第9章 鑄造生產(chǎn)

1、工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇工程材料與熱加工基礎(chǔ)工程材料與熱加工基礎(chǔ)第九章第九章 鑄造生產(chǎn)鑄造生產(chǎn)l機(jī)械工程系l金工教研室工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇引言第一節(jié) 合金的鑄造性能 第二節(jié) 常用鑄造合金 第三節(jié) 砂型鑄造 第四節(jié) 特種鑄造 第五節(jié) 零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性 第九章 鑄 造工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇引言引言1、何為鑄造？熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法，稱(chēng)為鑄造。 圖9-1 砂型鑄造 工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇2、鑄造優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）可以生產(chǎn)出形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件毛坯，如各種箱體、床身、機(jī)架等。2）鑄造生產(chǎn)的適應(yīng)性廣

2、，工藝靈活性大。工業(yè)上常用的金屬材料均可用來(lái)進(jìn)行鑄造，鑄件的重量可由幾克到幾百?lài)?，壁厚可?.5mm到1m左右。3）鑄造用原材料大都來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，并可直接利用廢機(jī)件，故鑄件成本較低。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1）鑄造組織疏松、晶粒粗大，內(nèi)部易產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔等缺陷，因此，鑄件的力學(xué)性能，特別是沖擊韌度低于同種材料的鍛件。2）鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇 圖9-2 鑄造產(chǎn)品工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇第一節(jié) 合金的鑄造性能工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（一）合金的流動(dòng)性1. 流動(dòng)性 流動(dòng)性是指熔融金屬的流動(dòng)能力。合金流動(dòng)性的好壞，通常以“螺旋形流動(dòng)性試樣”的長(zhǎng)度來(lái)衡量，將金屬液體澆入

3、螺旋形試樣鑄型中，在相同的澆注條件下，合金的流動(dòng)性愈好，所澆出的試樣愈長(zhǎng)。 2. 流動(dòng)性的影響因素1）合金的種類(lèi) 不同種類(lèi)的合金，具有不同的螺旋線(xiàn)長(zhǎng)度，即具有不同的流動(dòng)性。其中灰鑄鐵的流動(dòng)性最好，硅黃銅、鋁硅合金次之，而鑄鋼的流動(dòng)性最差。 一、流動(dòng)性和充型能力工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇2）化學(xué)成分和結(jié)晶特征純金屬和共晶成分的合金，凝固是由鑄件壁表面向中心逐漸推進(jìn)，凝固后的表面比較光滑，對(duì)未凝固液體的流動(dòng)阻力較小，所以流動(dòng)性好，見(jiàn)圖9-3a。在一定凝固溫度范圍內(nèi)結(jié)晶的亞共晶合金，凝固時(shí)鑄件內(nèi)存在一個(gè)較寬的既有液體又有樹(shù)枝狀晶體的兩相區(qū)。凝固溫度范圍越寬，則枝狀晶越發(fā)達(dá)，對(duì)金屬流動(dòng)的阻力越大，金

4、屬的流動(dòng)性就越差，見(jiàn)圖9-3b。 圖9-3 不同結(jié)晶特征的合金的流動(dòng)性 工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇鐵碳合金的流動(dòng)性與相圖的關(guān)系見(jiàn)圖9-4。圖中表明，純鐵和共晶鑄鐵的流動(dòng)性最好，亞共晶鑄鐵和碳素鋼隨凝固溫度范圍的增加，其流動(dòng)性變差。圖9-4鐵碳合金的流動(dòng)性與相圖的關(guān)系工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（二）合金的充型能力1.充型能力考慮鑄型及工藝因素影響的熔融金屬流動(dòng)性叫合金的充型能力。合金的流動(dòng)性是金屬本身的屬性，不隨外界條件的改變而變化，而合金的充型能力不僅和金屬的流動(dòng)性相關(guān)，而且也受外界因素的影響。2.充型能力的影響因素1）鑄型填充條件a）鑄型的蓄熱能力即鑄型從金屬液中吸收和儲(chǔ)存熱量的能力。鑄

5、型的熱導(dǎo)率和質(zhì)量熱容越大，對(duì)液態(tài)合金的激冷作用越強(qiáng)，合金的充型能力就越差。b）鑄型溫度提高鑄型溫度，可以降低鑄型和金屬液之間的溫差，進(jìn)而減緩了冷卻速度，可提高合金液的充型能力。c）鑄型中的氣體鑄型中氣體越多，合金的充型能力就越差。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（二）合金的充型能力1.充型能力考慮鑄型及工藝因素影響的熔融金屬流動(dòng)性叫合金的充型能力。合金的流動(dòng)性是金屬本身的屬性，不隨外界條件的改變而變化，而合金的充型能力不僅和金屬的流動(dòng)性相關(guān)，而且也受外界因素的影響。2.充型能力的影響因素1）鑄型填充條件a）鑄型的蓄熱能力即鑄型從金屬液中吸收和儲(chǔ)存熱量的能力。鑄型的熱導(dǎo)率和質(zhì)量熱容越大，對(duì)液態(tài)合金的

6、激冷作用越強(qiáng)，合金的充型能力就越差。b）鑄型溫度提高鑄型溫度，可以降低鑄型和金屬液之間的溫差，進(jìn)而減緩了冷卻速度，可提高合金液的充型能力。c）鑄型中的氣體鑄型中氣體越多，合金的充型能力就越差。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（一）鑄件的凝固方式及影響因素1.鑄件的凝固方式（1）逐層凝固方式合金在凝固過(guò)程中其斷面上固相和液相由一條界線(xiàn)清楚地分開(kāi)，這種凝固方式稱(chēng)為逐層凝固。常見(jiàn)合金如灰鑄鐵、低碳鋼、工業(yè)純銅、工業(yè)純鋁、共晶鋁硅合金及某些黃銅都屬于逐層凝固的合金。（2）糊狀凝固方式合金在凝固過(guò)程中先呈糊狀而后凝固，這種凝固方式稱(chēng)為糊狀凝固。球墨鑄鐵、高碳鋼、錫青銅和某些黃銅等都是糊狀凝固的合金。二 合金

7、的凝固與收縮工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（3）中間凝固方式 大多數(shù)合金的凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間，稱(chēng)為中間凝固方式。中碳鋼、高錳鋼、白口鑄鐵等具有中間凝固方式。 圖9-5 鑄件的凝固方式工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇2.凝固方式的影響因素（1）合金凝固溫度范圍的影響合金的液相線(xiàn)和固相交叉在一起，或間距很小，則金屬趨于逐層凝固；如兩條相線(xiàn)之間的距離很大，則趨于糊狀凝固；如兩條相線(xiàn)間距離較小，則趨于中間凝固方式。（2）鑄件溫度梯度的影響增大溫度梯度，可以使合金的凝固方式向逐層凝固轉(zhuǎn)化；反之，鑄件的凝固方式向糊狀凝固轉(zhuǎn)化。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（二） 鑄造合金的收縮鑄造合金從液態(tài)冷卻到室溫

