金屬工藝學(xué)（第3版）課件 單元六 鑄造

金屬工藝學(xué)單元六

鑄造●鑄造是指熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀和性能金屬零件毛坯的成形方法?！裼描T造方法得到的金屬毛坯稱為鑄件。鑄造成形方法主要有砂型鑄造和特種鑄造兩類?！裨谏靶椭猩a(chǎn)鑄件的鑄造方法，稱為砂型鑄造?！衽c砂型鑄造不同的其它鑄造方法，稱為特種鑄造。鑄造生產(chǎn)具有如下特點(diǎn)：（1）鑄造的適應(yīng)性很廣。（2）鑄造具有良好的經(jīng)濟(jì)性。（3）鑄件力學(xué)性能較低。模塊一

砂型鑄造造型、制芯和金屬熔煉是鑄造生產(chǎn)中的重要工序。一、造型

用型砂及模樣等工藝裝備制造砂型的方法和過程，稱為造型。1．造型材料與造型工具制造鑄型（芯）用的材料一般是指砂型鑄造用的材料，它主要包括水洗砂（型砂和芯砂）、粘結(jié)劑（粘土、膨潤(rùn)土、水玻璃、植物油、樹脂等）、各種附加物（煤粉或木屑等）、舊砂和水。造型材料應(yīng)具備一定的強(qiáng)度、可塑性、耐火性、透氣性、退讓性和潰散性等性能。常用造型工具有：砂箱、底板、砂沖子（舂砂錘）、通氣針、起模針、皮老虎、鏝刀、秋葉、提鉤、半圓等。2．砂型的各組成部分從砂型中取出模樣后形成的空腔稱為型腔。上砂型與下砂型的分界面稱為分型面。3．造型方法造型方法通常分為手工造型和機(jī)器造型兩大類。

全部用手或手動(dòng)工具完成的造型工序稱為手工造型。用機(jī)器全部地完成或至少完成緊砂操作的造型工序稱為機(jī)器造型。機(jī)器造型常用的緊砂方法有：震實(shí)、壓實(shí)、震壓、拋砂、射壓等幾種方式。機(jī)器造型常用的起模方法有：頂箱、漏模、翻轉(zhuǎn)三種方式。二、制芯制造型芯的過程稱為制芯。手工制芯時(shí)主要采用型芯盒制芯。根據(jù)芯盒結(jié)構(gòu)不同，手工制芯方法可分為整體式芯盒制芯、可拆式芯盒制芯、對(duì)開式芯盒制芯三種。為了保證型芯具有較高的強(qiáng)度、耐火性、透氣性、退讓性和潰散性，采取如下工藝措施：1．在型芯上開設(shè)通氣孔和通氣道。

2．在型芯里放置芯骨。

3．型芯上涂料及其烘干。

三、澆注系統(tǒng)為了順利平穩(wěn)地填充型腔和冒口而在鑄型中開設(shè)的一系列通道，稱為澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)由澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成。澆注系統(tǒng)按內(nèi)澆道在鑄件上的位置，可設(shè)計(jì)成頂注式澆注系統(tǒng)、中注式澆注系統(tǒng)、底注式澆注系統(tǒng)、階梯式澆注系統(tǒng)等多種形式。四、熔煉

常用的熔煉設(shè)備有：沖天爐、電爐、坩堝爐。五、合型、澆注、落砂、清理和檢驗(yàn)

●將鑄型的各個(gè)組元如上型、下型、型芯、澆口杯等組合成一個(gè)完整鑄型的操作過程稱為合型。●將熔融金屬?gòu)臐舶⑷腓T型的操作稱為澆注?！裼檬止せ驒C(jī)械使鑄件和型砂（芯砂）、砂箱分開的操作過程稱為落砂?！衤渖昂髲蔫T件上清除表面粘砂、型砂（芯砂）、多余金屬（包括澆、冒口、飛翅和氧化皮）等過程的總和稱為清理?！耔T件清理后，應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。檢驗(yàn)可通過肉眼觀察（或借助尖咀錘）找出鑄件的表面缺陷，如氣孔、砂眼、粘砂、縮孔、澆不足、冷隔等。對(duì)于鑄件內(nèi)部缺陷可進(jìn)行耐壓試驗(yàn)、超聲波探傷等。金屬工藝學(xué)單元六

