金屬的液態(tài)成形與半固態(tài)成形

1、金屬的液態(tài)成形與半固態(tài)成形第1頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四液態(tài)成形（鑄造）和半固態(tài)成形（半固態(tài)合金成形）是金屬材料的主要加工方法，它們是利用經過熔煉的液態(tài)金屬或半固態(tài)金屬，在外力作用下流動充型冷凝來實現成形的。液態(tài)成形即鑄造，是應用最廣的方法之一，半固態(tài)成形近年來得到了巨大的發(fā)展。第2頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四4.1 液態(tài)成形定義：液態(tài)成形（鑄造）是將材料熔化成一定成分和一定溫度的液體，然后在重力或外力作用下澆入到具有一定形狀、尺寸大小的型腔中，經凝固冷卻后形成所需要的零件的技術。第3頁，共161頁，2022年，5月20日，13

2、點35分，星期四1、液態(tài)成形的特點優(yōu)點：適應性強，工藝靈活；成形件尺寸精度高；成本低廉；第4頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四不足之處：鑄造組織疏松、晶粒粗大，內部易產生縮孔、縮松、氣孔等缺陷，因此鑄件的機械性能，特別是沖擊性能不如鍛件高；目前鑄件凝固過程還不能精確控制，致使鑄件質量不穩(wěn)定，廢品率高；鑄造工序多，生產周期較長，以及勞動條件較差等。第5頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四青銅器司母戊鼎河南安陽晚商遺址（1.33m0.78m1.10m）2、液態(tài)成形的歷史及發(fā)展歷史悠久，發(fā)展前景廣闊第6頁，共161頁，2022年，5月20日，13點3

3、5分，星期四第7頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四第8頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四第9頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四第10頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四戰(zhàn)國，鐵模鑄造湖南長沙砂子塘戰(zhàn)國凹形鐵鋤中國古代鐵器的金相組織第11頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四鐵人黃河鎮(zhèn)河大鐵牛（唐開元12年鑄）第12頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四機床床身船用曲軸（大連重工）第13頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四發(fā)動機

4、汽缸第14頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四液態(tài)成形基本工藝流程鑄造工藝內容：1）熔化合格合金液體：成分合格，溫度合適；2）制作合理的鑄型： 造型材料，造型方法，鑄造工藝，尺寸，型板，砂箱，分型面，澆注系統(tǒng)；3）澆注成型以及清理： 澆注方法（重力，加壓），清理；4）凝固成合格的鑄件 ： 內部質量，尺寸。第15頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四3、鑄造金屬的熔煉 熔煉是液態(tài)金屬鑄造成形技術過程中的一個重要環(huán)節(jié)，與鑄件的品質、生產成本、產量、能源消耗以及環(huán)境保護等密切相關。在熔煉中，多種固態(tài)金屬的爐料（廢鋼、生鐵、回爐料、鐵合金、有色金屬等）按比

5、例搭配裝入相應的熔爐中加熱熔化，通過冶金反應，轉變成具有一定化學成分和溫度的符合鑄造成形要求的液態(tài)金屬。第16頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四熔煉的要求：（1）保證金屬液的化學成分和材質性能；（2）保證金屬液有足夠的溫度；（3）保證金屬液的數量(質量)；（4）保證低能耗、低成本；（5）保證低噪聲、低污染。 第17頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四熔煉的分類：（1）按熔煉金屬分：鑄鐵熔煉、鑄鋼熔煉和有色金屬熔煉；（2）按熔爐分：沖天爐熔煉、電弧爐熔煉、感應電爐熔煉、坩堝爐熔煉。 第18頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期

6、四 焦炭沖天爐熔煉 第19頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四電弧爐熔煉 感應電爐 第20頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四坩堝爐 坩堝爐分為：燃油、燃氣、焦碳和電阻坩堝爐。 主要用于有色金屬的熔煉，如銅合金、鋁合金、鎂合金、低熔點軸承合金等。 第21頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四澆注金屬熔化后，液態(tài)金屬通過澆注系統(tǒng)充填鑄型型腔的過程稱為澆注過程。澆注系統(tǒng)的組成:澆口杯、直澆道、橫澆道、內澆道第22頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四澆注系統(tǒng) 澆口杯：緩解金屬液沖蝕，阻擋熔渣； 直澆道：有一

7、定錐度以保證流速，排出空氣； 橫澆道：將直澆道的金屬液分配至內澆道； 內澆道：將金屬液引入型腔。 第23頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四澆注的形式 第24頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四第25頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四澆注后的凝固澆注入鑄型型腔的液態(tài)金屬，隨溫度的降低，將經歷由液態(tài)向固態(tài)的轉變過程，即凝固過程。凝固是金屬材料一種重要的相變過程。 金屬的凝固過程包括：晶核的形成和晶粒的長大。 第26頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四冒口：為避免鑄件出現缺陷而附加在鑄件上方或側面的補

