特種鑄造論文

1、特種成型技術(shù)課程報告 -（液態(tài)成型部分）專業(yè)年級：金屬材料專業(yè)10級姓名：曾志超學(xué)號：20100800728指導(dǎo)老師：張春香目 錄一、課程綜述2二、金屬型鑄造2三、壓力鑄造2四、離心鑄造3五、熔模鑄造4六、消失模鑄造5七、真空密封造型和負(fù)壓實型鑄造6八、特種鑄造應(yīng)用奧運金鏞的鑄造7一、課程綜述隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對鑄造提出了更高的要求，要求生產(chǎn)出更加精確、性能更好、成本更低的鑄件。為適應(yīng)這些要求，鑄造工作者發(fā)明了許多新的鑄造方法，這些方法統(tǒng)稱為特種鑄造方法，即特種鑄造。特種鑄造技術(shù)包括熔模精密鑄造、連續(xù)鑄造及差壓鑄造、陶瓷型及石膏型鑄造、壓力鑄造、金屬型鑄造、低壓鑄造、離心鑄造，以及消失模鑄造

2、的有關(guān)基礎(chǔ)知識、鑄造設(shè)備、鑄造工藝。二、金屬型鑄造（一）、金屬型鑄造：金屬液在重力作用下澆入金屬鑄型中，并在重力作用下結(jié)晶凝固而形成鑄件的一種方法。由于金屬型可反復(fù)使用幾百次到幾千次，故又稱永久型鑄造。（二）金屬型鑄造的特點：1.金屬型鑄造在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)上有許多優(yōu)點：（1）. 金屬型鑄件的機(jī)械性能比砂型鑄件高。與砂型相比，金屬型的導(dǎo)熱性能好，鑄件凝固時冷卻速率高，即使結(jié)晶溫度范圍較寬的合金，也能得到密實的鑄件。同時，鑄件晶粒細(xì)化，尤其是鑄件表層結(jié)晶組織更細(xì)密，形成“鑄造硬殼”，鑄件的抗蝕性能和硬度也顯著提高。（2）. 鑄件尺寸精度和表面粗糙度(CT6CT9，Ra3.212.5m)均優(yōu)于砂型鑄件，

3、其加工余量可減少。（3）. 鑄件的工藝收得率高，液體金屬耗量減少，一般節(jié)約1530%。（4）. 工序簡單，生產(chǎn)率高，并且勞動條件好。金屬型可反復(fù)使用，省去了砂型鑄造中的配砂、造型、落砂等許多工序，節(jié)省了大量的造型材料和生產(chǎn)場地，提高了生產(chǎn)率，易于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化生產(chǎn)。2.與砂型相比，其不足之處：（1）. 金屬型的制造成本高，周期長，不適合單件、小批生產(chǎn)。（2）. 金屬型不透氣，鑄件在其中冷速大，易造成鑄件氣孔，澆不足等。（3）. 金屬型無退讓性，易造成鑄件開裂。（4）. 金屬型鑄造時，鑄型的工作溫度，合金的澆注溫度和速度，鑄件在鑄型中停留的時間，以及所用的涂料等鑄造工藝對鑄件的質(zhì)量的影響甚為

4、敏感，故工藝要求嚴(yán)格。（5）. 對鑄造形狀復(fù)雜(尤其是內(nèi)腔復(fù)雜)、薄壁(防止?jié)膊坏?和大型鑄件有一定的局限性。（6）. 用于鑄鋼等高熔點合金時，金屬型壽命低，同時，還易使鑄鐵件產(chǎn)生硬、脆的白口組織。 三、壓力鑄造、（一）、壓力鑄造的實質(zhì)壓鑄（壓力鑄造）的實質(zhì)：壓鑄是在高壓作用下，將液態(tài)或半液態(tài)金屬快速壓入金屬壓鑄型(也可稱為壓鑄?；驂盒?中，并在高壓作用下凝固而獲得鑄件的方法。（二）、壓鑄機(jī)工作原理 壓鑄機(jī)分兩大類：熱室壓鑄機(jī)和冷室壓鑄機(jī)1. 熱室壓鑄機(jī)壓室與保溫坩堝爐連成一體，壓室浸在熔化的液態(tài)金屬中，其壓射機(jī)構(gòu)安置在保溫坩堝上面。當(dāng)壓射沖頭3上升時，金屬液1通過進(jìn)口5進(jìn)入壓室4中，隨后壓射