鑄造模塊二

鑄造工藝圖鑄造工藝圖是表示鑄型分型面、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、澆注位置、型芯結(jié)構(gòu)尺寸、控制凝固措施（冷鐵、保溫襯板）等內(nèi)容的圖紙。一、澆注位置的確定澆注位置是指澆注時(shí)鑄型分型面所處的位置。（1）鑄件的重要加工面或主要工作面應(yīng)朝下。（2）鑄件的大平面應(yīng)朝下。（3）具有大面積的薄壁鑄件，應(yīng)將薄壁部分放在鑄型下部。（4）易形成縮孔的鑄件，澆注時(shí)應(yīng)把厚的部分放在分型面附近的上部或側(cè)面。二、分型面的選擇

鑄型組元間的接合面稱為分型面。（1）應(yīng)減少分型面的數(shù)量，盡量使鑄件位于下型中。（2）盡量采用平直面作為分型面，少用曲折面作為分型面。（3）盡量使鑄件的主要加工面和加工基準(zhǔn)面位于一個(gè)砂箱內(nèi)。（4）分型面一般設(shè)在鑄件的最大截面處，充分利用砂箱高度，不要使模樣在一個(gè)砂箱內(nèi)過高。三、工藝參數(shù)的選擇繪制鑄造工藝圖應(yīng)考慮的主要工藝參數(shù)是加工余量、起模斜度、鑄造圓角、收縮率和芯頭等。鑄件的加工余量是指為了保證鑄件加工面尺寸和零件精度，在進(jìn)行鑄件工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加的，并且在機(jī)械加工時(shí)切去的金屬層厚度。起模斜度是為了使模樣容易從鑄型中取出或芯子自芯盒脫出，平行于起模方向在模樣或芯盒壁上設(shè)置的斜度。芯頭是指模樣上的突出部分，在型內(nèi)形成芯座并放置芯頭的部分。收縮率。鑄件在冷卻凝固過程中尺寸要縮小。因此，制造模樣和型芯盒時(shí)，要根據(jù)合金的線收縮率將尺寸放大，以保證冷卻后鑄件的尺寸符合要求。在設(shè)計(jì)鑄件和制造模樣時(shí)，對(duì)相交壁的交角處要做成圓弧過渡，這種圓弧稱為鑄造圓角。四、繪制鑄造工藝圖

模塊三

合金的鑄造性能合金在鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的能力稱為合金的鑄造性能。合金的鑄造性能主要包括吸氣性、氧化性、流動(dòng)性、收縮性、凝固溫度范圍、凝固特性、熱裂傾向性以及與鑄型和造型材料的相互作用等。一、流動(dòng)性

流動(dòng)性是指熔融合金的流動(dòng)能力。1．流動(dòng)性對(duì)鑄件質(zhì)量的影響液態(tài)合金的流動(dòng)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，避免產(chǎn)生冷隔和澆不足等缺陷，也有利于合金液中非金屬夾雜物和氣體的排出，避免產(chǎn)生夾渣和氣孔等缺陷。同時(shí)，也有利于補(bǔ)充在凝固過程中所產(chǎn)生的收縮，避免產(chǎn)生縮孔和縮松等缺陷。2．影響流動(dòng)性的因素影響合金流動(dòng)性的因素主要有澆注溫度、化學(xué)成分及鑄型的充填條件等。二、收縮性

