鑄造技術(河南理工大學)

鑄造ZhuZao《工程實訓》多媒體課件主講人：李安銘

材料科學與工程學院

1/11/20241材料科學與工程學院安全操作規(guī)程

第一部分1/11/20242AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院1、必須牢固樹立“安全第一、預防為主”的思想,熟記《熱加工安全規(guī)程》和《設備安全操作規(guī)程》，并嚴格遵照執(zhí)行。2、實習學生應穿戴好工作服等勞保防護用品。3、現(xiàn)場教學和參觀時，必須服從組織安排，注意聽講，不得隨意走動。4、除在指定的設備上進行實習和操作外，其他一切設備、工具未經(jīng)同意不準私自動用。5、動手前清理好操作場地，檢查電源、儀表和各種開關是否正常，水源是否通暢。檢查擬使用的工具與設備，并確定處于正常狀態(tài)。1/11/20243AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院

6、實習過程中不要觸摸尚在高溫的鑄件，以防燙傷。

7、實習過程中如發(fā)生事故，應立即關閉開關，并保持現(xiàn)場，報告指導教師。8、保持工作場所整潔，做到文明生產(chǎn)。實習完畢，要進行全面清掃場地。1/11/20244AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院鑄造基本知識

第二部分1/11/20245AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院鑄造是將金屬或者合金液體澆注到與零件形狀相對應的鑄型空腔（型腔）中，使其冷卻、凝固，獲得毛坯或者零件的一種液態(tài)成型方法。1/11/20246AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院

根據(jù)生產(chǎn)工藝鑄造可分為砂型鑄造和特種鑄造。特種鑄造包含熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、殼型鑄造和消失模鑄造等。

砂型鑄造工藝圖1/11/20247AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院鑄造工藝：以管狀零件的鑄造工藝為例：模型型芯盒型砂型芯砂熔化合金澆鑄落砂清理造型質(zhì)量檢查造型芯合箱1/11/20248AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院

鑄鐵管離心鑄造1/11/20249AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院鑄造是一種古老的制造方法，在我國可以追溯到6000年前。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，鑄造技術的發(fā)展也很迅速，特別是19世紀末和20世紀上半葉，出現(xiàn)了很多的新的鑄造方法，如低壓鑄造、連續(xù)鑄造、陶瓷型鑄造等，在20世紀下半葉得到完善和實用化。由于現(xiàn)今對鑄造質(zhì)量、鑄造精度、鑄造成本和鑄造自動化等要求的提高，鑄造技術向著精密化、大型化、高質(zhì)量、自動化和清潔化的方向發(fā)展，例如我國這幾年在精密鑄造技術、連續(xù)鑄造技術、特種鑄造技術、鑄造自動化和鑄造成型模擬技術等方面發(fā)展迅速。1/11/202410AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院鼎王：司母戊方鼎鑄造是歷史上最悠久的一種工藝，在我國已有6000多年歷史了。從殷商時期就有燦爛的青銅器鑄造技術。河南安陽出土的殷朝祭器司母戊鼎，重達700多公斤，長、高都超過1m（見右圖），四周飾有精美的蟠龍紋及饕餮(古代傳說中的一種兇惡的野獸)。1/11/202411AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院北京明朝永樂青銅大鐘，距今已有500多年的歷史。重46.5t，鐘高6.75m，鐘唇厚22cm，外徑3.3m，鐘體內(nèi)外遍鑄經(jīng)文22.7萬字，擊鐘時尾音長達2min以上，傳距20km。永樂青銅大鐘外形和內(nèi)腔如此復雜、重量如此巨大、質(zhì)量要求如此之高，說明我們的祖先早已具備精湛的冶煉和鑄造技術。

1/11/202412AnmingLi,DeptofMSE,hpu春秋戰(zhàn)國時期，齊國工匠總結科技經(jīng)驗寫成的《考工記》一書中，提出了「金有六齊」，這是世界科技史上最早的合金規(guī)律總結。

材料科學與工程學院1/11/202413AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院明永樂大鐘是采用泥范法，先在地上挖一個大坑，用草木和三合土做好內(nèi)壁，上面涂上細泥，把寫好經(jīng)的宣紙反貼在細泥上，刻好陰字，加熱燒成陶范。鑄時，幾十座熔爐同時開爐，爐火純青，火焰沖天，金花飛濺，銅汁涌流，一次鑄成。永樂鐘銅質(zhì)精良，合金純度考究。大鐘含銅80.5%,含錫16%，還有鉛、鋅、鐵、硅、鎂等元素。這種成分配比，與《考工記》中的“六齊”項下的“鐘鼎之齊”的記載極其近似。

1/11/202414AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院鑄造銅馬車1/11/202415AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院鑄造生產(chǎn)流水線1/11/202416AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院直徑10.07米，高5.4米，凈重416噸1/11/202417AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院1、適合形狀復雜的箱體、機架、閥體、泵體、缸體等鑄造生產(chǎn)的特點

1/11/202418AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院鑄件零件2、成本較低（鑄件與最終零件的形狀相似、尺寸相近）

1/11/202419AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院

3、組織疏松、晶粒粗大，鑄件內(nèi)部常有縮孔、縮松、氣孔等缺陷產(chǎn)生，導致鑄件力學性能差，特別是沖擊性能較低。

氣孔縮孔1/11/202420AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院4.

