材料成型基础论文

材料成型基础论文------铸造工艺之砂型铸造

铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛坯因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了时间．铸造是现代制造工业的基础工艺之一。铸件自浇注冷却的铸型中取出后，有浇口、冒口及金属毛刺披缝，砂型铸造的铸件还粘附着砂子，因此必须经过清理工序。进行这种工作的设备有抛丸机、浇口冒口切割机等。砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序，所以在选择造型方法时，应尽量考虑到为落砂清理创造方便条件。有些铸件因特殊要求，还要经铸件后处理，如热处理、整形、防锈处理、粗加工等。

铸造是比较经济的毛坯成形方法，对于形状复杂的零件更能显示出它的经济性。如汽车发动机的缸体和缸盖，船舶螺旋桨以及精致的艺术品等。有些难以切削的零件，如燃汽轮机的镍基合金零件不用铸造方法无法成形。另外，铸造的零件尺寸和重量的适应范围很宽，金属种类几乎不受限制；零件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是其他金属成形方法如锻、轧、焊、冲等所做不到的。因此在机器制造业中用铸造方法生产的毛坯零件，在数量和吨位上迄今仍是最多的。

铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料，它是以一种金属元素为主要成分，并加入其他金属或非金属元素而组成的合金，习惯上称为铸造合金，主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。

铸造机械一般按造型方法来分类，习惯上分为普通砂型铸造和特种铸造。普通砂型铸造包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型铸造三类。特种按造型材料的不同，又可分为两大类：一类以天然矿产砂石作为主要造型材料，如熔模铸造、壳型铸造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等；一类以金属作为主要铸型材料，如金属型铸造、离心铸造、连续铸造、压力铸造、低压铸造等。

铸造工艺有与其他工艺不同的特点，主要是适应性广、需用材料和设备多、污染环境。铸造工艺会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染，比起其他机械制造工艺来更为严重，需要采取措施进行控制。

砂型铸造

砂型铸造——在砂型中生产铸件的铸造方法。

钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。

砂型铸造所用铸型一般由外砂型和型芯组合而成。为了提高铸件的表面质量，常在砂型.剂，另外还加有便于施涂的载体（水或其他溶剂）和各种附加物。

砂型铸造的优缺点

(1) 优点

a.金属型冷却速度较快，铸件组织较致密，可进行热处理强化，力学性能较好。

b.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。

c.劳动条件好，生产率高，工人易于掌握。

(2) 缺点

a.金属型导热系数大，充型能力差。

b.金属型本身无透气性。必须采取相应措施才能有效排气。

c.金属型无退让性，易在凝固时产生裂纹和变形。

砂型铸造工艺的分类

1.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，也称浇铸。

(1).重力铸造法又称为金属模铸造法,成形原理是靠冒口的重力作用來补充凝固收缩。此重力浇注模具可重复使用,也可称为永久模铸造。

(2).金属模铸造法之冷缺方式可使用空压气体(氣冷式)或空压气体加水之混合雾气(水冷式),使模具及铸件本体冷卻。

(3).金属模铸造法之铸件需預留加工尺寸量仍高, 原因是铸件经热处理后会有变形之情況。

(4).金属模铸造法之制程中铝水之除气作业相当重要, 否則铸件于表面加工后极易产生针孔。

(5).金属模铸造法较适合少量多样的订单生产制程方式。

2.低压铸造

低压铸造指在低压气体作用下使液态金属充填铸型并凝固成铸件的铸造方法。气体压力一般为0.6～1.5帕。低压铸造的工艺过程是：在熔化金属的坩埚炉上加放密封盖，盖中心部位装有升液管，升液管插到金属液面以下，盖的上部安放铸型。将干燥的压缩空气通过进气管送到坩埚内，使金属液通过升液管从浇口进入铸型（见图）, 保持压力到铸型中的金属液完全凝固,然后解除压力，升液管中的金属液会自动落回坩埚中，这时可以开型，推出铸件。通入坩埚的气体压力和流量可以控制，故金属液充填铸型的速度和气体压力可以根据铸件结构和铸型材料不同而调整。低压铸造用的铸型可以是砂型、壳型、陶瓷型，也可以是金属型、石墨型等。在低压铸造基础上进一步改进，使液态金属在差压下充型、在压力下凝固的方法称为差压铸造，它是低压铸造的一种特殊形式。

低压铸造最初主要用于铝合金铸件的生产，以后进一步扩展用途，生产熔点高的铜铸件、铁铸件和钢铸件。中国已于20世纪70年代将这种方法成功地用于铸造万吨级大型船舶用铜合金螺旋桨和2000马力柴油机球墨铸铁曲轴等重要零件。

低压铸造的优点是：金属液在压力下充型有利于铸造薄壁铸件;铸件的致密性得到提高；底注充型平稳,可减少因金属液冲击飞溅而引起的氧化夹杂；浇冒口系统简单,金属利用率可达80％以上；劳动条件得到改善,并可实现机械化和自动化，生产效率高。

3.离心铸造

将液态金属浇入旋转的铸型里，在离心力作用下充型并凝固成铸件的铸造方法。离心铸造用的机器称为离心铸造机。按照铸型的旋转轴方向不同，离心铸造机分为卧式、立式(见图)和倾斜式3种。卧式离心铸造机主要用于浇注各种管状铸件,如灰铸铁、球墨铸铁的水管和煤气管,管径最小75毫米,最大可达3000毫米。此外可浇注造纸机用大口径铜辊筒,各种碳钢、合金钢管以及要求内外层有不同成分的双层材质钢轧辊。

离心铸造所用的铸型，根据铸件形状、尺寸和生产批量不同，可选用非金属型(如砂型、壳型或熔模壳型)、金属型或在金属型内敷以涂料层或树脂砂层的铸型。铸型的转数是离心铸造的重要参数，既要有足够的离心力以增加铸件金属的致密性，离心力又不能太大，以免阻碍金属的收缩。尤其是对于铅青铜，过大的离心力会在铸件内外壁间产生成分偏析。一般转速在每分钟几十转到1500转左右。

离心铸造的特点是金属液在离心力作用下充型和凝固，金属补缩效果好，铸件组织致密，机械性能好；铸造空心铸件不需浇冒口，金属利用率可大大提高。因此对某些特定形状的铸件来说，离心铸造是一种节省材料、节省能耗、高效益的工艺，但须特别注意采取有效的安全措施。

总结

砂型铸造工艺是以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，液态金属在重力下充填铸型来生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。