材料成形工藝1

個人簡介李偉重慶大學材料科學與工程專業(yè)博士，主要從事鎂合金加工及鎂合金生物材料研究，現(xiàn)在貴州大學材料學院材料科學與工程系。

聯(lián)系方式E-mail：liweiem@163.com

Tel程目的與任務了解和掌握材料的各種成形工藝及其特點掌握各成形工藝方案確定原則能進行簡單的工藝分析、工藝方案確定及模具設計

金屬焊接成形工藝（6學時）金屬塑性成形工藝（12學時）金屬鑄造成形工藝（10學時）課程主要內容緒論材料成形工藝金屬鑄造成形（鑄）金屬塑性成形（鍛）金屬焊接成形（焊）高分子成形（注塑）特點在熱態(tài)下模壓成形

材料利用率高

產品性能好

產品尺寸規(guī)格一致

勞動生產率高

尺寸精度低，表面精糙度高

特點

緒論分類

材料成形

緒論實例

板料成形Sheet-MetalFormingProcesses緒論鑄造Casting焊接Welding實例

緒論非金屬材料成形鍛造Forging實例

緒論實例

發(fā)展趨勢

緒論精密成形工藝復合成形工藝材料成形過程的計算機數(shù)值模擬（CAE）模具、模型及工裝的計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）第一篇液態(tài)金屬鑄造成形概述

中國古代三大鑄造技術：泥范鑄造、鐵范鑄造、熔模鑄造司母戊鼎，1939年安陽武官村出土，高133厘米，重833千克，是中國目前發(fā)現(xiàn)最重的青銅器。四羊方尊，1938年出土于湖南寧鄉(xiāng)，重34.5公斤，被認為是中國古代泥范鑄制的巔峰之作。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形三峽右岸70萬千瓦水輪機轉輪制造成功2萬噸級船用螺旋槳概述

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形液態(tài)金屬充型鑄件凝固收縮鑄造成形的基本過程：實質：液態(tài)金屬（或合金）充填鑄型型腔并在其中凝固和冷卻。

注意兩個過程：充填型腔——可能出現(xiàn)澆不足、卷氣、夾雜等缺陷

凝固冷卻——可能出現(xiàn)縮孔、縮松等缺陷

概述

液態(tài)金屬成形：即鑄造（casting），是將液態(tài)金屬借助外力充填到型腔中，使其凝固冷卻而獲得所需形狀和尺寸的毛坯或零件的工藝。

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形概述

其主要工序如下圖所示：零件技術要求原材料造型熔化控制調整成分澆注凝固出模清理、檢驗等第一篇液態(tài)金屬鑄造成形概述

鑄造成形的特點：可以生產出形狀復雜的零件，特別是具有復雜內腔的零件適應性廣成本低鑄件的尺寸和形狀與零件非常接近，可以減少切削加工量缺點：工序多，質量不易控制，鑄件內部組織缺陷多，力學性能低?！?.1液態(tài)金屬充型能力§1.2鑄件的凝固與收縮§1.3鑄件的氣孔§1.4鑄件中的偏析§1.5鑄件中的常見缺陷第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.鑄造成形工藝基礎——本章要點第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.1.1液態(tài)金屬的充型能力

液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整，輪廓清晰鑄件的能力，稱為液態(tài)合金的充型能力。影響充型能力的因素金屬的流動性澆注條件鑄型填充能力充型能力不強，則易產生澆不足、冷隔等現(xiàn)象。1.1鑄造成形工藝基礎——液態(tài)金屬充型能力1.1.2金屬流動性(fluidity)

流動性好：充型能力強，有利于氣體和非金屬夾雜物上浮和對鑄件進行補縮。流動性不好：不能充滿型腔，不能形成符合要求的優(yōu)質鑄件。流動性測定：

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.1鑄造成形工藝基礎——液態(tài)金屬充型能力在相同的澆注工藝條件下，將金屬液澆入鑄型中，測出其實際螺旋線長度愈長，金屬的流動性愈好合金的流動性主要取決于它本身的化學成分第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.1鑄造成形工藝基礎——液態(tài)金屬充型能力a）在恒溫下凝固b）在一定溫度范圍內凝固PbSb20406080204060800流動性（cm）100200300溫度（℃）0

純金屬和共晶成分的合金，在恒溫下進行結晶，固液界面較光滑，對液態(tài)合金的流動阻力小，且共晶成分合金的凝固溫度最低，推遲了合金的凝固時間，故流動性最好；

其它成分的合金是在一定溫度范圍內結晶的，由于初生樹枝狀晶體，固液界面粗糙，合金的流動阻力加大，合金的流動性大大下降。

合金的結晶溫度區(qū)間越寬，粘度越大，結晶潛熱越小，流動性越差。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.1鑄造成形工藝基礎——液態(tài)金屬充型能力鑄鐵鑄鋼1.1.3澆注條件（pouring）澆注溫度澆注溫度越高，充型能力越好。但溫度過高。會出現(xiàn)粘砂（sandadherence）、縮孔（shrinkagecavity）、氣孔（blowhole）、粗晶（graincoarsening）等鑄造缺陷。充型壓力壓力越大，充型能力越好。澆注系統(tǒng)

澆注系統(tǒng)的結構越復雜，則流動阻力越大，充型能力越差。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.1鑄造成形工藝基礎——液態(tài)金屬充型能力1.1.4鑄型填充條件:鑄型的蓄熱能力散熱越快的鑄型，充型能力越差。鑄型溫度金屬型鑄造和熔模鑄造時，鑄型溫度越高，充型能力越好。鑄型中氣體鑄型中的氣體壓力增大，液態(tài)合金的流動困難，充型能力差。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.1鑄造成形工藝基礎——液態(tài)金屬充型能力1.2.1鑄件的凝固方式逐層凝固

純金屬或共晶成分合金凝固過程中不存在液、固并存現(xiàn)象，液固界限清楚分開，稱為逐層凝固。糊狀凝固中間凝固

大多數(shù)合金的凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間，稱為中間凝固方式。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.2鑄造成形工藝基礎——鑄件的凝固與收縮結晶溫度范圍很寬的合金，從鑄件的表面至心部都是固液兩相混存。球墨鑄鐵、高碳鋼都是糊狀凝固的合金。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.2鑄造成形工藝基礎——鑄件的凝固與收縮影響鑄件凝固方式的因素：合金的結晶溫度

結晶溫度范圍越小，凝固區(qū)域愈窄，愈傾向于逐層凝固。鑄件的溫度梯度合金結晶溫度范圍已定時，溫度梯度越大，糊狀凝固區(qū)越小?！辖鸬男再|—鑄型的蓄熱能力—澆注溫度1.2.2鑄件的收縮第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.2鑄造成形工藝基礎——鑄件的凝固與收縮合金的收縮：

鑄件在凝固和冷卻過程中，其體積或尺寸減少的現(xiàn)象稱為收縮。

①液態(tài)收縮（體收縮率）澆注溫度—液相線②凝固收縮（體收縮率）液相線—固相線③固態(tài)收縮（線收縮率）固相線—室溫縮孔縮松應力，變形，裂紋成分(%)

T

①②③第一篇液態(tài)金屬鑄造成形

影響鑄件收縮的主要因素：化學成分：鑄鋼和白口鑄鐵收縮率大，灰鑄鐵、球鐵??；澆注溫度：T↑→收縮率大；鑄件結構：壁厚不均勻→收縮受阻→收縮率?。昏T型條件：鑄型、型芯阻礙收縮→收縮率小1.2鑄造成形工藝基礎——鑄件的凝固與收縮1.2.3收縮導致的鑄件缺陷

