离心铸造不用型芯和浇注系统

　　三明职业技术学院毕业设计 作业形式： 作业形式：离心铸造工艺流程设计 完成日期：2012年 4月30 目录绪论 章离心铸造及4G18 生产装 1.1离心铸造概念……………………………………………5 1.2 卧式离心铸造机 1.3卧式螺旋卸料过滤离心机………………………………6 1.4 立式切割机 1.5离心铸造特点 1.6熔炼炉 1.7浇注机的主要参数 1.8生产过程图 第二章生产工艺过程……………………………………………9 2.1 金属配料熔炼 2.2孕育技术…………………………………………………10 2.3 合金化处理………………………………………………11 2.4 对熔炼过程的温度控制…………………………………12 2.5 三角试片的控制…………………………………………13 2.6 涂料配置…………………………………………………13 2.7 主轴预热…………………………………………………13 2.8 主轴内上涂料……………………………………………13 2.9 离心浇注…………………………………………………14 2.10冷却及取件 ……………………………………………14 2.11 毛坯切断及检查…………………………………………15 第三章 离心铸造原理及工艺……………………………………16 3.1 离心力场…………………………………………………16 3.2 离心力场液体自由表面的形状…………………………16 3.3 离心铸型转速的选择……………………………………17 3.4 离心铸造用铸型…………………………………………18 第四章 影响材料性能的因素……………………………………19 4.1 碳当量对材料性能的影响………………………………19 4.2 合金元素对材料性能的影响……………………………19 4.3 炉料配比对材料的影响…………………………………19 4.4 微量元素对材料性能的影响……………………………20 第五章 离心铸造汽车缸套常见缺陷分析………………………22 5.1 硬度过高…………………………………………………22 5.2 针孔………………………………………………………22 5.3 应用效果…………………………………………………22 附录A 熔炼工艺规程卡…………………………………24 附录B 浇注工艺规程卡…………………………………25 附录C 铸件后处理工艺…………………………………26 绪论多年来，我国汽车缸套铸造生产工艺始终是传统的砂型铸造生产 工艺，该工艺具有产品质量差，废品率较高，制造成本高，劳动强度 大且劳动条件差，环境污染重，产品寿命低等致命弱点。以充分的理 论根据和丰富的实践经验较全面地分析了大胆采用国内外先进的离 心铸造新工艺代替传统的砂型铸造工艺生产汽车缸套。 在二十世纪初期，国外开始研究并应用低压铸造工艺。在第二 次世界大战爆发后，北美的汽车工业和电机工业又广泛采用金属型低 压铸造生产汽缸、电机转子等重要铸件。而我国是从五十年代开始研 究低压铸造，但发展一直比较缓慢。随着汽车工业的发展，和大量新 技术的采用，在上世纪末和本世纪初，低压铸造在我国得到快速发展， 国产低压铸造机的功能和性能，及使用的稳定性和可靠性已经接近或 达到国际先进水平，被大量用于汽车轮毂、汽车缸盖等铸件的生产。 本设计主要设计高新技术4G18 系列的发动机内部的其中缸套， 在福建汇华东南汽车缸套有限中把其缸套命名为4G18.