材料成型工藝基礎(chǔ)之鑄造培訓(xùn)課件(共75頁).ppt

1、第第1010章章 鑄造鑄造 鑄造是將熔融金屬澆注壓射、吸入到鑄型砂型和金屬型型腔中，冷卻凝固后獲得一定形狀和性能的毛坯或零件的金屬成形工藝。概概 述述 鑄造生產(chǎn)的特點鑄造生產(chǎn)的特點古代：兵器、農(nóng)具、鐘、錢幣等；鑄造優(yōu)點：金屬一次成形；工藝靈活性大，各種成分、尺寸、形狀和重量的鑄件幾乎都能適應(yīng)；本錢低；適宜于形狀復(fù)雜、特別是復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯或零件；對于不宜鍛壓生產(chǎn)和焊接的材料，具有特殊的優(yōu)勢。應(yīng)用應(yīng)用鑄造缺點：組織晶粒粗大，實體內(nèi)部常有氣孔、縮孔、縮松、砂眼，力學(xué)性能不如鍛件；生產(chǎn)工序多，廢品率高；工作環(huán)境差，勞動強(qiáng)度大?，F(xiàn)代：機(jī)床制造、動力、交通運(yùn)輸、輕紡、冶金機(jī)械等。10.1 鑄造成形理論根底

2、充型能力缺乏時，會產(chǎn)生澆缺乏、冷隔等缺陷。液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得尺寸精確、輪廓清晰鑄件的能力。 合金鑄造性能包括液態(tài)合金的充型能力、收縮、合金鑄造性能包括液態(tài)合金的充型能力、收縮、偏析、氧化和吸氣等。鑄造有兩大根本過程：即液態(tài)偏析、氧化和吸氣等。鑄造有兩大根本過程：即液態(tài)合金充滿型腔和隨后在型腔中冷凝收縮。合金充滿型腔和隨后在型腔中冷凝收縮。一、液態(tài)合金充型能力一、液態(tài)合金充型能力 常見的鑄件缺陷常見的鑄件缺陷0.4%C 鑄鋼：200出氣口澆口杯4.3%C 鑄鐵：18001. 1. 合金的流動性合金的流動性 影響合金流動性的因素有合金的成分、溫度、物理性質(zhì)、不溶雜質(zhì)和氣體等。 a）在恒溫下

3、凝固b）在一定溫度范圍內(nèi)凝固2. 2. 影響合金流動性的因素影響合金流動性的因素1) 液態(tài)合金的化學(xué)成分 純金屬和共晶成分合金在恒定溫度下凝固，已凝固和未凝固界面光滑，對未凝固液體阻力小，流動性好。從合金流動性的角度考慮，選擇共晶、近共晶成分或凝固溫度范圍小的合金作為鑄造合金。2) 合金的物理性質(zhì) 和流動性有關(guān)的，比熱容、密度、結(jié)晶潛熱、導(dǎo)熱系數(shù)、黏度。c、越大，結(jié)晶潛熱越多，導(dǎo)熱系數(shù)越小，均使液態(tài)合金較長時間保持澆注后的溫度，從而使流動性好。 小，內(nèi)摩擦力小。3) 液態(tài)合金的溫度 在一定溫度范圍內(nèi)，液態(tài)合金的溫度越高，流動性越好。但液態(tài)合金溫度過高，會造成液態(tài)金屬氧化、吸氣嚴(yán)重，易使鑄件產(chǎn)生

4、氣孔、夾渣、粘砂、縮松、縮孔等鑄造缺陷，故溫度要合理，不能太高。鑄型條件鑄型的蓄熱能力3. 3. 影響液態(tài)合金充型能力的因素影響液態(tài)合金充型能力的因素澆注條件鑄型的發(fā)氣鑄型的溫度鑄型的結(jié)構(gòu)澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)充型壓力澆注溫度工藝因素流動性影響因素影響因素二、合金的收縮二、合金的收縮1. 1. 收縮的概念收縮的概念合金的收縮經(jīng)歷如下三個階段：1液態(tài)收縮 從澆注溫度到凝固開始溫度之間的收縮。液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔或縮松的根本原因。固態(tài)收縮是鑄件產(chǎn)生鑄造應(yīng)力、變形、裂紋的根本原因。 2凝固收縮 從凝固開始到凝固終止溫度間的收縮。3固態(tài)收縮 從凝固終止溫度到室溫間的收縮。1) 合金成分2) 澆注溫

