鑄造工藝,吉大材料專業(yè)復(fù)試科目

1、 參考教材材料成形工藝學(xué)、吉林大學(xué)出版社、張長(zhǎng)春、2002.12鑄造工藝學(xué)、機(jī)械工業(yè)出版社、曹文龍、1989.10材料成形學(xué)、機(jī)械工業(yè)出版社、李新成、2000鑄造工藝鑄造工藝第一節(jié) 概述基本概念將液態(tài)金屬澆注到與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，待其凝固冷卻，以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)方法，叫液態(tài)金屬成形（或鑄造生產(chǎn)）分 類砂型鑄造方法：用型砂制作鑄型。特種鑄造方法：改變鑄型的制作材料或改變金屬充填鑄型的方式或金屬的冷卻方式優(yōu) 點(diǎn)1、能制作形狀復(fù)雜、特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯；2、適應(yīng)性廣，即可單件小批生產(chǎn)，又可大批量生產(chǎn)；鑄件的大小不受限制；3、成形成本低，所用原材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉；4、鑄件的

2、形狀和尺寸與零件相近，減少機(jī)械加工。缺 點(diǎn)成形過程比較復(fù)雜，一些工藝過程難以控制，容易出現(xiàn)缺陷，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。由于鑄件內(nèi)部晶粒粗大，組織不均勻，且常伴有縮孔、縮松、氣孔、砂眼等缺陷，零件的力學(xué)性能比同類材料的鍛件低。二、液態(tài)金屬成形方法熔模鑄造壓力鑄造離心鑄造低壓鑄造連續(xù)鑄造材料設(shè)計(jì)合金成分熔 化液態(tài)金屬成形方法確定造型設(shè)備制芯設(shè)備造型制芯型砂配制芯砂配制下芯、合箱澆 注充 型凝固、冷卻落砂、清理鑄 件三、液態(tài)金屬成形生產(chǎn)過程三、液態(tài)金屬成形生產(chǎn)過程四、液態(tài)成形工藝的內(nèi)容零件圖確定造型、制芯方法零件結(jié)構(gòu)分析零件鑄造工藝分析鑄造工藝方案確定鑄造工藝參數(shù)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)補(bǔ)縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)鑄造工裝設(shè)計(jì)模

3、樣設(shè)計(jì)模板設(shè)計(jì)砂箱設(shè)計(jì)芯盒設(shè)計(jì)砂芯設(shè)計(jì)第二節(jié) 液態(tài)金屬成形原理及鑄件的質(zhì)量l液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力，叫做液態(tài)金屬充填鑄型的能力，簡(jiǎn)稱液態(tài)金屬的充型能力。 充型能力、平均流速、流動(dòng)時(shí)間影響金屬與鑄型之間的熱交換條件，改變金屬液的流動(dòng)時(shí)間；影響金屬液在鑄型中的水力學(xué)條件、改變金屬液的流速。影響充型能力的因素影響充型能力的因素 :金屬性質(zhì)方面的因素 -合金的成分 、結(jié)晶潛熱 、熱物理參數(shù)、鑄型性質(zhì)方面的因素 鑄型種類、熱物理參數(shù)澆注條件方面的因素澆注溫度、充型壓力、澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)鑄件結(jié)構(gòu)方面的因素 復(fù)雜性、壁厚、澆注方案合金從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的狀態(tài)變化，稱為一次結(jié)晶或凝

4、固結(jié)晶或凝固。二、液態(tài)金屬的凝固凝固區(qū)域固相區(qū)、凝固區(qū)、液相區(qū) 逐層凝固方式逐層凝固方式 體積凝固（糊狀凝固方式體積凝固（糊狀凝固方式） 中間凝固方式中間凝固方式 三、液態(tài)金屬成形質(zhì)量及控制1、鑄件化學(xué)成分的不均勻性、鑄件化學(xué)成分的不均勻性鑄件凝固以后，截面上不同部位，以至晶粒內(nèi)部，產(chǎn)生化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，稱為“偏析”微觀偏析微觀偏析指微小范圍內(nèi)的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象，一般在一個(gè)晶粒尺寸范圍內(nèi)；晶內(nèi)偏析（枝晶偏析）、晶界偏析宏觀偏析宏觀偏析“區(qū)域偏析”成分不均勻表現(xiàn)在較大的尺寸范圍內(nèi)。正偏析、逆偏析、V型偏析和逆V型偏析、帶狀偏析、重力偏析2、鑄件中的氣體三種形態(tài)：三種形態(tài)：固溶體、化合物、氣