鑄件局部形狀和尺寸產(chǎn)生位置偏移及形狀不完整，導致鑄件無法通過機械加工或直接造成報廢。錯型澆不到偏芯1/11/202421AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院5.

鑄件表面粗糙，表面粘附著一層難以清除的砂粒。鑄件表面有一層突起的金屬片狀物，在金屬片和鑄件之間夾有一層型砂。粘砂金屬片狀物夾砂1/11/202422AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院造型材料

第三部分1/11/202423AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院用來制造鑄型和型芯的材料定義：

造型材料在鑄造生產(chǎn)中占有重要的地位，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響鑄件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率和成本。鑄造生產(chǎn)中使用的鑄型除砂型之外,還有金屬型、陶瓷型、石膏型、石墨型等。1/11/202424AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院型（芯）砂的組成型（芯）砂是由原砂、舊砂（回用砂）、粘結劑、附加物和水組成的。經(jīng)混制后，符合造型要求的混合料。附加物砂子粘結劑膜空隙1/11/202425AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院1.原砂

原砂是型（芯）砂的主體。最常用的是二氧化硅含量較高的硅砂。還有一些不常用的特種砂(如鋯砂、鎂砂、橄欖石砂、鉻鐵礦砂、鈦鐵礦砂、剛玉砂等。2.粘結材料

用來粘結砂粒的材料稱為粘結劑。常用的有粘土、水玻璃、油類粘結劑、合成樹脂粘結劑等。目前使用最普遍的是粘土，粘土分為鑄造用粘土和鑄造用膨潤土。3.輔助材料

所謂輔助材料是指制造砂型（芯）過程中所用各種材料中除原砂、粘結劑（如粘土、樹脂、水玻璃等）、水之外的材料。常用的輔助材料有煤粉、鋸屑、石墨粉、滑石粉、重油和脫模劑等。1/11/202426AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院

生產(chǎn)中為了獲得優(yōu)質(zhì)的鑄件和良好的技術經(jīng)濟效果，要求型（芯）砂應具備以下一些性能：（1）足夠的強度：包括常溫濕強度、干強度和硬度。（2）一定的透氣性：較小的吸濕性，較低的發(fā)氣量。（3）較高的耐火度，較好的熱化學穩(wěn)定性，較小的膨脹率與收縮率。（4）較好的退讓性、潰散性和耐用性。（5）良好的成形性：包括很好的流動性、可塑性、韌性和不粘模性。

型（芯）砂的性能1/11/202427AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院粘土砂的混制設備與過程碾輪式混砂機1/11/202428AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院移動式松砂機1/11/202429AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院粘土砂的混制過程

先加入新砂、舊砂（回用砂）和附加物干混2—3分鐘，再加入水濕混6—10分鐘，性能符合要求后即從出砂口出砂，混制好的型砂應放置2—3小時，使粘土膜內(nèi)的水份均勻，以提高粘土的濕強度和透氣性，使用前用松砂機將砂松散，使之松散好用。1/11/202430AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院

粘土砂的檢測方法1、儀器設備檢測法使用儀器設備分別檢測型（芯）砂的濕強度、含水率及透氣性能等。XQY—II型（智能型）

型砂強度試驗機指針直讀式型砂透氣測定儀砂型表面硬度計1/11/202431AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院2、手感經(jīng)驗檢測法第一步：檢驗型（芯）砂的含水率。一、型砂濕度適當時，可用手捏成砂團1/11/202432AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院第二步：檢驗型（芯）砂的強度二、折斷時斷面無碎裂狀，同時有足夠的強度1/11/202433AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院造型過程

第四部分1/11/202434AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院型砂配制造型砂型烘干金屬熔煉工裝準備合型澆注落砂清理鑄件檢驗芯砂配制造芯砂芯烘干

砂型鑄造生產(chǎn)工藝流程圖：鑄造生產(chǎn)過程復雜，任何一道工序操作不當都會導致鑄件不合格，甚至報廢1/11/202435AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院（二）手工造型1、整模造型2、分模造型3、挖砂造型4、活塊造型6、三箱造型7、地坑造型5、刮板造型手工造型是指全部用手工或手動工具完成的造型工序。手工造型按模樣結構和起模特點可分為：1/11/202436AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院

