鑄造基礎(chǔ)知識(shí)

鑄造基礎(chǔ)知識(shí)默認(rèn)分類(lèi)2009-04-2615:35:33閱讀393評(píng)論0字號(hào)：大中小

鑄造是金屬由液態(tài)澆鑄到模具中通過(guò)凝固、收縮成一定形狀的機(jī)械制造工藝方法。主要分為砂型鑄造、熔模鑄造、金屬型鑄造（重力鑄造）、壓力鑄造、低壓鑄造、石膏型鑄造、消失模鑄造等。目前我們公司K14B發(fā)動(dòng)機(jī)主要用到壓力鑄造、低壓鑄造。我們就這兩種鑄造講述一下它們的基本原理。首先介紹一下壓力鑄造：

壓力鑄造（簡(jiǎn)稱(chēng)壓鑄）的實(shí)質(zhì)是在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填壓鑄型型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。1、壓鑄特點(diǎn)

高壓和高速充填壓鑄型是壓鑄的兩大特點(diǎn)。它常用的壓射比壓是從幾千至幾萬(wàn)kPa，甚至高達(dá)2×105kPa。充填速度約在10~50m／s，有些時(shí)候甚至可達(dá)100m／s以上。充填時(shí)間很短，一般在0.01~0.2s范圍內(nèi)。與其它鑄造方法相比，壓鑄有以下三方面優(yōu)點(diǎn)：

1.產(chǎn)品質(zhì)量好

鑄件尺寸精度高，一般相當(dāng)于6~7級(jí)，甚至可達(dá)4級(jí)；表面光潔度好，一般相當(dāng)于5~8級(jí)；強(qiáng)度和硬度較高，強(qiáng)度一般比砂型鑄造提高25~30％，但延伸率降低約70％；尺寸穩(wěn)定，互換性好；可壓鑄薄壁復(fù)雜的鑄件。例如，當(dāng)前鋅合金壓鑄件最小壁厚可達(dá)0.3mm；鋁合金鑄件可達(dá)0.5mm；最小鑄出孔徑為0.7mm；最小螺距為0.75mm。

2.生產(chǎn)效率高

機(jī)器生產(chǎn)率高，例如國(guó)產(chǎn)JⅢ3型臥式冷空壓鑄機(jī)平均八小時(shí)可壓鑄600～700次，小型熱室壓鑄機(jī)平均每八小時(shí)可壓鑄3000~7000次；壓鑄型壽命長(zhǎng)，一付壓鑄型，壓鑄鋅合金，壽命可達(dá)幾十萬(wàn)次，甚至上百萬(wàn)次；易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。

3.經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)良

由于壓鑄件尺寸精確，表泛光潔等優(yōu)點(diǎn)。一般不再進(jìn)行機(jī)械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金屬利用率，又減少了大量的加工設(shè)備和工時(shí)；鑄件價(jià)格便易；可以采用組合壓鑄以其他金屬或非金屬材料。既節(jié)省裝配工時(shí)又節(jié)省金屬。

壓鑄雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有一些缺點(diǎn)，尚待解決。如：

1).壓鑄時(shí)由于液態(tài)金屬充填型腔速度高，流態(tài)不穩(wěn)定，故采用一般壓鑄法，鑄件易產(chǎn)生氣孔，不能進(jìn)行熱處理；

2).對(duì)內(nèi)凹復(fù)雜的鑄件，壓鑄較為困難；

3).高熔點(diǎn)合金（如銅，黑色金屬），壓鑄型壽命較低；

4).不宜小批量生產(chǎn)，其主要原因是壓鑄型制造成本高，壓鑄機(jī)生產(chǎn)效率高，小批量生產(chǎn)不經(jīng)濟(jì)。2、壓鑄應(yīng)用范圍及發(fā)展趨勢(shì)

壓鑄是最先進(jìn)的金屬成型方法之一，是實(shí)現(xiàn)少切屑，無(wú)切屑的有效途徑，應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。目前壓鑄合金不再局限于有色金屬的鋅、鋁、鎂和銅，而且也逐漸擴(kuò)大用來(lái)壓鑄鑄鐵和鑄鋼件。

