级特种成型技术课程报告材料.docx

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级特种成型技术课程报告材料

《特种成型技术》课程报告

专业年级：

金属材料专业11级

姓名：

刘锋飞

学号：

20110800116

指导老师：

张春香李杏瑞

综述金属型铸造、压力铸造、离心铸造、挤压铸造、熔模铸造、消失模铸造、真空密封造型和负压实型铸造的基本原理和主要特点。

利用所学知识试给出鸟巢第一榀钢雕的可能的铸造方法。

（3000~5000字）

附图：

一、综述

随着科学技术的发展，对铸造提出了更高的要求，要求生产出更加精确、性能更好、成本更低的铸件。

为适应这些要求，铸造工作者发明了许多新的铸造方法，这些方法统称为特种铸造方法，即特种铸造。

特种铸造技术包括熔模精密铸造、连续铸造及差压铸造、陶瓷型及石膏型铸造、压力铸造、金属型铸造、低压铸造、离心铸造，以及消失模铸造的有关基础知识、铸造设备、铸造工艺。

二、金属型铸造

（一）、金属型铸造：

金属液在重力作用下浇入金属铸型中，并在重力作用下结晶凝固而形成铸件的一种方法。

由于金属型可反复使用几百次到几千次，故又称永久型铸造。

（二）金属型铸造的特点：

1..金属型铸造在技术与经济上有许多优点：

（1）.金属型铸件的机械性能比砂型铸件高。

与砂型相比，金属型的导热性能好，铸件凝固时冷却速率高，即使结晶温度范围较宽的合金，也能得到密实的铸件。

同时，铸件晶粒细化，尤其是铸件表层结晶组织更细密，形成“铸造硬壳”，铸件的抗蚀性能和硬度也显著提高。

（2）.铸件尺寸精度和表面粗糙度（CT6－CT9，Ra3.2～12.5μm）均优于砂型铸件，其加工余量可减少。

（3）.铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般节约15~30%。

（4）.工序简单，生产率高，并且劳动条件好。

金属型可反复使用，省去了砂型铸造中的配砂、造型、落砂等许多工序，节省了大量的造型材料和生产场地，提高了生产率，易于实现机械化和自动化生产。

2..与砂型相比，其不足之处：

（1）.金属型的制造成本高，周期长，不适合单件、小批生产。

（2）.金属型不透气，铸件在其中冷速大，易造成铸件气孔，浇不足等。

（3）.金属型无退让性，易造成铸件开裂。

（4）.金属型铸造时，铸型的工作温度，合金的浇注温度和速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等铸造工艺对铸件的质量的影响甚为敏感，故工艺要求严格。

