材料成型技術(shù)基礎(chǔ) 第一章 第三節(jié) 特種鑄造

1、第三節(jié) 特種鑄造 特種鑄造：鑄型用砂較少或不用砂、采用特殊工藝裝備進(jìn)行鑄造的方法，如熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、陶瓷型鑄造和實(shí)型鑄造等。特點(diǎn)：特種鑄造具有鑄件精度和表面質(zhì)量高、鑄件內(nèi)在性能好、原材料消耗低、工作環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)。但鑄件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、重量、材料種類往往受到一定限制。一、熔模鑄造（失蠟鑄造） （一）熔模鑄造的工藝過程1制造蠟?zāi)?蠟?zāi)２牧铣Ｓ?0%石蠟和50%硬脂酸配制而成。如圖1-34a所示。為提高生產(chǎn)率，常把數(shù)個(gè)蠟?zāi)Ｈ酆冈谙灠羯?，成為蠟?zāi)＝M，如圖1-34b所示。 2制造型殼 在蠟?zāi)＝M表面浸掛一層以水玻璃和石英粉配制的涂料，然后在上面撒一層較細(xì)的硅砂，并放

2、入固化劑（如氯化銨水溶液等）中硬化。使蠟?zāi)＝M外面形成由多層耐火材料組成的堅(jiān)硬型殼（一般為410層），型殼的總厚度為57mm，如圖1-34c所示。3熔化蠟?zāi)＃撓灒?通常將帶有蠟?zāi)＝M的型殼放在8090的熱水中，使蠟料熔化后從澆注系統(tǒng)中流出。4型殼的焙燒 把脫蠟后的型殼放入加熱爐中，加熱到800950，保溫0.52h，燒去型殼內(nèi)的殘蠟和水分，并使型殼強(qiáng)度進(jìn)一步提高。5澆注 將型殼從焙燒爐中取出后，周圍堆放干砂，加固型殼，然后趁熱（600700）澆入合金液，并凝固冷卻。6脫殼和清理 用人工或機(jī)械方法去掉型殼、切除澆冒口，清理后即得鑄件。圖1-34 熔模鑄造的工藝過程（二）熔摸鑄造鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性熔摸

3、鑄造鑄件的結(jié)構(gòu)，除應(yīng)滿足一般鑄造工藝的要求外，還具有其特殊性：1鑄孔不能太小和太深 否則涂料和砂粒很難進(jìn)入臘模的空洞內(nèi)，只有采用陶瓷芯或石英玻璃管芯，工藝復(fù)雜，清理困難。一般鑄孔應(yīng)大于2mm.。2鑄件壁厚不可太薄 一般為28mm。3鑄件的壁厚應(yīng)盡量均勻 熔摸鑄造工藝一般不用冷鐵，少用冒口，多用直澆口直接補(bǔ)縮，故不能有分散的熱節(jié)。（三）熔模鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用熔模鑄造的特點(diǎn)是：（1）鑄件精度高、表面質(zhì)量好，是少、無切削加工工藝的重要方法之一，其尺寸精度可達(dá)IT11IT14，表面粗糙度為Ra12.51.6m。如熔模鑄造的渦輪發(fā)動機(jī)葉片，鑄件精度已達(dá)到無加工余量的要求。（2）可制造形狀復(fù)雜鑄件，其最小壁

4、厚可達(dá)0.3mm，最小鑄出孔徑為0.5mm。對由幾個(gè)零件組合成的復(fù)雜部件，可用熔模鑄造一次鑄出。（3）鑄造合金種類不受限制，用于高熔點(diǎn)和難切削合金，更具顯著的優(yōu)越性。（4）生產(chǎn)批量基本不受限制，既可成批、大批量生產(chǎn)，又可單件、小批量生產(chǎn)。缺點(diǎn)：工序繁雜，生產(chǎn)周期長，原輔材料費(fèi)用比砂型鑄造高，生產(chǎn)成本較高，鑄件不宜太大、太長，一般限于25kg以下。產(chǎn)品：生產(chǎn)汽輪機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)的葉片，泵的葉輪，切削刀具，以及飛機(jī)、汽車、拖拉機(jī)、風(fēng)動工具和機(jī)床上的小型零件。二、金屬型鑄造 金屬型鑄造：將液體金屬在重力作用下澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種方法。鑄型用金屬制成，可以反復(fù)使用幾百次到幾千次。1、金屬型的結(jié)構(gòu)

