01第一章鑄造成形工藝?yán)碚摶A(chǔ)

1、 1教材：教材：材料成形工藝基礎(chǔ)材料成形工藝基礎(chǔ)( (第三版）第三版）主編：主編：沈其文沈其文出版：出版：華中科技大學(xué)華中科技大學(xué) ，2003年年2材料成型工藝基礎(chǔ)材料成型工藝基礎(chǔ)課程是機(jī)械類各專業(yè)必課程是機(jī)械類各專業(yè)必修的修的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，主要研究主要研究工程材料的工程材料的各種成形方法與規(guī)律各種成形方法與規(guī)律。 計(jì)劃學(xué)時(shí)為計(jì)劃學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)，與之相配合的有課學(xué)時(shí)，與之相配合的有課堂練習(xí)堂練習(xí)、習(xí)題和金工實(shí)習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)。習(xí)題和金工實(shí)習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)。3 通過學(xué)習(xí)通過學(xué)習(xí)金屬材料金屬材料成型加工成型加工的的方法、工藝過程、方法、工藝過程、特點(diǎn)和應(yīng)用特點(diǎn)和應(yīng)用 ，使學(xué)生具有，使學(xué)生

2、具有選擇選擇材料成型方法材料成型方法及及工工藝分析的初步能力藝分析的初步能力，具有，具有綜合運(yùn)用工藝知識(shí)，綜合運(yùn)用工藝知識(shí)，分析分析零件結(jié)構(gòu)工藝性零件結(jié)構(gòu)工藝性的初步能力的初步能力，為學(xué)習(xí)其它有關(guān)課程，為學(xué)習(xí)其它有關(guān)課程及以后從事與機(jī)械相關(guān)的工作奠定必要的基礎(chǔ)知識(shí)。及以后從事與機(jī)械相關(guān)的工作奠定必要的基礎(chǔ)知識(shí)。41. 杜麗娟主編杜麗娟主編 . 材料成型工藝材料成型工藝 . 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，版社，2009. 2. 劉建華主編劉建華主編 . 材料成型工藝基礎(chǔ)材料成型工藝基礎(chǔ) . 西安電子科技西安電子科技大學(xué)出版社大學(xué)出版社 ，2007. 3. 湯酞?jiǎng)t主編湯酞?jiǎng)t主編 . 材料成

3、形技術(shù)基礎(chǔ)材料成形技術(shù)基礎(chǔ). 清華大學(xué)出版清華大學(xué)出版社社 2008 4. 張彥華張彥華,薛克敏主編薛克敏主編 . 材料成形工藝材料成形工藝. 高等教育出高等教育出版社，版社，2008.5. 周述積周述積, 侯英瑋侯英瑋, 茅鵬主編茅鵬主編. 材料成形工藝材料成形工藝.機(jī)械工機(jī)械工業(yè)出版社，業(yè)出版社，2005. l 參考書：參考書：5緒緒 論論一一工程材料與材料成形工藝工程材料與材料成形工藝二二材料成形技術(shù)的發(fā)展史材料成形技術(shù)的發(fā)展史三三材料成形技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位材料成形技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位 四四本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容6一一工程材料與材料成形工藝工程材料與材料成形工藝材料材料是

4、人類的是人類的生活和生產(chǎn)生活和生產(chǎn)賴以進(jìn)行的賴以進(jìn)行的物質(zhì)物質(zhì)基礎(chǔ)基礎(chǔ)，它直接用于制造，它直接用于制造人類所需要人類所需要的各種的各種生產(chǎn)工具生產(chǎn)工具和和生活用具生活用具。任何材料任何材料在被人們?cè)诒蝗藗冎圃熘圃斐捎杏贸捎杏梦锲肺锲?無論是無論是生活用品或是生產(chǎn)工具等生活用品或是生產(chǎn)工具等)的過程中，都要的過程中，都要經(jīng)過經(jīng)過成形加工成形加工;材料成形工藝材料成形工藝是人類的生產(chǎn)活動(dòng)中始終不是人類的生產(chǎn)活動(dòng)中始終不可缺少的可缺少的基礎(chǔ)性技術(shù)基礎(chǔ)性技術(shù)。7材料成形技術(shù)材料成形技術(shù)l機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料，按化學(xué)成分可分為以下四大類：金，按化學(xué)成分可分為以下四大類：金屬材料、高分子材料、陶瓷材料

5、和復(fù)合材料。屬材料、高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料。8在現(xiàn)代在現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品機(jī)械產(chǎn)品的制造過程中，一般是應(yīng)用的制造過程中，一般是應(yīng)用材料成材料成形的方法形的方法將將材料制成材料制成毛坯毛坯，再經(jīng)過再經(jīng)過機(jī)械加工方法機(jī)械加工方法制制成所需的成所需的零件零件。9從從材料材料到到毛坯，毛坯，再由再由毛坯毛坯到到零件零件的工藝過程的工藝過程是貫穿是貫穿機(jī)械制造過程機(jī)械制造過程中的一條主線中的一條主線，它包含，它包含了了材料成形技術(shù)材料成形技術(shù)及及機(jī)械制造技術(shù)機(jī)械制造技術(shù)的的基本理論、基本理論、基本知識(shí)、基本方法基本知識(shí)、基本方法。對(duì)于一個(gè)合格的工程。對(duì)于一個(gè)合格的工程技術(shù)人員來說掌握這些知識(shí)，對(duì)所從事的

6、技術(shù)人員來說掌握這些知識(shí)，對(duì)所從事的工作是非常重要的。工作是非常重要的。10二二材料成形技術(shù)的發(fā)展史材料成形技術(shù)的發(fā)展史工藝工藝在人類使用材料之初，通過在人類使用材料之初，通過將天然材料石頭、陶土將天然材料石頭、陶土打制成石器和燒制成陶器打制成石器和燒制成陶器，就誕生了，就誕生了最原始的材料最原始的材料成形工藝成形工藝。隨著人們對(duì)金屬材料隨著人們對(duì)金屬材料(青銅、鋼鐵等青銅、鋼鐵等)的使用，相應(yīng)的使用，相應(yīng)地產(chǎn)生了地產(chǎn)生了鑄造、鍛造、焊接等金屬成形加工技術(shù)鑄造、鍛造、焊接等金屬成形加工技術(shù)。20世紀(jì)以后，隨著塑料和先進(jìn)陶瓷材料的出現(xiàn)，這世紀(jì)以后，隨著塑料和先進(jìn)陶瓷材料的出現(xiàn)，這些些非金屬材料的

7、成形工藝非金屬材料的成形工藝得到了迅速發(fā)展；得到了迅速發(fā)展；在跨人在跨人21世紀(jì)后的今天，已進(jìn)入了世紀(jì)后的今天，已進(jìn)入了各種人工設(shè)計(jì)、各種人工設(shè)計(jì)、人工合成的新型材料人工合成的新型材料層出不窮的新時(shí)代，各種與之層出不窮的新時(shí)代，各種與之相應(yīng)的相應(yīng)的先進(jìn)的成形工藝先進(jìn)的成形工藝也在不斷涌現(xiàn)并大顯身手。也在不斷涌現(xiàn)并大顯身手。 11材料成形工藝經(jīng)歷了從簡單的材料成形工藝經(jīng)歷了從簡單的手工操作手工操作到如今的到如今的復(fù)雜化復(fù)雜化、大型化大型化和和智能化智能化生產(chǎn)的發(fā)展過程。生產(chǎn)的發(fā)展過程。蒸汽蒸汽空氣錘、水壓機(jī)、模鍛壓力機(jī)、高速?zèng)_床空氣錘、水壓機(jī)、模鍛壓力機(jī)、高速?zèng)_床等設(shè)備的使用，使等設(shè)備的使用，使

