第一章 金屬的液態(tài)成型.ppt

1、第一章金屬的液態(tài)成型（鑄造),熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法，稱為鑄造,結晶：金屬溶液在凝固后一般都以晶質(zhì)狀態(tài)存在。金屬的結晶過程是不斷形成晶核和晶核不斷長大的過程，即由晶核的產(chǎn)生和長大兩個基本過程組成的。,11,動畫：金屬的結晶,優(yōu)點： 1）可以生產(chǎn)出形狀復雜，特別是具有復雜內(nèi)腔的零件毛坯， 如各種箱體、床身、機架等。2）鑄造生產(chǎn)的適應性廣，工藝靈活性大。 工業(yè)上常用的金屬材料均可用來進行鑄造， 鑄件的重量可由幾克到幾百噸，壁厚可由0.5mm到1m左右3）鑄造用原材料大都來源廣泛，價格低廉， 并可直接利用廢機件，故鑄件成本較低。,缺點： 1）

2、鑄造組織疏松、晶粒粗大，內(nèi)部易產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔等缺陷，因此，鑄件的力學性能，特別是沖擊韌度低于同種材料的鍛件。2）鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定。,鑄造的優(yōu)缺點：,鑄造的分類,鑄造 （造型方法）,砂型鑄造,特種鑄造 （造型材料）,化學硬化砂型,濕砂型,干砂型,以天然礦產(chǎn)砂石為主要造型材料,熔模鑄造、殼型鑄造、負壓鑄造、泥型鑄造、實型鑄造、陶瓷型鑄造等,以金屬作為主要造型材料,金屬型鑄造、離心鑄造、連續(xù)鑄造、壓力鑄造、 低壓鑄造等,砂型鑄造工藝過程 制造模樣、芯盒配制型砂、芯砂造型和造芯烘干、合箱熔煉金屬、澆注落砂、清理與檢驗等,第一節(jié) 砂型鑄造工藝,一、造型材料 制做鑄型和型芯所用的材料成為造型材料。

3、主要分型砂與芯砂，由原砂、粘接劑、水和附加物配制而成。 （一）型（芯）砂的性能 1、強度：應保證鑄型（或型芯）受外力作用時，不易被損壞。型砂強度不 足會造成塌箱、沖砂與砂眼等缺陷。 2、透氣性：鑄型（或型芯）能允許氣體通過，因為澆注時，型腔內(nèi)的空 氣及鑄型產(chǎn)生的揮發(fā)氣體要通過砂型逸出。 3、可塑性：型砂受力易成型且獲得清晰輪廓?？伤苄院?，作興方便，造 型的輪廓清晰，可鑄出形狀尺寸精確的鑄件。 4、耐火性：型（芯）砂在高溫液態(tài)金屬作用下，不軟化、不熔融和不粘 結的能力、耐火性差的型（芯）砂，砂粒易粘附在鑄件表面 ，使清砂和切削加工困難。 5、退讓性：鑄件凝固收縮時，型（芯）砂不阻礙鑄件收縮。退讓

4、性差的 型芯砂，將阻礙鑄件的收縮，會使鑄件產(chǎn)生應力，引起變形 ，甚至開裂。 型芯在澆注時，四周被液態(tài)金屬包圍，故要求芯砂性能比型砂高。,(二)型（芯）砂的組成及配制過程 1、型（芯）砂的組成 原砂 是型砂和砂芯的主要組成部分，其主要成分是由SiO2及其他氧化物。砂粒均勻且呈圓形的好，一般采自山地、沙漠、河灘和海濱。 粘結劑 其作用是江砂?；ハ嗾辰Y在一起，使型（芯）砂具有一定的強度和可塑性。種類很多，常用的有陶（高嶺）土、膨潤土、油類、合脂、樹脂與水玻璃等。 附加物 為了改善型（芯）砂某些性能而附加的物質(zhì)。例如，加入煤粉可提高耐火性，加入水玻璃可提高強度，加入木屑可改善透氣性和退讓性等。 型砂和

