铸造工艺设计

铸造工艺设计（共9篇）

1.铸造工艺设计 篇一

金属铸造工艺论文

摘要：

铸造是将通过熔炼的金属液体浇注入铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作过程。铸造是常用的制造方法，铸造是一种古老的制造方法，在我国可以追溯到6000年前。随着工业技术的发展，铸大型铸件的质量直接影响着产品的质量，因此，铸造在机械制造业中占有重要的地位。由零件的结构特点，提出多种浇注和分型方案，综合对比分析，选择最为理想的浇注位置及分型面。制定出详细的铸造工艺方案。关键字：

铸造工艺性；铸造工艺方案；铸造工艺参数；补缩系统；浇注系统

铸造工艺种类：

铸造工艺可分为重力铸造、压力铸造、砂型铸造、压铸、熔模铸造和消失模铸造。铸造方法常用的是砂型铸造，其次是特种铸造方法，如：金属型铸造、熔模铸造、石膏型铸造等。各种特种铸造方法均有其突出的特点和一定的局限性，对铸件结构也各有各自的特殊要求。

重力铸造

重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺，也称浇的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造，泥模铸造等；窄义的重力铸造专指金属型浇铸。压力铸造

压力铸造是指金属液在其他外力（不含重力）的作用下注入铸型的工艺。广义的压力铸造包括压铸机的压力铸造和真空铸造、低压铸造、离心铸造等；窄义的压力铸造专指压铸机的金属型压力铸造，简称压铸。这几种铸造工艺是目前有色金属铸造中最常用的、也是相对价格最低的。

砂型铸造

砂型铸造是一种以砂作为主要造型材料，制作铸型的传统铸造工艺。砂型一般采用重力铸造，有特殊要求时也可采用低压铸造、离心铸造等工艺。砂型铸造的适应性很广，小件、大件，简单件、复杂件，单件、大批量都可采用。砂型铸造用的模具，以前多用木材制作，通称木模。木模缺点是易变形、易损坏；除单件生产的砂型铸件外，可以使用尺寸精度较高，并且使用寿命较长的铝合金模具或树脂模具。虽然价格有所提高，但仍比金属型铸造用的模具便宜得多，在小批量及大件生产中，价格优势尤为突出。此外，砂型比金属型耐火度更高，因而如铜合金和黑色金属等熔点较高的材料也多采用这种工艺。但是，砂型铸造也有一些不足之处：因为每个砂质铸型只能浇注一次，获得铸件后铸型即损坏，必须重新造型，所以砂型铸造的生产效率较低；又因为砂的整体性质软而多孔，所以砂型铸造的铸件尺寸精度较低，表面也较粗糙。

压铸

压铸是在压铸机上进行的金属型压力铸造，是目前生产效率最高的铸造工艺。压铸机分为热室压铸机和冷室压铸机两类。热室压铸机自动化程度高，材料损耗少，生产效率比冷室压铸机更高，但受机件耐热能力的制约，目前还只能用于锌合金、镁合金等低熔点材料的铸件生产。当今广泛使用的铝合金压铸件，由于熔点较高，只能在冷室压铸机上生产。压铸的主要特点是金属液在高压、高速下充填型腔，并在高压下成形、凝固，压铸件的不足之处是：因为金属液在高压、高速下充填型腔的过程中，不可避免地把型腔中的空气夹裹在铸件内部，形成皮下气孔，所以铝合金压铸件不宜热处理，锌合金压铸件不宜表面喷塑（但可喷漆）。否则，铸件内部气孔在作上述处理加热时，将遇热膨胀而致使铸件变形或鼓泡。此外，压铸件的机械切削加工余量也应取得小一些，一般在0.5mm左右，既可减轻铸件重量、减少切削加工量以降低成本，又可避免穿透表面致密层，露出皮下气孔，造成工件报废。

熔模铸造

所谓熔模铸造工艺，简单说就是用易熔材料（例如蜡料或塑料）制成可熔性模型（简称熔模或模型），在其上涂覆若干层特制的耐火涂料，经过干燥和硬化形成一个整体型壳后，再用蒸汽或热水从型壳中熔掉模型，然后把型壳置于砂箱中，在其四周填充干砂造型，最后将铸型放入焙烧炉中经过高温焙烧（如采用高强度型壳时，可不必造型而将脱模后的型壳直接焙烧），铸型或型壳经焙烧后，于其中浇注熔融金属而得到铸件。

失蜡法铸造现称熔模精密铸造，是一种少切削或无切削的铸造工艺，是铸造行业中的一项优异的工艺技术，其应用非常广泛。它不仅适用于各种类型、各种合金的铸造，而且生产出的铸件尺寸精度、表面质量比其它铸造方法要高，甚至其它铸造方法难于铸得的复杂、耐高温、不易于加工的铸件，均可采用熔模精密铸造铸得。

消失模铸造

消失模铸造技术（EPC或LFC）是用泡沫塑料制作成与零件结构和尺寸完全一样的实型模具，经浸涂耐火粘结涂料，烘干后进行干砂造型，振动紧实，然后浇入金属液使模样受热气化消失，而得到与模样形状一致的金属零件的铸造方法。消失模铸造是一种近无余量、精确成形的新技术，它不需要合箱取模，使用无粘结剂的干砂造型，减少了污染，被认为是21世纪最可能实现绿色铸造的工艺技术。

铸造生产的工艺流程：

铸造主要工艺过程包括：金属熔炼、模型制造、浇注凝固和脱模清理等。铸造用的主要材料是铸钢、铸铁、铸造有色合金(铜、铝、锌、铅等)等。

铸造生产是一个复杂的多工序组合的工艺过程，它包括以下主要工序：

1）生产工艺准备，根据要生产的零件图、生产批量和交货期限，制定生产工艺方案和工艺文件，绘制铸造工艺图；

2）生产准备，包括准备熔化用材料、造型制芯用材料和模样、芯盒、砂箱等工艺装备； 3）造型与制芯； 4）熔化与浇注；

5）落砂清理与铸件检验等主要工序。成形原理

铸造生产是将金属加热熔化，使其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的铸型型腔中，在重力或外力（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却并凝固成铸件（或零件）的一种金属成形方法。铸件一般作为毛坯经切削加工成为零件。也有许多铸件无需切削加工就能满足零件的设计精度和表面粗糙度要求直接作为零件使用。型砂的性能及组成：

1、型砂的性能

型砂（含芯砂）的主要性能要求有强度、透气性、耐火度、退让性、流动性、紧实率和溃散性等。

2、型砂的组成型砂由原砂、粘接剂和附加物组成。铸造用原砂要求含泥量少、颗粒均匀、形状为圆形和多角形的海砂、河砂或山砂等。铸造用粘接剂有粘土（普通粘土和膨润土）、水玻璃砂、树脂、合脂油和植物油等，分别称为粘土砂，水玻璃砂、树脂砂、合脂油砂和植物油砂等。为了进一步提高型（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、锯末、纸浆等。工艺特点铸造是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对于有些脆性金属或合金材料（各种铸铁件、有色合金铸件等）的零件毛坯，铸造几乎是唯一的加工方法。与其它加工方法相比，铸造工艺具有以下特点： 1）铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。铸件材料可以是各种铸

铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料；铸件可以小至几克，大到百吨；铸件壁厚可以从0．5毫米到1米左右；铸件长度可以从几毫米到十几米。

2）铸造可以生产各种形状复杂的毛坯，特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。

3）铸件的形状和大小可以与零件很接近，既节约金属材料，又省切削加工工时。

4）铸件一般使用的原材料来源广、铸件成本低。

5）铸造工艺灵活，生产率高，既可以手工生产，也可以机械化生产。铸件的手工造型手工造型的主要方法砂型铸造分为手工造型（制芯）和机器造型（制芯）。手工造型是指造型和制芯的主要工作均由手工完成；机器造型是指主要的造型工作，包括填砂、紧实、起模、合箱等由造型机完成。泊头铸造工量具友介绍手工造型的主要方法：手工造型因其操作灵活、适应性强，工装备简单，无需造型设备等特点，被广泛应用于单件小批量生产。但手工造型生产率低，劳动强度较大。手工造型的方法很多，常用的有以下几种：

1．整模造型对于形状简单，端部为平面且又是最大截面的铸件应采用整模造型。整模造型操作简便，造型时整个模样全部置于一个砂箱内，不会出现错箱缺陷。整模造型适用于形状简单、最大截面在端部的铸件，如齿轮坯、轴承座、罩、壳等。2.分模造型当铸件的最大截面不在铸件的端部时，为了便于造型和起模，模样要分成两半或几部分，这种造型称为分模造型。当铸件的最大截面在铸件的中间时，应采用两箱分模造型，模样从最大截面处分为两半部分（用销钉定位）。造型时模样分别置于上、下砂箱中，分模面（模样与模样间的接合面）与分型面（砂型与砂型间的接合面）位置相重合。两箱分模造型广泛用于形状比较复杂的铸件生产，如水管、轴套、阀体等有孔铸件。铸件形状为两端截面大、中间截面小，如带轮、槽轮、车床四方刀架等，为保证顺利起模，应采用三箱分模造型。此时分模面应选在模样的最小截面处，而分型面仍选在铸件两端的最大截面处，由于三箱造型有两个分型面，降低了铸件高度方向的尺寸精度，增加了分型面飞边毛刺的清整工作量，操作较复杂，生产率较低，不适用于机器造型，因此，三箱造型仅用于形状复杂、不能用两箱造型的铸件生产。铸件高度方向的尺寸精度，增加了分型面处飞边毛刺的清整工作量，操作较复杂，生产率较低，不适用于机器造型，因此，三箱造型仅用于形状复杂、不能用两箱造型的铸件生产。3．活块模造型

铸件上妨碍起模的部分（如凸台、筋条等）做成活块，用销子或燕尾结构使活块与模样主体形成可拆连接。起模时先取出模样主体，活块模仍留在铸型中，起模后再从侧面取出活块的造型方法称为活块模造型。活块模造型主要用于带有突出部分而妨碍起模的铸件、单件小批量、手工造型的场合。如果这类铸件批量大，需要机器造型时，可以用砂芯形成妨碍起模的那部分轮廓。4．挖砂造型

当铸件的外部轮廓为曲面（如手轮等）其最大截面不在端部，且模样又不宜分成两半时，应将模样做成整体，造型时挖掉妨碍取出模样的那部分型砂，这种造型方法称为挖砂造型。挖砂造型的分型面为曲面，造型时为了保证顺利起模，必须把砂挖到模样最大截面处。由于是手工挖砂，操作技术要求高，生产效率低，只适用于单件、小批量生产。铸造铸件金属液的浇注生产中，浇注时应遵循高温出炉，低温浇注的原则。因为提高金属液的出炉温度有利于夹杂物的彻底熔化、熔渣上浮，便于清渣和除气，减少铸件的夹渣和气孔缺陷；采用较低的浇注温度，则有利于降低金属液中的气体溶解度、液态收缩量和高温金属液对型腔表面的烘烤避免产生气孔、粘砂和缩孔等缺陷。因此，在保证充满铸型型腔的前提下，尽量采用较低的浇注温度。把金属液从浇包注入铸型的操作过程称为浇注。浇注操作不当会引起浇不足、冷隔、气孔、缩孔和夹渣等铸造缺陷，和造成人身伤害。为确保铸件质量、提高生产率以及做到安全生产，浇注时应严格遵守下列操作要领：

