NO模塊二鑄造成型《機械制造基礎(chǔ)》教案

1、第10明確任務(wù)，在任務(wù) 的驅(qū)動下學(xué)習(xí)。W 的 導(dǎo)胡舒強20024知識目標(biāo)：掌握鑄造成型的定義、種類及其優(yōu)缺點；熟悉鑄造工藝設(shè)計內(nèi)容及原則、鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計原則; 了解鑄造成型工藝基礎(chǔ)理論知識。口 L能力目標(biāo)：根據(jù)零件的具體形狀和加工要求，確定澆注位置、分型面及加工余量和起模斜度等。目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)：教學(xué)壬上 鑄造成型的定義、種類及其優(yōu)缺點重點教學(xué)近占 鑄造工藝設(shè)計內(nèi)容及原則難點教學(xué)理實一體中隊實物講解手段小組討論、協(xié)作教學(xué)學(xué)時16教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程設(shè)計模塊二鑄造成型R任務(wù)描述1箱體是減速器的重要組成部件，它是傳動零件的基座，其內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜。試確定如何制 造減速器箱體的毛坯。R任務(wù)分析1因為箱體是內(nèi)腔結(jié)

2、構(gòu)較復(fù)雜的零件，所以要采用鑄造的方法來生產(chǎn)毛坯，在鑄造時要根 據(jù)零件圖先畫出鑄造工藝圖，包括澆注位置、分型面、加工余量和起模斜度等。葉目關(guān)知識1學(xué)習(xí)情境一鑄造成型理論基礎(chǔ)一、合金的流動性和充型能力1 .合金的流動性液態(tài)合金本身的流動能力稱為合金的流動性。鐵碳合金的流動性與碳的質(zhì)量分數(shù)之間的 關(guān)系如圖2-1所示。思考合金流動性 好壞產(chǎn)生的影響。圖2-1鐵碳合金的流動性與碳的質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系2 .合金的充型能力1）合金的澆注條件提高合金的澆注溫度和澆注速度，增大靜壓頭的高度都會使合金的充型能力提高，但澆注溫度太高，將使合金的收縮量增加，吸氣增多，氧化嚴重，鑄件會產(chǎn)生嚴重的黏砂和脹砂缺陷。因此，每種合

3、金都有一定的澆注溫度范圍。一般鑄鋼為1 520 C1 620 C,鑄鐵為1 230 C 1 450 ,鋁合金為 680 C 780 C。2）合金的鑄型特點鑄型材料的導(dǎo)熱性越好，液態(tài)合金的冷卻速度越快，合金的流動性越差。當(dāng)鑄型的發(fā)氣 量大、排氣能力較低時，合金的流動受到阻礙，會使合金的充型能力下降。澆注系統(tǒng)和鑄型 的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，合金在充型時的阻力越大，充型能力也會下降。二、鑄件的凝固和收縮學(xué)生分組討論影 響鑄件凝固和收 縮的化學(xué)成分。1 .鑄件的凝固在鑄件的凝固過程中，其斷面上一般存在三個區(qū)域，即固相區(qū)、凝固區(qū)和液相區(qū)。2 .鑄件的收縮合金從澆注到凝固直至冷卻到常溫的過程中產(chǎn)生的體積和尺寸減小的

4、現(xiàn)象稱為收縮。三、縮孔和縮松的形成及防止3 .縮孔的形成2-2 （a）。由于鑄型吸熱2-2 （b）。溫度進圖2-2為縮孔形成過程示意圖。液態(tài)合金充滿鑄型型腔，見圖 使液態(tài)合金溫度下降，靠近型腔表面的金屬凝固形成一層外殼，見圖液面下降,降低，凝固層加厚，內(nèi)部的剩余液體由于液態(tài)補縮和補充凝固層的收縮體積縮減, 鑄件內(nèi)出現(xiàn)了空隙，見圖 2-2 （c）;溫度繼續(xù)下降，外殼繼續(xù)加厚，液面不斷下降，到合金全部凝固后，則在鑄件上部形成容積較大的縮孔，見圖 的固態(tài)收縮，鑄件外形尺寸稍有縮小，見圖 2-22-2 （d）;冷卻到室溫時，隨著鑄件網(wǎng)充型向外層凝固 內(nèi)部開始疑固 國訥部完全凝固 的固態(tài)收縮圖2-2 縮

