铸造 - 图文(2)

a）紧实型砂示意图 b) 为顶杆式起模示意图

图2-9常用震压式造型机工作原理

3. 造芯

制造型芯的过程,称为造芯。其方法分为手工造芯和机器造芯两类。一般情况下采用手工造芯,大量生产时采用机器造芯。图2-10为用简单芯盒手工造芯示意图。也可用刮板造芯。如图2-11所示。

1-型芯 2-芯盒 3-定位销 4-底板 5-夹钳

图2-10 芯盒造芯 图2-11 刮板造芯

4. 浇注系统与冒口

浇注系统是将液态金属平稳地导人、填充型腔与冒口的通道,称为浇注系统。通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成,如图2-12所示。除导入液态金属外,浇注系统还起到挡渣、补缩与调节铸件的冷却顺序等作用。

冒口： 在铸型内,储存和供补缩铸件用熔融金属的空腔,也指该腔中充填的金属。其作用是补缩、排气和除渣。对于凝固时体积收缩量较大的钢、球墨铸铁、铸造黄铜等,冒口的补缩作用更显得重要一些。冒口设置于铸件的顶部或\热节\处,见图2-12b。

a) b)

图2-12 浇注系统

5. 铸型、型芯的烘干及合箱

铸型和型芯的烘干: 目的是提高铸型与型芯的强度、透气性,以及减少其挥发性气体。通常, 型芯都要进行烘干,而铸型是在不能保证铸件质量时,才进行烘干。

合箱: 把铸型的各部分以及型芯装配在一起的操作,称为合箱。其工艺要点是要保证铸型型腔的尺寸与形状,以及型芯相对位置的稳固。

§2.2铸造工艺图

铸造工艺图,是用规定的工艺符号或文字绘在零件图样上,或另绘工艺图样,表示铸型 分型面、浇冒口系统、浇注位置、型芯结构尺寸、控制凝固措施(冷铁、保温衬板)等的图样。它是铸造生产的重要工艺文件,是制造模样、芯盒和造型操作的根据。

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为了保证铸件的质量,必须根据零件的结构特点、生产批量和生产条件绘制铸造工艺图,使铸件具有良好的结构工艺性,铸造工艺过程简单、合理。

一 浇注位置的确定

浇注时,铸件在铸型中所处的位置,叫作铸件的浇注位置。其确定原则为:

1. 铸件主要的加工面与工作面应朝下,或者使其处于侧面。这是因为浇注时,液态金属中的气孔、夹渣、砂粒等易上浮,使铸件上部的质量变差。

2. 铸件的大平面应朝下,这样不仅减少产生气孔、夹渣的可能,而且,型腔上表面因长时间受合金的烘烤,容易拱起或开裂,造成夹砂。

3. 将铸件薄而大的平面放在铸型的下部、侧面或倾斜的位置,以利于液态合金充填铸型,防止浇不足、冷隔等缺陷。

4. 对于容易产生缩孔的铸件,浇注时,将铸件厚壁处放在上部或侧面,以保证铸件自下而上顺序凝固,使胃口充分发挥作用。

二 分型面的选择

制造铸型时,为便于取出模样,将铸型做成几部分,其结合面称为分型面。选择时,尽量做到既保证铸件质量,又简化操作工艺。通常考虑以下几个方面:

c) 图2-13 槽轮的分型面

1. 尽可能将铸件的全部或大部分置于同一砂型内,以避免错箱和产生较大的隙缝与毛刺。

2. 分型面的数目应少,且为平面。图2-13为槽轮的分型面,图C比较合理,只有一个分型面,采用了整体模两箱造型。这样，既简化了造型操作，又保证了铸件质量，还提高了生产率。

3. 尽量减少型芯与活块的数目

4. 分型面的选择应有利于下芯、合箱,使型芯安放稳固,便于检查型腔尺寸。

分型面与浇注位置的关系,尽量做到二者统一。一般来说,对质量要求高的铸件,浇注位置的确定处于主导地位;对质量要求不高的铸件,简化造型工艺是主要的,应优先考虑分型面的选择。

三 工艺参数的确定

通常情况,铸件的形状、尺寸与零件是不一样的,模样的尺寸、形状与铸件也不一样。零件、模样与铸件三者之差异量,称为工艺参数,主要有下列各项:

1. 切削加工余量 铸件为进行机械加工而加大的尺寸,称谓切削加工余量。零件凡是要切削加工的表面,都要留加工余量。

另外,零件上一些细小的沟槽、孔眼与台肩等不宜铸造出来,用机械加工方法制做更为经济。

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2)起模斜度为了便于从铸型中取出模样,或者型芯自芯盒中脱出,平行于起模方向模壁 都要制成倾斜的,该斜度叫作起模斜度,又叫拔模斜度。

3. 收缩量铸件冷却后,由于合金的收缩而使其尺寸减小。为此,模样的尺寸要比铸件略 大些,以补偿铸件的收缩。其\放大\量因合金的种类而异。

4. 铸造圆角设计铸件与制造模样时,铸件壁的连接和转角处,都要做成圆弧过渡,称为铸 造圆角。这样,可以防止铸件产生裂纹、砂眼和粘砂等缺陷。铸造圆角分为内圆角与外圆角。铸件上内壁相交构成内圆角,外表面相交则形成外圆角。

5. 型芯头 型芯头是用来 支承和固定型芯的。因此,制做模样与芯盒时,都必须做出型芯头。造型时,模样上的型芯头在铸型中做出型芯座。下型时,将型芯上的型芯头放入铸型的型芯座内,以保证型芯的位置准确、牢固,见图2-14。型芯头的尺寸取决于型芯的大小,要便于铸型的装配,同时,型芯头与型芯座之间要有一定的间隙。

图2-15是一压盖的零件图、铸造工艺图、铸件图、模样图及芯盒图,根据此图可进一步全面了解零件模样及铸件的形状和尺寸的差异，以及铸造工艺图的主要内容及其在砂型铸造生产过程中的重要作用。

图2-14 型芯头和型芯座 图2-15压盖的零件图、铸造工艺图、模样及芯盒

§2.3铸造工艺基础

一 铸件的凝固

物质由液态转变为固态的过程称为凝固,金属的凝固过程又称为结晶。 1.铸造合金的结晶

铸造合金的结晶通过晶核的形成和晶体的长大这两个相互联系的基本过程来实现。实际铸造合金的结晶,大多是以非均质方式形核。晶核的形成可能是由于液态金属中的一些原子自发地聚集在一起,按金属晶体的固有规律排列起来,形成自发晶核;也可能是由于液态金属中一些外来的微细的固态质点而形成的外来晶核。非均质形核所需能量较小,因而可以在较小过冷度下获得较多的晶核数目,这也是孕育(变质)处理技术可获得细晶铸件的原因。

晶体长大是合金液体中的原子不断向晶核表面堆砌的过程,也是液一固界面不断向液体中推进的过程。晶体沿各个方向的生长速度是不均匀的,它主要沿生长线速度最大的方向发展,这样就形成了晶轴。晶轴继续长大,并在其上长出许多小晶轴,发展为树枝状。在晶体长大的同时 新的晶核又陆续出现,它们也同样地形成晶体,这样就有许多晶体在不同的程度上长

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大着。当它们长大到与相邻的晶体相抵触时,这个方向的长大就停止了。当全部长大的晶体都相互抵触时, 液态金属即已耗尽,结晶过程也就完成了。当过冷度较大,特别是液体中存有杂质时,晶体往往 以树枝状形式长大。

凝固条件不同,晶体形态会发生变化。铸型型壁处传热快,型壁表面又有促进形核的作用, 使得达到液相线温度的那部分液体合金在型壁上产生大量晶核,在型壁\激冷\及液体合金热对流的综合作用下,形成一层很薄的等轴细晶区。在细晶区形成的同时,铸型温度升高,液体合金 的冷却速度降低,过冷度减小,形核率降低,使那些与传热最快方向相反、与型壁垂直的晶核,优先长大并顺利长人液体合金;而其它方向上的晶核受相邻晶体的阻碍生长较慢。此过程继续下 去,就形成了向液体合金内部平行长大的柱状晶区。铸型心部,过冷度大为减小,温度梯度小,传热逐渐无方向性,晶体向各个方向充分、均匀长大,形成了粗大的等轴晶区。铸件的质量和机械性能主要取决于柱状晶和等轴晶所占的比例。铸件究竟是以柱状晶为主,还是以等轴晶为主,除了和铸造合金的成分有关,还与铸件的凝固方式有关。

