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金属型和砂型,在性能上有显著的区别,如砂型有透气性,而金属型则没有;砂型的导热性差,金属型的导热性很好,砂型有退让性,而金属型没有等。金属型的这些特点决定了它在铸件形成过程中有自己的规律。
型腔内气体状态变化对铸件成型的影响:金属在充填时,型腔内的气体必须迅速排出,但金属又无透气性,只要对工艺稍加疏忽,就会给铸件的质量带来不良影响。
铸件凝固过程中热交换的特点:金属液一旦进入型腔,就把热量传给金属型壁。液体金属通过型壁散失热量,进行凝固并产生收缩,而型壁在获得热量,升高温度的同时产生膨胀,结果在铸件与型壁之间形成了"间隙"。在"铸件一间隙一金属型"系统未到达同一温度之前,可以把铸件视为在"间隙"中冷却,而金属型壁则通过"间隙"被加热。
金属型阻碍收缩对铸件的影响:金属型或金属型芯,在铸件凝固过程中无退让性,阻碍铸件收缩,这是它的又一特点。
金属型铸造与砂型铸造比较:在技术上与经济上有许多优点。
(1)金属型生产的铸件,其机械性能比砂型铸件高。同样合金,其抗拉强度平均可提高约25%,屈服强度平均提高约20%,其抗蚀性能和硬度亦显著提高;
(2)铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高,而且质量和尺寸稳定;
(3)铸件的工艺收得率高,液体金属耗量减少,一般可节约15~30%;
(4)不用砂或者少用砂,一般可节约造型材料80~100%;
此外,金属型铸造的生产效率高;使铸件产生缺陷的原因减少;工序简单,易实现机械化和自动化。金属型铸造虽有很多优点,但也有不足之处。如:
(1) 金属型制造成本高;
(2) 金属型不透气,而且无退让性,易造成铸件浇不足、开裂或铸铁件白口等缺陷;
(3) 金属型铸造时,铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度,铸件在铸型中停留的时间,以及所用的涂料等,对铸件的质量的影响甚为敏感,需要严格控制。
因此,在决定采用金属型铸造时,必须综合考虑下列各因素:铸件形状和重量大小必须合适;要有足够的批量;完成生产任务的期限许可。
未预热的金属型不能进行浇注。这是因为金属型导热性好/液体金属冷却快,流动性剧烈降低,容易使铸件出现冷隔、浇不足夹杂、气孔等缺陷。未预热的金属型在浇注时,铸型,将受到强烈的热击,应力倍增,使其极易破坏。因此,金属型在开始工作前,应该先预热,适宜的预热温度(即工作温度),随合金的种类、铸件结构和大小而定,一般通过试验确定。一般情况下,金属型的预热温度不低于150°C。
金属型的预热方法有:
(1)用喷灯或煤气火焰预热;(2)采用电阻加热器;(3)采用烘箱加热,其优点是温度均匀,但只适用于小件的金属型;(4)先将金属型放在炉上烘烤,然后浇注液体金属将金属型烫热。这种方法,只适用于小型铸型,因它要浪费一些金属液,也会降低铸型寿命。
金属型的浇注温度,一般比砂型铸造时高。可根据合金种类、如化学成分、铸件大小和壁厚,通过试验确定。下表中数据可供参考。
各种合金的浇注温度
合金种类 浇注温度℃ 合金种类 浇注温度℃
铝锡合金 350~450 黄铜 900~950
锌合金 450~480 锡青铜 1100~1150
铝合金 680~740 铝青铜 1150~1300
镁合金715~740 铸铁 1300~1370
由于金属型的激冷和不透气,浇注速度应做到先慢,后快,再慢。在浇注过程中应尽量保证液流平稳。