5、孔氣體的來(lái)源氣體的來(lái)源：熔煉過程、澆注過程、凝固過程氣體對(duì)鑄件質(zhì)量的影響氣體對(duì)鑄件質(zhì)量的影響v以固溶體形態(tài)存在的氣體-降低鑄件的韌性；v以氣孔形態(tài)存在的氣體-減少鑄件的有效面積、降低機(jī)械性能、降低氣密性；v當(dāng)金屬中的氣體過多時(shí)-影響鑄件的補(bǔ)縮氣孔的類型：氣孔的類型：析出性氣孔、反應(yīng)性氣孔、侵入性氣孔3、鑄件中的非金屬夾雜物夾雜物的組成夾雜物的組成：氧化物、硫化物、硅酸鹽、氮化物、磷化物、碳化物夾雜物對(duì)鑄件質(zhì)量的影響：夾雜物對(duì)鑄件質(zhì)量的影響：對(duì)機(jī)械性能有一定影響，對(duì)材料的塑性、沖擊韌性影響很大，尤其對(duì)材料的疲勞強(qiáng)度影響更嚴(yán)重。夾雜物的排除：夾雜物的排除：金屬液靜止處理、真空澆注，加溶劑，過濾法4

6、、鑄件的收縮5、鑄造應(yīng)力、變形及冷裂6、金屬與鑄型的界面作用及對(duì)鑄件質(zhì)量的影響 機(jī)械作用：沖擊、沖刷 物理作用：壓力 化學(xué)作用：液態(tài)成形件的質(zhì)量與控制由于液態(tài)成形工序繁多，影響鑄件質(zhì)量的因素即復(fù)雜又難以控制，因此鑄件缺陷幾乎難以避免，廢品率比其它加工方法多。常見的鑄件缺陷如下：鑄件缺陷的產(chǎn)生與鑄造工藝、造型材料、模具、合金的熔煉與澆注、鑄造合金的選擇、鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)要求的設(shè)計(jì)是否合理等各個(gè)環(huán)節(jié)密切相關(guān)。因此，應(yīng)從多方面控制。氣氣 孔孔-1侵入性氣孔反應(yīng)性氣孔氣氣 孔孔-2粘 砂-1機(jī)械粘砂粘 砂-2化學(xué)粘砂 金屬氧化物與造型材料（包括耐火填料、粘結(jié)劑、附加物、水蒸汽等）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成。

7、常見的說法：FeO與粘土分解時(shí)產(chǎn)生的SiO2 反應(yīng)生成鐵橄欖石，造成粘砂。夾 砂-2縮孔、縮松1、改進(jìn)妨礙起模的凸臺(tái)、凸緣、筋板的結(jié)構(gòu)；2、盡量取消鑄件外表側(cè)凹；3、改進(jìn)鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，減少砂芯數(shù)量；4、減少和簡(jiǎn)化分型面；5、有利于砂芯的固定和排氣；6、去除不必要的圓角；7、復(fù)雜鑄件的分體鑄造以及簡(jiǎn)單小鑄件的聯(lián)合鑄造。二、確定澆注位置澆注位置的選擇與分型面的選擇是密切相關(guān)的，對(duì)保證鑄件的質(zhì)量、簡(jiǎn)化鑄造工藝、減少清理工作量等有密切的關(guān)系。澆注位置的選擇應(yīng)根據(jù)鑄件的大小、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、合金性能、生產(chǎn)批量、現(xiàn)場(chǎng)條件及綜合效益等方面加以確定 1、鑄件的重要加工面應(yīng)朝下或是倒立面；2、盡可能使鑄件的大平面朝下

