機(jī)械制造基礎(chǔ)- 課件 第九章 鑄造成形

教學(xué)目標(biāo)：掌握金屬鑄造成型基本知識(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單件的砂型鑄造，了解新的鑄造方法及鑄造發(fā)展趨勢(shì)。教學(xué)內(nèi)容：金屬鑄造性能；砂型鑄造；鑄造工藝；特種鑄造重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)：金屬鑄造性能；難點(diǎn)：鑄造成型金屬材料及鑄造方法的選擇第一節(jié)鑄造概述鑄造就是將金屬熔化后注入預(yù)先造好的鑄型當(dāng)中，等其凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成型方法。與其他加工方法相比，鑄造具有以下幾方面特點(diǎn)。1）適應(yīng)范圍很廣2）由于鑄件是在液態(tài)下成型的，所以用鑄造的方法生產(chǎn)復(fù)合鑄件是一種最經(jīng)濟(jì)的方法，此方法可使用不同的材質(zhì)構(gòu)成鑄件（例如襯套）。此外，通過結(jié)晶過程的控制，可使鑄件的各個(gè)部位獲得不同的結(jié)晶組織和性能。3）既可用于單件生產(chǎn)，也可用于批量生產(chǎn)，生產(chǎn)類型適應(yīng)性強(qiáng)。4）鑄件與零件的形狀、尺寸很接近，因而加工余量小，可以節(jié)約金屬材料和機(jī)械加工工時(shí)。5）成本低廉。在一般機(jī)器中，鑄件重量為40%～80%，但其成本只占25%～30%。第一節(jié)鑄造概述第二節(jié)金屬的鑄造性能

金屬的鑄造性能是指金屬在鑄造生產(chǎn)過程中所表現(xiàn)出來的綜合性能，主要包括金屬的充型能力、收縮性、吸氣性和偏析等，其優(yōu)劣程度直接影響鑄件的質(zhì)量。金屬良好的鑄造性能是保證獲得合格鑄件的重要因素，同時(shí)也是衡量各種金屬鑄造性能優(yōu)劣的重要標(biāo)志。金屬的鑄造性能主要包括流動(dòng)性和收縮性兩個(gè)方面。第二節(jié)金屬的鑄造性能一、金屬的流動(dòng)性1.流動(dòng)性的概念金屬的流動(dòng)性是指金屬液本身的流動(dòng)能力，是金屬重要的鑄造性能之一。金屬的流動(dòng)性越好，金屬液充填鑄型的能力就越強(qiáng)，就越容易得到輪廓清晰、壁薄而形狀復(fù)雜的鑄件。因此，也常將金屬的流動(dòng)性概括為金屬液充填鑄型的能力。第二節(jié)金屬的鑄造性能金屬的流動(dòng)性評(píng)定將熔融金屬澆入如圖9-1所示的螺旋形試樣的鑄型型腔中，以得到的螺旋形試樣的長(zhǎng)度來評(píng)定金屬的流動(dòng)性。澆出的試樣越長(zhǎng)，金屬的流動(dòng)性越好，反之流動(dòng)性越差。圖9-1螺旋形試樣1—試樣鑄件2—澆口3—冒口4—試樣凸點(diǎn)第二節(jié)金屬的鑄造性能常用的鑄造金屬（合金）的流動(dòng)性見表9-1，其中以灰鑄鐵、硅黃銅最好，鑄鋼最差。第二節(jié)金屬的鑄造性能2、影響金屬流動(dòng)性因素（1）化學(xué)成分不同種類的合金具有不同的流動(dòng)性，同種類合金中，化學(xué)成分比例不同，結(jié)晶特性各有差異，其流動(dòng)性也不盡相同。由于純金屬和共晶成分的金屬是在恒溫下進(jìn)行結(jié)晶，液態(tài)合金從表層逐漸向中心凝固，固液界面比較光滑，對(duì)液態(tài)合金的流動(dòng)阻力較小。同時(shí)，共晶成分合金的凝固溫度最低，可獲得較大的過熱度（即澆注溫度與合金熔點(diǎn)的溫度），推遲了合金的凝固，因此其流動(dòng)性最好。第二節(jié)金屬的鑄造性能圖9-2所示為鐵碳合金碳含量與流動(dòng)性的關(guān)系。圖9-2鐵碳合金碳含量與流動(dòng)性的關(guān)系第二節(jié)金屬的鑄造性能2、影響金屬流動(dòng)性因素（2）澆注條件1）澆注溫度2）充型壓力3）澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（3）鑄型的影響鑄型的蓄熱系數(shù)、溫度以及鑄型中的氣體等均影響合金的流動(dòng)性，如液態(tài)合金在金屬型比在砂型中的流動(dòng)性差；預(yù)熱后溫度高的鑄型比溫度低的鑄型流動(dòng)性好；型砂中水分過多其流動(dòng)性差等。