5、與材料 根據(jù)分型面位置的不同，金屬型可分為垂直分型式、水平分型式和復(fù)合分型式三種結(jié)構(gòu)，其中垂直分型式金屬型開設(shè)澆注系統(tǒng)和取出鑄件比較方便，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，應(yīng)用較廣，如圖1-35所示。圖1-35 垂直分型式金屬型圖1-36所示為鑄造鋁合金活塞用的垂直分型式金屬型，它由兩個(gè)半型組成。上面的大金屬芯由三部分組成，便于從鑄件中取出。當(dāng)鑄件冷卻后，首先取出中間的楔片及兩個(gè)小金屬芯，然后將兩個(gè)半金屬芯沿水平方向向中心靠攏，再向上拔出。制造金屬型的材料熔點(diǎn)一般應(yīng)高于澆注合金的熔點(diǎn)。如澆注錫、鋅、鎂等低熔點(diǎn)合金，可用灰鑄鐵制造金屬型；澆注鋁、銅等合金，則要用合金鑄鐵或鋼制金屬型。金屬型用的芯子有砂芯和金屬芯兩種

6、。圖1-36 鋁合金活塞的金屬型簡圖2、金屬型的鑄造工藝措施由于金屬型導(dǎo)熱速度快，沒有退讓性和透氣性，為了確保獲得優(yōu)質(zhì)鑄件和延長金屬型的使用壽命，必須采取下列工藝措施：（1）加強(qiáng)金屬型的排氣（2）表面噴刷防粘砂涂料（3）預(yù)熱金屬型（4）開 型因金屬型無退讓性，除在澆注時(shí)正確選定澆注溫度和澆注速度外，澆注后，如果鑄件在鑄型中停留時(shí)間過長，易引起過大的鑄造應(yīng)力而導(dǎo)致鑄件開裂。因此，鑄件冷凝后，應(yīng)及時(shí)從鑄型中取出。通常鑄鐵件出型溫度為780950左右，開型時(shí)間為1060s。3、金屬型鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性（1）鑄件結(jié)構(gòu)一定要保證能順利出型，鑄件結(jié)構(gòu)斜度應(yīng)較砂型鑄件為大。（2）鑄件壁厚要均勻，壁厚不能過?。?/p>

7、Al-Si合金24mm，Al-Mg合金為35mm）。（3）鑄孔的孔徑不能過小、過深，以便于金屬型芯的按放和抽出，4、金屬型鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍金屬型鑄造的特點(diǎn)是：（1）尺寸精度高（IT12IT16）、表面粗糙度?。≧a12.56.3m），機(jī)械加工余量小。（2）鑄件的晶粒較細(xì)，力學(xué)性能好。（3）可實(shí)現(xiàn)一型多鑄，提高了勞動生產(chǎn)率，且節(jié)約造型材料。但金屬型的制造成本高，不宜生產(chǎn)大型、形狀復(fù)雜和薄壁鑄件；由于冷卻速度快，鑄鐵件表面易產(chǎn)生白口，切削加工困難；受金屬型材料熔點(diǎn)的限制，熔點(diǎn)高的合金不適宜用金屬型鑄造。用途：銅合金、鋁合金等鑄件的大批量生產(chǎn)，如活塞、連桿、汽缸蓋等；鑄鐵件的金屬型鑄造目前也有所