5、沖頭下壓，金屬液沿通道6經(jīng)噴嘴7充填壓鑄型型腔8。壓射活塞5上升時，液態(tài)金屬通過進(jìn)口進(jìn)入壓室內(nèi)。動模2和定模3合型后，在壓射活塞5下壓時，液態(tài)金屬沿通道經(jīng)噴嘴12充填壓鑄型，冷卻凝固成形后，開型取出鑄件 2. 冷室壓鑄機(jī)冷室壓鑄機(jī)的壓室與保溫爐是分開的，壓鑄時，要從保溫爐中將金屬液倒人壓室后進(jìn)行壓鑄。多用液壓驅(qū)動，壓力較高，且壓室與液態(tài)金屬的接觸時間很短，可適用于壓鑄熔點較高一些的有色金屬，如銅、鋁、鎂等合金，還可用于黑色金屬和半固態(tài)金屬的壓鑄。黑色金屬壓鑄宜采用冷室臥式壓鑄機(jī)。目前，生產(chǎn)中采用冷室壓鑄機(jī)較熱室壓鑄機(jī)多。 （3） 、壓力鑄造優(yōu)點和缺點：壓鑄的兩大特點：高壓和高速充型。區(qū)別于其它

6、鑄造方法的最基本特征。壓鑄所用的壓射比壓一般為3070MPa(30700atm)；充填速度可達(dá)5100m/s，有時高達(dá)120 m/s。充型時間很短，一般在0.010.25s，最短時可達(dá)千分之幾秒。1.優(yōu)點：(1) 鑄件的精度高，表面光潔(CT4CT8，Ral.66.3m)，并可直接鑄出極薄件或帶有小孔、螺紋的鑄件。(2) 鑄件冷卻快，又是在壓力下結(jié)晶，故晶粒細(xì)小，表層緊實，鑄件的強(qiáng)度、表面硬度高。壓鑄件的抗拉強(qiáng)度可比砂型鑄件大25%30%，但延伸率有所降低。 (3) 生產(chǎn)率高，每小時可壓鑄50150次，最高可達(dá)500次且便于實現(xiàn)自動化、半自動化 (4) 便于采用嵌鑄(又稱鑲鑄法)。(5)嵌鑄是

7、將各種金屬或非金屬的零件嵌放在壓鑄型中，在壓鑄時與壓鑄件鑄合成一體。(6)嵌鑄法利于制出一般壓鑄法難以制出的形狀復(fù)雜件。(7)嵌鑄還可消除鑄件局部熱節(jié)，減少壁厚，防止縮孔；可改善和提高局部性能，如耐磨性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)磁性和絕緣性等；還可將許多小鑄件合鑄在一起，代替裝配工序。(8)壓鑄件難以避免的缺陷就是內(nèi)部氣孔和疏松。產(chǎn)生的原因在于充型時，型腔的氣體沒有完全排出以及鑄件在凝固收縮時得不到補(bǔ)縮，這對壓鑄件的性能和擴(kuò)大應(yīng)用范圍都有不利影響。為解決此問題，發(fā)展了一些壓鑄新工藝 2.缺點： 壓鑄件應(yīng)盡量避免機(jī)械加工，以防止內(nèi)部孔洞外露。近年來，已研究出真空壓鑄、加氧壓鑄等新工藝，它們可減少鑄件中的氣孔、

8、縮孔和縮松等微孔缺陷，提高壓鑄件的機(jī)械性能。同時由于新型壓鑄型材料的研制成功，鋼、鐵等黑色金屬壓鑄也取得了一定程度的發(fā)展，使壓鑄的使用范圍日益擴(kuò)大 四、離心鑄造、（一）、離心鑄造：是將金屬液澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使之在離心力作用下完成充填及凝固成形的一種鑄造方法。（2） 、離心鑄造的優(yōu)缺點 :1.優(yōu)點： 可不用型芯就能鑄出中空的鑄件，大大簡化了套筒、管件類鑄件的生產(chǎn)過程。 由于離心力的作用，可顯著提高金屬液的充型能力，因此，對流動性差的合金和薄壁鑄件都可用離心鑄造法生產(chǎn)。 可生產(chǎn)雙金屬中空圓柱形鑄件，如鋼背銅套、雙金屬軋輥等； 在離心力作用下，改善了補(bǔ)縮條件，特別是結(jié)晶溫度范圍寬的合金。氣體和