如果金属型芯在铸件中停留的时间愈长,由于铸件收缩产生的抱紧型芯的力就愈大,因此需要的抽芯力也愈大。金属型芯在镜件中最适宜的停留时间,是当铸件冷却到塑性变形温度范围,并有足够的强度时,这时是抽芯最好的时机。铸件在金属型中停留的时间过长,型壁温度升高,需要更多的冷却时间,也会降低金属型的生产率。
最合适的拔芯与铸件出型时间,一般用试验方法确定。
要保证金属型铸件的质量稳定,生产正常,首先要使金属型在生产过程中温度变化恒定。所以每浇一次,就需要将金属型打开,停放一段时间,待冷至规定温度时再浇。如靠自然冷却,需要时间较长,会降低生产率,因此常用强制冷却的方法。冷却的方式一般有以下几种:
(1)风冷:即在金属型外围吹风冷却,强化对流散热。风冷方式的金属型,虽然结构简单,容易制造,成本低,但冷却效果不十分理想。
(2)间接水冷:在金属型背面或某一局部,镶铸水套,其冷却效果比风冷好,适于浇注铜件或可锻铸铁件。但对浇注薄壁灰铁铸件或球铁铸件,激烈冷却,会增加铸件的缺陷。
(3)直接水冷:在金属型的背面或局部直接制出水套,在水套内通水进行冷却,这主要用于浇注钢件或其它合金铸件,铸型要求强烈冷却的部位。因其成本较高,只适用于大批量生产。
如果铸件壁厚薄悬殊,在采用金属型生产时,也常在金属型的一部分采用加温,另一部分采用冷却的方法来调节型壁的温度分布。
在金属型铸造过程中,常需在金属型的工作表面喷刷涂料。涂料的作用是:调节铸件的冷却速度;保护金属型,防止高温金属液对型壁的冲蚀和热击;利用涂料层蓄气排气。
根据不同合金,涂料可能有多种配方,涂料基本由三类物质组成:1.粉状耐火材料(如氧化锌,滑石粉,锆砂粉、硅藻土粉等);2.粘结剂(常用水玻璃,糖浆或纸浆废液等);3.溶剂(水)。具体配方可参考有关手册。
涂料应符合下列技术要求:要有一定粘度,便于喷涂,在金属型表面上能形成均匀的薄层;涂料干后不发生龟裂或脱落,且易于清除;具有高的耐火度;高温时不会产生大量气体;不与合金发生化学反应(特殊要求者除外)等。
涂料虽然可以降低铸件在金属型中的冷却速度,但采用刷涂料的金属型生产球墨铸铁件(例如曲轴),仍有一定困难,因为铸件的冷速仍然过大,铸件易出现白口。若采用砂型,铸件冷速虽低,但在热节处又易产生缩松或缩孔,在金属型表面复以4-8mm的砂层,就能铸出满意的球墨铸铁件。
复砂层有效地调节了铸件的冷却速度,一方面使铸铁体不出白口,另一方面又使冷速大于砂型铸造。金属型无溃散性,但很薄的复砂却能适当减少铸件的收缩阻力。此外金属型具有良好的刚性,有效地限制球铁石墨化膨胀,实现了无冒口铸造,消除疏松,提高了铸件的致密度。如金属型的复砂层为树脂砂,一般可用射砂工艺复砂,金属型的温度要求在180~200℃之间。复砂金属型可用于生产球铁,灰铁或铸钢件,其技术效果显著。
提高金属型寿命的途径为:
1.选用导热系数大,热膨胀系数小,而且强度较高的材料制造金属型;
2.合理的涂料工艺,严格遵守工艺规范;
3.金属型结构合理,制造毛坯过程中应注意消除残余应力;
4.金属型材料的晶粒要细小。
品牌:久七牌,总固含量≥50(%),功能:线路板三防漆,用途范围:三防,价格是65元,金属型铸造涂料主要由水作为载体,高温粘合剂和耐火材料等配置而成。绝热性能的涂料含有绝热矿物混合材料,如滑石粉云母,...
1、涂料具有一定保温作用,在型腔内壁涂覆涂料后能缓解型腔的冷热交变时产生的应力,延长金属型的使用寿命。 2、涂覆涂料后附着强度高,形成了致密,稳定性好的保护层,避免或减少了铝液与型腔的相互作用,防止铝...