（1）浇包、浇注工具、炉前处理用的孕育剂、球化剂等使用前必须充分烘干，烘干后才能使用。

（2）浇注人员必须按要求穿好工作服，并配戴防护眼镜，工作场地应通畅无阻。浇包内的金属液不宜过满，以免在输送和浇注时溢出伤人。

（3）正确选择浇注速度，即开始时应缓慢浇注，便于对准浇口，减少熔融金属对砂型的冲击和利于气体排出；随后快速浇注，以防止冷隔；快要浇满前又应缓慢浇注，即遵循慢、快、慢的原则。（4）对于液态收缩和凝固收缩比较大的铸件，如中、大型铸钢件，浇注后要及时从浇口或冒口补浇。

（5）浇注时应及时将铸型中冒出的气体点燃顺气，以免由于铸型憋气而产生气孔，以及由于气体的不完全燃烧而损害人体健康和污染空气。铸造的坩埚炉熔化常用的铸造有色金属有铸造铝合金、铸造铜合金、铸造镁合金和铸造锌合金等。有色金属的熔点低，其常用的熔化用炉有坩埚炉和反射炉两类，用电、油、煤气或焦碳等作为燃料。中、小工厂普遍采用坩埚炉熔化，如电阻坩埚炉、焦碳坩埚炉等，生产大型铸件时一般使用反射炉熔化，如重油反射炉、煤气反射炉等。

2.铸造工艺设计 篇二

目前市场上各种活塞铸造机的机构基本已经趋于定性, 结构优化空间相对较小。但是实践中发现, 如果能通过对铸造机的控制系统的改造来达到优化生产工艺的目的, 改造过程会即省时又经济, 并能达到提高活塞质量和降低废品率的目的。

1 铸造机的工作原理

铸造机结构如图1所示, 其工作流程:左右边芯退回—中芯上升—左右外模进给—顶模下降—工作台倾斜—工作人员浇筑铝液—工作台复位—水冷开始 (外模水冷—销模水冷—中芯水冷—顶模水冷) —顶模上升—左右外模后退—中芯下降—左右边芯前进—取下工件。

2 电气改造方案

大多数铸造机程序中水冷时间为固定值, 当工况条件改变时, 对活塞的成品率有很大影响, 这就要求编程人员到现场根据工况环境对冷却时间做出改动, 严重影响效率。且水冷各部分为串联的顺序结构, 由先到后依次为:外模水冷—销模水冷—中芯水冷—顶模水冷, 这种先后顺序容易造成铸造件内部的应力集中等问题, 影响铸件质量。鉴于此种情况, 提出把程序中的时间参数反映在触摸屏中, 即便是铸造人员也可以对时间随时做出调整。此外, 将四部分水冷环节并列设计且相互独立, 有利于各部分时间参数的调整。为了调试出更好的冷却方案, 在每部分水冷之前加入滞后等待时间, 可以根据滞后时间长短调整四部分水冷的先后顺序, 从而得到更好的冷却效果, 将水冷阶段的工作流程改为:外模水冷滞后时间—外模水冷—销模水冷滞后时间—销模水冷—中芯水冷滞后时间—中芯水冷—顶模水冷滞后时间—顶模水冷, 流程如图2所示。

3 冷却部分PLC程序设计

冷却部分PLC程序设计如图3所示。为了使系统对各种时间参数有记忆功能并且能良好地显示在触摸屏上, 系统采用掉电保持存储器存储时间参数 (图3中VW202) , 为了让触摸屏上的时间参数呈现动态变化, 用定时器和逻辑加法实现脉宽为1s的动态时间参数, 这一参数存储器 (图3中VW100) 用于触摸屏上动态时间显示。

4 触摸屏设计

触摸屏设计如图4所示。为了让铸造员工更加直观地看到滞后时间和冷却时间进程并且能随时进行参数调整, 时间进程采用柱状图, 时间输入选用可显示输入值的按钮并且在下方加以文字说明。

5 结语

优化设计成功地解决了调节参数只能由程序员完成这一问题, 使得冷却工艺更加合理, 提高了生产活塞的效率, 优化了时间动态显示的可视效果, 简化了PLC程序, 大幅度提高了系统的稳定性。

参考文献

[1]陈白宁, 段智敏, 刘文波.机电传动控制基础[M].沈阳:东北大学出版社, 2008

[2]李令奇, 段智敏.机械系统实用计算机控制技术[M].沈阳:东北大学出版社, 2003

[3]廖常初.PLC编程及应用, S7-200[M].北京:机械工业出版社, 2007

3.铸造铝合金熔炼工艺研究 篇三

摘 要：随着国网的发展，金具行业竞争日趋激烈。为了降低成本，增加市场竞争力，各个公司都从减少材料，增加产品强度、质量上着手。本文对铸造铝合金熔炼工艺进行分析研究，预期到达通过变质处理，细化晶粒，使铸件内部组织细化，从而提高铸件强度。

关键词：变质处理；变质剂及用量；铝合金强度

0 引言

随着国网的发展，金具行业竞争日趋激烈。为了降低成本，增加市场竞争力，各个公司都从减少材料，增加产品强度、质量上着手。

对于铸铝产品，从原材料熔炼及变质处理进行分析研究，预期想到达通过变质处理，细化晶粒，使铸件内部组织细化，从而达到提高铸件强度的目的。

1 变质处理的含义

在Al-Si合金中，通过加入适量的变质剂，使铝液金相组织发生改变，形成细小的共晶体。增强合金的机械性能及伸长率。

2 变质处理必要性

Al-Si合金中的共晶Si，特别是粗大的多角形板状初晶Si，严重地割裂了Al基体，在Si相的尖端和棱角处引起应力集中，使机械性能特别是伸长率显著降低，切削加工性能也不好。因此，当含Si量高于6%～8%，必须进行变质处理。

3 變质剂分类

近年来，国内外都在探求Al-Si合金新的变质剂和变质方法，据报道，下列元素对共晶体（ā+Si）均可起到不同程度的变质作用，如Na（纳）、Sr（锶）、Y（钇）、Bi（铋）、Sb（锑）、S（硫）等。

4 变质剂的选用

4.1 钠盐变质法：钠盐变质法的成本低，制备也比较简单，适合批量小、要求不很高的产品，其缺点是：钠是化学活泼性元素，在变质处理中氧化、烧损激烈、冒白色烟雾，对人体和环境都有危害，操作也不太安全，特别是易使坩埚腐蚀损坏，它的充分变质有效时间短，一般不超过1h。钠还使Al-Mg系合金的粘性增加，恶化铸造性能，当钠量多时，还会使合金的晶粒催化，所以一般都不用钠盐变质剂来进行变质处理，以免出现所谓“钠脆”现象。

4.2 铝锶中间合金变质法：这是国外使用的较多的一种长效变质方法。加入量为炉料总重量的0.04%-0.05%的Sr。其优点是变质效果比钠盐好，氧化烧损也比钠盐小，有效变质持续时间长，对坩埚的腐蚀性也比钠盐小，因而可使坩埚的使用寿命延长。这种变质法操作也比使用钠盐安全卫生，不产生对人体和环境有害的气体，变质效果也比钠盐好，一般有80%-90%的良好变质合格率。其缺点是：成本比钠盐高，要预先配制成中间合金。

通过对多种变质剂分析，最后确定选用最适合公司生产使用的Sr（锶）作为变质剂。

5 Sr变质的加入量与熔炼方式

通过不断的实验检测分析，在共晶体和共晶成分的Al-Si合金中加入0.02%～0.06%Sr时，合金能有效地变质，且锶的变质有效时间为6～7小时。但重熔时，不易用氯盐进行精炼，且熔炼超过6～7小时后，必须另加Sr进行重新变质。

Sr含量对合金性能的影响：下图为ZL102合金的实际含Sr量和机械性能的关系，由图可见，含Sr量0.02%～0.06%时，抗拉强度和塑性达到最大值，随后性能下降。因为Sr含量超过0.06%后，出现新的脆化相，使合金性能变坏。

锶变质的熔炼过程：在铝料经过熔炼、精炼、除气、扒渣后，锶以Al-Sr合金加入铝液中，进行搅拌熔炼。待5～10分钟后，即可进行炉前检验，判断变质效果。

6 实验结果

下表为未经Sr变质和经过Sr变质的产品拉力实验结果；

[产品

名称

悬垂线夹主体

悬垂线夹主体

悬垂铝套壳][产品

型号

CGF-10044

CGF-10040TG

TK-05][材料

ZL102

ZL102

ZL102][未加Sr的

抗拉强度

102kN

105kN

101kN

100.8kN

80kN

79.1kN][加入Sr的

抗拉强度

160kN

155kN

148kN

140kN

95kN

98kN]

结果分析：通过实验，我们证实经过Sr变质的产品，抗拉强度和伸长率都远远大于未经Sr变质的产品。所以，Sr变质起到细化晶粒，使铸件内部组织细化，提高铸件强度的作用。

参考文献：

[1]铸造有色合金及其熔炼[M].河北工学院科技情报研究室，1985.5.

[2]铸造有色合金手册[M].机械工业出版社，1978.4.

[3]铸造手册[M].机械工业出版社，1993.2.

作者简介：

4.铸造工艺实训指导书 篇四

1.工艺实训的内容及目的

熔模精密铸造是在古代蜡模铸造的基础上发展起来的，作为文明古国，中国是使用这一技术 较早的国家之一，远在公元前数百年，我国古代劳动人民就创造了这种失蜡铸造技术，用来铸造带有各种精细花纹和文字的钟鼎及器皿等制品，如春秋时的曾侯乙墓尊盘等。

现代熔模铸造方法在工业生产中得到实际应用是在二十世纪四十年代，航空工业的发展推动了熔模铸造的应用，而熔模铸造的不断改进和完善，也为航空工业和其他各行业进一步发展创造了有利的条件。本实训旨在通过工艺品熔模铸造，使学生切实进行铸造产品从零件工艺性分析、模具制作、铸型制备、工艺设计、浇注、清理等生产全过程训练，真正达到提高本专业学生工程实践动手能力的目的。工艺品制作工艺方案的设计与选择

2.1 工艺品选择及工艺性分析

熔模铸造具有铸件尺寸精度及表面光洁度较高，浇注金属类型范围广，生产批量无限制等优点。工艺品可自己选择，在实验教师指导下完成工艺性分析。2.2 工艺品制作工艺方案的选择

