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机床铸件的铸造工艺以及铸造流程

2017-02-28  来自: 章丘市明水昭政机械配件加工厂 浏览次数:339

横浇道发挥阻渣作用应具备的条件:充满条件
内浇道的位置——远离直—横拐弯处和横浇道末端。
强化横浇道阻渣的措施
 虑网——根本的措施;
 特殊结构的横浇道;
 惯性力——P=G+J J—惯性力 G—重力 浮力大小等于P ,方向与P相反。利用惯性力的形成来集渣;
 特殊结构对集渣的影响——结构的变化使得金属的流动速度改变,所以破坏了渣粒的上浮,也破坏了渣粒被捕捉。渣粒易进入吸动区而进入铸型;
 结构为平直,即:
内浇道作用:控制充型速度和方向 
 分配金属
 控制和调节机床铸件的温度和凝固顺序
远离直浇道的内浇道流量大
内浇道设计的基本原则:控制凝固的顺序,调节温度场——位置和数量;
 控制金属液进入铸型的方向和大小;
 有利于阻渣——扁平结构;
 便于清理。

平稳充型是跟本
利用横浇道阻渣、分配液流
内浇道调节温度场
封闭式概念:充满、有压——压力系统
 特点:阻 渣 消耗金属少 喷射、冲砂 金属易氧化——二次渣的形成
 适用:不易氧化的金属——铸铁等
封闭式 概念:不充满、非压力系统
 特点:充型平稳 金属氧化小 冲刷作用小 阻渣差 金属消耗大——内浇道较大
 适用:易氧化的金属
顶注式概念:内浇道在机床铸件的最高位置
 特点:易充满 补缩——顺序凝固—温度梯度 节约金属——冒口小 冲刷大
底注式概念:内浇道在机床铸件的部
 特点:不易充满——冷隔 补缩——顺序凝固——温度梯度——缺陷 不节约金属——冒口大 冲刷小 造型困难

快浇:易充满、对铸型的热作用小、冲刷大、浇注系统重
慢浇:冲刷小、浇注系统轻、热作用大
设计的步骤
 类型的选择
 内浇道的位置、数量
 直浇道的位置与高度
 确定浇注时间
 计算阻流断面
 确定浇口比及计算各组元断面积
 验证与修正
 绘制系统图

合金的结晶温度范围;
合金的结晶温度范围愈小,凝固区域愈窄,愈倾向于逐层凝固 。
机床铸件的温度梯度 。
在合金结晶温度范围已定的前提下,凝固区域的宽窄取决与机床铸件内外层之间的温度差。若机床铸件内外层之间的温度差由小变大,则其对应的凝固区由宽变窄 。
体收缩率是机床铸件产生缩孔或缩松的根本原因
线收缩率是机床铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因。 
冒口— 储存补缩用金属液的空腔。
顺序凝固— 机床铸件按照一定的次序逐渐凝固。
机床铸件在凝固以后的继续冷却过程中,其固态收缩受到阻碍,机床铸件内部即将产生内应力。 
合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒系统的机械阻碍而形成的内应力。
机械应力是暂时应力。
热应力是由于机床铸件壁厚不均匀,各部分冷却速度不同,以致在同一时期内机床铸件各部分收缩不一致而引起的应力。 
 机床铸件的结构圆角
 避免锐角连接
 厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡
 减缓筋、辐收缩的阻碍
 起模方便和减少分型面数量
 避免大平面结构
 分型面应尽量为平直面;
 凸台、筋条的设计应便于起模
 应尽量减少型芯的数量,避免不必要的型芯。
 便于型芯的固定、排气和清理。
结构:保证质量,简化工艺
机床铸件的结构不能轻易修改,需向产品设计者说明
浇注位置:浇注时机床铸件在型内所处的状态和位置
质量原则
A.填充质量:→充满
B.内在质量:→确定浇注位置的核心→控制机床铸件凝固 
顺序凝固与同时凝固
C.外在质量:
 充满→薄壁在下
 内在→凝固顺序
 外在→重要表面的位置和大平面
 工艺→合箱、浇注和冷却位置一致→平铸立浇
机床铸件的重要加工面和受力面应朝下或位于侧面 
应将面积较大的薄壁部位置于铸型下部,或使其倾斜位置
机床铸件的大平面应朝下 
为防止机床铸件产生缩孔、缩松的缺陷,应使机床铸件的厚大部位朝上或侧放 
分型面:两半铸型相互接触的表面。分为:平直和曲面。
 作用:便于造型、下芯和起模。→一种工艺要求。
 质量→避免尺寸上的变化→机床铸件全部或大部置于同一半型内
避免受力结构被破坏→分型面不穿过重要表面
 工艺→简化工艺→分型面数量→平面分型面
生产方便→下芯、合箱、检查型腔尺寸
 分型面应选在机床铸件的截面处。
 应尽量使机床铸件的全部或大部置于同一砂箱,以保证机床铸件的尺寸精度。 
 应尽量减少分型面的数量,并尽可能选择平面分型。 
 为便于造型、下芯、合箱及检验机床铸件壁厚,应尽量使型腔及主要型芯位于下箱。 
砂芯:为了起模仿便,并形成机床铸件的内腔、孔和机床铸件外形不能出砂的部位,所采用的砂块。以工艺要求为主。
 作用:起模方便、局部的特殊要求。
拔模斜度与模样一致
芯头:伸出铸型以外不与金属接触的砂芯部分 作用:定位、支撑、排气
 芯头长度:或高度——不宜太长——金属浮力的大小确定——通常 20—30;
芯头承压面积应保证在金属液的浮力作用下不超过铸型的需用压应力。
机械加工余量概念:在机床铸件加工表面上留出的、准备切削去的金属厚度。
对浇注系统的基本要求
 满足凝固原则——补缩——通过对机床铸件温度场的调整;
 引导金属液平稳充型——避免流动缺陷的核心——卷、吸气,金属氧化;
 铸型充满——上升速度;
 阻渣能力;
 金属消耗少。
 
