材料成型基礎(chǔ)2012.03.13

1、材料成型基礎(chǔ)周志斌2012.03.13 什么是特種鑄造（什么是特種鑄造（ special casting ）？）？與普通砂型鑄造有顯著區(qū)別的一些鑄造方法與普通砂型鑄造有顯著區(qū)別的一些鑄造方法 特種鑄造有什么作用？特種鑄造有什么作用？彌補(bǔ)砂型鑄造的不足：彌補(bǔ)砂型鑄造的不足：n一個(gè)鑄型只能用一次，造型工作量大，極大降低效一個(gè)鑄型只能用一次，造型工作量大，極大降低效率；率；n鑄件尺寸誤差大，表面粗糙度大低，浪費(fèi)材料、時(shí)鑄件尺寸誤差大，表面粗糙度大低，浪費(fèi)材料、時(shí)間；間；n廢品率高；廢品率高；n勞動(dòng)條件差；勞動(dòng)條件差；第四章 特種鑄造1. 熔模鑄造熔模鑄造 用易熔材料制成模型，然后用造型材用易熔材料制

2、成模型，然后用造型材料將其包住，經(jīng)過(guò)硬化后，再將模型加熱料將其包住，經(jīng)過(guò)硬化后，再將模型加熱熔化、排出型外，從而獲得無(wú)分型面的鑄熔化、排出型外，從而獲得無(wú)分型面的鑄型，澆鑄后獲得鑄件的方法。型，澆鑄后獲得鑄件的方法。 由于易熔材料主要成分是石蠟，因此，由于易熔材料主要成分是石蠟，因此，熔模鑄造又稱為失蠟鑄造（熔模鑄造又稱為失蠟鑄造（lost-wax lost-wax molding)molding)。工藝過(guò)程：工藝過(guò)程：蠟?zāi)Ｖ圃旖Y(jié)殼脫蠟焙燒澆注用途：用途：特點(diǎn)：特點(diǎn)：n鑄件精度和光潔度較高；鑄件精度和光潔度較高；n可澆注形狀復(fù)雜的鑄件；可澆注形狀復(fù)雜的鑄件；n鑄件成本較高鑄件成本較高2. 實(shí)型

3、鑄造實(shí)型鑄造 采用聚苯乙烯發(fā)采用聚苯乙烯發(fā)泡塑料模樣代替普通泡塑料模樣代替普通模樣，造好型后不取模樣，造好型后不取出模樣就澆入金屬液，出模樣就澆入金屬液，在金屬液的作用下，在金屬液的作用下，塑料模樣燃燒、氣化、塑料模樣燃燒、氣化、消失，金屬液取代原消失，金屬液取代原來(lái)塑料模所占據(jù)的空來(lái)塑料模所占據(jù)的空間位置，冷卻凝固后間位置，冷卻凝固后獲得所需鑄件的鑄造獲得所需鑄件的鑄造方法。方法。實(shí)型鑄造工藝過(guò)程實(shí)型鑄造工藝過(guò)程特點(diǎn)和適用范圍特點(diǎn)和適用范圍（1 1）無(wú)需起模，無(wú)分型面，無(wú)型芯，因而無(wú)飛）無(wú)需起模，無(wú)分型面，無(wú)型芯，因而無(wú)飛邊毛刺，鑄件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模鑄邊毛刺，鑄件的尺寸精度和表

4、面粗糙度接近熔模鑄造，但尺寸卻可大于熔模鑄造。造，但尺寸卻可大于熔模鑄造。（2 2）形狀復(fù)雜鑄件的模樣均可采用泡沫塑料模）形狀復(fù)雜鑄件的模樣均可采用泡沫塑料模粘合為整體，減少了加工裝配時(shí)間，可降低鑄件成粘合為整體，減少了加工裝配時(shí)間，可降低鑄件成本本10%10%30% 30% ；（3 3）造型效率比砂型鑄造提高）造型效率比砂型鑄造提高2 25 5倍；倍；（4 4）模樣只能使用一次，且泡沫塑料的密度?。┠又荒苁褂靡淮危遗菽芰系拿芏刃?、強(qiáng)度低，模樣易變形，影響鑄件尺寸精度。澆鑄、強(qiáng)度低，模樣易變形，影響鑄件尺寸精度。澆鑄時(shí)模樣產(chǎn)生的氣體污染環(huán)境。時(shí)模樣產(chǎn)生的氣體污染環(huán)境。適用范圍：適用范圍：