8、金屬鍛壓工藝金屬鍛壓工藝徹底改變了傳統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)的的“手工打鐵手工打鐵”的落后方式，進(jìn)入到的落后方式，進(jìn)入到機(jī)械化現(xiàn)代化機(jī)械化現(xiàn)代化生產(chǎn)的行列生產(chǎn)的行列。1885年發(fā)現(xiàn)了年發(fā)現(xiàn)了氣體放電氣體放電電弧電弧作為作為電弧焊接電弧焊接的熱源的熱源，1886年發(fā)明了年發(fā)明了電阻焊電阻焊，從此，從此電焊便成為現(xiàn)代焊接電焊便成為現(xiàn)代焊接技術(shù)的主流技術(shù)的主流。1220世紀(jì)中期以后，隨著計(jì)算機(jī)、微電子、信息和世紀(jì)中期以后，隨著計(jì)算機(jī)、微電子、信息和自動(dòng)化技術(shù)的迅速融入，在涌現(xiàn)出一大批新型的自動(dòng)化技術(shù)的迅速融入，在涌現(xiàn)出一大批新型的成形技術(shù)的同時(shí)，成形技術(shù)的同時(shí)，材料成形加工生產(chǎn)已開始向著材料成形加工生產(chǎn)已開

9、始向著優(yōu)質(zhì)化、精密化、綠色化和柔性化優(yōu)質(zhì)化、精密化、綠色化和柔性化的方向發(fā)展的方向發(fā)展。1314板料成形板料成形Sheet-Metal Forming Processes1 1 應(yīng)用背景應(yīng)用背景15鑄造鑄造Casting焊接焊接Welding16鍛造鍛造Forging非金屬材料成形非金屬材料成形17u我國材料成形技術(shù)的發(fā)展歷史我國材料成形技術(shù)的發(fā)展歷史我國的材料成形技術(shù)具有悠久而輝煌的歷史我國的材料成形技術(shù)具有悠久而輝煌的歷史明朝大科學(xué)家明朝大科學(xué)家宋應(yīng)星宋應(yīng)星編著的編著的天工開物天工開物一書中，一書中，詳細(xì)論述了詳細(xì)論述了冶鐵、鑄鐘、鍛鐵、淬火冶鐵、鑄鐘、鍛鐵、淬火等各種金屬的等各種金屬的加

10、工方法。加工方法。 這部論著是世界上有這部論著是世界上有金屬材料成形及加工方法金屬材料成形及加工方法以以來來最早的科學(xué)論著最早的科學(xué)論著，充分反映了我國歷代勞動(dòng)人民，充分反映了我國歷代勞動(dòng)人民在材料成形及機(jī)械加工技術(shù)方面的卓越貢獻(xiàn)。在材料成形及機(jī)械加工技術(shù)方面的卓越貢獻(xiàn)。18我國的我國的冶鑄技術(shù)冶鑄技術(shù)至少有至少有4000年以上的悠久年以上的悠久歷史歷史，前，前2000年是青銅的天下。到商周時(shí)代，年是青銅的天下。到商周時(shí)代，冶鑄技術(shù)已達(dá)到很高水平，形成了燦爛的冶鑄技術(shù)已達(dá)到很高水平，形成了燦爛的青青銅文化銅文化。鑄造技術(shù)鑄造技術(shù)在我國源遠(yuǎn)流長，并有很高的水在我國源遠(yuǎn)流長，并有很高的水平平，形成

11、了聞名于世的以，形成了聞名于世的以泥范泥范( (砂型砂型) )、鐵范、鐵范( (金屬型金屬型) )和和失蠟鑄造失蠟鑄造為代表的中國古代為代表的中國古代三大三大鑄造技術(shù)鑄造技術(shù)。 1920商代青銅文化商代青銅文化司母戊鼎，司母戊鼎，19391939年安陽武年安陽武官村出土，高官村出土，高133133厘米，厘米，重重833833千克，是中國目前千克，是中國目前發(fā)現(xiàn)最重的青銅器。發(fā)現(xiàn)最重的青銅器。據(jù)估計(jì)，鑄造這樣大型青據(jù)估計(jì)，鑄造這樣大型青銅器，需銅器，需300300多人同時(shí)工多人同時(shí)工作。作。體積龐大，花紋精巧，造體積龐大，花紋精巧，造型精美型精美 2122饕餮紋鼎饕餮紋鼎232425我國的我國的

12、鍛鍛造技術(shù)造技術(shù)在在二三千年二三千年前已被成前已被成熟地應(yīng)用熟地應(yīng)用于生產(chǎn)工于生產(chǎn)工具和各類具和各類兵器的制兵器的制造上。造上。湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍swf26我國也是世界上應(yīng)用我國也是世界上應(yīng)用焊接技術(shù)焊接技術(shù)最早的國家最早的國家之一。之一。 河南輝縣戰(zhàn)國墓中的殉葬河南輝縣戰(zhàn)國墓中的殉葬銅器的銅器的耳耳和和足足就就是用是用鑄焊方法鑄焊方法與與本體連接本體連接的，比歐洲早了的，比歐洲早了2000多年。多年。27新中國成立以后，我國機(jī)械制造業(yè)得到了飛速發(fā)展，新中國成立以后，我國機(jī)械制造業(yè)得到了飛速發(fā)展，經(jīng)歷了由經(jīng)歷了由仿制仿制到到自行自行設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)、制造制造，從，

13、從生產(chǎn)生產(chǎn)普通機(jī)械普通機(jī)械到制造到制造精密和大型機(jī)械精密和大型機(jī)械，從生產(chǎn)，從生產(chǎn)單機(jī)單機(jī)到制造到制造成套設(shè)成套設(shè)備備的發(fā)展過程。的發(fā)展過程。20世紀(jì)世紀(jì)50年代，自行制造年代，自行制造汽車汽車、拖拉機(jī)拖拉機(jī)及及飛機(jī)飛機(jī)；60年代，制造年代，制造萬噸水壓機(jī)萬噸水壓機(jī)，和，和齒輪磨床齒輪磨床、坐標(biāo)鏜床坐標(biāo)鏜床等精密機(jī)床；等精密機(jī)床；70年代，制造年代，制造大型成套設(shè)備大型成套設(shè)備和萬噸級(jí)和萬噸級(jí)遠(yuǎn)洋巨輪遠(yuǎn)洋巨輪；直至直至90年代，為我國航天、原子能等工業(yè)領(lǐng)域提供年代，為我國航天、原子能等工業(yè)領(lǐng)域提供先進(jìn)的技術(shù)裝備等等。先進(jìn)的技術(shù)裝備等等。28我國成功地進(jìn)行了我國成功地進(jìn)行了耗用鋼水達(dá)耗用鋼水達(dá)4

14、90t的的軋鋼機(jī)機(jī)架軋鋼機(jī)機(jī)架和和長江三峽電站長江三峽電站巨型水輪機(jī)巨型水輪機(jī)的的巨型鑄件巨型鑄件的的鑄造鑄造，鍛造鍛造了了196t汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子；采用采用鑄一焊鑄一焊組合方法組合方法制造了制造了12000t水壓機(jī)的立柱水壓機(jī)的立柱（高（高18m）、底座和橫梁等）、底座和橫梁等大型零、部件大型零、部件；我國已成功地生產(chǎn)出了用于我國已成功地生產(chǎn)出了用于鍛造鍛造大型鍛件的大型鍛件的12000t水壓機(jī)水壓機(jī)；解決了解決了30萬噸級(jí)萬噸級(jí)遠(yuǎn)洋油輪遠(yuǎn)洋油輪船體船體的的焊接技術(shù)焊接技術(shù)；CAD/CAE/CAM等計(jì)算機(jī)技術(shù)及機(jī)器人技術(shù)在材料等計(jì)算機(jī)技術(shù)及機(jī)器人技術(shù)在材料成形技術(shù)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，

15、成形技術(shù)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，粉末冶金、高粉末冶金、高分子、陶瓷、復(fù)合材料制品分子、陶瓷、復(fù)合材料制品的應(yīng)用也日益擴(kuò)大等等。的應(yīng)用也日益擴(kuò)大等等。29550 MW水輪機(jī)組鑄件水輪機(jī)組鑄件三峽三峽700MW700MW機(jī)組提供的上冠、下環(huán)和全套葉片組成的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪體正在東電重金工分廠精加工。機(jī)組提供的上冠、下環(huán)和全套葉片組成的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪體正在東電重金工分廠精加工。30313233三三 材料成形技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的地材料成形技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位位 3435毛毛坯坯零零件件切削切削加工加工裝配裝配液態(tài)成形（液態(tài)成形（鑄造鑄造） 塑性成形（塑性成形（壓力壓力 加工加工）連接成形連接成形（焊接）（焊接）

