第五章鑄造

1、第五章 鑄造教學(xué)重點(diǎn)鑄造的特點(diǎn)、分類及應(yīng)用；砂型鑄造工藝。教學(xué)難點(diǎn)本章重點(diǎn)與難點(diǎn)砂型鑄造工藝、金屬鑄造性能對鑄件質(zhì)量的影響。5.1 鑄造工藝基礎(chǔ) 5.1.1 鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn) 鑄造的成形是由液態(tài)凝結(jié)成固態(tài)的過程，是制造機(jī)械零件毛坯或零件的一種重要工藝方法。優(yōu)點(diǎn)： 1) 能制造各種尺寸和形狀復(fù)雜的鑄件，特別是內(nèi)腔復(fù)雜的鑄件。如各種箱體、床身、機(jī)架等零件的毛坯。鑄件的輪廓尺寸可小至幾毫米，大至幾十米；質(zhì)量從幾克至數(shù)百噸?？梢哉f，鑄造不受零件大小、形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的限制。 2) 常用的金屬材料均可用鑄造方法制成鑄件，有些材料（如鑄鐵、青銅）只能用鑄造方法來制造零件。 3) 鑄造所用的原材料來源廣泛，

2、價格低廉，并可回收利用，鑄造生產(chǎn)工藝設(shè)備費(fèi)用小，因此鑄件生產(chǎn)成本低。 4) 鑄件與零件的形狀、尺寸很接近，因而鑄件的加工余量小，可以節(jié)約金屬材料，減少切削加工費(fèi)用。 5) 鑄造既可用于單件生產(chǎn)，也可用于批量生產(chǎn)，適應(yīng)性廣。缺點(diǎn)： 鑄造生產(chǎn)過程復(fù)雜，工序較多，常因鑄型材料、模具、鑄造合金、合金的熔煉與澆注等工藝過程難以綜合控制，而出現(xiàn)縮孔、縮松、砂眼、冷隔、裂紋等鑄造缺陷。因此鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定，鑄件的力學(xué)性能不及同類材料的鍛件。5.1.2 鑄造的分類 鑄造一般按造型方法來分類，習(xí)慣上分為砂型鑄造和特種鑄造。 砂型鑄造包括濕砂型、干砂型、化學(xué)硬化砂型三類。 特種鑄造按造型材料的不同，又可分為兩大類

3、：一類以天然礦產(chǎn)砂石作為主要造型材料，如熔模鑄造、殼型鑄造、負(fù)壓鑄造、泥型鑄造、實(shí)型鑄造、陶瓷型鑄造等；一類以金屬作為主要鑄型材料，如金屬型鑄造、離心鑄造、連續(xù)鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造等。5.1 鑄造工藝基礎(chǔ)5.2 砂型鑄造 5.2.1 砂型鑄造的工藝過程 砂型鑄造的工藝過程如下圖所示： 5.2 砂型鑄造 砂型鑄造生產(chǎn)套筒鑄件的工藝流程示意圖 5.2 砂型鑄造 5.2.2 模樣和芯盒 模樣是用來形成鑄型型腔的工藝裝備,按組合形式，可分為整體模和分開模。 芯盒是制造砂芯或其他種類耐火材料芯所用的裝備。 模樣和芯盒由木材、金屬或其他材料制成。5.2 砂型鑄造 5.2.3 造型材料 制造鑄型或型芯用

4、的材料，稱為造型材料。一般指砂型鑄造用的材料 ，包括砂、有機(jī)或無機(jī)粘結(jié)劑、水和其他附加物。 5.2 砂型鑄造 5.2.4 造型和制芯 造型是指用型砂、模樣、砂箱等工藝裝備制造砂型的過程。制芯是將芯砂制成符合芯盒形狀的砂芯的過程。 1、造型 （1）手工造型手工造型是全部用手工或手動工具完成的造型工序。（1）整體模制型 （2）分塊模造型 5.2 砂型鑄造 （3）挖砂造型 （4）假箱造型 （5）活塊造型 （6）刮板造型 5.2 砂型鑄造 （7）兩箱造型 （8）三箱造型 （9）脫箱造型 （10）地坑造型 5.2 砂型鑄造 （2）機(jī)器造型 5.2 砂型鑄造 2、制芯 芯的主要作用是形成鑄件的內(nèi)腔或局部外