5、孔形成過程示意圖削固層潴亂結(jié)合示意圖，講解 縮孔形成過程。3.縮孔和縮松的控制1）合理選擇鑄造合金鑄造生產(chǎn)中應(yīng)盡量選擇共晶成分附近的合金和結(jié)晶溫度范圍窄的合金。2）控制鑄件的凝固順序所謂順序凝固，是在鑄件可能出現(xiàn)縮孔的厚大部位，通過安放冒口（為避免鑄件出現(xiàn)缺 陷而附加在鑄件上方或側(cè)面的補充部分）等工藝措施，使鑄件上遠離冒口的部位最先凝固（圖2-3中的I區(qū)），接著是靠近冒口的部位凝固（圖2-3中的H區(qū)、山區(qū)）,冒口本身最后凝固。圖2-3順序凝固3）控制澆注條件不一致而引起的。結(jié)合示意圖講解 熱應(yīng)力的形成過 程。圖2-6 機械應(yīng)力理解機械應(yīng)力是 臨時應(yīng)力的原因。應(yīng)在滿足充型能力的前提下，盡量降低澆

6、注溫度和澆注速度，尤其是在澆注終止前盡量 采用慢的澆注速度，是防止產(chǎn)生縮孔的有效措施之一。四、鑄造應(yīng)力、變形和裂紋1.鑄造應(yīng)力1)熱應(yīng)力熱應(yīng)力是由于鑄件壁厚不均勻，各部分冷卻速度不同，以致在同一時期鑄件各部分收縮b)(c)圖2-5 熱應(yīng)力的形成過程2)機械應(yīng)力金屬冷卻到彈性狀態(tài)后，因收縮受到鑄型、型芯、澆冒口、箱擋等的機械阻礙而形成的內(nèi)應(yīng)力，稱為機械應(yīng)力。形成應(yīng)力的原因一旦消失(如鑄件落砂或去除澆冒口后)，機械應(yīng)力也就隨之消失，所以機械應(yīng)力是臨時應(yīng)力，如圖 2-6所示。3.鑄件的裂紋與防止1)熱裂熱裂的防止措施包括以下幾個方面。(1)設(shè)計合理的鑄件結(jié)構(gòu)。(2)改善鑄型和型芯的退讓性。(3)減少

7、鑄造合金中的有害雜質(zhì)，以提高其高溫強度。2)冷裂學(xué)生分組討論防 止冷裂的措施，教 師總結(jié)。鑄件凝固后在較低溫度下形成的裂紋稱為冷裂。五、合金的偏析和吸氣1 .合金的偏析枝晶偏析產(chǎn)生的原因是：鑄件在凝固時，與型壁接觸部分(包括底部)的液態(tài)金屬最先 凝固，于是靠近型壁部分高熔點的成分含量較多，而中心和上部容易集聚熔點較低的雜質(zhì)， 其結(jié)果是在鑄件同一斷面上出現(xiàn)化學(xué)成分和性能的不一致。2 .合金的吸氣在鑄造過程中，氣體被液態(tài)金屬所吸收的現(xiàn)象稱為吸氣。學(xué)習(xí)情境二砂型鑄造砂型鑄造的基本工藝流程如圖2-9所示。一、手工造型全部由手工或手動工具完成的造型工序稱為手工造型。手工造型時，填砂、緊實和起模 都用手工

8、來完成。手工造型操作方便靈活、適應(yīng)性強、模樣生產(chǎn)準(zhǔn)備時間短，但生產(chǎn)率低、 勞動強度大、鑄件質(zhì)量不易保證。故手工造型只適用于單件或小批量生產(chǎn)。二、機器造型按緊實方式不同，機器造型可分為壓實造型、震壓造型、拋砂造型和射砂造型。三、型芯制作思考手工造型、機 器造型、型芯制作 的優(yōu)點和缺點。制作型芯的工藝過程稱為制芯。一、熔模鑄造1.熔模鑄造的工藝過程 熔模鑄造的工藝過程如圖學(xué)習(xí)情境三特種鑄造(加耳模(盼壓型2-10所示。(月)結(jié)盍、脫蠟1.,1.I'i1 ' L" t l ,c t i>" i n . U" bTJ .1.J .I-*B)壓制蠟?zāi)４?/p>