5、度3) 鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型2.2.影響收縮性的因素影響收縮性的因素3.3.縮孔與縮松縮孔與縮松液態(tài)合金在冷凝過程中，假設(shè)液態(tài)收縮和凝固收縮所縮減的容積得不到補(bǔ)充，在鑄件最后凝固的部位形成一些孔洞 。大而集中的稱為縮孔，細(xì)小而分散的稱為縮松疏松。1) 1) 縮孔和縮松的形成縮孔和縮松的形成結(jié) 論：1從收縮的角度考慮，盡量選擇共晶、近共晶成分或凝 固溫度范圍小的合金作為鑄造合金；2給定成分的鑄件，縮孔和縮松的總?cè)莘e是一定值，適當(dāng)增大鑄件的冷卻速度可促進(jìn)縮松向縮孔轉(zhuǎn)化；3合金收縮越大，鑄件的縮孔體積越大；4澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大，縮孔的體積越大；5縮孔和縮松總是存在于鑄件的最后凝固部位。如果鑄件設(shè)計

6、壁厚不均勻，那么在厚壁處易于出現(xiàn)縮孔或縮松。2)2)縮孔和縮松的防止縮孔和縮松的防止 防止縮孔和縮松常用的工藝措施就是控制鑄件的凝固次序，使鑄件實現(xiàn)“順序凝固。 順序凝固的缺點：應(yīng)用：液態(tài)收縮和凝固收縮大、必須補(bǔ)縮的場合 。(1) 冒口浪費(fèi)金屬，降低了工藝出品率，提高了本錢； (2) 鑄件內(nèi)應(yīng)力大，易于變形和開裂。 三、鑄造內(nèi)應(yīng)力及鑄件的變形、裂紋三、鑄造內(nèi)應(yīng)力及鑄件的變形、裂紋 鑄件在凝固以后的繼續(xù)冷卻過程中，其固態(tài)收縮受到阻礙或鑄件各局部互相牽制，鑄件內(nèi)部將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。 熱應(yīng)力是由于鑄件壁厚不均勻，各局部冷卻速度不同，以致在同一時期內(nèi)鑄件各局部收縮不一致而引起的應(yīng)力。 1. 1.熱應(yīng)力熱應(yīng)

7、力 熱應(yīng)力使鑄件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表層受壓縮。 鑄件的收縮受到鑄型、型芯、澆注系統(tǒng)的機(jī)械阻礙而形成的內(nèi)應(yīng)力。上型下型2. 2.機(jī)械應(yīng)力收縮應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力收縮應(yīng)力 退讓性：鑄件冷卻收縮時鑄型型芯可以稍微壓縮的性能。 3. 3. 鑄件的變形與防止鑄件的變形與防止 防止變形的方法：1使鑄件壁厚盡可能均勻或形狀對稱；2采用同時凝固的原那么；3采用反變形法。對某些重要的、精密的鑄件必須采取去應(yīng)力退火人工時效、熱時效或自然時效等方法，消除剩余內(nèi)應(yīng)力；必要時可在粗加工后進(jìn)行去應(yīng)力退火或人工時效，再進(jìn)行精加工。 4. 4. 鑄件的裂紋與防止鑄件的裂紋與防止 (1) 熱裂 熱裂的特征是：裂紋短、縫隙寬、形

8、狀曲折、斷面有嚴(yán)重氧化、無金屬光澤、裂紋沿晶界產(chǎn)生和開展等。熱裂的防止：1) 應(yīng)盡量選擇凝固溫度范圍小、熱裂傾向小的合金。2) 應(yīng)提高鑄型和型芯的退讓性，以減小機(jī)械應(yīng)力。3) 對于鑄鋼件和鑄鐵件，嚴(yán)格控制硫的含量，防止熱脆性。 (2) 冷裂 冷裂的特征是：裂紋細(xì)小，呈連續(xù)直線狀，縫內(nèi)有金屬光澤或輕微氧化色。 冷裂的防止： 1使鑄件壁厚盡可能均勻；2采用同時凝固的原那么；3對于鑄鋼件和鑄鐵件，必須嚴(yán)格控制磷的 含量，防止冷脆性。 作作 業(yè)業(yè)1.鑄件的凝固應(yīng)遵循什么根本原那么？優(yōu)缺點鑄件的凝固應(yīng)遵循什么根本原那么？優(yōu)缺點是是 什么？各適用于什么范圍？什么？各適用于什么范圍？2.在生產(chǎn)中，為什么要選