5、形。單件、小批生產(chǎn)時采用手工制芯，大批生產(chǎn)時采用機(jī)器制芯。 手工制芯常采用芯盒制芯。3、澆注系統(tǒng) 澆注系統(tǒng)是為填充型腔和冒口而開設(shè)于鑄型中的一系列通道。 通常有澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道和冒口組成，如右圖所示。5.2 砂型鑄造 4、冒口和鑄型結(jié)構(gòu) 尺寸較大的鑄件或體收縮率較大的金屬還要加設(shè)冒口起補(bǔ)縮作用，為便于補(bǔ)縮，冒口一般設(shè)在鑄件的厚部或上部。冒口還可起排氣和集渣作用。5.2 砂型鑄造5.2.5 鑄鐵的熔煉和澆注1、鑄鐵的熔煉 鑄鐵熔煉不僅僅是單純的熔化，還包括冶煉過程，使?jié)策M(jìn)鑄型的鐵液，在溫度、化學(xué)成分和純凈度方面都符合預(yù)期要求。為此，在熔煉過程中要進(jìn)行以控制質(zhì)量為目的的各種檢查測試，

6、液態(tài)鐵在達(dá)到各項規(guī)定指標(biāo)后方能允許澆注。有時，為了達(dá)到更高的要求，鐵液在出爐后還要經(jīng)爐外處理，如脫硫、真空脫氣、爐外精煉、孕育或變質(zhì)處理等。熔煉鑄鐵常用的設(shè)備有沖天爐、電弧爐、感應(yīng)爐、電阻爐、反射爐等。5.2 砂型鑄造 2、澆注 澆注是指將熔融金屬從澆包中澆入鑄型的操作。為保證鑄件質(zhì)量，應(yīng)對澆注溫度和速度加以控制。 鑄鐵的澆注溫度為液相線以上200（一般為12501470）。 澆注速度過快會使鑄型中的氣體來不及排出而產(chǎn)生氣孔，并易造成沖砂；澆注速度過慢，使型腔表面烘烤時間長，導(dǎo)致砂層翹起脫落，易產(chǎn)生夾砂結(jié)疤、夾砂等缺陷。 5.2 砂型鑄造 5.2.6 落砂、清理與檢驗(yàn) 落砂是指用手工或機(jī)械方法

7、使鑄件與型（芯）砂分離的操作。 清理是指對落砂后的鑄件清除表面粘砂、型砂、多余金屬（包括澆冒口、飛翅和氧化皮）等過程。 清理后應(yīng)對鑄件進(jìn)行檢驗(yàn)，并將合格鑄件進(jìn)行去應(yīng)力退火。5.2 砂型鑄造 5.2.7 合金的鑄造性能簡介 1、流動性 （1）流動性對鑄件質(zhì)量的影響 （2）影響流動性的因素 2、收縮 （1）收縮對鑄件質(zhì)量的影響 （2）影響合金收縮的因素 影響收縮的因素有合金的化學(xué)成分、澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件等。5.2 砂型鑄造5.2.8 砂型鑄造工藝設(shè)計簡介1、鑄造工藝圖 鑄造工藝圖是直接在零件圖上用規(guī)定的紅藍(lán)色工藝符號表示出鑄件的澆注位置、分型面、型芯的形狀、數(shù)量和芯頭大小，機(jī)械加工余量，

8、起模斜度和收縮率，澆注系統(tǒng)，以及冒口、冷鐵等的工程圖樣，是制造模樣、模板、鑄型、生產(chǎn)準(zhǔn)備和驗(yàn)收最基本的工藝文件。5.2 砂型鑄造（1）澆注位置的確定 1）主要工作面和重要面應(yīng)朝下或置于側(cè)壁機(jī)床床身氣缸套 5.2 砂型鑄造 2）寬大平面朝下 平板 3）薄壁面朝下 電機(jī)端蓋5.2 砂型鑄造 4）厚壁朝上 缸頭5.2 砂型鑄造（2）分型面的確定 1）盡可能使鑄件全部或主要部分置于同一砂箱中，以避免錯型而造成尺寸偏差 5.2 砂型鑄造2）盡可能使分型面為一平面 5.2 砂型鑄造 3）盡量減少分型面 5.2 砂型鑄造（3） 工藝參數(shù)的確定 1)加工余量5.2 砂型鑄造5.2 砂型鑄造2）起模斜度 起模斜

