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第二十七章 铸造
第一节 概述
铸造是将液态金属浇注到具有与零件形状相适应的铸型中,冷却凝固后,获得毛坯或零件的方法,称为铸造(cast,casting)。
用铸造方法生产的毛坯与零件统称铸件,铸造后还需加工者称毛坯,不需加工直接使用者称零件。
在铸造生产的各种方法中,最基本的方法是砂型铸造,其铸件约占铸件总量的90%,砂型铸造的主要工序为制造模型、芯盒、制备造型材料、造型、造芯、烘干、合箱、熔化与浇注,铸件的清理和检验。
除了砂型铸造外,还有特种铸造,其中主要包括熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造以及壳型铸造等。
铸造生产在工业生产中得到广泛应用。以重量计算,铸件约占一般机械重量的(45~90) %,占切削机床重量的80%,占汽车重量的(40~60) %,占拖拉机重量的(70~80) %,重型机械、矿山机械、水力发电设备的铸件重量约占85%以上。铸造能得到如此广泛的应用, 是因它具有一系列的优点:
1.能够制造各种尺寸和形状复杂的零件或毛坯,其轮廓尺寸可小至几毫米,大至几十米,重量可小至几克,大至数百吨。形状有最简单的平板、圆柱体等,也有内腔复杂的铸件如汽缸体等。
2.铸件与机器零件的形状和尺寸都可以做到最为接近( 尤其是精密铸造),因而切削加工余量可以减到最小,这就减少了金属材料的消耗量和节约了加工工时。
3.适应性强,铸造方法可以铸造各种合金(象铜合金、铝合金、 镁合金、铸钢和铸铁等),对于脆性金属,如铸铁等,铸造是唯一的毛坯制造方法。铸造既适于单件小批生产,又适于大批大量生产。
4.设备投资少,铸件的成本较低,而且原材料来源广泛,价格低廉,金属废料(浇、冒口、废铸件)可以再次直接熔化使用,此外,在大多数情况下,无须进行巨大的生产准备工作,生产周期短。
但铸件生产目前还存在着不少问题,如用同种金属材料制成的零件,铸件的机械性能不如锻件高,这主要是因为铸件内部晶粒粗大,常有缩松、气孔等,铸件质量不够稳定,废品率往往比其它加工方法高。此外,在砂型铸造中,铸件表面质量不高。工人劳动强度大,劳动条件差等。随着现代铸造技术的发展,这些缺点将会逐步克服。
铸造在我国有着悠久的历史,新中国建立的50年来,我国的铸造业发生了巨大的变化,目前我国已成为世界上第二大铸件生产国. 从产量的比较看,我国的铸造业在国际铸造中占有重要的地位。铸造在我国的机械制造业中具有不可替代的作用,是为机械制造业提供毛坯最多的行业. 铸造行业是非常典型的劳动密集型产业,随着经济全球化的发展,尤其是我国加入WTO后,会给我国铸造业提供更大的发展空间。我国的铸造业已具有年产1500万吨的生产能力,进入90年代后期,每年生产铸件的产量都在1000万吨以上.