8、發(fā)展，但其尺寸限制在300mm以內(nèi)，質(zhì)量不超過8kg，如電熨斗底板等。三、壓力鑄造 比壓3070MPa，充型時(shí)間0.010.2sec。（一）壓鑄機(jī)和壓鑄工藝過程壓鑄機(jī)分類：根據(jù)壓室工作條件不同，分為冷壓室壓鑄機(jī)和熱壓室壓鑄機(jī)兩類。熱壓室壓鑄機(jī)的壓室與坩堝連成一體，而冷壓室壓鑄機(jī)的壓室是與坩堝分開的。冷壓室壓鑄機(jī)又可分為立式和臥式兩種，目前以臥式冷壓室壓鑄機(jī)應(yīng)用較多，其工作原理如圖1-37所示。壓鑄鑄型：定型、動型，將定量金屬液澆入壓室，柱塞向前推進(jìn)，金屬液經(jīng)澆道壓入壓鑄模型腔中，經(jīng)冷凝后開型，由推桿將鑄件推出。冷壓室壓鑄機(jī)，可用于壓鑄熔點(diǎn)較高的非鐵金屬，如銅、鋁和鎂合金等。圖1-37 臥式冷壓

9、室壓鑄機(jī)工作原理（二）壓鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性1壓鑄件上應(yīng)消除內(nèi)側(cè)凹，以保證壓鑄件從壓型中順利取出。2壓力鑄造可鑄出細(xì)小的螺紋、孔、齒和文字等，但有一定的限制。3應(yīng)盡可能采用薄壁并保證壁厚均勻。由于壓鑄工藝的特點(diǎn)，金屬澆注和冷卻速度都很快，厚壁處不易得到補(bǔ)縮而形成縮孔、縮松。壓鑄件適宜的壁厚：鋅合金為14mm，鋁合金為1.55mm，銅合金為25mm。4對于復(fù)雜而無法取芯的鑄件或局部有特殊性能（如耐磨、導(dǎo)電、導(dǎo)磁和絕緣等）要求的鑄件，可采用嵌鑄法，把鑲嵌件先放在壓型內(nèi)，然后和壓鑄件鑄合在一起。（三）壓力鑄造的特點(diǎn)及其應(yīng)用壓鑄有如下特點(diǎn)： （1）壓鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量好，尺寸公差等級為IT11IT1

10、3，表面粗糙度Ra值為6.31.6m，可不經(jīng)機(jī)械加工直接使用，而且互換性好。（2）可以壓鑄壁薄、形狀復(fù)雜以及具有很小孔和螺紋的鑄件，如鋅合金的壓鑄件最小壁厚可達(dá)0.8mm，最小鑄出孔徑可達(dá)0.8mm、最小可鑄螺距達(dá)0.75mm。還能壓鑄鑲嵌件。（3）壓鑄件的強(qiáng)度和表面硬度較高。壓力下結(jié)晶，加上冷卻速度快，鑄件表層晶粒細(xì)密，其抗拉強(qiáng)度比砂型鑄件高25%40%。（4）生產(chǎn)率高，可實(shí)現(xiàn)半自動化及自動化生產(chǎn)。不足：氣體難以排出，壓鑄件易產(chǎn)生皮下氣孔，壓鑄件不能進(jìn)行熱處理，也不宜在高溫下工作；金屬液凝固快，厚壁處來不及補(bǔ)縮，易產(chǎn)生縮孔和縮松；設(shè)備投資大，鑄型制造周期長、造價(jià)高，不宜小批量生產(chǎn)。應(yīng)用：生產(chǎn)

11、鋅合金、鋁合金、鎂合金和銅合金等鑄件；汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)、儀表和電子儀器工業(yè)、在農(nóng)業(yè)機(jī)械、國防工業(yè)、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療器械等制造業(yè)等。四、低壓鑄造（0.020.06MPa） （一）低壓鑄造的工藝過程 低壓鑄造裝置如圖1-38a所示。緩慢地向坩堝爐內(nèi)通入干燥的壓縮空氣，金屬液受氣體壓力的作用，由下而上沿著升液管和澆注系統(tǒng)充滿型腔，如圖1-38b所示。開啟鑄型，取出鑄件，如圖1-38c所示。圖1-38 低壓鑄造示意圖（二）低壓鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用 特點(diǎn)： （1）澆注時(shí)的壓力和速度可以調(diào)節(jié)，故可適用于各種不同鑄型（如金屬型、砂型等），鑄造各種合金及各種大小的鑄件。（2）采用底注式充型，金屬液充型平穩(wěn)，無飛濺現(xiàn)