2.铸件的凝固方式

铸件在凝固过程中,除纯金属和共晶成分合金外,一般都存在三个区域,即固相区、凝固(固—液两相)区和液相区。根据凝固区宽度的不同,铸件的凝固方式可分为逐层凝固、糊状凝固和中间凝固三种方式。

(1)逐层凝固

纯金属、共晶类合金及窄结晶温度范围的合金,如灰口铸铁、铝硅合金、硅黄铜及低碳钢等, 倾向于逐层凝固方式。其特征是,紧靠铸型壁的外层合金,一旦冷却至凝固点或共晶点温度时, 即凝固成固态晶体,而处于上述温度以上的里层合金,仍为液态。固—液界面分明、平滑,不存在固液交错。随着热量传向型壁,温度不断下降,又一层固态晶体形成。如此凝固过程继续下去, 柱状晶向液体内生长,直至彼此抵触为止。断面心部尚未凝固的液体金属及低熔点杂质,被柱状晶所封闭,见图2-16a

(2)糊状凝固

结晶温度范围大的合金,如铝铜合金、锡青铜及球墨铸铁、高碳钢等,倾向于糊状凝固方式。这些合金一旦冷却至液相线温度时,结晶出的第一批晶粒即被周围剩余的液体合金所包围,晶体生长在各个方向上比较均匀;温度继续下降,新形成的另一批晶粒又被液体合金包围,这使小晶粒充斥整个断面,固液交错,最终在铸件整个断面上生成粗大的等轴晶;尚未凝固的液体合金,则被众多的等轴晶封闭。这种凝固方式犹如水泥凝固,先呈糊状而后固化,见图2-16b。

图2-16铸件的凝固方式

(3)中间凝固

中碳钢、白口铁以及部分特种黄铜等,倾向于中间凝固方式。它介于逐层凝固和糊状凝固之间,既有柱状晶又有等轴晶。

合金铸件的凝固区不是一成不变的,它还与铸件的温度有关,因此凡是影响铸件温度梯度的因素,都影响凝固区的大小。例如,有些合金在砂型铸造时呈中间凝固,而改为金属型铸造时

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可减小凝固区的宽度。

二 合金的铸造性能

合金的铸造性能是指在铸造生产过程中,容易获得正确的外形、内部又健全的铸件的难易程度。铸造性能通常用充型能力、收缩性等指标来衡量。影响铸造性能的因素很多,除合金元素的化学成分外,还有工艺因素。因此,必须掌握合金的铸造性能,以便采取工艺措施,防止铸造缺陷,提高铸件质量。

1.合金的充型能力

熔融金属充满型腔,形成轮廓清晰、形状完整的铸件的能力叫做液态合金的充型能力。影响液态合金充型能力的因素有两个:一是合金的流动性,二是外界条件。

(1)合金的流动性

铸造合金流动性的好坏,通常以螺旋形流动性试样的长度来衡量。将金属液浇入图2-17所示的螺旋形试样的铸型中,在相同的铸型及浇注条件下得到的螺旋形试样越长,表示该合金的流动性越好。不同种类合金的流动性差别较大,如表2-1所示。铸铁和硅黄铜的流动性最好,铝硅合金次之,铸钢最差。在铸铁中,流动性随碳、硅含量的增加而提高。同类合金的结晶温度范围越小,结晶时固液两相区越窄,对内部液体的流动阻力越小,合金的流动性也越好。

图2-17螺旋形流动性试样示意图 1-试样；2-浇口杯；3-冒口；4-试样凸点

表2-1 常用合金的流动性比较

合金 铸铁 (ωc+si=6.2%) (ωc+si=5.9%) (ωc+si=5.2%) (ωc+si=4.2%) 铸钢(ωc,0.4%) 铝硅合金 镁合金(Mg-Al-Zn) 锡青铜(ωsn,9%-11%) (ωZn,2%-4%)

砂型 金属型(300℃) 砂型 砂型 砂型 造型材料 浇注温度/℃ 1300 1300 1300 1300 1600 1640 690~720 700 1040 螺旋线长度/㎜ 1800 1300 1000 600 100 200 100~800 400~600 420 10

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