合金在液態(tài)凝固和冷卻至室溫過程中，產(chǎn)生體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱為收縮。1．收縮的三個(gè)階段液態(tài)合金從澆注溫度冷卻到室溫過程中要經(jīng)過液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮三個(gè)階段?！褚簯B(tài)收縮是指熔融金屬在凝固階段的體積收縮；凝固收縮是指溶融金屬在凝固階段的體積收縮；固態(tài)收縮是指金屬在固態(tài)由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。2．影響收縮的因素影響合金收縮的因素主要有：化學(xué)成分、澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件等。二、收縮性3．縮孔與縮松的形成及防止●液態(tài)合金在鑄型內(nèi)凝固過程中，由于補(bǔ)縮不良，在鑄件最后凝固部分形成的孔洞，稱為縮孔?！穹忾]區(qū)域內(nèi)的液態(tài)合金凝固時(shí)得不到補(bǔ)充，則形成許多分散的小縮孔，這種在鑄件緩慢凝固區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的細(xì)小的縮孔洞稱為縮松?！穹乐箍s孔的方法稱為補(bǔ)縮。對(duì)形狀簡(jiǎn)單的鑄件，可將澆注系統(tǒng)或冒口設(shè)置在厚壁處，也可適當(dāng)擴(kuò)大內(nèi)澆道的截面積，利用澆道直接進(jìn)行補(bǔ)縮。只要合理控制鑄件的凝固，使之實(shí)現(xiàn)順序凝固，就可獲得沒有縮孔的致密鑄件?！耥樞蚰淌鞘硅T件按薄壁→厚壁→冒口的順序進(jìn)行凝固的過程。●鑄件在凝固和冷卻過程中由于受阻收縮、熱作用和相變等因素而引起的內(nèi)應(yīng)力稱為鑄造應(yīng)力。鑄造應(yīng)力分為收縮應(yīng)力、熱應(yīng)力和相變應(yīng)力。●收縮應(yīng)力是由于鑄型、型芯等阻礙鑄件收縮而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；●熱應(yīng)力是由于鑄件各部分冷卻、收縮不均勻而引起的；●相變應(yīng)力是由于鑄件固態(tài)相變，造成各部分體積發(fā)生不均衡變化而引起的。

金屬工藝學(xué)單元六

鑄造模塊四

鑄件結(jié)構(gòu)工藝性鑄件結(jié)構(gòu)工藝性是指鑄件結(jié)構(gòu)在滿足使用要求的前提下，能用生產(chǎn)率高、勞動(dòng)量小、材料消耗少和成本低的方法制造出來合格鑄件的設(shè)計(jì)指標(biāo)。一、鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求

（1）鑄件外形應(yīng)力求簡(jiǎn)單。（2）鑄件應(yīng)具有最少的分型面，并盡量使分型面呈平面。（3）鑄件應(yīng)少用活塊。（4）鑄件應(yīng)盡量不用或少用型芯。（5）型芯的設(shè)置要穩(wěn)固并有利于排氣與清理。（6）鑄件應(yīng)有結(jié)構(gòu)斜度。二、合金鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求

（1）鑄件壁厚應(yīng)力求均勻。（2）鑄件壁的連接應(yīng)平緩、圓滑，避免直角處產(chǎn)生應(yīng)力集中和金屬積聚，鑄件厚壁與薄壁間的連接要逐步過渡，做到減少應(yīng)力集中，防止裂紋產(chǎn)生。（3）鑄件應(yīng)避免收縮受阻。（4）鑄件應(yīng)盡量避免有過大的水平面。一、金屬型鑄造金屬型鑄造是指在重力作用下將溶融金屬澆入金屬型獲得鑄件的方法。

