鑄造基礎(chǔ)知識(shí)

1、鑄鑄 造造 將液態(tài)金屬澆注到鑄型型腔中，待其凝固后，獲得所需形狀、尺寸和性能的毛坯或零件的金屬成形方法。1.1 1.1 合金的鑄造性能合金的鑄造性能流動(dòng)性、收縮、氧化性、吸氣性、偏析等。 一、一、流動(dòng)性流動(dòng)性 熔融金屬填充鑄型的流動(dòng)能力。1合金流動(dòng)性的測(cè)定：螺旋試樣測(cè)定法2 2影響因素：影響因素：A 化學(xué)成分B 澆注溫度C 鑄型充填條件 純金屬和共晶成份合金流動(dòng)性好，結(jié)晶溫度范圍寬的合金流動(dòng)性差；Si、P提高流動(dòng)性，S降低流動(dòng)性。 T，流動(dòng)性；易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。 鑄型傳熱速度、充型壓力、排氣口等。 為減少鑄造缺陷，設(shè)計(jì)鑄件時(shí)，盡可能選用流動(dòng)性好的 合金，要求鑄件的最小壁厚不小于鑄造條件

2、允許的最小壁厚； 砂型鑄造：小型鑄鐵件，允許的最小壁厚為46mm；小型鑄 鋼件允許的最小壁厚為8mm。幾種鑄造合金的流動(dòng)性幾種鑄造合金的流動(dòng)性合金種類鑄型種類澆注溫度()螺旋線長(zhǎng)度（mm）鑄鐵：C+Si=6.2% 5.9% 5.2% 5.0% 4.2%砂 型1300180013001000800600鑄鋼：C=0.4% 0.4%砂型16001640100200鋁硅鋁明鎂合金金屬型（預(yù)熱 300）砂型680680720700400700800400600錫青銅 ZQSn10-2 ZQSn3-7-5-1硅黃銅砂型1040980110042019510001 1體收縮率體收縮率與與線收縮率線收縮率%

3、100E00VVV體%10000LLLE線材料種類線收縮率體收縮率灰口鑄鐵1%58%鑄造有色金屬1.5%5%鑄造碳鋼2%1014% 二、二、收縮性收縮性鑄造合金在凝固、冷卻過程中，其體積或尺寸減少的現(xiàn)象。鑄件的實(shí)際收縮率小于自由收縮率。2 2三個(gè)收縮階段：三個(gè)收縮階段：3 3縮孔、縮松及防止縮孔、縮松及防止 A A 定義：定義： 縮孔：在鑄件的最后凝固部位因合金收縮而形成的一個(gè)倒 錐形的孔洞。 縮松：鑄件中分散在某一區(qū)域內(nèi)的細(xì)小縮孔。 宏觀縮松、顯微縮松 液態(tài)收縮（TT液） 凝固收縮（T液T固）是產(chǎn)生縮孔、縮松的基本原因 固態(tài)收縮（TT固）是產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋的基本原因B B 縮孔與縮松的

4、影響縮孔與縮松的影響 液態(tài)收縮和凝固收縮大的合金，易產(chǎn)生縮孔和縮松； 澆注溫度愈高，液態(tài)收縮愈大，縮孔的體積也愈大； 純金屬、共晶合金和結(jié)晶溫度范圍窄的合金，容易產(chǎn)生 集中縮孔，但縮松傾向較小，如鑄造鋁青銅、鋁硅合金； 結(jié)晶溫度范圍寬的合金，易于形成縮松，如錫青銅、 球墨鑄鐵等； 顯微縮松多分布在晶粒之間；結(jié)晶溫度范圍越寬的合金， 越易形成顯微縮松；它影響鑄件的氣密性。 宏觀縮松多分布在鑄件的中心軸線處或縮孔的下方，在 放大鏡下可見密集的孔洞。C 縮孔的防止縮孔的防止-順序凝固順序凝固 順序凝固是指通過控制鑄件的凝固過程，使鑄件上遠(yuǎn)離冒口 的部位先凝固，冒口內(nèi)的金屬對(duì)其補(bǔ)縮，冒口處最后凝固的

5、鑄件凝固工藝。 設(shè)冒口對(duì)防止縮孔的效果較好，對(duì)防止縮松的效果不顯著； 適當(dāng)提高鑄型冷卻速度或?qū)﹁T型內(nèi)的液態(tài)金屬進(jìn)行振動(dòng)，可 起到細(xì)化晶粒，減少鑄件產(chǎn)生縮松的效果。 冒口和冷鐵增加鑄件的加工工時(shí)和成本，鑄件易產(chǎn)生變形和 裂紋；因此冒口和冷鐵通常用于必須補(bǔ)縮的鑄件上，如鑄鋼 件、鑄造鋁青銅和鋁硅合金件等。4鑄造應(yīng)力、變形和裂紋鑄造應(yīng)力、變形和裂紋 1） 鑄造應(yīng)力及防止鑄造應(yīng)力及防止A 定義：定義： 鑄件在固態(tài)收縮時(shí)受到阻礙，在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。B 分類：分類： 機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力a) 熱應(yīng)力：鑄件因壁厚不均勻，或鑄件中存在著較大的溫差， 在同一時(shí)間內(nèi)鑄件各部分收縮不同，先冷卻的部位阻礙了后 冷卻