第二节 砂型铸造(sand casting)
一、造型材料
制作铸型(mold)与型芯(core)的材料分别称为型砂(molding sand)或芯砂(core sand),统称为造型材料(molding medium),一般来说,生产一吨铸件就需要4~5吨型砂。
原砂多为天然的石英砂(以SiO2为主,另含少量矿物杂质),粘结剂一般为粘土,还有水玻璃、树脂等。混合后的型砂结构如图27-3所示。粘土吸水后形成粘土膜,均匀裹在砂粒表面并将各砂粒粘起来,而在砂粒之间形成的空隙可以透气。
造型材料应具备的性能:
1.强度
型砂制成砂型后受到外力作用而不破坏的性能称为强度。也就是指铸型在制造、搬运及浇注时,不致破坏的能力。型砂强度不好,则可能发生塌箱、掉砂,甚至被液态金属冲毁,造成砂眼、夹砂等缺陷。型砂的粒度愈细、粘土含量愈多、紧实度愈大则强度愈高。
2.透气性
造型材料具有使气体通过的性能称为透气性。砂型透气性不良,浇注液体金属产生的气体就不能顺利排出,使铸件产生气孔。型砂的砂粒粗大、均匀、且为圆形,粘土含量少,型砂舂得不过紧,型砂含水量适当均可使砂粒间空隙增多,透气性提高。
3.耐火性
型砂在高温作用下而不软化、不烧结的性能称为耐火性。型砂耐火性差时,砂粒易粘附在铸件表面,使清理和切削加工困难。型砂中石英(SiO2)含量高而杂质少时,其耐火性好。圆形和大颗粒的砂粒耐火性也好。为防止粘砂,可在型砂中混入少量煤粉或在型腔和型芯表面涂上一层涂料。
4.退让性
指铸件在冷却、凝固收缩时铸型能被压溃而不阻碍收缩的能力。 退让性不好时,铸件收缩受阻,产生内应力,使铸件变形甚至出现裂纹。型砂中粘土量愈多,高温时发生烧结,退让性将愈差。在型砂中加入少量木屑,或采用其它粘结剂如油和树脂,可改善退让性。
此外,还需考虑型砂的回用性、发气性和出砂性等。回用性良好的型砂便于重复使用,型砂耗费量低;发气性低的型砂浇注时自身产生的气体少,铸件不易产生气孔;出砂性好的型砂浇注冷却后残留强度低,铸件易于清理。
二、各种造型方法的特点和应用
(一)各种手工造型(hand molding)方法的特点和应用
将型砂塑造成砂型的过程称为造型(molding)。造型可用手工和机器进行,两者主要区别是生产效率和铸型的尺寸精度有差异,但就其造型工艺而言无本质的差别。故本部分以手工造型为主。
一般造型可用手工操作,大批量或大量生产时可用机器造型。
手工造型方法按砂箱特征区分有两箱造型、三箱造型、地坑造型、脱箱造型;按模型特征区分有整模造型、挖砂造型、假箱造型、分模造型、活块造型、刮板造型。
1.整(体)模造型
当零件外形轮廓的最大截面位于其一端时,可将其端面作为分型面进行造型,因零件端面以下没有妨碍起模的部分,故可将模型做成与零件形状相适应的整体结构,称为整体模。用整体模进行的造型方法叫整模造型。
特点:采用整体模型,整个模型基本上在一个砂箱内形成。分型面是平面,故铸型简单,操作方便,不会错箱。适用于铸件最大截面靠一端,且为平面的铸件。
2.分开模造型
当零件外形轮廓上的最大截面不是在零件的端面,而是居于中间时,为了便利起模,必须将模型沿铸件中间的最大截面分做成两半,并以此模型分开的面(分模面(die parting face))作该件造型时砂型的分型面(joint face,mold joint),才能进行造型。
分模造型时,模型的分模面与铸型的分型面重合,起模方便,尤其适合需要用水平型芯形成内孔的铸件,因为它将使下芯操作方便,浇注时型芯产生的气体很容易由分型面排出,因此分模造型最广泛地应用于铸造生产中。值得指出的是,分开模的分模面是依铸件的外形的最大截面而定,模型的两半并非一定是大小对称的两半。
