材料成型技術基礎.ppt

1、材料成形技術基礎,江星瑩,一、金屬的液態(tài)成形 二、金屬的塑性成形 三、材料的連接成形 四、非金屬材料的成形 五、材料成形方法的選擇 六、快速成形技術簡介,課程大綱,第一章：金屬的液態(tài)成形,定義：所謂金屬液態(tài)成型，即鑄造（casting）是將液態(tài)金屬澆注到與零件形狀，尺寸相適應的鑄型型腔中，待其冷卻凝固后，獲得一定形狀的毛坯或零件的方法。,鑄造工藝特點,（1）鑄件大小，形狀和重量幾乎不受限制； （2）鑄件形狀與零件接近，能夠制成形狀復雜，尤其是有復雜內(nèi)腔的毛坯或零件； （3）原材料來源廣泛 ，生產(chǎn)成本較低。 （4）但也存在一些不足，如組織缺陷，力學性能偏低，質(zhì)量不穩(wěn)定，工作環(huán)境較差。因此，鑄件多

2、數(shù)做為毛坯用。,優(yōu)點,缺點,一、金屬的液態(tài)成形,第一節(jié)、液態(tài)成形理論基礎 第二節(jié)、金屬的液態(tài)成形方法 第三節(jié)、液態(tài)金屬成形件的工藝設計 第四節(jié)、液態(tài)金屬成形件的結(jié)構(gòu)設計,第一節(jié)：液態(tài)成形理論基礎,1、液態(tài)金屬的凝固 凝固：物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)的過程。 結(jié)晶：金屬的凝固過程。結(jié)晶包括形核和長大兩個過程。 凝固組織：宏觀上指鑄態(tài)晶粒的形態(tài)、大小、取向和分布等情況；微觀上指晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形態(tài)、大小和分布，以及各種缺陷等。,一、金屬的凝固,1、液態(tài)金屬的凝固,鑄件的凝固組織對金屬材料的力學性能、物理性能影響甚大。一般情況下，晶粒愈細小均勻，金屬材料的強度和硬度愈高，塑性和韌性愈好。 影響鑄件凝固組織的

3、因素有：成分、冷卻速度、形核條件等。,2、鑄件的凝固方式,2、鑄件的凝固方式,1 鑄件的凝固方式 鑄件凝固過程中，在其斷面上存在三個區(qū)域，即已凝固的固相區(qū)、液固兩相并存的凝固區(qū)和未開始凝固的液相區(qū)。其中凝固區(qū)的寬窄對鑄件質(zhì)量影響較大，其寬窄決定著鑄件的凝固方式。,（1）逐層凝固,純金屬或共晶成分的合金，凝固時鑄件的斷面上不存在液、固兩相并存的凝固區(qū)，如圖（a），已凝固層與未凝固的液相區(qū)之間界限清晰，隨著溫度的下降，已凝固層不斷加厚，液相區(qū)逐漸減小，一直到鑄件完全凝固，這種凝固方式稱為逐層凝固。,如果合金的結(jié)晶溫度范圍很寬，且鑄件斷面的溫度梯度較小，則在開始凝固的一段時間內(nèi)，鑄件表面不會形成堅固

4、的已凝固層，而是液、固兩相共存區(qū)貫穿鑄件的整個斷面，如圖（c）。這種凝固方式先呈糊狀，然后整體凝固，故稱為糊狀凝固。,（2）糊狀凝固,大多數(shù)鑄造合金的凝固方式介于逐層凝固和糊狀凝固之間，如圖（b）所示，即在凝固過程中，鑄件斷面上存在一定寬度的液固兩相共存的凝固區(qū)，稱為中間凝固方式。,（3）中間凝固,3、影響鑄件凝固方式的因素,影響鑄件凝固方式的因素：合金的結(jié)晶溫度范圍和鑄件的溫度梯度。,（1） 鑄造合金的結(jié)晶溫度范圍 合金的結(jié)晶溫度范圍愈窄，鑄件的凝固區(qū)域就愈窄，愈傾向于逐層凝固。如砂型鑄造時，低碳鋼的凝固為逐層凝固，而高碳鋼的結(jié)晶溫度范圍較寬成為糊狀凝固。,溫度梯度對凝固方式的影響,（2）

5、鑄件的溫度梯度：鑄造合金的成分一定時，鑄件凝固區(qū)域的寬窄就取決于其斷面的溫度梯度，如右圖所示，隨溫度梯度由小變大，則相應的凝固區(qū)會由寬變窄。,鑄件的溫度梯度,鑄件的溫度梯度主要取決于： 1）鑄造合金的性質(zhì)。如鑄造合金的導熱性愈好、結(jié)晶潛熱愈大，則鑄件均勻溫度的能力愈強，溫度梯度就愈小。 2）鑄型的蓄熱能力和導熱性愈好，對鑄件的激冷能力愈強，使鑄件的溫度梯度愈大。 3）提高澆注溫度，會降低鑄型的冷卻能力，從而降低鑄件的溫度梯度。,二、液態(tài)合金的工藝性能,金屬與合金的鑄造性能是指金屬與合金在鑄型成形的工藝過程中、容易獲得外形正確、內(nèi)部健全的鑄件的性質(zhì)。鑄造性能是重要的工藝性能指標，鑄造合金除應具備

