《挤压铸造》PPT课件.ppt
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1、第第六六章章挤压铸造原理:把液态金属直接浇入金属模内,然后在一定时间内以一定的压力作用于焙融或半熔融的金属液体使之成形,并在此压力下成型、凝固,从而获得毛坯或零件的一种成形方法。又称液态模锻,是介于铸又称液态模锻,是介于铸造、锻压之间造、锻压之间的一种少无的一种少无切削工艺技术。切削工艺技术。工艺流程:1.铸型准备2.浇注3.合型加压4.开型取件挤压铸造技术的发展概况:挤压铸造技术在上世纪挤压铸造技术在上世纪3030年代即问世,年代即问世,4040至至5050年代在前苏年代在前苏联得到推广应用,联得到推广应用,6060年代末期有色金属挤压铸造在日本得年代末期有色金属挤压铸造在日本得到了应用和发
2、展。到了应用和发展。我国挤压铸造技术的发展大体上可分为四个阶段。我国挤压铸造技术的发展大体上可分为四个阶段。第一阶段第一阶段 5060年代中末期为工艺探索阶段。年代中末期为工艺探索阶段。50年代到年代到60年代初年代初如武昌造船厂与华中科技大学协作的铜合金挤压铸造;杭州如武昌造船厂与华中科技大学协作的铜合金挤压铸造;杭州前氧机厂,沈阳冶金机械专科学校等开展这方面的试验研究前氧机厂,沈阳冶金机械专科学校等开展这方面的试验研究工作;大连造船厂的高压阀体铸锻联合工艺等,都是我国首工作;大连造船厂的高压阀体铸锻联合工艺等,都是我国首批研究与试验生产的单位。批研究与试验生产的单位。第二阶段第二阶段 60
3、年代后期至年代后期至80年代中期为生产应用阶段。年代中期为生产应用阶段。此项技术逐渐此项技术逐渐发展并陆续用于生产实际。如广东仪表厂,西安仪表厂,维纺发展并陆续用于生产实际。如广东仪表厂,西安仪表厂,维纺铸锅厂等都是我国第一批用于生产的单位。铸锅厂等都是我国第一批用于生产的单位。70年代,一些高等院校和科研院所如上海交通大学,五二年代,一些高等院校和科研院所如上海交通大学,五二研究所、哈尔滨工业大学、武汉理工大学等单位相继开展了挤研究所、哈尔滨工业大学、武汉理工大学等单位相继开展了挤压铸造典型制件的生产工艺,模具结构、挤压铸造材料等研究压铸造典型制件的生产工艺,模具结构、挤压铸造材料等研究为挤
4、压铸造的发展奠定了良好基础。为挤压铸造的发展奠定了良好基础。进入进入80年代,我国挤压铸造技术得到了较快速发展,特别是年代,我国挤压铸造技术得到了较快速发展,特别是间接挤压铸造的研究与成功应用,使得过去无法用挤压铸造生间接挤压铸造的研究与成功应用,使得过去无法用挤压铸造生产的零件,成为可能,扩大了挤压铸造的应用范围,适合生产产的零件,成为可能,扩大了挤压铸造的应用范围,适合生产那些形状较复杂、壁厚较大,用普通铸造性能达不到要求、而那些形状较复杂、壁厚较大,用普通铸造性能达不到要求、而用锻造因形状复杂无法生产的零件。用锻造因形状复杂无法生产的零件。80年代中期至年代中期至90年代中期为快速发展阶
5、段。年代中期为快速发展阶段。以挤压铸造摩托车以挤压铸造摩托车铝轮毂、汽车空压机铝连杆和汽车制动泵缸体为代表的一大批铝轮毂、汽车空压机铝连杆和汽车制动泵缸体为代表的一大批挤压铸造件开发研制成功并投入生产。于此同时,挤压铸造件开发研制成功并投入生产。于此同时,挤压铸造挤压铸造,钢质液态金属模锻钢质液态金属模锻,液态金属模锻模具设计液态金属模锻模具设计等专等专著的问世近一步推动和促进了挤压铸造技术的全面发展。著的问世近一步推动和促进了挤压铸造技术的全面发展。90年代后期挤压铸造处于健康、稳步发展阶段。年代后期挤压铸造处于健康、稳步发展阶段。不注重技术上的创新和市场的变化,忽视产品质量,更没有根据不注