（1）縮孔金屬液在鑄模中冷卻和凝固時，在鑄件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容積較大的孔洞。產生原因：先凝固區(qū)域堵住液體流動的通道，后凝固區(qū)域收縮所縮減的容積得不到補充。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.2鑄造成形工藝基礎——鑄件的凝固與收縮（2）縮松第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.2鑄造成形工藝基礎——鑄件的凝固與收縮

金屬液在鑄模中冷卻和凝固時，在鑄件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的內表面光滑近似球狀的小孔洞。產生原因：凝固過程中有較寬的糊狀凝固兩相并存的區(qū)域時，隨著樹枝晶長大，該區(qū)域被分割成許多孤立的小熔池，各部分熔池內剩余液態(tài)合金的收縮得不到補充，最后形成了形狀不一的分散性孔洞即縮松?？s松還可能由凝固時被截留在鑄件內的氣體無法排除所致。

防止縮孔縮松措施：合理設計冒口和安放冷鐵，實現(xiàn)順序凝固第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.2鑄造成形工藝基礎——鑄件的凝固與收縮順序凝固原則（定向凝固）：在鑄件上可能出現(xiàn)縮孔的厚大部位通過安放冒口等工藝措施，使鑄件上遠離冒口的部位先凝固，爾后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。(3)變形和裂紋

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.2鑄造成形工藝基礎——鑄件的凝固與收縮鑄件凝固冷卻過程中，若收縮受阻，則在鑄件內會產生鑄造應力，它是鑄件產生變形和裂紋的基本原因。當鑄造應力超過鑄件材料的屈服極限時，產生的翹曲變形。當鑄造應力超過材料的強度極限時，鑄件會產生裂紋，裂紋有熱裂紋和冷裂紋兩種。鑄造應力相變應力熱應力機械應力鑄件收縮受到機械阻礙鑄件因V冷卻、壁厚、溫度不同，各部位收縮不一致產生鑄件組織發(fā)生相變時，因溫度差異出現(xiàn)體積變化不一致第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.2鑄造成形工藝基礎——鑄件的凝固與收縮冷裂熱裂第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.2鑄造成形工藝基礎——鑄件的凝固與收縮防止變形和裂紋措施：

以有利于釋放鑄造應力為原則合理設置澆冒口，緩慢冷卻，以減小鑄件各部分溫差；采用退讓性好的型芯砂。鑄件形狀設計要求簡單、對稱和厚薄均勻；采用同時凝固的工藝盡量選用線收縮率小、彈性模量小的合金。若鑄件已存在殘余應力，可采用人工時效、自然時效或振動時效等方法消除。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.2鑄造成形工藝基礎——鑄件的凝固與收縮同時凝固原則：盡量減少鑄件各處的溫度差，使鑄件不同壁厚各處在同一時間內凝固。澆口開在薄壁處，在厚壁處安放冷鐵，力求使鑄件各處同時冷卻。與順序凝固有什么區(qū)別？第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.3鑄造成形工藝基礎——鑄件的氣孔液態(tài)金屬在熔煉和澆注時能夠吸收周圍氣體的能力稱為吸氣性。氣孔是鑄件中最常見的缺陷。氣體來源：

析出性氣孔

溶入金屬液的氣體在鑄件冷凝過程中解度下降，氣體析出并留在鑄件內形成的氣孔稱為析出性氣孔。侵入性氣孔

造型材料中的氣體侵入金屬液內所形成的氣孔。反應性氣孔金屬液與鑄型之間發(fā)生化學反應所產生的氣孔。

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形析出性氣孔特征：裸眼可見的小圓孔，分布面大，熱節(jié)處密集，多見于鋁合金和鑄鋼件。防止：清理爐料油污，烘干爐料，真空熔煉，除氣處理等。

1.3鑄造成形工藝基礎——鑄件的氣孔侵入性氣孔特征：體積較大，圓形或橢圓形，分布在鑄件表面。防止：控制型砂中的含水量，提高鑄型排氣能力等。反應性氣孔特征：多見于黑色金屬鑄件，分布在表皮下面，又稱皮下氣孔。防止：

型腔表面噴涂料，烘干爐料，減少型砂水分。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.4鑄造成形工藝基礎——鑄件中的偏析鑄件內部化學成份不均勻的現(xiàn)象，稱為偏析。偏析類型：晶內偏析—結晶溫度寬的合金易產生晶內偏析晶界偏析—合金中各成份因熔點的不同，引起不同時凝固。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形晶粒相碰形成的晶界偏析晶粒平行生長形成的晶界偏析1.4鑄造成形工藝基礎——鑄件中的偏析常見鑄造缺陷的特征及產生的原因第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.5鑄造成形工藝基礎——鑄件中的常見缺陷名稱特征主要原因砂眼鑄件內部或表面有充滿砂粒的孔眼1、型砂強度不夠或局部沒舂緊2、型腔、澆口內散砂未吹干凈3、合箱時砂型局部擠壞，掉砂4、澆注系統(tǒng)不合理，沖壞砂型冷隔鑄件上有未完全融合的縫隙，接頭處邊緣圓滑。1、澆注溫度過低2、澆注速度太慢3、澆口位置不當或澆口太小粘砂鑄件的部分或整個表面粘附著一層金屬和砂粒的機械混和物，多發(fā)生在鑄件厚壁和熱節(jié)處。1、未刷涂料或涂料太薄2、澆注溫度過高3、型砂耐火隆不夠。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1.5鑄造成形工藝基礎——鑄件中的常見缺陷名稱特征主要原因夾砂鑄件表面上有凸起的金屬片狀物，表面粗糙，邊角銳利，有小部分與鑄件本體相連。1、型砂強度太低2、澆注溫度過高3、內澆口過于集中，使局部型砂烘烤厲害。裂紋

1．熱裂：斷面嚴重氧化，無金屬光澤，斷口沿晶界產生和發(fā)展，外形曲折而不規(guī)則的裂紋。

2．冷裂：穿過晶體而不沿晶界斷裂，斷口有金屬光澤或有輕微氧化色。1、鑄件設計不合理，壁厚差別太大2、砂型（芯）退讓性差阻礙鑄件收縮3、澆注系統(tǒng)不當，使鑄件各部分冷卻收縮不均勻，造成過大的內應力§2.1概述§2.2造型（芯）方法§2.3粘土濕型§2.4鈉水玻璃砂§2.5樹脂砂型（芯）§2.6烘干合箱、澆注及落砂清理第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.砂型鑄造（SandCasting）——本章要點砂型鑄造——使用型砂構成鑄型并進行澆注的方法，通常指在重力作用下的砂型鑄造過程。

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.1砂型鑄造——概述砂型鑄造的工藝過程：零件圖鑄造工藝圖鑄型芯型芯盒

芯砂型砂模型熔化合箱落砂、清理檢驗鑄件第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.1砂型鑄造——概述砂型鑄造動畫演示2.1砂型鑄造——概述第一篇液態(tài)金屬鑄造成形基本術語型砂——將原砂或再生砂+粘結劑+其它附加物等所混制成的混合物。鑄型——用型砂、金屬或其他耐火材料制成；包括形成鑄件形狀的空腔、型芯和澆冒系統(tǒng)的組合整體。型腔——鑄型中造型材料所包圍的空腔部分。模樣——由木材、金屬或其他材料制成，用來形成鑄型型腔的工藝裝備。砂芯——為獲得鑄件的內孔或局部外形，用芯砂或其他材料制成的，安放在型腔內部的鑄型組元。芯盒——制造砂芯或其他耐火材料所用的裝備。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.1砂型鑄造——概述砂型鑄造的優(yōu)缺點：不受零件形狀、大小、復雜程度及合金種類的限制；造型材料來源廣，生產準備周期短，成本低。勞動條件較差；鑄件外觀質量欠佳；鑄型只能使用一次，生產率低。