16、熱處理熱處理型型材材鑄鑄錠錠生生鐵鐵礦礦石石冶冶煉煉形狀、形狀、尺寸、尺寸、性能性能煉鋼煉鋼 塑性成形塑性成形（壓力加工壓力加工）塑性成形塑性成形（壓力加工壓力加工）切削加工切削加工機(jī)器零件的基本生產(chǎn)工藝過程及工藝學(xué)機(jī)器零件的基本生產(chǎn)工藝過程及工藝學(xué)四四 本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容3637增壓柴油機(jī)曲軸增壓柴油機(jī)曲軸3839學(xué)習(xí)目的及要求學(xué)習(xí)目的及要求（1）掌握掌握各種各種熱加工方法熱加工方法的的基本原理、工藝特點(diǎn)基本原理、工藝特點(diǎn)和和應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合，了解了解各種常用的各種常用的成形設(shè)備成形設(shè)備的的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和和用途用途，具有具有進(jìn)行進(jìn)行材料熱加工工藝分析和合理選擇毛坯（或材料熱加工工藝

17、分析和合理選擇毛坯（或零件）成形方法的初步能力零件）成形方法的初步能力。（2）具有綜合運(yùn)用工藝知識(shí)，）具有綜合運(yùn)用工藝知識(shí)，分析零件結(jié)構(gòu)工藝性分析零件結(jié)構(gòu)工藝性的初步能力的初步能力。（3）了解與材料成形技術(shù)有關(guān)的新材料、新工藝及）了解與材料成形技術(shù)有關(guān)的新材料、新工藝及其發(fā)展趨勢(shì)。其發(fā)展趨勢(shì)。（即（即 學(xué)會(huì)學(xué)會(huì)“五選五選”：材料、毛坯、工藝方法、熱處理、材料、毛坯、工藝方法、熱處理、結(jié)構(gòu)工藝性）結(jié)構(gòu)工藝性）40抓住一主線：抓住一主線：成形原理成形原理成形方法（工藝）及應(yīng)用成形方法（工藝）及應(yīng)用成形工成形工藝過程設(shè)計(jì)藝過程設(shè)計(jì)成形件的結(jié)構(gòu)工藝性成形件的結(jié)構(gòu)工藝性l學(xué)習(xí)方法：學(xué)習(xí)方法：41工藝、工

18、藝過程、工藝學(xué)的定義工藝、工藝過程、工藝學(xué)的定義工藝工藝-將原料或半成品加工成產(chǎn)品的方法、將原料或半成品加工成產(chǎn)品的方法、技術(shù)等。技術(shù)等。工藝過程工藝過程-將原料或半成品加工成產(chǎn)品的將原料或半成品加工成產(chǎn)品的過程。過程。工藝學(xué)工藝學(xué)-研究工藝過程的科學(xué)。諸如機(jī)械研究工藝過程的科學(xué)。諸如機(jī)械制造工藝學(xué)（包括：鑄造工藝學(xué)、鍛造工制造工藝學(xué)（包括：鑄造工藝學(xué)、鍛造工藝學(xué)、焊接工藝學(xué)，機(jī)械加工工藝學(xué)）。藝學(xué)、焊接工藝學(xué)，機(jī)械加工工藝學(xué)）。42材料成形技術(shù)基礎(chǔ)材料成形技術(shù)基礎(chǔ)主要學(xué)習(xí)內(nèi)容主要學(xué)習(xí)內(nèi)容鑄造鑄造 ( (液態(tài)成型）液態(tài)成型）鍛壓（塑性成型）鍛壓（塑性成型） 焊接焊接 （鏈接成型）（鏈接成型）非

19、金屬材料成形非金屬材料成形粉末冶金粉末冶金 材料成形工藝的選擇材料成形工藝的選擇4344 鑄鑄 造造工藝基礎(chǔ)工藝基礎(chǔ) 鑄件生產(chǎn)鑄件生產(chǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鑄造工藝鑄造工藝 1234NoImageNoImage工藝性能45第一章第一章 鑄造成形工藝?yán)龛T造成形工藝?yán)碚摶A(chǔ)論基礎(chǔ)l鑄造成形工藝的特點(diǎn)和分類鑄造成形工藝的特點(diǎn)和分類l合金的鑄造性能合金的鑄造性能 46q 定義：定義：鑄造（鑄造（casting）是指將熔融態(tài)的金屬（或合金）是指將熔融態(tài)的金屬（或合金）澆注于特定型腔的鑄型中，冷卻凝固后獲得毛坯或零件的成形澆注于特定型腔的鑄型中，冷卻凝固后獲得毛坯或零件的成形工藝。工藝。q 鑄造的基本過程：鑄

20、造的基本過程：第一節(jié)第一節(jié) 鑄造成形工藝的特點(diǎn)和分類鑄造成形工藝的特點(diǎn)和分類475/16/2009 4:28 PM 砂型鑄造過程砂型鑄造過程（3 3）合金的澆注；）合金的澆注；（4 4）鑄件的清理；）鑄件的清理；（5 5）鑄件的檢驗(yàn)）鑄件的檢驗(yàn)48金屬液態(tài)成形金屬液態(tài)成形在機(jī)械制造業(yè)中占有重要的地位。它在機(jī)械制造業(yè)中占有重要的地位。它是是制造毛坯、零件的重要方法之一制造毛坯、零件的重要方法之一。就重量而論，就重量而論，鑄件鑄件在一般機(jī)械設(shè)備中占在一般機(jī)械設(shè)備中占4590，在金屬切削機(jī)床中占在金屬切削機(jī)床中占7080%，在汽車及農(nóng)業(yè)機(jī)械中占在汽車及農(nóng)業(yè)機(jī)械中占40%70。49一、鑄造工藝特點(diǎn)一、

21、鑄造工藝特點(diǎn) （1 1）適應(yīng)性廣適應(yīng)性廣。既可用于既可用于單件單件、小批小批生產(chǎn)，也可用于生產(chǎn)，也可用于成批、大量成批、大量生生產(chǎn)；產(chǎn)；適應(yīng)適應(yīng)鑄鐵，碳鋼，有色金屬鑄鐵，碳鋼，有色金屬等等材料材料；鑄件大小，形狀和重量幾乎不受限制鑄件大小，形狀和重量幾乎不受限制：壁厚幾：壁厚幾mm到幾到幾m，質(zhì)量零質(zhì)量零點(diǎn)幾克點(diǎn)幾克到到數(shù)百噸數(shù)百噸（三峽的水輪機(jī)葉（三峽的水輪機(jī)葉輪重達(dá)輪重達(dá)430T）。）。 材料能熔便可鑄材料能熔便可鑄50一、鑄造工藝特點(diǎn)一、鑄造工藝特點(diǎn)（2 2）可復(fù)雜成形可復(fù)雜成形。 適合形狀復(fù)雜，尤其是適合形狀復(fù)雜，尤其是有復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯或零件有復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯或零件。如如箱體、床身、機(jī)架

22、、車輪、閻體、泵體、葉輪、箱體、床身、機(jī)架、車輪、閻體、泵體、葉輪、汽缸體、螺旋槳等汽缸體、螺旋槳等。（3 3）成本較低成本較低。 可直接利用成本低廉的廢機(jī)件和切屑，設(shè)備費(fèi)用可直接利用成本低廉的廢機(jī)件和切屑，設(shè)備費(fèi)用較低；較低；51 2007 金工教研室機(jī)械制造基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ)現(xiàn)代作品：發(fā)動(dòng)機(jī)缸體現(xiàn)代作品：發(fā)動(dòng)機(jī)缸體52 2007 金工教研室機(jī)械制造基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ)本講內(nèi)容本講內(nèi)容 鑄造工藝基礎(chǔ) 常見鑄造合金 砂型鑄造 特種鑄造 鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性 機(jī)械制造基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ)復(fù)雜零件復(fù)雜零件5354 5556（4）但也存在一些）但也存在一些不足不足：工藝過程難以控制工藝過程難以控制，鑄鑄件易產(chǎn)生件