壓鑄件的尺寸和重量，取決于壓鑄機(jī)的功率。由于壓鑄機(jī)的功率不斷增大，鑄件形尺寸可以從幾毫米到1～2m；重量可以從幾克到數(shù)十公斤。國(guó)外可壓鑄直徑為2m，重量為50kg的鋁鑄件。壓鑄件也不再局限于汽車(chē)工業(yè)和儀表工業(yè)，逐步擴(kuò)大到其它各個(gè)工業(yè)部門(mén)，如農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)床工業(yè)、電子工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療器械、鐘表、照相機(jī)和日用五金等幾十個(gè)行業(yè)。在壓鑄技術(shù)方面又出現(xiàn)了真空壓鑄、加氧壓鑄、精速密壓鑄以及可溶型芯的應(yīng)用等新工藝。二、壓鑄機(jī)1、壓鑄機(jī)的類(lèi)型

壓鑄機(jī)一般分為熱壓室壓鑄機(jī)和冷壓室壓鑄機(jī)兩大類(lèi)。冷壓室壓鑄機(jī)按其壓室結(jié)構(gòu)和布置方式分為臥式壓鑄機(jī)和立式壓鑄機(jī)（包括全立式壓鑄機(jī)）兩種。

熱壓室壓鑄機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)熱空壓鑄機(jī)）壓室浸在保溫溶化坩堝的液態(tài)金屬中，壓射部件不直接與機(jī)座連接，而是裝在坩堝上面。這種壓鑄機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單，效率高；金屬消耗少，工藝穩(wěn)定。但壓室，壓射沖頭長(zhǎng)期浸在液體金屬中，影響使用壽命。并易增加合金的含鐵量。熱壓室壓鑄機(jī)目前大多用于壓鑄鋅合金等低熔點(diǎn)合金鑄件，但也有用于壓鑄小型鋁、鎂合金壓鑄件。

冷室壓鑄機(jī)的壓室與保溫爐是分開(kāi)的。壓鑄時(shí)，從保溫爐中取出液體金屬澆入壓室后進(jìn)行壓鑄。2、壓鑄機(jī)的選擇

實(shí)際生產(chǎn)中并不是每臺(tái)壓鑄機(jī)都能滿(mǎn)足壓鑄各種產(chǎn)品的需要，而必須根據(jù)具體情況進(jìn)行選用，一般應(yīng)從下述兩方面進(jìn)行考慮：

1）按不同品種及批量選擇

在組織多品種，小批量生產(chǎn)時(shí)，一般要選用液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，能快速進(jìn)行調(diào)整的壓鑄機(jī)，在組織少品種大量生產(chǎn)時(shí)，要選用配備各種機(jī)械化和自動(dòng)化控制機(jī)構(gòu)的高效率壓鑄機(jī)；對(duì)單一品種大量生產(chǎn)的鑄件可選用專(zhuān)用壓鑄機(jī)。

2）按鑄件結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)選擇

鑄件外形寸尺，重量、壁厚等參數(shù)對(duì)選用壓鑄機(jī)有重要影響。

鑄件重量（包括澆注系統(tǒng)和溢流槽）不應(yīng)超過(guò)壓鑄機(jī)壓定的額定容量，但也能過(guò)小，以免造成壓鑄機(jī)功串的浪費(fèi)。一般壓鑄機(jī)的額定容量可查說(shuō)明書(shū)。

壓鑄機(jī)都有一定的最大和最小型距離，所以壓型厚度和鑄件高度要有一定限度，如果壓鑄型厚度或鑄件高度太大就可能取不出鑄件。三、壓鑄工藝

在壓鑄生產(chǎn)中，壓鑄機(jī)、壓鑄合金和壓鑄型是三大要素。壓鑄工藝則是將三大要素作有權(quán)的組合并加以運(yùn)用的過(guò)程。使各種工藝參數(shù)滿(mǎn)足壓鑄生產(chǎn)的需要。1、壓力和速度的選擇

壓射比壓的選擇，應(yīng)根據(jù)不同合金和鑄件結(jié)構(gòu)特性確定。對(duì)充填速度的選擇，一般對(duì)于厚壁或內(nèi)部質(zhì)量要求較高的鑄件，應(yīng)選擇較低的充填速度和高的增壓壓力；對(duì)于薄壁或表面質(zhì)量要求高的鑄件以及復(fù)雜的鑄件，應(yīng)選擇較高的比歷和高的充填速度。2、澆注溫度