9、)蠟?zāi)．嬏钌啊沧⒏鶕?jù)圖片講解熔 模鑄造的工藝過 程。當(dāng)制作空心鑄件、鑄件的外壁內(nèi)凹，或鑄件具有影響起模的外凸時，經(jīng)常要用到型芯,圖2-10 熔模鑄造的工藝過程2.熔模鑄造的特點和應(yīng)用范圍與普通砂型鑄造相比，熔模鑄造具有以下特點。結(jié)合實際情況，學(xué) 生分組討論熔模 鑄造的應(yīng)用領(lǐng)域。(1)熔模鑄造的鑄型無分型面，不需要起模斜度，也不必另裝型芯，型腔光滑，所以鑄 件精度高(IT14IT11 ),表面粗糙度低(Ra為12.51.6Wm),熔模鑄造是重要的無切削 加工方法。(2)由于液態(tài)金屬是在鑄型處于高溫時澆注，提高了液態(tài)金屬的流動性，故可鑄出輪廓清晰的薄壁鑄件。(3)型殼經(jīng)過硬化、焙燒后發(fā)氣性小，透

10、氣性、退讓性和出砂性較好，鑄件廢品率低。(4)熔模鑄造可用于鑄造各種合金鑄件，包括鋁、銅等有色金屬、合金鋼及熔點高、難 加工的特種合金等，對于耐熱合金的復(fù)雜件鑄造，熔模鑄造幾乎是唯一的生產(chǎn)方法。二、金屬型鑄造1 .金屬型的結(jié)構(gòu)與材料根據(jù)分型面位置不同，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，易實現(xiàn)機械化，應(yīng)用較廣泛。234圖2-11 鑄造鋁合金活塞用的垂直分型式金屬型2 .金屬型鑄造工藝措施1)加強金屬型的排氣2)在表面噴刷涂料3)預(yù)熱金屬型4)開型3 .金屬型鑄造的特點結(jié)合金屬型鑄造 的特點，學(xué)生分組 討論金屬型鑄造 在實

11、際中的應(yīng)用。(1)鑄件尺寸精度高，尺寸公差等級為IT14IT12 ,表面質(zhì)量好，表面粗糙度Ra值為12.56.3科m機械加工余量小。(2)鑄件的晶粒較細，力學(xué)性能好。(3)金屬型鑄造可實現(xiàn)“一型多鑄”，提高了生產(chǎn)率，且節(jié)約造型材料。三、壓力鑄造1 .壓鑄機和壓鑄工藝過程工作原理如圖2-12所示。御充地小)壓翎抽芯一研中頂出鑄件結(jié)合壓力鑄造的 特點，學(xué)生分組討 論壓力鑄造在實 際中的應(yīng)用。圖2-12 臥式冷壓室壓鑄機的工作原理2 .壓力鑄造的特點及應(yīng)用(1)壓鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量好。(2)壓力鑄造可以壓鑄壁薄、形狀復(fù)雜以及具有很小的孔和螺紋的鑄件。(3)壓鑄件的強度和表面硬度較高。(4)壓力

12、鑄造生產(chǎn)率高，可實現(xiàn)半自動化及自動化生產(chǎn)。四、低壓鑄造1 .低壓鑄造工藝過程低壓鑄造的工彳原理如圖2-13所示。圖2-13 低壓鑄造原理圖2 .低壓鑄造的特點和應(yīng)用五、離心鑄造1 .離心鑄造的類型心鑄造機的工作原理如圖2-14所示。臥式離心鑄造的鑄型繞水平軸旋轉(zhuǎn),教師講解低壓鑄 造工藝過程，學(xué)生 根據(jù)工藝過程思 考其特點及應(yīng)用 領(lǐng)域，教師總結(jié)。見圖 2-14 (a),2-14 (b),適合臥式離心博非Ibj立式離心鑄造適合澆注長徑比較大的各種管件；立式離心鑄造的鑄型繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，見圖 澆注各種盤、環(huán)類鑄件。圖2-14 離心鑄造機工作原理示意圖2 .離心鑄造的特點及應(yīng)用六、各種鑄造方法的比較各種

13、鑄造方法都有其優(yōu)缺點和適用范圍，因此，在決定某鑄件究竟采用哪種鑄造方法時,必須結(jié)合生產(chǎn)的具體情況綜合考慮，如鑄件的形狀、大小、合金種類、生產(chǎn)批量、精度和質(zhì) 量要求，以及車間現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)條件等，要進行全面的分析比較，才能正確選擇合適的鑄 造方法。學(xué)習(xí)情境四 鑄造工藝設(shè)計一、鑄件澆注位置和分型面的選擇1 .確定澆注位置的原則(1)鑄件的重要加工面或主要工作面應(yīng)盡可能置于鑄型的下部或側(cè)立位置，避免氣孔、 砂眼、縮孔等缺陷出現(xiàn)在工作面上。(2)平板、圓盤類鑄件的大平面應(yīng)朝下，以防止產(chǎn)生氣孔、夾砂等缺陷。(3)鑄件的薄壁部分應(yīng)朝下或傾斜，以免產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。(4)鑄件的厚壁部分應(yīng)放在上面或接近