第二節(jié)金屬的鑄造性能2、影響金屬流動(dòng)性因素（4）鑄件結(jié)構(gòu)的影響當(dāng)鑄件壁厚過小、厚薄部分過渡面多、有大的水平面等結(jié)構(gòu)時(shí)，都會(huì)使金屬液的流動(dòng)困難。二、金屬的收縮性1.收縮性的概念收縮性是指金屬?gòu)囊簯B(tài)凝固并冷卻至室溫過程中產(chǎn)生的尺寸和體積減小的現(xiàn)象。收縮分為三個(gè)階段：1）液態(tài)收縮：從澆注溫度冷卻到凝固開始溫度發(fā)生的收縮。2）凝固收縮：從凝固開始溫度冷卻到凝固終止溫度發(fā)生的收縮。3）固態(tài)收縮：從凝固終止溫度冷卻到室溫的收縮。表9-2常用鑄造合金收縮率第二節(jié)金屬的鑄造性能2.影響金屬收縮性的因素（1）化學(xué)成分碳素鋼隨碳含量增加，其凝固收縮增加，而固態(tài)收縮略減?；诣T鐵中，碳是形成石墨的元素，硅促進(jìn)石墨化，硫阻礙石墨化。因此，碳、硅含量越多，硫含量越少，則析出的石墨越多，凝固收縮越小。（2）澆注溫度澆注溫度越高，過熱度越大，液態(tài)收縮就越大。第二節(jié)金屬的鑄造性能2.影響金屬收縮性的因素（3）鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件合金在鑄型中并不是自由收縮，而是受阻收縮，其阻力來源于兩個(gè)方面：1）鑄件的各個(gè)部分冷卻速度不同，因互相制約而對(duì)收縮產(chǎn)生的阻力。2）鑄型和型芯對(duì)收縮的機(jī)械阻力。3.縮孔和縮松的形成及防止第二節(jié)金屬的鑄造性能鑄造時(shí)，金屬液在鑄型內(nèi)的凝固過程中，若其收縮得不到補(bǔ)充，在鑄件最后凝固的地方將形成孔洞。大而集中的孔洞稱為縮孔，小而分散的孔洞稱為縮松。（1）縮孔的形成圖9-3縮孔形成示意圖第二節(jié)金屬的鑄造性能（2）縮松的形成圖9-4縮松形成示意圖第二節(jié)金屬的鑄造性能（3）縮孔和縮松的防止圖9-5定向凝固圖9-6冷鐵的應(yīng)用第二節(jié)金屬的鑄造性能4.鑄造應(yīng)力、變形及裂紋（1）鑄造應(yīng)力鑄件凝固后，溫度繼續(xù)下降，產(chǎn)生固態(tài)收縮，尺寸縮小。當(dāng)線收縮受到阻礙時(shí)，便在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。這種內(nèi)應(yīng)力有的僅存在與冷卻過程中，有的一直殘留到室溫，故稱為殘余內(nèi)應(yīng)力。鑄造內(nèi)應(yīng)力是導(dǎo)致鑄件變形和產(chǎn)生裂紋的主要因素。鑄造內(nèi)應(yīng)力簡(jiǎn)稱鑄造應(yīng)力，按產(chǎn)生的機(jī)理分為熱應(yīng)力、金相組織體積變化產(chǎn)生的相變應(yīng)力和收縮應(yīng)力。第二節(jié)金屬的鑄造性能1）熱應(yīng)力2）相變應(yīng)力3）收縮應(yīng)力圖9-7熱應(yīng)力的形成（+表示拉應(yīng)力；—表示壓應(yīng)力）圖9-8收縮應(yīng)力的形成第二節(jié)金屬的鑄造性能（2）鑄件的變形與防止圖9-9T形鋼鑄件的變形第二節(jié)金屬的鑄造性能（3）鑄件的裂紋與防止當(dāng)鑄造內(nèi)應(yīng)力超過金屬的強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件便產(chǎn)生裂紋。裂紋是一種嚴(yán)重的鑄件缺陷，必須設(shè)法防止。1）熱裂。熱裂的形狀特征是裂紋短、縫隙寬、形狀曲折、縫內(nèi)呈氧化色。熱裂是鑄鋼和鋁合金鑄件的常見缺陷，是在凝固末期高溫下形成的。此時(shí)，結(jié)晶出來的固體已形成完整的骨架，開始固態(tài)收縮，但晶粒之間還存在少量液體，因此金屬的強(qiáng)度很低。如果金屬的線收縮受到鑄型或型芯的阻礙，收縮應(yīng)力超過了該溫度下金屬的強(qiáng)度，即發(fā)生熱裂。第二節(jié)金屬的鑄造性能2）冷裂。鑄件所產(chǎn)生的熱應(yīng)力和收縮應(yīng)力的總和，若大于該溫度下合金的強(qiáng)度，則產(chǎn)生冷裂。冷裂是在較低溫度下形成的，并常出現(xiàn)在受拉伸的部位，其裂縫細(xì)小，呈連續(xù)直裂狀，縫內(nèi)干凈，有時(shí)呈輕微氧化色。壁厚差別大、形狀復(fù)雜的鑄件，尤其是大而薄的鑄件，易發(fā)生冷裂。凡能減小鑄造內(nèi)應(yīng)力或降低合金脆性的因素，都能防止冷裂的發(fā)生。鋼和鑄鐵中的磷會(huì)顯著降低合金的沖擊韌度，增大脆性，因此在金屬熔煉中必須加以限制。