5、 不易起模等復(fù)雜鑄件，不易起模等復(fù)雜鑄件，實(shí)型鑄造幾乎不受鑄實(shí)型鑄造幾乎不受鑄件結(jié)構(gòu)、尺寸、質(zhì)量、批量和合金種類的限制。目件結(jié)構(gòu)、尺寸、質(zhì)量、批量和合金種類的限制。目前正在大力推廣。前正在大力推廣。3. 壓力鑄造壓力鑄造 壓力鑄造是指金屬液在高壓下高速充型，并壓力鑄造是指金屬液在高壓下高速充型，并在壓力下凝固的鑄造方法。在壓力下凝固的鑄造方法。壓鑄機(jī)和壓鑄工藝過(guò)程壓鑄機(jī)和壓鑄工藝過(guò)程 壓鑄機(jī)是壓力鑄造生產(chǎn)的主要設(shè)備，按壓室壓鑄機(jī)是壓力鑄造生產(chǎn)的主要設(shè)備，按壓室（壓射室）分（壓射室）分, ,一般分熱壓室壓鑄機(jī)（壓室浸于金一般分熱壓室壓鑄機(jī)（壓室浸于金屬液中）和冷壓室壓鑄機(jī)（壓室與金屬液保溫爐屬液

6、中）和冷壓室壓鑄機(jī)（壓室與金屬液保溫爐分開(kāi)）兩大類。分開(kāi)）兩大類。 目前應(yīng)用較多的是臥式冷壓室壓鑄機(jī)。目前應(yīng)用較多的是臥式冷壓室壓鑄機(jī)。壓力鑄造的優(yōu)點(diǎn)：壓力鑄造的優(yōu)點(diǎn)： 鑄件的精度和表面質(zhì)量比其它鑄造方法都高；鑄件的精度和表面質(zhì)量比其它鑄造方法都高； 可以鑄出形狀復(fù)雜的薄壁件；可以鑄出形狀復(fù)雜的薄壁件； 能獲得晶粒細(xì)小、組織致密的鑄件；能獲得晶粒細(xì)小、組織致密的鑄件；壓力鑄造的不足：壓力鑄造的不足：n壓鑄設(shè)備造價(jià)高，鑄型投資大，導(dǎo)致鑄件成本高于壓鑄設(shè)備造價(jià)高，鑄型投資大，導(dǎo)致鑄件成本高于其它鑄造方法；其它鑄造方法；n壓鑄合金的品種有限，主要適用于低熔點(diǎn)有色金屬；壓鑄合金的品種有限，主要適用于低

7、熔點(diǎn)有色金屬；n鑄件易產(chǎn)生氣孔；鑄件易產(chǎn)生氣孔；4. 離心鑄造離心鑄造 將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的金屬鑄型（有將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的金屬鑄型（有時(shí)帶有砂襯）中，使金屬液在離心力作用下而時(shí)帶有砂襯）中，使金屬液在離心力作用下而附著于鑄型的內(nèi)壁，經(jīng)冷卻凝固而成為鑄件的附著于鑄型的內(nèi)壁，經(jīng)冷卻凝固而成為鑄件的一種鑄造方法。一種鑄造方法。(1)(1)離心鑄造機(jī)離心鑄造機(jī) 離心鑄造離心鑄造機(jī)是離心鑄造機(jī)是離心鑄造所用的設(shè)備所用的設(shè)備, ,按按其旋轉(zhuǎn)軸空間其旋轉(zhuǎn)軸空間位置的不同分位置的不同分為立式、臥式為立式、臥式兩種。兩種。離心鑄造示意離心鑄造示意離心鑄造分：離心鑄造分： 立式離心鑄造立式離心鑄造 臥式