8、充部分。 在鑄型中，冒口的型腔是存貯液態(tài)金屬的容器，其功能是多方面的。功能不同的冒口，其形式、大小和開設位置均不相同，所以，冒口的設計要考慮鑄造合金的性質和鑄件的特點。第27頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四4、液態(tài)成形合金性能 鑄造性能是合金在鑄造生產中所表現出來的工藝性能，是保證鑄件質量的主要因素，是衡量鑄造合金的主要指標。 鑄造性能有充型能力與流動性、收縮性、吸氣性和偏析等。第28頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四（1）合金的充型能力：液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的健全鑄件的能力。合金的流動性：液態(tài)合金的流動能力。一般流

9、動性好的合金，其充型能力也強。澆不足 冷隔現象第29頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四螺旋形標準試樣測試合金的流動性第30頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四通常，灰鑄鐵、硅黃銅流動性最好，鑄鋼流動性最差。 第31頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四影響充型能力的因素 合金的種類及化學成分、合金流動性、鑄型的特點、澆注條件合金的種類不同，其流動性不同;第32頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四合金的成分和結晶特征對流動性的影響最為顯著不同結晶特征合金的流動性 亞共晶鑄鐵隨含碳量的增加，結晶溫度范圍

10、減小，流動性提高。第33頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四澆注溫度對流動性的影響澆注溫度高，液態(tài)金屬在鑄型中保持液態(tài)的時間增長，可改善合金的流動性（薄壁鑄件 ）；但是澆注溫度過高，使鑄件產生氣孔、縮孔、縮松、粘砂等缺陷。在生產中采用：高溫出爐，低溫澆注的原則。灰鑄鐵澆注溫度為12001380；鑄鋼為15201620；鋁合金為680780。薄壁復雜件取上限溫度值，厚件則取下限。 第34頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四鑄型條件對流動性的影響 常采取加高直澆道，擴大內澆道截面，增設出氣孔，烘干鑄型等工藝，以延長液態(tài)合金的流動時間，以改善鑄型的填充

11、條件。第35頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四(2) 合金的收縮 鑄造合金從液態(tài)冷卻到室溫的過程中，其體積和尺寸縮減的現象稱為收縮。第36頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四收縮包括以下三個階段： 液態(tài)收縮 （澆注溫度-液相線） 凝固收縮 （液相線-固相線） 固態(tài)收縮 （固相線-室溫 ）特點：體積收縮； 澆注溫度升高，液態(tài)收縮增加。 特點：體積收縮；結晶溫度范圍增大，凝固收縮增加。 特點：引起鑄件外部尺寸變化。第37頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四收縮對鑄件質量的影響 液態(tài)收縮 澆注溫度越高，使液態(tài)收縮率增加。澆注溫

12、度一般控制在高于液相線溫度50-150。 凝固收縮 大多數合金，都具有一定的結晶溫度范圍，使得凝固收縮由狀態(tài)改變和溫度下降兩部分引起，結晶溫度范圍越大，則凝固收縮率越大。第38頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四 液態(tài)收縮和凝固收縮都使合金體積減小，一般表現為鑄型內液面的降低。這兩個階段的收縮是鑄件中產生縮孔或縮松的基本原因。 固態(tài)收縮 指合金從固相線溫度冷卻到常溫時的收縮。固態(tài)收縮通常直接表現為鑄件外形尺寸的減小，固態(tài)收縮是鑄件中產生應力、變形和裂紋的主要原因。第39頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四 縮孔與縮松的形成及防止 液態(tài)合金在凝固過

13、程中，若其液態(tài)收縮和凝固收縮所縮減的容積得不到補足，則在鑄件最后凝固的部位形成一些孔洞。按孔洞的大小和分布，可將其分為縮孔和縮松。 縮孔第40頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大，澆注溫度越高，鑄件的壁越厚，縮孔的容積就越大；縮孔多集中在鑄件最后凝固的部位；其特征是形狀不規(guī)則，多數呈倒錐形，內表面粗糙。純金屬和共晶成分的合金易形成縮孔；（1）縮孔第41頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四縮松 主要出現在呈糊狀凝固方式的合金中或斷面較大的鑄件壁中，被樹枝晶分隔開的液體區(qū)難以得到補縮所致。 縮松大多分布在鑄件中心軸線處、冒