8、的過(guò)程中，其體積和尺寸縮減的現(xiàn)象稱(chēng)為收縮。它主要包括以下三個(gè)階段：1.液態(tài)收縮金屬在液態(tài)時(shí)由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。2.凝固收縮熔融金屬在凝固階段的體積收縮。液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原因。3.固態(tài)收縮金屬在固態(tài)時(shí)由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。固態(tài)收縮對(duì)鑄件的形狀和尺寸精度影響很大，是鑄造應(yīng)力、變形和裂紋等缺陷產(chǎn)生的基本原因。（三）影響合金收縮的因素1.化學(xué)成分不同成分的合金其收縮率一般也不相同。在常用鑄造合金中鑄剛的收縮最大，灰鑄鐵最小。2.澆注溫度合金澆注溫度越高，過(guò)熱度越大，液體收縮越大。3.鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件鑄件冷卻收縮時(shí)，因其形狀、尺寸的不同，各部分的冷卻速度不

9、同，導(dǎo)致收縮不一致，且互相阻礙，又加之鑄型和型芯對(duì)鑄件收縮的阻力，故鑄件的實(shí)際收縮率總是小于其自由收縮率。這種阻力越大，鑄件的實(shí)際收縮率就越小。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（四）收縮對(duì)鑄件質(zhì)量的影響1.縮孔和縮松（1）縮孔的形成縮孔總是出現(xiàn)在鑄件上部或最后凝固的部位，其外形特征是：內(nèi)表面粗糙，形狀不規(guī)則，多近于倒圓錐形。通?？s孔隱藏于鑄件的內(nèi)部，有時(shí)經(jīng)切削加工才能暴露出來(lái)?？s孔形成的主要原因是液態(tài)收縮和凝固收縮?？s孔形成過(guò)程見(jiàn)圖9-6。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇圖9-6縮孔形成過(guò)程示意圖工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（2）縮松的形成 宏觀(guān)縮松多分布在鑄件最后凝固的部位，顯微縮松則是存在于在晶粒

10、之間的微小孔洞，形成縮松的主要原因也是液態(tài)收縮和凝固收縮所致。縮松形成過(guò)程見(jiàn)圖9-7。 圖9-7縮松形成過(guò)程示意圖工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（3）縮孔、縮松的防止措施a）采用定向凝固的原則 所謂定向凝固，是使鑄件按規(guī)定方向從一部分到另一部分逐漸凝固的過(guò)程。冒口和冷鐵的合理使用，可造成鑄件的定向凝固，有效地消除縮孔、縮松。定向凝固原則見(jiàn)圖9-8。 圖9-8定向凝固原則工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇b）合理確定鑄件的澆注位置、內(nèi)澆道位置及澆注工藝 澆注位置的選擇應(yīng)服從定向凝固原則；內(nèi)澆道應(yīng)開(kāi)設(shè)在鑄件的厚壁處或靠近冒口；要合理選擇澆注溫度和澆注速度，在不增加其它缺陷的前提下，應(yīng)盡量降低澆注溫度和澆注

11、速度。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇2. 鑄造應(yīng)力、變形和裂紋 在鑄件的凝固以及以后的冷卻過(guò)程中，隨溫度的不斷降低，收縮不斷發(fā)生，如果這種收縮受到阻礙，就會(huì)在鑄件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，引起變形或開(kāi)裂，這種缺陷的產(chǎn)生，將嚴(yán)重影響鑄件的質(zhì)量。 （1） 鑄造應(yīng)力的產(chǎn)生 鑄造應(yīng)力按其產(chǎn)生的原因可分為三種：a）熱應(yīng)力 鑄件在凝固和冷卻過(guò)程中，不同部位由于不均衡的收縮而引起的應(yīng)力。b）固態(tài)相變應(yīng)力 鑄件由于固態(tài)相變，各部分體積發(fā)生不均衡變化而引起的應(yīng)力。c）收縮應(yīng)力 鑄件在固態(tài)收縮時(shí)，因受到鑄型、型芯、澆冒口、箱擋等外力的阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。鑄件鑄出后存在于鑄件不同部位的內(nèi)應(yīng)力稱(chēng)為殘留應(yīng)力。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇

12、（2）鑄造應(yīng)力的防止和消除措施a）采用同時(shí)凝固的原則 同時(shí)凝固是指通過(guò)設(shè)置冷鐵、布置澆口位置等工藝措施，使鑄件溫差盡量變小，基本實(shí)現(xiàn)鑄件各部分在同一時(shí)間凝固。如圖9-9所示。b）提高鑄型溫度 c）改善鑄型和型芯的退讓性 d）進(jìn)行去應(yīng)力退火 圖9-9同時(shí)凝固原則工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（3）鑄件的變形和防止鑄件的變形包括鑄件凝固后所發(fā)生的變形以及隨后的切削加工變形。防止鑄件變形有以下幾種方法：a) 采用反變形法 可在模樣上做出與鑄件變形量相等而方向相反的預(yù)變形量來(lái)抵消鑄件的變形，此種方法稱(chēng)為反變形法。b) 進(jìn)行去應(yīng)力退火 鑄件機(jī)加工之前應(yīng)先進(jìn)行去應(yīng)力退火，以穩(wěn)定鑄件尺寸，降低切削加工變形程度

13、。c) 設(shè)置工藝?yán)?為了防止鑄件的鑄態(tài)變形，可在容易變形的部位設(shè)置工藝?yán)?。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（4）鑄件的裂紋及防止a) 鑄件裂紋的分類(lèi)及其形貌鑄件一般有熱裂和冷裂兩種開(kāi)裂方式。當(dāng)固態(tài)合金的線(xiàn)收縮受到阻礙，產(chǎn)生的應(yīng)力若超過(guò)該溫度下合金的強(qiáng)度，即產(chǎn)生熱裂；而冷裂是鑄件處于彈性狀態(tài)時(shí)，鑄造應(yīng)力超過(guò)合金的強(qiáng)度極限而產(chǎn)生的。熱裂裂紋一般沿晶界產(chǎn)生和發(fā)展，其外形曲折短小，裂紋縫內(nèi)表面呈氧化色；冷裂裂紋常常是穿晶斷裂，裂紋細(xì)小，外形呈連續(xù)直線(xiàn)狀或圓滑曲線(xiàn)狀，裂紋縫內(nèi)干凈，有時(shí)呈輕微氧化色。 b）鑄件裂紋的防止 為有效地防止鑄件裂紋的發(fā)生，應(yīng)盡可能采取措施減小鑄造應(yīng)力；同時(shí)金屬在熔煉過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控