5、芯砂的組成物決定于鑄造合金的種類，鑄件的大小及結構特征等。 2、型（芯）砂的制備過程 烘干-篩分-混砂（先干混后濕混）-松砂-停放（悶砂）。,二、模樣與芯盒的制造 模樣與芯盒是鑄造生產(chǎn)的工藝裝備之一， 模樣是用來形成鑄型型腔的工藝裝備,按組合形式，可分為整體模和分開模。 芯盒是制造砂芯或其他種類耐火材料芯所用的裝備。 模樣和芯盒由木材、金屬或其他材料制成。,（一）模樣的制造 一般情況，模樣的外形與鑄件的外形相似，其尺寸要大于鑄件，這是因為金屬有冷卻收縮。模樣應有足夠的強度和剛度，以及與逐漸向適應的表面粗糙度和尺寸精度。 根據(jù)制造模樣所用的材料不同，分為木模樣、金屬模樣和塑料模樣等，可根據(jù)鑄件的

6、要求、造型方法和生產(chǎn)批量等，經(jīng)濟合理的選用。 木模樣 是模樣中應用最廣泛的一種，具有質(zhì)輕、價廉和容易加工等優(yōu)點。但強度低，容易變形和損壞，一班用于單件和中小批量生產(chǎn)。常用木材有，紅木、杉木、銀杏等。 金屬模樣用鑄鐵、銅合金和鋁合金等金屬材料制造的模樣。鋁模最為多見。金屬模樣的強度高，尺寸精確，表面光潔，壽命長。但制造時生產(chǎn)周期長、成本高，用于大批量生產(chǎn)。,（二）芯盒的制造 芯盒的型腔與鑄件的內(nèi)腔孔洞相似。其尺寸應考慮鑄件內(nèi)腔的加工余量和收縮量。根據(jù)制造芯盒的材質(zhì)不同，也可以分為木芯盒和金屬芯盒，金屬芯盒的材料一般是鑄造鋁合金。,三、造型與制芯工藝,造型是指用型砂、模樣、砂箱等工藝裝備制造砂型的

7、過程。 制芯是將芯砂制成符合芯盒形狀的砂芯的過程。,（一）手工造型 手工造型是全部用手工或手動工具完成的造型工序。,1、整模造型的模樣是整體的，分型面是平面，鑄型型腔全部在半個鑄型內(nèi)，其造型簡單，鑄件不會產(chǎn)生錯型缺陷。適用于鑄件最大截面在一端，且為平面的鑄件。,整模造型,2、分模造型是將模樣沿最大截面處分成兩半，型腔位于上、下兩個砂箱內(nèi)，造型簡單省工。常用于最大截面在中部的鑄件。,三箱造型,3、挖砂造型的模樣是整體的，但鑄件分型面為曲面。為便于起模，造型時用手工挖去阻礙起模的型砂、其造型費工、生產(chǎn)率低，工人技術水平要求高。用于分型面不是平面的單件、小批生產(chǎn)鑄件。,挖砂造型,4、活塊造型是在制模

8、時將鑄件上的妨礙起模的小凸臺，肋條等這些部分作成活動的（即活塊）。起模時，先起出主體模樣，然后再從側面取出活塊。其造型費時，工人技術水平要求高。主要用于單件、小批生產(chǎn)帶有突出部分、難以起模的鑄件。,活塊造型,5、刮板造型是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(chǎn)周期。但生產(chǎn)率低，工人技術水平要求高。用于有等載面或回轉體的大、中型鑄件的單件、小批生產(chǎn)、如帶輪、鑄管、彎頭等。,刮板造型,6、組芯造型是用若干塊砂芯組合成鑄型，而無需砂箱。它可提高鑄件的精度，但成本高。適用于大批量生產(chǎn)形狀復雜的鑄件。,7、地坑造型在地平面以下的沙坑中或特制的地坑中制造下型的造型方法，特點是省掉了下