14、口根部、內澆口附近或縮孔下方。第42頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四縮孔與縮松減小鑄件受力的有效面積，且縮孔部位容易產生應力集中，使鑄件的力學性能下降，要予以防止。第43頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四判斷縮孔出現的方法 圖中等溫線未曾通過的心部和內切圓直徑最大處，即為容易出現縮孔的熱節(jié)（在凝固過程中，鑄件內比周圍金屬凝固緩慢的節(jié)點或局部區(qū)域 ）。 第44頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四將鑄件斷面上溫度相同的點連接而成的曲線，就是凝固等溫線。圖中涂黑的部分就是縮孔出現的實際位置。第45頁，共161頁，2022年

15、，5月20日，13點35分，星期四內切圓法：鑄件壁交接處的內切圓直徑大于鑄件壁厚，這些地方凝固較晚，縮孔可能在那里生成。第46頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四縮孔、縮松的防止措施采用冒口、冷鐵的順序凝固（結晶溫度窄的合金） 所謂順序凝固，就是使鑄件按規(guī)定方向從一部分到另一部分逐漸凝固的過程。冒口和冷鐵的合理使用，可造成鑄件的順序凝固，有效地消除縮孔、縮松。第47頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四 順序凝固，就是在鑄件上可能出現縮孔的厚大部位通過安放冒口等工藝措施，使鑄件上遠離冒口的部位先凝固（如圖 ），而后是靠近冒口部位凝固（圖中、），最后

16、才是冒口本身的凝固。 按照這樣的凝固順序，先凝固部位的收縮，由后凝固部位的金屬液來補充；后凝固部位的收縮，由冒口中的金屬液來補充，從而使鑄件各個部位的收縮均能得到補充，而將縮孔轉移到冒口之中。冒口為鑄件的多余部分，在鑄件清理時將其去除。第48頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四 為了實現順序凝固，在安放冒口的同時，還可在鑄件上某些厚大部位增設冷鐵。如圖所示鑄件的熱節(jié)不止一個，若僅靠頂部冒口，難以向底部凸臺補縮，為此，凸臺的型壁上安放了兩個外冷鐵。由于冷鐵加快了該出的冷卻速度，使厚度較大的凸臺反而最先凝固，從而實現了自下而上的順序凝固，防止了凸臺處縮孔、縮松的產生。 閥體

17、的冒口補縮第49頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四 注意： （1）冷鐵是為了加快鑄件某處的冷卻速度，以控制或改變鑄件的凝固順序的激冷物，本身并不起補縮作用。 通常采用鋼、鑄鐵或銅等金屬制成。 （2）結晶溫度范圍寬的合金采取同時凝固方式； 第50頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四（3）鑄造應力、變形及裂紋 鑄造應力：鑄件完全凝固后便進入了固態(tài)收縮階段，若鑄件的固態(tài)收縮受到阻礙，將在鑄件內部產生應力，稱為鑄造應力。它是鑄件產生變形和裂紋的基本原因。 第51頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四按照應力的產生機理，可分為：1、

18、內應力的形成與防止鑄件在凝固和冷卻過程中，不同部位由于不均衡的收縮而引起的應力。熱應力收縮應力（機械應力）鑄件的固態(tài)收縮受到鑄型或型芯的機械阻礙而形成的內應力。相變應力合金由于發(fā)生固態(tài)相變，鑄件各部分體積產生不均衡變化而引起的應力。它可能是瞬時應力，也可能是殘余應力。第52頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四收縮應力是暫存的應力，鑄件落砂后應力自行消失。防止產生收縮應力的措施是提高鑄型和型芯的退讓性。收縮應力（機械應力）L第53頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四熱應力熱應力是由于鑄件壁厚不均或各部分冷卻速度不同，使鑄件各部分的收縮不同步而引起的

19、。它在鑄件落砂后仍然存在于鑄件內部，是一種殘留應力。 第54頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四為了分析熱應力的形成，首先必須了解金屬自高溫冷卻到室溫時應力狀態(tài)的改變。固態(tài)金屬在再結晶溫度以上的較高溫度時（鋼和鑄鐵為620-650以上），處于塑性狀態(tài)。此時，在較小的應力下就可發(fā)生塑性變形，變形之后應力可自行消除。在再結晶溫度以下，金屬呈彈性狀態(tài)，此時，在應力作用下將發(fā)生彈性變形，而變形之后應力繼續(xù)存在。第55頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四再結晶：變形后的金屬在較高溫度加熱時，由于原子擴散能力增大，被拉長（或壓扁）、破碎的晶粒通過重新生核、長