澆注溫度是指從壓定進(jìn)入型腔時(shí)液態(tài)金屬的平均溫度，由于對(duì)壓室內(nèi)的液態(tài)金屬溫度測(cè)量不方便，一般用保溫爐內(nèi)的溫度表示。

澆注溫度過(guò)高，收縮大，使鑄件容易產(chǎn)生裂紋、晶粒粒大、還能造成粘型；澆注源度過(guò)低，易產(chǎn)生冷隔、表面花紋和澆不足等缺陷。因此澆注溫度應(yīng)與壓力、壓鑄型溫度及充填速度同時(shí)考慮。3、壓鑄型的溫度

鑄壓型在使用前要預(yù)熱到一定溫度，一般多用煤氣、噴燈、電器或感應(yīng)加熱。

在連續(xù)生產(chǎn)中，壓鑄型溫度往往升高，尤其是壓鑄高熔點(diǎn)合金，升高很快。溫度過(guò)高除使液態(tài)金屬產(chǎn)生粘型外，鑄件冷卻緩慢，使晶粒粗大。因此在壓鑄型溫度過(guò)高時(shí)，應(yīng)采期冷卻措施。通常用壓縮空氣、水或化學(xué)介質(zhì)進(jìn)行冷卻。4、充填、持壓和開(kāi)型時(shí)間

1）充填時(shí)間

自液態(tài)金屬開(kāi)始進(jìn)入型腔起到充滿(mǎn)型腔止，所需的時(shí)間稱(chēng)為充填時(shí)間。充填時(shí)間長(zhǎng)短取決于鑄件的體積的大小和復(fù)雜程度。對(duì)大而簡(jiǎn)單的鑄件，充填時(shí)間要相對(duì)長(zhǎng)些，對(duì)復(fù)雜和薄壁鑄件充填時(shí)間要短些。充填時(shí)間與內(nèi)澆口的截面積大小或內(nèi)澆口的寬度和厚度有密切關(guān)系，必須正確確定。

2）持壓和開(kāi)型時(shí)間

從液態(tài)金屬充填型腔到內(nèi)澆口完全凝固時(shí)，繼續(xù)在壓射沖頭作用下的持續(xù)時(shí)間，稱(chēng)為持壓時(shí)間。持壓時(shí)間的長(zhǎng)短取決于鑄件的材質(zhì)和壁厚。

持壓后應(yīng)開(kāi)型取出鑄件。從壓射終了到壓鑄打開(kāi)的時(shí)間，稱(chēng)為開(kāi)型時(shí)間，開(kāi)型時(shí)間應(yīng)控制準(zhǔn)確。開(kāi)型時(shí)間過(guò)短，由于合金強(qiáng)度尚低，可能在鑄件頂出和自壓鑄型落下時(shí)引起變形；但開(kāi)型時(shí)間太長(zhǎng)，則鑄件溫度過(guò)低，收縮大，對(duì)抽芯和頂出鑄件的阻力亦大。一般開(kāi)型時(shí)間按鑄件壁厚1毫米需3秒鐘計(jì)算，然后經(jīng)試任調(diào)整。5、壓鑄用涂料

壓鑄過(guò)程中，為了避免鑄件與壓鑄型焊合，減少鑄件頂出的摩擦阻力和避免壓鑄型過(guò)分受熱而采用涂料。對(duì)涂料的要求：

1）在高溫時(shí)，具有良好的潤(rùn)滑性；

2）揮發(fā)點(diǎn)低，在100～150℃

3）對(duì)壓鑄型及壓鑄件沒(méi)有腐蝕作用；

4）性能穩(wěn)定在空氣中稀釋劑不應(yīng)揮發(fā)過(guò)決而變稠；

5）在高溫時(shí)不會(huì)析出有害氣體；

6）不會(huì)在壓鑄型腔表面產(chǎn)生積垢。6、鑄件清理

鑄件的清理是很繁重的工作，其工作量往往是壓鑄工作量的10～15倍。因此隨壓鑄機(jī)生產(chǎn)率的提高，產(chǎn)量的增加，鑄件清理工作實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化是非常重要的。