8、離心鑄造臥式離心鑄造適合于高度小于直徑適合于高度小于直徑的圓環(huán)類鑄件的圓環(huán)類鑄件適合于長(zhǎng)度較大的套適合于長(zhǎng)度較大的套筒類鑄件筒類鑄件1)1)特點(diǎn)特點(diǎn) 鑄件組織致密鑄件組織致密, ,無(wú)縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷無(wú)縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷, ,力學(xué)力學(xué)性能好性能好; ; 鑄造圓形中空鑄件時(shí)鑄造圓形中空鑄件時(shí), ,不用型芯和澆注系統(tǒng)不用型芯和澆注系統(tǒng), ,降低了金屬降低了金屬消耗消耗; ; 提高了金屬液的充型能力提高了金屬液的充型能力, ,可澆注流動(dòng)性差的合金及薄壁可澆注流動(dòng)性差的合金及薄壁鑄件鑄件; ; 可生產(chǎn)可生產(chǎn)雙金屬鑄件雙金屬鑄件, ,如鋼套內(nèi)鑲銅軸承等如鋼套內(nèi)鑲銅軸承等, ,其結(jié)合面

9、牢固其結(jié)合面牢固; ; 離心鑄造適應(yīng)性較廣離心鑄造適應(yīng)性較廣, ,鑄造合金的種類幾乎不受限制鑄造合金的種類幾乎不受限制; ; 既適于鑄造中空件既適于鑄造中空件, ,又可以鑄造成形鑄件，適應(yīng)性強(qiáng)。又可以鑄造成形鑄件，適應(yīng)性強(qiáng)。2)2)應(yīng)用應(yīng)用 離心鑄造主要用于生產(chǎn)各種管、套、環(huán)類鑄件，也可用于生離心鑄造主要用于生產(chǎn)各種管、套、環(huán)類鑄件，也可用于生產(chǎn)齒產(chǎn)齒 輪、葉輪、渦輪等成形鑄件。輪、葉輪、渦輪等成形鑄件。(2)(2)離心鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用離心鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用5. 低壓鑄造低壓鑄造 低壓鑄造是指金屬液在氣體壓力作用下完低壓鑄造是指金屬液在氣體壓力作用下完成充型和凝固的鑄造方法。其壓力為成充型和凝固

10、的鑄造方法。其壓力為0.020.020.06MPa0.06MPa。是介于重力鑄造(如砂型鑄造、金屬型鑄造)和壓力鑄造之間的一種鑄造方法。它是使液態(tài)合金在壓力下，自下而上地充填型腔，并在壓力下結(jié)晶、以形成鑄件的工藝過(guò)程。(1)(1)低壓鑄造的工低壓鑄造的工 藝過(guò)程藝過(guò)程 向坩堝中通壓縮向坩堝中通壓縮空氣空氣金屬液上升充金屬液上升充型型保壓、凝固保壓、凝固將將坩堝上部與空氣相通坩堝上部與空氣相通取出鑄件。如圖。取出鑄件。如圖。自下而上充型，壓力自下而上充型，壓力下凝固。下凝固。低壓鑄造工藝過(guò)程低壓鑄造工藝過(guò)程特點(diǎn)特點(diǎn): : 可人為的調(diào)整壓力可人為的調(diào)整壓力, ,適應(yīng)性強(qiáng)適應(yīng)性強(qiáng); ; 可用于各種鑄

11、型可用于各種鑄型; ;適用于各種合金及各種大小的鑄件適用于各種合金及各種大小的鑄件; 鑄件組織致密鑄件組織致密, ,力學(xué)性能好，對(duì)于鋁合金能有效地克服鑄件力學(xué)性能好，對(duì)于鋁合金能有效地克服鑄件的針孔等缺陷，對(duì)于薄，有耐壓，防滲漏，氣密性要求的鑄件的針孔等缺陷，對(duì)于薄，有耐壓，防滲漏，氣密性要求的鑄件尤為重要，可生產(chǎn)形狀復(fù)雜、輪廓清晰、薄壁鑄件；尤為重要，可生產(chǎn)形狀復(fù)雜、輪廓清晰、薄壁鑄件；澆注時(shí)壓力較底澆注時(shí)壓力較底, ,底注充型底注充型, ,平穩(wěn)且易控制，無(wú)飛濺沖擊，不易平穩(wěn)且易控制，無(wú)飛濺沖擊，不易夾渣，砂眼，氣孔夾渣，砂眼，氣孔; ; 金屬的實(shí)際利用率高金屬的實(shí)際利用率高; ;設(shè)備簡(jiǎn)單設(shè)