9、砂箱，但造型操作麻煩。用于中型、大型鑄件單件或小批量生產(chǎn)。,8、假箱造型是為克服挖砂造型的挖砂缺點，在造型前預先做個底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不參予澆注，故稱假箱。比挖砂造型操作簡單，且分型面整齊。適用于成批生產(chǎn)中需要挖砂的鑄件。,假箱造型,（二）機器造型 機器造型是指用機器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序。機器造型鑄件尺寸精確、表面質(zhì)量好、加工余量小，但需要專用設備，投資較大，適合大批量生產(chǎn)。 常用的機器造型方法有：壓實緊實、高壓緊實、震擊緊實、震壓緊實、微震緊實、拋砂緊實、射壓緊實、射砂緊實。,（三）造芯 芯的主要作用是形成鑄件的內(nèi)腔或局部外形。 單件、小批生產(chǎn)時采用手

10、工制芯，大批生產(chǎn)時采用機器制芯。 手工制芯常采用芯盒制芯。,（四）澆鑄系統(tǒng)與冒孔 在造型過程中，開設澆鑄系統(tǒng)與冒口是非常重要的操作。 澆鑄系統(tǒng) 將液態(tài)金屬平穩(wěn)的導入、填充型腔與冒口的通道，稱為澆注系統(tǒng)。通常由澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成。除導入液態(tài)金屬外，澆注系統(tǒng)還起到擋渣、補縮與調(diào)節(jié)鑄件的冷卻順序等作用。,冒口在鑄型中，儲存和供補縮鑄件用熔融金屬的空腔，也指該空腔中充填的金屬。其作用是補縮、排氣和除渣。冒口設置于鑄件的頂部或“熱節(jié)”處。,（五）鑄型、型芯的烘干及合箱 鑄型、型芯的烘干目的是提高鑄型與型芯的強度、透氣性，以及減少其揮發(fā)性氣體。通常，型芯都要進行烘干，而鑄型實在不能保證鑄件

11、質(zhì)量時，才進行烘干。 合箱把鑄型的各部分以及型芯裝配在一起的操作，稱為合箱。其工藝要點是要保證鑄型型腔的尺寸與形狀，以及型芯相對位置的穩(wěn)固。,四、鑄造工藝圖 鑄造工藝圖是表示鑄型分型面、澆冒口系統(tǒng)、澆注位置、型芯結構尺寸、控制凝固措施（冷鐵、保溫襯板）等的圖樣。 圖中應表示出：鑄件的澆注位置、分型面、型芯的數(shù)量、形狀、尺寸及固定方法、加工余量、起模斜度、澆口、冒口、冷鐵的尺寸和位置。,（一）澆注位置及分型面的選擇 澆注位置是指澆注時鑄件所處的位置。分型面是指兩半個鑄型相互接觸的表面。一般先從保證鑄件的質(zhì)量出發(fā)來確定澆注位置，然后從工藝操作方便出發(fā)確定分型面。 1、澆注位置的選擇澆注位置的選擇應

12、考慮以下原則：1）一般情況，鑄件澆注位置的上面比下面鑄造缺陷多，所以重要加工面、耐磨表面等質(zhì)量要求較高部位應置于下面或側面。,圖11-17 機床床身澆注時的位置,2）澆注位置的選擇應有利于鑄型的充填和型腔中氣體的排出，所以具有大面積的薄壁鑄件，應將薄壁部分放在鑄型的下部，同時要盡量使薄壁部分處于垂直位置或傾斜位置，以防止出現(xiàn)澆不足和冷隔等缺陷。見,圖11-20 箱蓋澆注時的位置,平板澆注時的位置,3）體積收縮大的合金及壁厚差較大的鑄件，應按順序凝固的原則，將壁厚較大的部位和鑄件的熱節(jié)部置于上部或側部，以便設置冒口進行補縮。,4）盡量減少型芯的數(shù)目，最好使型芯位于下型以便下芯和檢查，同時應保證型