根据金属型铸造工艺的一些特点,为了保证铸件质量,简化金属型结构,充分发挥它的技术经济效益,首先必须对铸件的结构进行分析,并制订合理的铸件工艺。
金属型铸造结构工艺性的好坏,是保证铸件质量,发挥金属型铸造优点的先决条件。合理的铸造构应遵循下列原则:
1)铸造结构不应阻碍出型,妨碍收缩;2)厚差不能太大,以免造成各部分温差悬殊,从而引起铸件缩裂和缩松;3)限制金属型铸件的最小壁厚。
另外,对铸件非加工面的精度和光洁度应要求适当。
铸件的浇注位置直接关系到型芯和分型面的数量、液体金属的导入位置,冒口的补缩效果,排气的通畅程度以及金属型的复杂程度等。选择浇注位置的原则如下:
1.保证金属液在充型时流功平稳,排气方便,避免液流卷气和金属被氧化;
2. 有利于顺序凝固,补缩良好,以保证获得组织致密的铸件;
3.型芯数目应尽量减少,安放方便、稳定、而且易于出型;
4.有利于金属型结构简化,铸件出型方便等。
分型面形式一般有垂直、水平和综合分类(垂直、水平混合分型或曲面分型)三种。选择分型面的原则如下:
1.为简化金属型结构,提高稿件精度,对形状教简单的铸件最好都布置在半型内,或大部分布置在半型内;
2.分型面数目应尽量少,保证铸件外形美观,铸件出型和下芯方便;
3.选择的分型面应保证设置浇冒口方便,金属充型时流动平稳,有利于型腔里的气体排出;
4.分型面不得选在加工基准面上;
5,尽量避免曲面分型,减少拆卸件及活决数量。
根据金属型铸造的某些特点,在设计浇注系统时须注意以下几点:金属浇注速度大,超过砂型的约20%。其次,在液体金属充型时,型腔里的气体要能顺利排除,其流向应尽可能与液流方向一致,顺利的将气体挤向冒口或出气冒口;此外,应注意使液体金属在充型时流动平稳,不产生涡流,不冲击型壁或型芯,更不可产生飞溅。
金属型的浇注系统一般分为顶注式底注式和侧注式三类。
1)顶注式,其热分布较合理,有利于顺序凝固,可减少金属液的消耗,但金属液流动不平稳,易进法,铸件高时,易冲击型胶底部或型芯。若用于浇注铝合金件,一般只适用于铸件高度小于100毫米的简单件;
2)底注式,金属液流动较平稳,有利于排气,但温度分布不合理,不利于铸件顺利凝固;
3)侧注式,兼有上述两者的优点,金属液流动平稳,便于集渣,排气等,但金属液消耗大,浇口清理工作量大。
金属型浇注系统的结构与砂型铸造基本相似,但由于金属型壁不透气,导热能力强,因此要求浇注系统结构,能有利于降低金属液流速,流动平稳,减少其对型壁的冲刷。除应保证型腔内气体有充裕的时间排除外,还保证在充型过程中不得产生喷溅。
当用金属型浇注黑色金属时,由于铸件冷速大,液流的粘度急剧增加,因此多采用封闭式浇口,其各部分截面积比例为:F内:F横:F直=1:1.15:1.25
金属型铸造的冒口和砂型铸造时具有同等的作用:即为补缩、集渣和排气。它的设计原则也与砂型用冒口相同。由于金属型冷却速度大,而冒口又常采用保温涂料或砂层,因此金属型的冒口尺寸可比砂型的冒口小。
由于金属型工艺的特点,其铸件的工艺参数与砂型铸件略有区别。金属型铸件的线收缩率不仅与合金的线收缩有关,还与铸件结构、铸件在金属型中收缩受阻的情况、铸件出型温度,金属型受热后的膨胀及尺寸变化等因素有关,其取值还要考虑在试浇过程中留有修改尺寸的余地。
为取出金属型芯和铸件,在铸件的出芯和出型方向应取适当斜度,对各种不同合金铸件的铸造斜度参阅有关手册。