12、備簡(jiǎn)單, ,投資少投資少, ,操作簡(jiǎn)便操作簡(jiǎn)便, ,勞動(dòng)條件好勞動(dòng)條件好, ,易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。自動(dòng)化。應(yīng)用應(yīng)用: : 低壓鑄造目前主要用于生產(chǎn)鑄造質(zhì)量要求高的鋁、鎂合金鑄件。低壓鑄造目前主要用于生產(chǎn)鑄造質(zhì)量要求高的鋁、鎂合金鑄件。(2)(2)低壓鑄造的工藝特點(diǎn)和應(yīng)用低壓鑄造的工藝特點(diǎn)和應(yīng)用第五章第五章 鑄造工藝設(shè)計(jì)鑄造工藝設(shè)計(jì)由零件圖轉(zhuǎn)化為鑄造工藝圖由零件圖轉(zhuǎn)化為鑄造工藝圖和工藝文件的過(guò)程和工藝文件的過(guò)程主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 選擇鑄造成形方案選擇鑄造成形方案 確定澆注系統(tǒng)、工藝參數(shù)確定澆注系統(tǒng)、工藝參數(shù) 繪制工藝圖、編制工藝卡和工藝規(guī)范繪制工藝圖、編制工藝卡和工藝規(guī)范一

13、、鑄造成形方案的選擇一、鑄造成形方案的選擇1.澆注位置的選擇澆注位置的選擇 澆注位置：金屬澆注時(shí)鑄件所處的空間位置。同澆注位置：金屬澆注時(shí)鑄件所處的空間位置。同一個(gè)鑄件，可以有多種澆注位置。一個(gè)鑄件，可以有多種澆注位置。注意：澆注位置與澆口位置是兩個(gè)不同的概念。同一個(gè)注意：澆注位置與澆口位置是兩個(gè)不同的概念。同一個(gè) 澆注位置，可以有多種澆口位置。澆注位置，可以有多種澆口位置。 澆注位置正確與否，將大大影響鑄件的質(zhì)量。澆注位置正確與否，將大大影響鑄件的質(zhì)量。（1）重要的加工面放在下部和側(cè)面）重要的加工面放在下部和側(cè)面 原因：原因：1）上表面容易產(chǎn)生氣孔、夾渣；）上表面容易產(chǎn)生氣孔、夾渣； 2）縮

14、孔縮松往往產(chǎn)生在上部；）縮孔縮松往往產(chǎn)生在上部；澆注位置的選擇原則：澆注位置的選擇原則：圖例圖例1圖例圖例2（2）鑄件的大平面應(yīng)朝下）鑄件的大平面應(yīng)朝下 原因：原因：1）防止產(chǎn)生氣孔、夾渣；）防止產(chǎn)生氣孔、夾渣； 2）防止產(chǎn)生夾砂缺陷；）防止產(chǎn)生夾砂缺陷；圖例圖例3（3）鑄件的大面積薄壁部分，應(yīng)放在下）鑄件的大面積薄壁部分，應(yīng)放在下部或側(cè)部部或側(cè)部 原因：原因： 便于充滿鑄型，防止?jié)膊蛔愫屠涓舯阌诔錆M鑄型，防止?jié)膊蛔愫屠涓魣D例圖例4（4）應(yīng)便于安放冒口，對(duì)鑄件補(bǔ)縮）應(yīng)便于安放冒口，對(duì)鑄件補(bǔ)縮澆注位置的選擇原則：澆注位置的選擇原則：1) 減少分型面減少分型面（1）應(yīng)便于起模，使造型工作簡(jiǎn)化）應(yīng)便

15、于起模，使造型工作簡(jiǎn)化（2）應(yīng)盡量使鑄件全部或大部置于同一砂）應(yīng)盡量使鑄件全部或大部置于同一砂箱以保證鑄件精度箱以保證鑄件精度（3）為便于造型、下芯、合箱和檢驗(yàn)鑄件）為便于造型、下芯、合箱和檢驗(yàn)鑄件壁厚，應(yīng)盡量使型腔及主要型芯位于下箱壁厚，應(yīng)盡量使型腔及主要型芯位于下箱圖例圖例12) 減少活塊減少活塊3) 減少型芯減少型芯4) 避免彎曲的分型面避免彎曲的分型面圖例圖例2圖例圖例3動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示2.分型面的選擇原則分型面的選擇原則二、鑄造成形工藝參數(shù)的選擇二、鑄造成形工藝參數(shù)的選擇工藝參數(shù)工藝參數(shù)n機(jī)械加工余量機(jī)械加工余量n起模斜度起模斜度n鑄造圓角鑄造圓角n收縮率收縮率n型芯的形狀和尺寸型芯