14、分型面，以便安裝冒口進行補縮。2 .確定分型面的原則(1)鑄件應(yīng)盡可能放在一個砂箱內(nèi)， 或?qū)⒅匾庸っ婧图庸せ鶞?zhǔn)面放在同一砂箱中，以保證鑄件的尺寸精度。如圖 2-20所示為管子塞頭的分型方案，根據(jù)本原則，圖 2-20 (b)比 圖2-20 (a)的方案合理。(2)應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)量，并力求用直分型面代替特殊形狀的分型面。如圖2-21所示。(3)應(yīng)盡量減少型芯或活塊的數(shù)目，并注意降低砂箱高度。如圖 2-23所示。(4)為方便下芯、合型及檢查型腔尺寸，通常把主要型芯放在下型中。如圖2-24所示。IF-一A ;二 I> -匚二二二-I- il_Jh -11=;二=，=二不合理向合理圖2-2

15、0管子塞頭的分型方案(Hl三格值型(b)兩箱造型結(jié)合圖片講解確 定分型面的原則。圖2-21繩輪鑄件的分型方案不合理出)合理圖2-22起重臂鑄件的分型方案圖2-23端蓋鑄件的分型方案A-A但卜不合理AA圖2-24機床支柱的分型方案二、工藝參數(shù)的確定1 .確定機械加工余量2 .確定鑄件收縮率3 .確定起模斜度4 .確定型芯頭的構(gòu)造5 .最小鑄出孔及槽學(xué)習(xí)情境五砂型鑄造鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計一、鑄造工藝對鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求1)避免外部側(cè)凹結(jié)合圖片講解鑄 造工藝對鑄件結(jié) 構(gòu)設(shè)計的要求。鑄件在起模方向上若有側(cè)凹，必將增加分型面的數(shù)量，增加砂箱數(shù)量和造型工時，鑄件也容易產(chǎn)生錯型，影響鑄件的外形和尺寸精度。如圖 2-

16、27 (a)所示的端蓋，由于上下法蘭 的存在，使鑄件產(chǎn)生側(cè)凹，鑄件具有兩個分型面，所以必須采用三箱造型，或增加環(huán)狀外型 芯,造型工藝復(fù)雜。若改為如圖 2-27 (b)所示的結(jié)構(gòu)，取消上部法蘭，使鑄件只有一個分 型面，則可采用兩箱造型，可以顯著提高造型效率。2)凸臺、肋板的設(shè)計設(shè)計鑄件側(cè)壁上的凸臺、肋板時，考慮到起模方便，應(yīng)盡量避免使用活塊和型芯。如圖2-28 (a)、(b)所示的凸臺均妨礙起模，應(yīng)將相近的凸臺連成一片，并延長到分型面。如圖2-28 (c)、(d)所示凸臺就不需要活塊和型芯，便于起模。向圖2-28 凸臺的設(shè)計6 .合理設(shè)計鑄件內(nèi)腔1)盡量避免出現(xiàn)或減少型芯如圖2-29 (a)所示

17、懸臂支架采用方形中空截面，為形成其內(nèi)腔，必須采用懸臂型芯,型芯的固定、排氣和出砂都很困難。若改為如圖 2-29 (b)所示工字形開式截面，則可省去型芯。如圖2-30 (a)所示結(jié)構(gòu)帶有向內(nèi)的凸緣，則必須采用型芯形成內(nèi)腔，若改為如圖2-30(b)所示的結(jié)構(gòu)，則可通過自帶型芯形成內(nèi)腔，使工藝過程大大簡化。BB學(xué)生分組討論圖 2-29所示合理及 不合理的情況，總 結(jié)原因。圖2-29懸臂支架2)型芯要便于固定、排氣和清理型芯在鑄型中的支承必須牢固，否則型芯會因無法承受澆注時液態(tài)金屬的沖擊而產(chǎn)生偏 心缺陷，造成廢品。3)應(yīng)避免出現(xiàn)封閉空腔如圖2-32 (a)所示鑄件為封閉的空腔結(jié)構(gòu)，其型芯安放困難、排氣

