沫聚苯乙烯塑料模樣代替普通模樣，造好型后不取出模樣就澆人金屬液，在灼熱液體金屬的熱作用下，泡沫塑料模氣

17、化、燃燒而消失，金屬液取代了原來(lái)泡沫塑料模所占據(jù)的空間位置，冷卻凝固后即可獲得所需要的鑄件。2. 消失模鑄造的主要工藝過(guò)程：消失模模樣的制造模樣與澆冒口的粘合模樣涂掛涂料和干燥填干砂并振動(dòng)緊實(shí)澆注落砂清理。3. 消失模鑄造分類1) 用聚苯乙烯發(fā)泡板材，分塊制作然后粘合成模樣，采用水玻璃砂或樹脂砂造型。這類方法主要適用于單件小批量的中大型鑄件的生產(chǎn)，如汽車覆蓋件模具、機(jī)床床身等，一些工廠曾成功地用消失模鑄造工藝澆注了50t的鑄鋼件和32.5t的鑄鐵件。2) 將聚苯乙烯顆粒在金屬模具內(nèi)加熱膨脹發(fā)泡，形成消失模模樣，并采用干砂造型(該法稱為expendable pattern casting，簡(jiǎn)稱E

18、PC法)，它主要適用于大批量中小型鑄件的生產(chǎn)，如汽車、拖拉機(jī)、鑄件管接頭、耐磨件等。4. 消失模鑄造特點(diǎn)：1) 由于采用了遇金屬液即汽化的泡沫塑料制作模樣，無(wú)需起模，無(wú)分型面，無(wú)型芯，因而鑄件無(wú)飛邊毛刺，減少了由型芯組合而引起的鑄件尺寸誤差。鑄件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模鑄造，但鑄件的尺寸可大于熔模鑄件。2) 為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了充分的自由度。3) 消失模鑄造的工序比砂型鑄造及熔模鑄造大大簡(jiǎn)化。4) 提高冒口的金屬利用率。5) 減少材料消耗，降低鑄件成本。5. 消失模鑄造存在的問(wèn)題：1) 泡沫塑料模只能澆注一次，每生產(chǎn)一個(gè)鑄件就消耗一個(gè)模樣，增加了鑄件的成本；2) 泡沫塑料的密度小、強(qiáng)度低

19、，若采用普通型砂造型，模樣容易產(chǎn)生變形，影響鑄件尺寸精度；3) 泡沫聚苯乙烯塑料摸樣在澆注過(guò)程的氣化、燃燒，產(chǎn)生一定量的煙霧和碳?xì)浠衔铮绊懝と藵沧⒉僮骱蛙囬g的環(huán)境衛(wèi)生；4) 對(duì)于具有凹深空腔、形狀復(fù)雜的鑄鐵件，采用實(shí)型鑄造，鑄鐵件容易產(chǎn)生皺皮缺陷；5) 鑄鋼件采用實(shí)型鑄造時(shí)，鑄件經(jīng)常產(chǎn)生滲碳現(xiàn)象等。7、 真空密封造型1 定義：真空密封造型簡(jiǎn)稱真空造型，又稱真空薄膜造型法、減壓造型法和“v”法造型（vacuum）。它是一種物理造型方法，它的基本原理是在特制的砂箱內(nèi)，填入無(wú)水無(wú)粘結(jié)劑的干石英砂，用塑料薄膜將砂箱密封后抽成真空，借助鑄型內(nèi)外的壓力差使型砂緊實(shí)和成型。2 真空密封造型的主要工藝過(guò)程

20、1) 根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制造帶有抽氣箱和抽氣孔的模板以及特殊結(jié)構(gòu)砂箱。2) 將經(jīng)烘烤呈塑性狀態(tài)的塑料薄膜覆蓋在模板上，開動(dòng)真空泵構(gòu)成真空，使塑料薄膜緊貼附在模板上并讓其成型 3) 將帶有過(guò)濾抽氣管的特制砂箱放在已覆蓋塑料薄膜的模板上。4) 往砂箱里填人沒(méi)有粘結(jié)劑及附加物的干石英砂，并微震緊實(shí)、刮平。 5) 在砂型上面安放密封塑料薄膜，打開抽氣閥門抽去型砂中的空氣，使鑄型內(nèi)外存在2.943.92kPa(300400mm汞柱)的壓力差。在壓力差的作用下，鑄型具有較高的硬度，型砂硬度計(jì)的讀數(shù)可達(dá)95左右。6) 去除模板內(nèi)的真空，使它與大氣相通，這樣原來(lái)覆蓋在模板上的塑料薄膜就均勻地貼附在砂型表面上，然后起模，但鑄型內(nèi)要繼續(xù)抽真空，直到鑄件全部凝固為止。7) 依照上述方法制造另一半型。8) 下芯、合箱、澆注。在澆注過(guò)程中塑料薄膜逐漸消失，但鑄型仍能保持原狀而不潰散。 9) 待金屬全部凝固后，停止對(duì)鑄型抽真空，使鑄型內(nèi)的壓力逐漸與鑄型外的壓力相近，鑄型就自行潰散，可方便地取出鑄件。3 較其它造型方法，真空密封造型有以下優(yōu)點(diǎn)：鑄件的