第六章鑄造加工及應(yīng)用

《金屬材料與熱加工基礎(chǔ)》課程教案系（部）教研室課程代碼學(xué)分課程性質(zhì)必修（）專業(yè)選修（）公共選修（）授課專業(yè)授課班級任課教師職稱考核方式

金屬材料與熱加工基礎(chǔ)教案（章節(jié)備課）章次第六章鑄造加工及應(yīng)用課時安排總學(xué)時數(shù)：8理論教學(xué)時數(shù)：8實驗教學(xué)時數(shù)：習(xí)題討論時數(shù)：教學(xué)目的與要求本章主要通過鑄造加工及應(yīng)用的學(xué)習(xí)，了解砂型鑄造工藝設(shè)計及鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性，掌握砂型鑄造及常用特種鑄造的特點、應(yīng)用范圍，初步具有砂型鑄造手工造型和工藝設(shè)計、合理選擇毛坯或零件鑄造加工方法的能力。本章知識結(jié)構(gòu)圖示合金的流動性合金的流動性合金的收縮二、鋼的化學(xué)熱處理合金的鑄造性能合金的鑄造性能砂型鑄造工藝過程砂型鑄造工藝設(shè)計砂型鑄造工藝過程砂型鑄造工藝設(shè)計鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性鑄造加工及應(yīng)用砂型鑄造方法及應(yīng)用砂型鑄造方法及應(yīng)用金屬型鑄造壓力鑄造金屬型鑄造壓力鑄造離心鑄造熔模鑄造生產(chǎn)中常見問題分析常用特種鑄造的應(yīng)用生產(chǎn)中常見問題分析常用特種鑄造的應(yīng)用章重點與難點重點：1.合金的鑄造性能2.砂型鑄造的工藝過程3.砂型鑄造工藝設(shè)計難點：砂型鑄造工藝設(shè)計教學(xué)方法手段1.教法：（1）案例引導(dǎo)法（2）問題法（3）小組討論法（4）實驗法2.學(xué)習(xí)法：（1）文獻(xiàn)查閱法（2）分組合作學(xué)習(xí)法（3）自主學(xué)習(xí)法3.教學(xué)手段：多媒體、教學(xué)視頻。主要參考資料金屬材料與熱加工基礎(chǔ)備注

金屬材料與熱加工基礎(chǔ)教案（課時備課）第1次課1.5學(xué)時認(rèn)識合金的鑄造性能本次重點難點重點：合金的流動性和收縮難點：合金的流動性和收縮教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)程安排案例導(dǎo)入2008年北京奧運會頒獎音樂被稱作“金玉齊聲”、曾侯乙編鐘鑄造定義：鑄造是將液態(tài)金屬澆入到鑄型型腔中，待其冷卻凝固后獲得具有一定形狀和性能鑄件的成形方法。特點：適合制造形狀復(fù)雜、特別是內(nèi)腔形狀復(fù)雜的毛坯或零件。鑄件的大小幾乎不受限制(3)鑄造生產(chǎn)工藝簡單，且使用的材料價格低廉，范圍廣（4）鑄造生產(chǎn)工序較多，易產(chǎn)生鑄造缺陷，廢品率較高。分類：砂型鑄造和特種鑄造兩大類。合金的鑄造性能：指某種合金在一定的鑄造工藝條件下獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力，即在鑄造生產(chǎn)中表現(xiàn)出來的工藝性能。二、合金的流動性1.流動性的概念及測定2.流動性對鑄件質(zhì)量的影響金屬液的流動性好，充型能力就強(qiáng)，容易獲得尺寸準(zhǔn)確、外形完整和輪廓清晰的鑄件。3.影響流動性的因素（1）化學(xué)成分（2）澆注條件：澆注溫度、澆注壓力（3）鑄型條件三、合金的收縮1.收縮的概念鑄件在由液態(tài)向固態(tài)的冷卻過程中，其體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱為收縮，收縮過程經(jīng)歷三個階段。2.收縮對鑄件質(zhì)量的影響（1）縮孔和縮松的形成（2）縮孔的預(yù)防3.影響收縮的因素（1）化學(xué)成分（2）工藝條件合金的收縮導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松，鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋等缺陷，對鑄件質(zhì)量有著不利影響。四、小結(jié)及作業(yè)布置備注：金屬材料與熱加工基礎(chǔ)教案（課時備課）第2次課4學(xué)時砂型鑄造方法及應(yīng)用本次重點難點重點：砂型鑄造工藝過程、工藝設(shè)計及鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性難點：砂型鑄造工藝過程、工藝設(shè)計及鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)程安排砂型鑄造的工藝過程砂型鑄造的工藝過程主要包括：制作模樣和芯盒→配制型(芯)砂→造型、造芯→合型→熔煉合金→澆注→落砂清理和檢驗。