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.1砂型鑄造——概述型（芯）砂的組成：石英砂+粘土+水+附加物型（芯）砂的性能：強度、透氣性、耐火性、退讓性砂型制造方法分類：造型芯方法機械化程度粘結機理手工造型（芯）機器造型（芯）機械粘結化學粘結物理粘結造型——用型砂及模樣等工藝裝備制造鑄型的過程，造型時用模樣形成鑄型的型腔，用型腔形成鑄件的外部輪廓。造型方法：手工造型和機器造型兩大類手工造型：操作靈活，適應范圍廣；但勞動強度大，生產率低，鑄件質量不易穩(wěn)定，主要用于單件、小批量生產。機器造型：

用機器完成全部或部分造型工序，機器造型生產率高，質量穩(wěn)定，勞動強度低，但設備和工藝裝備費用較高，生產準備時間長，主要用于大批量生產。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法2.2.1手工造型第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法按砂箱特征兩箱造型三箱造型地坑造型脫箱造型第一篇液態(tài)金屬鑄造成形按模型特征整模造型分模造型挖砂造型活塊造型刮板造型假箱造型2.2砂型鑄造——造型（芯）方法第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法（1）整模造型特點——模樣是整體的，分型面為平面，鑄型型腔全部在一個砂箱內，造型簡單，鑄件不會產生錯箱缺陷。應用范圍——鑄件最大截面在一端，且為平面。整模第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法動畫一：整模造型模擬第一篇液態(tài)金屬鑄造成形（2）分模造型2.2砂型鑄造——造型（芯）方法特點——模樣沿最大截面分為兩半，型腔位于上、下兩個砂箱內。造型方便，但制作模樣較麻煩。應用范圍——最大截面在中部，一般為對稱性鑄件。上模下模動畫二：分模造型模擬第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法（3）挖沙造型特點——模樣為整體模，造型時需挖去阻礙起模的型砂，故分型面是曲面。造型麻煩，生產率低。應用范圍——用于分型面不是平面的單件、小批生產鑄件。下模挖沙第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法動畫三：挖砂造型模擬第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法（4）假箱造型用砂做成的假箱模樣特點——先預制好一半型，其上放置模樣，用其造下型，然后在此下型上再造上型。開始預制的半型不用來澆注，故稱假箱。比挖砂造型操作簡單，且分型面整齊。應用范圍——適用于成批生產中需要挖砂的鑄件。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法動畫四：假箱造型模擬第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法（5）活塊造型特點——先預制好一半型，其上放置模樣，用其造下型，然后在此下型上再造上型。開始預制的半型不用來澆注，故稱假箱。比挖砂造型操作簡單，且分型面整齊。應用范圍——主要用于單件、小批生產帶有突出部分、難以起模的鑄件。

活塊第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法動畫五：活塊造型模擬第一篇液態(tài)金屬鑄造成形（6）刮板造型特點——用刮板代替實體模樣造型，它可降低模樣成本，節(jié)約木材，縮短生產周期。但生產率低，工人技術水平要求高。應用范圍——主要用于有等載面或回轉體的大、中型鑄件的單件、小批生產，如帶輪、鑄管、彎頭等。2.2砂型鑄造——造型（芯）方法刮板木樁第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法動畫六：刮板造型模擬第一篇液態(tài)金屬鑄造成形（7）三箱造型特點——鑄件兩端截面尺寸比中間部分大，采用兩箱無法起模，將鑄型放在三個砂箱中，組合而成。三箱造型的關鍵是選配合適的中箱。造型復雜，易錯箱，生產率低。應用范圍——單件小批生產具有兩個分型面的鑄件。2.2砂型鑄造——造型（芯）方法中型上型下型第一篇液態(tài)金屬鑄造成形動畫七：三箱造型模擬2.2砂型鑄造——造型（芯）方法第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法2.2.2機器造型填砂、緊實、起模等操作由機器來完成。

機器緊實方法震壓緊實拋砂緊實射砂緊實氣流沖擊緊實高壓緊實第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法填砂

輔助壓實震擊緊砂

起模（1）震壓緊實第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法（2）拋砂緊實連續(xù)地將傳送帶運來的型砂在機頭內初步緊實，并在離心力的作用下，型砂呈團狀被高速（30－60m/s）拋到砂箱中，使型砂逐層地緊實。

拋砂緊實同時完成填砂與緊實兩個工序，生產效率高、型砂緊實密度均勻。拋砂機適應性強，可用于任何批量的大、中型鑄型或大型芯的生產。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形（3）射砂緊實2.2砂型鑄造——造型（芯）方法特點：利用壓縮空氣將型砂從砂筒中射入芯盒并緊實。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法（4）高壓緊實特點：壓實比可達到0.7MPa（中低壓只有0.4MPa），砂型硬度、緊實度和強度高。優(yōu)點：鑄件尺寸準確，加工余量小，表面光潔，鑄件質量較好。工藝簡單，生產率高，勞動強度低，適應性強。2.2砂型鑄造——造型（芯）方法第一篇液態(tài)金屬鑄造成形（5）氣流沖擊緊實特點：0.4-0.6MPa的壓縮空氣以均勻氣流沖擊型砂表面，使其緊實。優(yōu)點：砂型緊實度均勻，型砂硬度高，鑄件精度和光潔度較高。造型機簡單，生產率高，型砂充填性好，適應性強。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法2.2.3造芯型芯用來獲得鑄件的內腔，有時也可作為鑄件難以起模部分的局部鑄型。

制造型芯的過程稱為造芯，分為手工造芯和機器造芯。與型砂相比，芯砂必須具有更高的強度、耐火性、透氣性、退讓性和潰散性。手工造芯時，主要采用芯盒造芯，它可以造出形狀比較復雜的型芯。單件、小批生產大中型回轉體型芯時，可采用刮板造芯。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形1－型芯，2－芯盒，3－定位銷，4－夾鉗2.2砂型鑄造——造型（芯）方法（1）手工造芯第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法震實——類似于震實造型，利用震動動能，使芯盒內的芯砂緊實。一般芯盒上表面需要手工補加緊實，并刮去多余芯砂；擠芯——利用柱塞式或螺旋式擠芯機擠制砂芯，只能制造斷面形狀規(guī)則，簡單直棒砂芯。射芯——利用壓縮空氣將芯砂從砂筒中射入芯盒并緊實。吹芯——利用壓縮空氣將芯砂吹入芯盒并緊實。（2）機器造芯第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.2砂型鑄造——造型（芯）方法擠芯示意圖射芯緊實示意圖1-砂斗,2-射砂筒,3-芯盒,4-壓縮空氣入口2.3.1濕型特點：生產靈活性大，適用面廣。生產效率高，生產周期短，便于流水線生產，可實現(xiàn)機械化及自動化。原材料成本低，來源廣。節(jié)省能源、烘干設備和車間生產場地面積，砂箱壽命長。缺點：操作不當，易產生一些鑄造缺陷：夾砂結疤，鼠尾，砂眼，脹砂，粘砂等。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.3砂型鑄造——粘土濕型

2.3.2主要原材料第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.3砂型鑄造——粘土濕型

粘土濕型的配方為：原砂（或舊砂）100，粘土（膨潤土）1～5％，煤粉少于8％，水少于6％，以及其它附加物。粘土的粘結機理：粘土在水中形成的粘土—水體系是膠體，帶負電的粘土顆粒將極性水分子吸引在自己的周圍，形成膠團的水化膜，依靠粘土顆粒間的公共水化膜，通過其中的水化陽離子所起的“橋”或鍵的作用，使粘土顆粒相互結合起來。粘土和水量比例適宜時，才能獲得最佳的濕態(tài)粘結力。一般說來，粘土顆粒所帶電荷愈多或粘土顆粒愈細小，比表面積愈大，則濕粘結力愈大。粘土顆粒與砂粒之間的粘結：砂粒因自然破碎及其在混碾過程中產生新的破碎面而帶微弱負電，也能使極性水分子在其周圍規(guī)則地定向排列。這樣，粘土顆粒與砂粒之間的公共水化膜，通過其中水化陽離子的“橋’’或鍵的作用，使粘土砂獲得濕態(tài)強度。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.3砂型鑄造——粘土濕型

