鑄造生產(chǎn)的工藝流程

鑄造生產(chǎn)的工藝流程鑄造生產(chǎn)是一個復雜的多工序組合的工藝過程，它包括以下主要工序：1）生產(chǎn)工藝準備，根據(jù)要生產(chǎn)的零件圖、生產(chǎn)批量和交貨期限，制定生產(chǎn)工藝方案和工藝文件，繪制鑄造工藝圖；2） 生產(chǎn)準備，包括準備熔化用材料、造型制芯用材料和模樣、芯盒、砂箱等工藝裝備；3） 造型與制芯；4） 熔化與澆注；成形原理鑄造生產(chǎn)是將金屬加熱熔化，使其具有流動性，然后澆入到具有一定形狀的鑄型型腔中，在重力或外力（壓力、離心力、電磁力等）的作用下充滿型腔，冷卻并凝固成鑄件（或零件）的一種金屬成形方法。圖1鑄造成形過程鑄件一般作為毛坯經(jīng)切削加工成為零件。但也有許多鑄件無需切削加工就能滿足零件的設(shè)計精度和表面粗糙度要求，直接作為零件使用。型砂的性能及組成1、 型砂的性能型砂（含芯砂）的主要性能要求有強度、透氣性、耐火度、退讓性、流動性、緊實率和潰散性等。2、 型砂的組成型砂由原砂、粘接劑和附加物組成。鑄造用原砂要求含泥量少、顆粒均勻、形狀為圓形和多角形的海砂、河砂或山砂等。鑄造用粘接劑有粘土（普通粘土和膨潤土）水玻璃砂、樹脂、合脂油和植物油等，分別稱為粘土砂，水玻璃砂、樹脂砂、合脂油砂和植物油砂等。為了進一步提高型（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、鋸末、紙漿等。型砂結(jié)構(gòu)，如圖2所示。圖2型砂結(jié)構(gòu)示意圖工藝特點鑄造是生產(chǎn)零件毛坯的主要方法之一，尤其對于有些脆性金屬或合金材料（如各種鑄鐵件、有色合金鑄件等）的零件毛坯，鑄造幾乎是唯一的加工方法。與其它加工方法相比，鑄造工藝具有以下特點：1） 鑄件可以不受金屬材料、尺寸大小和重量的限制。鑄件材料可以是各種鑄鐵、鑄鋼、鋁合金、銅合金、鎂合金、鈦合金、鋅合金和各種特殊合金材料；鑄件可以小至幾克，大到數(shù)百噸；鑄件壁厚可以從0.5毫米到1米左右；鑄件長度可以從幾毫米到十幾米。2） 鑄造可以生產(chǎn)各種形狀復雜的毛坯，特別適用于生產(chǎn)具有復雜內(nèi)腔的零件毛坯，如各種箱體、缸體、葉片、葉輪等。3） 鑄件的形狀和大小可以與零件很接近，既節(jié)約金屬材料，又省切削加工工時。4） 鑄件一般使用的原材料來源廣、鑄件成本低。5） 鑄造工藝靈活，生產(chǎn)率高，既可以手工生產(chǎn)，也可以機械化生產(chǎn)。鑄件的手工造型手工造型的主要方法砂型鑄造分為手工造型（制芯）和機器造型（制芯）。手工造型是指造型和制芯的主要工作均由手工完成；機器造型是指主要的造型工作，包括填砂、緊實、起模、合箱等由造型機完成。泊頭鑄造工量具友介紹手工造型的主要方法：手工造型因其操作靈活、適應性強，工藝裝備簡單，無需造型設(shè)備等特點，被廣泛應用于單件小批量生產(chǎn)。但手工造型生產(chǎn)率低，勞動強度較大。手工造型的方法很多，常用的有以下幾種：整模造型對于形狀簡單，端部為平面且又是最大截面的鑄件應采用整模造型。