9、度示意圖5.2 砂型鑄造起模斜度的取法5.2 砂型鑄造（4）鑄造工藝圖繪制舉例 連接盤的零件圖和鑄造工藝圖5.2 砂型鑄造2、鑄件圖 鑄件圖是反映鑄件實(shí)際尺寸、形狀和技術(shù)要求的圖樣。 連接盤鑄件圖 5.3 特種鑄造 特種鑄造是指與砂型鑄造不同的其他鑄造方法。特種鑄造有近二十種，常用的有熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、低壓鑄造等。5.3.1 金屬型鑄造 金屬型鑄造又稱硬模鑄造，它是將液體金屬澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種鑄造方法。 根據(jù)分型面位置不同，金屬型分為整體式、垂直分型式、水平分型式和復(fù)合分型式。 垂直分型式便于開設(shè)內(nèi)澆道和取出鑄件，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，應(yīng)用較多。5.3 特種鑄造

10、垂直分型式金屬型：5.3 特種鑄造 金屬型鑄造與砂型鑄造比較：在技術(shù)上與經(jīng)濟(jì)上有許多優(yōu)點(diǎn)。（1）金屬型導(dǎo)熱快，鑄件冷卻迅速，晶粒細(xì)小，其力學(xué)性能比砂型鑄件高。（2）鑄件的精度和表面質(zhì)量比砂型鑄件高，而且質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定。（3）鑄件的工藝收得率高，液體金屬耗量減少，一般可節(jié)約1530。（4）不用砂或者少用砂，一般可節(jié)約造型材料80100。5.3 特種鑄造 金屬型鑄造雖有很多優(yōu)點(diǎn)，但也有不足之處。如：（1）金屬型制造成本高、生產(chǎn)周期長。（2）金屬型不透氣，而且無退讓性，易造成鑄件澆不到、開裂或鑄鐵件產(chǎn)生白口等缺陷。（3）金屬型鑄造時，鑄型的工作溫度、合金的澆注溫度和澆注速度，鑄件在鑄型中停留的時間，

11、以及所用的涂料等，對鑄件的質(zhì)量的影響甚為敏感，需要嚴(yán)格控制。5.3 特種鑄造5.3.2 壓力鑄造 壓力鑄造是指熔融金屬在高壓下高速充型，并在壓力下凝固的鑄造方法。 壓鑄工藝過程是：向型腔噴射涂料、閉合壓型、壓射金屬、打開壓型頂出鑄件。 壓鑄型是壓鑄工藝過程的關(guān)鍵裝備，是由定型、動型及金屬芯組成的壓鑄用金屬型其性能、精度、表面質(zhì)量要求很高，必須用熱作模具鋼制造，并進(jìn)行嚴(yán)格的熱處理。 壓鑄機(jī)是壓鑄生產(chǎn)專用機(jī)器，主要有開合型、壓射、抽芯、頂出鑄件等機(jī)構(gòu)組成。分為熱壓室式和冷壓室式兩類。5.3 特種鑄造（1）壓鑄的生產(chǎn)率比其他鑄造方法都高，并易于實(shí)現(xiàn)半自動化、自動化。（2）壓鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量好

12、。（3）可鑄出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輪廓清晰的薄壁、深腔、精密鑄件。（4）壓鑄件組織細(xì)密，強(qiáng)度、硬度比砂型鑄件提高25%40%。（5）設(shè)備和壓鑄型費(fèi)用高，壓鑄型制造周期長，所以只適應(yīng)大批量生產(chǎn)。（6）壓鑄件不能進(jìn)行熱處理，因加熱時氣體膨脹會造成表面鼓泡或變形。壓力鑄造具有如下特點(diǎn)：5.3 特種鑄造5.3.3 熔模鑄造 5.3 特種鑄造（1）可生產(chǎn)形狀復(fù)雜、輪廓清晰、薄壁（0.2mm0.7mm），且無分型面的鑄件。（2）熔模鑄造的尺寸精度高（IT10IT14），表面粗糙度值低（Ra12.51.6m），可實(shí)現(xiàn)少（無）切削加工。（3）能鑄造各種合金鑄件，尤其適于鑄造高熔點(diǎn)、難切削加工和利用其他加工方法難以成形的