23、易產(chǎn)生組織缺陷組織缺陷，力學(xué)性能偏低力學(xué)性能偏低，質(zhì)量不穩(wěn)定，質(zhì)量不穩(wěn)定，工作環(huán)境較差工作環(huán)境較差。組織缺陷：組織缺陷：鑄件內(nèi)部常有鑄件內(nèi)部常有縮孔、縮松、氣孔縮孔、縮松、氣孔等缺等缺陷產(chǎn)生，導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能，特別是沖擊性能較陷產(chǎn)生，導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能，特別是沖擊性能較低低.鑄件多數(shù)做為鑄件多數(shù)做為毛坯毛坯用。用。污染環(huán)境污染環(huán)境：鑄造生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生鑄造生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生粉塵、有害氣體和噪粉塵、有害氣體和噪聲聲對(duì)環(huán)境的污染，比起其他機(jī)械制造工藝來更為對(duì)環(huán)境的污染，比起其他機(jī)械制造工藝來更為嚴(yán)重，需要采取措施進(jìn)行控制。嚴(yán)重，需要采取措施進(jìn)行控制。57鑄件的生產(chǎn)工藝方法按鑄件的生產(chǎn)工藝方法按充型條件充型條件的不

24、同，可分為：的不同，可分為：重力鑄造、壓力鑄造、離心鑄造等。重力鑄造、壓力鑄造、離心鑄造等。傳統(tǒng)上，將有別于傳統(tǒng)上，將有別于砂型鑄造砂型鑄造工藝的其他鑄造方法統(tǒng)工藝的其他鑄造方法統(tǒng)稱為稱為“特種鑄造特種鑄造”。砂型鑄造應(yīng)用最為廣泛，世界各國用砂型鑄造生產(chǎn)砂型鑄造應(yīng)用最為廣泛，世界各國用砂型鑄造生產(chǎn)的鑄件占鑄件總產(chǎn)量的的鑄件占鑄件總產(chǎn)量的90以上。砂型鑄造可分為以上。砂型鑄造可分為手工造型和機(jī)器造型兩種，手工造型和機(jī)器造型兩種，其工藝流程如圖其工藝流程如圖1所示。所示。二、鑄件成形工藝分類二、鑄件成形工藝分類按照按照形成鑄件的鑄型形成鑄件的鑄型分可分為：分可分為：砂型鑄造、金屬型鑄造、熔模鑄造、

25、殼型鑄造、陶瓷砂型鑄造、金屬型鑄造、熔模鑄造、殼型鑄造、陶瓷型鑄造、消失模鑄造、磁型鑄造等。型鑄造、消失模鑄造、磁型鑄造等。58合金的鑄造性能合金的鑄造性能: : 充型能力充型能力收縮性收縮性吸氣性吸氣性 第二節(jié)第二節(jié) 合金的鑄造性能合金的鑄造性能 l合金的鑄造性能合金的鑄造性能是指在鑄造過程中獲得是指在鑄造過程中獲得尺寸精確尺寸精確、結(jié)構(gòu)完整的鑄件結(jié)構(gòu)完整的鑄件的能力。即獲得的能力。即獲得優(yōu)質(zhì)鑄件優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。的能力。p合金合金鑄造性能鑄造性能是選擇是選擇鑄造金屬材料鑄造金屬材料，確定鑄，確定鑄件的件的鑄造工藝方案鑄造工藝方案及進(jìn)及進(jìn)行鑄件行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。的依據(jù)。鑄造性能鑄造

26、性能對(duì)獲得合格的鑄件有很大的影響。對(duì)獲得合格的鑄件有很大的影響。59一、合金的充型能力一、合金的充型能力充型能力：充型能力：熔融合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完熔融合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力整、輪廓清晰鑄件的能力。 在液態(tài)合金充型過程中，一般在液態(tài)合金充型過程中，一般伴隨結(jié)晶現(xiàn)象伴隨結(jié)晶現(xiàn)象，若充型能，若充型能力不足時(shí)，在型腔被填滿之前，力不足時(shí)，在型腔被填滿之前，形成的晶粒將充型的通道堵形成的晶粒將充型的通道堵塞，金屬液被迫停止流動(dòng)塞，金屬液被迫停止流動(dòng)，于是鑄件將產(chǎn)生，于是鑄件將產(chǎn)生澆不足澆不足或或冷隔冷隔等等缺陷。缺陷。 澆不足澆不足使鑄件未能獲得完整的形狀；使鑄件未

27、能獲得完整的形狀； 冷隔冷隔，鑄件雖可獲得完整的外形，鑄件雖可獲得完整的外形，但因但因存有存有未完全熔合未完全熔合的垂直的垂直接縫接縫，鑄件的力學(xué)性能嚴(yán)重受損鑄件的力學(xué)性能嚴(yán)重受損。60swf61 充型能力對(duì)鑄件質(zhì)量的影響充型能力對(duì)鑄件質(zhì)量的影響 液態(tài)合金的液態(tài)合金的充型能力強(qiáng)充型能力強(qiáng)，則容易獲得，則容易獲得薄壁而復(fù)雜的薄壁而復(fù)雜的鑄件鑄件，不易出現(xiàn)輪廓不清、不易出現(xiàn)輪廓不清、澆不足或冷隔澆不足或冷隔等缺陷等缺陷； 液態(tài)合金的液態(tài)合金的充型能力強(qiáng)充型能力強(qiáng)，有利于金屬液中，有利于金屬液中氣體和非氣體和非金屬夾雜物金屬夾雜物的的上浮、排出，上浮、排出，減小氣孔、夾渣減小氣孔、夾渣等缺陷；等缺陷

28、； 液態(tài)合金的液態(tài)合金的充型能力強(qiáng)充型能力強(qiáng)，能夠，能夠 提高提高補(bǔ)縮能力補(bǔ)縮能力，減減少產(chǎn)生縮孔、縮松少產(chǎn)生縮孔、縮松的傾向性。的傾向性。62影響合金充型能力的主要因素：影響合金充型能力的主要因素：合金的流動(dòng)性合金的流動(dòng)性（與合金種類、合金的化學(xué)成分、（與合金種類、合金的化學(xué)成分、溫度、雜氣量等有關(guān)）溫度、雜氣量等有關(guān)） 澆注條件澆注條件（溫度、壓力）（溫度、壓力） 鑄型條件鑄型條件（鑄型的蓄熱能力、鑄型溫度、鑄型中（鑄型的蓄熱能力、鑄型溫度、鑄型中的氣體、鑄件結(jié)構(gòu)）的氣體、鑄件結(jié)構(gòu)）631、合金的流動(dòng)性、合金的流動(dòng)性流動(dòng)性定義（流動(dòng)性定義（flowability） ： 流動(dòng)性是指液態(tài)合金的

29、流動(dòng)能力。流動(dòng)性是指液態(tài)合金的流動(dòng)能力。這種能力體現(xiàn)在這種能力體現(xiàn)在2 2個(gè)方面：個(gè)方面：（1 1）充滿型腔；）充滿型腔；（2 2）形成符合要求的優(yōu)質(zhì)鑄件。）形成符合要求的優(yōu)質(zhì)鑄件。 如果流動(dòng)性不好，就不能充滿型腔，就不能形成符合如果流動(dòng)性不好，就不能充滿型腔，就不能形成符合要求的優(yōu)質(zhì)鑄件。要求的優(yōu)質(zhì)鑄件。 不同的合金具有不同的流動(dòng)性特點(diǎn)不同的合金具有不同的流動(dòng)性特點(diǎn)。在。在進(jìn)行進(jìn)行鑄件設(shè)計(jì)和鑄造工藝制定鑄件設(shè)計(jì)和鑄造工藝制定時(shí)，必須考慮合金流動(dòng)性。那時(shí)，必須考慮合金流動(dòng)性。那么，么，我們?cè)鯓雍饬亢辖鸬牧鲃?dòng)性呢我們?cè)鯓雍饬亢辖鸬牧鲃?dòng)性呢？64圖圖1-1-1 1 螺旋型試樣螺旋型試樣在相同的澆注

30、工藝條件在相同的澆注工藝條件下，將金屬液澆入鑄型下，將金屬液澆入鑄型中，測(cè)出其中，測(cè)出其實(shí)際螺旋線實(shí)際螺旋線長度長度。澆出的試樣愈長。澆出的試樣愈長，合金的流動(dòng)性愈好！，合金的流動(dòng)性愈好！螺螺旋旋形形流流動(dòng)動(dòng)性性試試樣樣 l測(cè)定方法測(cè)定方法65合金種類合金種類 鑄型種類鑄型種類 澆注溫度澆注溫度/ 螺旋線長度螺旋線長度/ 鑄鐵鑄鐵 wC+Si=6.2% wC+Si=5.9% wC+Si=5.2% wC+Si=4.2% 砂型砂型 砂型砂型 砂型砂型 砂型砂型 1300 1300 1300 1300 1800 1300 1000 600 鑄鋼鑄鋼 wC=0.4% 鋁合金鋁合金鎂合金（含鎂合金（含A