特点:当铸件的最大截面不在端面时,为了从铸件中起出模型,常将模型最大截面处分成两半,并用销钉将其定位,以保证两半模型形成完整的铸件轮廓,模型被分割的平面称分模面,分模面常常就是分型面,型腔位于上、下两个半型内。分模造型常用于铸件最大截面在中部(或圆形)的铸件。
3.活块造型
当零件的外形上有局部妨碍起模的凸台或筋条时,可将模型上的这部分做成活动的,称之为活块(loose piece)。
模型上的活块部分与模型主体用销钉或燕尾榫连接,起模时先取出模型主体,然后再从侧面取出活块。由于取活块过程较为困难,因而此部分铸件精度较差。
活块造型操作困难,生产率低,主要用于单件、小批量生产带有突出部分,难以起模的铸件。
4.挖砂造型
当零件的外形轮廓为曲面或阶梯面,又不便沿其最大截面将模型做成分开模,只允许采用整体模结构时,则这类零件就须用挖砂造型。
挖砂造型适用于单件、小批生产分型面不是平面的铸件。
5.三箱造型
当零件的外形上出现两个大截面之间夹着一小截面时,若只用一个分型面,两个砂箱造型,则不能起模。必须将砂型沿两个最大截面分型,即用两个分型面,三个砂箱造型,同时还应将模型分成两块或多块,才能使模型从砂型中取出。三箱造型操作是较复杂的,它比两箱造型多了一个分型面,同时就增加了一次错箱的可能性,从而降低铸件的尺寸精度。只有在单件和中、小批量生产形状复杂具有两个分型面的铸件时才采用。
以上五种围绕解决不同形状模型起模而产生的造型方法,是我们应掌握的内容。这些基本造型方法并非一定是单独使用,实际上往往是在一个铸件上综合应用多种造型方法。
6.刮板造型
对于某些回转体型或等截面形状的大、中型铸件,如带轮、简单汽缸盖、弯管等,若生产数量不多,为节省制造实体模型所需的材料和工时,可用与铸件截面形状相应的刮板来造型,缩短生产周期,这种造型方法称为刮板造型(sweep moulding)。造型时,既可用下砂箱,也可不用下砂箱,直接在砂坑中造型。刮板分为绕轴线旋转及沿导轨往复移动的两类。
7.地坑造型
在车间地面上挖一个地坑代替下砂箱,将模型放入地坑中填砂造型称为地坑造型。
这种方法不用砂箱或只用上箱,减少了砂箱的投资,但造型费工难烘干,劳动量大,且要求工人技术较高。
在成批、大量生产时,应采用机器造型,就是将造型过程中的两道基本工序-紧砂和起模-机械化。大大提高劳动生产率,提高铸件的精度和表面质量,改善劳动条件。
机器造型是采用模板进行两箱造型的。模板是将模型、浇注系统沿分型面与底板联结成一整体的专用模具,造型后底板形成分型面,模型形成铸型型腔。机器造型时多是由专门造上箱及专门造下箱的两台机器配对生产,因此机器造型通常只允许两箱造型。
用机器造型的零件只能有一个分型面,即只能用两箱造型,同时还要求尽量少用或不用活块,因为取出活块费时,因此,对于形状上需要采用三箱造型和活块造型的零件,当进行机器造型时,就必须用下型芯的方法,将三箱变为两箱,或用型芯代替活块。因此,设计大批量生产铸件及确定其造型工艺时,需考虑机器造型这些工艺要求。
机器造型所用的模型与底板连成一体,称为模板(或型板)。模板上有定位销与砂箱精确定位,所以机器造型生产的铸件精度较好。
三、浇注系统(gating system)
浇注时(pouring),金属液注入铸型型腔内所经过的通道称为浇注系统,它包括外浇口、直浇口、横浇口和内浇口。
外浇口(pouring basin)的作用是减少金属流对铸型的冲击并能浮渣。直浇口是通过其高度产生的静压力使金属液迅速充满型腔,直浇口(sprue hole)的锥度有利于取出浇口棒。横浇口(cross gate runner)主要起挡渣作用,其截面多为梯形,常做在上砂箱内,位于内浇口之上。内浇口(ingate)直接和型腔相连,主要作用是控制金属液流入型腔的速度和方向,使之平稳地充满型腔,其截面常为扁平的梯形,在下砂箱的分型面上。
