鑄造成型加工技術(shù)詳解

8第〖任務(wù)描述〗

鑄造成型箱體是減速器的重要組成部件，它是傳動(dòng)零件的基座，其內(nèi)腔構(gòu)造簡(jiǎn)單。試確定如何制造減速器箱體的毛坯?！既蝿?wù)分析〗由于箱體是內(nèi)腔構(gòu)造較簡(jiǎn)單的零件，所以要承受鑄造的方法來(lái)生產(chǎn)毛坯，在鑄造時(shí)要依據(jù)零件圖先畫(huà)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?！枷嚓P(guān)學(xué)問(wèn)〗

的驅(qū)動(dòng)下學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)情境一鑄造成型理論根底一、合金的流淌性和充型力量1.合金的流淌性液態(tài)合金本身的流淌力量稱(chēng)為合金的流淌性。鐵碳合金的流淌性與碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的2-1

思考合金流淌性好壞產(chǎn)生的影響。2-1鐵碳合金的流淌性與碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系2.合金的充型力量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(huì)使合金的充型力量提高，但澆注溫度太高，將使合金的收縮量增加，吸氣增多，氧化嚴(yán)峻，鑄件會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)峻的黏砂和脹砂缺陷。因此，每種合金都有肯定的澆注溫度范圍。一般鑄鋼為1520℃～1620℃，鑄鐵為1230℃～1450680℃～780℃。合金的鑄型特點(diǎn)鑄型材料的導(dǎo)熱性越好，液態(tài)合金的冷卻速度越快，合金的流淌性越差。當(dāng)鑄型的發(fā)氣量大、排氣力量較低時(shí)，合金的流淌受到阻礙，會(huì)使合金的充型力量下降。澆注系統(tǒng)和鑄型的構(gòu)造越簡(jiǎn)單，合金在充型時(shí)的阻力越大，充型力量也會(huì)下降。二、鑄件的凝固和收縮1.鑄件的凝固 學(xué)生分組爭(zhēng)論影在鑄件的凝固過(guò)程中，其斷面上一般存在三個(gè)區(qū)域，即固相區(qū)、凝固區(qū)和液相區(qū)。 響鑄件凝固和收2.鑄件的收縮 縮的化學(xué)成分。合金從澆注到凝固直至冷卻到常溫的過(guò)程中產(chǎn)生的體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱(chēng)為收縮。三、縮孔和縮松的形成及防止1.縮孔的形成圖2-2為縮孔形成過(guò)程示意圖。液態(tài)合金布滿(mǎn)鑄型型腔，見(jiàn)圖2-〔使液態(tài)合金溫度下降，靠近型腔外表的金屬凝固形成一層外殼，見(jiàn)圖2-。溫度進(jìn)一步鑄件內(nèi)消滅了空隙，見(jiàn)圖2-2〔；溫度連續(xù)下降，外殼連續(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(jiàn)圖2-2〔；冷卻到室溫時(shí)，隨著鑄件的固態(tài)收縮，鑄件外形尺寸稍有縮小，見(jiàn)圖2-?？s孔形成過(guò)程。2-2縮孔形成過(guò)程示意圖3.縮孔和縮松的掌握1〕合理選擇鑄造合金鑄造生產(chǎn)中應(yīng)盡量選擇共晶成分四周的合金和結(jié)晶溫度范圍窄的合金。2〕掌握鑄件的凝固挨次所謂挨次凝固，是在鑄件可能消滅縮孔的厚大部位，通過(guò)安放冒口〔為避開(kāi)鑄件消滅缺陷而附加在鑄件上方或側(cè)面的補(bǔ)充局部2-32-3中的Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū))，冒口本身最終凝固。2-3挨次凝固3〕掌握澆注條件應(yīng)在滿(mǎn)足充型力量的前提下，盡量降低澆注溫度和澆注速度，尤其是在澆注終止前盡量承受慢的澆注速度，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)力熱應(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(shí)期鑄件各局部收縮不全都而引起的。機(jī)械應(yīng)力

