液態(tài)金屬成型

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上金屬液態(tài)成型論文 作者：劉永星摘要：金屬液態(tài)成型又稱為鑄造，是將液態(tài)金屬在重力或外力作用下充填到型腔中，待其冷卻凝固后，獲得所需形狀和尺寸的毛坯或零件，即鑄件的方法，它是成形毛坯或機(jī)器零件的重要方法之一。 工程材料除切削加工以外有各種成型方法，包括金屬液態(tài)成型、金屬塑性成形、材料連接成型、粉末冶金成型以及塑料、橡膠、陶瓷等非金屬材料成型及復(fù)合材料成型等。材料成型技術(shù)主要講述金屬材料成型和非金屬材料成型，現(xiàn)對金屬液態(tài)成型進(jìn)行詳細(xì)論述。關(guān)鍵詞：金屬液態(tài)成型、成型方法、生產(chǎn)流程、成型原理、選擇成型依據(jù)一 、金屬液態(tài)成形 金屬材料在液態(tài)下成形，具有很多優(yōu)點：（1）最適合鑄造形

2、狀復(fù)雜、特別是復(fù)雜內(nèi)腔的鑄件。（2）適應(yīng)性廣，工藝靈活性大。（3）成本較低。但液態(tài)成形也有很多不足，如鑄態(tài)組織疏松、晶粒粗大，鑄件內(nèi)部常有縮孔、縮松、氣孔等缺陷產(chǎn)生，導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能、特別是沖擊性能低于塑形成行件；鑄件涉及的工序很多，不易精確控制，鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定；由于目前仍以砂型鑄造為主，自動化程度還不夠高，工作環(huán)境較差；大多數(shù)鑄件只是毛坯件，需經(jīng)過切削加工才能成為零件。砂型鑄造是將熔融金屬澆入砂質(zhì)鑄型中，待凝固冷卻后，將鑄型破壞，取出鑄件的鑄造方法，是應(yīng)用最為廣泛的傳統(tǒng)鑄造方法，它適用于各種形狀、大小及各種常用合金鑄件的生產(chǎn)。砂型鑄造的工藝過程稱為造型。造型是砂型鑄造最基本的工序，通常分為手

3、工造型和機(jī)器造型兩大類。手工造型時，填砂、緊實和起模都用手工和手動完成。其優(yōu)點是操作靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、工藝裝備簡單、生產(chǎn)準(zhǔn)備時間短。但生產(chǎn)效率低、勞動強(qiáng)度大、鑄件質(zhì)量不易保證。故手工造型只適用于單件、小批量生產(chǎn)。機(jī)器造型生產(chǎn)率很高，是手工造型的數(shù)十倍，制造出的鑄件尺寸精度高、表面粗糙度小、加工余量小，同時工人勞動條件大為改善。但機(jī)器造型需要造型機(jī)、模板以及特質(zhì)砂箱等專用機(jī)器設(shè)備，一次性投資大，生產(chǎn)準(zhǔn)備時間長，故適用于成批大量生產(chǎn)，且以中、小型鑄件為主。特種鑄造包括熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、實型鑄造、擠壓鑄造等。各種特種鑄造方法均有其突出的特點和一定的局限性，對鑄件結(jié)構(gòu)也

4、各有各自的特殊要求。2、 金屬液態(tài)成形方法 鑄造工藝可分為重力鑄造、壓力鑄造、砂型鑄造、壓鑄、熔模鑄造和消失模鑄造。鑄造方法常用的是砂型鑄造，其次是特種鑄造方法，如：金屬型鑄造、熔模鑄造、石膏型鑄造等。各種特種鑄造方法均有其突出的特點和一定的局限性，對鑄件結(jié)構(gòu)也各有各自的特殊要求。 其中 砂型鑄造是一種以砂作為主要造型材料，制作鑄型的傳統(tǒng)鑄造工藝。砂型一般采用重力鑄造，有特殊要求時也可采用低壓鑄造、離心鑄造等工藝。砂型鑄造的適應(yīng)性很廣，小件、大件，簡單件、復(fù)雜件，單件、大批量都可采用。砂型鑄造用的模具，以前多用木材制作，通稱木模。木模缺點是易變形、易損壞；除單件生產(chǎn)的砂型鑄件外，可以使用尺寸精