（5）.对铸造形状复杂（尤其是内腔复杂）、薄壁（防止浇不到）和大型铸件有一定的局限性。

（6）.用于铸钢等高熔点合金时，金属型寿命低，同时，还易使铸铁件产生硬、脆的白口组织。

三、压力铸造、

（一）、压力铸造的实质

压铸（压力铸造）的实质：

压铸是在高压作用下，将液态或半液态金属快速压入金属压铸型（也可称为压铸模或压型）中，并在高压作用下凝固而获得铸件的方法。

（二）、压铸机工作原理

压铸机分两大类：

热室压铸机和冷室压铸机

1.热室压铸机

压室与保温坩埚炉连成一体，压室浸在熔化的液态金属中，其压射机构安置在保温坩埚上面。

当压射冲头3上升时，金属液1通过进口5进入压室4中，随后压射冲头下压，金属液沿通道6经喷嘴7充填压铸型型腔8。

压射活塞5上升时，液态金属通过进口进入压室内。

动模2和定模3合型后，在压射活塞5下压时，液态金属沿通道经喷嘴12充填压铸型，冷却凝固成形后，开型取出铸件

2.冷室压铸机

冷室压铸机的压室与保温炉是分开的，压铸时，要从保温炉中将金属液倒人压室后进行压铸。

多用液压驱动，压力较高，且压室与液态金属的接触时间很短，可适用于压铸熔点较高一些的有色金属，如铜、铝、镁等合金，还可用于黑色金属和半固态金属的压铸。

黑色金属压铸宜采用冷室卧式压铸机。

目前，生产中采用冷室压铸机较热室压铸机多。

（3）、压力铸造优点和缺点：

压铸的两大特点：

高压和高速充型。

区别于其它铸造方法的最基本特征。

压铸所用的压射比压一般为30～70MPa（30～700atm）；充填速度可达5～100m/s，有时高达120m/s。

充型时间很短，一般在0.01～0.25s，最短时可达千分之几秒。

1..优点：

（1）铸件的精度高，表面光洁（CT4～CT8，Ral.6～6.3μm），并可直接铸出极薄件或带有小孔、螺纹的铸件。

（2）铸件冷却快，又是在压力下结晶，故晶粒细小，表层紧实，铸件的强度、表面硬度高。

压铸件的抗拉强度可比砂型铸件大25%～30%，但延伸率有所降低。

（3）生产率高，每小时可压铸50～150次，最高可达500次．且便于实现自动化、半自动化

（4）便于采用嵌铸（又称镶铸法）。

（5）嵌铸是将各种金属或非金属的零件嵌放在压铸型中，在压铸时与压铸件铸合成一体。

（6）嵌铸法利于制出一般压铸法难以制出的形状复杂件。

（7）嵌铸还可消除铸件局部热节，减少壁厚，防止缩孔；可改善和提高局部性能，如耐磨性、导热性、导磁性和绝缘性等；还可将许多小铸件合铸在一起，代替装配工序。

（8）压铸件难以避免的缺陷就是内部气孔和疏松。

产生的原因在于充型时，型腔的气体没有完全排出以及铸件在凝固收缩时得不到补缩，这对压铸件的性能和扩大应用范围都有不利影响。

为解决此问题，发展了一些压铸新工艺

2..缺点：

压铸件应尽量避免机械加工，以防止内部孔洞外露。

近年来，已研究出真空压铸、加氧压铸等新工艺，它们可减少铸件中的气孔、缩孔和缩松等微孔缺陷，提高压铸件的机械性能。

同时由于新型压铸型材料的研制成功，钢、铁等黑色金属压铸也取得了一定程度的发展，使压铸的使用范围日益扩大

四、离心铸造、

（一）、离心铸造：

是将金属液浇入高速旋转的铸型中，使之在离心力作用下完成充填及凝固成形的一种铸造方法。

（2）、离心铸造的优缺点:

1..优点：

①可不用型芯就能铸出中空的铸件，大大简化了套筒、管件类铸件的生产过程。

②由于离心力的作用，可显著提高金属液的充型能力，因此，对流动性差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造法生产。

③可生产双金属中空圆柱形铸件，如钢背铜套、双金属轧辊等；

④在离心力作用下，改善了补缩条件，特别是结晶温度范围宽的合金。

气体和非金属夹杂也易于自金属液中排除，因此，铸件致密度高，气孔、夹渣等缺陷少，力学性能高。

但过共晶铝硅合金易使铸件内部出现缩孔缺陷。

⑤可减少甚至不用浇冒口系统，节省金属液。

2..缺点：

①铸件易产生密度偏析，因此不适合于易产生密度偏析的合金铸件（如铅青铜），尤其不适合于铸造杂质密度大于金属液的合金。

但近年来，也有利用离心铸造的这个特点来生产梯度复合材料的情况；

②铸件内孔直径不准确，内孔表面比较粗糙，质量较差，加工余量大；

③用于生产异形铸件时有一定的局限性。

离心铸造适用范围：

主要用于大批生产管、筒类铸件，如铁管、铜套、缸套、双金属钢背铜套、耐热钢辊道、无缝钢管毛坯、造纸机干燥滚筒等；还可用于轮盘类铸件，如泵轮、电机转子等。

3..离心铸造容易产生的缺陷：

①铸件内表面偏心由于重力场的影响，自由表面的中心将下移距离e，即上部断面大，下部断面小。

但这种自由表面偏移的情况不会在凝固后的铸件内表面上留下来：

铸件的凝固是从外壁向自由表面逐步进行的，而且因型壁在同一圆周上的冷却作用基本相同，使得铸件凝固层沿径向的生长速度基本相同，因此靠近内表面一侧的液体金属环的厚度以同样速度减薄，上下厚度差越来越小，直至最后消失铸件内表面偏心的实际原因：

铸型轴线与离心铸造机主轴不重合

②铸件内孔形状与自由表面形状相似，但尺寸不一定相同

③铸件圆柱形内表面受到凝固顺序影响，出现内表面凹陷

五、熔模铸造

（一）、熔模铸造的原理

熔模铸造又称失蜡铸造。

它是用易熔材料（蜡料）制成精确的可熔性模样（熔模），在模样表面涂覆多层耐火材料，待干燥、硬化后，加热将模样熔去，获得与模样形状相应的整体型壳，再经高温焙烧之后进行浇注而获得铸件的一种方法。