1）切除澆口及飛邊

切除澆口和飛邊所用的設(shè)備主要是沖床，液壓機(jī)和摩擦壓力機(jī)，在大量生產(chǎn)件下，可根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和形狀設(shè)計(jì)專(zhuān)用模具，在沖床上一次完成清理任務(wù)。

2）表面清理及拋光

表面清理多采用普通多角滾筒和震動(dòng)埋入式清理裝置。對(duì)批量不大的簡(jiǎn)單小件，可用多角清理滾筒，對(duì)表面要求高的裝飾品，可用布制或皮革的拋光輪拋光。對(duì)大量生產(chǎn)的鑄件可采用螺殼式震動(dòng)清理機(jī)。

清理后的鑄件按照使用要求，還可進(jìn)行表面處理和浸漬，以增加光澤，防止腐蝕，提高氣密性。

其次介紹一下低壓鑄造：

低壓鑄造是使液體金屬在壓力作用下充填型腔，以形成鑄件的一種方法。由于所用的壓力較低，所以叫做低壓鑄造。其工藝過(guò)程是：在密封的坩堝（或密封罐）中，通入干燥的壓縮空氣，金屬液在氣體壓力的作用下，沿升液管上升，通過(guò)澆口平穩(wěn)地進(jìn)入型腔，并保持坩堝內(nèi)液面上的氣體壓力，一直到鑄件完全凝固為止。然后解除液面上的氣體壓力，使升液管中未凝固的金屬液流回坩堝，再由氣缸開(kāi)型并推出鑄件。

低壓鑄造獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1．液體金屬充型比較平穩(wěn)；

2．鑄件成形性好，有利于形成輪廓清晰、表面光潔的鑄件，對(duì)于大型薄壁鑄件的成形更為有利；

3．鑄件組織致密，機(jī)械性能高；

4．提高了金屬液的工藝收得率，一般情況下不需要冒口，使金屬液的收得率大大提高，收得率一般可達(dá)90％。

此外，勞動(dòng)條件好；設(shè)備簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，也是低壓鑄造的突出優(yōu)點(diǎn)。二、低壓鑄造工藝設(shè)計(jì)

低壓鑄造所用的鑄型，有金屬型和非金屬型兩類(lèi)。金屬型多用于大批、大量生產(chǎn)的有色金屬鑄件，非金屬鑄型多用于單件小批量生產(chǎn)，如砂型，石墨型，陶瓷型和熔模型殼等都可用于低壓鑄造，而生產(chǎn)中采用較多的還是砂型。但低壓鑄造用砂型的造型材料的透氣性和強(qiáng)度應(yīng)比重力澆注時(shí)高，型腔中的氣體，全靠排氣道和砂?？紫杜懦?。

為充分利用低壓鑄造時(shí)液體金屬在壓力作用下自下而上地補(bǔ)縮鑄件，在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮使鑄件遠(yuǎn)離澆口的部位先凝固，讓澆口最后凝固，使鑄件在凝固過(guò)程中通過(guò)澆口得到補(bǔ)縮，實(shí)現(xiàn)順序凝固。常采用下述措施：

1．澆口設(shè)在鑄件的厚壁部位，而使薄壁部位遠(yuǎn)離澆口；

2．用加工余量調(diào)整鑄件壁厚，以調(diào)節(jié)鑄件的方向性凝固；

3．改變鑄件的冷卻條件。

對(duì)于壁厚差大的鑄件，用上述一般措施又難于得到顧序凝固的條件時(shí)，可采用一些特殊的辦法，如在鑄件厚壁處進(jìn)行局部冷卻，以實(shí)現(xiàn)順序凝固。三、低壓鑄造工藝

低壓鑄造的工藝規(guī)范包括充型、增壓、鑄型預(yù)熱溫度、澆注溫度，以及鑄型的涂料等。

（1）充型和增壓

升液壓力是指當(dāng)金屬液面上升到澆口，附所需要的壓力。金屬液在升液管內(nèi)的上升速度應(yīng)盡可能緩慢，以便有利于型腔內(nèi)氣體的排出，同時(shí)也可使金屬液在進(jìn)入澆口時(shí)不致產(chǎn)生噴濺。