6、符合要求的力學性能、物理性能和化學性能外，還必須有良好的鑄造性能。合金的鑄造性能通常用充型能力、收縮性能等來衡量。,1、合金的充型能力,熔融合金填充鑄型的過程簡稱充型。 液態(tài)合金充滿鑄型、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。 充型能力取決于： 1)熔融合金本身的流動能力（流動性）， 2)鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)等因素的影響。,一、合金的流動性,合金的鑄造性能是表示合金鑄造成型獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。通常用流動性和收縮性來衡量。,1、流動性概念 流動性液態(tài)合金的充型能力。,流動性好的合金：,易于澆注出輪廓清晰、薄而復雜的鑄件； 有利于非金屬夾雜物和氣體的上浮和排除； 易于補

7、縮及熱裂紋的彌合。,合金流動性的衡量,合金的流動性用澆注流動性試樣的方法來衡量。流動性試樣的種類很多，如螺旋型、球形、真空試樣等。應用最多的是澆注的螺旋形試樣。,合金的流動性愈好，其長度就愈長。,常用合金的流動性（砂型，試樣截面88mm）,影響流動性的因素,1）合金的種類： 合金的流動性與合金的熔點、熱導率、合金液的粘度等物理性能有關。鑄鐵和硅黃銅的流動性最好，鋁硅合金的次之，鑄鋼的最差（熔點高，在鑄型的散熱快、凝固快）。 2）合金的成分和結(jié)晶特征對流動性的影響最為顯著。 3）雜質(zhì)與含氣量：熔融合金中出現(xiàn)的固態(tài)夾雜物，將使合金的粘度增加，合金的流動性下降；熔融金屬中的含氣量愈少，合金的流動性愈

8、好。 4）液態(tài)合金的粘度、結(jié)晶潛熱和導熱系數(shù)等物理參數(shù)對流動性也有影響。一般的粘度愈大、結(jié)晶潛熱愈小和導熱系數(shù)愈小，其流動性愈差。,合金的成分和結(jié)晶特征對流動性的影響,共晶成分的合金，其結(jié)晶同純金屬一樣，是在恒溫下進行的。從鑄型表面到中心，液態(tài)合金逐層凝固如圖（a），由于已凝固層的內(nèi)表面光滑，對液態(tài)合金的流動阻力小。,特別是共晶成分合金的凝固溫度最低，相同澆注溫度下其過熱度最大，延長了合金處于液態(tài)的時間，故流動性最好。,合金的成分和結(jié)晶特征對流動性的影響,在一定溫度范圍內(nèi)的亞共晶合金，其結(jié)晶過程是在鑄件截面上一定的寬度區(qū)域內(nèi)同時進行的。在結(jié)晶區(qū)域中，既有形狀復雜的枝晶，又有未結(jié)晶的液體。即在其

9、已凝固層和純液態(tài)區(qū)之間存在一個液固兩相共存的區(qū)域，使得已凝固層的內(nèi)表面粗糙如圖（b）。,復雜的枝晶不僅阻礙熔融金屬的流動，而且使熔融金屬的冷卻速度加快，所以流動性差。,非共晶成分的合金流動性差，且隨合金成分偏離共晶點愈遠，其結(jié)晶溫度范圍愈寬，流動性愈差，如圖為鐵碳合金流動性與含碳量的關系圖。,合金的成分和結(jié)晶特征對流動性的影響,澆注條件,（1） 澆注溫度：澆注溫度對合金充型能力有決定性的影響。澆注溫度高，液態(tài)合金所含的熱量多，在同樣的冷卻條件下，保持液態(tài)的時間長，所以流動性好。澆注溫度越高，合金的粘度越低，傳給鑄件的熱量多，保持液態(tài)的時間延長，流動性好，充型能力強。 （2） 充型壓力 ：液態(tài)合

10、金在流動方向上所受壓力愈大，其充型能力愈好。砂型鑄造時，是由直澆道高度提供靜壓力作為充型壓力，所以直澆道的高度應適當。,（3）鑄型條件,在鑄型凡能增大液態(tài)合金流動阻力、降低流速和加快其冷卻的因素，均會降低其充型能力。 1）鑄型的蓄熱能力 2）鑄型溫度 3）鑄型中的氣體 4）鑄件的結(jié)構(gòu) ：鑄件的壁愈薄、結(jié)構(gòu)形狀愈復雜，液態(tài)合金的充型能力愈差。應采取適當提高澆注溫度、提高充型壓力和預熱鑄型等措施來改善其充型能力。,2、合金的收縮,收縮：合金從澆注、凝固直至冷卻到室溫的過程中，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象。收縮是合金的物理本性，是影響鑄件幾何形狀、尺寸、致密性，甚至造成某些缺陷的重要原因之一。,體收縮率：