16、的形狀和尺寸機(jī)械加工余量機(jī)械加工余量：鑄件上為切削加工而加大的尺寸；：鑄件上為切削加工而加大的尺寸；鑄件上標(biāo)有加工符號(hào)的表面，必須留有。大小根鑄件上標(biāo)有加工符號(hào)的表面，必須留有。大小根據(jù)合金種類、生產(chǎn)批量、鑄件大小、加工面在鑄據(jù)合金種類、生產(chǎn)批量、鑄件大小、加工面在鑄型中的位置確定型中的位置確定附表附表 灰鑄鐵件的機(jī)械加工余量（灰鑄鐵件的機(jī)械加工余量（mm）鑄件最鑄件最大尺寸大尺寸mmmm澆注時(shí)位澆注時(shí)位置置加工面與基準(zhǔn)面的距離加工面與基準(zhǔn)面的距離/mm/mm505050-12050-120120-260120-260260-260-500500500-500-800800800-800-12

17、501250120120頂面頂面底、側(cè)面底、側(cè)面3.5-4.53.5-4.52.5-3.52.5-3.54.0-4.54.0-4.53.0-3.53.0-3.5120-120-260260頂面頂面底、側(cè)面底、側(cè)面4.0-5.04.0-5.03.0-4.03.0-4.04.5-5.04.5-5.03.5-4.03.5-4.05.0-5.55.0-5.54.0-4.54.0-4.5鑄件上的孔、槽鑄件上的孔、槽：大孔應(yīng)鑄出，如果該孔需切削：大孔應(yīng)鑄出，如果該孔需切削加工，則要加余量；小孔不必鑄出，留待機(jī)械加加工，則要加余量；小孔不必鑄出，留待機(jī)械加工更經(jīng)濟(jì)工更經(jīng)濟(jì)表表3-1 砂型鑄造最小鑄孔（砂型鑄

18、造最小鑄孔（mm）鑄造合金鑄造合金壁厚壁厚最小孔徑最小孔徑灰鑄鐵灰鑄鐵3-106-1020-2510-1540-5012-18鑄鋼鑄鋼30-50鋁合金、鎂合金鋁合金、鎂合金20銅合金銅合金25起模斜度起模斜度：為便于起模，在模樣上垂直于分型面：為便于起模，在模樣上垂直于分型面的表面增加的斜度；通常為的表面增加的斜度；通常為15-3；內(nèi)壁的起模；內(nèi)壁的起模斜度比外壁大斜度比外壁大鑄造圓角鑄造圓角：為便于鑄造，鑄件壁間連接處增：為便于鑄造，鑄件壁間連接處增加的圓角。一般加的圓角。一般R3-5收縮率收縮率：由于收縮，鑄件冷卻后的尺寸比型：由于收縮，鑄件冷卻后的尺寸比型腔尺寸略為縮小，為保證應(yīng)有的尺寸，模樣腔尺寸略為縮小，為保證應(yīng)有的尺寸，模樣尺寸必須比鑄件放大一個(gè)尺寸必須比鑄件放大一個(gè) 收縮率；收縮率；灰鑄鐵灰鑄鐵0.7-1.0；鑄鋼；鑄鋼1.3-2.0芯頭芯頭：型芯的外伸部分，落入芯座內(nèi)，定位：型芯的外伸部分，落入芯座內(nèi)，定位和支撐型芯和支撐型芯芯座：專為芯座：專為放置芯頭的放置芯頭的空腔空腔斜度：便于下芯和合斜度：便于下芯和合型；一般型；一般5-10間隙：便于鑄型的裝間隙：便于鑄型的裝配；一般配；一般1-4mma：垂直型芯：垂直型芯b：水平型芯：水平型芯三、鑄造工藝圖三、鑄造工藝圖鑄造工藝圖：是在零件圖上用各種工藝符號(hào)表示出鑄造工藝方案鑄造