特種鑄造課件

第七章、特種鑄造低壓鑄造概述低壓鑄造工藝低壓鑄造設(shè)備特種鑄造綜述第七章、特種鑄造低壓鑄造概述第一節(jié)低壓鑄造概述1、概念：低壓鑄造就是將鑄型安放在密封的坩堝上方，坩堝中通入壓縮空氣，在熔池表面形成低壓力（一般為60-150KPa），使金屬液通過升液管充填鑄型和控制凝固的鑄造方法第一節(jié)低壓鑄造概述1、概念：2、低壓鑄造原理

低壓鑄造的基本原理如圖所示：在裝有合金液的密封容器（坩堝）中，通入干燥的壓縮氣體，作用在保持一定澆注溫度的合金液面上，造成密封容器內(nèi)與鑄型型腔的壓力差，使合金液在較低的壓力作用下、沿著升液管內(nèi)孔自下而上地經(jīng)輸液過道、鑄型澆口、平穩(wěn)地充入鑄型；待合金液充滿型腔后，增大氣壓，使型腔里的合金液在較高的壓力作用下結(jié)晶凝固；然后卸除密封容器內(nèi)的壓力，讓升液管、輸液過道內(nèi)尚未凝固的合金液依靠自重回落到坩堝中。至此，即完成了一個低壓澆注工藝過程。再經(jīng)脫模取件而得到所需要的鑄件。2、低壓鑄造原理低壓鑄造的基本原理如圖所示：第七章特種鑄造課件3、低壓鑄造的特點(diǎn)：a、低壓鑄造充型平穩(wěn)：低壓鑄造時，液態(tài)金屬自下而上進(jìn)入型腔，充型平穩(wěn)，因而可避免金屬液對型壁或砂芯的沖刷，以防止氣孔，夾雜等缺陷的產(chǎn)生。

b、鑄件成形性好：金屬液充型是在外界壓力作用下強(qiáng)迫流動的，從而提高了液態(tài)金屬的填充能力，可獲得輪廓清晰，表面光潔的鑄件。3、低壓鑄造的特點(diǎn)：c、鑄件組織致密：鑄件的結(jié)晶凝固是在壓力（60-150Kpa)下完成的，補(bǔ)縮效果好，組織致密，從而提高了鑄件的力學(xué)性能。

d、提高鑄件的成品率：低壓鑄造大大簡化了澆注系統(tǒng)和冒口系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高了金屬液的利用率，即提高了鑄件的成品率（90%）。c、鑄件組織致密：鑄件的結(jié)晶凝固是在壓力（60-150

4、低壓鑄造適用范圍：

a、適用于非鐵金屬鑄件：低壓鑄造因采用的壓力低，設(shè)備簡單，只適用于低熔點(diǎn)的非鐵金屬的鑄件。

b、適用于薄壁鑄件：低壓鑄造時，因鑄件是在壓力作用下成形，故可生產(chǎn)比較復(fù)雜的薄壁鑄件，且質(zhì)量不低于壓力鑄造。成本比較低。4、低壓鑄造適用范圍：第二節(jié)低壓鑄造工藝鑄型種類：1.金屬型：低壓鑄造采用金屬型時，多用于大批量生產(chǎn)的非鐵金屬鑄件。2.非金屬鑄型：單件小批量生產(chǎn)時，低壓鑄造也可采用非金屬鑄型，如砂型、石墨型、陶瓷型等。第二節(jié)低壓鑄造工藝鑄型種類：充型和增壓低壓鑄造時，鑄型的充填完全是由坩堝中金屬液面氣體的壓力來實(shí)現(xiàn)的，所需壓力用下式公式計(jì)算：P=Hρ式中P-壓力H-坩堝中液面至型腔頂部的高度

ρ–金屬液密度充型和增壓低壓鑄造時，鑄型的充填完全是由坩堝中在實(shí)際中，由于型腔排氣不良和金屬液粘度阻力等影響，上式須加以修正：P=Hρμ

式中μ-阻力因素，一般為1-1.5。在實(shí)際中，由于型腔排氣不良和金屬液粘度阻1.升液壓力和升液速度升液壓力P1是當(dāng)金屬液面上升到澆道口，高度為H1時所需要的壓力，其值為：P1=H1ρμ式中P1-金屬液面上升到澆道口的壓力；H1-金屬液面到澆道口的高度。上升速度：V1=P1/t1