18、不暢、無法清砂、學(xué)生分組討論圖 2-32所示合理及 不合理的情況，總 結(jié)原因。結(jié)構(gòu)工藝性極差。若改為如圖2-32 (b)所示結(jié)構(gòu)，則可避免上述問題，其結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。傅)不合理合理圖2-32 鑄件內(nèi)腔設(shè)計方案7 .分型面盡量平直分型面如果不平直，造型時必須采用挖砂造型或假箱造型，導(dǎo)致生產(chǎn)率很低。若將圖2-33(a)的杠桿鑄件改為圖 2-33 (b)所示的結(jié)構(gòu)，則分型面變?yōu)槠矫?，方便了制模和造型，?圖2-33 (b)的分型方案更合理。學(xué)生分組討論圖2-34所示合理及 不合理的情況，總結(jié)原因。(a)不合理(切合理(編不合理的合理圖2-33 杠桿鑄件結(jié)構(gòu)的分型方案8 .鑄件應(yīng)有結(jié)構(gòu)斜度鑄件垂直于分型

19、面的非加工表面應(yīng)設(shè)計出結(jié)構(gòu)斜度，如圖2-34 (b)所示的結(jié)構(gòu)在造型時容易起模，不易損壞型腔，這樣的設(shè)計是合理的。而圖 2-34 (a)為無結(jié)構(gòu)斜度的不合理 結(jié)構(gòu)。圖2-34 鑄件的結(jié)構(gòu)斜度二、合金鑄造性對鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求1 .合理設(shè)計鑄件的壁厚當(dāng)鑄件壁厚不能滿足鑄件力學(xué)性能要求時，可采用加強肋結(jié)構(gòu)，而不是用單純增加壁厚 的方法，如圖2-35所示。2）合理結(jié)構(gòu)圖2-35采用加強肋減小鑄件壁厚學(xué)生分組討論圖 2-35所示合理及 不合理的情況，總 結(jié)原因。2 .壁厚應(yīng)盡可能均勻3 .鑄件壁的連接方式要合理4 ）鑄件壁之間的連接應(yīng)有結(jié)構(gòu)圓角5 ）鑄件壁厚不同的部分連接時過渡要平緩6 ）鑄件壁連接處

20、應(yīng)避免集中交叉和銳角7 .避免大的水平面(b)鑄件上大的水平面不利于液態(tài)金屬的充填，易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷；而且大的水平 面上方的砂型受高溫液態(tài)金屬的烘烤容易掉砂而使鑄件產(chǎn)生夾砂等缺陷；液態(tài)金屬中氣孔、 夾渣上浮滯留在上表面，產(chǎn)生氣孔、渣孔。如將圖2-39 （a）所示的水平面改為如圖 2-39所示的斜面，則可減少或消除上述缺陷。信）不合理（的合理圖2-39 避免大水平面的結(jié)構(gòu)第員8 .避免鑄件收縮受阻鑄件在澆注后的冷卻凝固過程中，若其收縮受阻，鑄件內(nèi)部將產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致變形和裂紋。因此鑄件在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)盡量使其能夠自由收縮。如圖 2-40所示的輪形鑄件，輪緣和輪轂較厚，輪輻較薄，鑄件冷卻

21、收縮時，極易產(chǎn)生熱應(yīng)力。若輪輻對稱分布，見圖2-40（a）,雖然制作模樣和造型方便，但因收縮受阻易產(chǎn)生裂紋；若改為圖2-40 （b）所示的結(jié)構(gòu)，則可利用鑄件微量變形來減少內(nèi)應(yīng)力。學(xué)生分組討論氣 體沖擊造型的優(yōu) 缺點，教師總結(jié)。惚）不合理出）合理圖2-40 輪輻的設(shè)計方案學(xué)習(xí)情境六鑄造新技術(shù)及發(fā)展趨勢一、造型技術(shù)的發(fā)展1 .氣體沖擊造型氣體沖擊造型是近年發(fā)展起來的一種新的造型工藝方法，包括空氣沖擊造型和燃氣沖擊造型兩類。2 .真空實型鑄造真空實型鑄造又稱為氣化模鑄造、消失鑄造。它是采用聚苯乙烯發(fā)泡塑料模樣代替普通 模樣，將刷過涂料的模樣放入可抽真空的特制砂箱內(nèi)，填干砂后，震動緊實，抽真空，不取 出模樣就澆入液態(tài)金屬，在高溫液態(tài)金屬的作用下，塑料模樣燃燒、氣化、消失，液態(tài)金屬 取代原來塑料模樣所占據(jù)的空間位置，冷卻凝固后獲得所需鑄件的鑄造方法。二、快速成型鑄造技術(shù)快速成型鑄造（rapid prototyping manufacturing , RPM技術(shù)也稱為快速原型鑄造技術(shù)， 是以分層合成工藝為基礎(chǔ)的計算機快速立體模型制造系統(tǒng)?？焖俪尚丸T造技術(shù)集現(xiàn)代數(shù)控技 術(shù)