第二節(jié)金屬的鑄造性能第三節(jié)砂型鑄造將砂子、粘結(jié)劑等，按一定比例混合均勻，使其具有一定的強(qiáng)度和可塑性，稱為造砂，而配置的砂子稱為型砂。以型砂為造型材料，借助模樣及工藝裝備來制造鑄型的鑄造方法稱為砂型鑄造，它包括造型（芯）、熔煉、澆注、落砂及清理等幾個(gè)基本過程，如圖9-10所示。砂型鑄造是最傳統(tǒng)的鑄造方法，它適用于各種形狀、大小及各種常用合金鑄件的生產(chǎn)，在鑄造生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位。用砂型鑄造生產(chǎn)的鑄件，約占鑄件總質(zhì)量的90%。圖9-10砂型鑄造生產(chǎn)過程一、造型1.造型材料砂型鑄造用的造型材料是制造型砂和芯砂的材料，主要由原砂、粘結(jié)劑（粘土、水玻璃、樹脂等）、附加物（煤粉、重油、木屑）、水按一定比例混制而成。造型材料根據(jù)結(jié)合劑種類的不同，可分為粘土砂、水玻璃砂和樹脂砂等。其中，粘土砂應(yīng)用最廣，適用于各類鑄件；水玻璃砂強(qiáng)度高，鑄型不需烘干，硬化速度快，生產(chǎn)周期短，主要用于鑄鋼件的生產(chǎn)；樹脂砂強(qiáng)度較高，透氣性和復(fù)用性好，鑄件易于清理，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)，適用于鑄件的成批大量生產(chǎn)。（1）可塑性可塑性是指型砂在外力的作用下可以成型，外力消除后仍能保持其形狀的特性?？伤苄院?，易于成型，能獲得型腔清晰的砂型，從而保證鑄件的輪廓尺寸精度。（2）強(qiáng)度強(qiáng)度是指型砂抵抗外力破壞的能力。砂型應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，從澆注時(shí)能承受熔融金屬的沖擊和壓力不致發(fā)生變形和毀壞，從而避免鑄件產(chǎn)生夾砂、結(jié)疤和砂眼等缺陷。（3）耐火性耐火性是指型砂在高溫熔融金屬的作用下不軟化、不熔融燒結(jié)及不粘附在鑄件表面上的性能。耐火性差會(huì)造成鑄件表面粘砂，使清理和切削加工困難，嚴(yán)重時(shí)則造成鑄件的報(bào)廢。（4）透氣性砂型的透氣性用緊實(shí)砂樣的孔隙度表示。透氣性差，熔融金屬澆入鑄型后，在高溫的作用下，砂型中產(chǎn)生的及金屬內(nèi)部分離出的大量氣體就會(huì)滯留在熔融金屬內(nèi)部不易排出，從而導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生氣孔等缺陷。（5）退讓性退讓性是指鑄件冷卻收縮時(shí)，砂型與型芯的體積可以被壓縮的能力。退讓性差時(shí)，鑄件收縮時(shí)會(huì)受到較大阻礙，使鑄件產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致變形或裂紋等鑄造缺陷。2.造型用工具和工藝裝備造型用工藝裝備主要包括砂箱、模樣、芯盒及澆注系統(tǒng)、冒口等，如圖9-11所示。模樣多用來形成鑄型型腔，澆注后形成鑄件的外部輪廓，但模樣尺寸要比鑄件的輪廓尺寸大一些，大出的部分就是鑄件的收縮量；芯盒是用來制作砂芯的，砂芯多用來形成鑄件的內(nèi)腔或局部復(fù)雜表面。圖9-11造型主要工具3.造型方法用型砂制造鑄型的過程稱為造型，它包括手工造型和機(jī)器造型兩種類型。（1）手工造型1）整模造型用整塊模樣進(jìn)行造型的方法稱為整模造型，圖9-12所示為整模造型的基本過程。造型時(shí)模樣全部放在一個(gè)砂箱內(nèi)，有一個(gè)完整的分型面。整模造型操作簡(jiǎn)單，制得的型腔形狀和尺寸精度較好，適用于形狀簡(jiǎn)單而且最大截面在一端的鑄件。圖9-12整模造型2）分模造型圖9-13分模造型3）挖砂造型圖9-14挖砂造型圖9-15活塊造型4）活塊造型5）刮板造型圖9-16刮板造型6）三箱造型圖9-17三箱造型（a）造中型

（b）造下型

（c）翻下、中型、造上型（d）依次敞箱、起模