上升速度控制在150mm/s以下1.升液壓力和升液速度2.充型壓力和充型速度

充型壓力是指在充型階段中，金屬液上升至鑄型型腔頂部（即完全充滿型腔）時所需提供的氣體壓力。P2=H2ρμ

式中P2-充型壓力，金屬充填型腔頂部的壓力；

H2--為型腔頂部與坩堝中金屬液面的距離；2.充型壓力和充型速度在充型階段，金屬液液面上的壓力從P1上升到P2,其升壓速度就是充型速度，即V2=(P2-P1)/t2

式中：V2-加壓速度，t2–充型時間。在充型階段，金屬液液面上的壓力從P1上第七章特種鑄造課件3.增壓和增壓速度

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)晶壓力或保壓壓力。用P3表示：P3=KP2式中：P3-結(jié)晶壓力，P2-充型壓力，K-增壓因素，一般在1.3-2.0范圍內(nèi)。3.增壓和增壓速度

結(jié)晶壓力越大，補(bǔ)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。采用砂型時，P3值一般在3.92-6.86Kpa坩堝中金屬液液面上的壓力也是在一段時間內(nèi)由P2增至P3，其增壓速度可用下式表示，即V3=(P3-P2)/t3式中：V3-增壓速度（pa/s）t3–增壓時間（s）注：金屬型、芯V3取10KPa/s;砂型澆注厚壁件，V3取5KPa/s結(jié)晶壓力越大，補(bǔ)縮效果越好，最后獲得的鑄4.保壓時間

型腔壓力增至結(jié)晶壓力P3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。如果保壓時間不夠，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坩堝，造成鑄件報(bào)廢；如果保壓時間過久，則造成澆道口金屬液凝固，使鑄件出型困難，增加清理工作量和降低生產(chǎn)率。一般鑄件凝固后，內(nèi)澆口的長度在40mm左右或內(nèi)澆口處無縮孔時，所取保壓時間是適宜的。4.保壓時間鑄型溫度及澆注溫度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，對金屬型的工作溫度有一定的要求，如低壓鑄造鋁合金時，金屬型的工作溫度可控制在200-250℃，澆注薄壁復(fù)雜件時，可以高達(dá)300-350℃。鑄型溫度及澆注溫度低壓鑄造可采用各種鑄型，對非涂料低壓鑄造采用金屬型，工作表面需噴刷涂料，所用涂料與一般金屬型鑄造所用的涂料相同。低壓鑄造所用的干砂芯，為了防止機(jī)械粘砂也應(yīng)噴刷涂料，與普通砂型鑄造相同。升液管及坩堝在使用前也要噴刷涂料，以便延長使用壽命。涂料低壓鑄造采用金屬型，工作表面需噴刷涂料，所第三節(jié)低壓鑄造設(shè)備按鑄型保溫爐的連接方式，可分頂注式低壓鑄造機(jī)和側(cè)注式低壓鑄造機(jī)。一般由保溫爐及附屬裝置、鑄型開合系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)組成。頂注式低壓鑄造機(jī)，目前使用較普遍，其特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，操作方便，缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低。側(cè)注式低壓鑄造機(jī)其特點(diǎn)是鑄型置于保溫爐的側(cè)面，兩者用升液管聯(lián)結(jié)，提高了生產(chǎn)效率。第三節(jié)低壓鑄造設(shè)備按鑄型保溫爐的連接方式，可分頂注式1.保溫爐及其附屬裝置保溫爐由爐體、熔池、密封蓋和升液管組成。保溫爐：保溫爐爐型很多，如焦炭爐、煤氣爐、天然氣爐、感應(yīng)爐等，使用最多的使電阻加熱爐。密封蓋：電阻加熱保溫爐所用的密封蓋，因它必須與坩堝、升液管和鑄型緊密配合，要承受鑄型和開合型機(jī)構(gòu)的沖擊。1.保溫爐及其附屬裝置保溫爐由爐體、熔池、密封蓋和升液管組成升液管：它的上部與鑄型連接，下部浸泡在液體金屬中，是液體金屬流入型腔的通道，它除了要保證金屬液充滿鑄型外，還應(yīng)使鑄件得到充分的補(bǔ)縮2.供氣系統(tǒng)壓縮空氣（600-800kpa)經(jīng)過干燥過濾器，除去水分和油，達(dá)到充型壓力20-25kpa范圍內(nèi)（減壓過程）升液管：它的上部與鑄型連接，下部浸泡在液體金屬中，是液體金屬第四節(jié)特種鑄造綜述一、金屬型鑄造特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）金屬型鑄造的鑄件力學(xué)性能高，抗拉強(qiáng)度一般可提高20-25%。2）金屬型鑄件尺寸精度較好，表面光潔。3）金屬型鑄件成品率較高4）金屬型鑄件冷卻快，生產(chǎn)效率高，且容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。缺點(diǎn)：金屬型制造成本高，其工作溫度、澆注溫度和澆注速度都較難控制。第四節(jié)特種鑄造綜述一、金屬型鑄造特點(diǎn)二、熔模鑄造