14、制有可能擴(kuò)大金屬凝固溫度范圍元素的加入量及鋼鐵中的硫、磷含量。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇1.偏析鑄件中出現(xiàn)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱(chēng)為偏析。鑄件的偏析可分為晶內(nèi)偏析、區(qū)域偏析和體積質(zhì)量偏析三類(lèi)。(1)晶內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析（又稱(chēng)枝晶偏析）是指晶粒內(nèi)各部分化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，這種偏析出現(xiàn)在具有一定凝固溫度范圍的合金鑄件中。為防止和減少晶內(nèi)偏析的產(chǎn)生，在生產(chǎn)中常采取緩慢冷卻或孕育處理的方法。(2)區(qū)域偏析區(qū)域偏析是指鑄件截面的整體上化學(xué)成分和組織的不均勻。避免區(qū)域偏析的發(fā)生，主要應(yīng)該采取預(yù)防措施，如控制澆注溫度不要太高，采取快速冷卻使偏析來(lái)不及發(fā)生，或采取工藝措施造成鑄件斷面較低的溫度梯度，使表層和中心

15、部分接近同時(shí)凝固。(3)比重偏析比重偏析鑄件上、下部分化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱(chēng)為比重偏析。為防止比重偏析，在澆注時(shí)應(yīng)充分?jǐn)嚢杞饘僖夯蚣铀俸辖鹨旱睦鋮s，使液相和固相來(lái)不及分離，凝固即告結(jié)束。 三、鑄造合金的偏析和吸氣性工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇2. 鑄件中的氣孔和合金的吸氣（1）侵入性氣孔 侵入性氣孔是由于鑄型表面聚集的氣體侵入金屬液中而形成的孔洞。多位于鑄件的上表面附近，尺寸較大，呈橢圓形或梨形，孔壁光滑，表面有光澤或有輕微氧化色。（2）析出性氣孔 析出性氣孔是溶解在金屬液中的氣體，在凝固時(shí)由金屬液中析出而未能逸出鑄件所產(chǎn)生的氣孔。其特征是尺寸細(xì)小，多而分散，形狀多為圓形、橢圓形或針狀，往往分

16、布于整個(gè)鑄件斷面內(nèi)。（3）反應(yīng)性氣孔 澆入鑄型中的金屬液與鑄型材料、型芯撐、冷鐵或溶渣之間，因化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體而形成的氣孔，統(tǒng)稱(chēng)反應(yīng)性氣孔。這種氣孔經(jīng)常出現(xiàn)在鑄件表面層下1mm-2mm處，孔內(nèi)表面光滑，孔徑1mm-3mm。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇鑄鐵是一系列主要由鐵、碳和硅組成的合金的總稱(chēng)。在這些合金中，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)了在共晶溫度時(shí)能保留在奧氏體固溶體中的量。 （一） 鑄鐵的分類(lèi) 1. 根據(jù)碳在鑄鐵中的存在形式分類(lèi) （1）白口鑄鐵 指碳主要以游離碳化鐵形式出現(xiàn)的鑄鐵，斷口呈銀白色。 （2）灰鑄鐵 指碳主要以片狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵，斷口呈灰色。它是工業(yè)中應(yīng)用最廣的鑄鐵。 （3）麻口鑄鐵 指

17、碳部分以游離碳化鐵形式出現(xiàn)，部分以石墨形式出現(xiàn)，斷口灰白相間。第二節(jié)第二節(jié) 常用鑄造合金常用鑄造合金一、鑄鐵一、鑄鐵 工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇2. 根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)分類(lèi) （1）普通灰鑄鐵 石墨呈片狀，見(jiàn)圖9-10； 圖9-10灰口鑄鐵工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（2）蠕墨鑄鐵 石墨呈蠕蟲(chóng)狀，見(jiàn)圖9-11；圖9-11蠕墨鑄鐵工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（3）可鍛鑄鐵 石墨呈團(tuán)絮狀，見(jiàn)圖9-12； 圖9-12可鍛鑄鐵工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（4）球墨鑄鐵 石墨呈球狀，見(jiàn)圖9-13。 圖9-13球墨鑄鐵工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇3. 根據(jù)鑄鐵的化學(xué)成分分類(lèi) （1）普通鑄鐵 （2） 合金鑄

18、鐵（二） 灰鑄鐵 1.灰鑄鐵的顯微組織及其性能 （1）灰鑄鐵的顯微組織 灰鑄鐵的顯微組織由金屬基體（鐵素體和珠光體）與片狀石墨組成。 灰口鑄鐵的組織：鐵素體+片狀石墨鐵素體珠光體+片狀石墨珠光體+片狀石墨工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（2）灰鑄鐵的性能 a) 力學(xué)性能 由于石墨的存在，一方面使得基體承載的有效面積減少，另一方面在基體中容易造成應(yīng)力集中現(xiàn)象，最終導(dǎo)致灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和彈性模量均比鋼低得多，斷裂強(qiáng)度通常為120250Mpa；塑性和沖擊韌性近于0，屬于脆性材料。 b) 工藝性能 灰鑄鐵屬于脆性材料，不能進(jìn)行沖壓 ；同時(shí)，其焊接性能也很差。但灰鑄鐵的切削加工性能較好。 c) 減振性 灰鑄

19、鐵具有良好的減振性，其減震能力約為鋼的510倍。工業(yè)上常用它來(lái)制造機(jī)床床身、機(jī)座等。 d) 耐磨性好 e) 缺口敏感性低工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇2.灰鑄鐵的孕育處理 孕育是以少量材料加入熔融金屬，促進(jìn)成核，以改善其組織和性能的方法。加入的材料稱(chēng)為孕育劑。常用的孕育劑是FeSi75，熔點(diǎn)為1300，經(jīng)孕育處理后的鑄鐵稱(chēng)孕育鑄鐵。孕育鑄鐵的強(qiáng)度、硬度比普通灰鑄鐵有顯著提高。孕育鑄鐵適用于對(duì)強(qiáng)度、硬度和耐磨性要求較高的重要鑄件，尤其是厚大鑄件，如床身、凸輪、凸輪軸、氣缸體和氣缸套等。灰鑄鐵的孕育處理見(jiàn)圖914。 圖9-14灰口鑄鐵的孕育處理工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（三）可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵是白

20、口鑄鐵通過(guò)石墨化或氧化脫碳可鍛化處理，改變其金相組織或成分而獲得的有較高韌性的鑄鐵?？慑戣T鐵實(shí)際上并非可以鍛造，這個(gè)名子只表示它具有一定的塑性和韌性。 1.可鍛鑄鐵件的微觀(guān)組織及其性能特點(diǎn) （1）可鍛鑄鐵的顯微組織 可鍛鑄鐵的顯微組織由金屬基體（鐵素體和珠光體）與團(tuán)絮狀石墨組成。 （2）可鍛鑄鐵的性能 可鍛鑄鐵的強(qiáng)度一般為300400Mpa，最高可達(dá)700 Mpa，同時(shí)，可鍛鑄鐵具有一定的塑性和較高的沖擊韌度。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇可鍛鑄鐵的鑄造性能可鍛鑄鐵的碳、硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，熔點(diǎn)比灰鑄鐵高，凝固溫度范圍大，故鐵液的流動(dòng)性差，必須適當(dāng)提高鐵液的出爐溫度，以防產(chǎn)生冷隔、澆不到等缺陷。同時(shí)，