整模造型操作簡便，造型時整個模樣全部置于一個砂箱內(nèi)，不會出現(xiàn)錯箱缺陷。整模造型適用于形狀簡單、最大截面在端部的鑄件，如齒輪坯、軸承座、罩、殼等（圖2）。圖整模造型分模造型當鑄件的最大截面不在鑄件的端部時，為了便于造型和起模，模樣要分成兩半或幾部分，這種造型稱為分模造型。當鑄件的最大截面在鑄件的中間時，應采用兩箱分模造型（圖3），模樣從最大截面處分為兩半部分（用銷釘定位）。造型時模樣分別置于上、下砂箱中，分模面（模樣與模樣間的接合面）與分型面（砂型與砂型間的接合面）位置相重合。兩箱分模造型廣泛用于形狀比較復雜的鑄件生產(chǎn)，如水管、軸套、閥體等有孔鑄件。圖3套管的分模兩箱造型過程鑄件形狀為兩端截面大、中間截面小，如帶輪、槽輪、車床四方刀架等，為保證順利起模，應采用三箱分模造型（圖4）。此時分模面應選在模樣的最小截面處，而分型面仍選在鑄件兩端的最大截面處，由于三箱造型有兩個分型面，降低了鑄件高度方向的尺寸精度，增加了分型面處飛邊毛刺的清整工作量，操作較復雜，生產(chǎn)率較低，不適用于機器造型，因此，三箱造型僅用于形狀復雜、不能用兩箱造型的鑄件生產(chǎn)。圖4三箱分模造型舉例活塊模造型鑄件上妨礙起模的部分（如凸臺、筋條等）做成活塊，用銷子或燕尾結(jié)構(gòu)使活塊與模樣主體形成可拆連接。起模時先取出模樣主體，活塊模仍留在鑄型中，起模后再從側(cè)面取出活塊的造型方法稱為活塊模造型（圖5）?；顗K模造型主要用于帶有突出部分而妨礙起模的鑄件、單件小批量、手工造型的場合。如果這類鑄件批量大，需要機器造型時，可以用砂芯形成妨礙起模的那部分輪廓。圖5角鐵的活塊模造型工藝過程挖砂造型當鑄件的外部輪廓為曲面（如手輪等）其最大截面不在端部，且模樣又不宜分成兩半時，應將模樣做成整體，造型時挖掉妨礙取出模樣的那部分型砂，這種造型方法稱為挖砂造型。挖砂造型的分型面為曲面，造型時為了保證順利起模，必須把砂挖到模樣最大截面處（圖6）。由于是手工挖砂，操作技術(shù)要求高，生產(chǎn)效率低，只適用于單件、小批量生產(chǎn)。圖6手輪的挖砂造型的工藝過程手工制芯型芯用來形成鑄件內(nèi)部空腔或局部外形。由于型芯的表面被高溫金屬液包圍，長時間受到浮力作用和高溫金屬液的烘烤作用；鑄件冷卻凝固時，砂芯往往會阻礙鑄件自由收縮；砂芯清理也比較困難。因此造芯用的芯砂要比型砂具有更高的強度、透氣性、耐高溫性、退讓性和潰散性。手工制芯由于無需制芯設(shè)備，工藝裝備簡單，應用得很普遍。根據(jù)砂芯的大小和復雜程度，手工制芯用芯盒有整體式芯盒、對開式芯盒和可拆式芯盒，如圖7所示。圖7芯盒制芯示意圖零件、模樣、芯盒與鑄件的關(guān)系模樣用來形成鑄件的外部輪廓，芯盒用來制作砂芯，形成鑄件的內(nèi)部輪廓。造型時分別用模樣和芯盒制作鑄型和型芯。圖1分別表示零件、模樣、芯盒和鑄件的關(guān)系。制造模樣和芯盒所選用的材料，與鑄件大小、生產(chǎn)規(guī)模和造型方法有關(guān)。單件小批量生產(chǎn)、手工造型時常用木材制作模樣和芯盒，大批量生產(chǎn)、機器造型時常用金屬材料（如鋁合金、鑄鐵等）或硬塑料制作模樣和芯盒。