2-5熱應(yīng)力的形成過(guò)程

結(jié)合示意圖講解熱應(yīng)力的形成過(guò)程。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(jī)械阻礙而形成的內(nèi)應(yīng)力，稱(chēng)為機(jī)械應(yīng)力。形成應(yīng)力的緣由一旦消逝〔如鑄件落砂或去除澆冒口后也就隨之消逝，所以機(jī)械應(yīng)力是臨時(shí)應(yīng)力，如圖2-63.鑄件的裂紋與防止1〕熱裂

2-6機(jī)械應(yīng)力

理解機(jī)械應(yīng)力是臨時(shí)應(yīng)力的緣由。熱裂的防止措施包括以下幾個(gè)方面。設(shè)計(jì)合理的鑄件構(gòu)造。改善鑄型和型芯的退讓性。削減鑄造合金中的有害雜質(zhì)，以提高其高溫強(qiáng)度。2〕冷裂鑄件凝固后在較低溫度下形成的裂紋稱(chēng)為冷裂。五、合金的偏析和吸氣合金的偏析枝晶偏析產(chǎn)生的緣由是：鑄件在凝固時(shí)，與型壁接觸局部〔包括底部〕的液態(tài)金屬最先凝固，于是靠近型壁局部高熔點(diǎn)的成分含量較多，而中心和上部簡(jiǎn)潔集聚熔點(diǎn)較低的雜質(zhì)，其結(jié)果是在鑄件同一斷面上消滅化學(xué)成分和性能的不全都。合金的吸氣在鑄造過(guò)程中，氣體被液態(tài)金屬所吸取的現(xiàn)象稱(chēng)為吸氣。學(xué)習(xí)情境二砂型鑄造2-9一、手工造型全部由手工或手開(kāi)工具完成的造型工序稱(chēng)為手工造型。手工造型時(shí)，填砂、緊實(shí)和起模都用手工來(lái)完成。手工造型操作便利敏捷、適應(yīng)性強(qiáng)、模樣生產(chǎn)預(yù)備時(shí)間短，但生產(chǎn)率低、勞動(dòng)強(qiáng)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(jī)器造型按緊實(shí)方式不同，機(jī)器造型可分為壓實(shí)造型、震壓造型、拋砂造型和射砂造型。三、型芯制作當(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(shí)，常常要用到型芯，

學(xué)生分組爭(zhēng)論防師總結(jié)。的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。制作型芯的工藝過(guò)程稱(chēng)為制芯。一、熔模鑄造1.熔模鑄造的工藝過(guò)程

學(xué)習(xí)情境三特種鑄造2-102-10熔模鑄造的工藝過(guò)程2.熔模鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍與一般砂型鑄造相比，熔模鑄造具有以下特點(diǎn)。熔模鑄造的鑄型無(wú)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IT1～I(xiàn)T1，外表粗糙度低Ra為12.～1.6μ，熔模鑄造是重要的無(wú)切削加工方法。

