鑄造工藝學 第2版 課件 緒論

鑄造工藝學鑄造工藝學鑄造工藝學4緒論1235第1章金屬與鑄型的相互作用第2章黏土型砂第3章有機黏結(jié)劑砂第4章澆注系統(tǒng)第5章冒口及冷鐵67第6章鑄造工藝設計鑄造工藝學緒論緒論鑄造工藝學

鑄造是將金屬或合金熔化，在大氣、特殊氣體保護或真空等環(huán)境下，通過重力、壓力、離心力、電磁力等外場單獨或耦合作用，將金屬熔體充填預先制備好的鑄型型腔中，凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能鑄件的方法。鑄造成形本質(zhì)屬液態(tài)金屬材料質(zhì)量不變的成形過程。0.1鑄造生產(chǎn)的概念、特點及其重要性緒論鑄造工藝學從合金種類、壁厚和長度(輪廓)尺寸、重量到形狀復雜程度都有很強的適應性。一般比鍛件、焊接件尺寸精確，可節(jié)約大量金屬材料和機械加工工時。鑄件在一般機器生產(chǎn)中約占總質(zhì)量的40％～80％，而成本只占機器總成本的25％～30％。

優(yōu)勢適應范圍廣尺寸精度較高成本低廉鑄造生產(chǎn)的特點：緒論鑄造工藝學形狀尺寸合金種類重量適應范圍廣復雜程度原則上不受限制壁厚：0.2mm—1m長度：幾毫米---十多米可用合金種類十分廣泛

幾克-------500噸形狀合金重量尺寸緒論鑄造工藝學

可供鑄造用的金屬(合金)種類十分廣泛。常用的有:鑄鐵、鑄鋼、鋁、鎂、銅、鋅合金，還有鈦、鎳、鈷等合金。

最新研究表明，陶瓷材料不能接受塑性加工和機械加工的非金屬也能用鑄造的方法液態(tài)成形。緒論鑄造工藝學幾乎適用于所有材料鎂合金手機外殼及發(fā)動機機匣、導彈殼體緒論鑄造工藝學形狀尺寸合金種類重量適應范圍廣復雜程度原則上不受限制壁厚：0.2mm—1m長度：幾毫米---十多米可用合金種類十分廣泛

幾克-------500噸形狀合金重量尺寸緒論鑄造工藝學從合金種類、壁厚和長度(輪廓)尺寸、重量到形狀復雜程度都有很強的適應性。一般比鍛件、焊接件尺寸精確，可節(jié)約大量金屬材料和機械加工工時。鑄件在一般機器生產(chǎn)中約占總質(zhì)量的40％～80％，而成本只占機器總成本的25％～30％。

優(yōu)勢適應范圍廣尺寸精度較高成本低廉鑄造生產(chǎn)的特點：緒論鑄造工藝學

因此鑄造在工業(yè)生產(chǎn)中占有極為重要的地位：

機床、內(nèi)燃機風機、壓縮機拖拉機農(nóng)業(yè)機械汽車0%20%40%60%80%100%18.5%60~80%50~70%40~70%20~30%70~90%

在現(xiàn)代工業(yè)中也有很大程度應用，如計算機，摩托車，家用電器，國防工業(yè)，甚至玩具中都有廣泛應用。緒論鑄造工藝學

砂型鑄造在航空工業(yè)中的比重沒有上述那么大，但仍是航空工業(yè)毛坯生產(chǎn)的一種重要方法，飛機上很多零件如：機匣（傳動、壓縮、尾部）、框架、輪轂、艙門等都是砂型鑄件。緒論鑄造工藝學缺點不足生產(chǎn)率低內(nèi)部質(zhì)量不如鍛件尺寸均一性差材料利用率低工作環(huán)境差鑄件尺寸均一性差:

鑄件尺寸精度普遍比發(fā)達國家低1～3級，表面粗糙度也比發(fā)達國家差1～2級，如發(fā)動機鑄鐵材質(zhì)缸體的粗糙度，我國為25～100μm，國外為12.5～25μm；緒論鑄造工藝學缺點不足生產(chǎn)率低內(nèi)部質(zhì)量不如鍛件尺寸均一性差材料利用率低工作環(huán)境差緒論鑄造工藝學