5、度較高，并且使用壽命較長的鋁合金模具或樹脂模具。雖然價格有所提高，但仍比金屬型鑄造用的模具便宜得多，在小批量及大件生產(chǎn)中，價格優(yōu)勢尤為突出。此外，砂型比金屬型耐火度更高，因而如銅合金和黑色金屬等熔點較高的材料也多采用這種工藝。但是，砂型鑄造也有一些不足之處：因為每個砂質(zhì)鑄型只能澆注一次，獲得鑄件后鑄型即損壞，必須重新造型，所以砂型鑄造的生產(chǎn)效率較低；又因為砂的整體性質(zhì)軟而多孔，所以砂型鑄造的鑄件尺寸精度較低，表面也較粗糙。 熔模鑄造所謂熔模鑄造工藝，簡單說就是用易熔材料（例如蠟料或塑料）制成可熔性模型（簡稱熔模或模型），在其上涂覆若干層特制的耐火涂料，經(jīng)過干燥和硬化形成一個整體型殼后，再用蒸汽

6、或熱水從型殼中熔掉模型，然后把型殼置于砂箱中，在其四周填充干砂造型，最后將鑄型放入焙燒爐中經(jīng)過高溫焙燒（如采用高強(qiáng)度型殼時，可不必造型而將脫模后的型殼直接焙燒），鑄型或型殼經(jīng)焙燒后，于其中澆注熔融金屬而得到鑄件。失蠟法鑄造現(xiàn)稱，是一種少切削或無切削的鑄造工藝，是鑄造行業(yè)中的一項優(yōu)異的工藝技術(shù)，其應(yīng)用非常廣泛。它不僅適用于各種類型、各種合金的鑄造，而且生產(chǎn)出的鑄件尺寸精度、表面質(zhì)量比其它鑄造方法要高，甚至其它鑄造方法難于鑄得的復(fù)雜、耐高溫、不易于加工的鑄件，均可采用熔模精密鑄造鑄得。 消失模鑄造技術(shù)（EPC或LFC）是用泡沫塑料制作成與零件結(jié)構(gòu)和尺寸完全一樣的實型模具，經(jīng)浸涂耐火粘結(jié)涂料，烘干后

7、進(jìn)行干砂造型，振動緊實，然后澆入金屬液使模樣受熱氣化消失，而得到與模樣形狀一致的金屬零件的鑄造方法。消失模鑄造是一種近無余量、精確成形的新技術(shù)，它不需要合箱取模，使用無粘結(jié)劑的干砂造型，減少了污染，被認(rèn)為是21世紀(jì)最可能實現(xiàn)綠色鑄造的工藝技術(shù)。三、生產(chǎn)流程： 生產(chǎn)過程包括：金屬熔煉、模型制造、澆注凝固和脫模清理等。鑄造用的主要材料是鑄鋼、鑄鐵、鑄造有色合金(銅、鋁、鋅、鉛等)等。鑄造生產(chǎn)是一個復(fù)雜的多工序組合的工藝過程，它包括以下主要工序：1）生產(chǎn)工藝準(zhǔn)備，根據(jù)要生產(chǎn)的零件圖、生產(chǎn)批量和交貨期限，制定生產(chǎn)工藝方案和工藝文件，繪制鑄造工藝圖；2）生產(chǎn)準(zhǔn)備，包括準(zhǔn)備熔化用材料、造型制芯用材料和模樣

8、、芯盒、砂箱等工藝裝備；3）造型與制芯；4）熔化與澆注；5）落砂清理與鑄件檢驗等主要工序。四、成形原理 鑄造生產(chǎn)是將金屬加熱熔化，使其具有流動性，然后澆入到具有一定形狀的鑄型型腔中，在重力或外力（壓力、離心力、電磁力等）的作用下充滿型腔，冷卻并凝固成鑄件（或零件）的一種金屬成形方法。鑄件一般作為毛坯經(jīng)切削加工成為零件。也有許多鑄件無需切削加工就能滿足零件的設(shè)計精度和表面粗糙度要求直接作為零件使用。型砂的性能及組成：1、型砂的性能型砂（含芯砂）的主要性能要求有強(qiáng)度、透氣性、耐火度、退讓性、流動性、緊實率和潰散性等。2、型砂的組成型砂由原砂、粘接劑和附加物組成。鑄造用原砂要求含泥量少、顆粒均勻、形