原料石英砂非石英質砂煤粉膨潤土主要成分為二氧化硅（SiO2）和少量的雜質（Na,k,Ca,Fe等氧化物）。高熔點，高硬度，熱膨脹系數(shù)大（573℃突然膨脹），熱擴散率低，易與鐵的氧化物反應。

橄欖石砂、鋯砂、鉻鐵礦砂、石灰石砂、鎂砂、剛玉砂。耐火度、熱導率、熱擴散率和蓄熱系數(shù)較高，熱膨脹系數(shù)低而且膨脹均勻，與金屬氧化物的反應能力低，但價格高。膨潤土是濕型砂的主要粘結劑，由蒙脫石礦物組成的，被水濕潤后具有粘結性和可塑性；烘干后硬結，加水后又能恢復粘結性和可塑性。有鈉膨潤土和鈣膨潤土?；罨岣哒辰Y性和可塑性Ca++基蒙脫石+Na2CO3Na++基蒙脫石+CaCO3煤粉的作用是利用煤在高溫的分解及分解后包裹在沙粒表面的炭膜來防止鑄鐵件產生夾砂和粘砂，提高型砂的潰散性。要控制煤粉的揮發(fā)物。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.3砂型鑄造——粘土濕型

2.3.3緊實工藝型(芯)砂緊實度緊實度越大，鑄型強度越大，透氣性越差。緊實度高，蓄熱系數(shù)也高，加快了金屬的冷卻速度，鑄件組織更為致密，力學性能有所提高，鑄件尺寸精確，光潔度高。要求鑄型緊實度高且均勻。

緊實工藝主要有震擊緊實、震壓緊實、壓實、微震壓實和高壓緊實，氣流沖擊緊實等。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.4砂型鑄造——鈉水玻璃砂型

2.4.1鈉水玻璃砂型特點型砂流動性好，易于緊實，勞動強度低硬化快，強度較高，簡化造型工藝，縮短生產周期，提高生產率。型、芯尺寸精度高可取消或縮短烘烤時間，降低能耗。缺點：潰散性差，表面易粉化，澆注鑄鐵件易粘砂，抗吸濕性差，舊砂回用困難。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.4砂型鑄造——鈉水玻璃砂型

2.4.2鈉水玻璃粘結劑

鑄造生產中應用最廣泛的無機化學粘結劑是鈉水玻璃，其次為鉀水玻璃，鋰水玻璃、鉀鈉水玻璃、季銨鹽水玻璃等。鈉水玻璃——Na20·mSi02·nH20，干態(tài)時為白色或灰白色團塊或粉末，溶于水時為無色粘稠液體，pH值在11-13。模數(shù)

M——模數(shù)越高，硬化速度也越快，達到最高強度的時間也越短。但過高的模數(shù)，將使芯(型)砂的保存性差，不適于造型和造芯，通常在2-4.

密度、含固量和粘度：密度低，水的質量分數(shù)高，含固量少，不宜用作型(芯)砂粘結劑；反之，密度過大，粘稠，不利與砂子混合。通常采用密度為1.32-1.68g／cm3

2.4.3鈉水玻璃砂的硬化機理第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.4砂型鑄造——鈉水玻璃砂型

鈉水玻璃實際是部分電離的聚硅酸負離子和鈉離子在水中的分散體系。不同硅酸鹽負離子的平衡是錯綜復雜的，它取決于pH值、模數(shù)和溫度，在特定反應過程中達到平衡。固化階段：水玻璃具有一個濃度—模數(shù)相結合的臨界值,超過臨界值的水玻璃便開始凝膠化,粘度急劇升高而失去流動性,并趨向固化。物理固化：單純依靠失水而超越臨界值固化；化學固化：依靠失水和升高模數(shù)而超越臨界值的固化。強化階段：固化的水玻璃依賴水分的揮發(fā)而逐漸增強的階段。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.4砂型鑄造——鈉水玻璃砂型

2.4.4硬化方法（1）物理硬化

凡是能去除鈉水玻璃中水分的方法，如加熱烘干、吹熱空氣或干燥的壓縮空氣、真空脫水、微波照射以及加入產生放熱反應的化合物等都可使鈉水玻璃硬化。（2）化學硬化

鈉水玻璃在pH值大于10以上很穩(wěn)定，加入適量酸性或具有潛在酸性的物質時，其pH值降低，穩(wěn)定性下降，使水解和縮聚過程加速進行。

A：吹C02硬化

硬化機理：

①失水CO2是一種脫水能力相當強的氣體，從砂粒周圍流過，CO2與粘結劑接觸面積大，使鈉水玻璃部分失水。②化學反應CO2與鈉水玻璃中的水作用形成碳酸，從而使表層鈉水玻璃的pH值不斷降低，并達到迅速硬化。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.4砂型鑄造——鈉水玻璃砂型

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.4砂型鑄造——鈉水玻璃砂型

插管法吹CO2：第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.4砂型鑄造——鈉水玻璃砂型

蓋罩法吹CO2：（a）硬化砂型（b）硬化砂芯（C）硬化掏空型芯第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.4砂型鑄造——鈉水玻璃砂型

B：有機酯液態(tài)硬化劑

硬化機理：

酯在鈉水玻璃中進行水解生成有機酸和醇，有機酸提供氫離子，其反應式：RCOOR’+H2ORCOOH+R’OH（提供H+和RCOO-）RCOO-+Na+

RCOONa（脂肪酸鈉）H++OH-H2O有利于酯進一步水解和析出硅酸溶液，促使向生成大的凝聚硅酸分子移動，形成凝膠，導致硬化。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.4砂型鑄造——鈉水玻璃砂型

混合料配比：

典型的有機酯硬化水玻璃砂配方：

100%原砂+3%水玻璃（M=2.2-2.8）+0.3%有機酯（快、中、慢硬化）型砂性能及影響因素：潰散性較普通吹CO2大為改善，其影響因素主要有：水玻璃的模數(shù)、濃度、加入量，原砂的質量，環(huán)境溫度和濕度，混砂工藝，澆注溫度等砂型（芯）在真空室內經(jīng)真空脫水后再進行吹CO2硬化主要特點：水玻璃量少顯著改善砂型潰散性提高鑄件質量降低造型材料費用缺點：設備投資大，適應性較差。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.4砂型鑄造——鈉水玻璃砂型

C：真空置換硬化（VRH）-CO2法

鑄造用人工合成樹脂通常用熱塑性樹脂，主要有酚醛樹脂和呋喃樹脂。使用時另加一定量的化學固化劑樹脂砂型按制型工藝和硬化方法分為：殼法樹脂砂熱芯盒樹脂砂冷芯盒樹脂砂第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.5砂型鑄造——樹脂砂型（芯）

2.5.1殼法造型（芯）2.5砂型鑄造——樹脂砂型（芯）

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形覆膜砂——在造型前，砂粒表面上已覆有一層固態(tài)樹脂膜的型砂、芯。覆膜砂組成：骨料：天然硅砂，耐火度高，揮發(fā)物少，顆粒圓整，強度高粘結劑：普遍采用線性熱塑性酚醛樹脂固化劑：使酚醛樹脂由線型轉為體型結構，常用六亞甲基四胺潤滑劑：防止結塊，砂型表面致密，改善脫模性，常用硬脂酸鈣添加劑：改善覆膜砂的性能，有耐高溫、易潰散、增強增韌等添加劑常見配方：

