材料成型工藝基礎鑄造

材料成型工藝基礎鑄造第1頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五鑄造生產(chǎn)的特點古代：兵器、農(nóng)具、鐘、錢幣等；鑄造優(yōu)點：金屬一次成形；工藝靈活性大，各種成分、尺寸、形狀和重量的鑄件幾乎都能適應；成本低；適宜于形狀復雜、特別是復雜內(nèi)腔的毛坯或零件；對于不宜鍛壓生產(chǎn)和焊接的材料，具有特殊的優(yōu)勢。應用鑄造缺點：組織晶粒粗大，實體內(nèi)部常有氣孔、縮孔、縮松、砂眼，力學性能不如鍛件；生產(chǎn)工序多，廢品率高；工作環(huán)境差，勞動強度大?，F(xiàn)代：機床制造、動力、交通運輸、輕紡、冶金機械等。第2頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五10.1鑄造成形理論基礎充型能力不足時，會產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得尺寸精確、輪廓清晰鑄件的能力。

合金鑄造性能包括液態(tài)合金的充型能力、收縮、偏析、氧化和吸氣等。鑄造有兩大基本過程：即液態(tài)合金充滿型腔和隨后在型腔中冷凝收縮。一、液態(tài)合金充型能力

第3頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五常見的鑄件缺陷第4頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五0.4%C鑄鋼：200出氣口澆口杯4.3%C鑄鐵：18001.合金的流動性第5頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五第6頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五影響合金流動性的因素有合金的成分、溫度、物理性質(zhì)、不溶雜質(zhì)和氣體等。a）在恒溫下凝固b）在一定溫度范圍內(nèi)凝固2.影響合金流動性的因素1)液態(tài)合金的化學成分純金屬和共晶成分合金在恒定溫度下凝固，已凝固和未凝固界面光滑，對未凝固液體阻力小，流動性好。第7頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五從合金流動性的角度考慮，選擇共晶、近共晶成分或凝固溫度范圍小的合金作為鑄造合金。第8頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五2)合金的物理性質(zhì)和流動性有關的，比熱容、密度、結(jié)晶潛熱、導熱系數(shù)、黏度。c、ρ越大，結(jié)晶潛熱越多，導熱系數(shù)越小，均使液態(tài)合金較長時間保持澆注后的溫度，從而使流動性好。μ小，內(nèi)摩擦力小。3)液態(tài)合金的溫度在一定溫度范圍內(nèi)，液態(tài)合金的溫度越高，流動性越好。但液態(tài)合金溫度過高，會造成液態(tài)金屬氧化、吸氣嚴重，易使鑄件產(chǎn)生氣孔、夾渣、粘砂、縮松、縮孔等鑄造缺陷，故溫度要合理，不能太高。第9頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五鑄型條件鑄型的蓄熱能力3.影響液態(tài)合金充型能力的因素澆注條件鑄型的發(fā)氣鑄型的溫度鑄型的結(jié)構(gòu)澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)充型壓力澆注溫度工藝因素流動性影響因素第10頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五二、合金的收縮1.收縮的概念合金的收縮經(jīng)歷如下三個階段：（1）液態(tài)收縮

從澆注溫度到凝固開始溫度之間的收縮。液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔或縮松的根本原因。固態(tài)收縮是鑄件產(chǎn)生鑄造應力、變形、裂紋的基本原因。

（2）凝固收縮

從凝固開始到凝固終止溫度間的收縮。（3）固態(tài)收縮

從凝固終止溫度到室溫間的收縮。第11頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五1)合金成分2)澆注溫度3)鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型2.影響收縮性的因素第12頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五3.縮孔與縮松液態(tài)合金在冷凝過程中，若液態(tài)收縮和凝固收縮所縮減的容積得不到補充，在鑄件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的稱為縮孔，細小而分散的稱為縮松（疏松）。1)縮孔和縮松的形成第13頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五第14頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五結(jié)論：1）從收縮的角度考慮，盡量選擇共晶、近共晶成分或凝固溫度范圍小的合金作為鑄造合金；2）給定成分的鑄件，縮孔和縮松的總?cè)莘e是一定值，適當增大鑄件的冷卻速度可促進縮松向縮孔轉(zhuǎn)化；3）合金收縮越大，鑄件的縮孔體積越大；4）澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大，縮孔的體積越大；5）縮孔和縮松總是存在于鑄件的最后凝固部位。如果鑄件設計壁厚不均勻，則在厚壁處易于出現(xiàn)縮孔或縮松。第15頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五2)縮孔和縮松的防止