20、大變成新的均勻、細小的等軸晶。再結晶溫度:變形后的金屬發(fā)生再結晶的溫度是一個溫度范圍。一般所說的再結晶溫度指的是最低再結晶溫度，通常用經大變形量（70%以上）的冷塑性變形的金屬，經一小時加熱后能完全再結晶的最低溫度表示。T再=（）T熔點補充：第56頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四第57頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四t0-t1:粗、細桿均處在塑性狀態(tài)，無應力；t1-t2:細桿進入彈性狀態(tài)，而粗桿仍處在塑性狀態(tài)；兩桿收縮不同，形成暫時應力（如b），但隨溫度降低，應力消失（如c）；t2-t3:兩桿均處在彈性狀態(tài)，但T粗T細，導致粗桿收縮細桿。

21、所以，粗桿受拉伸，細桿受壓縮。結論：產生熱應力的規(guī)律是，冷卻較慢的厚部或心部存在拉應力；冷卻較快的薄壁或表層存在壓應力。IIIII第58頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四 預防鑄件產生熱應力的基本措施是減小鑄件各部分之間的溫度差，使其均勻冷卻。設計：壁厚盡量均勻一致；工藝：采取同時凝固原則具體方法：將內澆口開在鑄件的薄壁處，以減緩其冷卻速度；而在鑄件的厚壁處放置冷鐵，以加快其冷卻速度。 第59頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四優(yōu)點：可減小其產生應力、變形和裂紋的傾向；且不必設置冒口，使工藝簡化，并節(jié)約了金屬材料。缺點：鑄件的心部會產生縮孔或縮

22、松缺陷，所以一般只用于普通灰鑄鐵和錫青銅鑄件的生產?；诣T鐵產生縮孔和縮松的傾向??；而錫青銅傾向于糊狀凝固，用冒口也難于避免縮松缺陷。 采用同時凝固的優(yōu)、缺點 ：第60頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四鑄件的變形與防止 鑄件產生內應力后，鑄件通過自由的變形釋放應力。心部散熱慢，受拉應力，邊緣處受壓應力；且上表面比下表面冷卻得快。 導軌部分厚受拉應力；床壁部分較薄受壓應力，床身發(fā)生朝著導軌方向的彎曲，使導軌下凹。 第61頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四鑄件壁厚盡量均勻、對稱； 圖c由于其截面對稱、鑄造應力平衡，不產生變形。 防止鑄件變形的措施：

23、采用同時凝固工藝，降低熱應力； 反變形 適用于細長易變形鑄件 床身導軌面的撓曲變形及反變形 第62頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四當鑄件內應力超過金屬的強度極限時，鑄件便發(fā)生裂紋。裂紋是鑄件的嚴重缺陷，多使鑄件報廢。鑄件的裂紋及防止鑄件一般有熱裂和冷裂兩種開裂方式。第63頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四1）熱裂紋 產生原因：在鑄件凝固末期，固體的骨架已經形成，但枝晶間仍殘留少量液體，此時的強度、塑性極低。當固態(tài)合金的線收縮受到鑄型、芯子或其他因素的阻礙，產生的應力若超過該溫度下合金的強度，即產生熱裂。第64頁，共161頁，2022年，5月

24、20日，13點35分，星期四防止熱裂的措施： a合理設計鑄件結構； b改善鑄型和型芯的退讓性； c限制鑄鋼和鑄鐵中的S含量； 熱裂紋形態(tài)：裂紋短、縫隙寬、形狀曲折、縫內金屬呈氧化色；且裂紋沿晶界產生，外形曲折。第65頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四冷裂紋： 冷裂是鑄件冷卻到低溫處于彈性狀態(tài)時，鑄造應力超過合金的強度極限而產生的；冷裂常出現在復雜鑄件受拉應力的部位，特別是應力集中處。第66頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四冷裂紋形態(tài)：裂紋細小，外形呈連續(xù)直線狀或圓滑曲線狀，裂紋縫內干凈，有時呈輕微氧化色。 壁厚差別較大、形狀復雜的鑄件，特別是

25、大而薄的鑄件，容易出現冷裂。第67頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四防止冷裂的措施： a減少鑄造內應力；壁厚均勻、增加退讓性；b降低合金的脆性；降低合金中P的含量；c去應力退火； d設計鑄件時應避免應力集中。第68頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四合金的偏析偏析：鑄件各部分化學成分不均勻的現象，分為微觀偏析和宏觀偏析。微觀偏析指微小范圍內的化學成分不均勻（一般在一個晶粒尺寸范圍內），有析晶偏析、胞狀偏析和晶界偏析。宏觀偏析是指在較大尺寸范圍內的成分不均勻，主要包括正偏析、逆偏析和重力偏析。 第69頁，共161頁，2022年，5月20日，13點