工艺品原型(举例)：

图2.1 工艺品原型图

2.2 工艺品制作工艺方案设计

工艺品制作的工艺流程为：将设计好的作品(工艺品原型)，以硅胶加硅油按适当比例，用油漆刷均匀分层涂刷在工艺品上，使工艺品平均刷满硅胶。硅胶和硅油必须有适当的比例，才能有良好的韧性与耐用性。如果急欲完成硅胶模，加了过量的硅油或硬化剂，虽可大大地缩短硅胶凝固成型时间，却会造成硅胶延展性不够。在取工艺品蜡模时，极易拉断蜡模，从而无法做出完整精细的作品，所以一定要小心取蜡模；同时，硅胶模易脆化、使用次数不多，所以也要耐心等待硅胶模自然成型后再小心脱模。要确保硅胶模有良好的韧性和延展性的关键是：必须分层次地将调好的硅胶油很平均地刷在粗细不一的工艺品表面。虽作品粗细不一，但均须使硅胶模均匀成型，一层干了之后，再刷第二层、第三层，直至达到均匀涂层的硅胶模，才是一个适于创作的、耐用的好模。工艺品原型我们称之为阳模；而利用硅胶涂布其上成型的，称之为阴模（内部空心）。选择适当分界线，利用美工刀将硅胶模局部划开，将工艺品原型取出来，再将硅胶模分界线对好用硅胶修复，形成空心模。此时将达到适当熔点的蜡，适量地倒入硅胶模中，灌满模型，而后静止等待使蜡自然冷却成型。所使用的蜡过硬与过软皆不合适，过硬的蜡会很难修饰，太软的蜡则无法成型。而且温度不足也会使熔蜡不能流到细微处，温度太高也不利于成型，所以熔蜡温度需要控制适当。

冷却成型的蜡模要从硅胶模中取出，亦要小心拆模，在脱硅胶模时需要逐步拉下，遇到枝节细微处，需要慢慢翻开，以保证蜡模完整。若不小心扯断了，需要重接，否则会使蜡模角度不对称，丧失美感。顺利取出的蜡模和工艺品原型一模一样，即为阳模。此时的蜡模表面若有瑕疵，需要借助工具修补。将分模线、气孔等修好补平，若有断裂，亦在此时用蜡修补好，此工序为修蜡。修蜡完成的蜡模，即可进行蜡模与浇注系统的焊接组装，组装好后即可制作型壳。运用水玻璃粘结剂配以适当比例的耐火材料制作型壳，首先配置耐火涂料然后进行涂挂撒砂硬化和干燥处理，而后再进行脱蜡、培烧和浇注，最后对浇注工艺品进行清理。3.硅橡胶模制作工艺过程

3.1 硅橡胶模制作前的准备工作

a.硬化剂：架桥作用，使O-Si-O之间的键拉开形成网络结构，也起硬化作用。如加量过高，硬化很快，模具易拉坏，同时耐温差，耐化学性差，导致模具寿命缩短。因此建议硬化剂的用量为1.2-2.8%，同时硬化剂的加入量还应根据当时的气温、温度而适量增减。气温或室温偏高，都会使反应相对加快，故应适量降低硬化剂用量。

b.硅油（矽油）：稀释Si原子之间结构，使Si原子有良好的活动空间。但也可以不添加，本实验中未使用硅油。

c.脱模剂：使成品与模具隔离，喷时要均匀适量不能有气泡，过多会出现水纹。3.2 硅橡胶模制作工艺流程

a.配置硅胶: 模具硅橡胶是由基胶和固化剂联合使用的，通常使用比例是：基胶：固化剂=100：2～2.5。即取出基胶100克加入2克（或者2.5克）固化剂，在两分钟左右搅拌均匀，过一个小时固化以后才能脱模.有时可以加5%硅油稀释，来增加操作时的流动性，便于排除气泡，以保障模具的综合性能.一般固化剂不能过多，要保障足够的时间去搅拌、抽真空、敷模具。使用剂量与气温有关，温度高时要少一点，如气温在25℃时按100:2左右配比为佳，30℃时按照具体情况在100:1.5到100:1.8之间较好。

若加入硅油，则必须将其比例控制在100:5以下，不能太多，否则会影响模具的综合性能。模具的抗烧性能是由硅胶的品种而定，不同型号的硅胶抗烧性能不同。在选用硅胶时，要根据

[10]自己的产品生产的需要来选用相应型号的硅胶。

b.刷模: ① 用毛刷将胶料刷到模具表面，形成连续的薄层。

② 所有气泡都必须在空气气压下予以破裂，可使用压缩空气吹过表面，使这些气泡破裂。③ 必要时用纱布补强，在除泡的胶料表面轻轻贴上一层纱布，待胶料凝胶后，再重新刷硅胶、除泡、补强，这样反复共3～4层即可。c.固化: ① RTV-777胶料和固化剂混合后，即开始硫化，一般在在25℃下约10～20分钟内即凝胶，3小时左右即成胶模，24小时模具就可完全固化。② 固化过程必要时可进行烘烤。注意事项: ① 模具使用脱模剂，可使模具使用寿命延长，矽油量多少亦会影响寿命及尺寸的准确安全性。② 为确保RTV-777能维持正常良好的品质，基胶及硬化剂均应将其储存在23～27℃的干燥阴凉的密封容器中。

③ 当基胶或固化剂未使用完，应将桶盖拧紧，避免吸入大量湿空气，影响产品质量。④ 因操作温度不同，环境湿度不同将影响硅胶的固化时间。⑤ 固化剂使用过量，模具全变硬变脆；固化剂使用量较少，操作时间会延长，模具完全固化（可用）时间也会延长。

⑥ 为了使模具能达到最佳效果，需把模具存放至少24小时以后再使用。

完成后的工艺品硅橡胶模如下图3.1：

图3.1 硅胶模模腔

3.2蜡模制作过程

（1）模型:制蜡模应使用专用的模具,在本次设计中，使用模具硅橡胶制作橡胶模，作为蜡模的模具。

（2）蜡模的制作:将熔化的蜡料（石蜡,峰蜡,硬脂酸,松香等）倒入模型中,冷凝后取出,修去毛刺,得到蜡模。

（3）蜡模组装:将蜡模、直浇道、内浇道按设计好的浇注系统图组合焊接牢固。蜡模成品见下图3.2：

图3.2 蜡模模样

（4）浇注系统的设计：一般浇注系统可分顶注、中注、底注和阶梯注几种。对高度大的薄壁筒形、箱形件也可用缝隙式或阶梯式浇注系统。对某些铸件亦可采用平注和斜注。因为型壳表面硬度不够高、热导率小，因此内浇口一般不应直对型壁和型芯，防止冲刷型壁和型芯，而应沿着型壁和型芯设内浇口。对复杂的薄壁件为防止其变形及裂纹，内浇口应均匀分布，避免局部过热及浇不足等缺陷。内浇口应尽可能设在铸件热节处，利于补缩，本实验采用阶梯注，内浇口开设在工艺品的[6]背后或底座等不影响其美观的部位，分别用上下两个内浇口引入。见图3.3： 浇口杯 直浇道 工艺品铸件 工艺品铸件 内浇道

图3.3 工艺品铸件浇注系统图

（5）空心工艺品浇注研究：

为使工艺品的成本降低，所以决定采用减少原材料的方法，使浇注成型的金属工艺品呈空心状态，这样既不影响美观和观赏价值，而且大大节省了原材料从而降低了成本。铸造空心工艺品的具体操作方法为：在制作好硅胶模后，于浇蜡前在硅胶模内放置几个中间有孔洞而且四周为锯齿状的薄铁片，固定好不使它们移动，然后浇入蜡液，在外层蜡液凝固后倒出中心部分还未冷凝的蜡液，此时蜡液已把薄铁片凝在硅胶模内壁上了，这时再向中间的空心部分倒入石膏浆，等蜡液和石膏都完全凝固后再脱模，然后按照涂挂步骤制作型壳，脱蜡后就形成了中间带有石膏型芯的型壳，浇注成型后将工艺品中内部的石膏敲击出来即完成了空心金属工艺品的铸造。3.3 水玻璃粘结剂型壳制作过程 3.3.1 耐火涂料的配置

制壳耐火材料应使壳型有足够的常温强度和高温强度，在高温下不发生变形；有良好的透气性、热稳定性、脱壳性等性能。为此，制壳用耐火材料必须有足够的耐火度、热化学稳定性、小而均匀的热膨胀系数、合适的粒度，并要有利于涂料性能的稳定。此外，作为制壳材料还应对人体健康无害、货源充足和质量稳定。

国内用作面层材料的有石英、电熔刚玉和铝矾土等，用作加固层材料的有铝硅系耐火材料如粘[6]土和铝矾土等。

耐火涂料是制作型壳的基本材料，它是一种由粘结剂和在其中润湿透的粉状耐火材料所组成的悬浮液。型壳的耐火度、高温化学稳定性、强度、热膨胀性能和内表面质量主要取决于粘结剂及耐火材料本身的性能，但由此二者配置成的耐火涂料的工艺性能同样影响型壳的质量。

常用的耐火涂料主要有水玻璃粘结剂涂料、硅酸乙酯粘结剂涂料和硅溶胶粘结剂涂料，本实验采用的是水玻璃粘结剂涂料，其组成和配比如表3.1中:

表3.1 水玻璃粘结剂涂料的组成和配比

[4] 层次 面层 加固层 硬化工艺 氯化铵硬化 氯化铵硬化

水玻璃

模数M 3～3.4

密度(g/cm)1.25～1.28

3耐火材料 粉液比

表面活性剂JFC（%）0.1～0.3

270#～370#石英粉 270#石英粉 200#耐火粉

1.1～1.3 3～3.4 1.30～1.33 1.1～1.5 0.1 为了保持耐火涂料在配置过程中和涂挂期间的分散，必须对涂料进行充分的搅拌。搅拌可防止涂料产生沉降现象、提高涂料的分散性、促进粘结剂和粉料颗粒的润湿。3.3.2 型壳的制备

a.涂挂和撒砂: 在涂挂涂料前，熔模需经过除油脱脂处理，常采用十二烷基苯磺酸钠进行脱油脂。涂挂时主要采用浸涂法。面层涂料的涂挂质量直接影响铸件的表面质量，应保证熔模表面各处都能良好地涂挂上涂料，避免空白；要使涂料均匀分布，避免局部堆积；焊合处、圆角、棱角和凹槽等不易涂挂处应采用毛笔或特制工具涂刷均匀，避免气泡，涂挂每层加固层涂料前应清理掉上一层的浮砂，在涂挂过程中要定时搅拌涂料，掌握和调整涂料的粘度。

涂挂后进行撒砂。通常熔模自涂料槽中取出后，待其上剩余的涂料流动均匀而不再连续下滴时，表示涂料流动终止，冻凝开始，即可进行撒砂。过早撒砂易造成涂料堆积，过迟撒砂易造成砂粒粘附不上或粘附不牢。撒砂时，熔模要不断的回转和上下倒置。

撒砂的目的是用砂粒固定涂料层，增加型壳厚度，获得必要的强度，提高型壳的透气性和退让性，防止型壳硬化时产生裂纹。撒砂的粒度按涂料层次选择，并应与涂料的粘度相适应。面层涂料粘度小，撒砂粒度应细些，才能获得表面光洁的型腔，一般面层撒砂粒度可选择40/70目或50/100目的，加固层撒砂采用较粗的砂粒（20/40目或10/20目），最好是逐层加粗。

b.型壳的干燥和硬化: 制壳时，每涂挂和撒砂一层后，必须进行充分干燥和硬化处理，这是一个保证型壳质量的重要工序。

水玻璃粘结剂是含有少量胶体二氧化硅粒子的硅酸盐离子溶液，因此，需要通过干燥和化学硬化两个环节才能完成水玻璃粘结剂型壳的干燥和硬化。干燥的主要任务是使型壳中的水分蒸发，而化学硬化的作用是依靠电解质破坏水玻璃溶液的离子平衡，使离子溶液变为溶胶，并进一步转变为冻胶和凝胶。

