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低压及重力铸造工艺分析

  铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺,已有约6000年的历史。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就是铸造。

  按照金属液的浇注形式可将铸造分为重力铸造和压力铸造,本次分享着重在金属型(树脂砂芯盒)低压铸造及树脂砂重力铸造上。

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  低压铸造和重力铸造介绍

  低压铸造

  使用干燥、洁净的压缩空气将保温炉中的铝液自下而上通过升液管和浇注系统平稳地上压到铸造机模具型腔后保持一定压力,直到铸件凝固后释放压力。此工艺在压力下充型和凝固,所以充填性好,铸件缩松少,致密性高。

  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,也称浇注。

  那么低压铸造和重力铸造有什么异同点呢?

  模具选择:都分为金属型和非金属型(如砂型)。

  金属型模具的采购成本相对较高;而木型模具采购成本较低,但如果久置不用或者需要进行大批量生产,会发生一定的维修成本。

  生产效率:金属型低压铸造易实现自动化节拍生产,效率高;树脂砂制作的模具外形及内部芯盒只能使用一次,生产效率较低。

  材料利用率:低压铸造适宜生产薄壁铸件,冒口占用材料极少;重力铸造不适宜生产薄壁铸件,需要设置冒口。(冒口是指为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分。浇口是零件的头,冒口是零件的尾,用以观察型腔是否填充饱和,两者都需要去除。)

  铸件材料:重力铸造为黑色金属和有色金属。低压铸造多用于有色金属铸造;合金材料比较贵,低压铸造可以减少冒口损失。

  工人劳动环境:低压铸造多为机械化作业,工人劳动环境好;而重力铸造时工人的劳动环境较差,尤其是进行浇注作业的时候。

  铸造整体可以分为造型、熔炼、铸造成型和热处理这四个大工序。下面让我们来分别看看这些工序。

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  造型工艺

  定义

  造型就是利用木型、芯盒、砂箱及树脂砂等原材料制作用于浇注的模具外模及芯盒。

  模具构成

  非结构件的筒体类铸造模具一般是由外模具+芯盒构成;如果是结构件的零件,可以不需要芯盒。如果采用消失模铸造则无需外模和芯盒,只需要将消失模放于砂箱中,然后加砂同时进行振动,将砂震实即可。

  铸造模具外模种类

  金属型:多用于重力倾转铸造、低压铸造。

  非金属型:多为砂型模具,使用树脂砂(主要为冷凝树脂砂,呋喃树脂为主,也有用酚醛树脂)来制造模具。

  铸造模具芯盒种类

  金属芯盒:通常在空腔壳体结构铸件中需要芯盒,像常见的自动化的低压轮毂生产一般不要需要芯盒。

  非金属芯盒:多为砂芯,即在铸造生产中用于制造型芯的材料,一般由铸造砂、型砂粘结剂和辅加物等造型材料按一定的比例混合而成。常使用的材料有树脂砂、覆膜砂(使用射芯机成型)等。

  主要设备

  造型工艺所使用的主要设备有混砂机、震动落砂机和再生砂处理设备。

  混砂机:铸造砂处理型砂混制的主要设备,利用碾轮与碾盘的相对运动,将置于两者间的物料受到碾压兼磨削的作用而粉碎物料,混砂机在粉碎物料的同时还将物料混合。

  落砂:在铸型浇注并冷却到一定温度后,将铸型破碎,使铸型与砂箱分离,铸件与型砂分离。

  再生砂:在铸造生产中经过处理基本上恢复了使用性能可以回用的旧砂。(砂型铸造中,模具材料在使用后可以打碎之后通过再生砂处理设备变成再生砂,在制造新的砂型模具时可以混入再生砂。)

  常用材料

  树脂砂外型:硅砂、自硬呋喃树脂、固化剂、保温冒口、冷铁、凃型涂料(主要用于,降低表面粗糙度、填充沙粒间隙,防止粘砂,获得铸件表面光洁、调节温度场,控制凝固顺序,获得理想内部组织)、金属型涂料(主要用于排气、调节散热条件、有利于脱模、改善铸件外观)、酒精、树脂砂(对型体缺陷进行修补)、液化气+液化气喷枪(对已固化砂型进行烘烤干燥)。