（二）、熔模铸造的特点及优缺点

基本特点：

熔模铸造的型壳为整体型壳而无需分型面（制壳时采用可熔化的一次模，无需起模），且型壳是由高温性能优良的耐火材料组成

1..熔模铸造具有以下优点：

1）铸件尺寸精度较高，表面粗糙度较低，可减少或无需机加工。

一般精度可达5—7级，表面粗糙度达Ra25～6.3μm。

（净近终成形技术）

2）熔模铸件的外形和内腔形状几乎不受限制，可以铸造出形状复杂件、薄壁件以及质量很小的铸件。

如可以在铸件上铸出花纹精细的图案、文字，也可以铸出带有细槽和弯曲细孔的铸件，熔模铸件的最小壁厚可达0.5mm，质量可以小到几克。

另外，可以使有些组合件、焊接件在稍进行结构改进后直接铸造成整体零件，从而简化生产过程，减轻零件质量、降低生产成本。

3）铸件不受合金种类限制，尤其对难以切削加工或锻压加工的合金，更能显示其优越性。

生产批量也没有限制，可以从单件到成批大量生产。

2..熔模铸造具有以下缺点：

（1）工序复杂，生产周期长。

（2）原材料价贵，铸件成本高。

（3）铸件不能太大、太长，否则蜡模易变形，丧失原有精度。

适用：

熔模铸造是一种少、无切削的先进的精密成形工艺，它最适合25kg以下的高熔点、难以切削加工的合金铸件的成批大量生产。

目前主要用于航天、飞机、汽轮机、燃气轮机叶片、泵轮、复杂刀具、汽车、拖拉机和机床上的小型精密铸件生产。

六消失模铸造

（一）、消失模铸造:

又称“气化模造型”、“泡沫聚苯乙烯塑料模造型”、“无型腔铸造”或“实型铸造”。

消失模铸造的实质:

采用泡沫聚苯乙烯塑料模样代替普通模样，造好型后不取出模样就浇人金属液，在灼热液体金属的热作用下，泡沫塑料模气化、燃烧而消失，金属液取代了原来泡沫塑料模所占据的空间位置，冷却凝固后即可获得所需要的铸件。

（二）、消失模铸造特点

1..消失模铸造主要有以下五方面特点：

（1）消失模铸造是一种近无余量、精确成形的新工艺。

由于采用了遇金属液即汽化的泡沫塑料制作模样，无需起模，无分型面，无型芯，因而铸件无飞边毛刺，减少了由型芯组合而引起的铸件尺寸误差。

铸件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模铸造，但铸件的尺寸可大于熔模铸件。

（2）为铸件结构设计提供了充分的自由度。

在设计机械产品时，必须对铸造零件进行结构工艺分析，包括该铸件结构是否合理，制模、起模、下芯是否方便，铸件的尺寸精度及冶金质量能否保证等。

实型铸造由于模样没有分型面，不存在分型起模等问题，各种形状复杂的铸件模样均可采用消失模材料粘合，成形为整体，因而改变了砂型铸造时铸件结构工艺性的内涵，很多普通砂型铸造难以实现的问题在实型铸造时根本不存在任何困难，产品设计者可根据总体的需要设计铸件的结构，增大了铸造零件设计的自由度。

（3）消失模铸造的工序比砂型铸造及熔模铸造大大简化。

实型铸造采用泡沫聚苯乙烯塑料制模比用木材或金属制造模的过程简单得多，加工容易，粘合方便，制模效率一般可提高1—3倍。

在多数情况下不用砂芯，省去芯盒制造、芯砂配制、芯骨准备、砂芯的制造及烘干等工序。

造型时，不起模、不修型、不下芯和配箱等。

造型效率可提高2—5倍。

同时，降低了劳动强度，改善了劳动条件。

（4）提高冒口的金属利用率。

实型铸造的冒口模样也是采用泡沫聚苯乙烯塑料制成的，由于不起模，可安放在铸件上的任何位置，可制成所需的各种形状，包括半球形的暗冒口，可显著地提高冒口的金属利用率。

（5）减少材料消耗，降低铸件成本。

采用实型铸造可节省大量木材，所用的泡沫塑料模的成本，一般只为木模的三分之一左右。

如果采用无粘结剂干砂实型铸造，可节省大量的型砂粘结剂，砂子可以回用。

型砂处理简单，所需的设备少，可节省投资60％一80％。

就总体来说，实型铸件的制造费用一般比普通砂型铸件低。

七、真空吸铸、真空密封造型和负压实型铸造

v真空吸铸：

（一）、真空吸铸概述

真空吸铸：

在型腔内造成真空，把金属液由下而上地吸人型腔，使金属凝固成形的铸造方法。

（二）、真空吸铸的优缺点：

①铸型自金属液面下吸取金属液，浮在金属液表面上的熔渣、氧化物不易进入铸型污染铸件。

②金属液自下而上地充填空气稀薄、真空条件下的型腔，液流不易卷入气体，二次氧化可能性也很小。

③采用结晶器真空吸铸时，铸件的凝固速度大，晶粒细小，不易产生偏析。

④柱状铸件具有较好的自上往下、自型壁向铸件中心的定向凝固条件，而成形铸件可利用增压补缩，所以铸件的致密度高。

⑤充型时，型腔内的气体阻力很小，可提高金属液的充型性，故生产形状复杂的薄壁铸件时，铸件容易成形。

如铝合金、镁合金铸件的壁厚可减小到1.5mm。

⑥生产过程易于机械化、自动化，生产效率高。

⑦柱状中空铸件的内壁不平度大，内孔尺寸不易控制，故需留较大的加工余量。

v真空密封造型：

（一）真空密封造型：

简称真空造型，又称真空薄膜造型法、减压造型法和“v”法造型（vacuum）。

真空密封造型是一种全新的物理造型方法，它的基本原理是在特制的砂箱内，填人无水无粘结剂的干石英砂，用塑料薄膜将砂箱密封后抽成真空，借助铸型内外的压力差使型砂紧实和成型。