依據(jù)圖片講解熔模鑄造的工藝過(guò)程。清楚的薄壁鑄件。 結(jié)合實(shí)際狀況學(xué)型殼經(jīng)過(guò)硬化、焙燒后發(fā)氣性小，透氣性、退讓性和出砂性較好，鑄件廢品率低。生分組爭(zhēng)論熔模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(diǎn)高、難鑄造的應(yīng)用領(lǐng)域。加工的特種合金等，對(duì)于耐熱合金的簡(jiǎn)單件鑄造，熔模鑄造幾乎是唯一的生產(chǎn)方法。二、金屬型鑄造1.金屬型的構(gòu)造與材料依據(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)合分型式三種構(gòu)造，其中垂直分型式金屬型開(kāi)設(shè)澆注系統(tǒng)和取出鑄件比較便利，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，應(yīng)用較廣泛。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加強(qiáng)金屬型的排氣在外表噴刷涂料預(yù)熱金屬型開(kāi)型3.金屬型鑄造的特點(diǎn)鑄件尺寸精度高，尺寸公差等級(jí)為IT14～I(xiàn)T12，外表質(zhì)量好，外表粗糙度Ra值為12.5～6.3μm，機(jī)械加工余量小。鑄件的晶粒較細(xì)，力學(xué)性能好。金屬型鑄造可實(shí)現(xiàn)“一型多鑄三、壓力鑄造1.壓鑄機(jī)和壓鑄工藝過(guò)程2-122-12臥式冷壓室壓鑄機(jī)的工作原理2.壓力鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用壓鑄件尺寸精度高，外表質(zhì)量好。壓力鑄造可以壓鑄壁薄、外形簡(jiǎn)單以及具有很小的孔和螺紋的鑄件。壓鑄件的強(qiáng)度和外表硬度較高。壓力鑄造生產(chǎn)率高，可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化及自動(dòng)化生產(chǎn)。四、低壓鑄造低壓鑄造工藝過(guò)程2-13

結(jié)合金屬型鑄造爭(zhēng)論金屬型鑄造在實(shí)際中的應(yīng)用。結(jié)合壓力鑄造的壓力鑄造在實(shí)際中的應(yīng)用。低壓鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用五、離心鑄造1.離心鑄造的類(lèi)型

2-13低壓鑄造原理圖

教師講解低壓鑄依據(jù)工藝過(guò)程思心鑄造機(jī)的工作原理如圖2-14適合澆注長(zhǎng)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(jiàn)圖2-1b，適合澆注各種盤(pán)、環(huán)類(lèi)鑄件。2-14離心鑄造機(jī)工作原理示意圖2.離心鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用六、各種鑄造方法的比較必需結(jié)合生產(chǎn)的具體狀況綜合考慮，如鑄件的外形、大小、合金種類(lèi)、生產(chǎn)批量、精度和質(zhì)量要求，以及車(chē)間現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)條件等，要進(jìn)展全面的分析比較，才能正確選擇適宜的鑄造方法。

考其特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，教師總結(jié)。學(xué)習(xí)情境四鑄造工藝設(shè)計(jì)一、鑄件澆注位置和分型面的選擇確定澆注位置的原則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，避開(kāi)氣孔、砂眼、縮孔等缺陷消滅在工作面上。平板、圓盤(pán)類(lèi)鑄件的大平面應(yīng)朝下，以防止產(chǎn)生氣孔、夾砂等缺陷。鑄件的薄壁局部應(yīng)朝下或傾斜，以免產(chǎn)生澆缺乏、冷隔等缺陷。鑄件的厚壁局部應(yīng)放在上面或接近分型面，以便安裝冒口進(jìn)展補(bǔ)縮。2.確定分型面的原則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，依據(jù)本原則，圖2-20〔b〕2-20〔a〕的方案合理。應(yīng)盡量削減分型面的數(shù)量，并力求用直分型面代替特別外形的分型面。如圖2-21所示。應(yīng)盡量削減型芯或活塊的數(shù)目，并留意降低砂箱高度。如圖2-23所示。2-24所示。2-20管子塞頭的分型方案結(jié)合圖片講解確定分型面的原則。2-21繩輪鑄件的分型方案2-22起重臂鑄件的分型方案2-23端蓋鑄件的分型方案二、工藝參數(shù)確實(shí)定1.確定機(jī)械加工余量確定鑄件收縮率確定起模斜度確定型芯頭的構(gòu)造最小鑄出孔及槽

2-24機(jī)床支柱的分型方案學(xué)習(xí)情境五砂型鑄造鑄件構(gòu)造設(shè)計(jì)一、鑄造工藝對(duì)鑄件構(gòu)造設(shè)計(jì)的要求1〕避開(kāi)外部側(cè)凹鑄件在起模方向上假設(shè)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(shí)，鑄件也簡(jiǎn)潔產(chǎn)生錯(cuò)型，影響鑄件的外形和尺寸精度。如圖2-27〔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(gè)分型面，所以必需承受三箱造型，或增加環(huán)狀外型芯，造型工藝簡(jiǎn)單。假設(shè)改為如圖2-27〔b〕所示的構(gòu)造，取消上部法蘭，使鑄件只有一個(gè)分型面，則可承受兩箱造型，可以顯著提高造型效率。

