机床铸件的生产工艺介绍

机床铸件生产要经过十分复杂的工艺过程。只要其中某一道工序或某一个过程失误， 均会造成铸造缺陷。同一类缺陷由于场合和零件的不同， 往往又有不同的形成原因， 这种错综复杂的情况， 给铸造缺陷的准确判断和分析带来很大的难度。本章在介绍机床铸件缺陷种类和特征的基础上， 主要讲铸造缺陷的形成机理、 缺陷分析、 原因查找、 方法应用、 质量检验和缺陷修补， 以增加铸造技师的基础知识， 提高分析问题的能力。铸造缺陷对铸造生产和机床铸件质量有很大的危害。要迅速有效地消除缺陷， 必须作系统地调查研究， 尽可能准确地判明缺陷的种类和性质， 查明产生的原因， 经综合分析和实践验证， 方可采取相应的防止措施。现就几种常见的影响较大而有时又难以区分的铸造缺陷进行分析和介绍。一、 气孔气孔是气体聚集在机床铸件表面和内部而形成的孔洞。气孔的形状、 大小不一， 位置不一， 孔壁光滑、 带氧化色彩， 是机床铸件常见的缺陷之一。气孔有各种类型， 产生的原因各不相同， 按气体来源不同， 大致可分为三种： 侵入性气孔、 析出性气孔和反应性气孔。（一） 侵入性气孔由于浇注过程中金属液对铸型激烈的热作用， 使型砂和砂芯中的发气物 （水分、粘结剂、 附加物等） 气化、 分解和燃烧， 生成大量气体， 浸入金属液内部所产生的洞孔，特征气孔数量少、 尺寸大、 孔壁光滑、 有光泽或轻微氧化色， 呈圆形或扁圆形， 有时呈梨形。它的小头所指方向常常就是气体侵入的方向。 若被凝固在金属中， 就是此类气孔的典型例子。侵入性气孔的形成条件由于浇注时型砂在金属液的高温作用下， 产生大量气体， 使金属液和砂型界面上的气体压力骤然增加， 气体可能侵入金属液， 也可能从砂隙或气眼中排出型外， 只有在满足下列条件的情况下， 型砂中的气体才会浸入金属液防止浸入性气孔的主要方法和工艺措施机床铸件
载体是耐火粉料的分散介质。一般有水基和醇基两大类，可根据实际生产现场情况和成本考虑进行选择；悬浮剂选用多元复配效果最好，但一般悬浮剂都是低熔点物质，所以在满足性能的前提下，不宜多用；粘结剂采用常温型和高温型，重点考虑发气量；添加剂有活性剂，主要满足施涂手段和浸润的要求，此外还有铸型气氛调节剂、偶联剂、消泡剂、防腐剂等；助 熔剂加入到耐火骨料中的主要目的就是使之形成玻璃液相，促进烧结，使耐火骨料的结构致密化，一般有长石、稀土、锂辉石、滑石等。耐火材料：抗铸件粘砂仍是涂料的主要功能，而耐火粉料是砂型(芯)涂料的主体，决定着涂料的抗粘砂性能，越来越多的耐火材料被用于砂型涂料，如锆英粉、铝钒土、刚玉粉、镁砂粉、铬铁矿粉、石墨、石英粉、地开石粉、叶蜡石粉、尖晶石、蓝晶石、珠光粉等。采用新型的非金属矿物耐火材料，合理的调整多元矿物组合、颗粒大小及粒度分布等，以提高耐火填料向铸型内的渗透能力。因此，应选择热膨胀系数小、资源丰富、价格便宜、符合环保的耐火材料。
　　大型铸件由于浇注吨位重、壁厚大、热量集中、铁液保持液态时间长，铸件表面极易氧化而产生渗透粘砂，而铸造厂对铸件的质量、清砂时间、清洁度等要求越来越高，发气量、成本要求越来越低。正是由于这种情况，对铸型和涂料提出了更高的要求。
机械粘砂：液态金属渗入到铸型和型芯表面的孔隙中，包覆部分砂粒，凝固以后便形成金属陶瓷状的粘砂层，而大型、重型铸件粘砂主要是由于静压力大，渗透深度深，处于高温液态状的时间长，即铸型及其涂层的过热时间长。
化学粘砂是Fe的氧化作用与铸型材料和浇注气氛相互之间物理化学作用的结果。造型材料的颗粒在粘砂层中，即能够同Fe的氧化物粘结，也能够与易熔的硅酸盐等粘结。

