低壓及重力鑄造工藝分析

　　鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程就是鑄造。

　　按照金屬液的澆注形式可將鑄造分為重力鑄造和壓力鑄造，本次分享著重在金屬型(樹脂砂芯盒)低壓鑄造及樹脂砂重力鑄造上。

　　01

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　　低壓鑄造和重力鑄造介紹

　　低壓鑄造

　　使用干燥、潔凈的壓縮空氣將保溫爐中的鋁液自下而上通過升液管和澆注系統(tǒng)平穩(wěn)地上壓到鑄造機(jī)模具型腔后保持一定壓力，直到鑄件凝固后釋放壓力。此工藝在壓力下充型和凝固,所以充填性好，鑄件縮松少，致密性高。

　　重力鑄造

　　重力鑄造是指金屬液在地球重力作用下注入鑄型的工藝，也稱澆注。

　　那么低壓鑄造和重力鑄造有什么異同點呢?

　　模具選擇：都分為金屬型和非金屬型(如砂型)。

　　金屬型模具的采購成本相對較高;而木型模具采購成本較低，但如果久置不用或者需要進(jìn)行大批量生產(chǎn)，會發(fā)生一定的維修成本。

　　生產(chǎn)效率：金屬型低壓鑄造易實現(xiàn)自動化節(jié)拍生產(chǎn)，效率高;樹脂砂制作的模具外形及內(nèi)部芯盒只能使用一次，生產(chǎn)效率較低。

　　材料利用率：低壓鑄造適宜生產(chǎn)薄壁鑄件，冒口占用材料極少;重力鑄造不適宜生產(chǎn)薄壁鑄件，需要設(shè)置冒口。(冒口是指為避免鑄件出現(xiàn)缺陷而附加在鑄件上方或側(cè)面的補(bǔ)充部分。澆口是零件的頭，冒口是零件的尾，用以觀察型腔是否填充飽和，兩者都需要去除。)

　　鑄件材料：重力鑄造為黑色金屬和有色金屬。低壓鑄造多用于有色金屬鑄造;合金材料比較貴，低壓鑄造可以減少冒口損失。

　　工人勞動環(huán)境：低壓鑄造多為機(jī)械化作業(yè)，工人勞動環(huán)境好;而重力鑄造時工人的勞動環(huán)境較差，尤其是進(jìn)行澆注作業(yè)的時候。

　　鑄造整體可以分為造型、熔煉、鑄造成型和熱處理這四個大工序。下面讓我們來分別看看這些工序。

　　02

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　　造型工藝

　　定義

　　造型就是利用木型、芯盒、砂箱及樹脂砂等原材料制作用于澆注的模具外模及芯盒。

　　模具構(gòu)成

　　非結(jié)構(gòu)件的筒體類鑄造模具一般是由外模具+芯盒構(gòu)成;如果是結(jié)構(gòu)件的零件，可以不需要芯盒。如果采用消失模鑄造則無需外模和芯盒，只需要將消失模放于砂箱中，然后加砂同時進(jìn)行振動，將砂震實即可。

　　鑄造模具外模種類

　　金屬型：多用于重力傾轉(zhuǎn)鑄造、低壓鑄造。

　　非金屬型：多為砂型模具，使用樹脂砂(主要為冷凝樹脂砂，呋喃樹脂為主，也有用酚醛樹脂)來制造模具。

　　鑄造模具芯盒種類

　　金屬芯盒：通常在空腔殼體結(jié)構(gòu)鑄件中需要芯盒，像常見的自動化的低壓輪轂生產(chǎn)一般不要需要芯盒。

　　非金屬芯盒：多為砂芯，即在鑄造生產(chǎn)中用于制造型芯的材料，一般由鑄造砂、型砂粘結(jié)劑和輔加物等造型材料按一定的比例混合而成。常使用的材料有樹脂砂、覆膜砂(使用射芯機(jī)成型)等。

　　主要設(shè)備

　　造型工藝所使用的主要設(shè)備有混砂機(jī)、震動落砂機(jī)和再生砂處理設(shè)備。

　　混砂機(jī)：鑄造砂處理型砂混制的主要設(shè)備，利用碾輪與碾盤的相對運(yùn)動，將置于兩者間的物料受到碾壓兼磨削的作用而粉碎物料，混砂機(jī)在粉碎物料的同時還將物料混合。

　　落砂：在鑄型澆注并冷卻到一定溫度后，將鑄型破碎，使鑄型與砂箱分離，鑄件與型砂分離。

　　再生砂：在鑄造生產(chǎn)中經(jīng)過處理基本上恢復(fù)了使用性能可以回用的舊砂。(砂型鑄造中，模具材料在使用后可以打碎之后通過再生砂處理設(shè)備變成再生砂，在制造新的砂型模具時可以混入再生砂。)

　　常用材料

　　樹脂砂外型：硅砂、自硬呋喃樹脂、固化劑、保溫冒口、冷鐵、凃型涂料(主要用于，降低表面粗糙度、填充沙粒間隙，防止粘砂，獲得鑄件表面光潔、調(diào)節(jié)溫度場，控制凝固順序，獲得理想內(nèi)部組織)、金屬型涂料(主要用于排氣、調(diào)節(jié)散熱條件、有利于脫模、改善鑄件外觀)、酒精、樹脂砂(對型體缺陷進(jìn)行修補(bǔ))、液化氣+液化氣噴槍(對已固化砂型進(jìn)行烘烤干燥)。