6、部位的收縮，在其內(nèi)部產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力。b) 鑄件產(chǎn)生熱應(yīng)力與變形的規(guī)律： 薄壁、細(xì)小部位：冷得快，受壓應(yīng)力（凸出）； 厚壁、粗大部位：冷得慢，受拉應(yīng)力（凹進(jìn)）。2）熱應(yīng)力的防止）熱應(yīng)力的防止 設(shè)計(jì)鑄件時(shí)，盡可能使鑄件壁厚均勻； 采用“同時(shí)凝固”原則，減少鑄件各部分的溫度差；如灰口 鑄鐵件、錫青銅鑄件或其它易裂易變形鑄件。 對(duì)鑄件進(jìn)行自然時(shí)效處理或去應(yīng)力退火處理；對(duì)一些重要的 鑄件，在粗加工后還要再次進(jìn)行去應(yīng)力退火。如機(jī)床床身、 刀架、變速箱等。3）鑄件的變形及防止）鑄件的變形及防止 應(yīng)力狀態(tài)：厚拉薄壓、后拉先壓 變形方向：受拉應(yīng)力的部分向材料內(nèi)部凹陷，受壓應(yīng)力的 部分向材料外部凸起。 鑄件變形的防

7、止： 鑄件壁厚均勻?qū)ΨQ、同時(shí)凝固、反變形法、加拉筋、 時(shí)效處理（穩(wěn)定變形）等。4）裂紋）裂紋 熱裂紋：多發(fā)生在固相線溫度附近，在拉應(yīng)力作用下，沿晶 界開裂； 冷裂紋：在較低溫度下形成，具有穿晶斷裂的特點(diǎn)。 若鑄件設(shè)計(jì)不合理、合金高溫強(qiáng)度低、收縮率大或鑄造工藝 不合理以及鋼和鑄鐵的含硫量高，均易產(chǎn)生熱裂紋。 塑性低、脆性大的合金如白口鐵、高碳鋼和一些合金鋼等易 產(chǎn)生冷裂紋；鐵碳合金中含磷較多也會(huì)引起冷裂紋；機(jī)械碰撞 和結(jié)構(gòu)上的缺陷也會(huì)產(chǎn)生冷裂紋。A 產(chǎn)生原因： 當(dāng)鑄件中的內(nèi)應(yīng)力超過合金的強(qiáng)度極限時(shí)，會(huì)在鑄件中產(chǎn)生裂紋。B 分類：熱裂紋、冷裂紋C 裂紋的防止： 設(shè)計(jì)鑄件時(shí)，要求壁厚均勻，轉(zhuǎn)角處采用

8、圓角過渡； 選擇收縮傾向小的合金，嚴(yán)格控制S、P含量； 提高鑄型退讓性，控制落砂或開型溫度，減少機(jī)械應(yīng)力。合金在熔煉和澆注過程中吸收氣體的特性，稱為吸氣性。 溫度； 合金的種類和氣體的成份；三、吸氣性三、吸氣性1影響吸氣性的因素影響吸氣性的因素2危害：危害： 可導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生氣孔，甚至可達(dá)整個(gè)鑄件截面，而氣孔尺寸 ??；如鋁合金中析出氣孔多而小，稱為“針孔”，既影響鋁合 金的機(jī)械性能，又嚴(yán)重影響鑄件的氣密性。 使金屬氧化； 鋼中過量的氫易使鋼塑性降低（氫脆），甚至產(chǎn)生裂縫。3防止氣孔的措施：防止氣孔的措施： 嚴(yán)格控制氣體來源，或?qū)σ簯B(tài)金屬進(jìn)行保護(hù)； 冶金脫氣和機(jī)械脫氣； 適當(dāng)澆注溫度，讓氣體排出。