13、合金，如耐熱合金、磁鋼和不銹鋼等。（4）生產(chǎn)批量不受限制，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化流水線生產(chǎn)。（5）工藝過程復(fù)雜、生產(chǎn)周期較長（415天），生產(chǎn)成本較高。（6）因蠟?zāi)Ｒ鬃冃?，型殼?qiáng)度不高等原因，鑄件質(zhì)量一般不超過25kg。 熔模鑄造主要生產(chǎn)小型零件。 熔模鑄造特點(diǎn)和應(yīng)用范圍5.3 特種鑄造5.3.4 離心鑄造 5.4 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性 鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性是指所設(shè)計的鑄件結(jié)構(gòu)不僅應(yīng)滿足使用的要求，還應(yīng)符合鑄造工藝的要求和經(jīng)濟(jì)性。1、鑄件的外形（1）外形力求簡單平直。（2）避免或減少活塊。5.4 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性（3）盡量減少分型面的數(shù)量 5.4 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性（4）應(yīng)設(shè)計結(jié)構(gòu)斜度 5.4 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性（5）避免

14、收縮受阻 （6）避免過大水平面 5.4 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性2、鑄件的孔和內(nèi)腔（1）盡量少用或不用芯。（2）有利于芯的固定、排氣和清理，防止產(chǎn)生偏芯、氣孔等缺陷。3、鑄件的壁厚及壁間連接（1）鑄件的壁厚應(yīng)合理常用砂型鑄造鑄件的最小壁厚： 5.4 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性（2）鑄件的壁厚應(yīng)均勻 （3）鑄件的壁間連接應(yīng)合理。1）轉(zhuǎn)角處應(yīng)有結(jié)構(gòu)圓角。2）避免交叉和銳角連接。3）應(yīng)避免壁厚突變。5.5 鑄造新工藝和新技術(shù)簡介 5.5.1 實(shí)型鑄造 實(shí)型鑄造又稱為氣化模鑄造和消失模鑄造，其原理是用泡沫塑料（包括澆冒口系統(tǒng)）代替木模或金屬模樣進(jìn)行制造，造型后模樣不取出，鑄型呈實(shí)體，澆入液態(tài)金屬后，模樣燃燒、氣化、消失，金

15、屬液充填模樣位置，冷卻凝固后得到鑄件。強(qiáng)度是指金屬材料抵抗塑性變形（永久變形）和斷裂的能力。抵抗塑性變形和斷裂的能力越大，則強(qiáng)度越高 實(shí)型鑄造應(yīng)用范圍較廣，可適用于各類合金，幾乎不受鑄件結(jié)構(gòu)、尺寸、重量和生產(chǎn)批量的限制，特別適用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的鑄件，如模具、汽缸頭、管件、曲軸、葉輪、殼體、床身、機(jī)座等。5.5 鑄造新工藝和新技術(shù)簡介5.5.2 磁型鑄造 磁型鑄造是將裝有氣化模和鐵丸的砂箱置于磁場中，鐵丸在磁場作用下相互結(jié)合在氣化模外形成鑄型，當(dāng)金屬液澆入磁型時，高溫金屬將氣化模逐漸燒失，而占據(jù)型腔，待冷卻凝固后撤出磁場，則磁型自然散落，從而獲得鑄件的方法 磁型鑄造已在機(jī)車車輛、拖拉機(jī)、兵器、采掘、動力、輕工、化工等制造業(yè)得到應(yīng)用，適用于各種批量、各種合金的中、小型鑄件。5.5 鑄造新工藝和新技術(shù)簡介5.5.3 低壓鑄造 低壓鑄造是使液體金屬在較低的壓力作用下充填型腔，以形成鑄件的一種方法，他