特點(diǎn)：1）熔模鑄造可生產(chǎn)各種材質(zhì)的合金鑄件。2）熔模鑄件尺寸精度高，表面光潔。3）熔模鑄件其重量可為幾十克到幾十千克，其最小壁厚可以達(dá)0.3mm，最小直徑可達(dá)0.5mm。4）金屬型鑄件冷卻快，生產(chǎn)效率高，且容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。從熔模鑄造的特點(diǎn)看，熔模鑄造很適合生產(chǎn)重量小，薄壁復(fù)雜鑄件。二、熔模鑄造概念：熔模鑄造又稱“失蠟鑄造”，是用易熔材料如蠟料制成模樣，在模樣上包覆若干層耐火材料，制成型殼，熔出模樣，經(jīng)高溫焙燒即可澆注的鑄造方法，由于獲得的鑄件具有較高的尺寸精度和低的表面粗糙度值，故又稱“熔模精密鑄造”。可用熔模鑄造法生產(chǎn)的合金種類：碳素鋼、合金鋼、不銹鋼、耐熱合金、永磁合金、軸承合金、銅合金、鋁合金、鈦合金和球墨鑄鐵等。概念：熔模鑄造又稱“失蠟鑄造”，是用易熔材料如蠟料制成模樣，熔模的制造：制造熔模是熔模制造生產(chǎn)的第一個工序，熔模是用來形成耐火型殼中型腔的模樣，所以要獲得尺寸精度高的鑄件，首先熔模本身就應(yīng)該具有高的尺寸精度和低的表面粗糙度值。此外，熔模本身的性能還應(yīng)盡可能使隨后的制殼等工序簡單易行。為得到上述高質(zhì)量要求的熔模，除了應(yīng)有好的壓型（壓制熔模的模具）外，還必須選擇合適的制模材料（簡稱模料）和合理的制模工藝。

熔模的制造：

1、模料：制模材料的性能不但應(yīng)保證方便的制得尺寸精度和表面粗糙度值低，強(qiáng)度高，重量輕的熔模，它還應(yīng)為型殼的制造和獲得良好鑄件創(chuàng)造條件。模料一般用蠟料（蠟基模料）、天然樹脂（樹脂基模料）和塑料（合成樹脂）配制。經(jīng)常用來配制模料的原材料的性能見下表:1、模料：制模材料的性能不但應(yīng)保證方便的制得尺寸精度和

2、模料的配置和回收

1）模料的配置：配制模料的目的是將組成模料的各種原材料混合成均勻的一體，并使模料的狀態(tài)符合壓制熔模的要求。配制時主要用加熱的方法使各種原材料熔化混合成一體，而在冷卻情況下，將模料劇烈攪拌，使模料成為糊膏狀態(tài)供壓制熔模用。2、模料的配置和回收2）模料的回收樹脂基模料：回收模料再重熔過濾后用來制作澆冒口系統(tǒng)的熔模蠟基模料：脫模后模料回收可在用來制作新的熔模2）模料的回收3、熔模和熔組的制造：1）熔模的制造：生產(chǎn)中大多采用壓力把糊狀模料壓入壓型的方法制造熔模。壓制熔模之前，需先在壓型表面涂分型劑，以便從壓型中取出熔模。壓制蠟基模料時，分型劑可為機(jī)油、松節(jié)油等；壓制樹脂基模料時，常用麻油和酒精的混合液做分型劑。分型劑層越薄越好，使熔模能更好的復(fù)制壓型的表面，提高熔模的表面質(zhì)量。壓制熔模的方法有：柱狀加壓法、氣壓法和活塞加壓法。熔模壓制方法示意圖如下：3、熔模和熔組的制造：2）熔模的組裝：熔模的組裝是把形成鑄件的熔模和形成澆冒口系統(tǒng)的熔模組合在一起，主要有焊接法和機(jī)械組裝法兩種。①焊接法。用薄片狀的的烙鐵，將熔模的連接部位熔化，使熔模焊在一起。②機(jī)械組裝法：在大量生產(chǎn)小型熔模鑄件時，國外已廣泛采用機(jī)械組裝法組合模組，采用機(jī)械組裝法可使模組組合效率大大提高，工作條件也得到了改善，如圖所示：2）熔模的組裝：熔模的組裝是把形成鑄件的熔模和形成澆冒口系統(tǒng)型殼的制造：熔模鑄造的鑄型可分為實(shí)體性和多層型殼兩種，目前普遍采用的是多層型殼。將模組浸涂耐火涂料后，撒上粒狀耐火材料，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，通常將其停放一段時間，使其充分硬化，然后熔失模組，便得到多層型殼多層型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。型殼的制造：