13、芯在鑄型中安放牢靠、排氣通暢。,2、分型面的確定選擇 1）分型面應盡量采用平面分型，避免曲面分型，并應盡量選在最大截面上，以簡化模具制造和造型工藝。,不正確,分型面應選在最大截面處,正確,動畫：分型面選擇原則5,20,目錄,2）應使鑄件的加工面和加工基準面處于同一砂型中， 而且盡可能放在下型，以便保證鑄件尺寸的精確。,3）盡量減少分型面的數(shù)目，最好只有一個分型面，減少活塊的數(shù)目。,不合理 合理,圖11-24 繩輪采用砂芯 使三箱造型變?yōu)閮上湓煨?4）盡量將鑄件全部或大部放在同一砂箱以防止錯型、飛翅、毛刺等缺陷，保證鑄件尺寸的精確。見圖95。,不合理 合理,分型面的位置應能減少錯型、飛翅,5）應

14、盡量減少砂芯的數(shù)目,6）分型面的選擇應盡量與鑄型澆注時位置一致。,（二）鑄造工藝參數(shù)的選擇鑄造工藝參數(shù)通常是指鑄型工藝設計時需要確定的某些工藝數(shù)據(jù)。,（1）收縮余量為了補償件收縮，模樣比鑄件圖樣尺 寸增大的數(shù)值。,（2）起模斜度（拔模斜度）為使模樣容易從鑄型中取出或型芯自芯盒中脫出，平行于起模方向在模樣或芯盒壁上的斜度稱為起模斜度。凡垂直于分型面（分盒面）的沒有結構斜度的壁均應設起模斜度。起模斜度的大小，應根據(jù)模壁測量面高度、模樣材料及造型方法確定。,（3） 加工余量為保證鑄件加工面尺寸和零件精度，在鑄件工藝設計時預先增加而在機械加工時切去的金屬層厚度。零件上需要加工的表面，應需有適當?shù)募庸び?/p>

15、量。鑄件加工余量的大小取決于鑄件的材料、鑄造方法、鑄件尺寸與復雜程度、生產(chǎn)批量、加工面與基準面的距離及加工面在鑄型中的位置、加工精度要求等。 灰鑄鐵件較鑄鋼件線收縮率小、熔點低，鑄件表面較光潔、 平整，故其加工余量??； 非鐵合金鑄件表面光潔、且材料昂貴、加工余量應比鑄鐵件小 鑄件的尺寸愈大或加工面與基準面的距離愈大，鐵件的尺寸誤 差也愈大，故余量也應隨之加大； 大量生產(chǎn)時，因采用機器造型，鑄件精度高，故余量可減??； 反之，手工造型誤差大，余量應加大； 澆注時朝上的表面，因產(chǎn)生缺陷的機率大，其加工余量應比底 面和側面大。 加工余量的具體數(shù)值應根據(jù)加工余量國家標準和鑄件尺寸公差標準配套使用選取。,

16、（4）最小鑄出孔及槽零件上的孔、槽、臺階等應從鑄件質(zhì)量及經(jīng)濟方面考慮。較大的孔、槽等應鑄出來，以便節(jié)約金屬和機構加工工時，同時還避免鑄件局部過厚所造成的熱節(jié)，提高鑄件的質(zhì)量，較小的孔槽，則不宜鑄出，直接加工反而方便；如有特殊要求，且無法實行機加工的孔如彎曲孔，則一定要鑄出。,（5）型芯頭芯頭是指伸出鑄件以外不與金屬液接觸的砂芯部分，其功用是定位、支撐和排氣。為了承受砂芯本身重力及澆注時液體金屬對砂芯的浮力，芯頭的尺寸應足夠大才不致破壞；澆注后，砂芯所產(chǎn)生的氣體，應能通過芯頭排至鑄型以外，在設計芯頭時，處理要滿足上面的要求，還應做到下芯、合型方便，應留有適當斜度，芯頭與芯座之間要留有間隙,鑄造工