为了保证浇注时金属液能平稳连续的注入型腔,并把熔渣等杂质阻挡在型腔以外,一般应使内浇口截面积总和小于横浇口截面积,而横浇口截面积则小于直浇口截面积。
冒口(riser,rising head)主要是对铸件最后冷却部位的收缩提供金属进行补缩,以便使铸件的缩孔集中在冒口内,故冒口尺寸要足够大,此外,冒口还有排气和集渣的作用。
四、铸件的常见缺陷
铸件缺陷(casting defect)产生原因是复杂的,应该根据具体情况综合分析,找出原因,再采取相应措施加以防止。有缺陷的铸件则应在保证质量的前提下尽力修复,以免浪费。
表27-1为铸件几种常见缺陷及其产生的原因。
第三节 合金的铸造性能
一、合金的铸造性能
合金的铸造性能(castability ,casting property)是指合金在铸造时表现出来的工艺性能,主要指合金的流动性及合金的收缩等。这些性能对于是否获得健全的铸件是非常重要的。
(一)流动性
流动性(fluidity, liquidity)是指液态合金充填铸型的能力。
合金液的流动性好,容易浇满型腔,获得轮廓清晰、尺寸完整的铸件,相反合金的流动性不好,则易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣等缺陷。
在常用的合金中,灰口铸铁、硅黄铜的流动性最好,铸钢流动性最差。
影响流动性的因素很多,其中主要是合金的化学成分、浇注温度和铸型的填充条件等。
(二)收缩性(contractibility)
液态合金在冷却凝固过程中体积和尺寸不断减小的现象称为收缩(contraction,shrinkage)。收缩是铸造合金本身的物理性质,是铸件中许多缺陷(缩孔、 缩松、内应力、变形和裂纹等)产生的基本原因。 合金液从浇入型腔冷却到室温要经历三个阶段:
1.液态收缩(liquid contraction):从浇注温度冷却到开始结晶的液相线温度之间的收缩。
2.凝固收缩(solidification contraction):从开始结晶温度冷却到结晶完毕的固相线温度的收缩。
3.固态收缩(solid contraction):从结晶完毕的温度冷却到室温之间的收缩。
合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金的体积缩小,通常用体积收缩率来表示,它们是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。合金的固态收缩虽然也是体积变化,但它只引起铸件外部尺寸的变化,因此,通常用线收缩率来表示。固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹等缺陷的根源。
合金的化学成分、浇注温度、铸型条件及铸件结构是影响合金收缩的主要因素。铸件的形状、尺寸和工艺条件不同,实际收缩量也有所不同。
另外,合金液在冷却成铸件的过程中出现的各部分化学成分不均匀的现象即偏析性,吸气性和氧化性均对铸造性能有着不利影响。
二、常用合金的铸造性能
1.铸铁
铸铁是极其重要的铸造合金,具有良好的铸造性能。
灰口铸铁流动性好,可浇注出形状复杂的薄壁铸件,并且收缩小,产生缩孔和裂纹的倾向较小,故一般不设置冒口和冷铁,使铸造工艺简化。而且浇注温度较低,对型砂的要求不高。一般可用湿型浇注,故使用灰口铸铁铸造时设备简单,操作方便,成本低。
球墨铸铁由于浇注前需要经过球化处理,使铁水温度降低,流动性有所降低,且球铁收缩率较大,因此,应采取加大浇注面积、快速浇注、顺序凝固的工艺措施以防止缺陷产生。
