低压铸造工艺设计毕业论文 - 图文 

第2章 低压铸造工艺设计

低压铸造所用的铸型,有金属型和非金属型两类。金属型多用于大批、大量生产的有色金属铸件,非金属铸型多用于单件小批量生产,如砂型,石墨型,陶瓷型和熔模型壳等都可用于低压铸造,而生产中采用较多的还是砂型。但低压铸造用砂型的造型材料的透气性和强度应比重力浇注时高,型腔中的气体,全靠排气道和砂粒孔隙排出。为充分利用低压铸造时液体金属在压力作用下自下而上地补缩铸件,在进行工艺设计时,应考虑使铸件远离浇口的部位先凝固,让浇口最后凝固,使铸件在凝固过程中通过浇口得到补缩,实现顺序凝固。常采用下述措施:

1) 浇口设在铸件的厚壁部位,而使薄壁部位远离浇口; 2) 用加工裕量调整铸件壁厚,以调节铸件的方向性凝固; 3) 改变铸件的冷却条件。

对于壁厚差大的铸件,用上述一般措施又难于得到顾序凝固的条件时,可采用一些特殊的办法,如在铸件厚壁处进行局部冷却,以实现顺序凝固。

2.1低压铸造铸型工艺参数的选择

带轮零件的三维实体见图2-1,根据该零件的结构特点,对该带轮铸件进行铸造工艺分析[11]可知:该带轮铝合金件属于中小型铝合金件,其结构相对比较复杂,壁厚分布比较均匀。确定带轮铸造方法为砂型铸造,选用石英砂、碱性酚醛树脂(占砂重3%)、固化剂(多元醇的羟酸酯,占砂重1%)。

图2-1 零件的三维实体图

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2.1.1铸件凝固方式的选择

铸件凝固方式的选择是铸型工艺参数确定的先导,因为只有在铸件的凝固方式确定之后,诸如浇注系统、分型面、加工余量等等才能随之相应确定下来。铸件凝固方式的选择与许多因素有关,诸如:①铸件结构(形状、壁厚及其分布复杂程度);②铸型性质(导热系数、蓄热系数、壁厚);③铸造合金性质(结晶温度间隔、导热系数、收缩率);④铸造时的外界环境(铸造方法、压力、重力以及是否有强制冷却)等等。仅就铸件的结构而言,就是千变万化的,所以很难找出一个必然的唯一的原则和规律,况且有些铸件的正确成形方式也不是唯一的,因而凝固方式的选择在很大程度上取决于现场技术人员的专业水平,同时在一定程度上也依赖于铸造车间的设备物质条件。一般说来,有如下几条原则可供参考:

1) 对于大型薄壁而且壁的空间分布无明显规律的壳体类铸件而言,在砂型铸造时,一般多采用同时凝固的方式。其原因在于:①由于壁的空间分布不规律,因而很难依靠充型时液态金属的流程及时间差得到单向的温度梯度;②砂型的导热系数小,根据文献[11]的分析可知,液态金属流过之后,砂型表面的温度梯度很小(长春第一汽车厂曾对CA488气缸盖在砂型铸造时砂型表面的温度梯度进行过实测。结果表明,包括冒口部分在内,整个砂型的温度基本一样)。在金属型铸造时,虽然由于流程和时差能造成较大的温度梯度,但因为铸件壁的空间分布不规律,因而其温度场的方向很难是单一的。所以,此时可以采用同时凝固的方式,也可以采用顺序凝固的方式,但大多数采用的是二者的复合。

与此相反,对于壁厚大的铸件,采用砂型或金属型铸造时,一般采用顺序凝固的方式。因为这类铸件的收缩总量大,而且凝固时间长,有更多的被补缩的机会。对于壁的空间分布很有规律的大型薄壁壳体类铸件,可以采用顺序凝固的方式。其原因在于,铸件大,其液体金属的流程就长,时间差也大,因而造成的温度梯度大且方向单一。对于这种铸件,据文献[12]所述,最好的工艺方法是金属型覆砂造型,用覆砂层的厚度变化以及烘干时烟气的吸入方向来造成并强化温度梯度,以便順序凝固的实现。