31、l和和Zn） 錫青銅（錫青銅（wSn10%，wZn2%） 硅黃銅（硅黃銅（wSi=1.5%4.5%） 砂型砂型 砂型砂型 金屬型金屬型（300） 砂型砂型 砂型砂型砂型砂型 1600 1640 680720 700 1040 1100 100 200 700800 400600 420 1000 表表1-1 常用合金的流動(dòng)性（砂型，試樣截面常用合金的流動(dòng)性（砂型，試樣截面88）66l灰鑄鐵、硅黃銅的流動(dòng)性較好；灰鑄鐵、硅黃銅的流動(dòng)性較好；l鑄鋼較差；鑄鋼較差；l鋁合金居中。鋁合金居中。液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力。液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力。流動(dòng)性流動(dòng)性充型能力充型能力易薄壁復(fù)雜鑄件易薄壁復(fù)雜鑄件氣孔、

32、氣孔、夾渣、縮孔夾渣、縮孔影響合金流動(dòng)性的主要因素：影響合金流動(dòng)性的主要因素： 合金的成分合金的成分與與鑄件的凝固方式鑄件的凝固方式 u不同成分合金的結(jié)晶特性示意圖見圖不同成分合金的結(jié)晶特性示意圖見圖1-267含碳量含碳量溫度，溫度，T碳鋼碳鋼鑄鐵鑄鐵68圖圖1-2 1-2 不同成分合金的結(jié)晶特性不同成分合金的結(jié)晶特性 在鑄件凝固過程在鑄件凝固過程中，鑄件斷面上存在中，鑄件斷面上存在三個(gè)區(qū)域，即三個(gè)區(qū)域，即固相區(qū)、固相區(qū)、凝固區(qū)凝固區(qū)和和液相區(qū)液相區(qū)。其。其中中凝固區(qū)凝固區(qū)對(duì)鑄件質(zhì)量對(duì)鑄件質(zhì)量有較大影響有較大影響。 鑄件的鑄件的凝固方式凝固方式也也可根據(jù)可根據(jù)凝固區(qū)的寬窄凝固區(qū)的寬窄來劃分，如

33、圖來劃分，如圖1-2。液態(tài)金屬的凝固液態(tài)金屬的凝固69a鑄件的凝固方式鑄件的凝固方式 純金屬、共晶類合金及窄結(jié)晶溫度范圍的合金純金屬、共晶類合金及窄結(jié)晶溫度范圍的合金，在恒溫下以，在恒溫下以共共晶團(tuán)晶團(tuán)進(jìn)行結(jié)晶，結(jié)晶時(shí)從進(jìn)行結(jié)晶，結(jié)晶時(shí)從表層開始向中心逐層凝固表層開始向中心逐層凝固。緊靠鑄型。緊靠鑄型壁的外層合金，一旦冷卻至凝固點(diǎn)或共晶點(diǎn)溫度時(shí)，即凝固成壁的外層合金，一旦冷卻至凝固點(diǎn)或共晶點(diǎn)溫度時(shí)，即凝固成固態(tài)晶體固態(tài)晶體；而處于上述溫度以上的里層合金，仍為液態(tài)。；而處于上述溫度以上的里層合金，仍為液態(tài)。固相線成分成分溫度溫度表層表層中心中心T鑄件液固1. 1. 逐層凝固逐層凝固: :70特征

34、特征 l如灰口鑄鐵、硅黃銅及低碳鋼等如灰口鑄鐵、硅黃銅及低碳鋼等固固液界面分明、平滑，不存在液界面分明、平滑，不存在固液交錯(cuò)固液交錯(cuò)，凝固前沿，凝固前沿比較平滑，對(duì)金屬的流動(dòng)阻力小，因而充型能力強(qiáng)比較平滑，對(duì)金屬的流動(dòng)阻力小，因而充型能力強(qiáng)。712. 2. 糊狀凝固糊狀凝固結(jié)晶溫度范圍很寬的合金的結(jié)晶溫度范圍很寬的合金的一旦冷卻至液相線溫度時(shí)，結(jié)晶出一旦冷卻至液相線溫度時(shí)，結(jié)晶出的的第一批晶粒即被周圍剩余的液體合金所包圍第一批晶粒即被周圍剩余的液體合金所包圍，溫度繼續(xù)下降，溫度繼續(xù)下降，新形成的另一批晶粒又被液體合金包圍，新形成的另一批晶粒又被液體合金包圍，枝晶枝晶與液體合金互相與液體合金互相

35、交錯(cuò)交錯(cuò)充斥整個(gè)斷面，充斥整個(gè)斷面，固、液交錯(cuò)固、液交錯(cuò)。成分成分溫度溫度c表層表層中心中心T鑄件鑄件固相線液相線液相線72 這種凝固方式猶如水泥凝固，先呈糊狀而后固化，這種凝固方式猶如水泥凝固，先呈糊狀而后固化，凝固前沿粗糙，對(duì)金屬流動(dòng)的阻力大凝固前沿粗糙，對(duì)金屬流動(dòng)的阻力大，因而，因而充型能充型能力差力差，容易產(chǎn)生鑄造缺陷。，容易產(chǎn)生鑄造缺陷。特征特征 l遠(yuǎn)離共晶點(diǎn)成分的合金，如錫青銅、球墨鑄鐵及遠(yuǎn)離共晶點(diǎn)成分的合金，如錫青銅、球墨鑄鐵及高碳鋼等高碳鋼等 73 3. 中間凝固中間凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間，大多數(shù)合金為此凝介于逐層凝固和糊狀凝固之間，大多數(shù)合金為此凝固方式。固方式。b溫

36、度溫度成分成分表層表層中心中心ST鑄件溫度固相線液相線液相線中碳鋼、白口鐵以及部分特種黃銅等，傾向于中間凝中碳鋼、白口鐵以及部分特種黃銅等，傾向于中間凝固方式。固方式。 74 鑄件的凝固方式鑄件的凝固方式75（2 2）鑄件的溫度梯度）鑄件的溫度梯度在合金結(jié)晶溫度范圍已定的前提下，在合金結(jié)晶溫度范圍已定的前提下，凝固區(qū)域的寬窄取決與鑄凝固區(qū)域的寬窄取決與鑄件內(nèi)外層之間的溫度差。件內(nèi)外層之間的溫度差。若鑄件內(nèi)外層之間的若鑄件內(nèi)外層之間的溫度差由小變大，溫度差由小變大，則其對(duì)應(yīng)的凝固區(qū)則其對(duì)應(yīng)的凝固區(qū)由寬變窄由寬變窄 。 S1表層中心St鑄件溫度成分溫度T1T2（1 1）合金的結(jié)晶溫度范圍）合金的結(jié)

37、晶溫度范圍合金的結(jié)晶溫度范圍愈小，凝固區(qū)域愈窄，愈傾向于合金的結(jié)晶溫度范圍愈小，凝固區(qū)域愈窄，愈傾向于逐層凝逐層凝固固 。 影響鑄件凝固方式的主要因素影響鑄件凝固方式的主要因素 ：l金屬的凝固溫度范圍越大，樹枝金屬的凝固溫度范圍越大，樹枝晶越發(fā)達(dá)，其流動(dòng)性越差。晶越發(fā)達(dá)，其流動(dòng)性越差。76如何提高合金的流動(dòng)性如何提高合金的流動(dòng)性提高流動(dòng)性：提高流動(dòng)性：形成形成低熔點(diǎn)化合物低熔點(diǎn)化合物且且 降低降低金屬粘稠金屬粘稠度度的的成分成分均有助于提高流動(dòng)性。均有助于提高流動(dòng)性。磷：磷：鐵液的凝固溫度和粘度鐵液的凝固溫度和粘度流動(dòng)性；流動(dòng)性； 鑄鐵的冷脆性；鑄鐵的冷脆性；硫：硫：形成懸浮于鐵液中的形成懸浮