（e）下芯、合型（2）機(jī)器造型將造型中的兩項(xiàng)最重要的操作“緊砂”和“起?！睂?shí)現(xiàn)機(jī)械化的造型方法稱為機(jī)器造型。與手工造型相比，機(jī)器造型的生產(chǎn)率高，質(zhì)量穩(wěn)定，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，但設(shè)備和工藝裝備費(fèi)用高，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)。它適用于大量和成批生產(chǎn)的鑄件。4.造芯制造型芯的工藝過程稱為造芯。型芯是為了獲得鑄件的內(nèi)腔或局部外形時(shí)，用芯砂或其他材料制成的安放在型腔內(nèi)部的鑄型組元。造芯可分為手工造芯和機(jī)器造芯兩種。形狀復(fù)雜的型芯還可以分塊制造，然后粘合成型。手工造芯通常采用芯盒制造，主要用于單件、小批量生產(chǎn)。圖9-18所示為利用芯盒造芯的示意圖。機(jī)器造芯是利用造芯機(jī)完成填砂、緊砂和取芯的，生產(chǎn)效率高，型芯質(zhì)量好，適用于大批量生產(chǎn)。圖9-18芯盒造芯（a）整體式芯盒造芯

（b）對(duì)開式芯盒造芯

（c）可拆式芯盒造芯5.合型合型又稱合箱，是將鑄件的各個(gè)組元組合成一個(gè)完整鑄型的操作過程。合型前應(yīng)進(jìn)行鑄型、型芯的質(zhì)量檢驗(yàn)，之后應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)型，以保證鑄型型腔幾何形狀和尺寸的準(zhǔn)確及型芯的穩(wěn)固，防止產(chǎn)生偏芯、錯(cuò)型等缺陷。合型后，上、下型應(yīng)夾緊或在鑄型上放置壓鐵，以防止?jié)沧r(shí)造成抬箱、射箱或炮火等事故。二、熔煉熔煉過程就是將金屬爐料按照一定成分配比配好后，放入加熱爐中加熱，使其成為熔融狀態(tài)。熔煉后的金屬液，其成分和溫度必須滿足鑄造工藝要求，否則，鑄件質(zhì)量和性能難以保證。鑄鐵的熔煉設(shè)備一般采用沖天爐，鑄鋼熔煉一般采用電弧爐，非鐵金屬熔煉一般采用反射爐、感應(yīng)爐及坩堝爐等。三、澆注澆注過程就是將出爐后的金屬液通過澆包注入型腔的過程。1.對(duì)澆注過程的要求出爐后的金屬液應(yīng)按規(guī)定的溫度和速度注入鑄型中。若澆注溫度過高，則金屬液吸氣嚴(yán)重，鑄件容易產(chǎn)生氣孔，且晶粒粗大，力學(xué)性能降低；反之則金屬液流動(dòng)性下降，易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。澆注速度過快，容易沖毀鑄型型腔而產(chǎn)生夾砂；澆注速度過低，鑄型內(nèi)表面受金屬液長(zhǎng)時(shí)間烘烤而易變形脫落。2.澆注系統(tǒng)的組成澆注系統(tǒng)是將金屬液導(dǎo)入鑄型的通道，它由澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道四部分組成，如圖9-19所示。簡(jiǎn)單鑄件一般只有直澆道和內(nèi)澆道兩部分，大型鑄件或結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的鑄件才增設(shè)澆口杯和橫澆道，其作用如下：圖9-19澆注系統(tǒng)示意圖1）澆口杯。在直澆道頂部，用以承接并導(dǎo)入熔融金屬，還可以起緩沖和擋渣的作用。2）直澆道。垂直通道，調(diào)節(jié)金屬液的速度和靜壓力，直澆道越高，金屬液的充型能力越強(qiáng)。3）橫澆道。水平通道，截面多為梯形，用以分配金屬液進(jìn)入內(nèi)澆道，并有擋渣作用。4）內(nèi)澆道。直接與鑄型型腔相連，用以引導(dǎo)金屬液進(jìn)入型腔。四、落砂、清理和鑄件質(zhì)量檢驗(yàn)落砂是用手工或機(jī)械使鑄件和型砂、砂箱分開的操作過程。鑄型澆注后，鑄件應(yīng)在砂型內(nèi)冷卻到適當(dāng)?shù)臏囟炔拍苈渖?。過早進(jìn)行落砂，會(huì)使鑄件產(chǎn)生大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致變形或開裂，而鑄鐵件表層還會(huì)產(chǎn)生白口組織，使切削加工困難。鑄件的冷卻時(shí)間應(yīng)根據(jù)其形狀、大小和壁厚決定。清理是落砂后從鑄件上清除表面粘砂、型芯和多余金屬等的操作過程。鑄件的質(zhì)量檢驗(yàn)包括外觀質(zhì)量、內(nèi)資質(zhì)量和使用質(zhì)量的檢驗(yàn)。砂型鑄造由于工藝較復(fù)雜，鑄件質(zhì)量受型砂質(zhì)量、造型、金屬熔煉和澆注等諸多因素的影響，容易產(chǎn)生鑄造缺陷。常見的鑄造缺陷有氣孔、縮孔、砂眼、粘砂和裂紋等。