9、非金屬夾雜也易于自金屬液中排除，因此，鑄件致密度高，氣孔、夾渣等缺陷少，力學(xué)性能高。但過共晶鋁硅合金易使鑄件內(nèi)部出現(xiàn)縮孔缺陷。 可減少甚至不用澆冒口系統(tǒng)，節(jié)省金屬液。2. 缺點： 鑄件易產(chǎn)生密度偏析，因此不適合于易產(chǎn)生密度偏析的合金鑄件(如鉛青銅)，尤其不適合于鑄造雜質(zhì)密度大于金屬液的合金。但近年來，也有利用離心鑄造的這個特點來生產(chǎn)梯度復(fù)合材料的情況； 鑄件內(nèi)孔直徑不準(zhǔn)確，內(nèi)孔表面比較粗糙，質(zhì)量較差，加工余量大； 用于生產(chǎn)異形鑄件時有一定的局限性。離心鑄造適用范圍：主要用于大批生產(chǎn)管、筒類鑄件，如鐵管、銅套、缸套、雙金屬鋼背銅套、耐熱鋼輥道、無縫鋼管毛坯、造紙機(jī)干燥滾筒等；還可用于輪盤類鑄件，

10、如泵輪、電機(jī)轉(zhuǎn)子等。3.離心鑄造容易產(chǎn)生的缺陷： 鑄件內(nèi)表面偏心由于重力場的影響，自由表面的中心將下移距離e ，即上部斷面大，下部斷面小。但這種自由表面偏移的情況不會在凝固后的鑄件內(nèi)表面上留下來：鑄件的凝固是從外壁向自由表面逐步進(jìn)行的，而且因型壁在同一圓周上的冷卻作用基本相同，使得鑄件凝固層沿徑向的生長速度基本相同，因此靠近內(nèi)表面一側(cè)的液體金屬環(huán)的厚度以同樣速度減薄，上下厚度差越來越小，直至最后消失鑄件內(nèi)表面偏心的實際原因：鑄型軸線與離心鑄造機(jī)主軸不重合 鑄件內(nèi)孔形狀與自由表面形狀相似，但尺寸不一定相同 鑄件圓柱形內(nèi)表面受到凝固順序影響，出現(xiàn)內(nèi)表面凹陷 五、熔模鑄造（一）、熔模鑄造的原理 熔模

11、鑄造又稱失蠟鑄造。它是用易熔材料(蠟料)制成精確的可熔性模樣(熔模)，在模樣表面涂覆多層耐火材料，待干燥、硬化后，加熱將模樣熔去，獲得與模樣形狀相應(yīng)的整體型殼，再經(jīng)高溫焙燒之后進(jìn)行澆注而獲得鑄件的一種方法。（二）、熔模鑄造的特點及優(yōu)缺點基本特點：熔模鑄造的型殼為整體型殼而無需分型面（制殼時采用可熔化的一次模，無需起模），且型殼是由高溫性能優(yōu)良的耐火材料組成 1.熔模鑄造具有以下優(yōu)點：1)鑄件尺寸精度較高，表面粗糙度較低，可減少或無需機(jī)加工。一般精度可達(dá)57級，表面粗糙度達(dá)Ra256.3m。（凈近終成形技術(shù)）2) 熔模鑄件的外形和內(nèi)腔形狀幾乎不受限制，可以鑄造出形狀復(fù)雜件、薄壁件以及質(zhì)量很小的鑄

12、件。如可以在鑄件上鑄出花紋精細(xì)的圖案、文字，也可以鑄出帶有細(xì)槽和彎曲細(xì)孔的鑄件，熔模鑄件的最小壁厚可達(dá)0.5mm，質(zhì)量可以小到幾克。另外，可以使有些組合件、焊接件在稍進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)后直接鑄造成整體零件，從而簡化生產(chǎn)過程，減輕零件質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。 3) 鑄件不受合金種類限制，尤其對難以切削加工或鍛壓加工的合金，更能顯示其優(yōu)越性。生產(chǎn)批量也沒有限制，可以從單件到成批大量生產(chǎn)。 2.熔模鑄造具有以下缺點：(1) 工序復(fù)雜，生產(chǎn)周期長。(2) 原材料價貴，鑄件成本高。(3) 鑄件不能太大、太長，否則蠟?zāi)Ｒ鬃冃?，喪失原有精度。適用：熔模鑄造是一種少、無切削的先進(jìn)的精密成形工藝，它最適合25kg以下的高

13、熔點、難以切削加工的合金鑄件的成批大量生產(chǎn)。目前主要用于航天、飛機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)葉片、泵輪、復(fù)雜刀具、汽車、拖拉機(jī)和機(jī)床上的小型精密鑄件生產(chǎn)。六 消失模鑄造（一）、消失模鑄造:又稱“氣化模造型”、“泡沫聚苯乙烯塑料模造型”、“無型腔鑄造”或“實型鑄造”。 消失模鑄造的實質(zhì):采用泡沫聚苯乙烯塑料模樣代替普通模樣，造好型后不取出模樣就澆人金屬液，在灼熱液體金屬的熱作用下，泡沫塑料模氣化、燃燒而消失，金屬液取代了原來泡沫塑料模所占據(jù)的空間位置，冷卻凝固后即可獲得所需要的鑄件。 （二）、消失模鑄造特點1.消失模鑄造主要有以下五方面特點：（1）消失模鑄造是一種近無余量、精確成形的新工藝。由于采用了遇