9、擇共晶成分、近共晶在生產(chǎn)中，為什么要選擇共晶成分、近共晶成分或凝固溫度范圍小的合金作為鑄造合金？成分或凝固溫度范圍小的合金作為鑄造合金？10.2 砂型鑄造砂型鑄造一、砂型鑄造的生產(chǎn)過程一、砂型鑄造的生產(chǎn)過程1. 1.造型造型二、砂型鑄造工藝過程二、砂型鑄造工藝過程1) 手工造型2) 機(jī)器造型3) 造芯4) 涂料5) 開設(shè)澆注系統(tǒng)6) 合型2. 2.熔煉與澆注熔煉與澆注3. 3.落砂與清理落砂與清理二、工藝過程簡介二、工藝過程簡介1.造型：造型： 手工造型手工造型整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、三箱造型。三箱造型。 機(jī)器造型機(jī)器造型緊砂特點壓實式、

10、分模式、震壓式、拋砂緊砂特點壓實式、分模式、震壓式、拋砂緊實、射砂緊實。緊實、射砂緊實。 造芯造芯芯盒造芯。用于孔下某些局部外形砂芯中有芯首，芯盒造芯。用于孔下某些局部外形砂芯中有芯首，砂芯烘干。砂芯烘干。 涂料涂料耐火材料、黏結(jié)材料、懸浮穩(wěn)定劑等組成，涂刷耐火材料、黏結(jié)材料、懸浮穩(wěn)定劑等組成，涂刷鑄型，型芯外表。防止鑄件粘砂、夾砂、砂眼等缺陷。鑄型，型芯外表。防止鑄件粘砂、夾砂、砂眼等缺陷。 開設(shè)澆注系統(tǒng)開設(shè)澆注系統(tǒng)圖圖10-16。開設(shè)澆鑄系統(tǒng)的目的為了填充。開設(shè)澆鑄系統(tǒng)的目的為了填充型腔和冒口的一系列通道。型腔和冒口的一系列通道。 合型合箱合型合箱將上下箱、型芯等組合成完整的鑄型。將上下箱

11、、型芯等組合成完整的鑄型。零件圖零件圖鑄造工藝圖鑄造工藝圖鑄鑄型型型型芯芯芯盒芯盒 芯砂芯砂型砂型砂模型模型熔化熔化合合 箱箱落砂、清理落砂、清理檢檢 驗驗鑄鑄 件件砂型鑄造的工藝過程砂型鑄造的工藝過程澆注澆注冷卻冷卻凝固凝固2 .熔煉與澆鑄熔煉將金屬熔化，常用沖天爐。澆鑄澆鑄包將液態(tài)金屬注入鑄型。澆鑄前從澆包內(nèi)清渣和夾雜物。注意溫度3.落砂、清理落砂用手工或機(jī)械使鑄件從砂箱中取出。落砂不能過早或過晚。清理將鑄件上砂子和氧化皮及澆冒系統(tǒng)冒口去除掉。檢驗、補(bǔ)焊、正火或退火或時效。 三、鑄造工藝圖三、鑄造工藝圖 完整的鑄造工藝圖包括 ：鑄件(毛坯)圖， 模型(型盒)圖， 砂型合箱圖。其中主要示鑄件

12、圖和模型圖。在繪制鑄造工藝圖時先考慮下面三個問題：1.鑄件在澆注時的位置的選擇。圖10-17、圖10-18、圖10-6.7、圖10-19、圖10-20。1. 1. 澆注位置的選擇澆注位置的選擇澆注時鑄件在鑄型中所處的空間位置。(1) 鑄件的重要加工面和受力面應(yīng)朝下或位于側(cè)面 三、鑄造工藝圖三、鑄造工藝圖 (3) 應(yīng)將面積較大的薄壁部位置于鑄型下部，或使其傾斜位置(2) 對于一些需要補(bǔ)縮的鑄件，為防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松的缺陷，應(yīng)使鑄件較厚的部位放在鑄型的上部或側(cè)面。 (4) 鑄件的大平面應(yīng)朝下 2. 2. 分型面的選擇分型面的選擇 (1)(1)分型面應(yīng)選在鑄件的最大截面處。分型面應(yīng)選在鑄件的最大