38、于鐵液中的MnS質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)(高熔點(diǎn)），增高熔點(diǎn)），增加內(nèi)摩擦加內(nèi)摩擦鐵液的粘度鐵液的粘度 流動(dòng)性。流動(dòng)性。77v純金屬、共晶類合金及結(jié)晶溫度范圍窄的合金：純金屬、共晶類合金及結(jié)晶溫度范圍窄的合金：只存在固、液兩相區(qū)只存在固、液兩相區(qū)v結(jié)晶溫度范圍大的合金：結(jié)晶溫度范圍大的合金：存在固相區(qū)、凝固存在固相區(qū)、凝固( (固固- -液兩相液兩相) )區(qū)和液相區(qū)。區(qū)和液相區(qū)。 在相同的澆注溫度下，共晶成分合金凝固溫在相同的澆注溫度下，共晶成分合金凝固溫度最低，即液態(tài)金屬的過熱度較大，推遲了液度最低，即液態(tài)金屬的過熱度較大，推遲了液態(tài)金屬的凝固，所以從流動(dòng)性考慮，宜態(tài)金屬的凝固，所以從流動(dòng)性考慮，宜選用共選

39、用共晶成分或窄結(jié)晶溫度范圍的合金作為晶成分或窄結(jié)晶溫度范圍的合金作為鑄造合金鑄造合金。782. 澆注條件澆注條件 澆注溫度澆注溫度粘度粘度、過熱度過熱度蓄熱多蓄熱多保溫時(shí)保溫時(shí)間間 流動(dòng)性流動(dòng)性。一般要求比它的液相線溫度高，即存在過熱度，推遲它的一般要求比它的液相線溫度高，即存在過熱度，推遲它的凝固時(shí)間，以保持良好的流動(dòng)性。凝固時(shí)間，以保持良好的流動(dòng)性。（1 1）澆注溫度）澆注溫度指的是澆注時(shí)熔融合金的溫度。指的是澆注時(shí)熔融合金的溫度。對(duì)于薄壁鑄件或?qū)τ诒”阼T件或 流動(dòng)性差的合金，利用提高澆注流動(dòng)性差的合金，利用提高澆注溫度以改善充型能力的措施。溫度以改善充型能力的措施。過熱度過熱度=澆注溫度

40、澆注溫度凝固溫度凝固溫度79澆注溫度澆注溫度 金屬的收縮金屬的收縮吸氣吸氣氧化氧化縮孔、縮孔、縮松、氣孔和粘砂縮松、氣孔和粘砂。充型能力足夠時(shí)澆注溫度應(yīng)盡可能低。充型能力足夠時(shí)澆注溫度應(yīng)盡可能低。每種合金有自己的合理澆注溫度范圍：每種合金有自己的合理澆注溫度范圍： 鑄鋼鑄鋼1520 1620； 鑄鐵鑄鐵1230 1450； 鋁合金鋁合金680 78080（2）澆注壓力）澆注壓力采用方法：采用方法： 增加直澆道高度、壓力增加直澆道高度、壓力鑄造、離心鑄造鑄造、離心鑄造 來提來提高高澆注壓力。澆注壓力。澆注壓力澆注壓力合金的流動(dòng)性合金的流動(dòng)性。金屬液體在流動(dòng)方向上所受的金屬液體在流動(dòng)方向上所受的壓

41、力越大壓力越大，則，則流速越大流速越大，充型充型能力就越好能力就越好。但充型壓力過大，會(huì)產(chǎn)生金屬飛濺或因但充型壓力過大，會(huì)產(chǎn)生金屬飛濺或因?yàn)闅怏w排出不及時(shí)而產(chǎn)生氣孔等缺陷。為氣體排出不及時(shí)而產(chǎn)生氣孔等缺陷。813. 鑄型填充條件鑄型填充條件（1）鑄型導(dǎo)熱能力）鑄型導(dǎo)熱能力l 鑄型材料鑄型材料 導(dǎo)熱系數(shù)大，比熱大導(dǎo)熱系數(shù)大，比熱大 金屬液冷卻快金屬液冷卻快鑄件的溫鑄件的溫度梯度度梯度 凝固區(qū)變寬凝固區(qū)變寬充型能力充型能力l 鑄型溫度鑄型溫度 溫度溫度 金屬液冷卻慢金屬液冷卻慢充型能力充型能力干砂干砂型鑄型（加熱）型鑄型（加熱） 合金的流動(dòng)性合金的流動(dòng)性 金屬型鑄型金屬型鑄型 導(dǎo)熱能力導(dǎo)熱能力 合

42、金的流動(dòng)性合金的流動(dòng)性823. 鑄型填充條件鑄型填充條件l 鑄型結(jié)構(gòu)鑄型結(jié)構(gòu) 當(dāng)鑄件當(dāng)鑄件壁厚過小壁厚過小，壁厚急劇變化壁厚急劇變化，鑄型，鑄型型腔狹窄型腔狹窄、結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及有以及有大的水平大的水平面面等或等或鑄型材料發(fā)氣量大鑄型材料發(fā)氣量大時(shí)時(shí)型腔內(nèi)氣體型腔內(nèi)氣體（如排氣不暢）（如排氣不暢）金屬液流動(dòng)阻金屬液流動(dòng)阻力力合金的流動(dòng)性合金的流動(dòng)性。（2）鑄型的阻力）鑄型的阻力鑄型的排氣能力鑄型的排氣能力 鑄型的排氣能力差鑄型的排氣能力差氣體不易排出氣體不易排出 阻礙液態(tài)合金阻礙液態(tài)合金的充型的充型 所以鑄型具有良好透氣性，并在所以鑄型具有良好透氣性，并在最高處設(shè)出氣口最高處設(shè)出氣口。83

43、二、合金的收縮性二、合金的收縮性1. 合金收縮的概念合金收縮的概念合金在澆注、凝固直至冷卻到室溫的過程中體積合金在澆注、凝固直至冷卻到室溫的過程中體積或尺寸縮減的現(xiàn)象稱為或尺寸縮減的現(xiàn)象稱為收縮。收縮。合金的收縮（控制不好）合金的收縮（控制不好）縮孔、縮松、變形、裂紋?？s孔、縮松、變形、裂紋。收縮是多種鑄造缺陷的根源收縮是多種鑄造缺陷的根源: : 84l合金在澆注、凝固直至冷卻到室溫的合金在澆注、凝固直至冷卻到室溫的收縮過程收縮過程有有三個(gè)階段三個(gè)階段：溫度溫度成分成分T澆澆T凝凝T固固澆澆凝凝固固液態(tài)收縮液態(tài)收縮 液液 從澆注溫度（從澆注溫度（T澆澆）到凝固開始溫度（即液相線溫到凝固開始溫度

44、（即液相線溫度度T液液）間的收縮。）間的收縮。凝固收縮凝固收縮 凝凝 從凝固開始溫度從凝固開始溫度（ T凝凝）到凝固終止溫度（即固）到凝固終止溫度（即固相線溫度相線溫度T固固）間的收縮。）間的收縮。 固態(tài)收縮固態(tài)收縮 固固 從凝固終止溫度從凝固終止溫度（ T固固）到室溫）到室溫T室溫室溫間的收縮。間的收縮。85%100 鑄件鑄件鑄件鑄件鑄型鑄型VVVV 體收縮率：體收縮率：l液態(tài)收縮液態(tài)收縮和和凝固收縮凝固收縮 表現(xiàn)為鑄型空腔內(nèi)金屬液表現(xiàn)為鑄型空腔內(nèi)金屬液面的下降，引起液體鑄件面的下降，引起液體鑄件體積的變化體積的變化，故稱體積收，故稱體積收縮或縮或體收縮體收縮。l液態(tài)收縮和凝固收縮液態(tài)收縮和

45、凝固收縮 是鑄件產(chǎn)生是鑄件產(chǎn)生縮孔或縮松縮孔或縮松的的基本原因。基本原因。86l固態(tài)收縮固態(tài)收縮 是鑄件產(chǎn)生是鑄件產(chǎn)生鑄造應(yīng)力導(dǎo)致鑄件變形鑄造應(yīng)力導(dǎo)致鑄件變形，甚至產(chǎn)生甚至產(chǎn)生裂紋裂紋的主要原因。的主要原因。 固態(tài)收縮固態(tài)收縮 將引起鑄件外部形狀、尺寸發(fā)生變將引起鑄件外部形狀、尺寸發(fā)生變化尺寸的變化，故稱尺寸收縮或化尺寸的變化，故稱尺寸收縮或線收縮線收縮。%100 鑄鑄件件鑄鑄件件鑄鑄型型LLLL 線收縮率：線收縮率：合金的總收縮為上述三種收縮之和。合金的總收縮為上述三種收縮之和。872. 影響合金收縮的因素影響合金收縮的因素化學(xué)成分化學(xué)成分澆注溫度澆注溫度 鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條