工作環(huán)境差，粉塵多，溫度高，勞動強度大，能耗高；

我國鑄造行業(yè)的能耗占機械工業(yè)總耗能的25%～30%，能源平均利用率為17%，能耗約為鑄造發(fā)達國家的2倍；我國每生產(chǎn)1t合格鑄鐵件的能耗為550～700kg標準煤，國外水平為300～400kg標準煤，鑄件生產(chǎn)過程中材料和能源的投入約占產(chǎn)值的55%～70%。緒論鑄造工藝學缺點不足生產(chǎn)率低內(nèi)部質(zhì)量不如鍛件尺寸均一性差材料利用率低工作環(huán)境差緒論鑄造工藝學人類進程鐵器時代青銅器時代新石器時代舊石器時代合金材料化學材料復合材料納米材料0.2我國鑄造技術的發(fā)展緒論鑄造工藝學人類使用石器幾乎經(jīng)歷了300萬年，進步很慢。自從掌握了金屬熔煉和鑄造技術后，只用了幾千年便改變了人類的歷史面貌。6000年2.后2000多年是以鑄鐵為主。1.前3000多年是以青銅鑄造為主緒論鑄造工藝學⑴青銅鑄造

我國的鑄造技術開始于夏朝初期，即偃師二里頭文化早期，到了晚商和西周，青銅鑄造得到蓬勃發(fā)展，此時為青銅器鼎盛時期，工藝上已達到相當高的水平，鑄造出許多有名的鑄件。緒論鑄造工藝學1978年湖北省隨縣出土的曾候乙墓青銅器重達10多噸，是青銅鑄件的代表作。其中64件的一套編鐘，分八組，包括輔件在內(nèi)用銅達５噸。緒論鑄造工藝學永樂大鐘鑄于明代永樂19年（公元1421年）錫青銅，高6.9米，外徑3.3米，內(nèi)徑2.9米，重46.5tωCu=80.54%,ωSn=16.4%,ωPb=1.12%及微量的Zn、Fe、Si、Mg、Ca等。緒論鑄造工藝學可鍛鑄鐵球墨鑄鐵我國在公元前6世紀就發(fā)明了生鐵和鑄鐵技術，比歐州早1800多年，并完成了由低溫固態(tài)還原法(塊煉法)向高溫液態(tài)冶煉的過渡。由于生鐵工具的大量需要，發(fā)明了鐵范法。由于具有快速冷卻的特點而容易獲得白口鑄鐵組織，鑄件經(jīng)過石墨化退火或脫碳退火就可制成黑心可鍛鑄鐵或白心可鍛鑄鐵，1957年和1975年分別在長沙出土的戰(zhàn)國鐵鏟和在洛陽出土的空首鐵镈，經(jīng)金相鑒定，其石墨呈團絮狀，前者是典型的黑心可鍛鑄鐵，后者是白心可鍛鑄鐵。過去人們都認為可鍛鑄鐵是法國人萊翁繆爾于1722年發(fā)明的。在1978年河南鞏縣發(fā)現(xiàn)的西漢鐵?（镢）具有球狀石墨的組織。經(jīng)檢定，球化率相當于機械部部頒標準一類A級,在偏光下具有典型的放射狀組織?，F(xiàn)代球狀是對鐵水進行球化處理后直接獲得鑄態(tài)球狀石墨的。這項技術于1947年由英國人莫洛研制成功。。我國2500多年之前(公元前513年)就鑄出270kg的鑄鐵刑鼎。到戰(zhàn)國中期，在農(nóng)具、兵器等方面，鑄鐵逐漸代替了青銅。鑄鐵（2）鑄鐵技術緒論鑄造工藝學河北滄州的大鐵獅，高5米多，長近6米，重19.3噸,是公元9世紀五代后周時期鑄造的。緒論鑄造工藝學當陽鐵塔，由13層疊成，高17.9米，重38噸，鑄于北宋淳熙年間。緒論鑄造工藝學

我國鑄造歷史悠久，燦爛的鑄造技術對文化、經(jīng)濟的發(fā)展有重大影響，日常用語中的許多詞匯如“模范”、“范圍”、“就范”、“陶冶”、“陶鑄”、“鑄成大錯”、“大器晚成”等，也都來自古代鑄造術語。