26、35分，星期四合金的吸氣性：是指金屬液吸收氣體的能力。 凝固時溶解度急劇下降，氣體大量析出。析出的氣體形成氣泡，當氣泡浮出受阻不能排出，則在鑄件中形成氣孔。 按照合金中的氣體來源，可將氣孔分為三類：侵入氣孔、析出氣孔和反應氣孔。第70頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四鑄造工藝方法很多，通常分為砂型鑄造和特種鑄造。將以型（芯）砂作為鑄型材料，采用重力澆注的鑄造方法稱為砂型鑄造，砂型鑄造是應用最廣泛的一種鑄造方法。砂型鑄造的生產過程包括鑄造工藝設計、生產準備和工藝過程三個環(huán)節(jié)。液態(tài)成形方法第71頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四砂型鑄造生產工藝流

27、程第72頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四第73頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四第74頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四1、鑄造工藝設計生產鑄件的第一步是根據零件結構特點、技術要求和生產批量等條件確定鑄造工藝，繪制鑄造工藝圖 。對大批量生產或特殊重要的鑄件需詳細進行工藝設計，并畫出鑄件圖；單件、小批量生產時，只需畫出鑄造工藝圖。鑄造工藝設計主要包括：確定澆注位置和分型面位置、加工余量、收縮率、拔模斜度等工藝參數，型芯形狀、數量、位置，澆注系統(tǒng)、冒口和冷鐵的布置等。第75頁，共161頁，2022年，5月20日，13點

28、35分，星期四（1）確定澆注位置鑄件的重要部位應在下部：因為金屬液中的渣、氣泡等易上浮，使鑄件上部的缺陷(如砂眼、氣孔、夾渣)通常比下部多，組織也不如下部致密。如果這些平面難以朝下，則應盡量使其傾斜或直立放置。圖6-16為機床床身的澆注位置方案，車床導軌面是關鍵部分，鑄造時應將導軌面放在下部。第76頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四具有大平面的鑄件，應將鑄件的大平面朝下：由于在澆注過程中金屬液對型腔上表面有強烈的熱輻射，型砂因劇烈膨脹和強度下降而拱起或干裂，金屬液進入表層裂縫之中形成夾砂缺陷。平板、圓盤類鑄件大平面應朝下。 第77頁，共161頁，2022年，5月20日

29、，13點35分，星期四鑄件的薄壁部分應放在下部、側面或傾斜位置，以利于液態(tài)金屬充滿鑄型。 第78頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四鑄造合金收縮率大、鑄件厚薄不均勻，澆注時應使厚的部分放在鑄件的上部或側面，以便于在鑄件厚處直接安放冒口，使之實現自下而上的順序凝固，防止產生縮孔。第79頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四盡量減少型芯的數目，最好使型芯位于下型以便下芯和檢查，同時應保證型芯在鑄型中安放牢靠、排氣通暢。圖6-20b采用了自帶型芯方案，簡化鑄造工藝。第80頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四（2）選擇分型面為完成造

30、型、取模、設置澆冒口系統(tǒng)和安放砂芯等需要，砂型型腔必須由兩個或兩個以上的部分組合而成，鑄型的分割或裝配面稱為分型面。鑄型的分型面主要由鑄件的結構和澆注位置所確定。鑄件分型面的選擇也是鑄造工藝是否合理的重要關鍵之一。第81頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四盡量減少分型面的數目。鑄造時，一個分型面時用兩箱造型，兩個分型面就要三箱造型。多箱造型工藝復雜，精度低。注意：實際選定分型面時，要從具體情況出發(fā)，對某些大而復雜或具有特殊要求的鑄件，有時采用兩個以上的分型面，反而有利于保證鑄件質量和簡化工藝。第82頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四分型面盡量平

31、直以簡化模型的制造和造型工藝。如起重臂鑄件，采用平面分型b比采用曲面分型a好，若采用曲面分型a，則須采用挖砂造型，即使是大批量生產，也會使模板的制造成本增加。第83頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四盡量使型芯和活塊的數量少，以簡化制模、造型、合型等工藝 ；盡量使鑄件全部或大部放在同一砂箱內，這樣易于保證鑄件精度；盡量使型腔及主要型芯位于下箱，以便于造型、下芯、合箱及檢驗鑄件壁厚。 第84頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四（3）確定主要工藝參數加工余量：為保證鑄件加工面尺寸和零件精度，在鑄件工藝設計時預先增加而在機械加工時被去除的金屬層厚度 。

32、收縮余量：收縮余量是指為了補償鑄件收縮，模型比鑄件圖紙尺寸增大的數值。收縮余量取決于鑄件線收縮率的大小。第85頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四拔模斜度：為使模型（或型芯）易于從鑄型（或芯盒）中取出，凡垂直于分型面的壁，在制造模型時必須保持一定的傾斜度，此傾斜度稱為拔模斜度或鑄造斜度。拔模斜度的大小取決于造型方法、材料、立壁高度等因素。砂型鑄造一般取153。鑄造圓角：為防止缺陷，方便造型，鑄件上的相交壁一般都有過渡圓角。零件上不允許有的圓角，在鑄造后切削去掉。第86頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四（4）澆注系統(tǒng)設計澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流