金属型铸件精度一般比砂型铸件高,所以加工余量可较小,一般在0.5~4mm之间。
在确定铸件工艺参数之后,就可绘制金属型铸件工艺图,该图与砂型铸件的工艺图基本相同。
铸件工艺图绘制之后,就可进行金属型设计。设计内容主要包括确定金属型的结构、尺寸、型芯、排气系统和顶杆机构等。
对设计的金属型应力求结构简单,加工方便,选材合理,安全可靠。.金属型的结构形式
金属型的结构取决于铸件形状、尺寸大小;分型面数量;合金种类和生产批量等条件。按分型面位置,金属型结构有以下几种形式:
1.整体金属型,铸型无分型面,结构简单,但它只适用于形状简单,无分型面的铸件;
2.水平分型金属型,它适用于薄壁轮状铸件。
3.垂直分型金属型,这类金属型便于开设浇冒口和排气系统,开合型方便,容易实现机械化生产;多用于生产简单的小铸件;
4.综合分型金属型:它由两个或两个以上的分型面组成,甚至由活块组成,一般用于复杂铸件的生产。操作方便,生产中广泛采用。
金属型主体系指构成型腔,用于形成铸件外形的部分。主体结构与铸件大小,其在型中的浇注位置,分型面以及合金的种类等有关。在设计时应力求使型腔的尺寸准确;便于开设浇注系统和排气系统,铸件出型方便,有足够的强度和刚度等。
根据铸件的复杂情况和合金的种类可采用不同材料的型芯。一般浇注薄壁复杂件或高熔点合金(如锈钢、铸铁)时,多采用砂芯,而在浇注低熔点合金(如铝、镁合金)时,大多采用金属芯。在同一铸件上也可砂芯和金属芯并用。
在设计金属型时就必须有排气设施,其排气的方式有以下几种:
1.利用分型面或型腔零件的组合面的间隙进行排气。
2.开排气槽。即在分型面或型腔零件的组合面上,芯座或顶杆表面上做排气槽。
3.设排气孔。排气孔一般开设在金属型的最高处。
4.排气塞是金属型常用的排气设施
金属型腔的凹凸部分,对铸件的收缩会有阻碍,铸件出型时就会有阻力,必须采用顶出机构,方可将铸件项出。在设计顶出机构时,须注意下面几点:防止顶伤铸件,即防止铸件被顶变形或在铸件表面顶出凹坑;防止顶杆卡死,首先是顶杆与顶杆孔的配合间隙要适当。如果间隙过大易钻入金属,过小则可能造成卡死的现象。根据经验最好采用D4/dC4级配合。
金属型合型时,要求两半型定位准确,、一般采用两种办法,即定位销定位和"止口"定位。对于上下分型,而分型面为圆形时,可采用"止口"定位,而对于矩形分型面大多采用定位销定位。定位销应设在分型面轮廓之内,当金属型本身尺寸较大,而自身的重量也较大时,要保证开合型定位方便,可采导向形式。
从金属型的破坏原因分析可以看到,制造金属型的材料,应消足下列要求:耐热性和导热性好,反复受热时不变形,不破坏;应具有一定的强度、韧性及耐磨性,机械加工性好。
铸铁是金属型最常用的材料。其加工性能好,价廉,一般工厂均能自制,并且它又耐热、耐磨,是一种较合适的金属型材料。只是在要求高时,才使用碳钢和低合金钢。
采用铝合金制造金属型,在国外已引起注意,铝型表面可进行阳极氧化处理,而获得一层由Al2O3及Al2O3·H2O组成的氧化膜,其熔点和硬度都较高,而且耐热、耐磨。据报导这种铝金属型,如采用水冷措施,它不仅可铸造铝件和铜件,同样也可用来浇注黑色金属铸件。
铝合金的金属型铸造方法
日本特开2004-261842本专利提供一种不用硅砂等作芯子的铝合金金属型铸造方法,而是采用硝酸盐或亚硝酸盐或其混合物,因为硝酸盐的熔点为380℃,对金属的腐蚀小,又易溶于温水,用它作金属型的芯子,防止了一般砂