11、合金從液態(tài)到常溫的體積改變量。,線收縮率：金屬在固態(tài)由高溫到常溫的線尺寸改變量。,式中：,合金收縮的三個階段,。,（2）凝固收縮：從凝固開始溫度（Tl）到凝固終止溫度（即固相線溫度Ts）間的收縮 （3）固態(tài)收縮：從凝固終止溫度（Ts）到室溫間的收縮。 合金的收縮率為上述三個階段收縮率的總和。,合金的收縮經(jīng)歷如下三個階段，如圖所示： （1）液態(tài)收縮：從澆注溫度（T澆）到凝固開始溫度（即液相線溫度Tl）間的收縮。,影響收縮的因素,影響收縮的因素： 1）化學成分：C ，Si 收縮率； Mn適量，生產(chǎn)MnS 收縮率； Mn過高收縮率 S 收縮率 ，。 2）澆注溫度：T，T 收縮率 3）鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條

12、件,收縮是液態(tài)合金凝固冷卻過程中的必然現(xiàn)象，它產(chǎn)生縮孔與縮松，內(nèi)應力，變形和裂紋，對鑄造工藝影響很大。,三、鑄造性能對鑄件質(zhì)量的影響,鑄造性能對鑄件質(zhì)量有顯著的影響。收縮是鑄件中許多缺陷，如縮孔、縮松、應力、變形和裂紋等產(chǎn)生的基本原因。充型能力不好，鑄件易產(chǎn)生澆不到、冷隔、氣孔、夾雜、縮孔、熱裂等缺陷。,1、鑄件的縮孔和縮松,若液態(tài)收縮和凝固收縮所縮減的體積得不到補足，則在鑄件的最后凝固部位會形成一些孔洞。按照孔洞的大小和分布，可將其分為縮孔和縮松兩類。 縮孔：集中在鑄件上部或最后凝固部位、容積較大的孔洞?？s孔多呈倒圓錐形，內(nèi)表面粗糙。 縮松：分散在鑄件某些區(qū)域內(nèi)的細小縮孔。,縮孔的形成,縮孔

13、主要出現(xiàn)在金屬在恒溫或很窄溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，鑄件壁呈逐層凝固方式的條件下?？s孔形成機理：逐層凝固方式下最后凝固部位得不到補充而形成的空隙。,縮松的形成,縮松主要出現(xiàn)在呈糊狀凝固方式的合金中或斷面較大的鑄件壁中，是被樹枝狀晶體分隔開的液體區(qū)難以得到補縮所致。縮松大多分布在鑄件中心軸線處、熱節(jié)處、冒口根部、內(nèi)澆口附近或縮孔下方。,縮松形成機理：樹枝狀晶體所分隔的晶間液體區(qū)得不到補縮形成的小孔隙。,縮孔位置的確定,等溫線法,內(nèi)切圓法,定向凝固的缺點和應用：,缺點鑄件成本高，加大鑄造內(nèi)應力（易變形、開裂）。 應用體收縮大的合金，如鑄鋼、鋁青銅和鋁硅合金等。,縮孔、縮松形成的規(guī)律,1、合金的液態(tài)收縮和凝固

14、收縮愈大（如鑄鋼、白口鑄鐵、鋁青銅），鑄件愈易形成縮孔。 2、合金的澆注溫度愈高，液態(tài)收縮愈大，愈易形成縮孔。 3、結(jié)晶溫度范圍寬的合金，傾向于糊狀凝固，易形成縮松。純金屬和共晶成分合金傾向于逐層凝固，易形成集中縮孔。,縮孔和縮松的防止 （三點）,1、冒口：在鑄件可能出現(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最先凝固（圖），爾后是靠近冒口的部位凝固（圖、I），冒口本身最后凝固。按照這樣的凝固順序，先凝固部位的收縮，由后凝固部位的金屬液來補充；后凝固部位的收縮，由冒口中的金屬液來補充從而將縮孔轉(zhuǎn)移到冒口之中。（缺點是浪費金屬）,防止縮孔原則：使鑄件實現(xiàn)“定向凝固”。,2、

15、冷鐵：為了實現(xiàn)定向凝固，在安放冒口的同時，在鑄件上某些厚大部位增設的金屬材料（冷鐵：激冷物），如右圖所示。,縮孔和縮松的防止,3、合理選擇內(nèi)澆道位置及澆注工藝：內(nèi)澆道的引入位置對鑄件的溫度分布有明顯的影響，應按照定向凝固的原則確定。例如：內(nèi)澆道應從鑄件厚實處引入，盡可能靠近冒口或由冒口引入。,同時凝固和定向凝固比較,用于凝固收縮小的灰鑄鐵。鑄件內(nèi)應力小，工藝簡單，節(jié)省金屬但同時凝固往往使鑄件中心區(qū)域出現(xiàn)縮松，組織不致密。,用于收縮大或壁厚差距較大，易產(chǎn)生縮孔的合金鑄件，如鑄鋼、鋁硅合金等。定向凝固補縮作用好，鑄件致密，但鑄件成本高，內(nèi)應力大。,鑄造內(nèi)應力：鑄件在凝固、冷卻的過程中，由于各部分體