結(jié)合圖片講解鑄造工藝對(duì)鑄件構(gòu)造設(shè)計(jì)的要求。2-27端蓋的設(shè)計(jì)2〕凸臺(tái)、肋板的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)鑄件側(cè)壁上的凸臺(tái)、肋板時(shí)，考慮到起模便利，應(yīng)盡量避開(kāi)使用活塊和型芯。如圖2-28〔ab〕2-28cd〕所示凸臺(tái)就不需要活塊和型芯，便于起模。2-28凸臺(tái)的設(shè)計(jì)合理設(shè)計(jì)鑄件內(nèi)腔盡量避開(kāi)消滅或削減型芯如圖2-29〔a〕所示懸臂支架承受方形中空截面，為形成其內(nèi)腔，必需承受懸臂型芯，型芯的固定、排氣和出砂都很困難。假設(shè)改為如圖2-29〔b〕所示工字形開(kāi)式截面，則可省去2-30〔a〕2-30〔b〕所示的構(gòu)造，則可通過(guò)自帶型芯形成內(nèi)腔，使工藝過(guò)程大大簡(jiǎn)化。型芯要便于固定、排氣和清理

2-29懸臂支架

學(xué)生分組爭(zhēng)論圖2-29所示合理及結(jié)緣由。型芯在鑄型中的支承必需結(jié)實(shí)，否則型芯會(huì)因無(wú)法承受澆注時(shí)液態(tài)金屬的沖擊而產(chǎn)生偏心缺陷，造成廢品。應(yīng)避開(kāi)消滅封閉空腔如圖2-32〔a〕所示鑄件為封閉的空腔構(gòu)造，其型芯安放困難、排氣不暢、無(wú)法清砂、構(gòu)造工藝性極差。假設(shè)改為如圖2-32〔b〕所示構(gòu)造，則可避開(kāi)上述問(wèn)題，其構(gòu)造設(shè)計(jì)合理。學(xué)生分組爭(zhēng)論圖2-32所示合理及結(jié)緣由。2-32鑄件內(nèi)腔設(shè)計(jì)方案分型面盡量平直2-33〔a〕的杠桿鑄件改為圖2-33〔b〕所示的構(gòu)造，則分型面變?yōu)槠矫?，便利了制模和造型，?-33〔b〕的分型方案更合理。2-33杠桿鑄件構(gòu)造的分型方案鑄件應(yīng)有構(gòu)造斜度鑄件垂直于分型面的非加工外表應(yīng)設(shè)計(jì)出構(gòu)造斜度，如圖2-34〔b〕所示的構(gòu)造在造型時(shí)簡(jiǎn)潔起模，不易損壞型腔，這樣的設(shè)計(jì)是合理的。而圖2-34〔a〕為無(wú)構(gòu)造斜度的不合理構(gòu)造。2-34鑄件的構(gòu)造斜度二、合金鑄造性對(duì)鑄件構(gòu)造設(shè)計(jì)的要求1.合理設(shè)計(jì)鑄件的壁厚當(dāng)鑄件壁厚不能滿(mǎn)足鑄件力學(xué)性能要求時(shí)，可承受加強(qiáng)肋構(gòu)造，而不是用單純?cè)黾颖诤?-35