12、象，可避免卷入氣體及對型壁和型芯的沖刷，提高了鑄件的合格率。（3）鑄件在壓力下結(jié)晶，鑄件組織致密、輪廓清晰、表面光潔，力學(xué)性能較高，對于大薄壁件的鑄造尤為有利。（4）省去補(bǔ)縮冒口，金屬利用率提高到9098%。（5）勞動強(qiáng)度低，勞動條件好，設(shè)備簡易，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。應(yīng)用：汽車發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋、活塞、葉輪等。五、離心鑄造 離心鑄造是指將熔融金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使液體金屬在離心力作用下充填鑄型并凝固成形的一種鑄造方法。（一）離心鑄造的類型 鑄型：金屬型或砂型。分類：離心鑄造機(jī)通?？煞譃榱⑹胶团P式兩大類，如圖1-39所示。圖1-39   離心鑄造機(jī)原理圖a)立式離心鑄造&#

13、160;  b)臥式離心鑄造（二）鑄型的轉(zhuǎn)速 根據(jù)鑄件直徑的大小來確定離心鑄造的鑄型轉(zhuǎn)速，一般在2501500r/min范圍內(nèi)。（三）離心鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 離心鑄造的特點(diǎn)是：（1）液體金屬能在鑄型中形成中空的自由表面，不用型芯即可鑄出中空鑄件，簡化了套筒、管類鑄件的生產(chǎn)過程。（2）由于旋轉(zhuǎn)時(shí)液體金屬所產(chǎn)生的離心力作用，離心鑄造可提高金屬充填鑄型的能力，因此一些流動性較差的合金和薄壁鑄件都可用離心鑄造法生產(chǎn)。（3）由于離心力的作用，改善了補(bǔ)縮條件，氣體和非金屬夾雜物也易于自金屬液中排出，產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔和夾雜等缺陷的幾率較小。（4）無澆注系統(tǒng)和冒口，節(jié)約金屬。不足：金屬中的氣體

14、、熔渣等夾雜物，因密度較輕而集中在鑄件的內(nèi)表面上，所以內(nèi)孔的尺寸不精確，質(zhì)量也較差；鑄件易產(chǎn)生成分偏析和密度偏析。應(yīng)用：鑄鐵管、汽缸套、銅套、雙金屬軸承、特殊鋼的無縫管坯、造紙機(jī)滾筒等鑄件的生產(chǎn)。六、陶瓷型鑄造 （一）工藝過程 陶瓷型鑄造的工藝過程，如圖1-40所示。圖1-40 陶瓷型鑄造的工藝過程1砂套造型 先用水玻璃砂制出砂套。制造砂套的模樣B比鑄件模樣A應(yīng)大一個(gè)陶瓷料厚度（圖1-40a）。砂套的制造方法與砂型鑄造相同（圖1-40b）。2灌漿與膠結(jié) 其過程是將鑄件模樣固定于模底板上，刷上分型劑，扣上砂套，將配制好的陶瓷漿料從澆注口注滿砂套（圖1-40c），經(jīng)數(shù)分鐘后，陶瓷漿料便開始結(jié)膠。陶

15、瓷漿料由耐火材料（如剛玉粉、鋁礬土等）、粘結(jié)劑（如硅酸乙酯水解液）等組成。3起模與噴燒 漿料澆注515min后，趁漿料尚有一定彈性便可起出模樣。為加速固化過程提高鑄型強(qiáng)度，必須用明火噴燒整個(gè)型腔（圖1-40d）。4焙燒與合型 澆注前要加熱到350550焙燒25h，燒去殘存的水分、并使鑄型的強(qiáng)度進(jìn)一步提高。5澆注 澆注溫度可略高，以便獲得輪廓清晰的鑄件。（二）陶瓷型鑄造的特點(diǎn)及適用范圍 陶瓷型鑄造的特點(diǎn)：（1）  陶瓷面層在具有彈性的狀態(tài)下起模，同時(shí)陶瓷面層耐高溫且變形小，故鑄件的尺寸精度和表面粗糙度等與熔模鑄造相近。（2）   陶瓷型鑄件的大小幾乎不受限制，可從幾