現(xiàn)在，鑄造已成為現(xiàn)代科學技術三大支柱之一的材料科學的一個重要組成部分。近代科學技術在各個領域的突破，促進了鑄造技術的飛速發(fā)展。鑄造技術也越來越與其他工業(yè)技術相互滲透和結(jié)合，新工藝和新方法不斷出現(xiàn)。緒論鑄造工藝學0.3砂型鑄造方法的分類及發(fā)展根據(jù)不同分類標準可分：1.按鑄造合金的種類分：鑄鋼、鑄鐵、鋁合金、鎂合金、銅合金鑄造等。2.按型砂的濕分來分：濕型、干型、表面干型等。3.按維持鑄型的方法分：砂箱造型和地坑造型

砂箱造型又可分為：單箱造型、兩箱造型、三箱造型、多箱造型、脫箱造型。緒論鑄造工藝學地坑造型緒論鑄造工藝學大型鑄件的干砂型鑄造（地坑造型）緒論鑄造工藝學脫箱造型緒論鑄造工藝學

實物造型

分開模造型一般整體模造型鑄造整體模造型挖砂造型

假箱造型活塊造型

模型造型車板造型刮板造型導向刮板造型骨架模造型漏模造型組芯造型

4.按獲得鑄型型腔的方法分：緒論鑄造工藝學兩箱分開模造型緒論鑄造工藝學一般整體模造型緒論鑄造工藝學挖砂造型緒論鑄造工藝學假箱造型緒論鑄造工藝學緒論鑄造工藝學活塊造型緒論鑄造工藝學緒論鑄造工藝學車板造型緒論鑄造工藝學緒論鑄造工藝學導向刮板造型緒論鑄造工藝學骨架模造型緒論鑄造工藝學漏模造型緒論鑄造工藝學組芯造型緒論鑄造工藝學三箱造型5.按澆注時鑄型重疊數(shù)量分：單箱造型、兩箱造型、三箱造型、疊箱造型、劈箱造型等。緒論鑄造工藝學疊箱造型緒論鑄造工藝學劈箱造型緒論鑄造工藝學6.按形成鑄型的方法分普通黏土砂造型（第一代）

物理方法造型（第三代）化學方法造型（第二代）分為手工造型高壓造型機器造型射壓造型

氣沖造型

演變歷程1958年實型鑄造（F法）1968年磁型鑄造（M法）真空密封造型（V法）1973年實型真空密封造型（FV法）

演變歷程水玻璃砂樹脂砂CO2硬化殼型（芯）流態(tài)熱芯（溫芯）自硬冷芯（自硬）緒論鑄造工藝學①普通黏土砂造型（第一代）

最早是手工造型，20世紀40~50年代出現(xiàn)了普通機器造型，并很快在發(fā)達國家普及。60~80年代，為進一步提高勞動生產(chǎn)率，逐步向自動化和半自動化發(fā)展，廣泛采用高壓造型、射壓造型。機器造型新發(fā)展，擺脫傳統(tǒng)的機械壓實、震實、或拋砂等緊實方式，利用氣體壓力，以正壓直接作用在型砂上進行緊實，如氣沖造型：一次緊實，無需補壓、緊實均勻、型腔表面緊實度可達95。緒論鑄造工藝學壓實造型緒論鑄造工藝學緒論鑄造工藝學緒論鑄造工藝學緒論鑄造工藝學緒論鑄造工藝學

震擊式造型緒論鑄造工藝學震動緊實造型機緒論鑄造工藝學微震－壓實造型緒論鑄造工藝學射壓造型過程緒論鑄造工藝學氣流沖擊造型機的原理1.一次壓縮空氣室2.二次壓縮空氣室3.快開閥盤4.砂箱5.墊板緒論鑄造工藝學氣沖造型機緒論鑄造工藝學②化學方法造型（第二代）