46、件882. 影響合金收縮的因素影響合金收縮的因素化學(xué)成分化學(xué)成分不同成分合金的收縮率不同不同成分合金的收縮率不同 幾種鐵碳合金的收縮率幾種鐵碳合金的收縮率碳素鋼碳素鋼C 凝凝 固固 ； 灰鑄鐵灰鑄鐵C、Si 收縮率收縮率；S 收縮率收縮率 。89澆注溫度澆注溫度 為減小合金液態(tài)收縮及氧化吸氣，并且兼顧流動(dòng)性，澆注為減小合金液態(tài)收縮及氧化吸氣，并且兼顧流動(dòng)性，澆注溫度一般控制在高于液相線溫度溫度一般控制在高于液相線溫度50150。澆注溫度澆注溫度 T T過過 液液、總收縮率總收縮率。 90由于由于鑄件壁厚不均勻鑄件壁厚不均勻，各部分，各部分冷速不同冷速不同各部收各部收縮先后不一致縮先后不一致相互

47、制約相互制約對(duì)收縮產(chǎn)生阻力；對(duì)收縮產(chǎn)生阻力；鑄型和型芯鑄型和型芯收縮機(jī)械阻力收縮機(jī)械阻力實(shí)際收縮率比自由實(shí)際收縮率比自由收縮率小。收縮率小。 鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件l鑄件的鑄件的凝固收縮凝固收縮凝凝并非并非自由收縮自由收縮，而是，而是受阻收縮受阻收縮。其阻力來源于兩個(gè)方面其阻力來源于兩個(gè)方面: : 91(a)自由線收縮率為自由線收縮率為2.5%；(b)受阻較小的線收縮率為受阻較小的線收縮率為1.5%；(c)受阻較大的線收縮率為受阻較大的線收縮率為1.0%；(d)(d)受阻特別大的線收縮率為受阻特別大的線收縮率為0.5%0.5%。92 在設(shè)計(jì)和制造在設(shè)計(jì)和制造模樣模樣 時(shí)，不應(yīng)直接

48、采用合金時(shí)，不應(yīng)直接采用合金的線收縮率，的線收縮率，而應(yīng)根據(jù)合金種類和鑄件收縮而應(yīng)根據(jù)合金種類和鑄件收縮的受阻情況，采用實(shí)際的收縮率的受阻情況，采用實(shí)際的收縮率。933. 鑄件中的縮孔與縮松鑄件中的縮孔與縮松鑄件凝固結(jié)束后常常在某些部位出現(xiàn)孔鑄件凝固結(jié)束后常常在某些部位出現(xiàn)孔洞，洞，大而集中大而集中的孔洞稱為的孔洞稱為縮孔縮孔，細(xì)小而細(xì)小而分散分散的孔洞稱為的孔洞稱為縮松縮松。危害危害-縮孔和縮松會(huì)減小鑄件的有效縮孔和縮松會(huì)減小鑄件的有效承載面積，并在該處造成承載面積，并在該處造成應(yīng)力集中，從應(yīng)力集中，從而降低力學(xué)性能而降低力學(xué)性能。 對(duì)于要求對(duì)于要求氣密件氣密件，縮孔、縮松還會(huì)，縮孔、縮松還

49、會(huì)造造成滲漏而嚴(yán)重影響其氣密性成滲漏而嚴(yán)重影響其氣密性。所以，縮孔和縮松是很大的鑄造缺陷之一。所以，縮孔和縮松是很大的鑄造缺陷之一。94縮孔與縮松的形成縮孔與縮松的形成 由由液液、 凝凝 體積體積（得不到補(bǔ)充）（得不到補(bǔ)充） 最后凝固部最后凝固部分產(chǎn)生孔洞分產(chǎn)生孔洞形成集中孔洞（縮孔）。形成集中孔洞（縮孔）。縮孔的形成：縮孔的形成：演示演示95縮孔形成的條件縮孔形成的條件: : 金屬在恒溫或很小的溫度范圍內(nèi)金屬在恒溫或很小的溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，如純金屬、共晶成分的合金，結(jié)晶，如純金屬、共晶成分的合金，澆注后在型腔澆注后在型腔內(nèi)是由表及里的內(nèi)是由表及里的以逐層凝固方式進(jìn)行凝固。以逐層凝固方式進(jìn)行凝固

50、。 縮孔種類縮孔產(chǎn)生的基本原因縮孔產(chǎn)生的基本原因: : 合金的液態(tài)收縮和凝固合金的液態(tài)收縮和凝固收縮值收縮值遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于固態(tài)收縮固態(tài)收縮值。值。 縮孔與縮松的形成演示縮孔與縮松的形成演示96縮孔易出現(xiàn)的部位縮孔易出現(xiàn)的部位縮孔產(chǎn)生的部位縮孔產(chǎn)生的部位: : 一般在鑄件最后凝固區(qū)域，如壁的一般在鑄件最后凝固區(qū)域，如壁的上部或中心處，以及鑄件兩壁相交處，即熱節(jié)處。上部或中心處，以及鑄件兩壁相交處，即熱節(jié)處。97若在鑄件頂部設(shè)置冒口，縮孔將移至冒口。若在鑄件頂部設(shè)置冒口，縮孔將移至冒口。冒口冒口 ：鑄型中特設(shè)的空腔，鑄型中特設(shè)的空腔，用于儲(chǔ)備多余金屬液體以彌補(bǔ)用于儲(chǔ)備多余金屬液體以彌補(bǔ)收縮引起的金屬

51、液體不足。收縮引起的金屬液體不足。98縮松形成的條件縮松形成的條件: : 它主要出現(xiàn)在結(jié)晶溫度范圍寬、它主要出現(xiàn)在結(jié)晶溫度范圍寬、呈糊狀凝固方式的合金中，呈糊狀凝固方式的合金中，或斷面較大的鑄件壁中?；驍嗝孑^大的鑄件壁中。 縮松的形成縮松的形成樹枝狀晶體樹枝狀晶體分隔開的液分隔開的液體區(qū)難以得體區(qū)難以得到補(bǔ)縮所致。到補(bǔ)縮所致。動(dòng)畫動(dòng)畫99 縮松分為宏觀縮松和顯微縮松：縮松分為宏觀縮松和顯微縮松： 宏觀縮松用肉眼或放大鏡即可看到；宏觀縮松用肉眼或放大鏡即可看到； 顯微縮松用顯微鏡才能觀察到。顯微縮松用顯微鏡才能觀察到?？s松產(chǎn)生的部位縮松產(chǎn)生的部位: : 大多分布在鑄件大多分布在鑄件中心軸線處中心

52、軸線處、熱節(jié)處熱節(jié)處、冒冒口根部口根部、內(nèi)澆口附近內(nèi)澆口附近或或縮孔下方縮孔下方。圖圖1-6 鑄件縮松的形成過程鑄件縮松的形成過程100101 分布分布特征特征存在存在部位部位容積容積大小大小形狀形狀特征特征發(fā)生發(fā)生材料材料縮縮 孔孔集集 中中上部，上部，最后最后較大較大倒錐狀倒錐狀近共晶近共晶縮縮 松松分分 散散特殊特殊區(qū)域區(qū)域細(xì)小細(xì)小不規(guī)則不規(guī)則遠(yuǎn)共晶遠(yuǎn)共晶102縮孔縮松的形成規(guī)律縮孔縮松的形成規(guī)律1）合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大（如鑄鋼、白口）合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大（如鑄鋼、白口鐵等），鑄件越易鐵等），鑄件越易形成縮孔形成縮孔。2）合金的）合金的澆注溫度越高澆注溫度越高，液態(tài)收縮越