33、入型腔的通道，通常有澆口杯、直澆道、橫澆道和內澆道等組成。 澆注系統(tǒng)必須確保液態(tài)金屬能夠平穩(wěn)而合理地充滿型腔，同時起著擋渣作用，有時還能補縮。第87頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四（5）冒口和冷鐵的應用冒口的主要作用是補償液態(tài)收縮，兼有排氣和集渣作用。但冒口的使用也增加了金屬消耗和清理工作，所以，合理設置冒口，對于改善鑄件質量和降低成本，都有著重大作用。為增加鑄件局部冷卻速度，在鑄件局部區(qū)域設置急冷能力強的材料，例如鑄鐵、鑄鋼等，稱為冷鐵。 第88頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四2、生產準備（1）模樣和芯盒的設計 在造型時，為了獲得與鑄件

34、形狀和尺寸相適應的鑄型空腔，必須用一個與鑄件的形狀和尺寸相適應的模樣。模樣決定鑄型型腔即鑄件外部輪廓的形狀和尺寸。模樣是鑄型的基本工藝裝備。模樣除了比鑄件尺寸大出一個收縮量外，還需帶有合箱時方置型芯用的型芯頭。第89頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四對于有孔和其他中空鑄件，需由型芯來獲得。用于制造型芯的工藝裝備稱為芯盒。而由芯盒制造的型芯決定了鑄件內部輪廓形狀和尺寸?？紤]到金屬的收縮，芯盒的尺寸比鑄件的尺寸大一個收縮量。第90頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四模樣芯盒芯子第91頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四（2）

35、型（芯）砂的制備 砂型鑄造中，由型（芯）砂制成的鑄型或型芯應具有良好的耐熱性、透氣性、退讓性，以及良好的成型性和足夠的強度。型砂是由原砂（石英砂等）、粘接劑（粘土、水玻璃或樹脂等）、附加材料和水等按一定比例混制而成的混合料。其中原砂是型砂組成中的基本部分。原砂主要成分是石英（SiO2）。粘結劑的作用是使原砂顆粒粘結在一起。砂型鑄造的粘結劑分為無機粘結劑（包括粘土、膨潤土、水玻璃）和有機粘結劑（包括植物油、樹脂等）。第92頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四型砂制備是根據對型（芯）砂的性能要求，將一定配比的各種成分通過混碾等操作，使之成為成分均勻和松散的符合造型和制芯要求

36、的型（芯）砂。第93頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四3砂型鑄造的的基本過程第94頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四（1）造型（制芯）用造型（制芯）混合料及模樣（芯盒）等工藝裝備制造鑄型（砂芯）的過程稱為造型制芯）。砂型需要借助模樣來成形，鑄件上的孔和空腔靠型芯形成。造型方法有手工造型和機器造型兩類。 第95頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四手工造型是指用手工完成向砂箱填砂、緊實型砂、起模及合箱等基本操作的造型過程。操作靈活，工藝裝備簡單，適應性強，適用于各種形狀、大小的鑄件，可制作復雜的鑄件，單件、小批量生產時成本

37、低。勞動強度高，對工人技術要求高，生產效率低，鑄件質量不穩(wěn)定。主要用于單件、小批量生產和大型鑄件生產。第96頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四機器造型主要是利用機器代替人工完成填砂、緊實和起模等工作。機器造型生產效率高，砂型質量好，鑄件質量好。 設備和工藝裝備費用高，生產準備時間較長，使適用于中、小型鑄件的成批或大量生產。 第97頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四（2）合箱合箱是將砂型和砂芯按要求組合在一起成為鑄型的過程。合箱是制備鑄型的最后工序，也是砂型鑄造生產中的重要環(huán)節(jié)。（3）澆注為了獲得合格的鑄件，需要根據合金的種類、鑄件的結構和鑄型

38、的特點控制澆注溫度和澆注速度。第98頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四（4）落砂和清理、檢驗鑄件在砂型中冷卻到一定溫度后，需要從砂型中取出，去除鑄件表面和內腔中的型砂和芯砂的工藝過程稱為落砂。落砂后的鑄件需要依靠鋸床或氣割等方法去除澆冒口，清除鑄件內外表面的粘砂、披縫和毛刺等，并通過噴丸處理提高鑄件的表面質量。清理好的鑄件在經過表面和內在質量檢驗合格后就可以入庫并交付用戶。第99頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四名稱 缺陷特征 產生原因分析名稱缺陷特征 產生原因分析澆不到 鑄件殘缺或輪廓不完整，邊角圓且光亮 流動性差，澆注溫度低 鑄件設計不合