21、可鍛鑄鐵的凝固過(guò)程沒(méi)有石墨化膨脹階段，體積收縮和線(xiàn)收縮較大，易形成縮孔和裂紋等缺陷。在設(shè)計(jì)鑄件時(shí)除應(yīng)考慮合理的結(jié)構(gòu)形狀外，在鑄造工藝上應(yīng)采用定向凝固的原則設(shè)置冒口和冷鐵，適當(dāng)提高型砂的耐火度，退讓性和透氣，為擋住熔渣，在澆注系統(tǒng)中應(yīng)安放過(guò)濾網(wǎng)。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（四）球墨鑄鐵 球墨鑄鐵是鐵液經(jīng)過(guò)球化處理后使石墨大部分或全部呈球狀，有時(shí)少量為團(tuán)絮狀的鑄鐵。 1. 球墨鑄鐵的組織與性能 （1）球墨鑄鐵的顯微組織 球墨鑄鐵的顯微組織由金屬基體（鐵素體和珠光體）與球狀石墨組成。 （2）球墨鑄鐵的性能 球墨鑄鐵不僅強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于灰鑄鐵，優(yōu)于可鍛等鐵，甚至可與鋼媲美，尤其屈強(qiáng)比（一般大于0.7）明

22、顯高于碳鋼（僅0.6左右），疲勞強(qiáng)度與中碳鋼接近，而且其耐磨性遠(yuǎn)高于45鋼表面淬火。球墨鑄鐵還具有優(yōu)良的熱處理性能，球墨鑄鐵的鑄造性能、減振性、切削加工性及缺口敏感性較灰鑄鐵差，但仍?xún)?yōu)于鑄鋼。其塑性和韌性雖低于鋼，但仍能滿(mǎn)足一般零件的要求。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇球墨鑄鐵的鑄造工藝特點(diǎn)球墨鑄鐵的鑄造性能介于灰鑄鐵與鑄鋼之間。其流動(dòng)性與灰鑄鐵相近，可生產(chǎn)壁厚3mm4mm鑄件。球墨鑄鐵的結(jié)晶特點(diǎn)是在凝固收縮前有較大的膨脹，在鑄造工藝上應(yīng)采用定向凝固原則，用干型或水玻璃砂快干型提高鑄型的強(qiáng)度，并增設(shè)冒口以加強(qiáng)補(bǔ)縮。球墨鑄鐵凝固時(shí)有較大的內(nèi)應(yīng)力、變形和冷裂傾向，故對(duì)重要的球墨鑄鐵件要退火以消除應(yīng)力

23、。（五） 蠕墨鑄鐵 指大部分石墨為蠕蟲(chóng)狀石墨的鑄鐵。蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能介于基體相同的灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（一）鑄鋼的種類(lèi)與性能 鑄鋼按化學(xué)成分的不同，可分為以下兩大類(lèi)： 1. 碳素鑄鋼 指以碳為主要合金元素并含有少量其他元素的鑄鋼。根據(jù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低可分為低碳、中碳和高碳鑄鋼。鑄鋼的強(qiáng)度與球墨鑄鐵相近，但鑄鋼的沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度都高得多，另外，鑄鋼的焊接性能遠(yuǎn)比鑄鐵優(yōu)良。 2. 鑄造合金鋼 對(duì)于具有較高力學(xué)性能或某些特殊性能要求的零件或工具，可采用合金鑄鋼（即鑄造合金鋼）。合金鑄鋼按其合金質(zhì)量分?jǐn)?shù)可分為低合金鑄鋼和高合金鑄鋼。二 鑄鋼工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇

24、（二）鑄鋼的鑄造工藝特點(diǎn) 1. 鋼液的流動(dòng)性差 其鑄件壁厚不能小于8mm，且澆注系統(tǒng)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、截面尺寸要比鑄鐵大、鑄型常用干型。此外，鑄鋼件晶粒粗大，熱裂、氣孔和粘砂等傾向大，故應(yīng)根據(jù)具體情況確定合適的澆注溫度。一般小件、薄壁及形狀復(fù)雜的鑄件，其澆注溫度比鋼的熔點(diǎn)高150左右；大件、厚壁鑄件的澆注溫度比鋼的熔點(diǎn)高100左右。 2. 鑄鋼的體積收縮率和線(xiàn)性縮率大 鑄鋼的體積收縮率為10%-14%，線(xiàn)收縮率為1.8%-2.5%。 3. 易吸氣氧化和粘砂工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（三）鑄鋼件的熱處理為了細(xì)化組織，消除內(nèi)應(yīng)力，改善偏析，提高鑄件的力學(xué)性能，必須對(duì)鑄鋼件進(jìn)行正火或退火處理。正火的力學(xué)

25、性能較退火高，且生產(chǎn)率高、成本低、應(yīng)盡量采用正火代替退火。但正火較退火的內(nèi)應(yīng)力大，因此形狀復(fù)雜、易產(chǎn)生裂紋、硬化的鑄鋼件，則需退火。對(duì)于小型中碳鋼鑄件，則常用調(diào)質(zhì)處理，以提高其綜合力學(xué)性能。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（一）鋁合金鑄造 1. 鑄造鋁合金的種類(lèi) 按化學(xué)成分的不同，鑄造鋁合金可分為鑄造鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金和鋁鋅合金。 2. 鋁合金的鑄造工藝特點(diǎn) （1）鑄造鋁合金熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好、對(duì)型砂耐火度要求不高，可用細(xì)砂造型，以減小鑄件表面粗糙度值，還可澆注薄壁復(fù)雜鑄件。 （2）為防止鋁液在澆注過(guò)程中的氧化和吸氣，通常采用開(kāi)放式澆注系統(tǒng)及應(yīng)用，蛇形直澆道和縫隙內(nèi)澆道等。 （3）應(yīng)能造成

26、合理的溫度分布，使鑄型進(jìn)行定向凝固，并在最后凝固部分設(shè)置冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，以消除縮孔和縮松。三 有色金屬鑄造工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（二）銅合金鑄件的生產(chǎn) 1. 銅合金種類(lèi) 鑄造銅合金按其成分不同可分為黃銅和青銅。 2. 銅合金的鑄造工藝特點(diǎn) （1）鑄造黃銅熔點(diǎn)低、結(jié)晶溫度窄（30-70），流動(dòng)性好、對(duì)型砂耐火度要求不高，可用細(xì)砂造型，以減小鑄件表面粗糙度值、減小加工余量，并可澆注薄壁鑄件。但其收縮率大、容易產(chǎn)生集中縮孔，鑄造時(shí)應(yīng)配置較大的冒口。 （2）錫青銅在液態(tài)下易氧化，在開(kāi)設(shè)澆道時(shí)，應(yīng)盡力使金屬液流動(dòng)平穩(wěn)、防止飛濺，故常用開(kāi)放式及底注式澆注系統(tǒng)。錫青銅的凝固溫度寬（150-200），凝固