6、重技术上的创新和市场的变化,忽视产品质量,更没有根据制件的具体结构来选择适合的工艺,致使一些企业投产后又转产。制件的具体结构来选择适合的工艺,致使一些企业投产后又转产。重视技术上的创新,较好掌握该技术特点的单位或企业都得到了重视技术上的创新,较好掌握该技术特点的单位或企业都得到了快速发展,取得了很好的经济效益和社会效益。快速发展,取得了很好的经济效益和社会效益。第三阶段第三阶段第四阶段第四阶段挤压铸造特点及应用范围:由于挤压铸造是使液态金属在高的机械压力下进行结晶,由于挤压铸造是使液态金属在高的机械压力下进行结晶,因而此工艺具有如下的因而此工艺具有如下的特点:特点:(1)挤压铸造可以消除铸件内
7、部的气孔、缩孔和缩松等缺)挤压铸造可以消除铸件内部的气孔、缩孔和缩松等缺陷,产生局部的塑性变形,使铸件组织致密。陷,产生局部的塑性变形,使铸件组织致密。加之,在压力下加之,在压力下结晶,还有明显的细化晶粒、加快凝固速度和使组织均匀化的结晶,还有明显的细化晶粒、加快凝固速度和使组织均匀化的作用。因而,挤压铸件的力学性能一般要高于其它普通铸件,作用。因而,挤压铸件的力学性能一般要高于其它普通铸件,而接近甚至达到同种合金的锻件水平,同时它没有锻件中通常而接近甚至达到同种合金的锻件水平,同时它没有锻件中通常存在的各向异性问题。存在的各向异性问题。所以,挤压铸造是目前用以提供高质量、高力学性能铸件所以,
8、挤压铸造是目前用以提供高质量、高力学性能铸件的一种重要工艺方法。的一种重要工艺方法。(2 2)挤压铸件表面粗糙度低和尺寸精度高,其级别能达到)挤压铸件表面粗糙度低和尺寸精度高,其级别能达到压铸件的水平。压铸件的水平。液态金属在压力下成形和凝固,使铸件与型液态金属在压力下成形和凝固,使铸件与型腔壁贴合紧密。腔壁贴合紧密。(3)挤压铸件在凝固过程中,各部分处于压应力状态,有)挤压铸件在凝固过程中,各部分处于压应力状态,有利于铸件的补缩和防止铸造裂纹的产生。利于铸件的补缩和防止铸造裂纹的产生。因而,挤压铸造工因而,挤压铸造工艺的适用性较强,使用的合金不受铸造性能好坏的限制。它艺的适用性较强,使用的合
9、金不受铸造性能好坏的限制。它不仅适用于铸造性能好的铸造合金,而且也适用于铸造性能不仅适用于铸造性能好的铸造合金,而且也适用于铸造性能较差的变形合金。既可用于铝、铜、镁、锌等有色合金,又较差的变形合金。既可用于铝、铜、镁、锌等有色合金,又可用于铁、钢等黑色金属,以及复合材料等。可用于铁、钢等黑色金属,以及复合材料等。(4 4)便于实现机械化、自动化,可大大减轻工人的劳动强度,)便于实现机械化、自动化,可大大减轻工人的劳动强度,改善铸造车间劳动条件。改善铸造车间劳动条件。加之,挤压铸造通常没有浇冒口,加之,挤压铸造通常没有浇冒口,毛坯精化,铸件尺寸精度高,因而金属材料的利用率高,可毛坯精化,铸件尺
10、寸精度高,因而金属材料的利用率高,可以减少切削加工量。所有这些,均有利于降低成本,提高生以减少切削加工量。所有这些,均有利于降低成本,提高生产效率。与重力铸造相比,它可以提高铸件质量,减少废品产效率。与重力铸造相比,它可以提高铸件质量,减少废品率。率。(5 5)挤压铸造是通过压力传递进行补缩的,工艺的应用会受)挤压铸造是通过压力传递进行补缩的,工艺的应用会受到某些限制。到某些限制。对于薄壁零件和一些形状复杂的零件,因为铸对于薄壁零件和一些形状复杂的零件,因为铸件冷凝速度快,有时来不及加压就凝固了,另外,直接式挤件冷凝速度快,有时来不及加压就凝固了,另外,直接式挤压铸造通常无浇冒口系统,浇注的金