17、藝圖實例,一、合金的鑄造性能流動性、收縮性等,第二節(jié) 鑄造工藝基礎,（一）合金的流動性及影響因素1、流動性是指液態(tài)金屬本身的流動能力。合金流動性的好壞，通常以“螺旋形流動性試樣”的長度來衡量，將金屬液體澆入螺旋形試樣鑄型中，在相同的澆注條件下，合金的流動性愈好，所澆出的試樣愈長。,澆不足缺陷,2、流動性的影響因素 （1）合金的成分 1）合金的種類 不同種類的合金，具有不同的螺旋線長度，即具有不同的流動性。其中灰鑄鐵的流動性最好，硅黃銅、鋁硅合金次之，而鑄鋼的流動性最差。,2）化學成分和結晶特征 純金屬和共晶成分的合金是在恒溫下結晶，是由鑄件壁表面向中心逐漸推進，凝固后的表面比較光滑，對未凝固液

18、體的流動阻力較小，所以流動性好。 其它成分的合金是在一定溫度范圍內(nèi)進行結晶，凝固時鑄件內(nèi)存在一個較寬的既有液體又有樹枝狀晶體的兩相區(qū)。凝固溫度范圍越寬，則枝狀晶越發(fā)達，對金屬流動的阻力越大，金屬的流動性就越差。,純鐵和共晶鑄鐵的流動性最好，亞共晶鑄鐵和碳素鋼隨凝固溫度范圍的增加，其流動性變差。,（2）澆注條件,澆注 條件,澆注溫度,充型壓力,澆注系統(tǒng),澆注溫度越高，液態(tài)金屬的粘度越小，合金液的流動性越好。但溫度過高，氧化嚴重，流動性降低,液態(tài)金屬在流動方向上所受的壓力稱為充型壓力。充型壓力越大, 流動性越好。,澆注系統(tǒng)的結構越復雜，則流動阻力越大，流動性越低。,（3）鑄型,鑄型,鑄型的蓄熱能力

19、,鑄型溫度,鑄型中的氣體,鑄型從金屬液中吸收和儲存熱量的能力。鑄型的熱導率和質(zhì)量熱容越大，對液態(tài)合金的激冷作用越強，合金液的流動性就越差。,提高鑄型溫度，可以降低鑄型和金屬液之間的溫差，進而減緩了冷卻速度，可提高合金液的流動能力。,鑄型中氣體越多，合金液的流動能力就越差。,（4）鑄件結構,1）折算厚度鑄件體積與鑄件表面積之比。 折算厚度越大，熱量散失越慢，流動性就越好。 鑄件壁厚相同時，垂直壁比水平壁更容易充填。(大平面鑄件不易成形),2）復雜程度 鑄件結構越復雜，流動阻力就越大，流動性就越差。,鑄件的凝固過程： 在鑄件的凝固過程中，其截面一般存在三個區(qū)域，即液相區(qū)、凝固區(qū)、固相區(qū)。對鑄件質(zhì)量

20、影響較大的主要是液相和固相并存的凝固區(qū)的寬窄。鑄件的凝固方式就是依據(jù)凝固區(qū)的寬窄來劃分的。 凝固方式有： 逐層凝固,糊狀凝固,中間凝固.,鑄件的凝固方式及影響因素鑄件的凝固方式,（1）逐層凝固方式合金在凝固過程中其斷面上固相和液相由一條界線清楚地分開，這種凝固方式稱為逐層凝固。常見合金如灰鑄鐵、低碳鋼、工業(yè)純銅、工業(yè)純鋁、共晶鋁硅合金及某些黃銅都屬于逐層凝固的合金。（2）糊狀凝固方式 合金在凝固過程中先呈糊狀而后凝固，這種凝固方式稱為糊狀凝固。球墨鑄鐵、高碳鋼、錫青銅和某些黃銅等都是糊狀凝固的合金。 （3）中間凝固方式 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。中碳鋼、高錳

21、鋼、白口鑄鐵等具有中間凝固方式。,影響凝固的主要因素,*合金的結晶溫度范圍： 合金的結晶溫度范圍越小，凝固區(qū)域越 窄，越趨向于逐層凝固。在鐵碳合金中普通 灰鑄鐵為逐層凝固，高碳鋼為糊狀凝固。 *鑄件的溫度梯度： 在合金結晶溫度范圍已定的前提下，凝 固區(qū)的寬窄取決于鑄件內(nèi)外層之間的溫度差。 若鑄件內(nèi)外層之間的溫度差由小變大，則其 凝固區(qū)相應由寬變窄。,合金收縮的三個階段,（二）合金的收縮合金從液態(tài)冷卻至室溫的過程中，其 體積或尺寸縮減的現(xiàn)象，稱為收縮。,1.液態(tài)收縮 金屬在液態(tài)時由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。2.凝固收縮 熔融金屬在凝固階段的體積收縮。液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的基本