第四節(jié)零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性通常是指零件本身的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)的要求，既便于整個(gè)鑄造工藝過程的進(jìn)行，有利于鑄件質(zhì)量。一、鑄件質(zhì)量對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求1.鑄件的壁厚應(yīng)合理由于受合金流動(dòng)性的限制，鑄造合金能澆注出的鑄件壁厚存在一個(gè)最小值。實(shí)際鑄件壁厚若小于這個(gè)最小值，則易出現(xiàn)冷隔、澆不足等缺陷。表9-3列出了幾種常用鑄造合金在砂型鑄造時(shí)鑄件最小允許壁厚的參考數(shù)據(jù)。表9-3砂型鑄造時(shí)鑄件的最小允許壁厚（mm）2.鑄件的壁厚應(yīng)盡量均勻圖9-21（a）所示，鑄件由于壁厚不均勻而產(chǎn)生縮松和裂紋，改為圖（b）結(jié)構(gòu)后可避免這類缺陷。鑄件上的內(nèi)壁和肋等散熱條件差，故應(yīng)比外壁薄些，以減少熱應(yīng)力。鑄件內(nèi)、外壁的厚度差為10％～20％。第四節(jié)零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性圖9-21鑄件壁厚設(shè)計(jì)3.鑄件壁的連接應(yīng)采用圓角和逐步過渡鑄件壁間的連接采用鑄造圓角，可以避免直角連接引起的熱節(jié)和應(yīng)力集中，減少縮孔和裂紋，如圖9-22所示。圓角結(jié)構(gòu)還有利于造型，并且鑄件外形美觀。圖9-22鑄造圓角第四節(jié)零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性3.鑄件壁的連接應(yīng)采用圓角和逐步過渡壁厚均勻的細(xì)長(zhǎng)件和大的平板件都容易產(chǎn)生變形，采用對(duì)稱式結(jié)構(gòu)或增設(shè)加強(qiáng)肋后，提高了結(jié)構(gòu)剛性，可減少變形。如圖9-24所示。圖9-24防止變形的鑄件結(jié)構(gòu)第四節(jié)零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性二、鑄造工藝對(duì)零件結(jié)構(gòu)的要求1．鑄件應(yīng)具有盡量少而簡(jiǎn)單的分型面鑄件需要多個(gè)分型面時(shí)，不僅造型工藝復(fù)雜，而且容易出現(xiàn)錯(cuò)型、偏芯和鑄件精度下降等。圖9-26（a）所示端蓋鑄件，由于外形中部存在側(cè)凹，需要兩個(gè)分型面進(jìn)行三箱造型，或增設(shè)外型芯后用兩箱造型，造型工藝較復(fù)雜。將其改為圖9-26（b）所示結(jié)構(gòu)，則僅需一個(gè)分型面，簡(jiǎn)化了造型。第四節(jié)零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性二、鑄造工藝對(duì)零件結(jié)構(gòu)的要求2.鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)便于起模為了便于造型中的起模，鑄件在垂直于分型面的非加工表面都應(yīng)設(shè)計(jì)出鑄造斜度。圖9-28所示為拖拉機(jī)輪殼，在起模方向設(shè)計(jì)出鑄造斜度后（實(shí)線b），起模操作就較方便。3．避免不必要的型芯4．應(yīng)便于型芯的固定、排氣和清理型芯在鑄型中應(yīng)能可靠地固定和排氣，以免鑄件產(chǎn)生偏芯、氣孔等缺陷。型芯的固定主要是依靠型芯頭。第四節(jié)零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性圖9-28拖拉機(jī)輪殼圖9-30懸臂托架第四節(jié)零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性圖9-31軸承支架鑄件第四節(jié)零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性第五節(jié)鑄造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介鑄造工藝設(shè)計(jì)是指為了獲得合格的鑄件,在生產(chǎn)之前，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等情況編制出的控制該鑄件生產(chǎn)工藝的技術(shù)文件。