27、收縮和線(xiàn)收縮率小，雖不易產(chǎn)生大的集中縮孔，但常出現(xiàn)枝晶偏析與縮松，降低鑄件的致密度。這種縮松便于儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，適宜制造滑動(dòng)軸承。壁厚不大的錫青銅鑄件常采用同時(shí)凝固原則，錫青銅適合采用金屬型鑄造，利用快速冷卻與補(bǔ)縮，鑄件結(jié)晶細(xì)小致密。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（3）鋁青銅的凝固溫度范圍小，有利于提高流動(dòng)性和鑄件組織致密度，是青銅的代用材料，廣泛應(yīng)用于制造重要的齒輪、軸套、蝸桿和閥體等鑄件。但鋁青銅的收縮較大，易產(chǎn)生集中縮孔，為此需安置冒口、定向凝固。又因液態(tài)鋁青銅易氧化吸氣，故宜采用開(kāi)放式及底注式澆注系統(tǒng)，且澆注時(shí)不能斷流。此外，澆注系統(tǒng)中還應(yīng)安放過(guò)濾網(wǎng)以除去浮渣。 （4）鉛青銅澆注時(shí)，因鉛體積

28、質(zhì)量大會(huì)下沉，故需控制澆注溫度，且澆注前應(yīng)充分?jǐn)嚢?，并加快鑄件冷卻以減小偏析。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇用型砂緊實(shí)成型的鑄造方法稱(chēng)為砂型鑄造。砂型鑄造是應(yīng)用最廣泛的一種鑄造方法，其主要工序包括：制造模樣，制備造型材料、造型、造芯、合型、熔煉、澆注、落砂、清理與檢驗(yàn)等。一、造型方法的選擇二、鑄造工藝設(shè)計(jì)第三節(jié) 砂型鑄造工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇用造型混合料及模樣等工藝裝備制造鑄型的過(guò)程稱(chēng)為造型。造型是砂型鑄造的最基本工序，通常分為手工造型和機(jī)器造型兩大類(lèi)。（一）手工造型（一）手工造型手工造型是全部用手工或手動(dòng)工具完成的造型工序。手工造型操作靈活、適應(yīng)性廣、工藝裝備簡(jiǎn)單、成本低，但其鑄件質(zhì)量差

29、、生產(chǎn)率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、技術(shù)水平要求高，所以手工造型主要用于單件小批生產(chǎn)，特別是重型和形狀復(fù)雜的鑄件。1. 手工造型方法分類(lèi)根據(jù)砂型的不同特征，手工造型方法可分為：兩箱造型、三箱造型、脫箱造型、地坑造型、組芯造型；根據(jù)模樣的不同特征，手工造型方法可分為：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活塊造型、刮板造型。各種手工造型方法的示意圖如圖1-15所示。 2. 各種手工造型方法的主要特征及其適用范圍一、造型方法的選擇工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇兩箱造型兩箱造型是造型的最基本方法，鑄型由成對(duì)的上型和下型構(gòu)成，操作簡(jiǎn)單。適用于各種生產(chǎn)批量和各種大小的鑄件。a) 兩箱造型工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇

30、三箱造型三箱造型的鑄型由上、中、下三型構(gòu)成。中型高度需與鑄件兩個(gè)分型面的間距相適應(yīng)。三箱造型操作費(fèi)工。主要適用于具有兩個(gè)分型面的單件、小批生產(chǎn)的鑄件。b) 三箱造型工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇脫箱造型脫箱造型主要采用活動(dòng)砂箱來(lái)造型，在鑄型合型后，將砂箱脫出，重新用于造型。一個(gè)砂箱可制出許多鑄型。金屬澆注時(shí)為防止錯(cuò)型，需用型砂將鑄型周?chē)罹o，也可在鑄型上套箱。常用于生產(chǎn)小鑄件，因砂箱無(wú)箱帶，故砂箱一般小于400mm。地抗造型是利用車(chē)間地面砂床作為鑄型的下箱。大鑄件需在砂床下面鋪以焦炭，埋上出氣管，以便澆注時(shí)引氣。地坑造型僅用或不用上箱即可造型，因而減少了造砂箱的費(fèi)用和時(shí)間，但造型費(fèi)工、生產(chǎn)率低，

31、要求工人技術(shù)水平高。適用于砂箱不足，或生產(chǎn)要求不高的中、大型鑄件，如砂箱、壓鐵、爐柵、芯骨等。 工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇c) 地坑造型工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇組芯造型組芯造型是用若干塊砂芯組合成鑄型，而無(wú)需砂箱。它可提高鑄件的精度，但成本高。適用于大批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜的鑄件。d) 組芯造型工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇整模造型整模造型的模樣是整體的，分型面是平面，鑄型型腔全部在半個(gè)鑄型內(nèi)，其造型簡(jiǎn)單，鑄件不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)型缺陷。適用于鑄件最大截面在一端，且為平面的鑄件。e) 整模造型工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇挖砂造型挖砂造型的模樣是整體的，但鑄件分型面為曲面。為便于起模，造型時(shí)用手工挖去阻礙起

32、模的型砂、其造型費(fèi)工、生產(chǎn)率低，工人技術(shù)水平要求高。用于分型面不是平面的單件、小批生產(chǎn)鑄件。f) 挖砂造型工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇假箱造型假箱造型是為克服挖砂造型的挖砂缺點(diǎn)，在造型前預(yù)先做個(gè)底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不參予澆注，故稱(chēng)假箱。比挖砂造型操作簡(jiǎn)單，且分型面整齊。適用于成批生產(chǎn)中需要挖砂的鑄件。j) 假箱造型工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇分模造型是將模樣沿最大截面處分成兩半，型腔位于上、下兩個(gè)砂箱內(nèi)，造型簡(jiǎn)單省工。常用于最大截面在中部的鑄件。g) 分模造型工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇活塊造型活塊造型是在制模時(shí)將鑄件上的妨礙起模的小凸臺(tái)，肋條等這些部分作成活動(dòng)的（即活塊

33、）。起模時(shí)，先起出主體模樣，然后再?gòu)膫?cè)面取出活塊。其造型費(fèi)時(shí)，工人技術(shù)水平要求高。主要用于單件、小批生產(chǎn)帶有突出部分、難以起模的鑄件。h) 活塊造型工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇刮板造型刮板造型是用刮板代替實(shí)體模樣造型，它可降低模樣成本，節(jié)約木材，縮短生產(chǎn)周期。但生產(chǎn)率低，工人技術(shù)水平要求高。用于有等載面或回轉(zhuǎn)體的大、中型鑄件的單件、小批生產(chǎn)、如帶輪、鑄管、彎頭等。i) 刮板造型工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（二）機(jī)器造型（二）機(jī)器造型機(jī)器造型是指用機(jī)器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序。機(jī)器造型鑄件尺寸精確、表面質(zhì)量好、加工余量小，但需要專(zhuān)用設(shè)備，投資較大，適合大批量生產(chǎn)。1.機(jī)器造型方法分類(lèi)