39、理，壁太薄 澆時斷流或澆注速度過慢 澆注系統(tǒng)截面過小 裂紋在鑄件轉角處或厚薄壁交接處條狀裂紋 鑄件壁厚不均勻，收縮不一致 合金含硫和磷過高 型（芯）砂的退讓性差 澆注溫度過高 冷隔邊緣呈圓角狀的縫隙 鑄件壁過薄 合金流動性差 澆注溫度低、澆注速度慢 縮孔最后凝固處形狀不規(guī)則的孔洞、內腔極粗糙 鑄件結構設計不當，有熱節(jié) 澆注溫度過高 冒口設計不合理或冒口過小 錯型鑄件在分型面處發(fā)生錯移 合型時定位不準 造型時上、下模有錯移 上、下型未夾緊 定位銷或記號不準 氣孔孔洞內表光滑，大孔孤立存在、小孔成群出現 鑄型透氣性差，緊實度過高 鑄型太濕、起模涮水過多。芯子、澆包未烘干 澆注系統(tǒng)不正確，氣體排不出

40、去 砂芯通氣孔堵塞 偏芯鑄件內孔位置、形狀和尺寸發(fā)生偏移 芯子變形 下芯時位置不準確 砂芯固定不良，澆注時被沖偏 砂眼 內部或表面帶有砂粒的孔洞 型砂的耐火性差 澆注溫度太高 型砂緊實度不夠，型腔表面不致密 變形鑄件發(fā)生彎曲或扭曲變形 落砂過早或過晚 鑄件壁厚不均勻 鑄件形狀設計不合理 粘砂表面或內腔附有難以清除的砂粒 第100頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四4、手工造型常用方法：整模造型、兩箱造型、三箱造型、分模造型、活塊造型、刮板造型、挖砂造型等；按砂箱分：兩箱、三箱、地坑、脫箱、劈箱等；按模型分：分模、活塊、控砂、刮板、假箱等；第101頁，共161頁，2022

41、年，5月20日，13點35分，星期四1）整模造型型腔在同一砂箱中，不會產生錯型缺陷，操作簡單；適宜于一端為最大截面且為平面的鑄件。第102頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四整模造型第103頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四2）分模造型模樣在最大截面處分開，型腔位于上、下型中，操作較簡單；適宜于最大截面在中部的鑄件。第104頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四分模造型安放鑄模-套下箱-撒防粘材料-蓋上面砂-鏟填背砂-用尖頭砂沖舂砂-用平頭砂沖舂砂-刮去多余型砂-翻轉下型-撒分型砂-吹去鑄模上的分型砂-撒防粘材料-加面砂-

42、填上型-扎通氣孔-去上型-起模-挖澆口-合箱澆注. 第105頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四3）挖砂造型整體模樣，分型面為一曲面，需挖去阻礙起模的型砂才能取出模樣，生產率低；單件生產。第106頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四挖砂造型第107頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四4）假箱造型第108頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四5）活塊造型將妨礙起模的部分做成活動的，取出模樣主體部分后，再小心將活塊取出，造型費工時。第109頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四活塊造

43、型第110頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四6）刮板造型第111頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四刮板造型第112頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四7)地坑造型第113頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四8)三箱造型第114頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四三箱造型第115頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四5、機器造型震壓造型：通過震擊使得砂箱下部的型砂在慣性力作用下緊實，再用壓頭將砂箱上部松散的型砂壓實。 第116頁，共161頁，2022年

44、，5月20日，13點35分，星期四微震壓實造型機的緊砂原理是在型砂壓實的同時進行微震，所以其緊實度比震壓造型的高而且均勻。 第117頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四高壓造型機的壓頭采用液體加壓，每個小壓頭的行程可隨模型的高度自行調節(jié)，使砂型各部位的緊實度均勻，且在壓實的同時還可進行微震，它制得的砂型緊實度高、能獲得表面粗糙度低、尺寸精度高的鑄件、且噪音小，生產率高。 第118頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四采用射砂和壓實聯合的緊砂方法將砂型緊實。這種方法不易產生錯箱缺陷，獲得鑄件的尺寸精度高；生產率高，易于實現自動化。適合于中小鑄件成批大