9、四、成份偏析四、成份偏析1. 定義：定義：2. 分類：分類：晶內(nèi)偏析、比重偏析鑄件中化學(xué)成份不均勻的現(xiàn)象。 晶內(nèi)偏析（枝晶偏析）： 晶粒內(nèi)各部分化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。它對(duì)鑄件質(zhì)量 影響不大，重要鑄件可以通過擴(kuò)散退火來減小晶內(nèi)偏析的 傾向。 區(qū)域偏析： 因合金組元的比重不同或因合金組元的熔點(diǎn)不同，導(dǎo) 致鑄件區(qū)域性化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。它可以通過澆注時(shí) 充分?jǐn)嚢杌蚣涌旌辖鹄鋮s速度來防止。1.2 砂型鑄造工藝砂型鑄造工藝主要鑄造設(shè)備與儀器設(shè)備類別舉例合金熔化及澆注沖天爐，電弧爐，感應(yīng)電爐，坩堝爐，反射爐，裝料機(jī)械，金屬輸送機(jī)械，澆注裝置造型與制芯混砂機(jī)，篩砂機(jī)，舊砂再生機(jī)，型砂輸送及貯存裝置落砂清理

10、及后處理各種造型機(jī)，制芯機(jī)，烘干爐落砂清理及后處理捅箱機(jī)，振動(dòng)落砂機(jī)，拋丸、噴丸清理機(jī)，澆冒口切割機(jī)，機(jī)械手，熱處理爐，浸滲裝置特種鑄造壓鑄機(jī)，低壓鑄造機(jī)，差壓鑄造機(jī)，金屬型鑄造機(jī)，離心鑄造機(jī)，熔模鑄造設(shè)備，連續(xù)鑄造設(shè)備等檢驗(yàn)型砂試驗(yàn)儀器，材料分析儀器，無損檢測(cè)儀器環(huán)境保護(hù)與 勞動(dòng)衛(wèi)生除塵與空氣凈化裝置，噪聲控制裝置，污水處理裝置砂型(芯)的種類及應(yīng)用范圍種類特點(diǎn)應(yīng)用范圍干型以粘土為粘結(jié)劑，鑄型烘干后強(qiáng)度高，透氣性好，但效率低，耗能高，勞動(dòng)條件差，不易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化單件小批生產(chǎn)的中大鑄件，有被自硬砂取代的趨勢(shì)濕型以粘土為粘結(jié)劑，鑄型無需干燥，應(yīng)用現(xiàn)代造型機(jī)械可低成本高效率獲得優(yōu)質(zhì)鑄型成批、大量生產(chǎn)

11、的中小鑄件自 硬型鑄型無需烘干，經(jīng)度高，鑄件精度高，表面光潔。水玻璃自硬砂成本低，無污染，但潰散性較差；樹脂自硬砂潰散性好，但造型成本較高，對(duì)環(huán)境有污染單件小批生產(chǎn)的大中型鑄件熱 硬(樹脂砂)芯加熱硬化成形，硬化速度快，強(qiáng)度高，鑄件尺寸精度高，表面光潔，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，生產(chǎn)率高，但對(duì)環(huán)境有污染大批生產(chǎn)的砂芯冷 硬(樹脂砂)芯在催化劑作用下，常溫硬化成形，硬件速度快，強(qiáng)度高，鑄件尺寸精度高，表面光潔，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，節(jié)能，但對(duì)環(huán)境有污染大批生產(chǎn)的砂芯無( 少 )粘 結(jié)劑 砂型不用或少用粘結(jié)劑，鑄件尺寸精度高，表面光潔，勞動(dòng)強(qiáng)度低， 節(jié)省砂處理設(shè)備， 真空密封處理設(shè)備，真空密封砂型澆注

12、時(shí)，金屬流動(dòng)性好，但難以實(shí)現(xiàn)全部機(jī)械化，生產(chǎn)率較低真空密封砂型適用于生產(chǎn)大型薄壁扁平鑄件和形狀簡(jiǎn)單鑄件一、砂型鑄造的特點(diǎn)：一、砂型鑄造的特點(diǎn)： 可以制造形狀復(fù)雜的毛坯或零件； 加工余量小，金屬利用率高； 適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用面廣，用于制造常用金屬及合金的鑄鐵件； 鑄件的成本低； 鑄件的晶粒比較粗大，組織疏松，常存在氣孔、夾渣等鑄造 缺陷，機(jī)械性能比鍛件差； 鑄造生產(chǎn)工序多，鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定，廢品率較高； 鑄件表面較粗糙，多用于制造毛坯。二、造型方法對(duì)鑄造工藝的影響二、造型方法對(duì)鑄造工藝的影響 以手工操作為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，鑄件缺陷 率較高； 適用于重型鑄件和形狀復(fù)雜鑄件的單件、小批量生產(chǎn)