學(xué)生分組爭(zhēng)論圖2-34所示合理及結(jié)緣由。2-35承受加強(qiáng)肋減小鑄件壁厚學(xué)生分組爭(zhēng)論圖2.壁厚應(yīng)盡可能均勻2-35所示合理及3.鑄件壁的連接方式要合理1鑄件壁之間的連接結(jié)緣由。應(yīng)有構(gòu)造圓角2鑄件壁厚不同的部分連接時(shí)過(guò)渡要平緩3鑄件壁連接處應(yīng)避免集中穿插和銳角4.避開(kāi)大的水平面鑄件上大的水平面不利于液態(tài)金屬的充填，易0第產(chǎn)生澆缺乏、冷隔等缺陷；而且大的水平面上方的砂型受高溫液態(tài)金屬的烘烤簡(jiǎn)潔掉砂而使鑄件產(chǎn)生夾砂等缺陷；液態(tài)金屬中氣孔、夾渣上浮滯留在上外表，產(chǎn)生氣孔、渣孔。如將圖2-39〔a〕2-39〔b〕所示的斜面，則可削減或消退上述缺陷。2-39避開(kāi)大水平面的構(gòu)造5.避開(kāi)鑄件收縮受阻鑄件在澆注后的冷卻凝固過(guò)程中，假設(shè)其收縮受阻，鑄件內(nèi)部將產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致變形和裂2-40所示的輪形鑄件，輪緣和輪轂較厚，輪輻較薄，鑄件冷卻收縮時(shí)，極易產(chǎn)生熱應(yīng)力。假設(shè)輪輻對(duì)稱(chēng)分布，見(jiàn)圖2-40〔a，雖然制作模樣和造型便利，但因收縮受阻易產(chǎn)生裂紋；假設(shè)改為圖2-4〔b〕，則可利用鑄件微量變形來(lái)削減內(nèi)應(yīng)力。一、造型技術(shù)的進(jìn)展1.氣體沖擊造型

圖2-40輪輻的設(shè)計(jì)方案學(xué)習(xí)情境六鑄造技術(shù)及進(jìn)展趨勢(shì)

學(xué)生分組爭(zhēng)論氣體沖擊造型的優(yōu)缺點(diǎn)，教師總結(jié)。氣體沖擊造型是近年進(jìn)展起來(lái)的一種的造型工藝方法，包括空氣沖擊造型和燃?xì)鉀_擊造型兩類(lèi)。2.真空實(shí)型鑄造真空實(shí)型鑄造又稱(chēng)為氣化模鑄造、消逝鑄造。它是承受聚苯乙烯發(fā)泡塑料模樣代替一般模樣，將刷過(guò)涂料的模樣放入可抽真空的特制砂箱內(nèi)，填干砂后，震驚緊實(shí)，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、消逝，液態(tài)金屬取代原來(lái)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〔rapidprototypingmanufacturing，RPM〕技術(shù)也稱(chēng)為快速原型鑄造技術(shù)，是以分層合成工藝為根底的計(jì)算機(jī)快速立體模型制造系統(tǒng)。快速成型鑄造技術(shù)集現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù)以及型材料于一體，突破了傳統(tǒng)的加工模式，可以自動(dòng)、快速地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為具有肯定構(gòu)造和功能的原型或直接制造零件，從而對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)展快速評(píng)價(jià)、修改。目前，正在應(yīng)用與開(kāi)發(fā)的快速成型鑄造技術(shù)有激光立體光刻技術(shù)、激光粉末選區(qū)燒結(jié)成型技術(shù)、熔絲沉積成型技術(shù)、疊層輪廓制造技術(shù)等多種工藝方法。各種工藝方法原理一樣，只是技術(shù)有所差異。1第激光立體光刻技術(shù)SLA。承受SLA成型方法生產(chǎn)金屬零件的最正確技術(shù)路線(xiàn)為原型〔零件型〕—熔模鑄造—鑄件。SLA〔SLSLS成型方法生產(chǎn)金屬零件的最正確技術(shù)SLS〔陶瓷型〕—SLS〔零件型〕—熔模鑄造—鑄件。SLS生產(chǎn)中小型簡(jiǎn)單鑄件。熔絲沉積成型技術(shù)FDM。承受FDM成型方法生產(chǎn)金屬零件的最正確技術(shù)路線(xiàn)為原型〔零件型〕—熔模鑄