11、属全部成形为铸件。因压铸造通常无浇冒口系统,浇注的金属全部成形为铸件。因此,铸件的高度是由浇入金属的量决定的。即其高度方向的此,铸件的高度是由浇入金属的量决定的。即其高度方向的尺寸精度取决于定量浇注的精确程度。尺寸精度取决于定量浇注的精确程度。适用范围:1、在材料种类方面适用性较广,可用于生产各、在材料种类方面适用性较广,可用于生产各种类型的合金,如种类型的合金,如铝合金、锌合金、铜合金、灰铝合金、锌合金、铜合金、灰铸铁、球墨铸铁、碳钢、不锈钢铸铁、球墨铸铁、碳钢、不锈钢等。等。2、对于一些复杂且性能上有一定要求的零件,、对于一些复杂且性能上有一定要求的零件,采用挤压铸造合适。因为挤压铸造既能
12、容易成形,采用挤压铸造合适。因为挤压铸造既能容易成形,又能保证产品性能的要求。又能保证产品性能的要求。3、在工件壁厚方面,一般来讲不能太薄,否则、在工件壁厚方面,一般来讲不能太薄,否则将给成形带来困难。将给成形带来困难。挤挤压压铸铸造造件件生生产产的的摩摩托托车车零零件件 挤挤压压铸铸造造生生产产的的汽汽车车零零件件 挤挤压压铸铸造造件件在在高高铁铁领领域域的的实实际际应应用用挤压铸造工艺的分类挤压铸造工艺的分类按成形时按成形时液体金属充填的特性和受力液体金属充填的特性和受力情况:情况:柱塞挤压铸造柱塞挤压铸造直接冲头挤压铸造直接冲头挤压铸造间接冲头挤压铸造间接冲头挤压铸造型板挤压铸造型板挤压
13、铸造液体金属不产生充型运动,适合液体金属不产生充型运动,适合于形状简单的厚壁铸件和铸锭。于形状简单的厚壁铸件和铸锭。液体金属进行充型运动,适合于液体金属进行充型运动,适合于形状不太复杂的厚壁铸件。形状不太复杂的厚壁铸件。液体金属进行充型运动,适合于产量液体金属进行充型运动,适合于产量较大、形状较复杂的中、小型铸件。较大、形状较复杂的中、小型铸件。液体金属进行充型运动,适液体金属进行充型运动,适合于大型整体薄壁铸件。合于大型整体薄壁铸件。柱塞加压凝固法柱塞加压凝固法1-金属型 2-柱塞 3-液态金属 4-底板冲头直接挤压法冲头直接挤压法1-金属型 2-冲头 3-液态金属冲头间接挤压法冲头间接挤压
14、法1-上型 2-下型 3-冲头 4-液态金属 5-型腔按挤压铸型的按挤压铸型的合型方向的不同合型方向的不同,挤压铸造可分为,挤压铸造可分为垂直合型垂直合型和和旋转合型旋转合型两大类。两大类。铸型垂直合型挤压铸造优缺点:优缺点:铸件内部气孔、缩松等缺陷少,组织致密,晶粒细小,组织均匀。对不少铸件而言,其强度常可比轧材大,接近锻件,但塑性稍差。铸件尺寸精度高,可达CT5,表面粗糙度较细(Ra6.3m)铸件在压力下凝固,利于防止铸件裂纹。可挤压铸造多种金属,如铝合金、铜合金、铸铁、铸钢等。无浇冒口金属液损失,工艺收得率可超过90%。机械化程度高,故生产率高,劳动条件好。与普通铸造相比,需用液压机,且
15、不宜铸造形状很复杂的铸件。铸型旋转合型挤压铸造主要用于生产大型薄壁件主要用于生产大型薄壁件:机翼、飞机的座舱底板,机翼、飞机的座舱底板,导弹弹翼等。导弹弹翼等。1-1-活动板;活动板;2-2-动型;动型;3-3-浇包;浇包;4-4-定型;定型;5-5-金属液;金属液;6-6-多余金属液多余金属液旋转合型挤压铸造成型特点:旋转合型挤压铸造成型特点:充型过程平稳,不易卷气。适用于生产大型薄壁件,断面由大变小,充型阻力较小。利于排气,排渣,避免夹渣、气孔的缺陷。利于补缩,获得致密铸件。旋转合型挤压铸造机旋转合型挤压铸造机挤压铸造工艺设计特点:挤压铸造工艺设计特点:(1)设计铸型时应注意的问题)设计铸