圖零件、模樣、芯盒與鑄件的關(guān)系鑄造鑄件常見缺陷分析鑄造工藝過程復雜，影響鑄件質(zhì)量的因素很多，往往由于原材料控制不嚴，工藝方案不合理，生產(chǎn)操作不當，管理制度不完善等原因，會使鑄件產(chǎn)生各種鑄造缺陷。常見的鑄件缺陷名稱、特征和產(chǎn)生的原因，見表。常見鑄件缺陷及產(chǎn)生原因缺陷名稱特征 產(chǎn)生的主要原因氣孔在鑄件內(nèi)部或表面有大小不等的光滑孔洞①爐料不干或含氧化物、雜質(zhì)多；②澆注工具或爐前添加劑未烘干；③型砂含水過多或起模和修型時刷水過多；④型芯烘干不充分或型芯通氣孔被堵塞；⑤春砂過緊，型砂透氣性差；⑥澆注溫度過低或澆注速度太快等縮孔與縮松縮孔多分布在鑄件厚斷面處，形狀不規(guī)則，孔內(nèi)粗糙①鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，如壁厚相差過大，厚壁處未放冒口或冷鐵；②澆注系統(tǒng)和冒口的位置不對；③澆注溫度太高；④合金化學成分不合格，收縮率過大，冒口太小或太少砂眼在鑄件內(nèi)部或表面有型砂充塞的孔眼①型砂強度太低或砂型和型芯的緊實度不夠，故型砂被金屬液沖入型腔；②合箱時砂型局部損壞；③澆注系統(tǒng)不合理，內(nèi)澆口方向不對，金屬液沖壞了砂型；④合箱時型腔或澆口內(nèi)散砂未清理干凈粘砂鑄件表面粗糙，粘有一層砂粒①原砂耐火度低或顆粒度太大；②型砂含泥量過高，耐火度下降；③澆注溫度太高；④濕型鑄造時型砂中煤粉含量太少；⑤干型鑄造時鑄型未刷涂斜或涂料太薄夾砂鑄件表面產(chǎn)生的金屬片狀突起物，在金屬片狀突起物與鑄件之間夾有一層型砂①型砂熱濕拉強度低，型腔表面受熱烘烤而膨脹開裂；②砂型局部緊實度過高，水分過多，水分烘干后型腔表面開裂；③澆注位置選擇不當，型腔表面長時間受高溫鐵水烘烤而膨脹開裂；④澆注溫度過高，澆注速度太慢錯型鑄件沿分型面有相對位置錯移①模樣的上半模和下半模未對準;②合箱時，上下砂箱錯位；③上下砂箱未夾緊或上箱未加足夠壓鐵，澆注時產(chǎn)生錯箱冷隔鑄件上有未完全融合的縫隙或洼坑，其交接處是圓滑的 ①澆注溫度太低，合金流動性差；②澆注速度太慢或澆注中有斷流；③澆注系統(tǒng)位置開設(shè)不當或內(nèi)澆道橫截面積太?。虎荑T件壁太??；⑤直澆道（含澆口杯）高度不夠；⑥澆注時金屬量不夠，型腔未充滿澆不足鑄件未被澆滿裂紋鑄件開裂，開裂處金屬表面有氧化膜 ①鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，壁厚相差太大，冷卻不均勻；②砂型和型芯的退讓性差，或春砂過緊；③落砂過早；④澆口位置不當，致使鑄件各部分收縮不均勻常見鑄件缺陷及其預防措施序缺陷名稱缺陷特征預防措施氣孔 在鑄件內(nèi)部、表面或近于表面處，有大小不等的光滑孔眼，形狀有圓的、長的及不規(guī)則的，有單個的，也有聚集成片的。顏色有白色的或帶一層暗色，有時覆有一層氧化皮。 降低熔煉時流言蜚語金屬的吸氣量。減少砂型在澆注過程中的發(fā)氣量，改進鑄件結(jié)構(gòu)，提高砂型和型芯的透氣性，使型內(nèi)氣體能順利排出?？