13、。 生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)條件得到改善； 精度比手工造型鑄件高； 設(shè)備投資較大，適于形狀不太復(fù)雜但生產(chǎn)批量較大的鑄件 的生產(chǎn)。2機(jī)器造型機(jī)器造型1手工造型手工造型機(jī)器造型的各種方法對(duì)比種 類主 要 特 點(diǎn)適 用 范 圍壓實(shí)式用較低的比壓壓實(shí)鑄型。機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪音較小，生產(chǎn)率較高用于成批生產(chǎn)的小鑄件震實(shí)式靠造型機(jī)的震擊來緊實(shí)鑄型。機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低。但噪音大，生產(chǎn)率低，對(duì)廠房基礎(chǔ)要求高，勞動(dòng)繁重用于成批生產(chǎn)的中、小鑄件震壓式在震擊后加壓，緊實(shí)鑄型。機(jī)器的制造成本較低，生產(chǎn)率較高，噪音大。型砂緊實(shí)度較均勻，能量消耗少用于成批生產(chǎn)的小鑄件拋砂造型用拋砂方法填實(shí)和緊實(shí)鑄型。機(jī)器的制造成本較低，生產(chǎn)率

14、較高，能量消耗少，型砂緊實(shí)度較均勻用于成批生產(chǎn)的大型鑄件微震壓實(shí)式在微震的同時(shí)加壓緊實(shí)鑄型。生產(chǎn)率較高，機(jī)器較易損壞用于成批生產(chǎn)中、小鑄件高壓造型用較高的比壓來壓實(shí)鑄型。生產(chǎn)率高，鑄件尺寸準(zhǔn)確，易于自動(dòng)化。但機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高用于大批生產(chǎn)中、小鑄件射壓式用射砂填實(shí)砂箱，再用高比壓壓實(shí)鑄型，生產(chǎn)率高，易于自動(dòng)化，型砂緊實(shí)度高而均勻用于大批生產(chǎn)中、小鑄件三、砂型鑄造的工藝分析三、砂型鑄造的工藝分析1澆注位置的確定原則澆注位置的確定原則 鑄件的重要加工面、基準(zhǔn)面和耐磨面應(yīng)朝下； 體收縮大的合金鑄件，應(yīng)盡量使需要補(bǔ)縮的部位朝上，便于設(shè) 置明冒口，防止產(chǎn)生縮孔； 鑄件最寬大的平面應(yīng)朝下或位于側(cè)面，

15、防止大平面產(chǎn)生夾砂、 氣孔； 盡量減少型芯個(gè)數(shù)，并使型芯在鑄型中安放穩(wěn)固。2分型面的確定原則分型面的確定原則 分型面應(yīng)選在鑄件最大截面處； 盡量減少分型面數(shù)量，最好只用一個(gè)分型面； 盡量使鑄件的主要加工面和加工基準(zhǔn)面在同一個(gè)砂箱內(nèi)； 應(yīng)使型腔和主要型芯位于下箱； 盡量選擇平直面為分型面。3型芯和活塊的應(yīng)用型芯和活塊的應(yīng)用 手工造型時(shí)，合理采用型芯、活塊，可減少分型面數(shù)（由 三箱造型改為兩箱造型）； 機(jī)器造型時(shí)，則應(yīng)盡量少用型芯，不用活塊。 通過選擇適當(dāng)?shù)臐沧⑽恢煤头中兔?，減少型芯和活塊的使用； 型芯頭應(yīng)安放穩(wěn)固4工藝參數(shù)的確定工藝參數(shù)的確定 機(jī)械加工余量 鑄件上的加工面為進(jìn)行機(jī)械加工而增大的尺

16、寸部分。 鑄鐵件直徑30mm，鑄鋼件上直徑501201202602605005008008001250120頂面底面、側(cè)面3.54.52.53.54.04.53.03.5120260頂面底面、側(cè)面4.05.03.04.04.55.03.54.05.05.54.04.5260500頂面底面、側(cè)面4.56.03.54.55.06.04.04.56.07.04.55.06.57.05.06.0500800頂面底面、側(cè)面5.07.04.05.06.07.04.55.06.57.04.55.07.08.05.06.07.59.05.57.08001250頂面底面、側(cè)面6.07.04.05.57.07.55.05.57.08.05.06.07.58.05.56.08.09.05.57.08.510.06.57.5 拔模斜度（鑄造斜度） 鑄件垂直于分型面的不加工表面應(yīng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)斜度；鑄件上垂直于分型面上的加工表面，在制模時(shí)應(yīng)考慮0.53的拔模斜度。 鑄造圓角 鑄造圓角可防止鑄件轉(zhuǎn)角處粘砂或由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。 根據(jù)鑄造合金的流動(dòng)性和鑄型的特性，確定鑄件的最小壁厚和孔徑及溝槽。 鑄件的最小壁厚和孔徑及溝槽 收縮余量 為保證鑄件尺寸，制作模樣時(shí)應(yīng)放大一定尺寸（相當(dāng)于合金的線收縮部分）。 灰口鑄鐵的線收縮率為0.71%，鑄鋼的為1.52%，有色