  树脂砂型芯:硅砂、自硬呋喃树脂、固化剂、凃型涂料、酒精、液化气+液化气喷枪

  材料配比及用量:不同季节,不同产品特征,不同产品材质也会有一定区别。涂料喷涂完成后点火是为了烘干,防止水分进入。

  工艺流程

  混砂&木型和砂箱结合 → 制型+制芯 → 砂型固化 → 脱型 → 修型 → 烘干 → 涂型、涂芯 → 烘干。

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  熔炼工艺

  定义

  将原材料铝合金锭、回炉料(冒口、浇道、报废铸件)快速熔炼为液态,然后去除合金溶液中氧化物杂质及气体。如有需要,也可进行合金调配。

  主要设备

  熔炼工艺所使用的主要设备有元素光谱分析仪、熔化炉、除气精炼机、测氢仪和铝液转运包/保温炉。

  主要材料

  熔炼的主要材料有铝合金锭、回炉料(冒口、浇道、报废品)、中间合金(熔炼时用来调整成分,如铝硅合金、铝镁、铝钛、铝锶合金)、除气片、清渣剂、惰性气体(氩气)。

  如果铝液金属成分不达标还需加入少量其他金属锭或者是调配合金。

  工艺流程

  成分检测 → 融化 → 加入除气片、除渣剂 → 刮渣 → 保温炉 → 除渣 → 测温(熔炼温度与浇注温度不一样,因此需要测温) → 除气精炼 → 成分检测 → 静置 → 测氢 → 样块浇注(若有质量追踪要求)&出炉。

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  济南铸造加工工艺

  树脂砂型重力铸造

  主要材料

  包括封箱膏、过滤网、液化气、保温剂(冒口覆盖剂)。

  主要设备

  重力铸造工艺所使用的主要设备是震动落砂机和等离子切割机。

  工艺流程

  预热外模(上型+下型)、芯盒 → 合箱下型+芯盒 →涂封箱膏,将上型一起合箱 → 紧固上下砂箱 → 浇注 → 落砂 → 切割、清铲冒口。

  金属型(树脂砂芯盒)重力铸造

  主要材料

  包括凃型涂料、过滤网、封箱膏、液化气。

  主要设备

  低压铸造工艺所使用的主要设备是低压铸造机、震动落砂机和等离子切割机。

  工艺流程

  预热外模 → 外模被抢喷涂、预热树脂砂芯盒 → 合模涂封箱膏 → 将除气精炼、测氢之后的合金液导入模具 → 低压铸造 → 开模取出产品 → 落砂 → 切割、清铲内浇道。

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  热处理工艺

  定义

  热处理是为了提高合金的力学性能,增强耐腐蚀性能,改善加工性能,获得尺寸的稳定性。

  熔炼工艺浇注的样块需要随产品一并进行热处理,待热处理完成后进行实验分析。热处理完成,且毛坯检查合格之后,进行抛丸、机加工、涂装达到出货状态。

  主要工艺内容

  热处理的主要工艺内容是固溶、淬火和时效。

  固溶:固溶处理,是指固溶体凝固时,平衡转变受到抑制,得到亚稳态的过饱和固溶体单相组织的过程。固溶处理的主要目的是改善钢或合金的塑性和韧性,为沉淀硬化处理作好准备等。

  淬火:指将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间,随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。

  时效:指合金工件经固溶处理,冷塑性变形或铸造,锻造后,在较高的温度放置或室温保持其性能,形状,尺寸随时间而变化的热处理工艺。时效处理的目的,消除工件的内应力,稳定组织和尺寸,改善机械性能等。

  若采用将工件加热到较高温度,并较短时间进行时效处理的时效处理工艺,称为人工时效处理。

  若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象,称为自然时效处理。


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