14、金屬液即汽化的泡沫塑料制作模樣，無需起模，無分型面，無型芯，因而鑄件無飛邊毛刺，減少了由型芯組合而引起的鑄件尺寸誤差。鑄件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模鑄造，但鑄件的尺寸可大于熔模鑄件。(2)為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了充分的自由度。在設(shè)計機(jī)械產(chǎn)品時，必須對鑄造零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)工藝分析，包括該鑄件結(jié)構(gòu)是否合理，制模、起模、下芯是否方便，鑄件的尺寸精度及冶金質(zhì)量能否保證等。實型鑄造由于模樣沒有分型面，不存在分型起模等問題，各種形狀復(fù)雜的鑄件模樣均可采用消失模材料粘合，成形為整體，因而改變了砂型鑄造時鑄件結(jié)構(gòu)工藝性的內(nèi)涵，很多普通砂型鑄造難以實現(xiàn)的問題在實型鑄造時根本不存在任何困難，產(chǎn)品設(shè)計者可根據(jù)總體的需要

15、設(shè)計鑄件的結(jié)構(gòu)，增大了鑄造零件設(shè)計的自由度。 （3）消失模鑄造的工序比砂型鑄造及熔模鑄造大大簡化。實型鑄造采用泡沫聚苯乙烯塑料制模比用木材或金屬制造模的過程簡單得多，加工容易，粘合方便，制模效率一般可提高13倍。在多數(shù)情況下不用砂芯，省去芯盒制造、芯砂配制、芯骨準(zhǔn)備、砂芯的制造及烘干等工序。造型時，不起模、不修型、不下芯和配箱等。造型效率可提高25倍。同時，降低了勞動強(qiáng)度，改善了勞動條件。 （4）提高冒口的金屬利用率。實型鑄造的冒口模樣也是采用泡沫聚苯乙烯塑料制成的，由于不起模，可安放在鑄件上的任何位置，可制成所需的各種形狀，包括半球形的暗冒口，可顯著地提高冒口的金屬利用率。（5）減少材料消耗

16、，降低鑄件成本。采用實型鑄造可節(jié)省大量木材，所用的泡沫塑料模的成本，一般只為木模的三分之一左右。如果采用無粘結(jié)劑干砂實型鑄造，可節(jié)省大量的型砂粘結(jié)劑，砂子可以回用。型砂處理簡單，所需的設(shè)備少，可節(jié)省投資60一80。就總體來說，實型鑄件的制造費用一般比普通砂型鑄件低。7、 真空吸鑄、真空密封造型和負(fù)壓實型鑄造v 真空吸鑄：（一）、真空吸鑄概述真空吸鑄：在型腔內(nèi)造成真空，把金屬液由下而上地吸人型腔，使金屬凝固成形的鑄造方法。（二）、真空吸鑄的優(yōu)缺點： 鑄型自金屬液面下吸取金屬液，浮在金屬液表面上的熔渣、氧化物不易進(jìn)入鑄型污染鑄件。 金屬液自下而上地充填空氣稀薄、真空條件下的型腔，液流不易卷入氣體，

17、二次氧化可能性也很小。 采用結(jié)晶器真空吸鑄時，鑄件的凝固速度大，晶粒細(xì)小，不易產(chǎn)生偏析。 柱狀鑄件具有較好的自上往下、自型壁向鑄件中心的定向凝固條件，而成形鑄件可利用增壓補(bǔ)縮，所以鑄件的致密度高。充型時，型腔內(nèi)的氣體阻力很小，可提高金屬液的充型性，故生產(chǎn)形狀復(fù)雜的薄壁鑄件時，鑄件容易成形。如鋁合金、鎂合金鑄件的壁厚可減小到1.5mm。 生產(chǎn)過程易于機(jī)械化、自動化，生產(chǎn)效率高。 柱狀中空鑄件的內(nèi)壁不平度大，內(nèi)孔尺寸不易控制，故需留較大的加工余量。v 真空密封造型：（一）真空密封造型：簡稱真空造型，又稱真空薄膜造型法、減壓造型法和“v”法造型（vacuum）。真空密封造型是一種全新的物理造型方法，