s孔 在鑄件厚斷面內(nèi)部、兩交界面的內(nèi)部及厚斷面和薄斷面交接處的內(nèi)部或表面，形狀不規(guī)則，孔內(nèi)粗糙不平，晶粒粗大。 壁厚小且均勻的鑄件要采用同時凝固，壁厚大且不均勻的鑄件采用由薄向厚的順序凝固，合理放置冒口的冷鐵?？s松在鑄件內(nèi)部微小而不連貫的縮孔，聚集在一處或多處，晶粒粗大，各晶粒間存在很小的孔眼，水壓試驗時滲水。壁間連接處盡量減小熱節(jié)，盡量降低澆注溫度和澆注速度。渣氣孔在鑄件內(nèi)部或表面形狀不規(guī)則的孔眼?？籽鄄还饣?，里面全部或部分充塞著熔渣。 提高鐵液溫度。降低熔渣粘性。提高澆注系統(tǒng)的擋渣能力。增大鑄件內(nèi)圓角。砂眼在鑄件內(nèi)部或表面有充塞著型砂的孔眼。 嚴格控制型砂性能和造型操作，合型前注意打掃型腔。熱裂在鑄件上有穿透或不穿透的裂紋（注要是彎曲形的），開裂處金屬表皮氧化。嚴格控制鐵液中的S、P含量。鑄件壁厚盡量均勻。提高型砂和型芯的退讓性。澆冒口不應阻礙鑄件收縮。避免壁厚的突然改變。開型不能過早。不能激冷鑄件。冷裂在鑄件上有穿透或不穿透的裂紋（主要是直的），開裂處金屬表皮氧化。粘砂在鑄件表面上，全部或部分覆蓋著一層金屬（或金屬氧化物）與砂（或涂料）的混（化）合物或一層燒結(jié)構(gòu)的型砂，致使鑄件表面粗糙。減少砂粒間隙。適當降低金屬的澆注溫度。提高型砂、芯砂的耐火度。夾砂在鑄件表面上，有一層金屬瘤狀物或片狀物，在金屬瘤片和鑄件之間夾有一層型砂。嚴格控制型砂、芯砂性能。改善澆注系統(tǒng)，使金屬液流動平穩(wěn)。大平面鑄件要傾斜澆注。10冷隔在鑄件上有一種未完全融合的縫隙或洼坑，其交界邊緣是圓滑的。提高澆注溫度和澆注速度。改善澆注系統(tǒng)。澆注時不斷流。11澆不到由于金屬液未完全充滿型腔而產(chǎn)生的鑄件缺肉。提高澆注溫度和澆注速度。不要斷流和防止跑火。鑄造鑄件金屬液的澆注生產(chǎn)中，澆注時應遵循高溫出爐，低溫澆注的原則。因為提高金屬液的出爐溫度有利于夾雜物的徹底熔化、熔渣上浮，便于清渣和除氣，減少鑄件的夾渣和氣孔缺陷；采用較低的澆注溫度，則有利于降低金屬液中的氣體溶解度、液態(tài)收縮量和高溫金屬液對型腔表面的烘烤，避免產(chǎn)生氣孔、粘砂和縮孔等缺陷。因此，在保證充滿鑄型型腔的前提下，盡量采用較低的澆注溫度。把金屬液從澆包注入鑄型的操作過程稱為澆注。澆注操作不當會引起澆不足、冷隔、氣孔、縮孔和夾渣等鑄造缺陷，和造成人身傷害。為確保鑄件質(zhì)量、提高生產(chǎn)率以及做到安全生產(chǎn)，澆注時應嚴格遵守下列操作要領(lǐng)：（1） 澆包、澆注工具、爐前處理用的孕育劑、球化劑等使用前必須充分烘干，烘干后才能使用。（2） 澆注人員必須按要求穿好工作服，并配戴防護眼鏡，工作場地應通暢無阻。澆包內(nèi)的金屬液不宜過滿，以免在輸送和澆注時溢出傷人。（3） 正確選擇澆注速度，即開始時應緩慢澆注，便于對準澆口，減少熔融金屬對砂型的沖擊和利于氣體排出；隨后快速澆注，以防止冷隔；快要澆滿前又應緩慢澆注，即遵循慢、快、慢的原則。（4） 對于液態(tài)收縮和凝固收縮比較大的鑄件，如中、大型鑄鋼件，澆注后要及時從澆口或冒口補澆。