100%原砂（或舊砂）+1%-3%樹脂+10%-15%烏洛托品+5%-7%硬脂酸鈣+適量附加物覆膜砂混制工藝：冷法覆膜溫法覆膜熱法覆膜——將原砂加熱到一定溫度，然后分別與樹脂、烏洛托品、硬脂酸鈣混合攪拌，經(jīng)冷卻、破碎、篩分第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.5砂型鑄造——樹脂砂型（芯）

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.5砂型鑄造——樹脂砂型（芯）

（1）翻斗法制殼型預熱250℃-300℃結殼15-50s烘烤30-90s第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.5砂型鑄造——樹脂砂型（芯）

（2）頂吹法和底吹法制殼芯

吹沙壓力0.1-0.35MPa，時間2-6s吹沙壓力0.4-0.5MPa，時間15-35s殼法造型特點具有適宜的強度性能流動性好，砂芯成形性好，輪廓清晰，能造復雜的砂芯砂芯表面質量好，精度和光潔度好潰散性好砂芯不易吸潮，有利于存儲、運輸?shù)谝黄簯B(tài)金屬鑄造成形2.5砂型鑄造——樹脂砂型（芯）

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.5砂型鑄造——樹脂砂型（芯）

用液態(tài)熱固性樹脂粘結劑和催化劑配成的芯砂，吹射入加熱到一定溫度（熱芯盒180-250℃，溫芯盒低于175℃；）的芯盒內，貼近芯盒表面的砂芯受熱，其粘結劑在很短時間內即縮聚而凝化。砂芯表層有數(shù)毫米厚結成硬殼即可自芯盒中取出，中心部分的砂芯利用余熱和硬化反應放出的熱量即可自行硬化。與殼法相比：生產率高，價格低，設備簡單，但表面質量差。2.5.2熱（溫）芯盒造型（芯）射砂頭芯盒熱芯盒常用粘結劑呋喃樹脂①糠醇改性的液態(tài)脲醛樹脂－脲呋喃樹脂，如呋喃Ⅰ型②糠醇改性的液態(tài)酚醛樹脂－酚呋喃樹脂，如呋喃Ⅱ型③脲－酚呋喃共聚物。脲醛改善了硬化性能，常用于鑄鐵和鑄鋼件。酚醛樹脂

①熱塑性酚醛樹脂＋烏洛托品用于截面細薄的小型砂芯②由脲醛改性的以酚醛為基的酚－脲醛樹脂成本低，砂芯脆性改善。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.5砂型鑄造——樹脂砂型（芯）

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.5砂型鑄造——樹脂砂型（芯）

熱芯盒用催化劑

潛伏性催化劑—常溫下呈中性或弱酸性，而在加熱時釋放出強酸，促使樹脂迅速硬化的酸性鹽。如氯化銨、硝酸銨、磷酸銨的水溶液。

呋喃Ⅰ型樹脂砂最常用的催化劑：

氯化銨：尿素：水＝1：3：3水溶液尿素作用：與甲醛生成羥甲脲，減弱硬化時的甲醛氣味；穩(wěn)定氯化銨溶液，防止存放期間析出氯化銨結晶。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.5砂型鑄造——樹脂砂型（芯）

2.5.3自硬冷芯盒法砂型（芯）自硬冷芯盒法：將砂子、合成液態(tài)樹脂及液態(tài)催化劑均勻混合后，填充到芯盒（或砂箱）中，稍加緊實，即可于室溫下在芯盒（或砂箱）中硬化成型。

酸催化樹脂自硬法

自硬法尿烷樹脂自硬法

酚醛-酯自硬法自硬砂混砂工藝：

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.5砂型鑄造——樹脂砂型（芯）

影響可使用時間和脫模時間的因素：原砂樹脂和催化劑的類型、質量和加入量混砂工藝環(huán)境溫度濕度

其中影響最大的因素為環(huán)境溫度和催化劑加入量。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.5砂型鑄造——樹脂砂型（芯）

2.5.4氣硬冷芯盒法砂型（芯）氣硬冷芯盒法：將樹脂砂填入芯盒，而后吹氣硬化制成砂芯。氣硬冷芯盒法三乙胺法SO2法無毒、低毒氣體促硬制芯法（如CO2、甲醛甲酯等）第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.5砂型鑄造——樹脂砂型（芯）

三乙胺法（酚醛尿烷冷芯盒法）粘結劑：兩部分液體－酚醛樹脂和聚異氰酸酯

催化劑：液態(tài)叔胺，可用三乙胺、二甲基乙胺等。(1)烘干第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.6砂型鑄造——烘干合箱、澆注及落砂清理砂型(芯)烘干

表面烘干體烘干

噴燈火焰烘干移動式焦碳爐或煤氣爐烘干紅外線輻射烘干高頻干燥爐烘干微波技術烘干周期式烘干爐烘干連續(xù)式烘干爐烘干(2)合箱

合箱就是把砂型和砂芯按要求組合為鑄型的過程。合箱一般按以下步驟進行：全面檢查、清掃、修理所有的砂型和砂芯依次將砂芯裝入砂型，嚴格檢查，保證鑄件壁厚、砂芯固定、芯頭排氣和填補接縫處的間隙。仔細清除型內散砂，全面檢查下芯質量，在分型面上沿型腔外圍放上一圈泥條或石棉繩。放上壓鐵或用螺栓、金屬卡子固緊鑄型。放好澆口杯、冒口圈，在分型面四周接縫處抹上砂泥，防止跑火。最后全面清理場地，以便安全方便地澆注。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.6烘干合箱、澆注及落砂清理(3)澆注

澆注系統(tǒng)由澆口杯、直澆道、橫澆道和內澆道組成第一篇液態(tài)金屬鑄造成形2.6烘干合箱、澆注及落砂清理1－澆口杯2－直澆道3－橫澆道4－內澆道第一篇液態(tài)金屬鑄造成形（4）落砂、清理及后處理落砂機械落砂人工落砂清除砂芯的方法水力清砂除芯水爆清砂除芯清理澆冒口的切除鑄件的表面清理手工清理滾筒清理噴、拋丸清理鑄件表面處理、質量檢驗等后處理2.6烘干合箱、澆注及落砂清理第一篇液態(tài)金屬鑄造成形§3.1熔模鑄造§3.2消失模鑄造§3.3壓力鑄造§3.4離心鑄造§3.5低壓與差壓鑄造§3.6金屬型鑄造3.特種鑄造——本章要點第一篇液態(tài)金屬鑄造成形熔模鑄造金屬型鑄造消失模鑄造陶瓷型鑄造壓力鑄造低壓鑄造離心鑄造擠壓鑄造特種鑄造：鑄型用砂較少或不用砂、采用特殊工藝裝備進行鑄造的方法。兩類特點：1.充型力變更2.型模革新特點：特種鑄造具有鑄件精度和表面質量高、鑄件內在性能好、原材料消耗低、工作環(huán)境好等優(yōu)點。但鑄件的結構、形狀、尺寸、重量、種類往往受到一定限制。3.特種鑄造第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.1特種鑄造——熔模鑄造熔模鑄造—用易熔材料制成模型，然后在模型上涂掛耐火材料，硬化之后，再將模型熔化、排出型外，從而獲得無分型面的鑄型。熔模廣泛采用蠟質材料來制造，故又常把它稱為“失蠟鑄造”。獲得的鑄件具有較高的尺寸精度和表面光潔度，故又稱“熔模精密鑄造”。熔模鑄造的工藝過程包括：蠟模制造型殼制造焙燒和澆注第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.1特種鑄造——熔模鑄造第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.1特種鑄造——熔模鑄造第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.1特種鑄造——熔模鑄造動畫一