（2）、与其他的造型方法比较，真空密封造型方法具有以下的特点：

1..真空密封造型法的优点：

（1）铸件的尺寸精度和表面光洁度较高。

由于型砂与模样之间有一层塑料薄膜，模样的拔模斜度小，起模时不必敲击模样就能方便地取出。

所用的型砂颗粒细，铸型的硬度高。

因此．铸件的表面较光洁，轮廓清晰，尺寸精度较高，毛刺少。

（2）工序简化，设备、材料省。

型砂中可不必加粘结剂、水分及附加物。

简化了型砂处理工作，铸件的落砂清理方便，旧砂只要过筛去除杂质、冷却后去除细粉即可回用。

型砂的损耗少，回用率可达95％以上。

造型时基本上不必捣砂，只要适当微震即可满足要求。

一般说来，这种造型方法所用的设备比抛砂造型设备便宜30％左右，设备所需的动力约为混型设备的60％，可减少劳动力。

（3）金属利用率高。

铸型硬度高、冷却慢，有利于金属液补缩铸件，可以减小冒口尺寸，提高工艺出品率；浇注“V”法铸型，金属液的流动性较好，充填能力强，能够铸出3mm左右的薄壁件，可以减薄铸件的设计壁厚（最小壁厚）。

（4）工艺装置寿命长。

模型和砂箱的使用寿命长（如木模寿命4000次以上），需要的储备量少。

“V”法造型拔模力很小，模型不受振击，不受高温高压；型砂很易溃散，落砂时不受锤击。

因此，铸造工艺装置寿命长。

（5）操作条件大为改善。

由于造型、浇注一直用真空泵向外抽气，空气污染少。

铸件清理后无需处理大量废砂。

新砂和回用砂可用真空吸送，粉尘问题较易解决。

不用震压造型机，可避免激烈的振击和刺耳的噪声。

生产周期短、工艺简便、操作容易。

（6）生产周期短、操作容易。

（7）适用范围广。

既适用于手工操作的单件小批量生产，也适用于机械化、自动化的大批量生产；可用于铸铁、铸钢以及铜、铝和镤等合金的铸造，尤其适合于生产大、中、小型精密铸件和薄壁铸件。

铸件的尺寸规格大小仅受砂箱尺寸和真空泵抽气率的限制。

2..真空密封造型法的不足：

（1）造型操作比较复杂，小铸件的造型生产率不易提高。

（2）从造型、合箱、浇注直至铸件落砂前，都要对铸型抽真空，这对推广机械化带来一定困难。

（3）塑料薄膜的伸长率和成型性的限制，影响该法进一步扩大应用范围。

国外现在开展喷涂塑料成膜技术推广应用，以求解决复杂模样的覆膜问题。

v负压实型铸造：

（一）、负压实型铸造工艺原理

负压实型铸造：

负压实型铸造是将泡沫塑料气化模置于可抽真空的特制砂箱内，填入不含粘结剂和水分的单一型料，再用塑料薄膜覆盖箱口，然后抽真空，在不起模和负压的情况下浇注就可得到铸件的铸造方法。

（二）、负压实型铸造的适用范围及特点：

1、负压实型铸造集实型铸造、真空密封造型法的优点为一体，适用于各种材质的铸钢、铸铁、铸铝、铸铜及铸镁件的生产，若用于结构复杂及型芯较多的铸件，效果更加显著。

2、结构形状不受铸造工艺限制，不用混砂、下芯、起模、合箱、分型，可实现最优化设计，并易于一箱多铸，并消除了以上因素引起的铸造缺陷与废品；

3、生产效率高，减少配砂、造型工序，劳动强度低，生产周期短，工作效率高；

4、铸件尺寸精度高，可达CT5—6级，铸件质量好，可部分取代熔模精密铸造，废品率可降低2％～3％，机加工减少30％～70％；

5、铸件表面光洁，表面粗糙度Ra可达6.3—12.5μm，复印性能强；

6、工艺稳定性高，补缩效果好，废品率低，工艺出品率高；

7、改善工作环境，可完全消除浇注现场的烟气、粉尘。

综合以上可能用于鸟巢第一榀钢雕的可能的铸造方法最好的最合理的应当是失腊精密铸造。