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低压铸造法的指导手册.doc

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低压 铸造 指导 手册
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低压铸 造法的指导手册 1、低压铸造用合金 1)铝合金铸造合金(JIS H 5202 ) 参照后附表格 2)不纯物的影响、机械性质 ① 硅:硅可以使铝合金流动良好,并能减少缩孔改善耐压性。另外可以 改善焊接性,减小热膨胀系数,大量添加虽能提高耐磨性,但切 削性会变差。 ② 铜:铜可以改善铝合金的机械性质和切削性,但是耐腐蚀性和熔汤流 动性变差,引起热间断裂。 ③ 铁:少量的铁可以减少铝合金的缩孔、使结晶细微化,但是机械性 质 普遍降低。特别是合金中硅的含量超过 5%以上时会产生三元化合 物,组织变粗变脆。 ④ 锰:锰对铝合金的结晶细微化和防止缩孔都有效果,但其添加量要根 据合金中铁的含量来变化,否则会产生粗大的初晶、机械性能显 着下降。 ⑤ 镁:镁可以改善铝合金的机械性质和切削性,但是熔汤流动性和耐压 性变差,热间断裂也显着增加。对于含硅的合金而言,随着 Mg2Si 的析出硬化可以改善机械性质。 另外含镁8%以上的合金热处理后 可以改善机械性质。 ⑥ 镍:镍可以改善铝合金高温中的机械性质。但是添加量超过 5%以上时 铝合金容易产生缩孔。 ⑦ 钛:添加少量的钛可以使铝合金的结晶细微化、改善机械性质。 ⑧锌:锌和镁一起添加可以改善铝合金的机械性质,但是耐腐蚀性下降, 而且添加量过多的话容易产生缩孔。 ⑨铍: 铍会先氧化, 在熔汤表面生成稳定的保护皮膜, 因此可以防止 Al-Mg 系列合金熔解时的氧化,阻止 生成沉淀物,改善机械性质和熔汤流 动性。 2、地金配合 1)添加元素的母合金 ①铝-铜母合金:铝和铜的比率是 50∶50 或67∶33。 ②铝-硅母合金:JIS H 2211 的C3A 以及铝和硅的比率是 80∶20 或74∶ 26。 ③铝-锰母合金:铝和锰的比率是 90∶10。 ④铝-镍母合金:铝和镍的比率是 90∶10 或80∶20。 ⑤铝-镁或铝-镁-铍母合金:铝和铍的比率是 95∶5 或铝、镁和铍的比率 是90∶5∶5。 ⑥铝-钛母合金:铝和钛的比率是 98∶2。 2)配合计算: a = (WA ×Χ+WB ×Y)/(WA + WB ) a :目标成分(% ) WA :熔汤重量(kg ) Χ:熔汤重量的成分(%) WB :添加地金重量(kg ) Y :添加地金的成分(%) 3、熔解作业 1)熔解方法 熔解时最需要注意的是气体吸收和氧化。因此快速熔解时要避免过度的 温度上升(800℃以下) 。应该在熔解炉充分加热后放入材料,而且顺序 是先放回炉料和碎小材料,后放新材料。但注意镁合金要最后放。 由于镁合金容易氧化,因此需要直接送入熔汤中。如果使用的是集中熔 解炉,那么应该在除气处理前添加。 2)熔汤处理作业 ① 处理目的 用除气处理来防止气孔、氧化物等缺陷,为了提高 3 种或 4 种合金 的机械性质要在浇铸前进行处理。当单独或复合添加钛和硼时最好 进行结晶粒微细化处理。 ②熔汤成分(材料分析) 分光分析性能的提高使分析时间缩短,因此在炉前 可以进行分析确 认。 ③熔汤温度 730℃±20℃ ④熔汤保温 由于不能在快速熔解炉里进行处理,因此在保温炉中对高温引起的 含气量、氧化物的增加、结晶粒的粗大化、象镁一样容易氧化的合 金元素的消耗等进行处理后保温。 ⑤环境 熔解作业的环境比较恶劣,因此要注意烟尘、噪音、废气等。 3)熔汤管理 ① 温度管理 720℃±5℃ ②化学成分 管理 最近随着分析装置的发展,能够迅速并准确地进行成分分析的发光 分光分析装置得到了普及。分析装置本体、分析室、空调设备、试 料调整装置、试料采样用模具、试料切断机等都是必要的,有相关 的管理图等硬件、软件是最好的。 ③含气量管理 A、渐冷法 在充分干燥的隔热性良好的砖材中央挖一个 ?40?80 的 半圆柱状凹 孔,用熔汤充分预热干燥后注入熔汤,检查凝固表面。用勺子搅动 熔汤表面数次,等出现新表面后在凝固之前数清浮上来的气孔数量 来判断除气处理的好坏。 B、减压凝固法 将熔汤注入保温性能良好的容器中减压,凝固后使用除气处理的判 断装置。 (减压设定值:700mHg-670mHg) ④氧化物、非金属杂质的管理 A、用过滤器测定杂质 用金属网或玻璃纤维布判断一定面积中含有多少个杂质。 B、杂质观察 用肉眼或放大镜观察急冷凝固的平板试料的截面上有多少个杂质。 数清一定面积的截面上有多少 个杂质来评价熔汤的清洁度。 清洁度的判定 等级 k 值 清洁度的判定 铸造可否的判定 A 10 严重污染的熔汤 必须处理 4)熔汤运送 应该稳定地移动处理后的熔汤。 4、涂模作业 1)涂模的目的 ①延迟注汤时熔汤温度的下降,并作为使熔汤流动性良好的隔热材料使 用。 ②在模具表面上形成凹凸面,帮助排出模具表面残留的气体。 ③延迟模具的急冷凝固,使凝固速度接近均一状态。 ④防止熔汤对模具表面的腐蚀。 ⑤防止拔模时产生拉伤。 2)涂模的方法 ①抛丸处理 模具表面的脱模剂、氧化皮膜、铝合金等用玻璃珠、软抛丸、钢丝磨 光等进行处理。 ②预热温度 把模具表面温度均匀地预热到 220 ℃±10℃。 (最好用电炉) ③喷涂 从薄小的突起部处,正对表面尽量以 90 度直角并离表面20-30cm 喷涂 数次(划格子状) 。喷涂时模具表面温度是 190℃±10℃。 ④涂模的膜厚 100μ-200 μ 3)涂模的种类 目前涂模剂主要是以镁系列、石墨系列为基础的为中心。使用镁系列 的涂模剂的目的是重视隔热、产品表面和模具寿命等。使用石墨系列 则是防止吸热、熔汤流动不良、拉伤等。 4)模具的检修(组装、分解) 分解模具时仔细确认模具的腐蚀 状况、拉伤、拔模销的状态,然后再 进行作业,这是非常重要的。组装时要清除产品形状部以外的涂模剂, 注意排气道是否堵塞,还要再滑块等部位涂上防粘膏。 5)升液管的检修 使用铁升液管时要 1 个星期更换1 次并注意防止腐蚀。要完全清除掉取 出的升液管上的铝渣和产生的铝铁合金,然后反复涂模、干燥,让其有 1mm 左右的涂层。但要注意涂模后由于热膨胀的不同可能要脱落。 使用陶瓷升液管时虽然没有腐蚀的担心,但是对于冲击和横向的承重很 脆弱,因此在清除氧化物时要小心。 5、铸造作业 1)低压铸造法的原理 用 0.3-1.0cm 2 的低压气体对密闭在容器里的熔汤表面施压,熔汤通过浸 在熔汤里的升液管向装在升液管上方的铸模里注汤,熔汤在铸模里凝固 后,施加在熔汤表面的压力卸压,升液管里的熔汤返回容器后从铸模中 取出铸件。 最低的熔汤从离浇口远的地方开始充填,越靠近浇口熔汤温度越高,浇 口部分的温度最高。冒口部分温度高作为生产良好铸件的条件是指向性 凝固的关键之处。 2)低压铸造的铸造条件设定 ①熔汤温度 熔汤温度的基准是使用合金熔点温度+100 度,但壁厚的铸件稍低一 点,壁薄或形状复杂的铸件应稍高一些。 ②模具温度 大致范围是 300-400℃,浇口附近在 450℃以上。如果充填性好的话, 模具温度保持尽量低的温度能得到良好的铸件。但是铸造条件一定的 话,在模具设计阶段模具温度就大致决定下来了。 局部的温度调整可以通过加热器或冷却 (水冷、喷雾、空气)来进行 补充调整。 ③加压压力 熔汤表面到铸模产品部位最高处的压力+0.05kg/cm 2④加压时间 150-210sec 。有时根据模具的预热、熔汤温度和工作时的条件情况等 会长一点。 6、低压铸造的知识 1)模具的预热 用加热器或尽量低温的燃烧器对模具进行升温是非常重要的。与铸造条 件一样按照下模温度高、滑块温度、上模温度较低的顺序进行升温。 高温加热会 使模具寿命缩短、造成涂模的劣化,而且还会诱发因升温不 稳造成的铸造缺陷。 