对浇注系统的基本要求
 符合机床铸件的凝固原则或补缩方法。
 在规定的浇注时间内充满型腔。
 提供必要的充型压力头,保证机床铸件轮廓、棱角清晰。
 使金属液流动平稳,避免严重亲流。防止卷入、吸收气体和使金属过度氧化。
 具有良好的阻渣能力。
 金属液平稳充型。
 烧注系统的金属消耗小,并容易清理。
漏斗式:①阻渣能力差;②金属↓;③结构简单
池式: ①一定的阻渣能力;②金属↑;③结构相对复杂
速度的增大使得金属液在直浇道内可能为充满或不充满状态→与直浇道的结构形式有关
A. 平直的直浇道或上小下大→不充满
B. 上大下小→充满
C. 连接 尖角→不充满,圆角R≥D/4(D直浇道上口直径)→充满实际为充满→内、横浇道的流动阻力,造型材料
直——横拐弯处大大高度紊流区。
 缩短直——横拐弯处的高度紊流区;
 减小直——横拐弯处的局部阻力系数和水头损失。
 四个区
直——横浇道拐弯处的高度紊流区;
过渡区;
正常区;
横浇道的末端高度紊流区。
 横浇道上浇口处的吸动区
影响捕获渣粒的因素 
速度大小和方向的变化都会影响渣粒的上浮;
 由于吸动区的存在,只有当渣粒上浮到横浇道的顶部,离开內浇口吸动区才可能被横浇道捕获;
 速度大:渣粒上浮的所需路程长。

冒口作用区:冒口储存的金属液多,热量集中,散失慢,故从冒口边缘到一定位置处存在一定的温差。
冒口末端区: 受末端效应的影响,机床铸件末端的凝固比其他部分快的多,使末端与机床铸件中部形成较大的温差(此温差梯度比冒口区大),所以机床铸件在这个区域内是致密的。
轴线缩松区:在冒口区及末端区作用不到的地方机床铸件内不存在温度差,凝固后中心就出现轴线缩松。
• 冒口补缩通道末端多了一个散热面,散热快——构成一个朝向冒口而递增的温度梯度;
• 存在平行与轴线的散热表面,形成一个朝向冒口的楔形的补缩通道。

 