18、它的基本原理是在特制的砂箱內(nèi)，填人無水無粘結(jié)劑的干石英砂，用塑料薄膜將砂箱密封后抽成真空，借助鑄型內(nèi)外的壓力差使型砂緊實和成型。 （2） 、與其他的造型方法比較，真空密封造型方法具有以下的特點：1.真空密封造型法的優(yōu)點：（1）鑄件的尺寸精度和表面光潔度較高。由于型砂與模樣之間有一層塑料薄膜，模樣的拔模斜度小，起模時不必敲擊模樣就能方便地取出。所用的型砂顆粒細(xì)，鑄型的硬度高。因此鑄件的表面較光潔，輪廓清晰，尺寸精度較高，毛刺少。 (2) 工序簡化，設(shè)備、材料省。型砂中可不必加粘結(jié)劑、水分及附加物。簡化了型砂處理工作，鑄件的落砂清理方便，舊砂只要過篩去除雜質(zhì)、冷卻后去除細(xì)粉即可回用。型砂的損耗少，

19、回用率可達(dá)95以上。造型時基本上不必?fù)v砂，只要適當(dāng)微震即可滿足要求。一般說來，這種造型方法所用的設(shè)備比拋砂造型設(shè)備便宜30左右，設(shè)備所需的動力約為混型設(shè)備的60，可減少勞動力。 （3）金屬利用率高。鑄型硬度高、冷卻慢，有利于金屬液補(bǔ)縮鑄件，可以減小冒口尺寸，提高工藝出品率；澆注“V”法鑄型，金屬液的流動性較好，充填能力強(qiáng)，能夠鑄出3mm左右的薄壁件，可以減薄鑄件的設(shè)計壁厚（最小壁厚）。 (4) 工藝裝置壽命長。模型和砂箱的使用壽命長(如木模壽命4000次以上)，需要的儲備量少。“V”法造型拔模力很小，模型不受振擊，不受高溫高壓；型砂很易潰散，落砂時不受錘擊。因此，鑄造工藝裝置壽命長。 （5）操

20、作條件大為改善。由于造型、澆注一直用真空泵向外抽氣，空氣污染少。鑄件清理后無需處理大量廢砂。新砂和回用砂可用真空吸送，粉塵問題較易解決。不用震壓造型機(jī)，可避免激烈的振擊和刺耳的噪聲。生產(chǎn)周期短、工藝簡便、操作容易。 (6) 生產(chǎn)周期短、操作容易。 (7) 適用范圍廣。既適用于手工操作的單件小批量生產(chǎn)，也適用于機(jī)械化、自動化的大批量生產(chǎn)；可用于鑄鐵、鑄鋼以及銅、鋁和鏷等合金的鑄造，尤其適合于生產(chǎn)大、中、小型精密鑄件和薄壁鑄件。鑄件的尺寸規(guī)格大小僅受砂箱尺寸和真空泵抽氣率的限制。2.真空密封造型法的不足： (1) 造型操作比較復(fù)雜，小鑄件的造型生產(chǎn)率不易提高。 (2) 從造型、合箱、澆注直至鑄件落

21、砂前，都要對鑄型抽真空，這對推廣機(jī)械化帶來一定困難。 (3) 塑料薄膜的伸長率和成型性的限制，影響該法進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍。國外現(xiàn)在開展噴涂塑料成膜技術(shù)推廣應(yīng)用，以求解決復(fù)雜模樣的覆膜問題。v 負(fù)壓實型鑄造：（一）、負(fù)壓實型鑄造工藝原理負(fù)壓實型鑄造：負(fù)壓實型鑄造是將泡沫塑料氣化模置于可抽真空的特制砂箱內(nèi)，填入不含粘結(jié)劑和水分的單一型料，再用塑料薄膜覆蓋箱口，然后抽真空，在不起模和負(fù)壓的情況下澆注就可得到鑄件的鑄造方法。 （二）、負(fù)壓實型鑄造的適用范圍及特點：1、負(fù)壓實型鑄造集實型鑄造、真空密封造型法的優(yōu)點為一體，適用于各種材質(zhì)的鑄鋼、鑄鐵、鑄鋁、鑄銅及鑄鎂件的生產(chǎn)，若用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜及型芯較多的鑄件，效果更加顯著。 2、結(jié)構(gòu)形狀不受鑄造工藝限制，不用混砂、下芯、起模、合箱、分型，可實現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計，并易于一箱多鑄，并消除了以上因素引起的鑄造缺陷與廢品；3、生產(chǎn)效率高，減少配砂、造型工序，勞動強(qiáng)度低，