16、型时应注意的问题挤压铸造主要采用金属型金属型(个别使用泥型,如铸造铁锅)。常用耐热模具钢制造,如3Cr2W8V,4W2CrSiV,等。凹型的形式可有多种。整体凹型整体凹型 垂直分型凹型垂直分型凹型 水平分型凹型水平分型凹型 复合分型凹型复合分型凹型 带芯棒凹型带芯棒凹型铸件收缩率:铸件收缩率:由于铸件凝固在封闭的金属型中受高压作用进行,故铸件收缩较小,比常规数值小一半。加工余量:加工余量:垂直合型挤压铸造时铸件加工面上的加工余量可取较小,有色合金铸造时可选取0.52mm,铸钢取35mm。型腔表面粗糙度常取Ra6.30.8m,铸造圆角半径210mm,铸造斜度为13度。(2)冲头加压的工艺参数)冲
17、头加压的工艺参数1)压力是保证铸件质量的重要参数。一般铸件壁越薄,所需施加的压力越大;铸钢时比有色合金铸造时需要的压力大,铸造半固态合金时比铸造液态合金时所需的压力大。有色金属垂直合型挤压铸造所采用的压力一般应大于50MPa;铸钢件成形时压力应大于250MPa。2)浇注后开始加压时间的间隔不应超过)浇注后开始加压时间的间隔不应超过15s。3)挤压时冲头的下压移动速度)挤压时冲头的下压移动速度冲头下压移动速度太低,易出现金属液未充满型腔时金属已不能流动;速度太高,金属液充型时流速太快,金属液中产生涡流,卷入气体。一般,铸件壁厚较大时,冲头的下压移动速度控制在0.1m/s。铸件壁厚较小时,冲头的下
18、压移动速度可取0.20.4m/s。4)保压时间)保压时间挤压充型后压力的保持时间应坚持到铸件全部凝固为止。一般按铸件的最大壁厚推算保压时间。铸件壁厚小于50mm时,铝合金、铸铁、铸钢件的保压时间可按每mm铸件壁厚需时0.5s推算;铜合金件按每1.5s/mm推算;铸件最大壁厚50100mm时,铸铁、铸钢件的保压时间仍按每mm铸件壁厚需时0.5s推算;铜合金件仍按每1.5s/mm推算;铝合金件按11.5s/mm推算。(3)铸型工作温度)铸型工作温度浇注前,铸型应先有预热温度,以避免金属进入铸型后,在挤压充型之前,铸型中的金属会由于散热太快,已在型壁上形成较厚的硬壳,而后在挤压过程中被皱折、破碎和卷
19、入铸件之中,降低铸件的质量。铸造铝合金件铸型预热温度:200左右。铸造铜合金件铸型预热温度:250 左右。铸造铸钢件铸型预热温度:400 。(4)金属浇注温度)金属浇注温度为利于提高铸件内部质量和铸型工作寿命,铸型垂直合型挤压铸造时的金属浇注温度比砂型铸造和金属型铸造偏低。一般挤压铸造时金属浇注温度比该金属的液相线温度高50100度。(5)浇注的定量)浇注的定量常采用体积定量法对浇入凹型中的金属数量进行定量,也可用称重法进行浇注金属的定量。另外,可在设计铸型时,设置溢流器,以使多余金属在挤压铸造成型时进入该处,保证铸件尺寸不会因浇注金属太多而出现偏差。(6)铸型的润滑)铸型的润滑为铸件凝固后冲
20、头能很顺利地自铸件中抽出,铸件与凹型的脱离也应同样顺利,降低铸件与铸型间的摩擦力,在浇注时和进行挤压成形之前,需对铸型和冲头工作表面刷涂润滑剂。铝合金、镁合金和锌合金挤压铸造:水基胶体石墨、硅涂料(白涂料)、石墨和机油或猪油的混合物。铜合金:油基胶体石墨、石墨加机油或锭子油、植物油加肥皂水、植物油加石墨等。铸铁、铸钢:地蜡加石蜡加凡士林加石墨的混合物、石蜡加二硫化钼加水玻璃加酒精等。一些新型的挤压铸造工艺带带倾倾转转式式压压射射筒筒挤压铸造机挤压铸造机1-上型 2-下型 3-连杆 4-加压缸5-压射筒 6-定量勺 7-挤压冲头 8-制品金属液的浇入位置金属液的浇入位置发生了改变!发生了改变!采
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