8、，以避免形成夾砂和夾雜缺陷；3、應(yīng)保證鑄件能充滿；4、應(yīng)有利于實(shí)現(xiàn)順序凝固；5、應(yīng)盡可能避免適用吊砂、吊芯或懸臂式砂芯；6、應(yīng)使合箱位置、澆注位置和鑄件的冷卻位置相一致。三、分型面確定1、應(yīng)盡量使鑄件全部或大部置于同一半鑄型內(nèi)；2、應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)目；3、分型面應(yīng)盡量選用平面；4、便于下芯、合箱及檢查型腔尺寸；5、不使砂箱過高；6、對(duì)受力件，分型面的選擇不應(yīng)削弱鑄件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；7、應(yīng)注意減輕落砂、和理和機(jī)械加工的工作量。四、砂芯設(shè)計(jì)砂芯用來(lái)形成鑄件的內(nèi)腔、各種成形孔及外形不易起模的部分。砂芯要滿足的基本要求是：砂芯的形狀、尺寸和在砂型中的位置應(yīng)與鑄件的要求相適應(yīng)，有足夠的強(qiáng)度和剛度，在澆注后

9、鑄件凝固過程中砂芯所產(chǎn)生的氣體能及時(shí)排出型外，鑄件收縮時(shí)砂芯不給予大的阻力，容易清砂。砂芯設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：確定砂芯的形狀和個(gè)數(shù)（砂芯分塊）、下芯順序、芯頭結(jié)構(gòu)、核算芯頭大小等1、砂芯的分塊原則1、保證鑄件的精度 2、3、4、芯頭結(jié)構(gòu)鑄造工藝參數(shù)的確定1、鑄造收縮率%100件件模LLLk鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)，通過鑄造收縮率K來(lái)確定模樣和芯盒的工作尺寸。合 金收 縮 率（%）自由收縮受阻收縮灰鑄鐵：中小鑄件 中大鑄件 特大鑄件鑄鋼：碳鋼及低合金鋼 含鉻高合金鋼1.00.90.81.62.01.31.70.90.80.71.31.71.01.4砂型鑄造普通合金的鑄造收縮率2、機(jī)械加工余量在鑄件加工表面上留

10、出的、準(zhǔn)備切去的金屬層厚度，稱為機(jī)械加工余量。加工余量過大，浪費(fèi)金屬和機(jī)械加工工時(shí)，增加零件成本。但過小，則不能完全去除鑄件表面的缺陷，甚至露出鑄件表皮，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。影響機(jī)械加工余量的主要因素有。鑄造合金及鑄造方法所能達(dá)到的鑄件精度，加工表面所處的澆注位置（上面、側(cè)面、底面），鑄件尺寸和結(jié)構(gòu)，公稱尺寸大小等幾方面。 為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免損壞砂型或砂芯。這個(gè)在鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)所規(guī)定的斜度，稱為拔模斜度。 拔模斜度應(yīng)在鑄件上沒有結(jié)構(gòu)斜度的、垂直于分型面（分盒面）的表面上應(yīng)用。其大小應(yīng)依模樣的拔模高度、光潔度以及造型（芯）方法而定。拔模斜度的設(shè)置方法如圖所示。3、

11、拔模斜度4、最小鑄出孔及槽生產(chǎn)批量最小鑄出孔直徑灰鐵鑄件鑄鋼件大量生產(chǎn)成批生產(chǎn)單件、小批生產(chǎn) 1215153030503050505、工藝補(bǔ)正量6、分形負(fù)數(shù)7、反變形量8、砂芯負(fù)數(shù)9、非加工壁厚的負(fù)余量10、分芯負(fù)數(shù)第四節(jié) 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)的基本概念澆注系統(tǒng)對(duì)鑄件質(zhì)量的影響q金屬液在澆注系統(tǒng)中為紊流流動(dòng)q金屬液進(jìn)入型腔時(shí)的速度q金屬液對(duì)砂型（芯）壁的沖擊q均勻鑄型溫度方面q金屬液在澆注系統(tǒng)內(nèi)的吸氣一、對(duì)澆注系統(tǒng)的基本要求根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和合金凝固特點(diǎn)考慮澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使金屬液能以合理的充填速度或上升速度、盡可能平穩(wěn)地（紊流程度低）、無(wú)噴射、飛濺地充填型腔；金屬流股不沖蝕砂型或砂芯，也不在型內(nèi)