防止縮孔和縮松常用的工藝措施就是控制鑄件的凝固次序，使鑄件實現(xiàn)“順序凝固”。第16頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五順序凝固的缺點：應用：液態(tài)收縮和凝固收縮大、必須補縮的場合。(1)冒口浪費金屬，降低了工藝出品率，提高了成本；(2)鑄件內(nèi)應力大，易于變形和開裂。第17頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五三、鑄造內(nèi)應力及鑄件的變形、裂紋

鑄件在凝固以后的繼續(xù)冷卻過程中，其固態(tài)收縮受到阻礙或鑄件各部分互相牽制，鑄件內(nèi)部將產(chǎn)生內(nèi)應力。

熱應力是由于鑄件壁厚不均勻，各部分冷卻速度不同，以致在同一時期內(nèi)鑄件各部分收縮不一致而引起的應力。

1.熱應力

熱應力使鑄件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表層受壓縮。

第18頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五第19頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五

鑄件的收縮受到鑄型、型芯、澆注系統(tǒng)的機械阻礙而形成的內(nèi)應力。上型下型2.機械應力（收縮應力）

退讓性：鑄件冷卻收縮時鑄型（型芯）可以稍微壓縮的性能。

第20頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五3.鑄件的變形與防止

第21頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五防止變形的方法：1）使鑄件壁厚盡可能均勻或形狀對稱；2）采用同時凝固的原則；3）采用反變形法。對某些重要的、精密的鑄件必須采取去應力退火（人工時效、熱時效）或自然時效等方法，消除殘余內(nèi)應力；必要時可在粗加工后進行去應力退火或人工時效，再進行精加工。

第22頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五第23頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五4.鑄件的裂紋與防止

(1)熱裂

熱裂的特征是：裂紋短、縫隙寬、形狀曲折、斷面有嚴重氧化、無金屬光澤、裂紋沿晶界產(chǎn)生和發(fā)展等。熱裂的防止：1)應盡量選擇凝固溫度范圍小、熱裂傾向小的合金。2)應提高鑄型和型芯的退讓性，以減小機械應力。3)對于鑄鋼件和鑄鐵件，嚴格控制硫的含量，防止熱脆性。