34、常用的機(jī)器造型方法有：壓實(shí)緊實(shí)、高壓緊實(shí)、震擊緊實(shí)、震壓緊實(shí)、微震緊實(shí)、拋砂緊實(shí)、射壓緊實(shí)、射砂緊實(shí)。2.各種機(jī)器造型方法的主要特征及其適用范圍工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇壓實(shí)緊實(shí)壓實(shí)緊實(shí)方法單純借助壓力緊實(shí)砂型，機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲小，生產(chǎn)率高，消耗動(dòng)力少，型砂的緊實(shí)度沿砂箱高度方向分布不均勻，上下緊實(shí)度相差很大。主要適用于成批生產(chǎn)高度小于200mm薄而小的鑄件。 a) 壓實(shí)緊實(shí) 工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇高壓緊實(shí)高壓緊實(shí)主要是用較高壓實(shí)比壓（一般在0.7MPa-1.5MPa）壓實(shí)砂型。砂型緊實(shí)度高，鑄件尺寸精度高，表面粗糙度Ra值小，廢品率低，生產(chǎn)率高、噪聲低、灰塵小、易于機(jī)械化、自動(dòng)化、

35、但機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高。主要適用于需大量生產(chǎn)的中、小型鑄件，如汽車(chē)、機(jī)械車(chē)輛、縫紉機(jī)等產(chǎn)品較為單一的制造業(yè)。b) 高壓緊實(shí)工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇震擊緊實(shí)震擊緊實(shí)主要依靠震擊力堅(jiān)實(shí)砂型。該方法機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，但噪聲大、生產(chǎn)率低、要求廠(chǎng)房基礎(chǔ)好。砂型堅(jiān)實(shí)度沿砂箱高度方向愈往下愈大。主要適用于需成批生產(chǎn)的中，小型鑄件。c) 震擊緊實(shí)工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇震壓緊實(shí)震壓緊實(shí)是經(jīng)過(guò)多次震擊后再壓實(shí)砂型。該方法生產(chǎn)率高，能量消耗少，機(jī)械磨損少，砂型堅(jiān)實(shí)度較均勻，但噪聲大。廣泛用于成批生產(chǎn)中、小型鑄件。c) 震壓緊實(shí)工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇微震緊實(shí)微震緊實(shí)是在加壓堅(jiān)實(shí)型砂的同時(shí)，

36、砂箱和模板作高頻率、小振幅震動(dòng)。此方法生產(chǎn)率較高、緊實(shí)度均勻、噪聲小。廣泛用于成批生產(chǎn)中、小型鑄件。e) 微震緊實(shí)工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇拋砂緊實(shí)拋砂緊實(shí)是利用離心力拋出型砂，使型砂在慣性力下完成填砂和堅(jiān)實(shí)。該方法生產(chǎn)率高，能量消耗少、噪聲低、型砂堅(jiān)實(shí)度均勻、適用性廣。主要適用于單件、小批、成批、大量生產(chǎn)中、大型鑄件或大型芯。f) 拋砂緊實(shí)工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇射壓緊實(shí)射壓緊實(shí)是使壓縮空氣驟然膨脹，將型砂射人砂箱進(jìn)行填砂和堅(jiān)實(shí)，再進(jìn)行壓實(shí)。該方法生產(chǎn)率高，堅(jiān)實(shí)度均勻，砂型型腔尺寸精確、表面光滑、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、易于自動(dòng)化、但造型機(jī)調(diào)整維修復(fù)雜。主要適用于大批、大量生產(chǎn)的形狀簡(jiǎn)單的中、

37、小型鑄件。g) 射壓緊實(shí)射砂緊實(shí)是用壓縮空氣將型（芯）砂高速射入砂箱或芯盒而進(jìn)行緊實(shí)。因其將填砂、緊實(shí)兩個(gè)工序同時(shí)完成，故生產(chǎn)率高，但用于造型，其堅(jiān)實(shí)度不高、需進(jìn)行輔助壓實(shí)。廣泛用于制芯、并開(kāi)始用于造型。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇鑄造工藝圖是表示鑄型分型面、澆冒口系統(tǒng)、澆注位置、型芯結(jié)構(gòu)尺寸、控制凝固措施（冷鐵、保溫襯板）等的圖樣。圖中應(yīng)表示出：鑄件的澆注位置、分型面、型芯的數(shù)量、形狀、尺寸及固定方法、加工余量、起模斜度、澆口、冒口、冷鐵的尺寸和位置。1. 鑄造方案的確定（1）澆注位置的選擇澆注位置的選擇應(yīng)考慮以下原則：a）體積收縮大的合金及壁厚差較大的鑄件，應(yīng)按定向凝固的原則，將壁厚較大的

38、部位和鑄件的熱節(jié)部置于上部或側(cè)部，以便設(shè)置冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。二、鑄造工藝設(shè)計(jì)二、鑄造工藝設(shè)計(jì)工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇b）重要加工面、耐磨表面等質(zhì)量要求較高部位應(yīng)置于下面或側(cè)面。見(jiàn)圖91。圖9-1 汽缸澆注時(shí)的位置工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇c）具有大面積的薄壁鑄件，應(yīng)將薄壁部分放在鑄型的下部，同時(shí)要盡量使薄壁部分處于垂直位置或傾斜位置。見(jiàn)圖92。圖92 箱蓋澆注時(shí)的位置工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇d）具有大平面的鑄件，應(yīng)將鑄件的大平面朝下。見(jiàn)圖93。圖93 平板澆注時(shí)的位置e）盡量減少型芯的數(shù)目，最好使型芯位于下型以便下芯和檢查，同時(shí)應(yīng)保證型芯在鑄型中安放牢靠、排氣通暢。工程材料與熱加工基礎(chǔ)

39、程曉宇（2）分型面的選擇 分型面為鑄型組元間的接合面，選擇分型面應(yīng)考慮以下原則： a）分型面應(yīng)盡量采用平面分型，避免曲面分型，并應(yīng)盡量選在最大截面上，以簡(jiǎn)化模具制造和造型工藝。見(jiàn)圖94。a) 不正確 b) 正確圖94 分型面應(yīng)選在最大截面處工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇b）盡量將鑄件全部或大部放在同一砂箱以防止錯(cuò)型、飛翅、毛刺等缺陷，保證鑄件尺寸的精確。見(jiàn)圖95。 a) 不合理 b) 合理圖95 分型面的位置應(yīng)能減少錯(cuò)型、飛翅工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇c）應(yīng)使鑄件的加工面和加工基準(zhǔn)面處于同一砂箱中。見(jiàn)圖96。 a) 不合理 b) 合理 圖96 螺栓塞頭的分型面工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇d）若