熔模鑄造模擬第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.1特種鑄造——熔模鑄造模料：高溫模料——熔點高于120℃，通常有50%松香+20%地蠟+30%聚苯乙烯中溫模料——熔點在60℃-120℃，分為松香基和蠟基模料低溫模料——熔點低于60℃，通常有50%石蠟+50%硬脂酸性能要求：力學性能——強度、硬度、塑性、柔韌性等工藝性能——粘度、灰分、涂掛性等熱物理性能——熔化溫度、凝固區(qū)間、高耐熱性、小膨脹收縮、無相變等第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.1特種鑄造——熔模鑄造制模：（1）壓注成形—注蠟溫度在熔點以下，模料是固液共存的漿狀或糊狀—壓注時盡量采用最低的模料溫度和壓型工作溫度—壓力適中偏大，既減小熔模收縮率，又不至于產生鼓泡、飛濺（2）擠壓成形—模料處于半固態(tài)或固態(tài)，粘度大，高壓下能流動—壓力大小取決與模料粘度和流動阻力—凝固時間短，效率高，適合大厚件生產制殼：（1）涂掛—涂掛前，需脫脂處理—采用浸涂法，均勻掛上涂料（2）撒砂—常用流態(tài)化撒砂和雨淋式撒砂—凝固開始時撒砂，不能過早或過晚—每涂掛和撒砂一層，必須干燥和硬化目的：固定涂料層，增加型殼厚度和強度，提高透氣性和退讓性，防止硬化時產生裂紋。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.1特種鑄造——熔模鑄造型殼干燥：

制殼粘結劑——硅溶膠、水玻璃、硅酸乙酯等。硅溶膠干燥：實質是硅溶膠的膠凝過程：游離水蒸發(fā)物理吸附水蒸發(fā)化學吸附水失去自縮聚脫水水玻璃干燥：實質是脫水和膠凝過程：自然干燥（脫水濃縮）化學硬化（膠凝）硬化后干燥硅酸乙酯干燥：實質是硅酸乙酯繼續(xù)水解濃縮，然后發(fā)生膠凝以及溶劑揮發(fā)第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.1特種鑄造——熔模鑄造第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.1特種鑄造——熔模鑄造熔模精密鑄造優(yōu)點：

1.鑄件尺寸精度高，表面粗糙度值低，可以減少切削加工量，甚至無須切削加工（渦輪發(fā)動機的葉片）。

2.可以鑄造薄壁件及重量很小的鑄件，最小壁厚可達0.3mm，最小鑄孔直徑0.5mm。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.1特種鑄造——熔模鑄造3.可以制造用砂型鑄造、鍛壓、切削加工等方法難以制造的形狀復雜、不便分型的零件（如帶有精細的圖案、文字、細槽和彎曲細孔的鑄件）4.可以制造各種合金材質的鑄件，尤其適用于高熔點、難切削合金的小型復雜鑄件的生產第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.1特種鑄造——熔模鑄造缺點：工序復雜，生產周期長。原材料價格高，鑄件成本高。鑄件不能太大、太長，否則蠟模易變形，喪失原有精度。應用:熔模鑄造是一種精密成形工藝，它最適用于25kg以下的高熔點、難以切削加工的合金鑄件的成批、大量生產。目前主要用于航天飛行器、飛機、汽輪機、泵、汽車、拖拉機和機床上的小型精密鑄件和復雜刀具的生產。消失模鑄造—又稱氣化模鑄造或實型鑄造。原理：采用泡沫塑料模樣代替普通模樣，造好型后不取出模樣就澆入金屬液，在金屬液的作用下，塑料模樣

燃燒、氣化、消失，金屬液取代原來塑料模所占據(jù)的空間位置，冷卻凝固后獲得所需鑄件的鑄造方法。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.2特種鑄造——消失模鑄造分類：根據(jù)鑄型材料自硬砂消失模鑄造無粘結劑干砂消失模鑄造根據(jù)澆注條件普通消失模鑄造負壓消失模鑄造消失模鑄造第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.2特種鑄造——消失模鑄造第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.2特種鑄造——消失模鑄造主要工序有：（1）制?！捎蒙唐放菽芰习迩邢骷庸?、粘結成形或商品泡沫塑料粒預發(fā)后經(jīng)模具成形?！Ｓ盟芰吓菽瓰榫郾揭蚁?。（2）上涂料—將金屬液與干砂隔離，泡沫模樣的熱解氣體快速導出，提高模樣強度和剛度?！饕赡突鹛盍稀⒎稚⒔橘|、粘結劑、懸浮劑和附加物組成（3）加沙造型

—無粘結劑硅砂，平均粒度AFS25-45?！嵝怨芗由郴蛴炅苁郊由车谝黄簯B(tài)金屬鑄造成形3.2特種鑄造——消失模鑄造（3）振動緊實—保證沙子足夠緊實而又不使模樣變形（4）真空澆注—澆注通常在真空狀態(tài)進行，真空度：-0.02～-0.08MPa?！椒€(wěn)充型，適宜封閉式和底注式澆注系統(tǒng)?！焖贊沧?，澆注系統(tǒng)尺寸大。—澆注溫度高，比砂型鑄造溫度高20～

50℃。（5）型砂冷卻—常用振動沸騰冷卻設備、振動提升冷卻設備和砂溫調節(jié)器主要特點：無需起模，無分型面，無型芯，因而無飛邊毛刺，鑄件的尺寸精度接近熔模鑄造，但尺寸可大于熔模鑄造?？缮a形狀復雜的鑄件簡化生產工序，提高勞動生產率，減少材料消耗。泡沫塑料的密度小、強度低，模樣易變形，對環(huán)境有污染。主要用于不易起模等復雜鑄件的生產。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.2特種鑄造——消失模鑄造壓力鑄造（簡稱壓鑄）—在高壓作用下將液態(tài)或半液態(tài)金屬快速壓入金屬壓鑄型（亦可稱為壓鑄?；驂盒停┲?，并在壓力下凝固而獲得鑄件的液態(tài)成形方法。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.3特種鑄造——壓力鑄造兩個特點高壓：壓力20～200MPa高速：速度15～70m/s充型時間0.01～0.2秒第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.3特種鑄造——壓力鑄造壓鑄機分類：根據(jù)壓室是否浸在熔融金屬液中冷室壓鑄機熱室壓鑄機根據(jù)壓室位置臥式壓鑄機立式壓鑄機壓鑄機主要構成：

合型機構、壓射機構、機座、液壓傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、潤滑冷卻系統(tǒng)等。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.3特種鑄造——壓力鑄造（1）熱壓室壓鑄機動畫二

熱壓室鑄造模擬第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.3特種鑄造——壓力鑄造（2）冷壓室壓鑄機（目前應用最多)

動畫三

冷壓室鑄造模擬第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.3特種鑄造——壓力鑄造進料口活塞壓室定型動型第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.3特種鑄造——壓力鑄造壓鑄模：

壓鑄件結構設計：易脫模改進壁厚，消除縮孔、氣孔改善結構，簡化壓鑄模制造加強肋，防止鑄件變形壓鑄模構成：

動模和定模，成形零件，模架，澆注和排溢系統(tǒng)，導準和導向零件，推出和復位零件等。壓鑄模設計原則：合理選擇壓鑄件滿足鑄件的基本要求具有良好的使用效果具有合理的經(jīng)濟性第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.3特種鑄造——壓力鑄造壓鑄工藝參數(shù)：（1）壓鑄壓力壓射力：壓射比壓：（2）壓鑄速度充填速度：