可锻铸铁因熔点高,流动性较差,收缩也较大。因此在铸造工艺上应采取提高浇注温度,提高砂型的耐火性、退让性及增设冒口等措施以减少和防止冷隔、缩孔和裂纹等缺陷。
2.铸钢
铸钢流动性差,收缩性大,容易产生偏析、氧化、吸气等现象,并且熔点高。因此应选用耐火性高、强度和退让性好的型砂,并采用干型浇铸。在厚壁设冒口和冷铁,使之实现顺序凝固。
3.有色金属
铜合金的铸造性能是熔点较低,流动性好,收缩较大,易于氧化和吸气。铜合金易氧化应采用玻璃屑、食盐、萤石和硼砂等作熔剂、氧化物和非金属夹杂物浮于金属液表面起保护作用并利于排渣。由于黄铜中的锌本身就是良好的脱氧剂,所以熔化黄铜时,不需另加溶剂和脱氧剂。
铝合金的流动性很好,收缩率稍高于铸铁,铝合金在液态下也极易氧化和吸气。铝氧化生成Al2O3熔点很高, 密度比铝大得不多,作为非金属夹杂物悬浮于铝液中很难排出,造成合金机械性能下降,铝合金在液态下还容易吸收氢气,形成针孔。为了减缓铝液的氧化和吸气,可向坩锅炉中加入KCl、NaCl 作为熔剂将铝液覆盖,与炉气隔离。为了排出铝液中已吸入的氢气,在出炉之前要进行精炼。
铜、铝合金熔点较低,流动性好,可以浇注薄壁和形状复杂的铸件。它们一般是在以焦炭为燃料的坩锅炉中进行。
它的特点是金属料不与燃料直接接触,以减少金属的损耗并保持洁净。由于浇注温度低,对型砂的耐火性要求不高,可以用细砂造型,以获得较低的表面粗糙度。铜、铝合金的凝固收缩率比铸铁大,除锡青铜外,一般多需设置冒口使其顺序凝固,以便补缩,防止缩孔产生。为了防止氧化和吸气应使合金液较快而平稳地填满铸型。
第四节 铸件结构工艺性
铸件结构工艺性是指铸件结构设计的合理性,既保证使用性能,又要考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求。力求简化铸造生成工艺过程,减少铸件产生缺陷的可能性,提高生产率,降低成本。
一、合金铸造性能对铸件结构的要求
在设计铸件结构时还应考虑合金铸造性能的要求,否则铸件容易产生缩孔、缩松、浇不足、冷隔、变形及裂纹等缺陷。因此,设计时应考虑以下几方面:
1.铸件应有合理而均匀的壁厚
从考虑合金的流动性来看,铸件的壁不能太薄,否则易产生浇不足、冷隔等缺陷。在一定的铸造条件下,铸造合金能充满铸型的最小厚度称之为该铸造合金的最小壁厚。各种铸造合金砂型铸件的最小壁厚可从有关的表中查到。但是,铸件的壁也不能太厚,否则在铸件中心部位的晶粒粗大,易产生缩孔与缩松等缺陷,反而使强度下降。
此外,铸件各部分的壁厚应该力求均匀。由于铸件各部分冷却速度差别较大,还将形成热应力,使厚薄联接处产生裂纹,而壁厚处形成金属聚集的热节,易产生缩孔、缩松等缺陷。
2.铸件壁的联接
(1)铸件结构圆角
一般情况下,铸件上各转角处都设计成圆角。这对于防止铸造缺陷,提高铸件结构强度都有很重要的作用。此外,铸造圆角还有利于造型,减少取模掉砂,并使铸件外形美观。因此,铸件结构壁转角都采用圆角。
铸件内圆角必须与壁厚相适应,通常圆角处内接圆直径应不超过相邻壁厚的1.5倍。具体数值可参阅有关的表格。
另外,在个别情况下,为造型、造芯的方便,在铸件的个别转角处应避免采用圆角。
(2)避免交叉和锐角连接
为了减小热节,防止铸件产生缩孔、缩松、应力等缺陷,铸件壁的连接应尽量避免锐角连接,中、小型铸件可选用交错接头,大件则宜用环形接头。 并且铸件壁间也应避免锐角连接,倘若必须为锐角连接,则应采用过渡形式。
(3)厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡
对于互相连接的壁,当壁厚不相等时,应采取逐渐过渡的方式连接,避免壁厚突变,防止产生应力集中和裂纹。
3.避免受阻收缩