澆注時應及時將鑄型中冒出的氣體點燃順氣，以免由于鑄型憋氣而產(chǎn)生氣孔，以及由于氣體的不完全燃燒而損害人體健康和污染空氣。鑄造的坩堝爐熔化常用的鑄造有色金屬有鑄造鋁合金、鑄造銅合金、鑄造鎂合金和鑄造鋅合金等。有色金屬的熔點低，其常用的熔化用爐有坩堝爐和反射爐兩類，用電、油、煤氣或焦碳等作為燃料。中、小工廠普遍采用坩堝爐熔化，如電阻坩堝爐、焦碳坩堝爐等，生產(chǎn)大型鑄件時一般使用反射爐熔化，如重油反射爐、煤氣反射爐等。如圖是坩堝爐的示意圖。圖坩堝爐的示意圖熔模鑄造熔模鑄造又稱失蠟鑄造或精密鑄造。它是用易熔材料(如蠟料)制成模樣并組裝成蠟模組，然后在模樣表面上反復涂覆多層耐火涂料制成模殼，待模殼硬化和干燥后將蠟模熔去，模殼再經(jīng)高溫焙燒后澆注獲得鑄件的一種鑄造方法。熔模鑄造工藝過程。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雜，鑄件上可鑄出孔的最小直徑可達0.5mm，鑄件的最小壁厚為0.3mm。在生產(chǎn)中可將一些原來由幾個零件組合而成的部件，通過改變零件的結(jié)構(gòu)，設(shè)計成為整體零件而直接由熔模鑄造鑄出，以節(jié)省加工工時和金屬材料的消耗，使零件結(jié)構(gòu)更為合理。熔模鑄件的重量大多為零點幾十牛(即幾十克到幾公斤)，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800牛左右。熔模鑄造工藝過程較復雜，且不易控制，使用和消耗的材料較貴，故它適用于生產(chǎn)形狀復雜、精度要求高、或很難進行其它加工的小型零件，如渦輪發(fā)動機的葉片等。金屬型鑄造，硬模鑄造將液態(tài)金屬澆入用金屬材料制成的鑄型而獲得鑄件的方法，稱為金屬型鑄造。金屬鑄型可反復使用，又稱為永久型鑄造或硬模鑄造。金屬型一般用耐熱鑄鐵或耐熱鋼做成。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，可以反復使用多次(幾百次到幾千次)。金屬到鑄造與砂型鑄造比較：在技術(shù)上與經(jīng)濟上有許多優(yōu)點。金屬型生產(chǎn)的鑄件，其機械性能比砂型鑄件高。同樣合金，其抗拉強度平均可提高約25%，屈服強度平均提高約20%，其抗蝕性能和硬度亦顯著提高；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；鑄件的工藝收得率高，液體金屬耗量減少，一般可節(jié)約15?30%；不用砂或者少用砂，一般可節(jié)約造型材料80?100%；此外，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。金屬型鑄造雖有很多優(yōu)點，但也有不足之處。如：金屬型制造成本高；金屬型不透氣，而且無退讓性，易造成鑄件洗不足、開裂或鑄鐵件白日等缺陷（3）金屬型鑄造時，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，對鑄件的質(zhì)量的影響甚為敏感，需要嚴格控制。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)任務的期限許可。