在熔失熔模時，型殼會受到體積正在增大的熔融模料的壓力；在焙燒和澆注時，型殼各部分會產(chǎn)生相互牽制而又不均勻的膨脹和收縮，金屬還可能與型殼材料發(fā)生高溫化學(xué)反應(yīng)。所以對型殼便有一定的性能要求，如小的膨脹率和收縮率；高的強(qiáng)度、耐火度和高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性；型殼還應(yīng)有一定的透氣性，以便澆注時型殼內(nèi)的體積能順利外逸。在熔失熔模時，型殼會受到體積正在增大的熔融1、制造型殼用的材料:兩種類型，一種是用來直接形成型殼的，如耐火材料、粘結(jié)劑等；另一種是為了獲得優(yōu)質(zhì)的型殼、簡化操作、改善工藝用的材料，如溶劑、硬化劑、表面活性劑等。1）耐火材料：目前熔模鑄造所用的耐火材料主要為硅砂和剛玉砂，以及硅酸鋁耐火材料，如耐火粘土、鋁礬土、焦寶石等。有時也用鋯砂、鎂砂等。

2）粘結(jié)劑：在熔模鑄造中用的最普遍的粘結(jié)劑是硅酸膠體溶液（簡稱硅酸溶膠），如硅酸乙酯水解液、水玻璃和硅溶膠等。組成他們的物質(zhì)主要是硅酸和溶劑，有時也有穩(wěn)定劑，如硅溶膠中的NaOH。1、制造型殼用的材料:2、制殼工藝：制殼過程中的主要工序和工藝為：1）模組脫脂：在采用蠟基模料制熔模時，為了提高涂料潤濕模組表面的能力，需將模組表面的油污去除掉。2）在模組上圖掛涂料和撒砂：涂掛涂料以前，應(yīng)先把涂料攪拌均勻，盡可能減少涂料桶中耐火材料的沉淀，調(diào)整好涂料的粘度或密度，以使涂料能很好的充填和潤濕熔模，掛涂料時，把模組浸泡在涂料中，左右上下晃動，使涂料能很好潤濕熔模，均勻覆蓋模組表面。涂料涂好后，即可進(jìn)行撒砂。3）型殼干燥和硬化：每涂覆好一層型殼以后，就要對它進(jìn)行干燥和硬化，使涂料中的粘結(jié)劑由溶膠向凍膠、凝膠轉(zhuǎn)變，把耐火材料連在一起。2、制殼工藝：4）自型殼中熔失熔模：型殼完全硬化后，需從型殼中熔去模組，因模組常用蠟基模料制成，所以也把此工序成為脫蠟。根據(jù)加熱方法的不同，有很多脫蠟方法，用的較多的是熱水法和蒸汽法。5）焙燒型殼：如需造型（填砂）澆注，在焙燒之前，先將脫模后的型殼埋入箱內(nèi)的砂粒之中，再裝爐焙燒。如型殼高溫強(qiáng)度大，不需造型澆注，則可把脫模后的型殼直接送入爐內(nèi)焙燒。焙燒時逐步增加爐溫，將型殼加熱至800-1000℃，保溫一段時間，即可進(jìn)行澆注。4）自型殼中熔失熔模：型殼完全硬化后，需從型殼中熔去模組，因熔模鑄件的澆注和清理：1、熔模鑄件的澆注：方法