黏土砂強度低，水分高，有時不得不烘干。為此，到上世紀40年代末出現(xiàn)了化學法造型。最早采用水玻璃砂，用水玻璃代替黏土，吹入CO2氣體，使鑄型硬化，不用烘干，節(jié)省能源，改善勞動條件。我國50年代開始推廣，以后又發(fā)展了流態(tài)砂和自硬砂，但水玻璃砂潰散性差，難以清理。后又發(fā)展了樹脂砂，開始為殼芯，后又有熱芯、冷芯、溫芯等。優(yōu)點：鑄型質(zhì)量好、節(jié)約能源。缺點：成本高、環(huán)境污染。CO2硬化殼型（芯）水玻璃流態(tài)樹脂砂熱芯（溫芯）

自硬冷芯（自硬）緒論鑄造工藝學③物理方法造型（第三代）?。嵭丸T造（F法）：1958年，美國發(fā)明了利用聚苯乙烯泡沫塑料模（氣化模）造型的實型造型法（FullMold）。優(yōu)點：造型過程簡單，無需拔模和分模分型，鑄件尺寸偏差小。缺點：模樣只使用一次即被消耗，污染空氣、鑄件表面粗糙度大。舂砂時模樣有可能發(fā)生變形。緒論鑄造工藝學③物理方法造型（第三代）ⅱ）磁型鑄造（M法）：1968年，當時的西德出現(xiàn)了磁型鑄造。造型時，采用鐵丸代替原砂，采用泡沫聚苯乙烯塑料模，利用磁場力緊實鑄型，澆注凝固后，斷電，鐵丸散開。優(yōu)點：除具有F法的優(yōu)點外，還具有下列優(yōu)點：無硅塵危害；造型材料稍加處理即可即可復用，因此占地面積??；勞動強度減輕。1975年有人提出“翻砂不用砂”。

實際后來未大量使用，主要是因為M法除具有F法的缺點外，還有以下缺點：復雜件難以成形；鐵丸易生銹，灰塵毒性更大；需專門的磁型機且需固定位置，靈活性差。緒論鑄造工藝學ⅲ）真空密封造型（V法）

該法是將模板改成具有抽氣箱和抽氣孔的結(jié)構，實心變空心，在模樣表面鋪一層EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料）膜（預熱到50~60攝氏度），抽氣、放置砂箱（與模板之間橡膠密封）、填砂、造型抽真空、氣模澆注。優(yōu)點：不用任何黏結(jié)劑和水，原砂可回用，污染少，砂處理設備簡化。缺點：造型操作較復雜，造型機械要求高，塑料薄膜成形性和延伸率有限。緒論鑄造工藝學緒論鑄造工藝學ⅳ）實型真空密封造型（FV法）1973年出現(xiàn)，實為F法與V法結(jié)合，F(xiàn)V法吸取了F、M、V三種方法的長處。氣化模產(chǎn)生的煙氣、粉塵被抽走，凈化了車間空氣，改善了勞動條件，容易組成機械化流水線，投資小。但不能用于大型鑄件的生產(chǎn)。緒論鑄造工藝學

后來又發(fā)展了干型氣化模鑄造，只需將干砂填在鑄型中，將氣化模包裹住即可，經(jīng)一種三維微震造型機振實后，即可澆注。再振松鑄型，取出鑄件，干砂可回用。1989年在德國杜塞爾多夫進行的第56屆國際鑄造年會上受到好評。

從總的趨勢看，第一代造型法已由手工造型發(fā)展為機器造型、高壓造型；第二代造型法中，冷硬樹脂砂已有較大發(fā)展，且仍有很大潛力；第三代造型法，競相爭艷，層出不窮，仍有發(fā)展空間。緒論鑄造工藝學0.4本課程的內(nèi)容及要求

鑄造工藝學是主要專業(yè)課之一，學習本課程時應特別注意理論聯(lián)系實際，以便為今后開發(fā)新的造型材料，研究新的鑄造工藝方法和擬定合理的鑄造工藝方案，奠定良好的基礎。

本課程主要內(nèi)容：1)金屬-鑄型界面相互作用的基本機理和規(guī)律及其對鑄件質(zhì)量的影響。2)型(芯)砂用原材料的基本性能及其對型(芯)砂性能的影響，型(芯)砂性能及其對鑄件質(zhì)量影響的基本規(guī)律