16、積變化不一致、彼此制約而使其固態(tài)收縮受到阻礙引起的內(nèi)應力。 鑄造內(nèi)應力按阻礙收縮原因的不同分為熱應力和收縮應力（機械應力）兩類，它們是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的基本原因。 1）熱應力的形成：由于鑄件各部分冷卻速度不同，以致在同一時期鑄件各部分收縮受到熱阻礙不一致而引起。,2、鑄造應力,圖為框形鑄件熱應力的形成過程,熱應力形成規(guī)律：鑄件的厚壁或心部受拉應力，薄壁或表層受壓應力。,2）收縮應力（機械應力）,機械應力的形成：機械應力是合金的線收縮受到鑄型、型芯、澆冒口等外力的機械阻礙而形成的內(nèi)應力，如圖所示。,機械應力使鑄件產(chǎn)生拉伸或剪切應力，是暫時存在的，在鑄件落砂之后，這種內(nèi)應力便可自行消除。,3）減

17、小應力的措施,預防鑄件產(chǎn)生熱應力的基本措施是減小鑄件各部分之間的溫度差，使其均勻冷卻。具體為： i）選擇線收縮小、彈量模量較小的合金作為鑄造合金； ii）合理地設計鑄件結(jié)構(gòu)：盡量使鑄件形狀簡單、對稱、壁厚均勻； iii ）采用合理的鑄造工藝，使鑄件的凝固符合同時凝固原則。在鑄造工藝上采取“同時凝固原則”，盡量減小鑄件各部位間的溫度差，使鑄件各部位同時冷卻凝固。 ）實效處理：將鑄件加熱到550650之間保溫，進行去應力退火可消除殘余內(nèi)應力。,1）鑄件的變形 翹曲變形：厚薄不均勻、截面不對稱及細長的桿類、板類及輪類鑄件，當鑄造應力超過鑄件材料的屈服極限時產(chǎn)生。如左圖所示的框架型鑄件和右圖所示的T型

18、梁鑄鋼件。,3、鑄件的變形與裂紋,反變形法,反變形法：有效地防止變形的產(chǎn)生，如圖所示。,2）鑄件的裂紋,當鑄造內(nèi)應力超過金屬材料的抗拉強度時，鑄件便產(chǎn)生裂紋，根據(jù)產(chǎn)生溫度的不同，裂紋可分為熱裂和冷裂兩種。 1.熱裂：高溫下的金屬強度很低，如果金屬的線收縮受到鑄型或型芯的阻礙，機械應力超過該溫度下金屬的強度，便產(chǎn)生熱裂。特征：熱裂紋尺寸較短、縫隙較寬、形狀曲折、縫內(nèi)呈嚴重的氧化色。 影響熱裂因素： （1）合金性質(zhì)（合金的結(jié)晶特點和化學成分） （2）鑄型阻力（鑄型、型芯的退讓性） 防止熱裂的方法：合理的鑄件結(jié)構(gòu)；型砂和芯砂的退讓性；嚴格限制鋼和鑄鐵中硫的含量等。特別是后者，因為硫能增加鋼和鑄鐵的熱

19、脆性，使合金的高溫強度降低。,2. 冷裂,2. 冷裂：低溫形成的裂紋為冷裂。 冷裂紋特征：表面光滑，具有金屬光澤或呈微氧化色，貫穿整個晶粒，常呈圓滑曲線或直線狀。脆性大、塑性差的合金，如白口鑄鐵、高碳鋼及某些合金鋼，最易產(chǎn)生冷裂紋，大型復雜鑄鐵件也易產(chǎn)生冷裂紋。冷裂往往出現(xiàn)在鑄件受拉應力的部位，特別是應力集中的部位。 防止冷裂的方法：減小鑄造內(nèi)應力和降低合金的脆性。如鑄件壁厚要均勻；增加型砂和芯砂的退讓性；降低鋼和鑄鐵中的磷含量，因為磷能顯著降低合金的沖擊韌度，使鋼產(chǎn)生冷脆。如鑄鋼的磷含量大于0.1%、鑄鐵的磷含量大于0.5%時，因沖擊韌度急劇下降，冷裂傾向明顯增加。,有的鑄件雖無明顯的變形，