鑄造工藝設(shè)計(jì)主要包括合理繪制鑄造工藝圖、鑄件毛坯圖、鑄型裝配圖和編寫鑄造工藝卡片等。表9-4鑄造工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容和一般程序第五節(jié)鑄造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介一、澆注位置和分型面的選擇澆注位置是指澆注時(shí)鑄件所處的空間位置。分型面是相鄰兩鑄型的分界面，它往往也是模樣的分型面。確定澆注位置和分型面的原則有以下幾點(diǎn)。1.鑄件的重要表面應(yīng)朝下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4.應(yīng)使分型面數(shù)量最少且形狀簡(jiǎn)單5.盡量使鑄件位于同一砂箱內(nèi)第五節(jié)鑄造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介二、鑄造工藝參數(shù)的確定1.機(jī)械加工余量機(jī)械加工余量是指為保證鑄件加工面尺寸和零件精度，在鑄件工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加而在切削加工時(shí)切去的金屬層厚度。加工余量大小應(yīng)根據(jù)鑄件的材質(zhì)、造型方法、鑄件大小、加工表面的精度要求以及澆注位置等因素來確定，具體數(shù)值可查閱相關(guān)的鑄造工藝手冊(cè)。第五節(jié)鑄造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介二、鑄造工藝參數(shù)的確定2.最小鑄出孔對(duì)于鑄件上的孔、槽，一般來說，小于30mm～50mm的孔，在單件小批量生產(chǎn)時(shí)不鑄出，而在切削加工時(shí)進(jìn)行鉆削；較大的孔、槽應(yīng)當(dāng)鑄出，以減少切削加工工時(shí)，節(jié)約金屬材料，并可減小鑄件上的熱節(jié)。對(duì)于零件圖上不要求加工的孔、槽以及彎曲孔等，一般均應(yīng)鑄出。第五節(jié)鑄造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介二、鑄造工藝參數(shù)的確定3.線收縮率線收縮率是指鑄件從線收縮起始溫度冷卻至室溫的收縮率，常以模樣與鑄件的長(zhǎng)度差除以模樣長(zhǎng)度的百分比表示。制造模樣或芯盒時(shí)要按確定的線收縮率，將模樣(芯盒)尺寸放大一些，以保證冷卻后鑄件尺寸符合要求。鑄件冷卻后各尺寸的收縮余量可由下式求得：收縮余量=鑄件尺寸×線收縮率第五節(jié)鑄造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介二、鑄造工藝參數(shù)的確定4.起模斜度起模斜度是指為使模樣容易從鑄型中取出或型芯自芯盒脫出，平行于起模方向在模樣或芯盒壁上的斜度，如圖9-36所示。起模斜度的大小與造型方法、模樣材料、垂直壁高度等有關(guān)，通常為15′～3°。木模的斜度比金屬模要大；機(jī)器造型比手工造型的斜度小些；鑄件的垂直壁愈高斜度愈?。荒拥膬?nèi)壁斜度β應(yīng)比外壁斜度α略大，通常為3°～10°。第五節(jié)鑄造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介圖9-36起模斜度圖9-37芯頭第五節(jié)鑄造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介5.芯頭芯頭是指伸出鑄件以外不與金屬液接觸的砂芯部分，其功用是定位、支撐和排氣。為了承受砂芯本身重力及澆注時(shí)液體金屬對(duì)砂芯的浮力，芯頭的尺寸應(yīng)足夠大才不致破壞；澆注后，砂芯所產(chǎn)生的氣體，應(yīng)能通過芯頭排至鑄型以外。在設(shè)計(jì)芯頭時(shí)，除了要滿足上面的要求以外，還應(yīng)做到下芯、合型方便，應(yīng)留有適當(dāng)斜度，芯頭與芯座之間要留有間隙。圖9-37所示為芯頭與芯座之間間的隙。第五節(jié)鑄造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介三、鑄造工藝圖鑄造工藝圖是表示鑄型分型面、澆冒口系統(tǒng)、澆注位置、型芯結(jié)構(gòu)尺寸、控制凝固措施(如放置冷鐵)等的圖樣，如圖9-38所示。