（2）充型壓力和充型速度

充型壓力Pa是指使金屬液充型上升到鑄型頂部所需的壓力。在充型階段，金屬液面上的升壓速度就是充型速度。

（3）增壓和增壓速度

金屬液充滿(mǎn)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(shí)的壓力叫結(jié)晶壓力。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(guò)結(jié)晶增大壓力來(lái)提高鑄件質(zhì)量，不是任何情況下都能采用的。

（4）保壓時(shí)間

型腔壓力增至結(jié)晶壓力后，并在結(jié)晶壓力下保持一段時(shí)間，直到鑄件完全凝固所需要的時(shí)間叫保壓時(shí)間。如果保壓時(shí)間不夠，鑄件未完全凝固就卸壓，型腔中的金屬液將會(huì)全部或部分流回批捐，造成鑄件“放空”報(bào)廢：如果保壓時(shí)間過(guò)久，則澆口殘留過(guò)長(zhǎng)，這不僅降低工藝收得率，而且還會(huì)造成澆口“凍結(jié)”，使鑄件出型困難，故生產(chǎn)中必須選擇一適宜的保壓時(shí)間。

（5）鑄型溫度及澆注溫度

低壓鑄造可采用各種鑄型，對(duì)非金屬型的工作溫度一般都為室溫，先特殊要求，而對(duì)金屬型的工作溫度就有一定的要求。如低壓鑄造鋁合金時(shí)，金屬型的工作溫度一般控制在200～250℃，澆注薄壁復(fù)雜件時(shí)，可高達(dá)300～350

關(guān)于合金的澆注溫度，實(shí)踐證明，在保證鑄件成型的前提下，應(yīng)該是愈低愈好。

（6）涂料

如用金屬型低壓鑄造時(shí)，為了提高其壽命及鑄件質(zhì)量，必須刷涂料；涂料應(yīng)均勻，涂料厚度要根據(jù)鑄件表面光潔度及鑄件結(jié)構(gòu)來(lái)決定。四、低壓鑄造設(shè)備

低壓鑄造設(shè)備一般由保溫爐及其附屬裝置，鑄型開(kāi)合系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)三部分組成。按鑄型和保溫爐的連接方式，可分為頂鑄式低壓鑄造機(jī)和側(cè)鑄式低壓鑄造機(jī)兩種類(lèi)型。

（1）保溫爐及附屬裝置

它由爐體、熔池、密封蓋和升液管等所組成，是低壓鑄造機(jī)的基本部分。保溫爐的爐型很多，如焦炭爐，煤氣爐，電阻爐，感應(yīng)爐等。但目前廣泛使用的是電阻加熱爐，其次是電熱反射爐。

（2）供氣系統(tǒng)

在低壓鑄造中，正確控制對(duì)鑄型的充型和增壓是獲得良好鑄件的關(guān)鍵，這個(gè)控制完全由供氣系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)不同鑄件，不同鑄件的要求，供氣系統(tǒng)應(yīng)可以任意調(diào)節(jié)，工作要穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)要使用維修方便。五、特殊低壓鑄造工藝

低壓鑄造對(duì)一些特殊結(jié)構(gòu)或特殊性能要求的鑄件，難以滿(mǎn)足時(shí)，就在低壓鑄造的基礎(chǔ)上，發(fā)展出一些特殊低壓鑄造工藝。

（1）壓差法低壓鑄造

有些鑄件的內(nèi)部質(zhì)量要求高，希望在較高的壓力下結(jié)晶，但一般低壓鑄造時(shí)的結(jié)晶壓力不能太大。因而發(fā)展出壓差法低壓鑄造。其工藝過(guò)程是將電阻保溫爐和鑄型全部進(jìn)行密封，在密封罩內(nèi)通人壓力較大如500kPa的壓縮空氣，這時(shí)由于鑄型與增鍋內(nèi)部的壓力相等，金屬液不會(huì)上升，然后金屬液向上補(bǔ)充50kPa壓力，金屬液就會(huì)上升充填型腔。同時(shí)鑄型內(nèi)的金屬液也在高壓下結(jié)晶凝固。這種方法使鑄件得到較致密