20、但經(jīng)切削加工后，破壞了鑄造應力的平衡，產(chǎn)生變形甚至裂紋。,圓柱體鑄件加工后的變形,表面被加工掉一層后,心部鉆孔后,從側(cè)面切去一層,5、鑄件的裂紋,鑄鋼件結(jié)構(gòu)對熱裂紋的影響,輪形鑄件的冷裂,第二節(jié)：金屬的液態(tài)成形方法,一、砂型鑄造成形,砂型鑄造成形工藝流程圖,砂型鑄造造型（造芯）方法,制造砂型的工藝過程稱為造型。造型是砂型鑄造最基本的工序，通常分為手工造型和機器造型兩大類。,（一）手工造型 手工造型特點：操作方便靈活、適應性強，模樣生產(chǎn)準備時間短。但生產(chǎn)率低，勞動強度大，鑄件質(zhì)量不易保證。只適用于單件小批量生產(chǎn)。 各種常用手工造型方法的特點及其適用范圍如圖：,按砂箱特征區(qū)分,主要特點：鑄型由上型

21、和下型組成，造型、起模、修型等操作方便。 適用范圍：適用于各種生產(chǎn)批量，各種大、中、小鑄件。,主要特點：鑄型由上、中、下三部分組成，中型的高度須與鑄件兩個分型面的間距相適應。三箱造型費工，應盡量避免使用 。 適用范圍：主要用于單件、小批量生產(chǎn)具有兩個分型面的鑄件,按砂箱特征區(qū)分,主要特點：在車間地坑內(nèi)造型，用地坑代替下砂箱，只要一個上砂箱，可減少砂箱的投資。但造型費工，而且要求操作者的技術水平較高 。 適用范圍：常用于砂箱數(shù)量不足，制造批量不大的大、中型鑄件,主要特點：鑄型合型后，將砂箱脫出，重新用于造型。澆注前，須用型砂將脫箱后的砂型周圍填緊，也可在砂型上加套箱。 適用范圍：主要用在生產(chǎn)小鑄

22、件，砂箱尺寸較小。,按模樣特征區(qū)分,主要特點：模樣是整體的，多數(shù)情況下，型腔全部在下半型內(nèi)，上半型無型腔。造型簡單，鑄件不會產(chǎn)生錯型缺陷。 適用范圍：適用于一端為最大截面，且為平面的鑄件。,主要特點：模樣是整體的，但鑄件的分型面是曲面。為了起模方便，造型時用手工挖去阻礙起模的型砂。每造一件，就挖砂一次，費工、生產(chǎn)率低。 適用范圍：用于單件或小批量生產(chǎn)分型面不是平面的鑄件。,按模樣特征區(qū)分,主要特點：為了克服挖砂造型的缺點，先將模樣放在一個預先作好的假箱上，然后放在假箱上造下型，省去挖砂操作。操作簡便，分型面整齊。 適用范圍：用于成批生產(chǎn)分型面不是平面的鑄件。,主要特點：將模樣沿最大截面處分為兩

23、半，型腔分別位于上、下兩個半型內(nèi)。造型簡單，節(jié)省工時。 適用范圍：常用于最大截面在中部的鑄件。,按模樣特征區(qū)分,主要特點：鑄件上有妨礙起模的小凸臺、肋條等。制模時將此部分作成活塊，在主體模樣起出后，從側(cè)面取出活塊。造型費工，要求操作者的技術水平較高。 適用范圍：主要用于單件、小批量生產(chǎn)帶有突出部分、難以起模的鑄件。,主要特點：用刮板代替模樣造型。可大大降低模樣成本，節(jié)約木材，縮短生產(chǎn)周期。但生產(chǎn)率低，要求操作者的技術水平較高。 適用范圍：主要用于有等截面的或回轉(zhuǎn)體的大、中型鑄件的單件或小批量生產(chǎn)。,（二）機器造型,機器造型：用機器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序。 特點是：大批量生產(chǎn)砂型的

24、主要方法，能夠顯著提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，并提高鑄件的尺寸精度、表面質(zhì)量，使加工余量減小。,緊砂方法,1、壓實緊砂機工作原理圖,機器造型的緊砂方法為壓實、震實、震壓和拋砂四種基本形式。,2、震實緊砂機工作原理圖,3、震壓緊砂機工作原理圖,3、拋砂緊砂機工作原理圖,補：（射砂）緊砂機工作原理圖,起模方法,起模方法根據(jù)其起模機構(gòu)分為：頂模起模（a）、漏模起模（b）和翻轉(zhuǎn)起模（c）。,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，如熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、陶瓷型鑄造、殼型鑄造和實型鑄造等。 特點：特種鑄造具有鑄件精度和表面質(zhì)量高、鑄件內(nèi)在性能好、原