制作模樣和芯盒（二）配制型(芯)砂對型砂和芯砂的性能要求是應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、較高的耐火性、良好的透氣性和較好的退讓性。（三）造型方法造型是用模樣和型砂制成與鑄件形狀和尺寸相適應(yīng)的鑄型的過程，分為手工造型和機(jī)器造型兩大類。1.手工造型定義：全部用手工或手動工具完成的造型工序。特點：操作靈活、工藝裝備(模樣、芯盒、砂箱等)簡單、生產(chǎn)準(zhǔn)備時間短、適應(yīng)性強(qiáng)，造型質(zhì)量一般可滿足工藝要求，但生產(chǎn)率低、勞動強(qiáng)度大、鑄件質(zhì)量較差，主要用于單件小批生產(chǎn)。整模造型整模造型是將模樣做成與零件形狀相似的整體結(jié)構(gòu)的造型方法。其特點是把模樣整體放在一個砂箱內(nèi)，并以模樣一端的最大表面作為鑄型的分型面，操作簡單，整模造型適用于形狀簡單的鑄件，如盤、蓋類等鑄件。分模造型模樣分為兩半，造型時模樣分別在上、下型內(nèi)進(jìn)行造型的方法。其特點是：模樣是分開的，模樣的分開面（稱為分型面）必須是模樣的最大截面，以利于起模。分模造型適用于形狀復(fù)雜的鑄件，如套筒、管子和閥體等鑄件?；顗K造型當(dāng)模樣上有妨礙起模的側(cè)面伸出部分(如小凸臺)時，常將該部分做成活塊。起模時，先將模樣主體取出，再將留在鑄型內(nèi)的活塊單獨取出，這種方法稱為活塊造型。用釘子連接的活塊造型時，應(yīng)注意先將活塊四周的型砂塞緊，然后拔出釘子。挖砂造型當(dāng)鑄件按結(jié)構(gòu)特點需要采用分模造型，但由于條件限制(如模樣太薄，制模困難)仍做成整模時，為便于起模，下型分型面需挖成曲面或有高低變化的階梯形狀(稱不平分型面)，這種方法叫挖砂造型。三箱造型用三個砂箱制造鑄型的過程稱為三箱造型。前述各種造型方法都是使用兩個砂箱，操作簡便、應(yīng)用廣泛。但有些鑄件如兩端截面尺寸大于中間截面時，需要用三個砂箱，從兩個方向分別起模。刮板造型尺寸大于500mm的旋轉(zhuǎn)體鑄件，如帶輪、飛輪、大齒輪等單件生產(chǎn)時，為節(jié)省木材、模樣加工時間及費用，可以采用刮板造型。刮板是一塊和鑄件截面形狀相適應(yīng)的木板。造型時將刮板繞著固定的中心軸旋轉(zhuǎn)，在砂型中刮制出所需的型腔。地坑造型直接在鑄造車間的砂地上或砂坑內(nèi)造型的方法稱為地坑造型。大型鑄件單件生產(chǎn)時多采用地坑造型。造型時需考慮澆注時能順利將地坑中的氣體引出地面，常以焦炭、爐渣等透氣物料墊底，并用鐵管引出氣體。2.機(jī)器造型機(jī)器造型就是用機(jī)器全部完成或至少完成緊砂、起模操作的造型方法。它可大大提高生產(chǎn)率，改善勞動條件，提高鑄件精度和表面質(zhì)量。但由于設(shè)備投資大，主要用于成批、大量生產(chǎn)。（四）造芯方法1.砂芯的作用（1）形成鑄件的內(nèi)腔及孔對于一些形狀復(fù)雜的內(nèi)腔，必須用砂芯來形成，這是砂芯一個非常重要的作用。（2）形成鑄件的外形對于形狀較為復(fù)雜的鑄件，凸臺、凸塊較多，妨礙起模，以及有復(fù)雜曲面形狀，外模制作困難，常用砂芯來形成鑄件外部形狀。2.提高砂芯性能工藝方法（1）提高砂芯的強(qiáng)度和剛度（2）通氣3.常用造芯方法（1）手工造芯1）用整體芯盒造芯2）用分開式芯盒造芯3）可拆式芯盒造芯4）用刮板造芯（2）機(jī)器造芯(五）合金熔煉與澆注1.合金熔煉（1）鑄鐵熔煉（2）鑄鋼熔煉（3）有色金屬冶煉2.澆注（1）澆注系統(tǒng)的定義及作用（2）澆注（3）鑄件的落砂和清理二、砂型鑄造工藝設(shè)計（一）澆注位置的選擇選擇原則如下：1.鑄件的重要加工表面應(yīng)朝下或直立2.鑄件上的大平面應(yīng)盡可能朝下3.鑄件的薄壁部位應(yīng)置于下部(二)分型面的選擇選擇鑄件分型面應(yīng)滿足造型工藝的要求，同時考慮有利于鑄件質(zhì)量的提高。選擇原則如下：1.應(yīng)使鑄件全部或大部分置于同一砂箱中2.應(yīng)盡量選用平直的分型面，簡化造型工序3.應(yīng)盡量使型腔及主要型芯位于下型（三）工藝參數(shù)的確定1.鑄造收縮率2.機(jī)械加工余量3.起模斜度4.鑄造圓角5.芯頭三、鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性（一）合金鑄造性能對鑄件結(jié)構(gòu)的要求1.鑄件的壁厚應(yīng)合理2.鑄件的壁厚應(yīng)盡量均勻3.鑄件壁的連接應(yīng)采用圓角和逐步過渡4.鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)能減少變形和受阻收縮。四、小結(jié)及作業(yè)布置備注：

