重力鑄造

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重力鑄造

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重力鑄造簡介

更新時間:2017-06-26 點擊數:837

重力鑄造簡介

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一.概述 
   重力鑄造是指金屬液在地球重力作用下澆入金屬型獲得鑄件的工藝方法。廣義的重力鑄造包括砂型澆鑄、金屬型澆鑄、熔模鑄造、消失模鑄造,泥模鑄造等;窄義的重力鑄造專指金屬型澆鑄。   
   鋁合金金屬型重力鑄造方法由于其生產率高、勞動環境清潔、鑄件表面光潔和內部組織致密等優點而被廣泛應用。尤其是汽車發動機部件,日、美、英、德和意等工業發達國家很多采用金屬型重力鑄造方法生產汽車發動機鋁缸體、鋁缸蓋和鋁活塞。近幾年,我國許多廠家也采用國外先進金屬型重力鑄造設備或國產重力鑄造設備生產汽車發動機缸體、進氣管和活塞等鋁鑄件。金屬型重力鑄造技術也廣泛應用于航空、航天、電力機械以及儀器儀表等行業。鋁合金金屬型重力鑄造與其他一些鑄造方法(壓鑄、低壓鑄造和砂型鑄造等)相比主要具有如下幾方面的優勢: 

1)幾何尺寸和金相組織等綜合質量好。  
2)相對于低壓及高壓鑄造,重力鑄造工藝相對簡單靈活,鑄件成品率高,可生產較復雜鑄件。  
3)更有利于大批量生產,實現高度自動化和簡化維修;在同等生產規模下,與高、低壓鑄造相比,鑄造設備和金屬型等工裝的一次性投資更低。


1.金屬型:多采用鑄鐵制成,其中應用最多的是灰鑄鐵。鑄件性能要求高時,也可采用合金鑄鐵、碳鋼或低合金鋼。金屬型可分為整體型、水平分型、垂直分型和綜合分型等四種類型,其中垂直分型便于開設澆冒口和安放金屬芯,易于排氣便于實現機械化,應用較廣。因金屬型導熱性較好,故澆道截面積比砂型鑄造大20%~25%,澆道長度也較短。金屬型無透氣性,故其上部應開設出氣冒口,分型面上應開設排氣道,難以排氣的部分應增設出氣孔或通氣塞。     

 

2.金屬型鑄造的工藝特點
(1)鑄型必須預熱:因金屬型導熱性較好,鑄件極易產生冷隔、澆不到、氣孔等鑄造缺陷,故澆注前須預熱。預熱溫度根據鑄件材質確定,灰鑄鐵件一般為250~350℃,鋁鑄件一般為200~300℃。工作過程中應注意散熱,以免鑄型溫度過高。 
(2)型腔須噴刷涂料:在型腔表面噴刷涂料,可以保護其免受金屬液直接沖蝕和熱擊,且可利用涂料層的厚薄不同調節鑄件各部分的冷卻速度。涂料厚度通常為0.3~0.4mm。涂料成分因鑄件材質不同而異,鑄造鋁合金件時所用的涂料常用氧化鋅粉、白堊粉、水玻璃和水配制。
(3)及時開型取件:鑄件在金屬型內停留越久,收縮量就越大,不僅增大了內應力、裂紋傾向,還使鑄件取出的難度增大,故澆注后在保證鑄件高溫強度足夠的前提下,應及早開型取件。一般中、小型鑄件開型取件時間為澆注后10~60s。


3.金屬型鑄造的優缺點及應用: 
(1)優點: 
1)金屬型鑄造一型多鑄,節省造型材料且減少了環境污染; 
2)工藝簡單,易于實現機械化和自動化; 
3)鑄件精度高、表面粗糙度值低、力學性能好。但其制型費用高,鑄型無透氣性和退讓性,且鑄件冷卻快。 
(2)缺點: 
1)不宜鑄造結構復雜、薄壁或大型鑄件;
2)用于鑄鋼、鑄鐵等熔點較高的合金時,鑄型壽命短;灰鑄鐵件鑄造時還易于白口組織。