53、大，液態(tài)收縮越大，越易形成越易形成縮孔縮孔。3）結(jié)晶溫度范圍寬的合金結(jié)晶溫度范圍寬的合金，傾向于糊狀凝固，傾向于糊狀凝固，易形易形成縮松成縮松。（錫。（錫青銅等）青銅等）4）純金屬和共晶成分純金屬和共晶成分合金傾向于逐層凝固，易形成合金傾向于逐層凝固，易形成縮孔縮孔。103縮孔和縮松的防止縮孔和縮松的防止l判斷縮孔出現(xiàn)的方法判斷縮孔出現(xiàn)的方法等溫線法等溫線法 根據(jù)鑄件各部分的散根據(jù)鑄件各部分的散熱情況，把同時(shí)到達(dá)凝固溫?zé)崆闆r，把同時(shí)到達(dá)凝固溫度的各點(diǎn)連接成等溫線度的各點(diǎn)連接成等溫線 ，逐層向內(nèi)繪制，逐層向內(nèi)繪制，直到直到最窄的最窄的截面上的等溫線相互接觸為截面上的等溫線相互接觸為止止。這樣，就

54、可以確定鑄件。這樣，就可以確定鑄件最后凝固的部位，即縮孔和最后凝固的部位，即縮孔和縮松的位置?？s松的位置。104 在內(nèi)接圓直在內(nèi)接圓直 徑最大徑最大的部分的部分(稱為稱為“熱節(jié)熱節(jié)”)，有較，有較多的金屬積聚，往往最后凝固，容易產(chǎn)生縮孔和縮松。多的金屬積聚，往往最后凝固，容易產(chǎn)生縮孔和縮松。內(nèi)接圓法內(nèi)接圓法常用來確定鑄件上相交壁處的縮孔位置。常用來確定鑄件上相交壁處的縮孔位置。105縮孔和縮松的防止縮孔和縮松的防止定向（定向（順序）順序）凝固原則凝固原則原則原則合理布置內(nèi)澆道及確定澆鑄工藝。合理布置內(nèi)澆道及確定澆鑄工藝。方法方法合理應(yīng)用冒口、冷鐵和補(bǔ)貼等工合理應(yīng)用冒口、冷鐵和補(bǔ)貼等工藝措施。藝

55、措施。消除縮孔的方法消除縮孔的方法縮孔的防止縮孔的防止106 利用各種工藝措施，使鑄件從利用各種工藝措施，使鑄件從遠(yuǎn)離冒口的部分到冒口之遠(yuǎn)離冒口的部分到冒口之間建立一個(gè)遞增的溫度梯間建立一個(gè)遞增的溫度梯，凝固從，凝固從遠(yuǎn)離冒口的部分開始遠(yuǎn)離冒口的部分開始，逐，逐漸向冒口方向順序進(jìn)行，最后漸向冒口方向順序進(jìn)行，最后 是冒口本身凝固。這樣就能是冒口本身凝固。這樣就能實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)以厚補(bǔ)薄，使縮孔移至冒口，從而獲得致密的鑄件以厚補(bǔ)薄，使縮孔移至冒口，從而獲得致密的鑄件?？s孔和縮松的防止縮孔和縮松的防止“定向凝固定向凝固”原則：原則： 適用于收縮大或壁厚差別大，易適用于收縮大或壁厚差別大，易產(chǎn)生縮孔的合金鑄

56、件，如鑄鋼、高產(chǎn)生縮孔的合金鑄件，如鑄鋼、高強(qiáng)度灰鑄鐵、可鍛鑄鐵等。強(qiáng)度灰鑄鐵、可鍛鑄鐵等。107 在鑄件一些局部在鑄件一些局部厚大的部位上安放冷鐵厚大的部位上安放冷鐵 ，加快該，加快該處的冷卻，以便充分發(fā)揮冒口的補(bǔ)縮作用處的冷卻，以便充分發(fā)揮冒口的補(bǔ)縮作用冷鐵冷鐵Chill：型壁上外設(shè)的鐵塊，用于加快該處的冷卻速度。：型壁上外設(shè)的鐵塊，用于加快該處的冷卻速度。p冒口的設(shè)計(jì)：冒口的設(shè)計(jì)：應(yīng)將冒口安放在鑄件最厚和最高處，其尺寸要足夠大。應(yīng)將冒口安放在鑄件最厚和最高處，其尺寸要足夠大。 內(nèi)澆道的引入位置應(yīng)按照內(nèi)澆道的引入位置應(yīng)按照順序凝固順序凝固原則確定；原則確定；應(yīng)將應(yīng)將內(nèi)澆道開設(shè)在冒口上內(nèi)澆道

57、開設(shè)在冒口上，使充型的熾熱金屬液，使充型的熾熱金屬液首首先流經(jīng)冒口先流經(jīng)冒口。p內(nèi)澆道的設(shè)計(jì)：內(nèi)澆道的設(shè)計(jì)：p冷鐵的設(shè)計(jì)：冷鐵的設(shè)計(jì)：冒口和冷鐵設(shè)計(jì)冒口和冷鐵設(shè)計(jì)108定向凝固定向凝固directional freezing圖解圖解澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)Pouring system型腔型腔mould cavity冒口冒口Riser溫度溫度距離距離123縮孔縮孔定向凝固定向凝固動(dòng)畫動(dòng)畫109123冷鐵冷鐵Chill Chills are metallic objects, which are placed in the mould to increase the cooling rate of cas

58、tings to provide uniform or desired cooling rate.110解決縮孔的方法演示解決縮孔的方法演示 冒口和冷鐵冒口和冷鐵1 111冷鐵熱節(jié)112 盡量選擇凝固區(qū)域較窄的合金盡量選擇凝固區(qū)域較窄的合金，使合金傾向于，使合金傾向于逐層凝固；逐層凝固； 對(duì)凝固區(qū)域較寬的合金，可采用對(duì)凝固區(qū)域較寬的合金，可采用增大凝固的溫增大凝固的溫度梯度辦法度梯度辦法?？s松的防止縮松的防止 縮松的防止比縮孔困難，縮松的防止比縮孔困難，目前多采用在熱節(jié)處目前多采用在熱節(jié)處加冷鐵和加大結(jié)晶壓力的辦法加冷鐵和加大結(jié)晶壓力的辦法，減少金屬液流動(dòng)的，減少金屬液流動(dòng)的阻力，能達(dá)到部分防

59、止縮松的效果。阻力，能達(dá)到部分防止縮松的效果。l縮松轉(zhuǎn)化為縮孔的方法：縮松轉(zhuǎn)化為縮孔的方法：113 由于鑄件各部分有溫差，由于鑄件各部分有溫差，凝固期間容易產(chǎn)生熱凝固期間容易產(chǎn)生熱裂，裂，凝固后也容易使鑄件產(chǎn)生凝固后也容易使鑄件產(chǎn)生應(yīng)力和變形應(yīng)力和變形。 定向凝固使定向凝固使清理工作量大清理工作量大。 冒口補(bǔ)縮作用好，冒口補(bǔ)縮作用好，可防止縮孔和縮松可防止縮孔和縮松，鑄件致，鑄件致密。對(duì)于密。對(duì)于凝固收縮大，結(jié)晶溫度范圍較小凝固收縮大，結(jié)晶溫度范圍較小的合金，的合金，常采用定向凝固原則以常采用定向凝固原則以保證鑄件質(zhì)量保證鑄件質(zhì)量。l定向凝固的優(yōu)點(diǎn)：定向凝固的優(yōu)點(diǎn)：l定向凝固的缺點(diǎn)：定向凝固的

60、缺點(diǎn)：1144. 鑄造內(nèi)應(yīng)力及鑄件的變形和裂紋鑄造內(nèi)應(yīng)力及鑄件的變形和裂紋 鑄件的鑄件的固態(tài)收縮受到阻礙固態(tài)收縮受到阻礙時(shí)，在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)，在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生的的內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力稱為稱為鑄造內(nèi)應(yīng)力鑄造內(nèi)應(yīng)力。它是產(chǎn)生它是產(chǎn)生變形變形和和裂紋裂紋的的主要原因。主要原因。內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力熱應(yīng)力熱應(yīng)力機(jī)械機(jī)械應(yīng)力應(yīng)力鑄件在鑄件在固態(tài)收縮和冷卻固態(tài)收縮和冷卻的過程中，由于鑄件的過程中，由于鑄件的壁厚不均勻，的壁厚不均勻，各部分冷卻速度不同，造成各部分冷卻速度不同，造成同一時(shí)刻各部分收縮不一致，從而在鑄件中同一時(shí)刻各部分收縮不一致，從而在鑄件中相互制約產(chǎn)生相互制約產(chǎn)生熱應(yīng)力熱應(yīng)力 。鑄件在鑄件在固態(tài)收縮固態(tài)收縮時(shí)