(1)型壳的干燥: 型壳化学硬化以前自然干燥的作用是使水玻璃溶液不断脱水浓缩以及使粘结剂通过扩散和渗透而在型壳层中均匀分布，有利于下一步化学硬化迅速和均匀地进行。自然干燥时间的长短，可根据不同生产特点和生产条件确定。如果粘结剂中氧化纳的含量较高、涂料粘度较大、室温较低、空气相对湿度较高、通风条件不良及模组较复杂和尺寸较大时，就采用较长的干燥时间。通常自干时间为1小时至数小时。加固层一般不进行硬化前的自然干燥，以便缩短制壳周期。型壳在化学硬化后尚需干燥一段时间，目的是去除水分和残留硬化液滴，并使硬化剂进一步扩散和渗透。

(2)型壳的化学硬化工艺: 涂料层硬化的质量主要取决于选择合适的硬化工艺参数，其中应重点控制硬化剂的温度、浓度和硬化时间。水玻璃粘结剂型壳主要采用氯化氨溶液进行化学硬化。采用常温硬化时，氯化氨水溶液的浓度不应低于18%—20%（制高强度型壳时，浓度一般为20%—25%）温度为25—30℃，时间为几分钟至20～30分钟。加固层的硬化条件比面层好，其外面受硬化剂的作用，而里面受前一层所残留的氯化氨溶液的作用，故加固层涂料的硬化时间可比面层短，一般为10～15分钟。硬化后的干燥时间通常为20～30分钟。

若想加速涂料层硬化过程，可采用高温高浓度快速硬化工艺。主要是使用浓度为25%—30%、温度为30～60℃的氯化氨水溶液，硬化时间缩短至10～20秒，硬化后干燥时间也相应缩短。也可采用在常温常浓度氯化氨溶液中加入少量（一般为0.05%）阴离子或非离子型表面活性剂，例如农乳、[6]JFC等，从而提高硬化剂向涂料层深处的渗透能力，硬化时间可缩短到几分钟。

c.干燥硬化后的型壳如下图3.3：

图3.4 水玻璃粘结剂型壳（脱蜡前）

3.4 脱模和培烧工艺 3.4.1 脱模

脱模是从型壳中熔失熔模的过程。现在通常采用的脱模法有热水、高压蒸汽、闪烧（热冲击）、燃烧和微波加热等脱模方法，本试验采用热水脱模法。

热水脱模法的优点是：

(1).脱模过程操作方便，设备简单。

(2).水玻璃粘结剂型壳制中的氧化纳和氯化钠能良好溶解于热水中，使型壳中氧化钠含量进一步降低，有利于改善型壳的高温性能。

(3).在热水中加入1—3%的氯化氨对型壳有补充硬化作用，在热水中加入盐酸可清除型壳内表面的皂华物。

(4).模料回收率高，一般在90%以上。

脱模时，将带有熔模的型壳浸入脱模槽内的热水中，浇口杯向上放置，热水温度控制在95℃左右，时间愈短愈好（≤30分钟）。若温度过高，热水将发生上下对流运动，易使沉淀在槽底的盐类和砂粒翻腾起来，混入型壳内腔。若温度太低，则延长脱模时间会使型壳长时间浸泡在热水中，易软化或被煮烂。

热水脱模时，加热速度不够快，型壳被胀裂是较常见的缺陷，尤其在型壳硬化不透或产生分层的情况下更为严重。此外，经热水脱模后，型壳湿强度降低。热水脱模的另一缺点是来自水中的碱分易与模料中的硬酯酸起皂化作用，所产生的皂化物粘附于型壳内腔，浇注后，恶化铸件表面质量。故应在脱模后除掉这些皂化物，其方法是将型壳放在温度为60～70℃、浓度为2～3%的盐酸水溶液中清洗，或在脱模槽的热水中加直接加入盐酸。3.4.2 型壳的培烧

脱模后的型壳在经过最后干燥（存放一段时间）后，于浇注金属前需要进行高温培烧。因为脱模后，型壳内部含有不少挥发性物质，例如水分、残留模料、硬化过程中残留的氯化铵、盐分等。若不除去它们，则在浇注金属液时会产生大量的气体，使铸件产生气孔，对薄壁铸件可能影响金属液的充填。这些残留物的存在，也将影响铸件表面质量，所以，型壳的培烧过程是十分必要的。

根据型壳在加热过程中的变化情况，水玻璃粘结剂型壳的培烧规范通常是400～600℃入炉，升温至800～850℃保温两小时。3.5 熔模工艺品的浇注和清理 3.5.1 熔模的浇注

a.金属液熔炼：

33因为铝的密度2.7g/cm是蜡的密度0.9g/cm的三倍，故熔铝重量只需按蜡模浇注系统乘以三就可以了。蜡模工艺品观音象重175g，直浇道重175g，内浇道重20g。每个观音象浇注系统重370g，若每次同时浇注两个观音则需熔铝为：（370+370）×3=2220（g）即为2.22kg，所以每浇注一次熔铝2.5kg即可。

b.浇注：

本实验采用现在应用最广泛的热型重力浇注，即型壳从培烧炉中取出后，在高温下进行自由浇注，此时金属在型壳中冷却较慢，能在流动性较高的情况下充填铸型，故铸件能很好复制型腔的形状，提高了铸件的精度和表面质量。

型壳浇注温度为500～600℃左右，铝合金熔炼浇注温度为720～760℃，在熔炼铝合金时需加入变质剂进行变质处理。浇注时速度要缓慢使金属液流动均匀不可断流，要浇足。3.5.2 熔模工艺品的清理

熔模工艺品铸件清理的内容主要为：

(1).从铸件上清除型壳，小批量生产时，可用锤子或风锤敲打浇冒系统，使铸件组振动，脆性好的型壳便从铸件上碎落下来。

(2).自浇冒系统上取下铸件，清理型壳后，即可将铸件自浇冒系统上取下，对本实验所采用的硬度较低的铝合金，可采用手工锯、带锯或锯床切割下铸件。

(3).铸件上残留的耐火材料的清除，常用碱煮法，但因为铝合金铸件能被碱严重腐蚀，故不能用碱液清理，所以只能用长时间在水中浸泡后用手工毛刷等清理。

3.6 实验结果分析 3.6.1 型壳缺陷分析

a.型壳厚度控制: 若型壳太薄(<5毫米)则会出现浇注时型壳破裂，若太厚（＞10毫米）则会因为透气性不良好而产生浇不足或表面缩孔等缺陷，故型壳层数一般控制在5～7层，通常为五层半或六层半，故厚度一般为5～8毫米。

b.面层涂料控制: 面层涂料应较稀，若太粘稠则会造成涂挂不均匀且局部有堆积并导致层厚太大，若太稀则会涂挂不上，故通常粘度为20～40秒时为最佳。

c.干燥和硬化时间控制: 对于面层需要在硬化前进自然干燥而后再进行化学硬化，通常使用浓度为20～25%的氯化氨溶液在温度25～30℃时硬化几分钟到20～30分钟，加固层略短，硬化后自然干燥时间以型壳“不湿不白”为原则，“湿”就是未干透，“白”就是干燥过分。应控制制壳场地相对湿度小于40～60%。应当加强通风，过于潮湿时要吹热风并延长干燥时间。硬化时间不能过长也不能过短，过短则型壳层中将残留过多的氧化钠，这样的型壳在其后的工艺过程中易产生分层、膨胀及型壳表面出“白毛”（“白霜”）或笋状白色析出物等缺陷。硬化时间过长则氧化钠残留量很少，使型壳硬度差、脆性大，脱蜡后易形成裂纹，且透气性变差。3.6.2 脱模和培烧缺陷分析

a.脱模工艺控制: 脱模时，热水温度控制在95℃左右，时间愈短愈好（≤30分钟）。若温度过高，热水将发生上下对流运动，易使沉淀在槽底的盐类和砂粒翻腾起来，混入型壳内腔。若温度太低，则延长脱模时间会使型壳长时间浸泡在热水中，易软化或被煮烂。

热水脱模时，加热速度不够快，型壳被胀裂是较常见的缺陷，尤其在型壳硬化不透或产生分层的情况下更为严重。此外，经热水脱模后，型壳湿强度降低。热水脱模的另一缺点是来自水中的碱分易与模料中的硬酯酸起皂化作用，所产生的皂化物粘附于型壳内腔，浇注后，恶化铸件表面质量。故应在脱模后除掉这些皂化物，其方法是将型壳放在温度为60～70℃、浓度为2～3%的盐酸水溶液中清洗，或在脱模槽的热水中加直接加入盐酸。b.培烧工艺控制: 水玻璃型壳培烧过程中的物理化学反应和物相组成的变化，主要由培烧温度和保温时间来决定。通常培烧温度选为800～900℃保温一小时以上。培烧温度最好不要超过900℃，因为在900℃以上的高温下，型壳的高温强度和抗热变形能力均有所下降，型壳会因为自重而发生蠕变变形，影响了铸件几何尺寸精度。培烧和保温时间一定要足够，若培烧不良好则会使型壳透气性降低，易产生气孔、呛火或漏液的情况，而且型壳不能反复培烧，因为这会导致型壳在加热和冷却中不断膨胀和收缩，所以会使其产生微裂纹，从而强度下降。3.6.3 铸造铝合金工艺品缺陷分析

(a)(b)

图3.4 铸造铝合金工艺品

由上面的结果可知：由图(b)可看出铝合金铸件可能出现的缺陷主要有：浇不足、氧化夹杂、麻点和气孔。4.实训考核

本次实训以工艺品精密铸造为内容，考核内容如下：

铝合金工艺品铸造的具体工艺流程为：工艺品原型→硅胶模→蜡模→水玻璃粘结剂型壳→型壳脱模→型壳培烧及浇注→清理。学生必须完成以上全部内容并完成实训报告方能获得相应学分，制作工艺品质量决定成绩优劣。5.时间安排：

第一周：选择工艺品，并进行工艺性分析，完成硅胶模制作；

第二周：蜡模制作，并进行工艺设计，完成型壳制作：

5.铸造工艺设计 篇五

1镦粗常见的质量问题及原因（由变形不均匀性引起）主要质量问题：

⑴锭料镦粗后上、下端常保留铸态组织； ⑵侧表面易产生纵向或呈45度方向的裂纹； ⑶高坯料镦粗时常由于失稳而弯曲。变形不均匀分布的原因：

⑴工具与坯料端面间的摩擦，使金属变形困难，Ⅰ 区受到摩擦的影响最大，愈靠近中心处金属愈受到外层金属的阻碍，变形愈困难，形成近似锥形的困难变形区，而Ⅱ 区受摩擦影响较小，变形较大；