主要体现 4G18的铸造装，铸造流程，铸造工艺等特点，卧式离心铸造 章离心铸造及4G18 生产装 1.1 离心铸造概念 将液态金属浇入高速旋转（通常为 250~1500R/min）的铸型 中，使其在离心力作用下充分填铸型和凝固而形成铸件的液态成 形工艺称为离心铸造。按照铸型的旋转轴方向不同，离心铸造机 分为卧式立式和倾斜式 种。卧式离心铸造机主要用于浇注各种管状铸件, 立式离心铸造机则主要用以生产各种环形铸件和较小 的非圆形铸件。 1.2 卧式离心铸造机 合金液通过浇注槽落入镜型，随即从落点沿轴向流入。 图1.2.1 内部机构 图1.2.2 外部机构 卧式离心铸造机由主机、浇注小车、取件机构、喷涂机构、电气控制系统、管模预热装置、水冷系统、安全防护罩等部分组 1、主机是离心铸造机的核心部分，完成管模的旋转动作。主机由大底座、电机底座、调速电机、轴承座、轴、皮带传动、涨 闸等部分组成。 2、喷涂机构完成管模的喷涂料动作，离心铸造主要由气动元件、涂料 罐、喷涂移动小车等组成。 3、电气控制系统由调速电机控制器、控制柜、低压电气元件、 按钮、指示灯等组成，控制系统具有完善的动作互锁、过流、过 载等安全保护措施。 4、安全防护罩、水冷却系统及浇注槽、支架等。 1.3 卧式螺旋卸料过滤离心机 1.4立式切割机 1.5 离心铸造特点 1）铸件在离心力作用下结晶，组织致密，无缩孔，缩松，气孔， 夹渣等缺陷，力学性能好。 2）铸造圆形中空铸件时，可省去型芯和浇注系统。简化了工艺， 节约了金属。 3）便于制造双金属铸件，如刚套镶铸铜忖，其结合面牢固，耐 磨，可节约铜合金。 4）离心铸造内表面粗糙，尺寸不易控制，需要增加加工余量来 保证铸件质量，且不适宜生产易偏析的合金。 1.6 熔炼炉 熔炼炉采用 200~2500Hz 中频电源进行感应加热，功率范围为 20~2500KW。其特点如下： 1、炉子周围温度低、烟尘少、作业环境好； 3、操作工艺简单、熔炼运行可靠； 4、加热温度均匀、烧损少、离心铸造金属成分均匀； 5、铸件质量好、熔化升温快、炉温易控制、生产效高； 6、炉子利用率高、更换品种方便等； 1.7浇注机的主要参数 1.8 生产过程图 清扫Ｅ喷涂 Ｆ样品 第二章生产工艺过程 2.1 金属配料熔炼 １）材料的化学成分选择铸件的化学成分在很大程度上决定了铸 件的金相组织，而铸件的金相组织又在很大程度上决定了铸件的力学 性能，并且铸件的化学成分、铸件的金相组织和铸件的力学性能这三 者均存在着十分紧密的内在联系，因此，铸件的化学成分在很大程度 上决定了铸件的力学性能和其他性能。４Ｇ１８的化学成分： SiMn 2.9-3.52.0-2.7 0.6-1.2 0.4 0.035-0.08２）金属炉料一般由新生铁，废铁，回炉料，铁合金组成，离心铸造增加 废钢加入里，可有效地降低铁水含碳量。提高灰铸铁的力学性能，根 据铁水成分要求，炉料情况，熔炼过程中元素的变化等确定炉料配比， 且得让铸铁化学成分的首要环节。 4G18 的原材料配料比表如图： SiMn 4.181.08 0.37 0.06 生铁（贵州） 3.98 1.39 0.76 0.21 25废钢 0.2 0.2 0.35 轧辊屑3.4 1.9 0.5 0.15 0.7 0.032 轴承钢1.00 3.22.7 0.7 0.15 0.25 0.03 0.2 0.052 25 3.22.7 0.7 0.3 0.25 0.03 0.2 0.052 回炉料3.2 2.7 0.7 0.3 0.25 0.03 0.2 0.052 规格 品名 硬度 （HRB） Si%Mn% 4G1894—104 2.9-3.5 2.3-2.9 0.5-1.0 0.1-0.4 0.1-0.4