12、相互沖擊，防止卷入氣體和吸收氣體，防止金屬氧化。能提供金屬液充填型腔時(shí)所需的壓力頭，以保證在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將型腔充滿，并使鑄件賦形良好（鑄件輪廓清晰）。內(nèi)澆道的分布（包括位置、方向和個(gè)數(shù)）有利于鑄件實(shí)現(xiàn)合理的凝固原則，而且對(duì)鑄件的收縮影響最小。澆注系統(tǒng)應(yīng)有較強(qiáng)的擋渣能力，阻止金屬液中的夾雜、渣滓等進(jìn)入鑄型型腔。澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與分布應(yīng)方便造型，占用位置小，金屬消耗小和易于從鑄件上清除掉。二、液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)中流動(dòng)的水力學(xué)現(xiàn)象1、液態(tài)金屬在澆口杯中的流動(dòng)2、液態(tài)金屬在直澆道中的流動(dòng) 直澆道的主要作用是：引導(dǎo)金屬液充型，建立足夠的壓頭，控制金屬液的充型速度。直澆道與橫澆道的連接3、液態(tài)金屬在橫澆道中的

13、流動(dòng) 橫澆道的主要作用是：分配金屬液進(jìn)入各內(nèi)澆道，并起擋渣作用。 4、液態(tài)金屬在內(nèi)澆道中及進(jìn)入型腔時(shí)的流動(dòng)q控制金屬液進(jìn)入型腔的速度和方向；q調(diào)整鑄件的凝固方式三、澆注系統(tǒng)的分類四、澆注系統(tǒng)位置的選擇五、澆注系統(tǒng)各組元截面尺寸的確定hgpgpH202220內(nèi)內(nèi)外外確定澆注時(shí)間 一般說來(lái)，澆注速度小時(shí)，金屬液充填鑄型時(shí)較平穩(wěn)，對(duì)砂型的沖擊力小，能減少發(fā)生沖砂或脹砂的危險(xiǎn)，并有利于型腔內(nèi)氣體的排出和鑄件的自補(bǔ)縮，從而減小冒口體積。但慢澆時(shí)，金屬液對(duì)型壁的輻射加劇，易使內(nèi)澆道附近局部過熱，從而可能產(chǎn)生夾砂、粘砂之類的缺陷并降低生產(chǎn)率。澆注速度大，易發(fā)生沖砂、脹砂現(xiàn)象，但充滿型腔快，輻射時(shí)間短而且砂型

14、局部過熱不嚴(yán)重。多用來(lái)澆注薄壁、復(fù)雜、易產(chǎn)生夾砂缺陷的鑄件和流動(dòng)性較低的合金鑄件。確定平均靜壓頭Hp確定流量系數(shù) 流量系數(shù)是澆注系統(tǒng)內(nèi)沿程摩擦損耗和渦流損失的函數(shù)。它隨流道的形狀、尺寸、鑄型的性質(zhì)、金屬液的材質(zhì)、流速等的不同而變化。澆注系統(tǒng)各組元截面比例關(guān)系計(jì)算澆注系統(tǒng)時(shí)先要確定包孔直徑，再按比例確定其他組元斷面尺寸，最后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)核算澆注重量速度和型內(nèi)液而上升速度。第五節(jié)、補(bǔ)縮系統(tǒng)設(shè)計(jì) 生產(chǎn)中，防止縮孔和縮松缺陷的有效措施是設(shè)計(jì)補(bǔ)縮系統(tǒng)，補(bǔ)縮系統(tǒng)包括冒口和冷鐵。 冒口是指在鑄型型腔中設(shè)置一能儲(chǔ)存一定量金屬液的空腔，在液態(tài)金屬收縮時(shí)，對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮，可防止產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷。冒口的主要作用是補(bǔ)縮

