《金屬加工與實訓-基礎常識（第3版）》 課件 第4章 鑄造

金屬加工與實訓—基礎常識（第3版）第4章鑄造第4章鑄造1．了解鑄造生產(chǎn)的工藝過程及其的特點和應用2．掌握砂型造型、模樣、芯盒、造型材料、熔煉、澆鑄等基本概念3.理解砂型造型的生產(chǎn)工藝過程4.了解特種鑄造及鑄造新工藝和發(fā)展方向?qū)W習目標4.1鑄造基礎知識1．鑄造及其特點(1)鑄造是指熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入型腔，凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法。鑄件是指用鑄造方法生產(chǎn)的金屬件,如圖4-1所示。圖4-1鑄造a)鑄造過程示意圖b)鑄件4.1鑄造基礎知識(2)鑄造生產(chǎn)特點：1）適用范圍較廣，能制造各種尺寸和形狀復雜的鑄件。絕大多數(shù)金屬均能用鑄造方法制成鑄件，工業(yè)生產(chǎn)中常用的金屬材料，如各種鑄鐵、非合金鋼、合金鋼、有色金屬等都可用來鑄造，有些材料(如鑄鐵)只能用鑄造方法來制取零件，鑄件的質(zhì)量可以從幾克到200噸以上。2）鑄件的形狀與零件尺寸較接近，可節(jié)省金屬材料，減少切削加工工作量。原材料來源廣泛，還可利用金屬廢料和報廢的機件；工藝設備費用少，生產(chǎn)周期較短，成本較低。3）鑄造工序較多，有些工藝過程難以控制，質(zhì)量不夠穩(wěn)定，廢品率較高，鑄態(tài)組織晶粒粗大，力學性能較差。因此，對于承受動載荷的重要零件一般不采用鑄件作為毛坯。2．鑄造方法在鑄造生產(chǎn)中最基本的方法是砂型鑄造，除砂型以外的鑄造方法統(tǒng)稱為特種鑄造，包括金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、熔模鑄造、擠壓鑄造等。4.1鑄造基礎知識3．鑄造安全技術(shù)（1）熔煉、澆注、型砂處理、備料人員應穿戴專用的防護工作服、帽、皮鞋及防護眼鏡。（2）混砂時，要嚴防鐵塊、鐵釘?shù)入s物混入砂中，以免造成處理設備損壞事故。（3）砂箱堆放要平穩(wěn)，搬動砂箱時要注意輕放，以防砸傷手腳。（4）接觸金屬熔液、爐渣的工具和澆包，必須保持干燥。擋渣用的鐵棍一定要預熱，以防爆炸。（5）往澆包內(nèi)注入金屬熔液時，液面與澆包上沿的距離不得小于澆包內(nèi)壁高度的八分之一。以防金屬液外溢傷人。（6）所有抬澆包人的行動都要協(xié)調(diào)，抬起或放下的動作要一致。如果發(fā)現(xiàn)金屬液飛濺甚至燙傷人時，不能將澆包隨意亂丟，以免造成更大的事故。（7）不要用手腳去接觸尚未冷卻的鑄件。（8）在爐料破碎或鑄件清理時，要注意周圍環(huán)境，防止傷人。4.2砂型鑄造1.砂型鑄造的工藝過程砂型鑄造是指用型砂緊實成型的鑄造方法。

(1)砂型鑄造工藝過程如圖4-2所示。圖4-2砂型鑄造工藝過程4.2砂型鑄造(2)齒輪毛坯的砂型鑄造過程，如圖4-3所示。圖4-3齒輪毛坯的砂型鑄造過程模樣是用來形成鑄型型腔的工藝裝備。芯盒是制造砂芯或其他種類耐火材料芯所有的裝備。4.2砂型鑄造2．造型材料

制造鑄型或型芯用的材料，稱為造型材料。造型材料包括型砂、芯砂及涂料等。

對型砂和芯砂的性能要求（1）強度指型（芯）砂抵抗外力破壞的能力。足夠的強度可保證砂型在制造、搬運和澆鑄過程中不至于變形毀壞。（2）耐火性型砂承受高溫作用而不軟化、不熔融的能力。若型砂耐火性差，易使鑄件產(chǎn)生粘砂缺陷。（3）其它性能透氣性、流動性、韌性、落砂性、潰散性、退讓性等。3．造型方法

造型就是用型砂和模樣制造鑄型的過程。造型方法分手工造型和機器造型兩大類。

一般單件和小批量生產(chǎn)都用手工造型。在大量生產(chǎn)時，主要采用機器造型。相關(guān)鏈接：型砂備制過程4.2砂型鑄造（1）手工造型全部用手工或手動工具完成的造型工序稱為手工造型。