　　Fb 从而出现圆柱形内表面向下偏移的现象。 3.3 离心铸型转速的选择 选择离心铸造的转速时，主要应考虑两个问题： 离心铸型的转速应保证液体金属在进入铸型后立刻能形成圆筒形，绕轴线旋转； 充分利用离心力的作用，保证得到良好的铸件内部质量，避免铸件内部产生缩孔、缩松、夹杂和气孔。 卧式离心铸造时，为保证液体金属在型壁上的成形，应使液 体金属自由表面上点处的金属质点所产生的离心力大于或等 于重力，即： Mw~2r

　　=mg 若不能保证此条件，则在出注时会出现如下图所示雨淋现象。铸件 中将出现夹渣等缺陷。 18 3.4 离心铸造用铸型 卧式悬臂离心铸造机上的金属铸型按其主体的结构特点可以分为单 层金属型和双层金属型两种。 19 第四章 影响材料性能的因素 4.1 碳当量对材料性能的影响 决定灰铸铁性能的主要因素为石墨形态和金属基体的性能。当碳 当量（CE=C+1/3Si）较高时，石墨的数量增加，在孕育条件不好或有 微量有害元素时，石墨形状恶化。这样的石墨使金属基体能够承受负 荷的有效面积减少，而且在承受负荷时产生应力集中现象，使金属基 体的强度不能正常发挥，从而降低铸铁的强度。在材料中珠光体具有 好的强度、硬度，而铁素体则质底较软而且强度较低。当随着C、Si 的量提高，会使珠光体量减少，铁素体量增加。因此，碳当量的提高 将在石墨形状和基体组织两方面影响铸铁铸件的抗拉强度和铸件实 体的硬度。在熔炼过程控制中，碳当量的控制是解决材料性能的一个 很重要的因素。 4.2 合金元素对材料性能的影响 在灰铸铁中的合金元素主要是指Mn、Cr、Cu、Sn、Mo 等促进珠 光体生成元素，这些元素含量会直接影响珠光体的含量，同时由于合 金元素的加入，在一定程度上细化了石墨，使基体中铁素体的量减少 甚至消失，珠光体则在一定的程度上得到细化，而且其中的铁素体由 于有一定量的合金元素而得到固溶强化，使铸铁总有较高的强度性 能。在熔炼过程控制中，对合金的控制同样是重要的手段。 4.3 炉料配比对材料的影响 过去我们一直坚持只要化学成分符合规范要求就应该能够获得 符合标准机械性能材料的观点，而实际上这种观点所看到的只是常规 20 化学成分，而忽略了一些合金元素和有害元素在其中所起的作用。如 生铁是Ti 的主要来源，因此生铁使用量的多少会直接影响材料中Ti 的含量，对材料机械性能产生很大的影响。同样废钢是许多合金元素 的来源，因此废钢用量对铸铁的机械性能的影响是非常直接的。在电 炉投入使用的初期，我们一直沿用了冲天炉的炉料配比（生铁： 25~35%，废钢：30~35%）结果材料的机械性能（抗拉强度）很低，当 我们意识到废钢的使用量会对铸铁的性能有影响时及时调整了废钢 的用量之后，问题很快得到了解决，因此废钢在熔化控制过程中是一 项非常重要的控制数。因此炉料的配比对铸铁材料的机械性能有着直 接的影响，是熔炼控制的重点。 4.4 微量元素对材料性能的影响 以往我们在熔炼过程中只注意常规五大元素对铸铁材质的影响， 而对其它一些微量元素的作用仅仅只是一个定性的认识，却很少对他 们进行定量的分析讨论，近年来，由于铸造技术的进步，熔炼设也 在不断的更新，冲天炉已逐渐被电炉所代替。电炉熔炼固然有其冲天 炉不可比拟的优点，但电炉熔炼也丧失了冲天炉熔炼的一些优点，这 样一些微量元素对铸铁的影响也就反映出来。由于冲天炉内的冶金反 应非常强烈，炉料是处于氧化性很强的气氛中，绝大部分都被氧化， 随炉渣一起排出，只有一少部分会残留在铁水中，因此一些对铸件有 不利影响的微量元素通过冲天炉的冶金过程，一般不会对铸铁形成不 利影响。在冲天炉的熔炼过程中，焦炭中的氮和空气中的氮气（N2） 在高温下，一部分分解会以原子的形式溶铁水中，使得铁水中的氮含 21 量相对很高。据统计自电炉投产以来，由于铅含量高造成的废品和因 含铅量太高无法调整而报废的铁水不下百吨，而因含氮量不足造成的 不合格品数量也相当高，给造成很大的经济损失。 22 第五章 离心铸造汽车缸套常见缺陷分析 离心铸造汽车缸套，生产效率高，铸件质量好。但是由于工艺参 数或铸件化学成分控制不严格，操作部当，也易出现各种缺陷。 5.1 硬度过高 硬度