充填速度過高：易形成氣泡，形成表面缺陷，產生漩渦，產生氣孔和夾雜缺陷，沖刷壓鑄模壁加劇，減少壽命。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.3特種鑄造——壓力鑄造（3）澆注溫度和壓鑄模溫度

—在保證鑄件質量的前提下，選擇較低的澆注溫度，大多

數(shù)略高于液相線溫度。

—壓鑄模預熱溫度應保持在一定范圍，既不過高也不過低。

（4）涂料

—減少熱傳導，防止鑄件粘壁，潤滑作用。

（5）持壓時間和開模時間

—持壓時間根據(jù)鑄件壁厚及合金的結晶溫度范圍確定

—開模時間不宜過長或過短。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.3特種鑄造——壓力鑄造優(yōu)點：鑄件的精度及表面質量較其它鑄造方法均高。通常，不經(jīng)機械加工即可使用。可壓鑄形狀復雜的薄壁件，或直接鑄出小孔、螺紋、齒輪等。這是由于壓型精密，在高壓下澆注，極大地提高了合金充型能力所致。鑄件的強度和硬度都較高。因為鑄件的冷卻速度快，又是在壓力下結晶，其表層結晶細密。壓鑄的生產率較高。如我國生產的壓鑄機生產能力為50～150次/h，最高可達500次/h。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形缺點：壓鑄設備投資大，制造壓型費用高、周期長。壓鑄高熔點合金（如銅、鋼、鑄鐵）時，壓型壽命很低，難以適應。由于壓鑄的速度極高，型腔內氣體很難排除，厚壁處的收縮也很難補縮，致使鑄件內部常有氣孔和縮松。由于上述氣孔是在高壓下形成的，熱處理加熱時孔內氣體膨脹將導致鑄件表面起泡，所以壓鑄件不能用熱處理方法來提高性能，也不能焊接。隨著加氧壓鑄、真空壓鑄和黑色金屬壓鑄等新工藝的出現(xiàn)，使壓鑄的某些缺點有了克服的可能性。

3.3特種鑄造——壓力鑄造第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.4特種鑄造——離心鑄造離心鑄造—將液態(tài)合金澆入高速旋轉的鑄型中，使金屬液在離心力作用下充填鑄型并結晶。用于大批量生產管、套類鑄件。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.4特種鑄造——離心鑄造動畫四離心鑄造模擬第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.4特種鑄造——離心鑄造離心鑄造原理：重度：相對重度：

鑄型轉速公式：第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.4特種鑄造——離心鑄造—式中r/、G、C根據(jù)所澆注合金的種類、鑄件形狀和離心鑄造工藝確定，也可查閱相關文獻。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.4特種鑄造——離心鑄造優(yōu)點：（1）液體金屬能在鑄型中形成中空的自由表面，不用型芯即可鑄出中空鑄件，簡化了套筒、管類鑄件的生產過程。（2）可提高金屬充填鑄型的能力，一些流動性較差的合金和薄壁鑄件都可用離心鑄造法生產。（3）改善了補縮條件，氣體和非金屬夾雜物也易于自金屬液中排出，產生縮孔、縮松、氣孔和夾雜等缺陷幾率較?。?）無澆注系統(tǒng)和冒口，節(jié)約金屬。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.4特種鑄造——離心鑄造不足：（1）金屬中的氣體、熔渣等夾雜物，因密度較輕而集中在鑄件的內表面上，所以內孔的尺寸不精確，質量也較差；（2）鑄件易產生成分偏析和密度偏析。應用：鑄鐵管、汽缸套、銅套、雙金屬軸承、特殊鋼的無縫管坯、造紙機滾筒等鑄件的生產。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.5特種鑄造——低壓和差壓鑄造

低壓鑄造—液體金屬在壓力作用下，自下而上充填型腔以形成鑄件的成形工藝。坩堝爐鑄型金屬液通氣充型加壓凝固放氣開模壓縮氣體壓縮氣體第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.5特種鑄造——低壓和差壓鑄造動畫五低壓鑄造模擬第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.5特種鑄造——低壓和差壓鑄造低壓鑄造工藝：（1）鑄造過程壓力及增壓速度升液階段充型階段凝固階段

—升液速度要小，以防止噴濺或渦流現(xiàn)象，不超過0.15m—充型速度要慢，有利于排氣。太慢易產生冷隔、澆不足（2）澆注溫度

—澆注溫度比重力澆注低10℃～

20℃（3）涂料—與重力澆注相同，升液管內外表面應刷一層較厚的涂料（1～3mm）。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.5特種鑄造——低壓和差壓鑄造差壓鑄造——反壓鑄造，是低壓鑄造和壓力結晶兩種工藝的結合，即充填成形在低壓下進行，鑄件凝固在較高壓力下進行。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.5特種鑄造——低壓和差壓鑄造根據(jù)壓力筒內充氣壓力大小中壓差壓(5-10MPa)高壓差壓(>10MPa)根據(jù)壓差產生方式增壓法減壓法差壓鑄造低壓差壓(0.5-0.6MPa)第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.5特種鑄造——低壓和差壓鑄造優(yōu)點：澆注壓力和速度可調，適應各種鑄型、合金和鑄件大??；平穩(wěn)充型，無飛濺、氣體卷入和型壁沖刷等弊病，鑄件合格率提高；壓力下結晶，組織致密，輪廓清晰，表面光潔，少切削或零切削，機械性能高，對薄壁件鑄造尤其有利；節(jié)省補縮冒口，金屬利用率高達90-98%；勞動強度低，勞動條件好，容易數(shù)控自動化。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.6特種鑄造——金屬型鑄造

金屬型鑄造—將液態(tài)合金澆入金屬鑄型、以獲得鑄件的一種鑄造方法。整體式垂直分型式水平分型式復合分型式金屬型鑄造第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.6特種鑄造——金屬型鑄造動畫六金屬型鑄造第一篇液態(tài)金屬鑄造成形第一篇液態(tài)金屬鑄造成形

1.噴刷涂料金屬型的型腔和金屬型芯表面必須噴刷涂料。涂料分襯料和表面涂料，前者以耐火材料為主，厚度為0.2～1.0mm；后者為可燃物質(如燈煙、油類)，每次澆注噴涂一次，以產生隔熱氣膜。

2.金屬型應保持一定的工作溫度通常鑄鐵件為250～350℃，非鐵金屬件100～250℃。其目的是減緩鑄型對澆入金屬的激冷作用，減少鑄件缺陷。同時，因減小鑄型和澆入金屬的溫差，提高了鑄型壽命。

3.適合的出型時間應使鑄件凝固后盡早出型，通常小型鑄鐵件出型時間為10～60s，鑄件溫度約為780～950℃。金屬型鑄造工藝：3.6特種鑄造——金屬型鑄造第一篇液態(tài)金屬鑄造成形3.6特種鑄造——金屬型鑄造優(yōu)點：金屬型鑄造可“一型多鑄”，便于實現(xiàn)機械化和自動化生產，從而可大大提高生產率。鑄件的精度和表面質量比砂型鑄造顯著提高。結晶組織致密，鑄件的力學性能得到顯著提高。勞動條件得到顯著改善。缺點：金屬型的制造成本高、生產周期長。鑄造工藝要求嚴格，否則容易出現(xiàn)澆不足、冷隔、裂紋 等鑄造缺陷，而灰鑄鐵件又難以避免白口缺陷。金屬型鑄件的形狀和尺寸還有著一定的限制。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形幾種常用鑄造方法的比較第一篇液態(tài)金屬鑄造成形§4.1鑄件結構分析§4.2鑄造工藝方案確定§4.3鑄造工藝參數(shù)確定§4.4澆注系統(tǒng)設計§4.5冒口和冷鐵設計§4.6鑄造工藝過程圖的繪制§4.7鑄造成形實例分析4.鑄造成形工藝設計——本章要點第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.鑄造成形工藝設計——概述零件結構特點技術要求生產批量生產條件鑄造工藝方案鑄造工藝參數(shù)繪制鑄造圖編制工藝卡工藝設計遵循經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)保原則第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.鑄造成形工藝設計——概述鑄造工藝設計的內容鑄件結構分析工藝方案確定工藝參數(shù)確定澆注系統(tǒng)設計冒口冷鐵設計繪制工藝圖繪制鑄件圖編制工藝卡第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析鑄造工藝對鑄件結構設計的要求合金鑄造性能對鑄件結構工藝性的要求鑄造方法對鑄件結構工藝性的要求設計核心：鑄件結構工藝性當采用鑄造來做零件毛坯或直接成形時，除形狀和尺寸設計以外，還必須進行結構設計。