常用手工造型材料和工具4.2砂型鑄造常用手工造型方法特點及應用1）整模造型特點：模樣為一整體，分型面為一平面，型腔在同一砂箱中，不會產(chǎn)生錯型缺陷，操作簡單。應用：最大截面在端部且為一平面的鑄件，應用較廣。2）分模造型特點：模樣在最大截面處分開，型腔位于上、下型中，操作較簡單。應用：造型較復雜，用于單件、小批生產(chǎn)，帶有凸臺，難以起模的鑄件。相關(guān)鏈接：連桿的整體模造型相關(guān)鏈接：支承臺的分模造型過程4.2砂型鑄造3）挖砂造型特點：整體模樣，分型面為一曲面，需挖去阻礙起模的型砂才能取出模樣，對工人的操作技能要求高，生產(chǎn)率低。應用：適宜中小型、分型面不平的鑄件單件、小批生產(chǎn)。

5）活塊造型特點：將模樣上阻礙起模的部分做成活動的，取出模樣主體部分后，小心將活塊取出。應用：造型較復雜，用于單件、小批生產(chǎn)，帶有凸臺，難以起模的鑄件。4）三箱造型特點：采用上、中、下三個砂箱，有兩個分型面，鑄件的中間截面小，用兩個砂箱時取

不出模樣，必須分開，操作復雜。應用：單件小批生產(chǎn)，適合于中間截面小，兩端截面大的鑄件。相關(guān)鏈接：手輪挖砂造型過程相關(guān)鏈接：法蘭座的三箱造型過程相關(guān)鏈接：短導軌活塊造型過程

1)緊砂方法常用的緊砂方法有：振實、壓實、振壓、拋砂、射壓等幾種型式，其中以振壓式應用最廣。機器造型4.2砂型鑄造2)起模方法常用的起模方法有頂箱、漏模、翻轉(zhuǎn)三種。上圖(d）為頂箱起模方法。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，新的造型設備將會不斷出現(xiàn)，使整個造型和造芯過程逐步地實現(xiàn)自動化。震壓式造型機結(jié)構(gòu)示意圖4.2砂型鑄造4.典型澆冒系統(tǒng)（1）澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)是鑄型上供液體金屬填充型腔和冒口而開的一系列通道。

澆注系統(tǒng)通常由澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成，見下圖。

其作用是承接和導入金屬液，控制金屬液流動方向和速度，使金屬液平穩(wěn)地充滿型腔；調(diào)節(jié)鑄件各部分的溫度分布；阻擋夾雜物進入型腔。澆注系統(tǒng)典型澆冒系統(tǒng)（2）冒口對于易產(chǎn)生縮孔的鑄件，還需開設冒口。它是鑄型內(nèi)儲存供補縮鑄件用的熔融金屬的空腔。它有時還起排氣、集渣等作用。冒口一般開設在鑄件容易產(chǎn)生縮孔部位的上方。4.2砂型鑄造5.熔煉金屬熔煉質(zhì)量的好壞對能否獲得優(yōu)質(zhì)鑄件有著重要的影響。如果金屬液的化學成分不合格，就會降低鑄件的力學性能和物理性能。

金屬液的溫度過低，會使鑄件產(chǎn)生冷隔、澆不足、氣孔和夾渣等缺陷；

金屬液的溫度過高會導致鑄件總收縮量增加、吸收氣體過多、粘砂等缺陷；

鑄造生產(chǎn)常用的熔煉設備有沖天爐(適于熔煉鑄鐵)、電弧爐(適于熔煉鑄鋼)、坩堝爐(適于熔煉有色金屬)、感應加熱爐(適于熔煉鑄鋼和鑄鐵等)。相關(guān)鏈接：沖天爐鑄鐵的熔煉6．合型、澆注、落砂、清理和檢驗

(1)合型是指將鑄型的各個組元，如上型、下型、型芯、澆口杯等組合成一個完整鑄型的操作過程。右圖是兩箱造型合型后的鑄型結(jié)構(gòu)。一個完整的鑄型主要由砂箱、型砂、型腔、澆注系統(tǒng)、冒口、定位銷和澆口杯組成。4.2砂型鑄造相關(guān)鏈接：鑄件落砂、清理與檢驗實錄(4)清理落砂后，從鑄件上清除表面粘砂、型砂(芯砂)、多余金屬等操作稱為清理。(5)檢驗清理后對鑄件進行檢驗，檢驗合格后成為鑄件。(2)澆注將金屬液從澆包注入鑄型的操作，稱為澆注。操作時應控制澆注溫度和速度。鑄鐵的澆注溫度一般為1250?C~1470?C(3)落砂是指用手工或機械使鑄件和型砂(芯砂)、砂箱分開的操作過程。澆注后，必須經(jīng)過充分的凝固和冷卻才能落砂。澆注相關(guān)鏈接：砂型鑄造主要生產(chǎn)工序4.2砂型鑄造7.砂型鑄造的缺陷(1)氣孔特征：在鑄件內(nèi)部呈梨形、圓形和橢圓形的孔洞，表面一般較光滑，大孔常孤立存在，小孔則成群出現(xiàn)。產(chǎn)生原因：型砂含水量過多，透氣性差；起模和修型時刷水過多；芯子烘干不良或芯子的通氣孔堵塞；澆注溫度過低或澆注速度太快。