13、截面處。(2)(2)應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)量，并盡可能選擇平面分型。應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)量，并盡可能選擇平面分型。 上下中(3)(3)應(yīng)盡可能減少活塊和型芯的數(shù)量，注意減少砂箱高度。應(yīng)盡可能減少活塊和型芯的數(shù)量，注意減少砂箱高度。 (4)(4)應(yīng)盡量使鑄件的全部或大部置于同一砂箱，以保證鑄件應(yīng)盡量使鑄件的全部或大部置于同一砂箱，以保證鑄件 的尺寸精度。的尺寸精度。 3. 3. 工藝參數(shù)確實定工藝參數(shù)確實定 (2) 機(jī)械加工余量(1) 鑄造收縮率通?；诣T鐵為0.71.0%，鑄造碳鋼為1.62.0%，鋁硅合金為0.81.2%，錫青銅為1.21.4%。 在鑄件加工外表上留出的、準(zhǔn)備切去的金屬層厚度。機(jī)

14、器造型鑄件精度高，余量??；手工造型誤差大，余量也大?；诣T鐵加工余量小，鑄鋼加工余量大。 (3) 拔模斜度(4) 鑄造圓角 圓角半徑一般約為相交兩壁平均厚度的1/4 (5) 型芯頭型芯頭的作用：定位、支撐和固定砂芯生產(chǎn)批量最小鑄出孔直徑灰口鑄鐵件鑄鋼件大量生產(chǎn)成批生產(chǎn)單件、小批生產(chǎn)121515303050305050(6) 最小鑄出孔及槽 4. 4. 鑄造工藝圖鑄造工藝圖 特種鑄造特種鑄造金屬型鑄造離心鑄造壓力鑄造熔模鑄造低壓鑄造擠壓鑄造陶瓷型鑄造10.3 特種鑄造特種鑄造一、熔模鑄造一、熔模鑄造 熔模鑄造又稱精密鑄造，是用蠟料制成模樣，然后蠟?zāi)Ｍ獗戆布僭O(shè)干層耐火材料，待其硬化枯燥后，將模樣熔

15、去制成中空型殼，經(jīng)澆注而獲得鑄件的一種成形工藝方法。 1. 1. 熔模鑄造的工藝過程熔模鑄造的工藝過程 母模壓型蠟?zāi)＝M結(jié)殼脫蠟單個蠟?zāi)１簾沧?. 2. 熔模鑄造的特點和適用范圍熔模鑄造的特點和適用范圍(1) 鑄件的精度和外表質(zhì)量較高，公差等級可達(dá)IT11IT13， 外表粗糙度Ra值達(dá)1.612.5m。 (2) 合金種類不受限制，尤其適用于高熔點及難加工的高合 金鋼，如耐熱合金、不銹鋼、磁鋼等。 (4) 可鑄出形狀較復(fù)雜的鑄件。 (3) 生產(chǎn)批量不受限制，單件、成批、大量生產(chǎn)均可適用。 (5) 工藝過程較復(fù)雜，生產(chǎn)周期長；原材料價格貴，鑄件成工藝過程較復(fù)雜，生產(chǎn)周期長；原材料價格貴，鑄件成

16、本高；鑄件不能太大、太長，否那么熔模易變形，本高；鑄件不能太大、太長，否那么熔模易變形， 喪失原有精度。喪失原有精度。 液態(tài)金屬液態(tài)金屬澆入澆入金屬型金屬型鑄件鑄件獲得獲得1. 1. 金屬型鑄件的工藝特點金屬型鑄件的工藝特點材料一般采用鑄鐵鑄鐵，要求較高時，可選用碳鋼或低合金鋼碳鋼或低合金鋼 。金屬型的結(jié)構(gòu)有水平分型式、垂直分型式水平分型式、垂直分型式和復(fù)合分型式復(fù)合分型式等 。二、金屬型鑄造二、金屬型鑄造應(yīng)用：應(yīng)用：它最適合它最適合25kg以下的高熔點、難以切削加工合金以下的高熔點、難以切削加工合金 鑄件的成批大量生產(chǎn)。鑄件的成批大量生產(chǎn)。金屬型鑄造注意問題金屬型鑄造注意問題 (2) 加強(qiáng)金

17、屬型的排氣(3) 在金屬型的工作外表上噴刷涂料(1) 預(yù)熱金屬型并控制其溫度(4) 及時開型(5) 防止鑄鐵產(chǎn)生白口組織2. 2. 金屬型鑄造的特點及適用范圍金屬型鑄造的特點及適用范圍(2) 金屬型鑄件冷卻速度快，組織致密，力學(xué)性能高。 (3) 鑄件的尺寸精度和外表質(zhì)量均優(yōu)于砂型鑄造件。尺寸精度達(dá)IT12IT16，Ra值平均可達(dá)6.312.5m。 (1) 實現(xiàn)了“一型多鑄，生產(chǎn)率高，勞動條件得到改善。(4) 金屬型制造本錢高、周期長；鑄件不透氣、無退讓性、 鑄件冷卻速度快，易產(chǎn)生氣孔、應(yīng)力、裂紋、澆缺乏、冷隔、白口等鑄造缺陷。 應(yīng)用：應(yīng)用：主要用于銅、鋁、鎂等有色合金鑄件的大批量生產(chǎn)。三、壓力