冒口的凝固时间大于被补缩部位凝固的时间——时间的概念
铸钢件冒口的设计与计算
随着冒口对机床铸件的补给的进行,冒口中金属液逐渐减少,其散热面积增加,所以冒口模数不断减小;机床铸件的模数由于得到热金属液的补充,模数相对的有所增大 f=1.2
冒口应有足够的金属液——量的概念
冒口应有足够的金属液补偿机床铸件在凝固完毕前的体收缩和型壁移动而扩大的容积。
球墨铸铁件冒口的设计
实用冒口的核心是:部分或全部利用石墨化膨胀消除二次收缩缺陷
设计冒口的关键是:冒口先于机床铸件凝固
 在凝固完毕前要经历一次(液态)收缩、体积膨胀和二次收缩过程。
 一次收缩、体积膨胀和二次收缩的大小并非确定,而是在很大范围内变化。

直接实用冒口
 利用全部共晶膨胀以补偿机床铸件的二次收缩
 冒口补缩液态收缩
 液态收缩结束或共晶膨胀开始,冒口补缩结束——冒口颈冻结
 利用膨胀压力:
早期形成内压——铸型弹性扩张
二次收缩时内压逐渐降低——避免机床铸件内部出现缺陷(压力冒口)
 冶金质量影响:铸铁的一次收缩、共晶膨胀和二次收缩的大小,进而对缩孔、机床铸件涨大变形和缩松的倾向产生影响。而这一影响通常以石墨球的数量反应的。
机床铸件结构:
 满足一定的条件时(铸型条件);
 模数M以2.5为界,小于要求安放冒口进行补缩;大于可以采用无冒口补缩。
冒口的有效体积应是指高于被补缩部位的那部分冒口体积
机床铸件液态收缩结束时或共晶开始时,冒口颈冻结;
关键模数:是指机床铸件关键部位的模数。
 关键部位:满足这样三个条件:
它的体积膨胀量能抵偿所有的更厚部位的液态收缩量,直到比它厚的部位开始膨胀为止,膨胀量等于液态收缩量。
关键部分的膨胀比它更厚部分的液态收缩同时发生。
两者相互关联。
 关键模数的确定。
 冒口的位置:由于直接实用冒口之补给机床铸件的液态收缩,有效补缩距离是无限的。因此,冒口可放置关键部位或更厚的部位处。
直接实用冒口的优点:出品率高 冒口位置好确定 冒口易清楚
缺点:铸型强度要求高。模数大于0.48cm的球铁件,要求用干型等。对于复杂机床铸件关键模数不易确定。

 随温度的下降,机床铸件的比容下降。当得到D点时,由于石墨析出,体积膨胀:如果这时冒口颈凝固,就相当于全部利用了石墨膨胀,要求铸型的强度高,如果:回填部分铁水,压力释放,可以减小对铸型的作用,但回填太多,预留的膨胀不足以克服二次收缩缺陷。所以,控制压力冒口的膨胀量控制在:
冒口的补缩距离:由凝固部位向冒口回填铁水的距离。

 逐层凝固——机床铸件表面形成一个完整的外壳——普通灰铸铁,糊状凝固——未形成完整外壳——球磨机床铸件——刚性好的铸型
 石墨化膨胀——片状石墨,球状石墨——二次膨胀
 自补缩能力——消除缩松
 利用铸铁件石墨的二次膨胀消除缩的工艺方式为:均衡凝固原理
影响因素:利于石墨化的因素,将有利于利于石墨化二次膨胀消除缩松缺陷
 合金成分
 铸铁材料——一定要求外部补缩
 机床铸件结构——壁厚
 越是薄壁件越是需要补缩
 时间:顺序凝固原则
冒口凝固时间大于或等于机床铸件(被补缩部分)的凝固时间:遵守的是顺序凝固的原则。
 补缩量
 补缩通道
通用冒口适用于所有合金

 整体复合材料的成形
粉末冶金法
液态成形法
自蔓延高温合成法
 2、表面复合材料的成形
铸渗法
铸造烧结法
金属表面再生技术

控制压力冒口:部分利用共晶膨胀量补缩机床铸件的二次补缩。利用膨胀力使机床铸件内部铁水回填,冒口释放“压力”。控制回填程度使机床铸件内建立适中的内压,用来克服二次补缩缺陷—缩松


关键词: 机床铸件的铸造工艺以及铸造流程           

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