40、鑄件的加工面很多，又不可能全部與基準(zhǔn)面放在分型面的同一側(cè)時(shí)，則應(yīng)使加工基準(zhǔn)面與大部分加工面處于分型面的同一側(cè)。 e）盡量減少分型面的數(shù)目，最好只有一個(gè)分型面。見(jiàn)圖97。 a) 不合理 b) 合理 圖97 分型面數(shù)目的確定工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇f）鑄件的非加工表面上，盡量避免有披縫。見(jiàn)圖98。 a) 不正確 b) 正確 圖9-8 分型面的位置應(yīng)能避免披縫g）分型面的選擇應(yīng)盡量與鑄型澆注時(shí)位置一致。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇鑄造工藝參數(shù)的選擇（1） 加工余量 指為保證鑄件加工面尺寸和零件精度，在鑄件工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加而在機(jī)械加工時(shí)切去的金屬層厚度。零件上需要加工的表面，應(yīng)需有適當(dāng)?shù)募庸び嗔?/p>

41、。鑄件加工余量的大小取決于鑄件的材料、鑄造方法、鑄件尺寸與復(fù)雜程度、生產(chǎn)批量、加工面與基準(zhǔn)面的距離及加工面在鑄型中的位置、加工精度要求等?；诣T鐵件較鑄鋼件線(xiàn)收縮率小、熔點(diǎn)低，鑄件表面較光潔、平整，故其加工余量小，鑄鋼件因澆注溫度高、表面粗糙、變形大、其加工余量應(yīng)比鑄鐵件大；非鐵合金鑄件表面光潔、且材料昂貴、加工余量應(yīng)比鑄鐵件小；鑄件的尺寸愈大或加工面與基準(zhǔn)面的距離愈大，鐵件的尺寸誤差也愈大，故余量也應(yīng)隨之加大；工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇大量生產(chǎn)時(shí)，因采用機(jī)器造型，鑄件精度高，故余量可減??；反之，手工造型誤差大，余量應(yīng)加大；此外，澆注時(shí)朝上的表面，因產(chǎn)生缺陷的機(jī)率大，其加工余量應(yīng)比底面和側(cè)面大

42、。加工余量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)加工余量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和鑄件尺寸公差標(biāo)準(zhǔn)配套使用選取。（2）起模斜度（拔模斜度） 為使模樣容易從鑄型中取出或型芯自芯盒中脫出，平行于起模方向在模樣或芯盒壁上的斜度稱(chēng)為起模斜度。凡垂直于分型面（分盒面）的沒(méi)有結(jié)構(gòu)斜度的壁均應(yīng)設(shè)起模斜度。起模斜度的大小，應(yīng)根據(jù)模壁測(cè)量面高度、模樣材料及造型方法確定。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇3）最小鑄出孔及槽零件上的孔、槽、臺(tái)階等應(yīng)從鑄件質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)方面考慮。較大的孔、槽等應(yīng)鑄出來(lái)，以便節(jié)約金屬和機(jī)構(gòu)加工工時(shí)，同時(shí)還避免鑄件局部過(guò)厚所造成的熱節(jié)，提高鑄件的質(zhì)量，較小的孔槽，則不宜鑄出，直接加工反而方便；如有特殊要求，且無(wú)法實(shí)行機(jī)加工的孔如彎曲孔

43、，則一定要鑄出。（4）收縮余量指為了補(bǔ)償件收縮，模樣比鑄件圖樣尺寸增大的數(shù)值。（5）工藝補(bǔ)正量由于工藝上的原因，在鑄件相應(yīng)部位非加工面上增加的金屬厚度稱(chēng)為工藝補(bǔ)正量。工藝補(bǔ)正量可粗略地按下述經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定，e0.002L，式中e為工藝補(bǔ)正量（mm）；L為加工面到加工基準(zhǔn)面間的距離（mm）工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（6）分型負(fù)數(shù) 指為抵消鑄件在分型部位的增厚，在模樣上相應(yīng)減去的尺寸。砂型的分型面一般不可能很平整，因此干型或表面烘干型合型后，上下型不能密合，金屬液就有可能從分型面處溢出，即“跑火”。為了防止跑火，就要在下型的分型面上鋪設(shè)泥條、油泥條或石棉繩等，使上、下型接觸面密封，這樣就使上箱抬

44、高，增加了鑄件的高度或鑄件頂面的厚度。制做模樣時(shí)，為了使模樣符合零件圖上尺寸的要求，在模樣上相應(yīng)減去這個(gè)抬高的尺寸，即為分型負(fù)數(shù)。（7）芯頭 指模樣上的突出部分，在型內(nèi)形成芯座并放置芯頭?；蛑感托镜耐馍觳糠郑恍纬设T件輪廓，只是落入芯座內(nèi)，用以定位和支承型芯。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇一、熔模鑄造二、金屬型鑄造三、壓力鑄造第四節(jié)第四節(jié) 特種鑄造特種鑄造工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇熔模鑄造熔模鑄造是用易熔材料制成模樣，然后在模樣上涂掛若干層耐火涂料制成型殼，經(jīng)硬化后再將模樣熔化，排出型外，從而獲得無(wú)分型面的鑄型。鑄型經(jīng)高溫焙燒后即可進(jìn)行澆注。 (一)熔模鑄造的工藝過(guò)程熔模鑄造的工藝過(guò)程包括：蠟

45、模制造、結(jié)殼、脫蠟、焙燒和澆注等，其流程圖及鑄造過(guò)程示意圖如下：一、熔模鑄造工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇圖9-1熔模鑄造流程圖工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇 圖9-2 熔模鑄造過(guò)程示意圖工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（二）熔模鑄造的主要特點(diǎn)及適用范圍1）鑄件的精度和表面質(zhì)量較高，尺寸公差等級(jí)可達(dá)IT14-IT11，表面粗糙度Ra值可達(dá)12.5mm-1.6mm。2）適用于各種合金鑄件。3）可制造形狀較復(fù)雜的鑄件，鑄出孔的最小直徑為0.5mm，最小壁厚可達(dá)0.3mm。4）工藝過(guò)程較復(fù)雜，生產(chǎn)同期長(zhǎng)，制造費(fèi)用和消耗的材料費(fèi)用較高，多用于小型零件（從幾十克到幾千克），一般不超過(guò)25kg。工程材料與熱加工基

46、礎(chǔ) 程曉宇金屬型鑄造又稱(chēng)硬模鑄造，是將液體金屬澆入金屬鑄型，在重力作用下充填鑄型，以獲得鑄件的鑄方法。（一）金屬型為保證使用壽命，制造金屬型的材料具備如下的性能：高的耐熱性和導(dǎo)熱性，反復(fù)受熱不變形，不破壞；一定的強(qiáng)度、韌性及耐磨性；好的切削加工性能。金屬型材料一般選用鑄鐵、碳素鋼或低合金鋼。（二）金屬型鑄造的工藝特點(diǎn)1. 金屬型預(yù)熱 金屬型預(yù)熱溫度主要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定，一般不低于150。2. 刷涂料 金屬型表面應(yīng)噴刷一層耐火涂料（厚度為0.3mm0.4mm），以保護(hù)型壁表面，免受金屬液的直接沖蝕和熱擊。二、金屬型鑄造二、金屬型鑄造工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇 3.澆注 由于金屬型的導(dǎo)熱能力強(qiáng)，因