第24頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五(2)冷裂

冷裂的特征是：裂紋細小，呈連續(xù)直線狀，縫內(nèi)有金屬光澤或輕微氧化色。

冷裂的防止：1）使鑄件壁厚盡可能均勻；2）采用同時凝固的原則；3）對于鑄鋼件和鑄鐵件，必須嚴格控制磷的含量，防止冷脆性。

第25頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五作業(yè)1.鑄件的凝固應遵循什么基本原則？優(yōu)缺點是什么？各適用于什么范圍？2.在生產(chǎn)中，為什么要選擇共晶成分、近共晶成分或凝固溫度范圍小的合金作為鑄造合金？第26頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五10.2砂型鑄造一、砂型鑄造的生產(chǎn)過程第27頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五1.造型二、砂型鑄造工藝過程1)手工造型2)機器造型3)造芯4)涂料5)開設澆注系統(tǒng)6)合型2.熔煉與澆注3.落砂與清理第28頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五二、工藝過程簡介1.造型：手工造型——整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、三箱造型。機器造型——（緊砂特點）壓實式、分模式、震壓式、拋砂緊實、射砂緊實。造芯——芯盒造芯。用于孔下某些局部外形砂芯中有芯首，砂芯烘干。涂料——耐火材料、黏結(jié)材料、懸浮穩(wěn)定劑等組成，涂刷鑄型，型芯表面。防止鑄件粘砂、夾砂、砂眼等缺陷。開設澆注系統(tǒng)——圖10-16。開設澆鑄系統(tǒng)的目的為了填充型腔和冒口的一系列通道。合型（合箱）——將上下箱、型芯等組合成完整的鑄型。第29頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五零件圖鑄造工藝圖鑄型型芯芯盒芯砂型砂模型熔化合箱落砂、清理檢驗鑄件砂型鑄造的工藝過程澆注冷卻凝固第30頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五第31頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五第32頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五第33頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五第34頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五第35頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五第36頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五第37頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五第38頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五2.熔煉與澆鑄熔煉——將金屬熔化，常用沖天爐。澆鑄——澆鑄包將液態(tài)金屬注入鑄型。澆鑄前從澆包內(nèi)清渣和夾雜物。（注意溫度）3.落砂、清理落砂——用手工或機械使鑄件從砂箱中取出。落砂不能過早或過晚。清理——將鑄件上砂子和氧化皮及澆冒系統(tǒng)（冒口）清除掉。檢驗、補焊、正火或退火或時效。第39頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五三、鑄造工藝圖

完整的鑄造工藝圖包括：鑄件(毛坯)圖，模型(型盒)圖，砂型合箱圖。其中主要示鑄件圖和模型圖。在繪制鑄造工藝圖時先考慮下面三個問題：1.鑄件在澆注時的位置的選擇。圖10-17、圖10-18、圖10-6.7、圖10-19、圖10-20。第40頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五1.澆注位置的選擇澆注時鑄件在鑄型中所處的空間位置。(1)鑄件的重要加工面和受力面應朝下或位于側(cè)面三、鑄造工藝圖第41頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五

(3)應將面積較大的薄壁部位置于鑄型下部，或使其傾斜位置(2)對于一些需要補縮的鑄件，為防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松的缺陷，應使鑄件較厚的部位放在鑄型的上部或側(cè)面。第42頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五(4)鑄件的大平面應朝下

第43頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五2.分型面的選擇

(1)分型面應選在鑄件的最大截面處。第44頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五(2)應盡量減少分型面的數(shù)量，并盡可能選擇平面分型。

①②上下中第45頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五(3)應盡可能減少活塊和型芯的數(shù)量，注意減少砂箱高度。

第46頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五(4)應盡量使鑄件的全部或大部置于同一砂箱，以保證鑄件的尺寸精度。第47頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五3.工藝參數(shù)的確定

(2)機械加工余量(1)鑄造收縮率通?；诣T鐵為0.7~1.0%，鑄造碳鋼為1.6~2.0%，鋁硅合金為0.8~1.2%，錫青銅為1.2~1.4%。在鑄件加工表面上留出的、準備切去的金屬層厚度。機器造型鑄件精度高，余量?。皇止ぴ煨驼`差大，余量也大?；诣T鐵加工余量小，鑄鋼加工余量大。第48頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五(3)拔模斜度第49頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五(4)鑄造圓角

圓角半徑一般約為相交兩壁平均厚度的1/4

第50頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五(5)型芯頭型芯頭的作用：定位、支撐和固定砂芯第51頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五生產(chǎn)批量最小鑄出孔直徑灰口鑄鐵件鑄鋼件大量生產(chǎn)成批生產(chǎn)單件、小批生產(chǎn)12～1515～3030～5030～5050(6)最小鑄出孔及槽

第52頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五4.鑄造工藝圖

第53頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五特種鑄造金屬型鑄造離心鑄造壓力鑄造熔模鑄造低壓鑄造擠壓鑄造陶瓷型鑄造10.3特種鑄造第54頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五一、熔模鑄造熔模鑄造又稱精密鑄造，是用蠟料制成模樣，然后蠟模表面包覆若干層耐火材料，待其硬化干燥后，將模樣熔去制成中空型殼，經(jīng)澆注而獲得鑄件的一種成形工藝方法。