25、材料消耗低、工作環(huán)境好等優(yōu)點。但鑄件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、重量、材料種類往往受到一定限制。,二、特種鑄造成形,1、熔模鑄造（失蠟鑄造）,1）熔模鑄造的工藝過程 制造蠟模制造型殼 熔化蠟模（脫蠟） 型殼的焙燒 澆注脫殼和清理,2）熔模鑄造的特點和應用,鑄件精度高、表面質(zhì)量好，是少、無切削加工工藝的重要方法之一，其尺寸精度可達IT11IT14，表面粗糙度為Ra12.51.6m。 可制造形狀復雜鑄件，其最小壁厚可達0.3mm，最小鑄出孔徑為0.5mm。對由幾個零件組合成的復雜部件，可用熔模鑄造一次鑄出。 鑄造合金種類不受限制，用于高熔點和難切削合金，更具顯著的優(yōu)越性。 生產(chǎn)批量基本不受限制，既可成批、

26、大批量生產(chǎn)，又可單件、小批量生產(chǎn)。 工序繁雜，生產(chǎn)周期長，原輔材料費用比砂型鑄造高，生產(chǎn)成本較高，鑄件不宜太大、太長，一般限于25kg以下。,2、金屬型鑄造,1）金屬型的鑄造工藝措施 由于金屬型導熱速度快，沒有退讓性和透氣性，為了確保獲得優(yōu)質(zhì)鑄件和延長金屬型的使用壽命，必須采取下列工藝措施： （1）加強金屬型的排氣 （2）表面噴刷防粘砂涂料 （3）預熱金屬型 （4）開型 因金屬型無退讓性，除在澆注時正確選定澆注溫度和澆注速度外，澆注后，如果鑄件在鑄型中停留時間過長，易引起過大的鑄造應力而導致鑄件開裂。因此，鑄件冷凝后，應及時從鑄型中取出。通常鑄鐵件出型溫度為780-950左右，開型時間為10-

27、60s。,2）金屬型鑄造的特點及應用范圍,尺寸精度高（IT12IT16）、表面粗糙度?。≧a12.56.3m），機械加工余量小。 鑄件的晶粒較細，力學性能好。 可實現(xiàn)一型多鑄，提高了勞動生產(chǎn)率，且節(jié)約造型材料。 但金屬型的制造成本高，不宜生產(chǎn)大型、形狀復雜和薄壁鑄件；由于冷卻速度快，鑄鐵件表面易產(chǎn)生白口，切削加工困難；受金屬型材料熔點的限制，熔點高的合金不適宜用金屬型鑄造。 用途：銅合金、鋁合金等鑄件的大批量生產(chǎn)，如活塞、連桿、汽缸蓋等；鑄鐵件的金屬型鑄造目前也有所發(fā)展，但其尺寸限制在300mm以內(nèi)，質(zhì)量不超過8kg，如電熨斗底板等。,3、壓力鑄造,比壓3070MPa，充型時間0.010.2s

28、ec。 1）壓鑄機和壓鑄工藝過程 壓鑄機分類：根據(jù)壓室工作條件不同，分為冷壓室壓鑄機和熱壓室壓鑄機兩類。熱壓室壓鑄機的壓室與坩堝連成一體，而冷壓室壓鑄機的壓室是與坩堝分開的。冷壓室壓鑄機又可分為立式和臥式兩種，目前以臥式冷壓室壓鑄機應用較多。,臥式冷壓室壓鑄機工作原理圖,壓鑄鑄型：定型、動型，將定量金屬液澆入壓室，柱塞向前推進，金屬液經(jīng)澆道壓入壓鑄模型腔中，經(jīng)冷凝后開型，由推桿將鑄件推出。冷壓室壓鑄機，可用于壓鑄熔點較高的非鐵金屬，如銅、鋁和鎂合金等。,2）壓力鑄造的特點及其應用,壓鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量好，尺寸公差等級為IT11IT13，表面粗糙度Ra值為6.31.6m，可不經(jīng)機械加工直接

29、使用，而且互換性好。 可以壓鑄壁薄、形狀復雜以及具有很小孔和螺紋的鑄件，如鋅合金的壓鑄件最小壁厚可達0.8mm，最小鑄出孔徑可達0.8mm、最小可鑄螺距達0.75mm。還能壓鑄鑲嵌件。 壓鑄件的強度和表面硬度較高。壓力下結(jié)晶，加上冷卻速度快，鑄件表層晶粒細密，其抗拉強度比砂型鑄件高25%40%。 生產(chǎn)率高，可實現(xiàn)半自動化及自動化生產(chǎn)。 氣體難以排出，壓鑄件易產(chǎn)生皮下氣孔，壓鑄件不能進行熱處理，也不宜在高溫下工作；金屬液凝固快，厚壁處來不及補縮，易產(chǎn)生縮孔和縮松；設備投資大，鑄型制造周期長、造價高，不宜小批量生產(chǎn)。 應用：生產(chǎn)鋅合金、鋁合金、鎂合金和銅合金等鑄件；汽車、拖拉機制造業(yè)、儀表和電子儀