22、原因。3.固態(tài)收縮 金屬在固態(tài)時由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。固態(tài)收縮對鑄件的形狀和尺寸精度影響很大，是鑄造應力、變形和裂紋等缺陷產(chǎn)生的基本原因。,合金收縮,固態(tài)收縮,液態(tài)收縮,凝固收縮,縮孔:恒溫下結晶,縮松:兩相區(qū)結晶,裂紋,變形,應力,線形收縮,影響合金收縮的因素,化學成分 不同成分的合金其收縮率一般也不相同。 在常用鑄造合金中鑄剛的收縮最大，灰鑄鐵最小。 澆注溫度 合金澆注溫度越高，過熱度越大，液體收縮越大。 鑄件結構與鑄型條件 鑄件冷卻收縮時，因其形狀、尺寸的不同，各部分的冷卻速度不同，導致收縮不一致，且互相阻礙，又加之鑄型和型芯對鑄件收縮的阻力，故鑄件的實際收縮率總是小于其自由收縮

23、率。這種阻力越大，鑄件的實際收縮率就越小。,二、鑄造缺陷分析與鑄件質(zhì)量控制（一）縮孔和縮松鑄件在凝固過程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)空洞，容積大而集中的孔洞為縮孔，細小而分散的孔洞為縮松。,1、縮孔的形成:純金屬、共晶成分和凝固溫度范圍窄的合金，澆注后在型腔內(nèi)是由表及里的逐層凝固。在凝固過程中，如得不到合金液的補充，在鑄件最后凝固的地方就會產(chǎn)生縮孔.,2、縮松的形成原因: 鑄件最后凝固的收縮未能得到補足，或者結晶溫度范圍寬的合金呈糊狀凝固，凝固區(qū)域較寬，液、固兩相共存，樹枝晶發(fā)達，枝晶骨架將合金液分割開的小液體區(qū)難以得到補縮所致。,3、影響縮孔、縮松形成的因素

24、 （1）合金的成分 縮孔:結晶溫度范圍越小的合金，產(chǎn)生縮孔的傾向越大 縮松:結晶溫度范圍越大的合金，產(chǎn)生縮松的傾向越大 （2）澆注過程 澆注溫度、澆注速度等均影響合金的總體積收縮。澆注溫度高，形成縮孔的傾向大；澆注慢，縮孔的容積小。 （3）鑄型條件 表現(xiàn)在鑄型對鑄件冷卻速度的影響。鑄型的激冷能力大，縮孔的容積越小。濕型比干型的冷卻能力強，金屬型比砂型的冷卻能力強。 （4）鑄件結構,1、原理順序凝固原則 即遠離冒口處的金屬先凝固，靠近冒口處的金屬后凝固，冒口處的金屬最后凝固，形成一條暢通的補縮通道，如下圖所示。,動畫：定向凝固,18,4、消除縮孔和縮松的方法,2、方法 1）合理布置內(nèi)澆道及確定澆

25、鑄工藝。 澆注系統(tǒng)的不同引入位置即內(nèi)澆道，與鑄件各部分的溫度分布有直接關系。 澆注位置的選擇應服從順序凝固原則； 內(nèi)澆道應開設在鑄件的厚壁處或靠近冒口； 要應根據(jù)鑄件結構、澆注系統(tǒng)類型來選擇澆注溫度和澆注速度。用高的澆注溫度緩慢地澆注，有利于“順序凝固”；通過多個內(nèi)澆到低溫快澆，有利于實現(xiàn)同時凝固原則。,2）合理應用冒口、冷鐵和補貼等工藝措施。 冒口：在鑄件厚壁處和熱節(jié)部位設置冒口，是防止縮孔、縮松最有效的措施。冒口的尺寸應保證冒口比鑄件被補縮部位凝固的晚，并有足夠的金屬液供給。 冷鐵：由金屬材料制成的激冷物稱激鐵，包括鑄鐵、鋼材、銅等金屬材料。將冷鐵放入鑄型某一特定部位，用以加速鑄件某局部熱