根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同，鑄造工藝圖可直接在鑄件零件圖上用紅、藍(lán)色筆繪出規(guī)定的工藝符號(hào)和文字，也可以用墨線另行單獨(dú)繪制。

第五節(jié)鑄造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介圖9-38聯(lián)軸器零件圖及鑄造工藝圖第五節(jié)鑄造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介鑄造工藝圖中應(yīng)明確表示出鑄件的澆注位置、分型面、型芯、澆冒口設(shè)置和工藝參數(shù)等內(nèi)容。工藝參數(shù)可在技術(shù)條件中用文字作集中說明，以使圖面清晰明了。對(duì)個(gè)別不宜集中說明的參數(shù)，可在圖上單獨(dú)注明，如鑄件上的加工余量，若某個(gè)表面由于特別需要而采用非標(biāo)準(zhǔn)的加工余量值時(shí)，則可在相應(yīng)表面上標(biāo)出具體數(shù)值。第五節(jié)鑄造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介第六節(jié)特種鑄造一、熔模鑄造1．熔模鑄造工藝過程圖9-39熔模鑄造工藝工藝過程一、熔模鑄造2．熔模鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍1）鑄件精度高，表面質(zhì)量好。尺寸公差等級(jí)可達(dá)CT7～CT4，表面粗糙度Ra值可達(dá)12.5～1.6μm?？晒?jié)約加工工時(shí)，實(shí)現(xiàn)了少屑或無屑加工，顯著提高金屬材料的利用率。2）可制造形狀復(fù)雜的鑄件。由于蠟?zāi)？梢院附悠粗?，模樣可熔化流出，故可以鑄出形狀極為復(fù)雜的鑄件，鑄出孔最小直徑為0.5mm，最小壁厚可達(dá)0.3mm。第六節(jié)特種鑄造3）適用于各種合金鑄件。尤其用于高熔點(diǎn)和難切削合金的鑄造，更顯示出其優(yōu)越性。4）生產(chǎn)批量不受限制。從單件到大批量生產(chǎn)都適用，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化流水作業(yè)。熔模鑄造主要用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜、精度要求高、熔點(diǎn)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(dòng)工具、變速箱撥叉，槍支零件以及汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床上的小零件等。第六節(jié)特種鑄造二、金屬型鑄造金屬型鑄造是在重力下將液態(tài)金屬注入金屬制成的鑄型中，以獲得金屬鑄件的方法。1.金屬型的構(gòu)造金屬型可分為水平分型式、垂直分型式、復(fù)合分型式和鉸鏈開合式等。其中垂直分型式由于開設(shè)澆口和取出鑄件都比較方便，也易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，所以應(yīng)用較多。圖9-40（a）所示為鑄造鋁活塞的金屬型，它由左、右兩個(gè)半型和底型組成。澆注時(shí)兩個(gè)半型合緊，凝固后分開兩個(gè)半型即可取出鑄件。第六節(jié)特種鑄造圖9-40鑄造鋁活塞的金屬型（a)鉸鏈開合式金屬型

（b)組合式金屬型芯第六節(jié)特種鑄造2.金屬型鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍1）金屬型鑄件的尺寸精度高，表面質(zhì)量好，加工余量小。金屬型的尺寸準(zhǔn)確，表面光潔，鑄件的尺寸公差等級(jí)可達(dá)CT9～CT7，表面粗糙度可達(dá)Ra12.5～6.3μm。2）金屬型鑄件的組織致密，力學(xué)性能好。如鋁合金的金屬型鑄件的抗拉強(qiáng)度可提高25％。3）金屬型可以一型多鑄，生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件好。金屬型鑄造主要應(yīng)用于有色金屬鑄件的大批量生產(chǎn)中，如鋁合金的活塞、氣缸體、氣缸蓋、銅合金軸瓦、軸套等。