3)金屬利用率低、薄壁復雜鑄件澆注困難、鑄件組織密度相對壓力鑄造較低等缺點。  

(3)應用:金屬型鑄造主要用于成批、大量生產鋁合金、銅合金等非鐵合金的中、小型鑄件,如活塞、缸體、液壓泵殼體、軸瓦和軸套等。
  
重力鑄造與砂型鑄造的比較

 

重力鑄造

翻砂鑄造

占地面積(產量相等的情況下

大約100平方米

大約500平方米

損耗(不包括澆注口再次回爐的損耗)

             2%~3%

6%~8%

澆注口比例(成品鑄件與澆注口的比例)

4:1至5:1,即澆注口小

2:1至1:1,即澆注口大

產品質量

鑄件壁厚均勻,組織密度高,內外表面光滑,外型尺寸一致,精加工速度快。

鑄件容易夾渣、砂眼、疏松,內外表面粗糙,外型尺寸不一致,精加工速度慢,不精確。                                                         

成品率

92%~98%,合格率高(指有擺放砂芯),沒有砂芯的成品率更高

廢品率高

勞動效率

(產量相等的情況下)

只需7人(90KW工頻連續爐一臺,砂芯機二臺,重力鑄造機二臺,拌砂機一臺,員工:砂芯機2人,重力鑄造3人,整理磨邊2人),每班(8小時)可澆鑄900-1200模

14人以上

污染狀況

重力鑄造所需的澆注溫度低,污染小,噪音小

煤爐、油爐在熔煉過程產生煙氣,污染大,噪音大

操作情況

 

操作簡便,短時間(2個小時)可學會操作,工作輕松不用很深技術,人體力消耗小。

技術要求熟練才能操作,人體力消耗大,勞動強度高。

成本核算

操作人員少,耗損低,廢品率低,產量提升,效益高,質量穩定

操作人員多耗損高,廢品率高,產量低,品質不穩定,成本高。

 

以上對比數據,僅供參考。


二.鋁合金金屬型重力鑄造工藝技術 

  (1)鋁合金金屬型重力鑄造工藝設計: 金屬型重力鑄造工藝設計關鍵是鑄件澆注位置的確定、澆冒系統的設計和模具工作溫度的控制和調節。  
   l)鑄件澆注位置。它直接關系到金屬型型芯和分型面的數量、金屬液導入位置、排氣的通暢程度以及金屬型結構的復雜程度等,從而決定金屬型加工和操作的難易程度以及鑄件冷卻溫度分布,進而影響鑄件的生產效率,尺寸精度等內、外質量。因此,鑄件澆注位置是鑄造工藝設計首先考慮的重要環節。  
   2)澆冒系統。鑄件澆冒系統設計決定鑄件內、外質量。澆冒系統應具有撇渣、排氣和補縮功能,同時應保證鑄件合理的凝固、冷卻溫度場。正確、合理的澆冒系統除憑經驗估算外,附算機數值模擬可直觀地預測鑄件凝固過程溫度場,顯示鑄件可能產生縮松(孔)的危險部位,從而指導工藝設計,并通過調整澆冒系統結構和尺寸、金屬型結構、控制冷卻速度或調整涂料層厚度等手段調節溫度場、消除鑄造缺陷,如采用底注式澆注的汽車發動機鋁缸蓋的毛坯,盡管采取在上部設置幾乎超過鑄件重量的大冒口和底部強制通水冷卻的工藝措施也難以調整合理的順序凝固的溫度場,難以消除底部內澆口周圍過熱而造成的縮松缺陷。某廠引進法國Sifa公司鋁合金金屬型鑄造機正是采用這種澆冒系統,生產工藝不穩定。百分之百的缸蓋需浸滲,對于縮松嚴重的缸蓋即使浸滲也滿足不了耐壓要求;而從冒口直接注入鋁液,鋁液經過陶瓷過濾器凈化后進人型腔,保證了鑄件合理的冷卻梯度,即自下而上的順序凝固方式,消除了縮松缺陷,缸蓋成品率顯著提高。英國Foseco公司曾對兩種澆注方法做過詳細的研究和對比試驗工件,并稱后者為DYPUR法。該法使型簡化、緊湊,節省鋁液,鑄件成品率高。采用該法即使由于鋁液有較高落差造成的少量夾雜缺陷,對鑄件的力學性能和氣密性影響也不大。當然,澆冒系統的開設位置、結構和尺寸大小除考慮鑄件凝固溫度場外,還需兼顧型復雜程度,金屬液充型是否平穩,是否具有撇渣和排氣等功能。
  3)金屬型工作溫度。同樣,金屬型工作溫度和各部分的溫差對鑄件的冷卻溫度場有著重要的作用。對金屬型局部過熱區域強制水冷和風冷是為了保證該區域保持正常的工作溫度,提高生產效率,同時消除過熱,保證正常的冷卻溫度場。金屬型工作溫度控制比較先進和有效手段是控制冷卻水出口溫度,出口溫度靠冷卻循環水循環速度調節。如意大利Fata公司和法國Sifa公司設計制造的金屬型都有先進的水、風冷卻裝置。此外,對于局部厚大熱節部位還可鑲嵌熱導率高或蓄熱量大的金屬嵌塊或調節涂料層厚度和涂料種類以保證鑄件形成合理的冷卻溫度梯度,消除局部縮松(孔)缺陷。  
 (2)鋁合金金屬型設計及材料 