当铸件收缩受到阻碍时,铸件内部就产生了内应力,当内应力超过合金的强度极限时,铸件就产生了裂纹。因此,应尽量使铸件结构有利于自由收缩。
4.避免过大的水平面
铸件上大的水平面不利于金属的填充,且易产生浇不足、冷隔等缺陷。并且,平面型腔的上表面,由于受液体金属长时间的烘烤,易于产生夹砂。此外,大的水平面也不利于气体和非金属夹杂物的排除。
二、铸造工艺对铸件结构的要求
为了简化制模、造型、制芯、合箱和清理等工序,避免浪费工时,防止缺陷,并为实现机械化创造条件,在进行铸件结构时必须从下列几个方面考虑:
1.减少与简化分型面
分型面就是上下砂型的分界面,平直的分型面以避免操作费时的控砂或假箱造型,减少毛边,清理方便。
2.减少型芯的数量,尽量避免活块
3.便于型芯的固定、排气和清理
4.铸件的结构斜度
凡垂直于分型面不加工表面,最好有结构斜度。可以使起模省力,延长木模寿命,起模时型腔表面不易损坏,同时还由于起模或制芯时,模型或芯盒的松动量减少,从而提高了铸件的尺寸精度。另外,结构斜度还往往使铸件外表美观。
铸件结构斜度大小随铸件垂直壁的高度而不同,高度愈小,斜度愈大。并且采用金属模或机器造型时取0.5°~1°;用木模或手工造型时取1o~3°;此外铸件内侧的斜度应大于外侧。
第五节 特种铸造(简介)
砂型铸造虽然是铸造生产中使用最广泛的铸造方法,同时也可根据具体情况采用新工艺、新技术和实现机械化自动化生产来进一步改善劳动条件,降低劳动强度和提高劳动生产率,并且可在一定程度上提高铸件质量,但是,砂型铸造由于方法本身的固有特点,铸型不仅只能使用一次,要消耗较多造型材料,而且工序繁多,实现机械化自动化生产比较困难,并且由于砂型铸造中影响质量的因素太多,铸件的尺寸精度、表面粗糙度和内部质量的提高都受到较多的限制。因此,生产中不得不寻求其它铸造方法来满足某些特殊要求,习惯上将那些普通砂型铸造以外的铸造方法都统称为特种铸造。
下面仅就几种较为常用的特种铸造方法作一些简单介绍。
一、熔模铸造
熔模铸造(investment casting, wax mold casting)是用易熔的蜡料制成的和铸件形状相同的蜡模和浇注系统,在蜡模表面涂挂几层耐火涂料和石英砂,经硬火、干燥后将蜡模加热熔化,排出蜡液,得到一个中空的型壳,即获得无分型面的整体铸型,最后进行浇注,故熔模铸造又称为失蜡铸造(lost wax casting)。
二、金属型铸造
将液体金属浇入金属铸型以获得铸件的工艺过程,称为金属型铸造(metal mold casting,chill casting)。由于金属型可以重复使用多次,几百次甚至到几千次,所以又称为永久型铸造。
制造金属铸型最常用的材料为铸铁和铸钢。铸件的内腔可用金属型芯或砂芯来形成。
金属型本身不透气,为了在浇注时能顺利地排出型腔中的气体,在铸型上部必须开排气冒口,在分型面上开排气槽。
由于金属型导热快,且没有退让性,因此铸件易于产生浇不足、冷隔、裂纹等缺陷,铸铁还容易出现硬脆的白口组织。故在浇注前应将金属型预热,以减慢铸件的冷却速度,浇注后应尽早取出铸件,以防止产生裂纹甚至卡住铸型。此外,为延长金属型使用寿命,其型腔和型芯要涂以耐火涂料,防止高温金属液对型腔的直接冲刷,调节铸件各部分的冷却速度,且每浇注一次,都要喷涂一层煤油,以形成隔热气膜。
与砂型铸造相比,金属型铸造的主要优点是实现了“一型多铸”提高了劳动生产率,且便于实现机械化和自动化,金属型铸造的铸件冷却速度快,铸件的晶粒细密,从而提高了机械性能,铸件精度也较高,可达IT12~IT14,表面粗糙度小,为Ra12.5~Ra6.3, 从而减少加工余量,节约材料和工时。