　　樹脂砂型芯：硅砂、自硬呋喃樹脂、固化劑、凃型涂料、酒精、液化氣+液化氣噴槍

　　材料配比及用量：不同季節(jié)，不同產(chǎn)品特征，不同產(chǎn)品材質(zhì)也會有一定區(qū)別。涂料噴涂完成后點火是為了烘干，防止水分進(jìn)入。

　　工藝流程

　　混砂&木型和砂箱結(jié)合 → 制型+制芯 → 砂型固化 → 脫型 → 修型 → 烘干 → 涂型、涂芯 → 烘干。

　　03

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　　熔煉工藝

　　定義

　　將原材料鋁合金錠、回爐料(冒口、澆道、報廢鑄件)快速熔煉為液態(tài)，然后去除合金溶液中氧化物雜質(zhì)及氣體。如有需要，也可進(jìn)行合金調(diào)配。

　　主要設(shè)備

　　熔煉工藝所使用的主要設(shè)備有元素光譜分析儀、熔化爐、除氣精煉機(jī)、測氫儀和鋁液轉(zhuǎn)運(yùn)包/保溫爐。

　　主要材料

　　熔煉的主要材料有鋁合金錠、回爐料(冒口、澆道、報廢品)、中間合金(熔煉時用來調(diào)整成分，如鋁硅合金、鋁鎂、鋁鈦、鋁鍶合金)、除氣片、清渣劑、惰性氣體(氬氣)。

　　如果鋁液金屬成分不達(dá)標(biāo)還需加入少量其他金屬錠或者是調(diào)配合金。

　　工藝流程

　　成分檢測 → 融化 → 加入除氣片、除渣劑 → 刮渣 → 保溫爐 → 除渣 → 測溫(熔煉溫度與澆注溫度不一樣，因此需要測溫) → 除氣精煉 → 成分檢測 → 靜置 → 測氫 → 樣塊澆注(若有質(zhì)量追蹤要求)&出爐。

　　04

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　　濟(jì)南鑄造加工工藝

　　樹脂砂型重力鑄造

　　主要材料

　　包括封箱膏、過濾網(wǎng)、液化氣、保溫劑(冒口覆蓋劑)。

　　主要設(shè)備

　　重力鑄造工藝所使用的主要設(shè)備是震動落砂機(jī)和等離子切割機(jī)。

　　工藝流程

　　預(yù)熱外模(上型+下型)、芯盒 → 合箱下型+芯盒 →涂封箱膏，將上型一起合箱 → 緊固上下砂箱 → 澆注 → 落砂 → 切割、清鏟冒口。

　　金屬型(樹脂砂芯盒)重力鑄造

　　主要材料

　　包括凃型涂料、過濾網(wǎng)、封箱膏、液化氣。

　　主要設(shè)備

　　低壓鑄造工藝所使用的主要設(shè)備是低壓鑄造機(jī)、震動落砂機(jī)和等離子切割機(jī)。

　　工藝流程

　　預(yù)熱外模 → 外模被搶噴涂、預(yù)熱樹脂砂芯盒 → 合模涂封箱膏 → 將除氣精煉、測氫之后的合金液導(dǎo)入模具 → 低壓鑄造 → 開模取出產(chǎn)品 → 落砂 → 切割、清鏟內(nèi)澆道。

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　　熱處理工藝

　　定義

　　熱處理是為了提高合金的力學(xué)性能，增強(qiáng)耐腐蝕性能，改善加工性能，獲得尺寸的穩(wěn)定性。

　　熔煉工藝澆注的樣塊需要隨產(chǎn)品一并進(jìn)行熱處理，待熱處理完成后進(jìn)行實驗分析。熱處理完成，且毛坯檢查合格之后，進(jìn)行拋丸、機(jī)加工、涂裝達(dá)到出貨狀態(tài)。

　　主要工藝內(nèi)容

　　熱處理的主要工藝內(nèi)容是固溶、淬火和時效。

　　固溶：固溶處理，是指固溶體凝固時，平衡轉(zhuǎn)變受到抑制，得到亞穩(wěn)態(tài)的過飽和固溶體單相組織的過程。固溶處理的主要目的是改善鋼或合金的塑性和韌性，為沉淀硬化處理作好準(zhǔn)備等。

　　淬火：指將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段時間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。

　　時效：指合金工件經(jīng)固溶處理，冷塑性變形或鑄造，鍛造后，在較高的溫度放置或室溫保持其性能，形狀，尺寸隨時間而變化的熱處理工藝。時效處理的目的，消除工件的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善機(jī)械性能等。

　　若采用將工件加熱到較高溫度，并較短時間進(jìn)行時效處理的時效處理工藝，稱為人工時效處理。

　　若將工件放置在室溫或自然條件下長時間存放而發(fā)生的時效現(xiàn)象，稱為自然時效處理。