47、此澆注溫度應(yīng)比砂型鑄造高2030。鋁合金為680740，鑄鐵為13001370，錫青銅為11001150，對(duì)薄壁小件取上限，對(duì)厚壁大件取下限。4.開(kāi)型時(shí)間 對(duì)于金屬型鑄造，要根據(jù)不同的鑄件選用合適的開(kāi)型時(shí)間，具體數(shù)值需通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。 （三）金屬型鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍1）金屬型鑄件冷卻快，組織致密，力學(xué)性能高。2）鑄件的精度和表面質(zhì)量較高3）澆冒口尺寸較小，液體金屬耗量減少，一般可節(jié)約15%30%。4）不用砂或少用砂。金屬型鑄造的主要缺點(diǎn)是金屬型無(wú)透氣和退讓性，鑄件冷卻速度大，容易產(chǎn)生澆不到、冷隔、裂紋等缺陷。 工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇壓力鑄造（壓力鑄造（簡(jiǎn)稱(chēng)壓鑄）的實(shí)質(zhì)是在高壓作用下，使

48、液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填金屬型型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。常用壓射壓力為51500MPa，充填速度約55m/s，充填時(shí)間很短，約0.0102s。 壓鑄過(guò)程主要由壓鑄機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。壓鑄機(jī)分熱壓室式和冷壓室式兩類(lèi)。熱壓室式壓鑄機(jī)工作原理見(jiàn)圖93。 圖9-3 熱壓室式壓鑄機(jī)工作原理三、壓力鑄造三、壓力鑄造工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇冷壓室式壓鑄冷壓室式壓鑄特點(diǎn)是壓室和熔化合金的坩堝連成一體，壓室浸在液體金屬中，多用于低熔點(diǎn)合金。冷壓室式壓鑄機(jī)分立式和臥式兩種類(lèi)型，臥式冷壓室式壓鑄機(jī)工作原理見(jiàn)圖128與圖9-4。圖9-4 冷壓室式壓鑄機(jī)工作原理工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇圖9-5

49、冷壓室式壓鑄機(jī)推桿頂出機(jī)構(gòu)工作原理工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（二）壓鑄的特點(diǎn)和應(yīng)用1.壓鑄優(yōu)點(diǎn)：1）鑄件的尺寸精度最高，表面粗糙度Ra值最小。2）鑄件強(qiáng)度和表面硬度都較高。3）生產(chǎn)效率很高，生產(chǎn)過(guò)程易于機(jī)械化和自動(dòng)化。2.壓鑄缺點(diǎn)：1）壓鑄時(shí)，高速液流會(huì)包住大量空氣，凝固后在鑄件表皮下形成許多氣孔，故壓鑄件不宜進(jìn)行較多余量的切削加工，以免氣孔外露。2）壓鑄黑色金屬時(shí)，壓鑄型壽命很低，困難較大。3）設(shè)備投資大，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)。工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇一、鑄件結(jié)構(gòu)的合理性鑄件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性包括：鑄件結(jié)構(gòu)的合理性；鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性；鑄件結(jié)構(gòu)對(duì)鑄造方法的適應(yīng)性。二、鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性三、鑄造方法

50、對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的特殊要求第五節(jié)第五節(jié) 零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇一、鑄件結(jié)構(gòu)的合理性一、鑄件結(jié)構(gòu)的合理性（一）鑄件應(yīng)有合理的壁厚每一種鑄造合金都有其適宜的鑄件壁厚范圍，鑄件壁厚過(guò)大或過(guò)小都會(huì)對(duì)鑄件產(chǎn)生不良影響。若選定合金的適宜壁厚不能滿(mǎn)足零件力學(xué)性能的要求，則應(yīng)改選高強(qiáng)度的材料或選擇合理的截面形狀以及增設(shè)加強(qiáng)肋等措施，見(jiàn)圖96。 圖9-6 鑄件的壁厚應(yīng)合理工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（二）鑄件壁厚應(yīng)力求均勻所謂壁厚均勻，是指鑄件的各部分具有冷卻速度相近的壁厚，見(jiàn)圖97。鑄件的內(nèi)壁厚度應(yīng)略小于外壁厚度。圖9-7 鑄件的壁厚應(yīng)均勻工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（

51、三）鑄件壁的聯(lián)接形式要合理1. 鑄件如果因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)需要不能做冷壓室式壓鑄到壁厚均勻，則不同壁厚的聯(lián)接應(yīng)采用逐漸過(guò)渡的形式，見(jiàn)圖98。 圖9-8 鑄件壁厚的過(guò)渡形式工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇2. 對(duì)于鑄件結(jié)構(gòu)中有兩個(gè)或三個(gè)甚至更多個(gè)壁相連的情況，可采用交錯(cuò)接頭或環(huán)形接頭的形式，見(jiàn)圖99。 圖9-9 鑄件壁聯(lián)結(jié)應(yīng)盡量避免金屬積聚工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（四）盡量避免過(guò)大的水平面過(guò)大的平面不利于金屬液的填充，容易產(chǎn)生澆不到等缺陷，在進(jìn)行鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量將水平面設(shè)計(jì)成傾斜形狀，見(jiàn)圖910。 圖9-10 避免大水平壁的結(jié)構(gòu)工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇（五）鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)避免冷卻收縮受阻和有利于減

52、小變形鑄件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使其能自由收縮，以減小應(yīng)力，避免裂紋。如圖911所示的彎曲輪輻和奇數(shù)輪輻的設(shè)計(jì)，可使鑄件能較好地自由收縮。 圖9-11 輪輻的設(shè)計(jì)工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇二、鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性二、鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性（一）鑄件的外形設(shè)計(jì)1. 應(yīng)使鑄件具有最少的分型面減少鑄件分型面的數(shù)量，不僅可以減少砂箱的用量，降低造型工時(shí)，而且可以減少錯(cuò)箱、偏芯等缺陷，從而提高鑄件的精度。圖912所示端蓋結(jié)構(gòu)，由于圖912a存在法蘭凸緣，不能采用簡(jiǎn)單的兩箱造型。若改成圖912b所示的結(jié)構(gòu)，取消上部的凸緣，使鑄件僅有一個(gè)分型面，則將大大簡(jiǎn)化造型操作。 圖9-12 端蓋的設(shè)計(jì)工程材料與熱加工基礎(chǔ) 程曉宇2. 應(yīng)盡量使分型面平直平直的分型面可避免操作費(fèi)時(shí)的挖砂造型或假箱造型；同時(shí)，