18、鑄造三、壓力鑄造液態(tài)金屬在高壓作用高壓作用下快速壓入金屬鑄型金屬鑄型中，并在壓力在壓力下結(jié)晶，以獲得鑄件的成形工藝方法。 1. 1. 壓鑄機(jī)和壓鑄工藝過程壓鑄機(jī)和壓鑄工藝過程2. 2. 壓力鑄造的特點和適用范圍壓力鑄造的特點和適用范圍 (1) 鑄件的尺寸精度和外表質(zhì)量最高。公差等級一般為鑄件的尺寸精度和外表質(zhì)量最高。公差等級一般為 IT11IT13級，級，Ra為為3.20.8m。 (2) 鑄件的強(qiáng)度和外表硬度高?？估瓘?qiáng)度可比砂型鑄造 提高2530%，但伸長率有所下降。 (3) 可壓鑄出形狀復(fù)雜的薄壁件。 (4) 生產(chǎn)率高。國產(chǎn)壓鑄機(jī)每小時可鑄 50150次，最高可達(dá)500次。 (5) 便于采用

19、鑲嵌法。 (6) 壓鑄設(shè)備投資大，壓鑄型制造本錢高，工藝準(zhǔn)備時間 長，不適宜單件、小批生產(chǎn)。(7) 由于壓鑄型壽命的原因，目前壓鑄尚不適宜鑄鐵、鋼 等高熔點合金的鑄造。 (8) 壓鑄件內(nèi)部存在縮孔和縮松，表皮下形成許多氣孔。應(yīng)用：應(yīng)用：主要用于中小型的、低熔點的鋅、鋁、鎂及銅等有色合金鑄件的大批量生產(chǎn)。四、離心鑄造四、離心鑄造將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬在離心力離心力的作用下填充鑄型并凝固成形的鑄造方法。 離心鑄造的鑄型分為金屬型和砂型兩種離心鑄造的特點：離心鑄造的特點：(1) 工藝過程簡單。 (2) 力學(xué)性能較好。 (3) 便于鑄造“雙金屬鑄件。 (4) 合金的種類幾乎不受

20、限制。 應(yīng)用：應(yīng)用：主要用于大批量中空件的生產(chǎn)。(5) 內(nèi)外表質(zhì)量差，孔的尺寸不易控制。10.4 常用合金鑄件生產(chǎn)特點常用合金鑄件生產(chǎn)特點 一、鑄鐵件一、鑄鐵件 鑄鐵是含碳量大于2.11%通常為2.5%-4.0%的鐵碳合金。根據(jù)鑄鐵在結(jié)晶過程中石墨化程度不同，鑄鐵分為3類：灰口鑄鐵、白口鑄鐵和麻口鑄鐵。(1) (1) 灰鑄鐵件的生產(chǎn)特點灰鑄鐵件的生產(chǎn)特點1 1灰鑄鐵一般在沖天爐中熔煉，本錢低廉；灰鑄鐵一般在沖天爐中熔煉，本錢低廉；2 2具有良好的鑄造性能具有良好的鑄造性能, ,一般不需設(shè)置冒口和冷鐵。一般不需設(shè)置冒口和冷鐵。1. 1. 灰鑄鐵灰鑄鐵沖天爐的燃料為焦碳；金屬爐料有：生鐵鐵礦石經(jīng)高爐冶煉后的鐵碳合金塊、回爐鐵廢鑄件、澆冒口、廢鋼機(jī)加工車間的鋼料頭和鋼切屑、鐵合金；熔劑為石灰石和螢石。2 2. . 球墨鑄鐵球墨鑄鐵球化劑稀土鎂合金參加量一般為鐵水重量的1.0-1.6%。 球化劑的作用：球化劑的作用：促使石墨在結(jié)晶時呈促使石墨在結(jié)晶時呈球狀球狀析出。析出。 (1) (1) 球化處理球化處理常用的孕育劑為含硅75%的硅鐵，參加量為鐵水重量的0.4-1.0%。 (2) (2) 孕育處理