2)在导热系数较大的金属型内浇注导热系数小的合金时,由于可以造成较

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大的温度梯度,所以厚壁件易于实现顺序凝固。反之,在导热系数小的砂型内浇注导热系数大的合金时,由于造成的温度梯度小,一般薄壁件趋向于同时凝固(参看文献[11])。

3)对于壁厚不均匀,且薄厚部分相互交错分布的复杂铸件,一般采用顺序凝固和同时凝固相结合的方式。这种凝固方式的实现比较复杂,难度较大,这需要工艺设计人员对铸件的凝固规律有清楚的认识,并能确定相应的强化措施。

4)对于结晶温度范围大的合金,多采用同时凝固方式;对于结晶温度范围小的合金,宜采用顺序凝固方式。

綜上所述,因为Zl101A汽车带轮的结构较为复杂,壁厚比较均匀,且采用砂型铸造,所以铸件凝固方式的选择是同时凝固。

2.1.2浇注系统的选择

其应遵循的原则:

1) 应充分发挥浇注系统的补缩作用,为此应保证F升液管>F横>F内。 2) 应尽量避免液态金属直接冲击型壁和型芯(尤其是导热系数大的部位),以防止局部过热。

3) 在生产较大的等壁厚铸件时,当金属型壁厚设计合理,并保证充填性的前提时,应将内浇道开设在铸件的短边的中部,以便造成高度上的单向温度梯度,从而有利于补缩的进行。此时,内浇道的开设应使充型的液态金属均匀地注入型腔,避免或减少横向液流,达到减小或消除水平方向的温度梯度。

4) 当有多个内浇道与横浇道相连时,为了使各内浇道流量分配均匀,应根据具体的情况(铸件的结构形式,内浇道横浇道升液管相对位置,浇注速度,液态合金的粘度等等)来确定各个内浇道的截面积。一般说来,远离升液管的盲端及紧靠升液管的内浇道面积较小。

5) 连接升液管与铸型的输液道的管壁应尽可能薄些,以减小液态金属在该处的热量损失,以有利于补缩的进行。

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图2-2 带轮铸件浇注系统实体图

所以根据以上原则,将Zl101A汽车带轮铸件的浇注系统设计成如图2-2的二种形式,在实验室进行实际浇注,以方便进行对比。

2.1.3浇注系统的选择

根据浇注位置的确定的原则及铸件的结构,以及在确定分型面时须注意的几点:

1) 分型面应该力求在一个平面上,尽量避免以阶梯或曲面分型。 2) 水平分型的铸件,要力求选在铸件的最高部位。

3) 尽量将铸件设置在同一半型中,或者将精度要求较高的部分设计在同一半型中,这样做,有利于减小合型错位所产生的铸件尺寸误差,以提高铸件的几何精度。

4) 确定分型面的同时,应考虑到浇注系统的开设位置以及铸型的制造是否方便。

选用的分型面如图2-3所示。根据零件尺寸轮廓大小,确定为两箱造型,不用造芯,一箱一件。

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图2-3 铸件浇注位置和分型面示意图

2.1.4机械加工余量的选择

在低压铸造中,铸件的机械加工余量一般可取0.5~4mm或更大一些。在考虑机械加工余量的取值大小时应注意以下一些因素:

1) 加工表面的粗糙度要求越小时,所留的机械加工余量应越大。 2) 尺寸精度要求越大时,对尺寸的加工余量应越大。

3) 加工面的面积越大时,机械加工余量应越大,否则铸件可能产生的变形和在机械加工中安装不准确会造成加工余量不足。

4) 加工表面距离机械加工基准面越远时,机械加工余量也应越大。否则铸件产生的变形和在机械加工中安装不准确也会造成加工余量的不足。

5) 如果有砂芯,那么由砂芯形成的铸件表面部分的机械加工余量应大于由金属型(芯)直接形成的铸件表面部分的机械加工余量。

6) 冒口或浇口和铸件连接的表面,其加工余量应该放大一些,因为当冒口或浇口截除不准确时可能因加工余量小而造成废品。

7) 下表面、侧表面、上表面的加工余量应依次适当加大。

综上所述,Zl101A汽车带轮在外圆表面和内孔内表面是加工面,所以应该在其加工面加2mm左右的机械加工余量。

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