谈对铝合金件金属型铸造
铝合金件金属型铸造方法由于其生产率高、劳动环境清洁、铸件表面光洁和内部组织致密等优点而被广泛应用。近几年,我国许多厂家也引进先进金属型设备或自制设备生产汽车发动机缸盖、进气管和活塞等铝铸件。金属型铸铝技术也广泛应用于航空、航天、高压电器、电力机械以及仪器仪表等行业。铝合金的应用得以广泛的发展,这就要求我们在工艺和设备上有较高的要求,本文针对这项需求分析了铝合金铸造的工艺及其设计原理,同时还阐述了铝合金铸造的设备自动化问题。
作品目录
发刊词
推荐词
编辑的话
译者的话
1. 铸铁金属型铸造的变迁与现状
〔中村幸吉〕
1.1古代
1.2中世纪
1.3近代至现代
1.4现状
1.5目前的课题
参考文献
2. 急冷条件下的铸铁凝固 〔�本平〕
2.1金属型铸造铸件的冷却
2.2初生奥氏体枝晶的结晶与组织
2.3影响共晶石墨形成的因素
2.4影响石墨形态的因素
2.5金属型铸造的铸铁组织
参考文献
3.金属型铸造灰铸铁的组织与性能
〔上田�完 近藤靖彦〕
3.1冷却速度及组织
3.2化学成分与组织
3.2.1碳和硅
3.2.2锰和硫
3.2.3磷
3.2.4微量元素的影响
3.2.5气体的影响
3.3孕育对防止白口的作用
3.4D型石墨一一初生奥氏体枝晶的生成条件
3.4.1关于初生奥氏体树枝晶的析出
3.4.2初生奥氏体枝晶和冷却速度
3.4.3急冷时的石墨组织
3.4.4金属型铸造铸铁强度高的原因
3.5热处理
3.6机械性能
3.6.1抗拉强度
3.6.2硬度
3.6.3抗弯强度
3.6.4冲击韧性
3.6.5其它机械性能
参考文献
4. 金属型铸造球墨铸铁的组织和性能
〔川野� 盐田俊雄 藤田健治〕
4.1冷却速度与组织
4.1.1球墨铸铁凝固过程的特点
4.1.2金属型球墨铸铁的基体组织
4.1.3金属型球墨铸铁的显微组织
4.1.4伴随急冷出现的各种现象
4.2化学成分和微量杂质元素与组织的关系
4.2.1金属型球墨铸铁的C、Si含量
4.2.2其它化学成分(除碳、硅以外)与石墨和
基体组织的关系
4.3石墨球化及孕育
4.3.1石墨球化理论
4.3.2石墨球化剂及球化处理
4.3.3孕育剂和孕育处理
4.4金属型球墨铸铁的热处理
4.4.1渗碳体的石墨化
4.4.2回火后的石墨形状
4.4.3石墨化退火的几个实例
4.4.4自行退火
4.4.5共晶状石墨的退火使石墨粒状化
4.5金属型球墨铸铁的机械性能
4.5.1铸态金属型球墨铸铁的机械性能
4.5.2退火金属型球墨铸铁的机械性能
参考文献
5. 金属型铸造要点
5.1金属型材料与金属型的破坏 [安江和夫]
5.1.1金属型材料选择的基本出发点
5.1.2金属型使用中的热状态
5.1.3金属型的损坏现象
5.1.4铸铁和钢的热学性质
5.1.5化学成分对铸铁金属型耐久性的影响
5.1.6各种耐热铸件
5.1.7金属型的表面处理
5.2涂料的种类和性质 [矶谷三男]
5.2.1铸型涂料层的构造
5.2.2涂料的导热率
5.2.3涂料层的气孔率和热阻
5.2.4铸造时的涂料表面温度
5.3铸件与金属型之间的传热现象
5.3.1金属型铸造传热现象的特点
5.3.2铸件与金属型之间热迁移的计算法
5.3.3影响铸件冷却和凝固时间的因素
5.4金属型铸造工艺设计