    粘砂的形成
粘砂的形成分两个阶段，初始金属液渗入孔隙中产生机械粘砂；渗入的金属液被氧化形成化学粘砂，因此一般在生产中被观察到的粘砂都是机械渗透一化学反应的综合性粘砂。

使用各种方法， 降低砂型 （芯） 界面的气体压力气， 这是最主要的， 也是最有效的手段。如： 选用合适的造型材料， 透气性好， 发气量低； 控制湿型砂的水分及其它发气附加物； 应用发气量低， 发气速度慢， 发气温度高的粘结剂； 砂芯的排气一定要畅通， 这往往是侵入性气孔的主要来源， 有时还是较难解决的问题。适当提高浇注温度， 使侵入的气体有充分的时间从金属液中上浮和排出。加快浇注速度， 增加上砂型高度， 使有效压力头增加， 提高金属液的静压力。浇注系统设置时， 应注意铁液流平稳， 防止气体卷入。（二） 析出性气孔溶解在金属液中的气体， 在冷却和凝固过程中， 由于溶解度降低而析出形成的孔洞， 称为析出性气孔。特征数量多、 尺寸小， 形状呈圆形、 椭圆形或针状。在机床铸件断面呈大面积均匀分布， 同一炉次机床铸件大部有气孔。主要是氢气孔和氮气孔， 是铝合金和铸钢中常见的缺陷， 铸铁中相对较少。析出性气孔的形成机理金属具有吸附和溶解气体的能力 （如氢、 氮、 氧等） 。尤其在液态时， 能够溶解大量气体。其形成过程分吸附和扩散两个阶段。吸附。吸附分为物理吸附和化学吸附。气体分子与金属原子由于靠分子间引力吸附到金属表面的， 叫做物理吸附， 吸附不牢固， 也不能进入金属内部， 吸附量不大而且只是在低温下进行。当某些气体分子 （如氢气、 氧气等） 碰撞到金属表面后被离解为原子， 由于化学键的作用被吸附在金属表面， 叫做化学吸附。化学吸附的气体量随温度升高而增加， 是铸造合金吸收气体的主要过渡阶段。扩散。被化学吸附在金属表面的气体原子， 能继续渗入到金属内部， 这个过程即为扩散。大量气体扩散到金属内部并保留其中， 称为溶解或吸收。气体的溶解度与压力、 温度、 合金和气体的种类等因素有关。气体的析出及气孔的形成。溶解在金属液中的气体， 在温度降低和外界气氛压力降低时， 就会从金属中析出， 析出的方式有二种： 一种是气体原子从金属内部扩散到金属表面， 脱离吸附状态。另一种是气体原子在金属内部形成气体分子和气泡上浮排出。铸铁中的气体及变化铸铁中的气体有氢气、 氮气、 氧气等。其中氢气对析出性气孔的形成影响较大。 随着含碳量的增加，微量的铝能促进铁液大量吸氢。硅的增加可以减少铁蔽中氧气， 并能促进氢气析出。
 热处理过程：
 　　床身类铸件产品作为一种大型铸件必须要经过热处理才能提高本身的使用性能，改善机床铸件的内在质量。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量。
　　为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。
 　　整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。

 热处理的退火种类：常见的退火工艺有：再结晶退火，去应力退火，球化退火，完全退火等。退火的目的：主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。
 　　 　　完全退火和等温退火
 　　完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。
 　　球化退火
 　　球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。 　　去应力退火
　　去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。