⑵平板间热镦粗时，温度不均也使得变形不均，与工件接触的Ⅰ区温度下降较快，变形抗力较大，较Ⅱ区变形困难；

⑶Ⅱ区变形大，Ⅲ 区变形小，使得Ⅱ区金属外流时对Ⅲ区金属产生压力，从而在切向产生拉应力，愈靠近坯料表面切向拉应力愈大。镦粗缺陷产生的原因－变形不均匀性：

⑴Ⅰ区变形程度小，温度较低，金属不易破碎和发生动态再结晶，仍保留较粗大的铸态组织，而Ⅱ 区变形程度大，温度较高，铸态组织易被破，再结晶出充分，从而形成细小的锻态组织，内部孔隙也被焊合。

⑵Ⅲ 区受到Ⅱ 区金属的径向压应力而产生切向拉应力，愈靠近表面切向拉应力愈大。当切向拉应力超过材料的抗拉强度时，便会产生纵向裂纹，而当材料塑性较低时，侧表面易产生45°裂纹。

2矩形截面坯料拔长的变形特点及其与矩形截面坯料镦粗变形的异同点，矩形截面坯料拔长常见的质量问题及形成原因，圆截面坯料拔长常见的质量问题。变形特点：

局部压缩、局部受力、局部变形，相当于两端有约束端的镦粗，尺寸变化规律与矩形坯料镦粗相似。质量问题:(1)侧表面裂纹 当送进量较大（l＞0.5h）时：心部变形较大，侧表面受拉应力

当送进量过大（l＞h）和压下量也很大时：展宽过多而产生较大的拉应力引起侧表面开裂，类似于镦粗裂纹。（2）角裂

拔长时外端的存在加剧了轴向附加拉应力，尤其是边角部分冷却较快，塑性降低，更易开裂。因此在拔长高合金工具钢和某些耐热合金时，易产生角裂，操作时需注意倒角。（3）内部纵向裂纹：

当送进量较大，并且在坯料同一部位反复重击时：对角线裂纹（4）内部横向裂纹

拔长大锭料时，常遇到l<0.5h的情况，此时变形主要集中在上、下两部分，中部变形小，在轴心部分沿轴向受到附加拉应力，在拔长锭料和低塑性材料时，轴心部分原有的缺陷（缩松等）进一步扩大，易产生横向裂纹。(5)表面折迭

原因：送进量很小，压下量很大，上、下两端金属局部变形引起的。(6)侧表面折叠

原因：拔长时压得太扁，翻转90°压缩时坯料弯曲形成。（7）端面内凹

原因：送进量太小，表面金属变形大，轴心部分金属未变形或变形较小引起的。此时端部需有足够大的压缩长度和较大的压缩量（8）倒角时对角线裂纹

原因：不均匀变形和附加拉应力引起的

圆截面坯料拔长常见的质量问题 : 形成裂纹和空腔

3冲孔时坯料高度变化的特点及原因。（可用应力应变的顺序对应规律来解释）

⑴D/d较小时，环壁较薄时，︱r︳较小，︱︳较大，应力顺序，z和r,且z≈r，由应力应变顺序对应规律可知ε

z<0,冲孔后坯料高度减小。

⑵D/d较大（D/d≈5），环壁较厚，︱r︳较大，︱︳较第一种情况小，应力顺序，z和r,且z ≈

0.5(r

+

)，坯

料

高

度

变

化

不

大

⑶D/d很大，环壁很厚，外侧的，z和r均较小，内侧应力顺序z， 和r，可算得冲孔后

坯

料

内

侧

高

度

增

加。

4芯轴扩孔的变形特点及其与芯轴拔长（空心件拔长）的差别。

与长轴件的拔长不同，是沿坯料圆周方向的拔长。主要沿切向流动，并增大内外径的原因： 1）变形区沿切向的长度远小于宽度；

2）马杠上扩孔锻件一般比较薄，外端对变形区金属切向流动的阻力远小于宽度方向（t/d 越大，切向流动阻力越大）；

3）马杠与锻件的接触面呈弧形，有利于金属切向流动。（拔长时弧形砧拔长）

5模具形状对金属变形和流动有哪些主要影响 控制锻件的最终尺寸和形状 控制金属的流动方向 控制塑性变形区 提高金属塑性

控制坯料失稳提高成形极限

6开式模锻时影响金属变形流动的主要因素? ⑴模膛（模锻件）的具体尺寸和形状； ⑵飞边槽桥口部分的尺寸和飞边槽的位置；

⑶终锻前坯料的具体形状和尺寸；(复杂件预锻，很重要）

⑷坯料本身性质的不均匀情况，主要指由于温度不均引起的各部分金属流动极限σs的不均匀情况；

⑸设备工作速度。（载荷性质影响）

7挤压时筒内金属的变形流动特点及原因分析，挤压时常见的缺陷及原因分析? 第一种情况仅区域Ⅰ内金属有显著的塑性变形，死角区（a)较小。(摩擦系数较小）第二种情况是挤压筒内所有金属都有显著的塑性变形，并且轴心部分的金属比筒壁附近的金属流动得快，死角区较第一种情况大。

第三种情况是挤压筒内金属变形不均匀，轴心部分金属流动得快，靠近筒壁部分的外层金属流动很慢，死角区也较大。（摩擦较大和坯料较高）挤压时常见的缺陷： 1 “死角区”剪裂和折迭； 2 挤压“缩孔”；应力作用引起。裂纹。主要是由于筒内各区域的变形不均引起的附加应力导致的。“死区”形成原因：

矮坯料挤压时：A区金属往凹模孔流动带动B区金属流动，以及径向压1 凹模底部摩擦。越靠近凹模侧壁处摩擦阻力越大，而孔口部分较小，因此“死区”一般呈三角形。

2热挤压时，越靠近筒壁处，金属温度降低越多，变形也越困难。

7锻件图（冷锻件图）设计的内容? 1选择分模面的位置和形状； 确定机械加工余量、余块和锻件公差； 3确定模锻斜度； 4确定圆角半径；

5确定冲孔连皮的形式和尺寸； 6制定锻件技术条件； 7绘制锻件图。

选择分模面的最基本原则：

保证锻件容易从锻模模膛中取出，锻件形状尽可能与零件形状相同。锻件分模位置应选择在具有最大水平投影尺寸的位置上。

计算毛坯：是根据平面变形假设进行计算并修正所得的具有圆截面的中间坯料，其长度与锻件相等，而横截面积应等于锻件上相应截面积与飞边截面积之和。即：

S计S锻2S飞9热锻件图设计需要考虑的因素，钳口及其作用? 热锻件图是将锻件图的所有尺寸计入收缩率而绘制的。钢锻件1.5%,细长杆、薄锻件1.2%。⑴终锻模膛易磨损处，应在锻件负公差范围内预先增加磨损量，以提高锻模寿命，保证锻件的合格率；

⑵锻件上形状复杂且较高的部分应尽量放在上模。如放在下模，需在相应处局部加厚以防缺肉。对某些具有高筋的锻件，其终锻模膛在相应部位应设有排气孔，以保证筋部充满； ⑶当设备的吨位偏小，模锻不足现象严重时，应使热锻件图高度尺寸比锻件图上相应高度减小一些，以抵消模锻不足的影响。相反，当设备吨位偏大或锻模承击面偏小，则热锻件图高度尺寸应接近于正公差，以保证在承击面下陷时仍可以锻出合格锻件。

⑷锻件的某些部位在切边或冲孔时易产生变形而影响加工余量时，则应在热锻件图的相应部位适当地增加一定的祢补量,以提高锻件的合格率；

⑸当锻件的形状不能保证坯料在下模膛内或切边模内准确定位时,则应在热锻图上增加必要 的定位余块,以保证多次锻击过程中的定位以及切飞边时的定位。

钳口是指在锻模的模膛前面所做的空腔，它是由夹钳口与钳口颈两部分组成。用途是：

⑴夹钳口在模锻时用来放置棒料及钳夹头； ⑵钳口颈用来加强夹钳料头与锻件之间的连接强度；

⑶齿轮类零件在模锻时无夹钳料头，钳口是作为锻件起模之用；

⑷在锻模制造时，钳口作为浇铸模膛检验件（金属盐或铅、树脂、腊等）的浇口。

10折迭的形成原因及控制措施，充不满的形成原因。形成原因

1）靠近接触面附近的金属有流动； 2）该部分金属必须沿水平方向外流； 3）有中间部分排出的金属量较大。防止措施

1）是中间部分金属在终锻时的变形量小一些，亦即由中间部分排出的金属量少一些； 2）创造条件使终锻时由中间部分排出的金属尽可能向上和向下流动，继续充填模膛。（如增加桥口阻力或减小充填模膛阻力）充不满原因：

1）在模膛深而窄的部分由于阻力大不易充满； 2）在模膛的某些部位，由于金属很难流到而不易充满；

3）制坯时某些部分坯料体积不足，或操作时由于放偏，某部分金属量不足引起充不满。

11锻模中心和模膛中心。

锻模中心：指锻模燕尾中心线与键槽中心线的交点，它位于锤杆轴心线上，是锻锤打击力的作用中心。

模膛中心：即锻造时模膛承受锻件反作用力的合力作用点。可依据锻件在分模面的面积重心确定。

铸造工艺部分总结

1怎样审查铸造零件图样？其意义何在？ 一从避免缺陷方面审查铸件结构:

（一）铸件应由合理的壁厚

（二）铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意壁厚过渡和圆角（图３－２－２）

（三）铸件内壁应薄于外壁

（四）壁厚力求均匀，减小肥厚部分，防止形成热节

（五）有利于补缩和实现顺序凝固

（六）防止铸件翘曲变形

（七）避免浇注位置上有水平的大平面结构

二、从简化铸造工艺方面改进零件结构

（一）改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋板的结构

（二）取消铸件外表侧凹

（三）改进铸件内腔结构以减少砂芯

（四）减少和简化分形面

（五）有利于砂芯的固定和排气

（六）减少清理铸件的工作量

（七）简化模具的制造

（八）大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造 对产品零件的审查、分析有两方面的作用 １）审查零件结构是否符合铸造工艺的要求。

２）在既定的零件结构条件下，考虑铸造过程中可能出现的主要缺陷，在工艺制定中采取措施予以防止.2浇注位置的选择或确定为何受到铸造工艺人员的重视？应遵循哪些原则？ 浇注位置的选择关系到铸件的内在质量、铸件的尺寸精度及造型工艺的难易程度 确定浇注位置的原则：

１）铸件的重要部位应尽量置于下部 ２）重要加工面应朝下或呈直立状态 ３）使铸件大平面朝下，避免夹砂结疤类缺陷

对于大平板类铸件，可采用倾斜浇注，以便增大金属液上升速度。４）应保证铸件能充满 具有大面积的薄壁铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部，同时要尽量使薄壁部分处于垂直位置或倾斜位置。５）应有利于铸件的补缩

对于易产生收缩缺陷的铸件因优先考虑实现顺序凝固的条件 ６）避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯合箱及检查 ７）应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致 避免合箱后，或浇注后再次翻转铸型

3为什么要设分型面？怎样选择分型面? １）分型面应尽量采用平面分型，避免曲面分型，并应尽量选在最大截面上，以简化模具制造和造型工艺。

２）尽量将铸件全部或大部放在同一砂箱以防止错型、飞翅、毛刺等缺陷，保证铸件尺寸的精确。

３）应尽量减少分型面数目

４）便于下芯、合箱和检查型腔尺寸尽量 ５）不使砂箱太高

６）受力构件的分型面选择不应削弱铸件的结构强度 ７）注意减轻铸件清理和机械加工量

4芯头是长些好，还是短些好？间隙留大好，还是不留间隙好，请举例说明。

5压环、防压环、积砂槽各起什么作用？什么条件下应用？不用他们行不行？

6要想使单件生产的大铸件不报废，你认为应使用哪些铸造工艺参数？

7铸造优缺点? 优点：

1）可以生产出形状复杂，特别是具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。2）铸造生产的适应性广，工艺灵活性大。工业上常 用的金属材料均可用来进行铸造，铸件的重量可 由几克到几百吨，壁厚可由0.5mm到1m左右。

3）铸造用原材料大都来源广泛，价格低廉，并可直接利用废铸件，故铸件成本较低。缺点：

1）铸造组织不致密、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特 别是冲击韧度低于同种材料的锻件。2）铸件质量不够稳定。

8浇注系统的主要作用?