2)铸造条件的设定 ①熔汤温度(700℃) ②模具温度 上模温度:330-380℃ 滑块温度:350-400℃ 下模温度:380-430℃ 浇口温度:430-480℃ ③加压压力与加压时间 到浇口处: 0.15kg/cm 2 ±0.03kg/cm 23sec 到产品上部:0.05kg/cm 2 ±0.02kg/cm 210sec±3sec 冒口压力: 0.05kg/cm 2 ±0.02kg/cm 25sec±2sec 保持压力: 保持冒口压力 180sec±30sec 3)作业顺序 上一模的产品确认→装过滤器→吹气→循环开始(加压充填、冷却、 取产品) 4)铸造不良及对策 ①缩孔 由指向性凝固的破裂、不良元素(特别是 Fe)等引起,需要重新修 改方案、确认加压时间,关于不良元素要检查合金的成分,并防止 从设备中混入不良元素。 ②熔汤流动不良 引起熔汤流动不良的原因有熔汤温度、加压速度、模具温度、模具 不良、排气道堵塞、铸造方案不适合等。需要确认各种铸造条件并 修改。 ③拉伤、粘模 由拔模斜度不够、涂模层太薄、模具整备不良等引起。要从增加拔 模斜度、改善涂模耐久性、模具维护保养等方面进行改善。 ④过热 原因是熔汤温度、循环时间、涂模层太薄等,常常发生在浇口附近, 在设定时间内没有得到完好的凝固。需要进行强制冷却、修补涂模 层、修改铸造条件等。 7、低压铸造法的特点 1)低压铸造法的优势 ①铸造材料利用率很高 采用没有冒口、浇道的浇口,可以大幅度减少材料费和加工工时。 ②可以达到指向性凝固 容易达到作为 良好铸件铸造条件的指向性凝固,减少内部缺陷。 ③卷气、杂质少 加压速度可以调整,也很容易设置过滤器,熔汤稳定地进行层流充填。 ④可以使用砂芯。 ⑤容易实现自动化,可以多台、多工序进行。 ⑥作业者的熟练程度变得不太重要。 ⑦容易生产大型铸件。 ⑧材料的使用范围广。 2)低压铸造法的不足 ①浇口方案受到制约,有时需要改变产品形状。 ②铸造周期长,生产性差。 ③浇口附近的凝固组织粗大, 机械性能不高。 ④必须进行整体的严密的管理(温度、压力) 。 8、轮毂的模具设计 为了设计良好的铸造方案,要促使指向性凝固,考虑浇口形状,为了完全 排出模具内的气体要仔细探讨排气构造。 1)浇口方案 浇口面积的大小是作为不引起熔汤乱流的截面积, a = G ×1000/t×u×r×(2×g×H) 1/2a = 浇口的最小面积 G = 含浇口的铸件重量(kg) t = 到浇口之前的浇铸时间(sec) u = 阻力系数 0.3-0.4 r = 熔汤的比重(2.3-2.4) g = 重力加速度 980cm/sec 2H = 从熔汤面到铸件上部的高度 cm 2)模具的分型方法与排气 ①分型面要尽可能直线分型。 ② 排气的方向尽量设在垂直方向。 ③ 向铸造模具内注汤时,为了不产生背压可以对模具的分型再进行分型。 ④ 在分型时要注意产生飞边的方向会使加工工时增加。 3)加工基准面的设定 分割加工基准面会产生加工的偏差,因此比较理想的是在下模分割 。 4)作业性(分解、安装) 为了更好地进行涂模作业,要在模具的构造上考虑方便分型的装卸。 5)冷却方法 冷却方法有空气、喷雾、水等,最近有的厂家用水对下模进行冷却。 9、热处理 1)热处理时间 约 8 小时(固溶处理)*约6 小时(时效硬化处理) ——AC4CH-T6 约 8 小时(固溶处理)*约7 小时(时效硬化处理) ——AC4CH-T61 2)热处理温度 约 535℃(固溶处理温度) *约155℃(时效硬化处理) ——AC4CH-T6 约 535℃(固溶处理温度) *约170℃(时效硬化处理) ——AC4CH-T61 3)热处理方法 水淬 4)防止因热处理引起的歪斜 水在产品表面温度达到 100℃以前一直是沸腾的,因此产品上会产生冷 却不均,容易出现歪斜。作为歪斜防止剂要使用急冷剂。 10 、表面处理 1)抛丸处理 2)加工作业 11 、试验方法 1)冲击试验 ①13 度法 ②30 度法 2)旋转弯曲疲劳试验 3)半径方向负荷耐久试 验 4)空气泄漏试验
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