45、量的生產。 第119頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四拋砂緊實造型是利用電動機驅動拋砂機頭的葉片，連續(xù)地將傳送帶運來的型砂在機頭內初步緊實、再靠離心力的作用將已呈團狀的型砂快速(3060m/s)地拋到砂箱中，如此將型砂逐層緊實。也就是在完成填砂同時進行緊實，其效率高、型砂緊實度均勻，可用于任何批量的大、中型鑄件或大型芯子的制造。 第120頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四6、特種鑄造（Special casting processes ）特種鑄造金屬型鑄造熔模鑄造實型鑄造連續(xù)鑄造離心鑄造低壓鑄造壓力鑄造七種常見的特種鑄造方法第121頁，共16

46、1頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四（1）熔模鑄造 Investment Casting 定義：在易熔材料（如蠟料）制成的模樣上包覆若干層耐火涂料，待其干燥硬化后熔出模樣而制成型殼，型殼經高溫培燒后即可澆注的鑄造方法。第122頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四第123頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四第124頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四特點：可生產形狀復雜、輪廓清晰、薄壁鑄件；鑄件精度高，表面質量好；能夠鑄造各種合金鑄件；生產批量不受限制；工序繁多，生產周期較長，鑄件不能太長、太大，鑄件成本比砂型

47、鑄件高。應用實例：汽輪機、水輪機上小型的葉片和葉輪、切削刀具及汽車、拖拉機、船舶、機床和風動工具上的小型零件等。第125頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四（2）金屬型鑄造 Permanent Mold Casting 定義：將液體金屬澆注到金屬型（鑄鐵或鋼）中獲得鑄件的方法。因鑄型可多次使用，故又稱為“永久型鑄造”或硬模鑄造。第126頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四金屬型的結構： 金屬型用鑄鐵和鑄鋼制成；鑄件的內腔既可用金屬型芯、也可用砂芯；主要有整體式、水平分形式、垂直分形式和復合分形式。 第127頁，共161頁，2022年，5月20日，

48、13點35分，星期四第128頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四金屬型鑄造的工藝特點：金屬型的導熱速度快和無退讓性，使鑄件易產生澆不足、冷隔、裂紋及白口等缺陷。預熱金屬型：有利于金屬液的充型及鑄鐵的石墨化過程。生產鑄鐵件，金屬型預熱至250350；生產有色金屬件預熱至100250。型腔須噴刷耐火涂料：保護其免受金屬液直接沖蝕和熱擊，可調節(jié)鑄件各部分的冷卻速度。澆注溫度應比采用砂型高出1020，鑄鐵件的壁厚不小于15mm，以防白口組織。第129頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四金屬型鑄造的優(yōu)缺點： 優(yōu)點：金屬型鑄造一型多鑄，生產率高，勞動條件好；

49、鑄件的組織致密、晶粒細小，機械性能高；鑄件精度高、表面粗糙度值低。 缺點：不宜鑄造結構復雜、薄壁或大型鑄件；鑄型壽命短，灰鑄鐵件鑄造時還易于出現白口組織；成本高，周期長，需批量生產。第130頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四金屬型鑄造的應用： 主要用于成批生產鋁、銅合金等的中、小型鑄件，如活塞、缸體、液壓泵殼體、軸瓦和軸套等。第131頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四（3）壓力鑄造 (Die Casting)定義：壓力鑄造是指金屬液在高壓下高速充型，并在壓力下凝固的鑄造方法，簡稱壓鑄。第132頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35

50、分，星期四壓鑄機的種類及工作原理：壓鑄機主要由壓射機構和合型機構組成，前者的作用是將金屬液體高速高壓壓入型腔，后者的作用是開合壓鑄型；壓鑄機分熱室壓鑄機和冷室壓鑄機兩類。第133頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四 熱室壓鑄機的壓室與合金熔化爐連為一體，并浸泡在液體金屬中。第134頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四 冷壓室壓鑄機的壓室與熔化爐是分開的，每次壓鑄時，要從保溫爐中用澆包舀取金屬液倒入壓室，再進行壓鑄。 冷壓室壓鑄機可分為立式、臥式和全立式冷室壓鑄機三種。第135頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四第136頁，

51、共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四注入金屬 壓鑄 抽芯 頂出鑄件 臥式冷室式壓鑄機工作原理圖第137頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四第138頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四壓鑄的特點：優(yōu)點：鑄件質量好，尺寸精度高；壓鑄件的強度和表面硬度較高；生產率操作簡便，易于實現自動化。缺點：充型速度快，型腔中的空氣很難完全排出，且厚壁處也很難補縮; 壓鑄件不宜進行熱處理或在高溫下使用；可壓鑄的合金種類受到限制；設備投資大，壓鑄型的制造成本高。 第139頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四壓力鑄造的應用：大批量生產有色合金鑄件；注意：壓鑄件應盡量避免機加工，以防內部孔洞外露。 第140頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四常見的壓鑄件第141頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四汽車壓鑄件第142頁，共161頁，2022年，5月20日，13點35分，星期四（4）實型