30、器工業(yè)、在農(nóng)業(yè)機械、國防工業(yè)、計算機、醫(yī)療器械等制造業(yè)等。,4、低壓鑄造（0.020.06MPa）,1）低壓鑄造的工藝過程 低壓鑄造裝置如圖(a)所示。緩慢地向坩堝爐內(nèi)通入干燥的壓縮空氣，金屬液受氣體壓力的作用，由下而上沿著升液管和澆注系統(tǒng)充滿型腔，如圖(b)所示。開啟鑄型，取出鑄件，如圖(c)所示。,2）低壓鑄造的特點及應用,特點： （1）澆注時的壓力和速度可以調(diào)節(jié)，故可適用于各種不同鑄型（如金屬型、砂型等），鑄造各種合金及各種大小的鑄件。 （2）采用底注式充型，金屬液充型平穩(wěn)，無飛濺現(xiàn)象，可避免卷入氣體及對型壁和型芯的沖刷，提高了鑄件的合格率。 （3）鑄件在壓力下結(jié)晶，鑄件組織致密、輪廓清

31、晰、表面光潔，力學性能較高，對于大薄壁件的鑄造尤為有利。 （4）省去補縮冒口，金屬利用率提高到9098%。 （5）勞動強度低，勞動條件好，設備簡易，易實現(xiàn)機械化和自動化。 應用：汽車發(fā)動機缸體、缸蓋、活塞、葉輪等。,5、離心鑄造,離心鑄造是指將熔融金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使液體金屬在離心力作用下充填鑄型并凝固成形的一種鑄造方法。 1）離心鑄造的類型 鑄型：金屬型或砂型。 分類：離心鑄造機通?？煞譃榱⑹胶团P式兩大類，如圖所示。,2）離心鑄造的特點及應用范圍,離心鑄造的特點是： （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(chǎn)過程。 （2）由于旋轉(zhuǎn)時液

32、體金屬所產(chǎn)生的離心力作用，離心鑄造可提高金屬充填鑄型的能力，因此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(chǎn)。 （3）由于離心力的作用，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(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔和夾雜等缺陷的幾率較小。 （4）無澆注系統(tǒng)和冒口，節(jié)約金屬。 （5）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(nèi)表面上，所以內(nèi)孔的尺寸不精確，質(zhì)量也較差；鑄件易產(chǎn)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(chǎn)。,6、擠壓鑄造,擠壓鑄造：是將定量金屬液澆入鑄型型腔內(nèi)并施加較大的機械壓力，使其凝固、成形后獲得毛坯或零

33、件的一種工藝方法。 分類：擠壓鑄造按液體金屬充填的特性和受力情況，可分為柱塞擠壓、直接沖頭擠壓、間接沖頭擠壓和型板擠壓四種，如圖所示。,型板擠壓鑄造,1）擠壓鑄造的工藝過程,擠壓鑄造的工藝過程如圖所示。 1鑄型準備 對鑄型清理、型腔內(nèi)噴涂料和預熱等，使鑄型處于待注狀態(tài)。,2澆 注 將定量的金屬液澆入型腔。 3合型加壓 將上、下型鎖緊，依靠沖頭壓力使金屬液充滿型腔，進而升壓并在預定的壓力下保持一定時間，使金屬液凝固。 4取出鑄件 卸壓、開型、取出鑄件。,2）擠壓鑄造的特點及應用范圍,擠壓鑄造的特點是： （1）壓鑄件的尺寸精度高（IT11IT13），表面粗糙度?。≧a6.31.6m），鑄件的加工余

34、量小。 （2）需設澆冒口，金屬利用率高。 （3）鑄件組織致密，晶粒細小，力學性能好。 （4）工藝簡單，節(jié)省能源和勞動力，易實現(xiàn)機械化和自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)率比金屬型鑄造高12倍。 （5）缺點：澆到鑄型型腔內(nèi)的金屬液中夾雜物無法排出。擠壓鑄造要求準確定量澆注，否則影響鑄件的尺寸精度。 用途：用于生產(chǎn)強度要求較高、氣密性好、薄板類鑄件。如各種閥體、活塞、機架、輪轂、耙片和鑄鐵鍋等。 特種鑄造的發(fā)展很快，除以上常用的幾種外，還有許多其它特種鑄造方法，如陶瓷型鑄造、連續(xù)鑄造、殼型鑄造、真空吸鑄和冷凍鑄造等。,7、實型鑄造,實型鑄造：采用聚苯乙烯發(fā)泡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

35、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。,實型鑄造工藝過程,2）實型鑄造具有以下特點及用途,（1）由于采用了遇金屬液即氣化的泡沫塑料模樣，無需起模，無分型面，無型芯，因而無飛邊毛刺，鑄件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模鑄造，但尺寸卻可大于熔模鑄造。 （2）各種形狀復雜鑄件的模樣均可采用泡沫塑料模粘合，成形為整體，減少了加工裝配時間，可降低鑄件成本10%30%，也為鑄件結(jié)構(gòu)設計提供充分的自由度。 （3）簡化了鑄件生產(chǎn)工序，縮短了生產(chǎn)周期，使造型效率比砂型鑄造提高25倍。 （4）缺點：實型鑄造的模樣只能使用一次，且泡沫塑料的密度