金屬材料與熱加工基礎(chǔ)教案（課時備課）第3次課1.5學(xué)時第三節(jié)常用特種鑄造的應(yīng)用本次重點難點重點：砂型鑄造工藝過程、工藝設(shè)計及鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性難點：砂型鑄造工藝過程、工藝設(shè)計及鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)程安排特種鑄造是砂型鑄造以外的其它鑄造方法。一、金屬型鑄造定義：在重力的作用下將液態(tài)金屬澆入金屬制成的鑄型中獲得鑄件的方法。金屬型可連續(xù)使用幾千次至數(shù)萬次，也稱“永久鑄型”。1.金屬型的構(gòu)造根據(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，易實現(xiàn)機(jī)械化，應(yīng)用較廣。2.金屬型鑄造的特點及應(yīng)用特點是：（1）實現(xiàn)了“一型多鑄”，生產(chǎn)率高，勞動條件得到改善。（2）金屬型鑄件冷卻速度快，組織致密，力學(xué)性能高。（3）鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量均優(yōu)于砂型鑄造件。尺寸精度達(dá)IT12～I(xiàn)T16，Ra值平均可達(dá)6.3～12.5μm。（4）金屬型制造成本高、周期長；鑄件不透氣、無退讓性、鑄件冷卻速度快，易產(chǎn)生氣孔、應(yīng)力、裂紋、澆不足、冷隔、白口等鑄造缺陷。應(yīng)用于有色金屬鑄件的大批量生產(chǎn)中。如鋁合金的活塞、汽缸體、汽缸蓋、銅合金軸瓦、軸套等。對于黑色金屬，只限于形狀簡單的中小鑄件。壓力鑄造壓力鑄造是將液態(tài)金屬在高壓下迅速注入鑄型，并在壓力下凝固而獲得鑄件的鑄造方法，簡稱壓鑄。壓鑄是在專門的壓鑄機(jī)上進(jìn)行的。壓力鑄造與其它鑄造方法相比，有下列優(yōu)點：（1）壓鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量好，尺寸公差等級為IT11～I(xiàn)T13，表面粗糙度Ra值為6.3～1.6μm，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，可實現(xiàn)半自動化及自動化生產(chǎn)。缺點：氣體難以排出，壓鑄件易產(chǎn)生氣孔；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、造價高，不宜小批量生產(chǎn)。應(yīng)用：鋁、鎂、鋅及銅等有色金屬的小型、薄壁、復(fù)雜鑄件的大批量生產(chǎn)。在汽車、拖拉機(jī)、電器儀表、航空、航海及日用五金等。三、離心鑄造離心鑄造是指將熔融金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬液在離心力作用下充填鑄型并凝固成形的一種鑄造方法。1.離心鑄造的基本類型鑄型分為金屬型和砂型兩種。離心鑄造機(jī)分為立式和臥式兩大類2離心鑄造的特點及應(yīng)用范圍離心鑄造的優(yōu)點是：（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。離心鑄造的不足：金屬中的氣體、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。離心鑄造應(yīng)用于鑄鐵管、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)。四、熔模鑄造熔模鑄造是用易熔材料如蠟料制成精確的模樣，然后蠟?zāi)１砻姘矓?shù)層耐火材料，待其硬化干燥后，將其中的蠟?zāi)Ｈ廴ザ瞥尚蜌ぃ俳?jīng)過焙燒，然后進(jìn)行澆注，而獲得鑄件的一種方法。熔模鑄造獲得的鑄件具有較高的尺寸精度和表面光潔度。2.熔模鑄造的特點及應(yīng)用范圍與其它鑄造方法比較，熔模鑄造有下列特點：(1)鑄件的精度和表面質(zhì)量較高，公差等級可達(dá)IT11～I(xiàn)T13，表面粗糙度Ra值達(dá)1.6～12.5μm?？晒?jié)約加工工時，實現(xiàn)了少屑或無屑加工，顯著提高金屬材料的利用率。(2)合金種類不受限制，尤其適用于高熔點及難加工的高合金鋼，如耐熱合金、不銹鋼、磁鋼等。(3)生產(chǎn)批量不受限制，單件、成批、大量生產(chǎn)均可適用。(4)可鑄出形狀較復(fù)雜的鑄件。但是熔模鑄造工藝過程較復(fù)雜，生產(chǎn)周期長；原材料價格貴，鑄件成本高；鑄件不能太大、太長，否則熔模易變形，喪失原有精度。因此，熔模鑄造主要用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜、精度要求高、熔點高和難切削加工的小型（質(zhì)量在25kg以下）零件，如汽輪機(jī)葉片、切削刀具、風(fēng)動工具、變速箱撥叉、