⑴保证金属液体平稳地、无冲击地充满型腔； ⑵防止熔渣随同金属液体进入型腔； ⑶防止金属液卷入气体带入型腔； ⑷ 防止铸件产生渣眼、砂眼、气孔缺陷；

9浇注系统的组成

浇口杯——承接浇包中的液体金属。直浇道——将金属液由浇口杯引入到横浇道。

横浇道——将金属液引入到内浇道，阻挡熔渣、气体、砂粒进入型腔。内浇道——将金属液体 引入型腔。

10浇注系统开设的原则 1)从铸件的薄壁处引入

这种方法适用于薄壁而轮廓尺寸又大的铸件。（因为可以实现同时凝固，应力小，适合收缩不大的灰铁铸件）-适合同时凝固原则的合金 2)从铸件的厚壁处引入

创造顺序凝固，有利补缩铸件，（适合有一定壁厚差而凝固时合金的收缩量较大的铸件，如铸钢件）

３)内浇道尽可能不开在铸件重要部位

局部过热，粗大(组织)易缩松

４)内浇道要引导液流不正面冲击铸型、砂芯等 ５)浇注系统位置选择，应该使金属液在型腔内流动

路径尽可能短，还应考虑不妨碍铸件收缩 ６)内浇道应开在加工表面铸钢件的浇注系统

铸钢的特点：熔点高，易氧化，流动性差，在凝固中收缩大，易产生如缩孔、缩松、热裂和变形及缺陷。设计要点：

①、遵循方向性（顺序）凝固原则，浇口多设在冒口下，配给使用冷铁、收缩筋等； ②、使用柱塞包浇注时，直浇道设计成不充满的开放式，以保证钢液不溢出（即包口为最小 截面积）；

③、中小件多采用底注，大件多采用阶梯式； ④、浇注系统简单、截面尺寸大，以保证快浇。

12冒口位置选择原则

⑴方向性（顺序）凝固，要使凝固进行方向朝向冒口;⑵一般在热节上方，厚壁部分设置； ⑶冒口应比铸件晚凝固，最后凝固才能补缩； ⑷冒口在满足补缩条件下，尺寸尽量小;⑸防止裂纹产生，冒口不设在铸件应力集中处（阻碍收缩），防止引起裂纹； ⑹尽可能地将冒口设在方便和容易消除冒口残根的地方； ⑺冒口的补缩距离要大于冒口的有效补缩范围。

13冒口补缩原理（基本条件）

（1）一般来说，冒口系统（冒口和冒口颈）的凝固时间应晚于铸件的凝固时间。（2）冒口要能根据设计的要求提供足够的金属来补偿铸件的液态收缩，凝固收缩以及由于型腔扩大而增加的体积。而且要力求铸件的成品率高。

（3）冒口和铸件受补缩部位之间，要保持一定的温度梯度和凝固梯度，以保证补缩通道畅通

14提高冒口补缩效率的方法

提高冒口中金属液补缩压力 － 大气压力冒口

延长冒口中金属液保持时间 － 保温冒口、发热冒口

15冷铁作用：

⑴ 加快铸件热节部分的冷却速度，使铸件趋于同时凝固，有利于防止铸件变形或出现裂纹。并有可能减少偏析。

⑵ 与冒口配合使用，使铸件局部冷却加速，强化了铸件顺序凝固的条件，有利于冒口补缩和扩大冒口补缩范围。这样不仅有利于防止铸件产生缩孔、缩松缺陷，还有可能减少冒口的数目或体积及补贴的斜度，提高工艺出品率。

⑶ 加快铸件某些特殊部位的冷却速度，以期达到提高铸件表面硬度和耐磨性、细化基体组织的目的。

6.铸造工艺设计 篇六

关键词：铝合金轮毂； 低压铸造； 模具设计； 铸造工艺；铝合金轮毂的优势

许多人开车开到一段时间以后，就会对汽车进行改装，尤其轮毂的改装最为常见，将原有的轮毂改造成铝合金轮毂后，不仅使汽车更加美观，而且驾驶的感觉更为舒适。这是因为相对于其他金属，铝合金运用在轮毂上的优势非常多。从元素上看铝合金是以铝为基体元素和加入一种或多种合金元素组成的合金。铝最大的优点就是密度较小，大约只有铁的0.33，铁的熔点比铝的熔点要高很多，铝的熔点只有六百六十摄氏度，由于铝的性质偏软所以不能直接做刚性材料，所以需要加入其他金属弥补它的缺陷，所以铝合金就应运而生了。铝合金既保留了铝的优点，不易腐蚀，质量轻等，又让其具有以下一些优势:强度高，其性能不亚于优质钢材料，可塑性好，导电性好，有着非常强的再加工特性、另外铝合金还拥有非常好的导电导热性。这些优势让铝合金逐步成为了汽车，航天等工业不可替代的金属材料。铝合金轮毂的优势主要包括:1)重量轻。铝合金轮毂轻巧，比起同尺寸的钢轮毂，其质量要轻出两千克，这样的质量差异使得铝合金轮毂的惯性和阻力都会有所减小，汽车的驾驶更加方便，减少驾驶员的疲惫之感，还会减少油耗。2)精度和强度更高。铝合金轮毂的精度与强度比钢轮毂要高出许多，这是由于其铸造工艺特点决定，而且抗震性能良好，车轮会因此减少来自路面的冲击，减少驾驶员的疲惫感，即使路况很差，也不会很颠簸。3)散热好。由于铝合金的传热系统优于钢，因此，汽车在行驶的过程中所产生的热量会通过铝合金轮毂以最快的速度传递出去，减少热量对汽车部件和性能的影响与危害[1]。铝合金轮毂的低压铸造技术

低压铸造的历史是比较悠久，其最早出现在上个世纪之初。该工艺是在20世纪80年代后期由中信戴卡公司引进，经过20多年的发展，已经比较成熟。但真正意义上的开发设计工作是在最近几年。低压铸造法是指在压力作用下，金属液体充填型腔形成铸件的工艺方法。因为需要的压力不大，所以叫做低压铸造法。低压铸造法分为以下几个步骤，熔化、低压铸造成型、机加、热处理和涂装。采用低压铸造法的铝合金轮毂具有铸件成型好、液体金属充型平稳、表面光滑、机械性能高、铸件致密和最终成型的轮廓清晰等特点。而且，低压铸造法需要的设备简单，易实现自动化生产[2]。铝合金低压铸造已经是目前经常使用到的铸造方法，这种铸造方法可以让铝合金铸件的性能更强，并且在使用上也更加的方便。低压铸造主要是在密闭的保护炉中进行，在进行铝合金低压铸造时，其铸件本身的压力效果必须达到可以有效的完成铸件的要求。低压铸造的浇注系统简单，可以减少甚至完全去除冒口，金属利用率往往可以达到90%以上。铝合金轮毂的低压铸造的模具设计

3.1 模具的结构要求

在进行低压铸造铝合金轮毂的模具设计时，型腔应该采用瓣合结构，左右滑块型芯。因为抽芯力比较大，所以利用液压缸抽芯结构，同时运用行程控制开关对抽芯和合芯进行自动式控制。大多数利用型芯成型，型芯要分别装设在定和动镶块内部并且要和定动模套板压紧配合[3]。

3.2 模具的冷却系统设计

目前模具的生产量大，散热量也大，因此，模具应该利用水冷却设计，水管的内径取11mm，水道的直径取10mm，定模型芯利用点运水管进行冷却，这种设计的目的是对局部产生冷却的效果，必须要对局部进行冷却之后，它的冷却系统才能够使模具实现热平衡。铝合金轮毂的低压铸造所需工艺

4.1 加压曲线的安排与设计

铝合金轮毂应设计为急速加压曲线，但是从近几年来看，国内的可以进行液面加压的装置有好多种，在这些各种形式的液面加压装置中，最容易被设计者所忽略并且难以解决的问题，正是对各种加压的安排设计往往只是能够在控制台上体现，压缩的空气被引进到保温炉中往往不能按照设计好的曲线加压。

4.2 控制模具的温度和进行喷料

模具的表面温度应该控制在300~350摄氏度，模具在铸造之前要进行喷砂、清理和喷涂料，并且在350摄氏度下加热2到3个小时。为了保证首件成功完成，模具在从烘炉中取出到安装在低压机上铸造第一件轮毂这段时间不得超过30分钟。工艺的优化

可以从以下几个方面入手，首先是设备的更新换代，引进国外最先进的生产设备对轮毂的生产和加工都有一定的帮助，国外进口低压机的价格虽然是国产机的7-8倍，但是性能和质量上也要优越一些。模具的设计应该根据产品结构特点的需求确定。

要请专家和现场工作者进行评审。尤其是模具的设计人员，不仅要懂设计，更应该具备相关铸造设备和铸造工艺的知识，设计人员要多去铸造车间学习铸造人员的实际工作经验。结语

综上所述，铝合金轮毂在我国虽然发展时间较短，但前景和空间十分广泛。作为轮毂生产的技术人员，努力改进轮毂生产的技术，有利于缩短轮毂生产的工时，提高生产效率，降低生产成本，从而获得最高的经济效益，更有利于促进我国汽车生产的专业化水平，进而促进我国工业化进程。在发展低压铸造设备时需要借鉴国内外先进的经验，并且进行创新，这样才能够是我国的铸造技术得到较好的提升。相信在不久的将来，我国铝合金轮毂生产与加工技术将得到更好的发展。

参考文献

7.铸造工艺设计 篇七

气缸套作为发动机核心部件之一, 又是发动机中承受高温、高压工况较恶劣的部件, 其性能直接影响着整机的大修周期与功率稳定, 因此需要气缸套采用性能好、品质优良的材质。为此, 许多业内专家、学者及工程技术人员开展了大量的研究与试验工作, 目前已开发各类合金铸铁材质的气缸套, 诸如:高磷铸铁、硼铸铁、硼铬铸铁、钒钛铸铁、铬钼铜铸铁等合金气缸套。