金屬型鑄件形成過程的特點金屬型和砂型，在性能上有顯著的區(qū)別，如砂型有透氣性，而金屬型則沒有；砂型的導熱性差，金屬型的導熱性很好，砂型有退讓性，而金屬型沒有等。金屬型的這些特點決定了它在鑄件形成過程中有自己的規(guī)律。型腔內(nèi)氣體狀態(tài)變化對鑄件成型的影響：金屬在充填時，型腔內(nèi)的氣體必須迅速排出，但金屬又無透氣性，只要對工藝稍加疏忽，就會給鑄件的質(zhì)量帶來不良影響。鑄件凝固過程中熱交換的特點：金屬液一旦進入型腔，就把熱量傳給金屬型壁。液體金屬通過型壁散失熱量，進行凝固并產(chǎn)生收縮，而型壁在獲得熱量，升高溫度的同時產(chǎn)生膨脹，結(jié)果在鑄件與型壁之間形成了“間隙”。在“鑄件一間隙一金屬型”系統(tǒng)未到達同一溫度之前，可以把鑄件視為在“間隙”中冷卻，而金屬型壁則通過“間隙”被加熱。金屬型阻礙收縮對鑄件的影響：金屬型或金屬型芯，在鑄件凝固過磋甲無退讓性，阻礙鑄件收縮，這是它的又一特點。金屬型鑄造工藝1金屬到的預熱未預熱的金屬型不能進行澆注。這是因為金屬型導熱性好/液體金屬冷卻決，流動性劇烈降低，容易使鑄件出現(xiàn)冷隔、澆不足夾雜、氣孔等缺陷。未預熱的金屬型在澆注時，鑄型，將受到強烈的熱擊，應力倍增，使其極易破壞。因此，金屬型在開始工作前，應該先預熱，適宜的預熱溫度（即工作溫度），隨合金的種類、鑄件結(jié)構(gòu)和大小而定，一般通過試驗確定。一般情況下，金屬型的預熱溫度不低于1500C。金屬型的預熱方法有：（1）用噴燈或煤氣火焰預熱；（2）采用電阻加熱器；（3）采用烘箱加熱，其優(yōu)點是溫度均勻，但只適用于小件的金屬型；（4）先將金屬型放在爐上烘烤，然后澆注液體金屬將金屬型燙熱。這種方法，只適用于小型鑄型，因它要浪費一些金屬液，也會降低鑄型壽命。2金屬型的澆注金屬型的澆注溫度，一般比砂型鑄造時高。可根據(jù)合金種類、如化學成分、鑄件大小和壁厚，通過試驗確定。下表中數(shù)據(jù)可供參考。各種合金的澆注溫度合金種類澆注溫度。C合金種類澆注溫度。C鋁錫合金350?450黃銅900?950鋅合金450?480錫青銅1100?1150鋁合金680?740鋁青銅1150?1300鎂合金715?740鑄鐵1300?1370由于金屬型的激冷和不透氣，澆注速度應做到先慢，后快，再慢。在澆注過程中應盡量保證液流平穩(wěn)。3鑄件的出型和抽芯時間如果金屬型芯在鑄件中停留的時間愈長，由于鑄件收縮產(chǎn)生的抱緊型芯的力就愈大，因此需要的抽芯力也愈大。金屬型芯在鏡件中最適宜的停留時間，是當鑄件冷卻到塑性變形溫度范圍，并有足夠的強度時，這時是抽芯最好的時機。鑄件在金屬型中停留的時間過長，型壁溫度升高，需要更多的冷卻時間，也會降低金屬型的生產(chǎn)率。最合適的拔芯與鑄件出型時間，一般用試驗方法確定。4金屬型工作溫度的調(diào)節(jié)要保證金屬型鑄件的質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)正常，首先要使金屬型在生產(chǎn)過程中溫度變化恒定。所以每澆一次