36、小、強度低，模樣易變形，影響鑄件尺寸精度。澆鑄時模樣產(chǎn)生的氣體污染環(huán)境。 用途：實型鑄造主要用于不易起模等復雜鑄件的批量及單件生產(chǎn)。,補充）陶瓷型鑄造,（一）工藝過程 陶瓷型鑄造的工藝過程，如圖所示。 1砂套造型 2灌漿與膠結(jié) 3起模與噴燒 4焙燒與合型 5澆注,2）陶瓷型鑄造的特點及適用范圍,陶瓷型鑄造的特點： （1）陶瓷面層在具有彈性的狀態(tài)下起模，同時陶瓷面層耐高溫且變形小，故鑄件的尺寸精度和表面粗糙度等與熔模鑄造相近。 （2）陶瓷型鑄件的大小幾乎不受限制，可從幾公斤到數(shù)噸。 （3）在單件、小批量生產(chǎn)條件下，投資少、生產(chǎn)周期短，在一般鑄造車間即可生產(chǎn)。 （4）陶瓷型鑄造不適于生產(chǎn)批量大、重

37、量輕或形狀復雜的鑄件，生產(chǎn)過程難以實現(xiàn)機械化和自動化。 用途：厚大的精密鑄件，廣泛用于生產(chǎn)沖模、鍛模、玻璃器皿模、壓鑄型和模板等，也可用于生產(chǎn)中型鑄鋼件等。,第三節(jié)：液態(tài)金屬成形件的工藝設計,鑄造工藝設計是根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點、技術要求、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)條件等，確定鑄造方案和工藝參數(shù)，并繪制工藝圖，編制工藝卡和工藝規(guī)程。其主要內(nèi)容包括鑄造成形方案的選擇；澆注系統(tǒng)、工藝參數(shù)等的確定；最后形成鑄造成形工藝圖、工藝卡等技術文件。,一、 鑄造成形（造型）方法選擇,依據(jù)：鑄件形狀、尺寸、技術要求 批量 實際生產(chǎn)條件 原則：保證質(zhì)量、降低成本、條件可能,1、澆注位置的選擇,澆注位置：澆注時鑄件在鑄型中所處的空間

38、位置。澆注位置的確定原則是應保證鑄件質(zhì)量。也涉及鑄件尺寸精度及造型工藝過程。應考慮： 1）鑄件重要加工面應朝下或處于側(cè)面,1）鑄件重要加工面應朝下或處于側(cè)面,2）鑄件寬大平面應朝下,鑄件的大平面盡可能朝下，因為型腔頂面澆注時烘烤嚴重，型砂易開裂、形成夾砂。,3）薄壁部分應朝下或垂直傾斜位置處于側(cè)面,面積較大的薄壁鑄件，薄壁部分應朝下或垂直傾斜位置處于側(cè)面，以免產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷。,4）形成縮孔的鑄件，應將截面較厚的部分置于上部或側(cè)面,鑄件的厚大部分應置于上部或側(cè)面便于安置澆、冒口補縮。,5）應盡量減小型芯的數(shù)量，且便于安放、固定和排氣,3、分型面的選擇,選擇分型面的原則是使工藝簡單、操作方

39、便。分型面的選擇應考慮以下幾個原則：,（1）便于起模，使造型工藝簡化 （2）盡量將鑄件重要加工面或大部分加工面、加工基準面放在同一砂箱中。 （3）使型腔和主要芯位于下箱,（1）便于起模，使造型工藝簡化,1）為了便于起模，分型面應選在鑄件的最大截面處。 2）分型面的選擇應盡量減小型芯和活塊的數(shù)量，以簡化制模、造型、合型工序。 3）分型面應盡量平直。 4）盡量減少分型面，特別是機器造型時，只能有一個分型面。,少挖砂，分型面平直,用外芯減少分型面,使鑄件或主要型芯位于同一鑄型以避免錯箱,分型面少，少用三箱；盡量減少型芯的數(shù)量,用砂芯來避免活塊,二、鑄造成形工藝參數(shù)的確定,1、收縮余量 為了補償收縮，模樣比鑄件圖樣尺寸增大的數(shù)量稱收縮余量。收縮余量的大小與鑄件尺寸大小、結(jié)構(gòu)的復雜程度和鑄造合金的線收縮率有關，常常以鑄件線收縮率表示。,2、加工余量,鑄件為進行機械加工而加大的尺寸成為加工余量。加工余量是指鑄件表面留出的準備切削去的金屬層厚度，根據(jù)尺寸公差等級和加工余量等級確定。,起模斜度,起模斜度 ，為便于起模，在垂直于分型面的表面增加的斜度。,芯頭設計,芯頭設計，是型芯的重要組成部分，起定位、支撐和排出型芯內(nèi)氣體的作用。芯頭分為垂直型芯頭和水平型芯頭，主要確定芯頭長度、斜度和間