　　350HBS，使铸件外表面加工困难，是金属型离心铸造汽车 缸套常见的缺陷。这种缺陷常因材料选择不当，过多添加含合金元素 或涂料层提起前崩溃所致。 为防止硬度过高，在适量合金元素和过冷度条件下，加强孕育处 理，使之形核多，而且生长快，合理选择涂料并保证涂料层厚度完整 性，铸件硬度可稳定在212—280HBS 范围内。 5.2 针孔 汽车缸套工件面经研磨，在镜面光面上如出现多量孔径大于 0.3mm 的孔洞，则为针孔缺陷。缺陷的成因是由于离心铸造时，发生 双面结晶，凝固被前沿自外向里推进的同时，表面凝固也自里向外延 伸，后凝固层较薄，使得两个凝固被前汇合区产生疏松所致。这一疏 松区恰好位于加工后气缸套的内表面，通常在浇入端铸件后壁处较 多。研磨后用灯光照射，仔细观察方可发现。防止这种缺陷的方法是 调整浇注速度及化学成分，并在铸件壁厚处采用吹风的方法进行消 5.3应用效果 离心铸造比砂型铸造有显著地经济效果。主要有一下几点： 1,控制了铸造缺陷，提高了产品质量。 23 采用离心铸造，铸件中的气孔，熔渣等夹杂物因密度小均集中在 内表面，面金属的结晶则从外向内呈方向性结晶，因而铸件结晶细密、 无缩孔、疏松、气孔、夹杂等缺陷，力学性能较高，铸造缺陷得到了 控制。力学性能优于砂型铸造，成品率由原来的砂型铸造的50%提高 到85%以上。 2,减少了工作，节约了能耗和工时。 ，减少了碾砂、造型、烘干及合箱 的工序，使铸造工艺简化，并节省金属、人力及能耗，生产成本现在 显著降低，提高了经济效益。 3,改善了劳动环境，减轻了劳动强度。 4,提高了汽车缸套组织的致密性。气密性高、耐磨性强、节油和维 修方便，使用寿命长，提高了发动机整体性能等，其力学性能随之大 幅度提高。抗弯强度在570MPa 以上，扰度在1.2mm 以上，且性能稳 定。使用寿命有明显的提高。 24 附录A 熔炼工艺规程卡 材料 技术参数 项目 单位 数据 额定容量 0.5液态钢/铁水容量 0.55液态钢/铁水工作温度 1500工作温度 1700炉衬厚度 mm 150 感应圈内经φ mm 1410 感应圈高度 mm 1620 500kg每炉浇注 零件个数 25 炉料 配制 废钢 100kg 100kg精炼剂 石墨/碳涂料 石英粉 陶土 外加水 20 25附录B 浇注工艺规程卡 喷涂工艺 频率 预热模具温度 正在喷涂的模具温度 6mine/次 230—290 270左右 涂料牌号 配比 喷涂方式 喷涂区域 4:1双向 模具内表面 浇注工艺 利用铁棒烧红，放进模具内考，使其温度达到230 浇注时间 拔管时间 每小时产量 每班产量 2mine 30s 12 浇注温度1480—1520 模具温度 270 度左右 浇注工艺 在浇注时，模具内表面温度不得低于230不得 高于 290。在模具的外表面需要降温装置，使模 具温度在要求温度中。 26 附录C 铸件后处理工艺 利用卧式螺旋卸料过滤离心机，使其表面涂料去除
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