1）熱型重力澆注：這是用的最廣泛的一種澆注形式，即型殼從焙燒爐中取出后，在高溫下進(jìn)行澆注。此時金屬液在型殼中冷卻較慢，能在流動性較高的情況下充填鑄型，故鑄件能很好復(fù)制型腔的形狀，提高了鑄件的精度。但鑄件在熱型中的緩慢冷卻會使晶粒粗大，這就降低了鑄件的力學(xué)性能。在澆注鑄鋼鑄件時，冷卻較慢的鑄件表面還易氧化和脫硫，從而降低了鑄件的表面硬度和尺寸精度，增大表面粗糙度值。熔模鑄件的澆注和清理：2）真空吸氣澆注：將型殼放在如圖所示的真空澆注箱中，通過型殼中的微小空隙吸走型腔中的氣體，使液態(tài)金屬能更好的充填型腔，復(fù)制型腔的形狀，提高鑄件精度，防止氣孔、澆不足等缺陷3）壓力下結(jié)晶：將型殼放在壓力罐內(nèi)進(jìn)行澆注，澆注結(jié)束后，立即封閉壓力罐，向罐內(nèi)通入高壓空氣或惰性氣體，使鑄件在壓力下凝固，以增加鑄件的致密度。2）真空吸氣澆注：將型殼放在如圖所示的真空澆注箱中，通過型殼4）定向結(jié)晶（定向凝固）：一些熔模鑄件如渦輪葉片、磁鋼等，如果他們的結(jié)晶組織是按一定方向排列的柱狀晶，他們的工作性能便可提高很多，所以熔模鑄造定向結(jié)晶技術(shù)正迅速的得到發(fā)展。2、熔模鑄造的清理：熔模鑄件清理的內(nèi)容主要有：從鑄件上清除型殼；自澆冒口系統(tǒng)上取下鑄件；去除鑄件上所粘附的型殼耐火材料；鑄件熱處理后的清理，如除氧化皮、飛翅和切割澆口殘余等。除第四項(xiàng)的清理方法與一般鑄件相同外，熔模鑄造的前三項(xiàng)清理方法都有其本身的特點(diǎn)。4）定向結(jié)晶（定向凝固）：一些熔模鑄件如渦輪葉片、磁鋼等，如1）從鑄件上清理殼型：小量生產(chǎn)時，可用錘子或風(fēng)錘敲打澆冒口系統(tǒng)，使鑄件震動，脆性的型殼便從鑄件上碎落下來。產(chǎn)量較大時，可用震擊式脫殼機(jī)去除型殼。2）自澆冒口系統(tǒng)上取下鑄件：清理殼型后，即可將鑄件自澆冒口系統(tǒng)上取下，對硬度較低的合金，如鋁合金、銅合金等則可用氣割、砂輪片切割和液壓機(jī)切割等方法。1）從鑄件上清理殼型：小量生產(chǎn)時，可用錘子或風(fēng)錘敲打澆冒口系

3）鑄件上殘余耐火材料的清除：熔模鑄件常用化學(xué)清理法清除鑄件上的殘余耐火材料，用得較多的化學(xué)清理法有堿溶液清理法和熔融堿清理法兩種。對于形狀簡單，能用噴砂法或噴丸法（如鑄件的精度要求不高）清理干凈的鑄件，可不用化學(xué)清理法。3）鑄件上殘余耐火材料的清除：熔模鑄件常用化學(xué)清理法清除鑄熔模鑄造的工藝設(shè)計(jì)（任務(wù)）1）分析鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性；2）選擇合理的工藝方案，確定有關(guān)的鑄造工藝參數(shù)，在上述基礎(chǔ)上繪制鑄件圖；3）設(shè)計(jì)澆冒口系統(tǒng)，確定模組結(jié)構(gòu)。在考慮上述三方面的問題時，主要的依據(jù)仍是一般鑄造過程的基本原則，尤其在確定工藝方案、工藝參數(shù)時（如鑄造圓角，起模斜度、加工余量、工藝?yán)叩龋?，除了具體數(shù)據(jù)由于熔模鑄造的工藝特點(diǎn)稍有不同之外，設(shè)計(jì)原則與型砂鑄造完全相同。熔模鑄造的工藝設(shè)計(jì)（任務(wù)）三、離心鑄造1）液體金屬能在鑄型中形成中空的圓柱形自由表面，這樣就不用型芯可生產(chǎn)中空的鑄件。2）離心鑄造時，金屬液是在離心力的作用下充填鑄型，故流動性差的合金和薄壁鑄件都適合用此工藝生產(chǎn)。3）離心鑄造時，鑄型中的金屬液在離心力作用下結(jié)晶凝固，故組織致密，可避免縮孔、縮松、氣孔、夾雜等缺陷的產(chǎn)生。4）可節(jié)省澆、冒系統(tǒng)的金屬消耗。5）鑄件易產(chǎn)生偏析，內(nèi)表面粗糙，尺寸不易控制。適合：中空的圓形鑄件，如套筒、管類、缸體類鑄件三、離心鑄造概念離心鑄造是將金屬液澆入繞水平、傾斜或立軸旋轉(zhuǎn)的鑄型，在離心力作用下凝固成鑄件的一種鑄造方法。根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)軸的空間位置不同，常用的有立式離心鑄造機(jī)和臥式離心鑄造機(jī)兩種類型。立式離心鑄造機(jī)上的鑄型