造型工裝準備分模模樣芯盒整模模樣直澆道棒各種形式的芯骨造型平板砂箱定位銷棒1/11/202437AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院造型工具準備起模針通氣針刮砂板砂舂砂鏟平錘1/11/202438AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院修型工具手風器（皮老虎）墁刀（刮刀）秋葉（雙頭壓勺）提鉤（砂鉤）竹排梗（半圓）法蘭梗1/11/202439AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院手工造型基本操作工藝流程模樣砂箱平板安放模樣砂箱準備填砂緊實開型扎氣孔、打定位孔或做合型線起模合型修型開設澆注系統(tǒng)1/11/202440AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院1、整模造型主要特點：模樣是整體的，多數(shù)情況下型腔全部在下半型內(nèi)，上半型無型腔。造型簡單，鑄件不會產(chǎn)生錯型缺陷。適用范圍：適用于一端為最大截面，且為平面的鑄件。常用的手工造型方法1/11/202441AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院2、分模造型主要特點：將模樣從最大截面處分開，并用銷釘定位，這種模樣稱為分模。用此模樣進行造型稱為分模造型，造型時，型腔分別位于上、下兩個半型內(nèi)。適用范圍：常用于最大截面在中部且形狀復雜的鑄件，如套筒、三通管和閥體等。常用的手工造型方法1/11/202442AnmingLi,DeptofMSE,hpu型芯的形式·##########水平型芯

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###垂直型芯##############

###懸臂型芯########

######懸吊型芯##################引伸型芯##########外型芯1/11/202443AnmingLi,DeptofMSE,hpu型芯名稱、特點及適用場合型芯的形狀型芯名稱型芯特點適用場合垂直型芯水平型芯垂直放置水平放置適用于回轉體、箱體、管子類零件適用于箱體、套管類零件。懸臂型芯水平懸臂放置適用于箱體、缸體零件側面壁上的盲孔。外型芯垂直側面放置適用于零件側壁上有妨礙起模的凸臺或溝槽，也可用于組芯造型。蓋板型芯垂直懸吊放置適用于中大型鑄件，方便型芯落入型腔，同時便于測量鑄件壁厚。1/11/202444AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院三箱造型1/11/202445AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院澆鑄系統(tǒng)

第五部分1/11/202446AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院澆注系統(tǒng)的組成與分類：澆注系統(tǒng)通常由四部分組成，包括外澆口、直澆口、橫澆口和內(nèi)澆口。1/11/202447AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院冒口冒口的作用：從金屬液澆入鑄型到獲得鑄件，發(fā)生體積收縮，若留在鑄件中，就產(chǎn)生了縮孔、縮松鑄造缺陷。鑄造生產(chǎn)中，防止縮孔、縮松缺陷的有效措施是放置冒口。冒口的主要作用是補縮，此外，還有出氣和集渣的作用。

冒口的位置：

(1)冒口應盡量放在鑄件被補縮部位上部或最后凝固的地方。(2)冒口應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行補縮(3)冒口應盡可能不阻礙鑄件的收縮。(4)冒口最好布置在鑄件需要機械加工的表面上，以減少精整鑄件的工時。1/11/202448AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院合金熔鑄第六部分1/11/202449AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院

熔煉是指由固態(tài)通過加熱轉變成熔融狀態(tài)的過程。熔煉是鑄造生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，要獲得高質(zhì)量的鑄件，首先必須要有高質(zhì)量的金屬液，當金屬液溫度過低時，容易產(chǎn)生澆不足、冷隔、氣孔、夾渣等鑄造缺陷，往往造成鑄件報廢，當金屬液的化學成份不符合要求時，即使鑄件沒有宏觀鑄造缺陷，但因力學性能不符合要求，也同樣會造成廢品，因此，熔煉出溫度和化學成份都合乎要求的金屬液是保證鑄件質(zhì)量的關鍵。鑄造生產(chǎn)中常用的金屬液有：鑄鐵、鑄鋼、鑄造非鐵合金。

1/11/202450AnmingLi,DeptofMSE,hpu1、鑄鐵的熔煉鑄造生產(chǎn)中用量最多的合金：鑄鐵

沖天爐、非焦（煤粉、油、天然氣）沖天爐、反射爐、坩堝爐等。目前沖天爐仍然是主要的熔煉設備。

沖天爐的大小是以每小時熔化金屬液的多少來定的，一般廠家都用每小時熔化1.5～10t金屬液的沖天爐。熔煉鑄鐵的爐子有：1/11/202451AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院1110987651131223144（1）沖天爐的構造主要有以下幾部分組成：

①支撐部分；

②爐體；

③送風系統(tǒng)；

④爐頂部分。（2）沖天爐的輔助設備

①鼓風機；

②加料系統(tǒng)；1/11/202452AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學與工程學院（3）沖天爐的爐料①金屬爐料；金屬爐料包括：新生鐵、廢鋼、回爐鐵及鐵合金（硅鐵、錳鐵、鉻鐵、鈦鐵、釩鐵和鉬鐵等）。②燃料沖天爐的燃料主要是焦炭。焦炭是由配有一定量具有結焦性的煉焦煤。③熔劑主要是石灰石（CaCO3），必要時也可加入氟石（CaF2）。1/11/202453AnmingLi,DeptofMSE,hpu⒉