本文分析分析了各合金元素在铸铁材质中对微观组织的作用和宏观表现特性, 分析了合金元素在气缸套加工过程中对切削性能的影响、在工作过程中的磨损机理, 为同行专家、研究人员提供借鉴和探讨。

2 熔炼工艺

众所周知, 在铸铁熔炼中, 决定铸铁材质性能的关键点之一在于碳在铸铁中存在形式, 取决于碳在铸铁中的石墨形态与石墨数量。传统工艺方法采用降低铁水中的碳、硅含量来获得较高强度铸铁, 但碳当量在亚共晶时又会出现D、E型石墨, 增强了白口化趋势, 恶化铸铁的机械性能。当前, 在铸铁熔炼工艺中, 碳的获得方式主要有两种, 一种是利用原材料如生铁、废钢等本身所含有的, 另一种是通过增碳剂对铁水渗碳获得。其中利用添加生铁、废钢来调整铸铁中碳量的方法简单易行, 在机械性能要求不高的场合被普遍采用, 但该工艺方法获得的铸铁材质, 石墨形态较差, 不适宜在耐磨、抗拉、硬度等机械性能要求高的气缸套中采用, 根据气缸套高温、高压、高磨损的工况需求, 气缸套铸铁材质的碳当量更适宜通过铁水渗碳方式来获得和控制, 其优点是石墨形态好, 分布均匀, 大小合适。

在铸铁熔炼领域, 有着一条普遍的观点:高温治百病。在采用冲天炉进行熔炼过程中, 要保证达到足够高的铁水温度时间, 要着力控制炉内的增碳量, 以满足铁水低碳成分的要求。国内冲天炉大多采用冷风送风, 铁水熔炼温度受到抑制, 焦炭的渗碳量低, 铁水中的碳只能通过添加生铁来获得, 而生铁加入量越多, 材质的性能就会越差, 同时低温熔炼时碳的氧化减弱而铁的氧化加重, 易造成铁水严重氧化、粘度加大、铁水中夹渣多且不宜排出, 生核质点表面的渣化严重, 不能起促进异质生核细化晶粒的作用, 从而降低铸铁材质性能。而国外冲天炉熔炼都是采用热风送风, 有的还加适量的氧, 焦炭质量好, 铁水熔炼温度高, 焦炭在铁水中渗碳率高, 铁水中的碳基本都是通过焦炭的碳原子扩散来获得, 因此, 生铁加入量很少。与国外冲天炉相比, 国内冲天炉熔炼存在工艺条件、设备等先天不足。如果用冲天炉熔炼高性能合金铸铁气缸套, 必须采用高温熔炼、在炉料中配入大量废钢, 同时还应提高焦炭质量、采用热风操作、合理选用焦铁比等。

对于电炉熔炼同样存在碳的获得方式问题, 要想获得理想的石墨形态及石墨数量, 并非是只用生铁和废钢简单的配料, 而在一定程度上是要通过加入渗碳剂来增碳, 减少生铁的加入量, 从根本上改善石墨的形态, 提高合金铸铁的性能。

3 浇注工艺

离心铸造以其组织致密、工效高的特点, 特别适合作为规则回转体的气缸套毛坯浇注, 因此, 已被世界上大约有90%的缸套制造商采用。目前, 我国约有5000万只缸套是通过离心铸造工艺来生产的。但是在离心铸造生产合金铸铁气缸套时, 由于铸型是金属模具, 冷却速度较大, 使得组织中容易形成D、E型石墨, 导致抗拉强度低、硬度升高, 切削性能较差。而高性能合金铸铁气缸套既要有高的强度和硬度, 同时还应在较好的切削性能和配副性能。材料组织结构要求均匀分布、形态适中的A型石墨。基体以细片状珠光体较为理想, 基体间存在极少的游离渗碳体和磷共晶。

在浇注过程中, 铁水冷却速度的快慢会对石墨形态和金相组织产生很大影响, 冷却的目的一是保持高的温度梯度, 使液体金属的凝固为合理的顺序凝固;二是保护铸型、延长铸型的使用寿命;三是为了获得合格的金相组织。浇注完至水冷必须设置一定间隔时间, 让浇注机作空冷状态, 为的就是避免一次结晶时出现渗碳体组织, 铸件水冷时间见下表:

4 孕育技术

在路前或浇注前向铁水中添加适量的、以硅为主的铁合金颗粒成为孕育处理, 通过孕育处理可以在铁水中提供大量的石墨借以生长的生核质点, 有效的孕育将促进石墨的析出, 消除白口, 细化片状石墨并使过冷石墨转变为无方向性均布的A型石墨, 可大幅度提高缸套机械性能。随流孕育是生产高性能合金气缸套的关键技术, 为使孕育有效, 原铁水应具有较低的碳当量, 碳当量越低, 孕育效果越好, 强度越高。由于硅可以用加入孕育剂的方法来调整, 故原铁水的碳维持在2.8-3.2%左右, 硅控制在稍低于能显著促进石墨化临界值, 然后加入孕育剂使硅量超过临界值, 获得良好的孕育效果。

随流孕育技术是高性能铸铁气缸套铸造生产中的一项非常关键的技术, 随流孕育能有效的将孕育剂均匀地融入铁水中, 从而在铁水中产生大量的均匀分布的晶核, 改善石墨形态, 促进石墨均匀析出, 还能减少基体中游离分布的渗碳体和磷共晶, 使珠光体组织片层间距均匀。

5 合金化工艺

目前在生产中经常加入铸铁中的元素有:Cr、Mo、Cu、V、Ti、P、Ni、W、Sb、Sn、B等, 这些元素大多数用以改变基体组织、硬质相数量及分布情况、石墨的分布与形态, 合金化的主要作用是提高铸件材质的强度和硬度。

Cu是生产合金铸铁最常加入的合金元素, 主要原因是由于该元素在共晶凝固时有减小过冷, 抑制渗碳体作用, 在共析转变时具有促进并细化珠光体的作用, 同时其熔点低, 易熔化, 合金效果好, 并能有效降低铁水的白口倾向, 改善了材质的切削性能。由于铜与氧亲和力比铁弱, 铁可以保护其免受氧化, 故在冲天炉熔炼时可在炉后添加。铜的适宜加入量为0.2%-0.4%。

Ti在铁水中与氧、碳的亲和力强, 容易形成氮化钛颗粒。一定数量的氮化钛或碳化钛颗粒分布在基体中可以提高气缸套的耐磨性, 但碳化物对机械性能、加工性能不利, 尤其在精镗、珩磨工序中严重影响加工质量, 钛含量过多会使石墨过冷, 容易产生大量D、E型石墨, 因此必须限制钛的含量, 一般小于0.05%, 由于钛易氧化烧损, 不宜炉后加入, 而钛的熔点1660℃, 难熔化, 又不宜炉前加入, 故应采用熔点较低的钛合金, 如高温硅钛铁 (熔点1250℃) 在炉前加入铁水中。

Cr的合金效果非常强烈, 铬的加入量可显著提高合金铸铁的强度、硬度, 但铬使铁水白口倾向增加, 并促使基体组织中产生大量索氏体, 铸件易收缩, 产生废品, 恶化切削性能, 一般控制铬含量0.2-0.3%, 多采用铬锰硅合金用包内冲入法加入, 铁水的白口倾向与收缩倾向并不明显。

Sb和Sn都是强烈稳定珠光体的合金元素, 在冷却条件较差时, 加入少量的锑和锡能明显提高铸件的硬度, 锑的合金化作用比锡更强烈, 锡对石墨形态影响较小, 锑能明显缩短石墨长度, 但并不细化石墨, 容易出现C型石墨, 因此要控制锑的含量在0.02%以下, 否则会使材质脆化, 产生负面影响。

6 炉料的影响

从国内外的生产实践来看, 用生铁必须使用高牌生铁 (Si不低于3%、Mn接近1%) , 不论是冲天炉或电炉, 都难以采用低牌号生铁加硅铁、锰铁生产出优质铸件。分析原因, 主要是“遗传性”和成分波动较大。

7 结束语

8.铝合金薄壁底座铸造工艺改进 篇八

关键词：金属模 渣气孔 缝隙浇道 三维造型

中图分类号：TG146.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（b）-0033-02

底座是笔者所在公司雷达产品中重要的结构部件，装配在操控机柜中，具有优良的整体性能和轻质化特点。该铸件铸造材料为ZL101A，最大外形尺寸600 mm×548 mm×201 mm，整体壁厚只有5 mm，重量5.6 kg，为中型薄壁类铝铸件。铸件毛坯要求壁厚均匀，毛坯面无冷隔、孔洞、裂纹等铸造缺陷，加工后必须保证四周安装凸台高出毛坯面，整体结构不能有变形。

1 铸造工艺及存在问题

底座原铸造工艺见图1，两对侧同时浇注，浇注系统由横浇道、内浇道和排气孔组成。采用红砂手工造型制芯，型腔表干，重力浇注成型。熔炼设备为电阻式坩埚炉，吹氩精炼除气，钠盐变质，出炉温度控制在720 ℃～730 ℃。模具全部采用红松制作，外模使用框架结构，3个芯盒为底板加挡板、螺杆锁紧机构。

铸件和模具存在问题如下。

（1）铸件浇注时排气、排渣性能不好，抛丸后毛坯表面易形成大量的渣气孔，偶尔以单个大气孔出现，孔洞直径有时大于10 mm[1]。

（2）铸件浇注后透孔的皮缝很大，手工清理容易产生变形，热处理校正过程中产生裂纹报废。划线加工后凸台高度和加工壁厚不能有效保证，产生加工报废。

（3）木模精度不高，使用寿命很短，往往在新模具制作完成后就开始产生变形，以致拼芯精度不高，铸件壁厚差异大，最薄的地方仅为3 mm左右，易形成浇注不足，冷隔等铸造缺陷。

以上缺陷问题造成底座的成品率只有60%左右，严重制约了公司的零件齐套和整机装配进度。

2 铸造工艺问题分析

2.1 浇注系统

原浇注系统虽采用两侧同时浇注，提高了浇注速度，但铸件“翅膀”处高度较高，顶注式易产生熔液飞溅，造成紊流，形成二次氧化夹渣和卷气，使得铸件表面产生气孔和渣孔。

2.2 排气系统

由于铸件上表面全部为不加工表面，原浇注工艺只是在表面上扎出排气孔，排气效果较差，铸件中部两股液流的交汇处由于排气不畅而造成憋气现象。

2.3 模具问题

该铸件为拼芯造型，型芯直接形成壁厚和大量透孔。红松材质的木模随着环境温度、空气湿度的变化产生干缩和湿涨，外模和芯盒产生变形，变形超过1 mm就会对拼芯后的壁厚和皮缝产生影响，导致铸件产生清理变形和壁厚不均等质量问题。