  1)金屬型設計及制造。好的金屬型設計和制造技術是滿足工藝設計、適應大批量、高質量鑄件生產的關鍵。金屬型設計主要包括金屬型結構、排氣系統、鎖緊機構,冷卻系統、連接機構以及鑄件頂出機構。合理的鑄造工藝和金屬型設計只有通過先進的金屬型加工制造技術來體現。 

  2)金屬型材料。適宜制造金屬型的材料應具有足夠的高溫強度、一定的熱穩定性和熱疲勞強度以及足夠的強韌性。國內一般用鑄鐵、鑄鋼和銅合金作為鋁合金金屬型模具材料,平均壽命10000~50000次左右;發達國家普遍采用美國鋼鐵學會(AISI)分類的H-13,相當于國內4CrMoVSi鋼。這種鋼具有較高的熱強度和硬度,還具有較高的耐磨性和韌性,用它作模具,其鑄件尺寸穩定、模具壽命長,一般大于100000次。當然,模具的壽命除與材質有關外,還與模具結構、鑄造合金的材料、操作和管理等因素有關。 

 

三.鋁合金金屬型鑄造設備及自動化  
  (1)金屬型重力鑄造設備  鋁合金金屬型重力鑄造機結構形式多樣,按結構形式,可分為固定式和可傾轉式兩種方式。傾轉式金屬型重力鑄造機采用傾轉速度可調的翻轉機構,使澆注過程在變速轉動中完成,極有利于金屬液在模具中的充型和排氣,可以大大提高鑄件質量,降低鑄件的廢品率;按用途可分為專用金屬型鑄造機和通用金屬型鑄造機;按動力可分為手動、氣動、電動和液壓金屬型鑄造機。國內一些有實力的鑄造設備制造廠可按產品和用戶的要求設計制造專用金屬型重力鑄造機,如鋁缸蓋、鋁缸體、鋁活塞、鋁進氣歧管等金屬型鑄造機,并且在國內知名汽車零部件制造廠投入長期使用。 
  (2)金屬型鑄造自動化生產線 金屬型鑄造自動化生產線包括:金屬液熔化及傳送設備、澆注機、金屬型鑄造機、下芯和取件機械手、金屬型涂料涂敷機、鑄件傳輸及澆冒口切除機、熱處理設備和爐前快速檢測儀器等。自動化生產線適用于專業化生產,可高效清潔地生產大批量優質鑄件。

 

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