(2)縮孔、縮松特征：多分布于鑄件厚斷面處，形狀不規(guī)則，孔內(nèi)粗糙。產(chǎn)生原因：鑄件結(jié)構(gòu)不合理，局部尺寸過大，形成熱節(jié)；澆注系統(tǒng)和冒口的位置不對，或冒口過小；澆注溫度過高或化學成分不合格，收縮率過大。4.2砂型鑄造(3)砂眼特征：鑄件內(nèi)部或表面帶有砂粒的孔。產(chǎn)生原因：型砂和芯砂的強度不夠；砂型和砂芯的緊實度不夠；合型時砂型局部損壞；澆注系統(tǒng)不合理，沖壞了砂型。(4)粘砂特征：鑄件表面或內(nèi)腔粘附著的難以清除的砂粒。產(chǎn)生原因：型砂和芯砂的耐火度不夠；澆注溫度太高；未刷涂料或涂料太薄。

(5)冷隔特征：鑄件上未完全熔合的邊緣呈圓角的縫隙。產(chǎn)生原因：澆注溫度太低；澆注速度太慢或澆注時曾斷流，澆注系統(tǒng)開設不當或內(nèi)澆道截面積太小。4.2砂型鑄造

(7)裂紋（熱裂和冷裂）熱裂特征：鑄件開裂，開裂表面氧化，外形曲折而不規(guī)則。冷裂特征：鑄件開裂處無氧化，裂口常穿過晶粒延伸至整個斷面。產(chǎn)生原因：硫和磷的含量高；鑄件壁厚不均勻；型砂的退讓性差；落砂過早。

(6)澆不到特征：鑄件殘缺或輪廓不完整，常出現(xiàn)在薄壁處。產(chǎn)生原因：澆注溫度太低；澆注金屬量不夠；澆注時金屬液從分型面處流出；鑄件太??；澆注速度太慢。相關(guān)鏈接：無損探傷檢測法相關(guān)鏈接：磁粉探傷檢測錄像4.3特種鑄造相關(guān)鏈接：特種鑄造概述

特種鑄造是指與砂型鑄造不同的其他鑄造方法。

常用的有金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、熔模鑄造等。金屬型鑄造是指在重力的作用下將熔融金屬澆入金屬型獲得鑄件的方法。請看金屬型鑄造動畫演示。1.金屬型鑄造相關(guān)鏈接：金屬型鑄造動畫演示2．壓力鑄造壓力鑄造是將熔融金屬在高壓下高速充型，并在壓力下凝固的鑄造方法。相關(guān)鏈接：壓鑄機與壓力鑄造4.3特種鑄造相關(guān)鏈接：離心鑄造與動畫演示3.離心鑄造離心鑄造是將金屬澆人繞水平、傾斜或立軸旋轉(zhuǎn)的鑄型，在離心力作用下凝固成鑄件的鑄造方法。離心鑄造多用于簡單的圓筒體，不用芯子形成圓筒內(nèi)孔。也用于生產(chǎn)異形鑄件。4.熔模鑄造熔模鑄造是用易熔材料如蠟料制成模樣，在模樣上包覆若干層耐火涂料，制成型殼，熔出模樣后經(jīng)高溫焙燒即可澆注的鑄造方法。相關(guān)鏈接：熔模鑄造動畫演示4.3特種鑄造4.4鑄造新技術(shù)、新工藝1．造型技術(shù)的新進展

（1）氣體沖壓造型這是近年來發(fā)展迅速的低噪聲造型方法。它包括空氣沖擊造型和燃氣沖擊造型兩類。

（2）靜壓造型靜壓造型的特點是消除了震壓造型機的噪聲污染，型砂緊實效果好，鑄件尺寸精度高。（3）真空密封造型(V法造型)2．快速成形技術(shù)(RPT)T技術(shù)集成了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)，CAD／CAM技術(shù)、激光技術(shù)和新型材料科學成果于一體，突破了傳統(tǒng)的加工模式，大大縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。目前正在應用與開發(fā)的快速成形技術(shù)(RPT)有：SLA(激光立體光刻成形技術(shù))SLS(激光粉末選區(qū)燒結(jié)成形技術(shù))FDM(熔絲沉積成形工藝)LOM(分層疊紙制造成形工藝)DSPC(直接制殼生產(chǎn)鑄件的工藝)等4.4鑄造新技術(shù)、新工藝3、計算機在鑄造中的應用

當前，計算機在鑄造過程中的管理、設計、制造、測控、工藝、凝固模擬等方面得到了廣泛的應用。與傳統(tǒng)的鑄造工藝設計方法相比，用計算機設計鑄造工藝有如下特點：（1）計算準確、迅速，消除了人為的計算誤差。（2）可同時對幾個系統(tǒng)