1.熔模鑄造的工藝過程

母模壓型蠟模組結(jié)殼脫蠟單個蠟模焙燒、澆注第55頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五第56頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五2.熔模鑄造的特點和適用范圍(1)鑄件的精度和表面質(zhì)量較高，公差等級可達IT11~IT13，表面粗糙度Ra值達1.6~12.5μm。

(2)合金種類不受限制，尤其適用于高熔點及難加工的高合金鋼，如耐熱合金、不銹鋼、磁鋼等。

(4)可鑄出形狀較復雜的鑄件。

(3)生產(chǎn)批量不受限制，單件、成批、大量生產(chǎn)均可適用。

(5)工藝過程較復雜，生產(chǎn)周期長；原材料價格貴，鑄件成本高；鑄件不能太大、太長，否則熔模易變形，喪失原有精度。

第57頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五液態(tài)金屬澆入金屬型鑄件獲得1.金屬型鑄件的工藝特點材料一般采用鑄鐵，要求較高時，可選用碳鋼或低合金鋼。金屬型的結(jié)構(gòu)有水平分型式、垂直分型式和復合分型式等。二、金屬型鑄造應用：它最適合25kg以下的高熔點、難以切削加工合金鑄件的成批大量生產(chǎn)。第58頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五第59頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五金屬型鑄造注意問題

(2)加強金屬型的排氣(3)在金屬型的工作表面上噴刷涂料(1)預熱金屬型并控制其溫度(4)及時開型(5)防止鑄鐵產(chǎn)生白口組織第60頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五2.金屬型鑄造的特點及適用范圍(2)金屬型鑄件冷卻速度快，組織致密，力學性能高。

(3)鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量均優(yōu)于砂型鑄造件。尺寸精度達IT12~IT16，Ra值平均可達6.3~12.5μm。

(1)實現(xiàn)了“一型多鑄”，生產(chǎn)率高，勞動條件得到改善。(4)金屬型制造成本高、周期長；鑄件不透氣、無退讓性、鑄件冷卻速度快，易產(chǎn)生氣孔、應力、裂紋、澆不足、冷隔、白口等鑄造缺陷。應用：主要用于銅、鋁、鎂等有色合金鑄件的大批量生產(chǎn)。第61頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五三、壓力鑄造液態(tài)金屬在高壓作用下快速壓入金屬鑄型中，并在壓力下結(jié)晶，以獲得鑄件的成形工藝方法。1.壓鑄機和壓鑄工藝過程第62頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五2.壓力鑄造的特點和適用范圍

(1)鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量最高。公差等級一般為

IT11~IT13級，Ra為3.2~0.8μm。

(2)鑄件的強度和表面硬度高。抗拉強度可比砂型鑄造提高25~30%，但伸長率有所下降。

(3)可壓鑄出形狀復雜的薄壁件。

(4)生產(chǎn)率高。國產(chǎn)壓鑄機每小時可鑄

50~150次，最高可達500次。

(5)便于采用鑲嵌法。

第63頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五(6)壓鑄設備投資大，壓鑄型制造成本高，工藝準備時間長，不適宜單件、小批生產(chǎn)。(7)由于壓鑄型壽命的原因，目前壓鑄尚不適宜鑄鐵、鋼等高熔點合金的鑄造。(8)壓鑄件內(nèi)部存在縮孔和縮松，表皮下形成許多氣孔。應用：主要用于中小型的、低熔點的鋅、鋁、鎂及銅等有色合金鑄件的大批量生產(chǎn)。第64頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五四、離心鑄造將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬在離心力的作用下填充鑄型并凝固成形的鑄造方法。離心鑄造的鑄型分為金屬型和砂型兩種第65頁，共72頁，2023年，2月20日，星期五離心鑄造的特點：(1)工藝過程簡單。(2)力學性能較好。(3)便于鑄造“雙金屬”鑄件。(