15、鑄件，此外，還有出氣和集渣作用。 冒口設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是：選擇冒口的形狀及安放位置，確定冒口的數(shù)量，計(jì)算冒口的尺寸，校核冒口的補(bǔ)縮能力。一、冒口的分類二、冒口的位置冒口應(yīng)盡量放在鑄件被補(bǔ)縮部位上部冒口應(yīng)盡量放在鑄件被補(bǔ)縮部位上部或最后凝固的熱節(jié)旁邊；或最后凝固的熱節(jié)旁邊；冒口應(yīng)盡量放在鑄件最高最厚的地方冒口應(yīng)盡量放在鑄件最高最厚的地方，以便利用金屬液的自重力進(jìn)行補(bǔ)縮，以便利用金屬液的自重力進(jìn)行補(bǔ)縮；在鑄件的不同高度上有熱節(jié)需要補(bǔ)縮在鑄件的不同高度上有熱節(jié)需要補(bǔ)縮時(shí)，可按不同水平面安放冒口。但由時(shí)，可按不同水平面安放冒口。但由于不同高度上冒口的補(bǔ)縮壓力是不平于不同高度上冒口的補(bǔ)縮壓力是不平衡的，應(yīng)

16、采用冷鐵使各個(gè)冒口的補(bǔ)縮衡的，應(yīng)采用冷鐵使各個(gè)冒口的補(bǔ)縮范圍隔開。范圍隔開。冒口應(yīng)盡可能不阻礙鑄件的收縮，冒口應(yīng)盡可能不阻礙鑄件的收縮，冒口不應(yīng)放在鑄件應(yīng)力集中處，以冒口不應(yīng)放在鑄件應(yīng)力集中處，以免引起裂紋。免引起裂紋。力求用一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮一個(gè)鑄件力求用一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮一個(gè)鑄件的幾個(gè)熱節(jié)，或者幾個(gè)鑄件的熱節(jié)的幾個(gè)熱節(jié)，或者幾個(gè)鑄件的熱節(jié)。冒口最好布置在鑄件需要進(jìn)行機(jī)械冒口最好布置在鑄件需要進(jìn)行機(jī)械加工的表面上，以減少精整鑄件的加工的表面上，以減少精整鑄件的工時(shí)。工時(shí)。為了加強(qiáng)鑄件的順序凝固，應(yīng)盡可為了加強(qiáng)鑄件的順序凝固，應(yīng)盡可能使內(nèi)澆道靠近冒口或通過冒口。能使內(nèi)澆道靠近冒口或通過冒口。三、冒

17、口的補(bǔ)縮條件凝固時(shí)間應(yīng)大于或等于鑄件（或鑄件被補(bǔ)縮部分凝固時(shí)間應(yīng)大于或等于鑄件（或鑄件被補(bǔ)縮部分）的凝固時(shí)間；）的凝固時(shí)間；與鑄件上被補(bǔ)縮部位之間必須存在補(bǔ)縮通道；與鑄件上被補(bǔ)縮部位之間必須存在補(bǔ)縮通道；有足夠的金屬液補(bǔ)充鑄件（或鑄件被補(bǔ)縮部分）有足夠的金屬液補(bǔ)充鑄件（或鑄件被補(bǔ)縮部分）的收縮。的收縮。冒口補(bǔ)縮條件-1、桿的寬度為厚度倍以內(nèi)，M=(11.125)M主2、板的T形接頭，當(dāng)n1.23時(shí)，M=(11.145)M主、“”，當(dāng)n時(shí)M=(11. 25)M主、“L”，M=(11. 151)M主冒口補(bǔ)縮條件-2冒口補(bǔ)縮條件-3)(件冒冒終冒VVVV%100冒冒終冒VVV鑄件毛重270Kg，澆注金屬300Kg鑄件毛重28Kg，澆注金屬80Kg四、冒口尺寸的確定、模數(shù)法計(jì)算冒口尺寸縮管法計(jì)算冒口的尺寸鑄鋼件比例法計(jì)算冒口的尺寸鑄鋼件比例法冒口尺寸計(jì)算應(yīng)用舉