16、公斤到數(shù)噸。（3）   在單件、小批量生產(chǎn)條件下，投資少、生產(chǎn)周期短，在一般鑄造車間即可生產(chǎn)。（4）   陶瓷型鑄造不適于生產(chǎn)批量大、重量輕或形狀復(fù)雜的鑄件，生產(chǎn)過程難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。用途：厚大的精密鑄件，廣泛用于生產(chǎn)沖模、鍛模、玻璃器皿模、壓鑄型和模板等，也可用于生產(chǎn)中型鑄鋼件等。七、實(shí)型鑄造 實(shí)型鑄造：采用聚苯乙烯發(fā)泡塑料模樣代替普通模樣，造好型后不取出模樣就澆入金屬液，在金屬液的作用下，塑料模樣燃燒、氣化、消失，金屬液取代原來塑料模所占據(jù)的空間位置，冷卻凝固后獲得所需鑄件的鑄造方法。其工藝過程如圖1-41所示。圖1-41 實(shí)型鑄造示意圖實(shí)型鑄

17、造具有以下特點(diǎn)（1） 由于采用了遇金屬液即氣化的泡沫塑料模樣，無需起模，無分型面，無型芯，因而無飛邊毛刺，鑄件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模鑄造，但尺寸卻可大于熔模鑄造。（2） 各種形狀復(fù)雜鑄件的模樣均可采用泡沫塑料模粘合，成形為整體，減少了加工裝配時(shí)間，可降低鑄件成本10%30%，也為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供充分的自由度。（3）  簡化了鑄件生產(chǎn)工序，縮短了生產(chǎn)周期，使造型效率比砂型鑄造提高25倍。缺點(diǎn)：實(shí)型鑄造的模樣只能使用一次，且泡沫塑料的密度小、強(qiáng)度低，模樣易變形，影響鑄件尺寸精度。澆鑄時(shí)模樣產(chǎn)生的氣體污染環(huán)境。用途：實(shí)型鑄造主要用于不易起模等復(fù)雜鑄件的批量及單件生產(chǎn)。八、磁型鑄造

18、磁型鑄造：在實(shí)型鑄造的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，利用磁丸（又稱鐵丸）代替干砂，并微震緊實(shí)，再將砂箱放在磁型機(jī)里，磁化后的磁丸相互吸引，形成強(qiáng)度高、透氣性好的鑄型，澆注時(shí)氣化模在液體金屬熱的作用下氣化消失，金屬液替代了氣化模的位置，待冷卻凝固后，解除磁場，磁丸恢復(fù)原來的松散狀，便能方便地取出鑄件。磁型鑄造原理如圖1-42所示。圖1-42 磁型鑄造原理示意圖磁型鑄造的特點(diǎn)： （1）  提高了鑄件的質(zhì)量。因?yàn)榇判丸T造無分型面，不起模，不用型芯，造型材料不含粘結(jié)劑，流動性和透氣性好，可以避免氣孔、夾砂、錯型和偏芯等缺陷。（2）  所用工裝設(shè)備少，通用性大，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化生產(chǎn)。（3）  節(jié)約了金屬及其它輔助材料，改善了勞動條件，降低了鑄件成本。用途：機(jī)車車輛、拖拉機(jī)、兵器、農(nóng)業(yè)機(jī)械和化工機(jī)械等制造業(yè)。主要適用于形狀不十分復(fù)雜的中、小型鑄件的生產(chǎn)，以澆注黑色金屬為主。其質(zhì)量范圍為0.25150kg，鑄件的最大壁厚可達(dá)80mm。九、擠壓鑄造 擠壓鑄造：是將定量金屬液澆入鑄型型腔內(nèi)并施加較大的機(jī)械壓力，使其凝固、成形后獲得