金属型铸造的缺点是主要在于制造金属型的成本高,周期长,铸造工艺要求严格,由于铸件冷却快,易产生难以切削的白口组织,不宜生产大型、复杂铸件。故金属型铸造主要适用于大批量生产形状简单的有色金属中小型铸件。如汽车、拖拉机、内燃机的铝活塞、气缸体、缸盖、油泵壳体,以及铜合金轴瓦、轴套等。金属型铸造有时也可用于某些铸铁和铸钢件。
三、压力铸造
压力铸造(简称压铸,pressure die casting,pressure casting,die casting)是在高压下,快速地将液态或半液态合金压入金属铸型型腔,并在压力作用下凝固而获得铸件的一种工艺方法。
压铸常用的压力从几兆帕至数十兆帕,最高可超过200MPa。金属液的充填速度约在(5~50)m/s。由于充填速度高,所以充型时间极短,约为(0.001~0.2)s。高速、高压是压铸的两大特点。
压铸是将液态合金快速压入金属型,并使其在压力下凝固,因而兼有金属型铸造的特点。必须指出,在所有的铸造方法中,压力铸造的生产率最高,每小时可铸几百个铸件。压铸件的尺寸精度可达IT11~IT13,表面粗糙度可达Ra3.2~Ra0.8,可实现少无切削的加工。此外,由于加压成型,因而可以铸造薄壁复杂铸件,并可直接铸出小孔、螺纹、齿轮等,且所得铸件的结晶致密、强度高。但由于金属液的充填速度高,压型内的气体很难排除,所以压铸件内常有小气孔,并常存在于表皮下面。因此压铸件一般不进行切削加工。另外,此气孔是在高压下形成,热处理加热时,因气体膨胀会使铸件表面突起或变形,因此压铸件不能进行热处理,也不能在高温下工作,不适用高熔点合金,如钢、铸铁等。压铸模结构复杂,设备投资大,成本高。因此,压力铸造广泛用于大批量生产薄壁、复杂的小型有色金属铸件,如铝合金汽缸体、缸盖、仪表、化油器等。
四、离心铸造
离心铸造(centrifugal casting,rotary casting)是将液体金属浇入高速旋转的铸型中,使金属在离心力作用下填充铸型并结晶的铸造方法。离心铸造大多是用以铸造中空的铸件,通常使用金属型,也可以使用砂型。
目前国内广泛使用的是卧式离心铸造机,可获得均匀的壁厚,主要用来浇注缸套、轴套等圆筒形重要零件。也可用来制造钢套镶铜的双金属轴承,即先将加工好的钢套进行表面处理,然后装入离心机中,再在钢套内腔内浇入铜液进行离心铸造,使两种合金牢固地联结成一体,以节约昂贵的铜合金。
离心铸造法生产的空心圆筒形铸件可省去型芯和浇注系统,省工又省料,在离心力的作用下,液体金属中的气体、熔渣等夹杂物由于其密度较小而集中在铸件内表面,金属的结晶则从外向内呈方向性结晶,因而铸件表面结晶致密,无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷,铸件质量较好。
离心铸造法的不足之处是铸件内表面较粗糙,尺寸不易控制,对内孔要切削加工的零件,则应增大加工余量。
离心铸造目前主要用于成批大量生产一般形状的黑色金属及铜合金的大、中型回转体。如铸铁水管、缸套、活塞环坯料和输油管等。
特种铸造除了以上几种方法之外,还有低压铸造、壳型铸造、陶瓷型铸造、磁型铸造等方法。这些方法都为提高铸件质量、改善劳动条件、提高生产率等,开辟了更为广阔的前程。
五、各种铸造方法的比较
各种铸造方法都有其优缺点和最适宜的应用范围。如砂型铸造尽管有不少缺点,但其适应性强,所用设备比较简单,因此,它仍然是当前生产中最基本的铸造方法。特种铸造方法仅在一定条件下,才能显示其优越性。因此,在选择铸造方法时,必须根据合金种类、铸件大小与形状、批量、质量、车间设备及技术状况等来进行全面分析,综合比较,选择经济合理的方法。
表27-3为各种铸造方法的比较。
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