5.4.1工艺设计的基本参数
5.4.2浇注系统的设计
5.4.3排气孔
5.4.4冒口
参考文献
6. 金属型铸造的条件
6.1作业条件的有关问题及其选择
6.1.1作业条件对铸件性质的影响
6.1.2铸态热处理
6.2铸造机的结构
6.2.1铸造机的种类和结构
6.3金属型制造方法
6.3.1金属型的设计
6.3.2金属型的制作
6.3.3金属型的热处理
6.3.4金属型的检验和保养
6.4金属型结构与耐久性
6.4.1金属型的构成
6.4.2金属型的结构
6.4.3制作金属型要注意的几个问题
6.5上涂料与涂料的耐久性
6.5.1影响涂料耐久性的因素
6.5.2喷涂耐火材料
6.6尺寸精度
6.6.1影响铸件尺寸精度的因素
6.6.2金属型对铸件尺寸精度的影响
6.6.3熔液成分对铸件尺寸精度的影响
6.6.4退火对铸件尺寸精度的影响
6.6.5浇注温度对铸件尺寸精度的影响
6.6.6实际使用例子
6.7标准试样
6.7.1统一试验设定的条件
6.7.2所使用的金属型形状
6.7.3统一试验结果
6.7.4采样用标准金属型和采样标准
6.7.5标准金属型的使用结果
参考文献
7. 铸造缺陷及防止措施
7.1缺陷的分类
7.2铸造缺陷及解决办法
7.2.1外观不良(A项)
7.2.2尺寸不合要求(B项)
7.2.3内部缺陷(C项)
7.2.4材质缺陷(D项)
参考文献
8. 金属型铸造实例
8.1可能用金属型铸造的制品及其特性
8.1.1金属型铸造的特征
8.1.2应用制品的形状与大小
8.1.3金属型铸造铸铁的特性
8.1.4应用范围
8.1.5对金属型铸造应持积极的态度
8.2机械零件
8.2.1机械零件(例一)
8.2.2机械零件(例二)
8.3人孔铸件
8.3.1人孔铸件(例一)
8.3.2人孔铸件(例二)
8.4异型管
8.4.1设备
8.4.2试制品
8.4.3铸造缺陷
8.5轴承座
8.5.1历史变迁
8.5.2设备
8.5.3实施情况
8.6球铁螺栓
8.6.1历史变迁
8.6.2铸造方法和铸件的性能
8.7铸铁的金属型压力铸造
8.7.1历史变迁
8.7.2设备
8.7.3实施情况
8.7.4压铸件的特点
参考文献
9. 金属型铸造在未来的地位
9.1社会结构的变化
9.2社会的需要和技术
9.3金属型铸造法的实施效果
9.3.1改善工厂内的环境
9.3.2节约工厂电耗
9.3.3减少工厂废弃物品
9.3.4经济性好,节省人力
9.3.5提高铸件性能
9.4存在的问题和解决办法
9.5金属型铸造铸件的优越性
9.6日本金属型铸造的技术水平
9.7金属型铸造将来的面貌
附录 日本铸铁牌号
1、简介及工艺流程
金属型铸造又称硬模铸造或永久型铸造,是将熔炼好的铝合金浇入金属型中获得铸件的方法,铝合金金属型铸造大多采用金属型芯,也可采用砂芯或壳芯等方法,与压力铸造相比,铝合金金属型使用寿命长。
2、铸造优点
(1) 优点
金属型冷却速度较快,铸件组织较致密,可进行热处理强化,力学性能比砂型铸造高15%左右。
金属型铸造,铸件质量稳定,表面粗糙度优于砂型铸造,废品率低。
劳动条件好,生产率高,工人易于掌握。
(2) 缺点
金属型导热系数大,充型能力差。
金属型本身无透气性。必须采取相应措施才能有效排气。
金属型无退让性,易在凝固时产生裂纹和变形 。
本书主要内容包括压铸模设计、金属型铸造模具设计等。