對(duì)于黑色金屬，只限于形狀簡(jiǎn)單的中、小零件。第六節(jié)特種鑄造三、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(jiǎn)稱壓鑄。常用壓鑄的壓強(qiáng)為幾兆帕至幾十兆帕，充填速度在0.5m/s～70m/s范圍內(nèi)。1.壓鑄機(jī)及壓鑄工藝過程壓鑄是在專門的壓鑄機(jī)上進(jìn)行的。壓鑄機(jī)按壓射部分的特征可分為熱壓室式和冷壓室式兩大類。冷壓室式應(yīng)用較廣，又可分為立式和臥式兩種。臥式冷壓室式壓鑄機(jī)，其壓射頭水平布置，壓室不包括金屬液保溫爐，壓室僅在壓鑄的短暫時(shí)間內(nèi)接觸金屬液。第六節(jié)特種鑄造壓鑄機(jī)所用鑄型由專用耐熱鋼制成，其結(jié)構(gòu)與垂直分型的金屬型相似，由定型和動(dòng)型兩部分組成。定型固定在壓鑄機(jī)定模板上，動(dòng)型固定在動(dòng)模板上并可作水平移動(dòng)。推桿和芯棒通過相應(yīng)機(jī)構(gòu)控制，完成推出鑄件和抽芯等動(dòng)作。圖9-41所示為臥式冷壓室式壓鑄機(jī)的工作原理圖。圖9-41臥式冷壓室式壓鑄機(jī)工作原理圖（a）合型、澆入金屬液

（b）進(jìn)行壓射

（c）開型、推出鑄件第六節(jié)特種鑄造2.壓鑄的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍1）鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量好。壓鑄件尺寸公差等級(jí)可達(dá)CT8～CT6，表面粗糙度Ra值為3.2～0.8μm，一般不經(jīng)切削加工或只需精加工即可使用。2）可壓鑄出形狀復(fù)雜、輪廓清晰的鑄件。鋅合金壓鑄件的最小壁厚可達(dá)0.8mm，最小孔徑達(dá)0.8mm，最小螺距達(dá)0.75mm。這是由于壓型精密，在高壓高速下澆注，極大地提高了合金的充型能力。3）鑄件強(qiáng)度高。由于壓型冷卻快，又在壓力下結(jié)晶，因而鑄件的內(nèi)部組織致密，強(qiáng)度比砂型鑄件高20％～40％。第六節(jié)特種鑄造4）生產(chǎn)率高。壓鑄是所有鑄造方法中生產(chǎn)率最高的一種，每小時(shí)可壓鑄50～500次，而且由于操作十分簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化和自動(dòng)化。5）便于采用鑲嵌法。鑲嵌法是將預(yù)先制好的嵌件放人壓型中，通過壓鑄使嵌件與壓鑄合金結(jié)合成整體而獲得鑲嵌件的方法。鑲嵌法可以制出通常難以制出的復(fù)雜件、雙金屬件、金屬與非金屬的結(jié)合件等。第六節(jié)特種鑄造壓鑄存在下列缺點(diǎn)：1）壓鑄設(shè)備投資大，制造壓型費(fèi)用高、周期長(zhǎng)，故不適合單件、小批量生產(chǎn)。2）壓鑄高熔點(diǎn)合金(如鋼、鑄鐵)時(shí)，壓型壽命低。內(nèi)腔復(fù)雜的鑄件也難以適應(yīng)。3）由于壓鑄速度高，壓型內(nèi)的氣體很難排除，所以鑄件內(nèi)部常有小氣孔，影響鑄件的內(nèi)部質(zhì)量。4）壓鑄件不能進(jìn)行熱處理，也不宜在高溫下工作。因壓鑄件中的氣孔是在高壓下形成的，在加熱時(shí)氣孔中的空氣膨脹所產(chǎn)生的壓力有可能使鑄件變形或開裂。第六節(jié)特種鑄造四、離心鑄造

離心鑄造是將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)（250r／min～1500r／min）的鑄型中，使金屬液在離心力作用下充填鑄型并結(jié)晶的鑄造方法。1．離心鑄造的基本類型

離心鑄造的鑄型可用金屬型、砂型或復(fù)砂金屬型。為使鑄型旋轉(zhuǎn)，離心鑄造必須在離心鑄造機(jī)上進(jìn)行。根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)軸空間位置的不同，離心鑄造機(jī)可分為立式和臥式兩大類。第六節(jié)特種鑄造圖9-42所示為離心鑄造示意圖，圖（a）為立式離心鑄造，其鑄型是繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的。液態(tài)金屬澆入鑄型后，由于受離心力和自身重力的共同作用，使鑄件的自由表面(內(nèi)表面)呈拋物面形狀，造成鑄件壁上薄下厚，但鑄型的固定和澆注較方便。立式離心鑄造主要用來生