2.4 工艺方案

铸件整体为易变形结构，在铸造工艺方案设计时，未考虑增加防变形措施，铸件浇注后易产生收缩变形。

3 铸造工艺改进过程

为消除底座的壁厚不匀、变形和表面质量问题，试验采取以下4个措施进行改进。

3.1 改善浇注系统

（1）将原“翅膀”底部的两处内浇口更改为两处缝隙浇口（见图2），缝隙宽度为10 mm（1.0倍壁厚），缝隙浇口长度为160 mm，并在浇道底部设置缓冲槽，以减少铝液顶注时产生的飞溅，降低二次氧化夹渣的产生和卷气。

（2）在横浇道和内浇口、缝隙浇道的连接处设置玻璃纤维过滤网（规格1.6 mm×1.6 mm），起过滤夹渣、防止卷气的作用[2]。

3.2 改进排气系统

在保留原工艺上箱扎排气孔的同时，在铸件中部的透孔位置将壁厚连通，增加冒口一处（图2），增强浇注系统的排气功能，消除铸件的皮下气孔。冒口在清理时手工去除。

3.3 增加工艺拉筋

根据铸件的整体结构，在“翅膀”顶端设置一处防变形工艺拉筋（图2），宽度25 mm，厚度10 mm，可显著增强底座的结构性，改善铸件的收缩变形。

3.4 改进模具为金属模

（1）模具材料和结构的选择：模具材料选用较为常见的2A12（CZ态）硬铝合金，以保持模具零件的易加工性和经济实用性。外模整体结构为6面整体拼接结构，上下底板中间用7处支撑柱连接，前后左右侧板侧面用沉头螺钉两两固定，以保证模具整体的结构性（图3）。芯盒结构基本与原木模保持一致。

（2）为消除铸件四周的皮缝，结构设计时，将A、B两面的拔模斜度去除，外模出模时，造型工可向A、B面相反的方向活动，不仅可保证顺利拔出模具，也能消除这两面和1#芯拼对产生的皮缝。铸件其他两个方向的皮缝可由1#芯和2#、3#拼对后消除。

（3）为保证外模和芯盒配件的强度，避免配件变形造成的砂型砂芯尺寸变化，部件整体厚度全部保证在25～30 mm，并根据减重需要在不使用一侧设计出减重槽。加工装配完成的外模总重量为45.6 kg，只比原木模重量增加约75%，完全符合造型需求。

（4）金屬模配件加工工艺：为提高金属模设计和加工精度，模具全部用三维造型软件造型，并模拟装配验证合格后释放加工，全部配件要求在CNC数控机床上直接用三维造型图进行编程加工，所有螺钉定位孔由机床一次加工完成。模具型腔等使用面加工粗糙度要求在Ra3.2以上。加工过程分为粗加工和精加工，粗加工后必须进行去应力热处理。热处理使用箱式时效处理炉进行，热处理温度200 ℃±5 ℃，保温时间4 h，后随炉冷却。后经过验证，模具配件加工完成后变形量均未超过0.1 mm。

4 工艺改进效果

（1）通过对金属模零配件的装配，外模和芯盒拼接后未发现明显的错位和变形，金属模配合良好（图4），造型工翻出的型腔、砂芯形状和尺寸精度满足精度需求，铸件壁厚差异不大于0.8mm，透孔无明显皮缝和毛刺。经超过三个批次的生产验证发现，底座金属模结构稳定，无明显翘曲和变形，翻出的底座铸件毛坯尺寸稳定。

（2）工艺改进后，底座毛坯变形量明显变小，降低了校正的工作量，防止了铸件开裂现象。铸件表面质量有所提高，抛丸后毛坯上表面极少出现气孔和夹渣现象，铸件毛坯合格率达到了95%以上（图5）。

5 结论

（1）采用完善的顶注式浇注系统，增加缝隙浇道的缓冲，以及玻璃纤维过滤网的使用，可有效降低熔液产生的飞溅，防止二次氧化和气孔的形成。排气孔和排气冒口结合使用，可使型腔迅速排气，降低皮下气孔的发生几率。

（2）根据铸件结构，适当的工艺筋可有效防止薄壁铸件的收缩变形，提高铸件尺寸精度，防止清理变形开裂。

（3）使用金属模外模和芯盒，拼芯造型时可有效消除透孔皮缝，减少清理工作量。中型薄壁铸件外模使用拼接式结构，能有效保持模具尺寸稳定，提高模具使用寿命。

（4）使用三维造型和CNC数控机床相结合的方式加工，可保证金属模加工和装配精度。金属模配件壁厚要求30 mm以上，工作面粗糙度Ra3.2以上，粗加工后必须进行去应力热处理，以保证模具配件加工完成以后不变形。

参考文献

[1]史鉴开，史小雨.渣气孔的实际观察[J].现代铸铁，2003 （3）：45-46.

9.铸造工艺设计 篇九

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深圳铸造厂是关系国计民生的重要行业,是汽车、石化、钢铁、电力、造船、纺织、装备制造等支柱产业的基础,也是制造业的重要组成部分。我国作为全球铸件产量第一大国,应努力在技术创新、结构调整等方面下功夫,抓住市场机遇,大力推进绿色铸造,进一步迈向深圳铸造厂强国。

“自2000年以来,我国铸件总产量已连续10年居世界榜首,占全球铸件总产量的三分之一以上;同时涌现出了一批龙头骨干企业,部分产品已经达到或接近世界水平。”在日前举办的中国铸造协会第九届年会上,中国铸造协会理事长贾成炳说。

据介绍,随着装备制造业的快速发展,我国深圳铸造厂也保持了良好的发展势头。2008年,铸件总产量达到3350万吨,约占世界铸件总产量的三分之一,这为我国机械工业、航空航天工业、国防工业等产业的发展提供了可靠保证。

采访中了解到,在铸件产量持续增长的同时,我国铸造技术水平也有了大幅度的提升。目前,我国已经能自主生产大型水轮机、汽轮机及燃气轮机、风电及大型发动机缸体、缸盖等质量要求高、技术复杂的大型铸件。当前我国生产的最大球铁铸件为135吨,最大的铸钢件为520吨。已有40余家能生产单件重30吨以上的铸件。一些铸造企业的技术和装备水平已经接近或达到世界一流水平。

去年出台的《装备制造业调整和振兴规划》指出,研发和制造清洁高效铸造设备是调整和振兴装备制造业重要任务之一,并列入科技

重大专项。记者在不久前举办的2010年中国国际铸造博览会上了解到,一些铸造企业在加快技术创新,提升核心竞争力的同时,也在积极开展节能减排工作,努力实现“绿色铸造”。无锡市西漳环保设备有限公司展出其开发的LXC型系列冲天炉消烟除尘系统,与进口铸造生产线配套,能替代进口除尘没备;济南圣泉公司开发研制的先进、高效的FT发热保温冒口大大提高了金属利用率和铸件工艺出品率,降低生产成本,提高铸件品质;重庆长江造型材料（集团）有限公司以循环再生利用资源,减少环境污染为出发点,在国内领先研制了具有自主知识产权的铸造废砂再生循环利用的技术与装备„„

随着超大型铸件国产化水平的不断提升、绿色铸造理念进一步成为企业发展的重要指导理念,铸造行业开始逐步摆脱过去“傻、大、黑、粗”的行业形象。如今的铸造行业,正逐渐向“高、快、大、新”转变,即产品自动化程度、设备可靠性、使用寿命、安全性以及精度要提高;生产节拍、设备更新以及设备供货周期加快;设备本身越来越大,涉及的专业范围越来越宽,铸造设备的范畴逐渐加大;新工艺、新设备的不断涌现,行业的发展水准迈上了一个新的台阶。

有关专家分析说,我国铸件产量连续10年居世界首位,产品销售也保持了较好的市场前景。从目前看,尽管国际市场的复苏仍然需要一段时间,但国内市场对于铸造产品的需求较为旺盛,深圳铸造厂仍有较大的的市场机遇。

一是国家高度重视新能源和可再生能源的发展,水力、核电、风能、太阳能、生物能产业均实现高速增长,风力发电装机容量连续三

年实现翻番,总装机容量已居世界第四位,太阳能发电总量居世界首位,太阳能光伏产业也实现了高速增长。我国有色金属深圳铸造厂有希望在这一领域取得突破。二是至2012年,我国大型客机总装基地、发动机装试基地、航空电子研发中心等都将建成,在这期间零部件的试制、生产将纳入日程。铝、镁合金的飞机零部件实行“保优铸造”以达到其安全性要求。我国铸造企业特别是铝、镁合金铸造企业应积极改造硬件,练好内功、搞好管理,以更好地在市场竞争中胜出。

三是部分机械装备的更新换代和大型的先进装备需求的稳步增加,将为深圳铸造厂提供更为广阔的市场空间。企业应重点在工艺、材料和制造等方面加快创新步伐,努力形成具有较高发展水平的大型铸锻件自主制造能力。

此外,随着生物医药产业的发展,生物诊断试剂、疫苗及抗体类药物产业化,数字化高端医疗设备需求将大幅提升。新能源汽车、海洋工程装备等领域对于机械设备的需求也将有所增加。

近年来,我国深圳铸造厂在产量和技术水平等方面都有长足进步,产业面貌发生了巨大变化,但随着国内外产业形势的变化,我国铸造行业迫切需要加快推进产业结构调整步伐。

有关专家分析说,一方面,我国铸造行业在全球产业链的分工中仍然没有占据绝对的优势地位,另一方面,深圳铸造厂在发展质量提升方面仍然有较大的空间。因此,加快转变发展方式,进一步优化产业结构,是我国深圳铸造厂目前发展中迫切需要解决的问题。

有关专家指出,深圳铸造厂应充分运用法律、经济、技术和必要的行政手段,推进兼并重组,研究建立有利于落后产能退出的市场环境和长效机制,提高行业集中度,淘汰落后产能,促进中小企业的积聚和产业转移;企业的组织结构、股权结构调整,通过扶优扶强,推进企业的兼并、重组、改制以及产品结构的调整,实现铸造企业的规模化和专业化;培育特色产业集群,建设铸造工业园区,以提高专业化生产水平为导向,培育一批有国际竞争力的大型龙头企业、专业化生产中心和“专、精、特、新”的中小企业群体,形成优势互补、协调发展的产业格局。

另据了解,我国深圳铸造厂年能耗占机械工业总耗能的25％至30％,排放污染物总量约为:粉尘1000万吨,废气200亿立方米至400亿立方米,废砂2000万吨,废渣600万吨,其单位产量能耗及污染物排放均大大超过发达国家水平。

因此,在加快推进产业结构调整中,还需在铸造生产全流程推进节能降耗和减排治污,大力推进低能耗、低污染的绿色铸造,发展资源节约型和环境友好型的铸造产业。

专家建议,应强化企业技术创新的主体作用,引导创新要素和资源向优势企业聚集;实施铸造产品质量振兴和自主品牌战略,推进管理和技术创新;实施铸造标准和知识产权战略,形成一批核心自主知识产权和技术标准;加大对关键共性技术及基础工艺的研究投入,提高企业核心竞争力,推动深圳铸造厂实现内涵式发展。

此外,一些专家还建议,铸造行业应该尽快推行铸造行业准入制度;做好铸造行业节能减排技术及设备的评估与推荐;建立全国各类