鑄件結構工藝性設計目的，就是在結構設計上，力求使鑄造，以及后續(xù)的切削加工容易進行。

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析4.1.1鑄造工藝對鑄件結構設計的要求（1）鑄件外形的設計鑄件外形的設計應考慮便于起模

好不好避免外部側凹以便于造型。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析避免外部側凹以便于造型（減少分型面數(shù)目）簡化或減少分型面

(a)兩個分型面的結構(b)一個分型面的結構第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析分型面要盡量平面

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析凸臺、筋條的設計要方便造型

不好好第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析不好好凸臺、筋條的設計要方便造型

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析（2）鑄件內腔的設計

良好的內腔設計，既可減少型芯數(shù)量，又有利于型芯的固定、排氣和清理，因而可防止偏芯、氣孔等缺陷，并降低成本。

應盡量減少和避免型芯第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析便于型芯的固定、排氣和清理向上排氣向下排氣不好第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析（3）鑄件的結構斜度鑄件上垂直于分型面的不加工表面最好具有結構斜度，這樣起模省力、鑄件精度高。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析4.1.2合金鑄造性能對鑄件結構設計的要求（1）合理設計鑄件壁厚在一定鑄造條件下，鑄造合金液能充滿鑄型的最小厚度稱為該鑄造合金的最小壁厚。為了避免鑄件的澆不足和冷隔等缺陷，鑄件的設計壁厚不應小于最小壁厚。最小壁厚主要由合金種類和鑄件尺寸大小決定。由于厚壁鑄件易產生縮孔、縮松、晶粒粗大、偏析等缺陷，鑄件的力學性能下降。設計厚大鑄件時，要避免以增加壁厚的方式提高強度。砂型鑄造各種鑄造合金鑄件的臨界壁厚可按其最小壁厚的3倍考慮。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形最小壁厚鑄件尺寸鑄鋼灰口鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鋁合金銅合金<200×2005~83~54~63~53~3.53~5200×200~500×50010~124~108~126~84~66~8>500×50015~2010~1512~204.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析（2）鑄件壁厚要均勻若鑄件各部分的壁厚差別過大,則厚壁處形成金屬積聚的熱節(jié),致使厚壁處易于產生縮孔、縮松、裂紋等缺陷。第一篇液態(tài)金屬鑄造成形鑄件壁較厚，容易產生縮孔。將壁厚減薄，采用加強筋，可防止以上的缺陷。4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析（3）鑄件壁與壁之間的聯(lián)接應合理設計鑄件壁的聯(lián)接或轉角時，應盡力避免金屬的積聚和內應力的產生。熱節(jié)處易產生縮松和縮孔，應力集中。產生結晶分界面，分界面處易積聚雜質第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析鑄件壁的聯(lián)接或轉角處，應有結構圓角。鑄造內圓角的大小應與鑄件的壁厚相適應，圓角直徑約為相鄰壁厚的1.5倍第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析應選用L型接頭，減少和分散熱節(jié)點十字型連接形式（a）不合理(b)合理(c)不合理(d)合理所謂“熱節(jié)”就是鑄件上凝固較慢的節(jié)點或區(qū)域第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析K型連接形式(a)不合理(b)合理(c)不合理(d)合理第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析鑄件的壁應避免交叉連接和銳角連接。中、小鑄件可采用交錯接頭，銳角連接宜采用過渡形式，大件宜采用環(huán)形接頭。交錯接頭環(huán)形接頭第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析不同壁厚間的聯(lián)接應逐步過渡（4）避免變形和裂紋第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析鑄件結構設計要求(a)不合理的(b)合理的1、細長易撓曲的鑄件應設計為對稱截面。由于對稱截面的相互抵消作用，變形大大減小。2、合理設置加強肋，提高平板鑄件的剛度，防止變形。3、較大的帶輪、飛輪、齒輪的輪輻可做成彎曲的、奇數(shù)的或帶孔輻板?？山栎嗇椈蜉喚壍奈⒘孔冃巫孕袦p緩鑄造應力，防止開裂第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析(a)有較大的水平面(易產生夾渣、氣孔，清理困難)(b)傾斜面(不易產生夾渣、氣孔)(c)階梯面(不易產生夾渣、氣孔)（5）避免過大的水平面第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.1鑄造成形工藝設計——鑄件結構分析4.1.3鑄造方法對鑄件結構工藝性的要求

不同的鑄造方法其鑄型的冷卻條件、液態(tài)金屬充滿鑄型的條件和過程、鑄型的開合過程均各不相同，因而對鑄件的結構設計也有不同。普通砂型鑄造與壓力鑄造相比較，砂型鑄件最小壁厚比壓鑄件大得多。

砂型的冷卻速度比金屬型慢，因而能鑄出的鑄件最小壁厚一般比金屬型的小。

砂型鑄造結構形狀很靈活，而壓力鑄造和擠壓鑄造其結構形狀（特別是內腔）不能太復雜。

第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.2鑄造成形工藝設計——鑄件工藝方案確定鑄造方法選擇造型及造芯方法選擇澆注位置選擇分型面選擇工藝方案的確定型芯設計第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.2.1鑄造方法選擇4.2鑄造成形工藝設計——鑄件工藝方案確定鑄造方法壓力鑄造熔模鑄造砂型鑄造金屬型鑄造消失模鑄造低壓鑄造第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.2鑄造成形工藝設計——鑄件工藝方案確定第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.2鑄造成形工藝設計——鑄件工藝方案確定4.2.2造型（芯）方法選擇—整模、分模、刮板、活塊、假箱等造型方法—芯盒造芯、擠芯、射芯、吹芯等方法造芯選擇原則：造型（芯）與生產批量相適應造型（芯）與工廠條件相適應要兼顧精度要求和成本第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.2鑄造成形工藝設計——鑄件工藝方案確定4.2.3鑄件澆注位置確定1）鑄件的重要加工表面和主要工作面應朝下或呈側立。保證卷筒周圍質量均勻第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.2鑄造成形工藝設計——鑄件工藝方案確定2）鑄件的大平面應朝下。不合理合理第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.2鑄造成形工藝設計——鑄件工藝方案確定3)為防止鑄件薄壁部分產生澆不足或冷隔等缺陷，應將面積較大的薄壁部分朝下或垂直/傾斜。大平面傾斜第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.2鑄造成形工藝設計——鑄件工藝方案確定4)容易形成縮孔的鑄件，應將截止面較厚的部分放在分型面附近的上部或側面，以便安放冒口，實現(xiàn)順序凝固，進行補縮。1-冒口；2、3-砂芯鑄鋼鏈輪的澆注位置第一篇液態(tài)金屬鑄造成形4.2鑄造成形工藝設計——鑄件工藝方案確定4.2.4