9、狀為圓形和多角形的海砂、河砂或山砂等。鑄造用粘接劑有粘土（普通粘土和膨潤土）、水玻璃砂、樹脂、合脂油和植物油等，分別稱為粘土砂，水玻璃砂、樹脂砂、合脂油砂和植物油砂等。為了進(jìn)一步提高型（芯）砂的某些性能，往往要在型（芯）砂中加入一些附加物，如煤份、鋸末、紙漿等。工藝特點鑄造是生產(chǎn)零件毛坯的主要方法之一，尤其對于有些脆性金屬或合金材料（各種鑄鐵件、有色合金鑄件等）的零件毛坯，鑄造幾乎是唯一的加工方法。與其它加工方法相比，鑄造工藝具有以下特點：1）鑄件可以不受金屬材料、尺寸大小和重量的限制。鑄件材料可以是各種鑄鐵、鑄鋼、鋁合金、銅合金、鎂合金、鈦合金、鋅合金和各種特殊合金材料；鑄件可以小至幾克，大

10、到百噸；鑄件壁厚可以從05毫米到1米左右；鑄件長度可以從幾毫米到十幾米。2）鑄造可以生產(chǎn)各種形狀復(fù)雜的毛坯，特別適用于生產(chǎn)具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件毛坯，如各種箱體、缸體、葉片、葉輪等。3）鑄件的形狀和大小可以與零件很接近，既節(jié)約金屬材料，又省切削加工工時。4）鑄件一般使用的原材料來源廣、鑄件成本低。五、選擇材料成形方法的主要依據(jù) 選擇材料成形方法的主要依據(jù)有：（一）零件類別、功能、使用要求及其結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、技術(shù)要求等根據(jù)零件類別、用途、功能、使用性能要求、結(jié)構(gòu)形狀與復(fù)雜程度、尺寸大小、技術(shù)要求等，可基本確定零件應(yīng)選用的材料與成形方法。而且，通常是根據(jù)材料來選擇成形方法。例如，機(jī)床床身，這類零件是

11、各類機(jī)床的主體，且為非運動零件，它主要的功能是支承和連接機(jī)床的各個部件，以承受壓力和彎曲應(yīng)力為主，同時為了保證工作的穩(wěn)定性，應(yīng)有較好的剛度和減振性，機(jī)床床身一般又都是形狀復(fù)雜、并帶有內(nèi)腔的零件。故在大多數(shù)情況下，機(jī)床床身選用灰鑄鐵件為毛坯，其成形工藝一般采用砂型鑄造。（二）零件的生產(chǎn)批量 選定成形方法應(yīng)考慮零件的生產(chǎn)批量，通常是：單件小批量生產(chǎn)時，選用通用設(shè)備和工具、低精度低生產(chǎn)率的成形方法，這樣，毛坯生產(chǎn)周期短，能節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間和工藝裝備的設(shè)計制造費用，雖然單件產(chǎn)品消耗的材料及工時多，但總成本較低，如鑄件選用手工砂型鑄造方法，鍛件采用自由鍛或胎模鍛方法，焊接件以手工焊接為主，薄板零件則采用鈑金鉗工成形方法等；大批量生產(chǎn)時，應(yīng)選用專用設(shè)備和工具，以及高精度、高生產(chǎn)率的成形方法，這樣，毛坯生產(chǎn)率高、精度高，雖然專用工藝裝置增加了費用，但材料的總消耗量和切削加工工時會大幅降低，總的成本也降低。如相應(yīng)采用機(jī)器造型、模鍛、埋弧自動焊或自動、半自動的氣體保護(hù)焊以及板料沖壓等成形方法。特別是大批量生產(chǎn)材料成本。在一定條件下，生產(chǎn)批量還會影響毛坯材料和成形工藝的選擇，如機(jī)床床身，大多情況下采用灰鑄鐵件為毛坯，但在單件生產(chǎn)條件下，由于其形狀復(fù)雜，制造模樣、造型、造芯等工序耗費材料和工時較多，經(jīng)濟(jì)上往往不合算，若采用焊接件，則可以大大縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本（但焊接