金屬型鑄造的主要優(yōu)點(diǎn)是：一個(gè)金屬型可澆注幾百次至幾萬次，節(jié)省了造型材料和造型工時(shí)，提高了生產(chǎn)率，改善了勞動(dòng)條件，所得鑄件尺寸精度高。金屬型鑄造主要用于非鐵金屬鑄件的大批量生產(chǎn)，如內(nèi)燃機(jī)活塞、汽缸體、汽缸蓋、軸瓦、襯套等零件常用此法來成形。二、壓力鑄造壓力鑄造是將熔融金屬在高壓下高速充填金屬型腔，并在壓力下凝固的鑄造方法。壓力鑄造在壓鑄機(jī)上進(jìn)行。壓力鑄造可得到形狀復(fù)雜的薄壁件，而且壓力鑄造的生產(chǎn)率高。壓力鑄造適用于大批量生產(chǎn)薄壁、復(fù)雜的非鐵金屬小型鑄件。三、離心鑄造離心鑄造是將液態(tài)金屬澆入澆水平或傾斜主軸旋轉(zhuǎn)著的鑄型中，并在離心力的作用下凝固成鑄件的鑄造方法。離心鑄造可以省去芯型，可以不設(shè)澆注系統(tǒng)，因此，減少了金屬液的消耗量。離心鑄造主要用于生產(chǎn)空心旋轉(zhuǎn)體的鑄件，如各種管子、缸套、軸套、圓環(huán)等。

四、熔模鑄造熔模鑄造是用易熔材料（如蠟料）制成模樣，在模樣上包覆若干層耐火涂料，制成型殼，熔出模樣后經(jīng)高溫焙燒即可澆注的鑄造方法。熔模鑄造的鑄型是一個(gè)整體，無分型面，它是以熔化模樣作為起模方式，可以鑄造出各種復(fù)雜形狀的小型零件。鑄件尺寸精確、表面光潔，可達(dá)到少切削或無切削加工。熔模鑄造常用于中、小型復(fù)雜形狀的精密鑄件或熔點(diǎn)高、難以壓力加工或難以切削加工的金屬，如汽輪機(jī)葉片、葉輪、活塞、復(fù)雜形狀的冷卻油管等。

模塊六

鑄造新技術(shù)簡(jiǎn)介一、真空密封鑄造

●真空密封鑄造是利用真空使密封在砂箱和上、下塑料薄膜之間的無水、無粘結(jié)劑的干石英砂緊實(shí)并成形。真空密封鑄造的最大優(yōu)點(diǎn)是鑄件質(zhì)量高，與機(jī)器造型比較設(shè)備簡(jiǎn)單，初期投資以及運(yùn)行和維修費(fèi)用低，模板和砂箱使用壽命長(zhǎng)，金屬利用率高，可鑄出3mm厚的薄壁件。二、懸浮鑄造●懸浮鑄造是指在澆注金屬液時(shí)，將一定量的金屬粉末加到金屬液流中，使其與金屬液摻和在一起而流入鑄型的一種鑄造方法。懸浮鑄造可明顯地提高鑄鋼、鑄鐵的力學(xué)性能，減少金屬的體收縮、縮孔和縮松，提高鑄件的抗熱裂性能，減少鑄錠和厚壁鑄件中化學(xué)成分不均勻性，提高鑄件和鑄錠的凝固速度。三、半固態(tài)鑄造●半固態(tài)鑄造是指將既非全呈液態(tài)，又非全固態(tài)的固態(tài)-液態(tài)的金屬混合漿料，經(jīng)壓鑄機(jī)壓鑄，形成鑄件的鑄造方法。半固態(tài)鑄造能夠大大減少熱量對(duì)壓鑄機(jī)的熱沖擊，延長(zhǎng)壓鑄機(jī)的使用壽命，可明顯地提高鑄件的質(zhì)量，降低能量消耗，便于進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，該方法主要用于汽車輪轂的生產(chǎn)。模塊六

鑄造新技術(shù)簡(jiǎn)介四、低壓鑄造●利用較低的氣體壓力將金屬液壓入鑄型，并使金屬液在一定壓力下結(jié)晶凝固為鑄件的鑄造方法，稱為低壓鑄造。低壓鑄造具有鑄造設(shè)備投資簡(jiǎn)單，便于操作，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，適合于金屬型