26、節(jié)的冷卻，是消除鑄件中縮孔和縮松的有效措施。,補貼：對于板件和壁后均勻的薄壁件，由于冒口的有效補縮距離所限，往往在鑄鐵的內(nèi)部仍產(chǎn)生縮孔和縮松。若在鑄件壁上部靠近冒口處增加一個楔形厚度，使鑄件壁厚變成朝冒口鑄件增厚的形狀，即造成一個向冒口逐漸遞增的溫度梯度。所增加的楔形部分，稱為“補貼”。,（二）鑄造應力、變形和裂紋鑄件在凝固之后的繼續(xù)冷卻過程中，隨溫度的不斷降低，收縮不斷發(fā)生，如果這種收縮受到阻礙，就會在鑄件內(nèi)產(chǎn)生應力，稱為鑄造應力，引起變形或開裂，這種缺陷的產(chǎn)生，將嚴重影響鑄件的質(zhì)量。,鑄造應力,熱應力,收縮應力,鑄件在凝固和冷卻的過程中，由于鑄件的壁厚不均勻，導致不同部位不均衡的收縮而引起

27、的應力。,鑄件在固態(tài)收縮時，因受到鑄型、型芯、澆冒口、砂箱等外力阻礙而產(chǎn)生的應力。,鑄件鑄出后存在于鑄件不同部位的內(nèi)應力稱為殘留應力。,相變應力,鑄件在冷卻過程中會產(chǎn)生固態(tài)相變，由于鑄件各部分冷卻速度不同，導致相變不同時發(fā)生，則會產(chǎn)生相變應力。,熱應力的形成過程,熱應力是鑄件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表層受壓縮。鑄件的壁厚差別越大，合金的線收縮率越高，熱應力越大。熱應力的預防是盡量減少鑄件各部位間的溫度差，使其均勻地冷卻，如在厚大處防止冷鐵、提高澆注溫度、鑄件的壁厚均勻等。,收縮應力的形成過程,2、鑄件的變形與防止變形殘余應力的存在，使鑄件處在一種非穩(wěn)定狀態(tài)，將自發(fā)地通過鑄件的變形來緩解其應力

28、，以回到穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。,結論： 厚部、心部受拉應力，出現(xiàn)內(nèi)凹變形。薄部、表面受壓應力，出現(xiàn)外凸變形。,鑄件的結構：鑄件各部分能自由收縮 工藝方面：采用同時凝固原則（同時凝固是指通過設置冷鐵、布置澆口位置等工藝措施，使鑄件溫差盡量變小，基本實現(xiàn)鑄件各部分在同一時間凝固） 時效處理：人工時效；自然時效,鑄件的結構盡可能對稱 鑄件的壁厚盡可能均勻,鑄件變形的消除方法,3、鑄件的裂紋與防止裂紋當鑄造應力大到一定程度，超過金屬的強度極限時，鑄件便將產(chǎn)生裂紋。是嚴重的鑄造缺陷，必須防止。按裂紋形成的溫度范圍分為熱裂和冷裂。（1）熱裂鑄件在合金凝固末期的高溫下形成的。外觀形狀曲折而不規(guī)則，裂口表面呈氧化色

29、，裂口沿晶粒邊界通過。,防止：鑄件結構合理，改善鑄型和型芯的退讓性，減小澆冒口對鑄件收縮的機械阻礙，內(nèi)澆道設置應符合同時凝固原則；此外，減少合金中有害雜質(zhì)硫、磷含量，可提高合金高溫強度，特別是硫是合金的熱脆性增加，導致熱裂傾向增大。,防止：鑄件結構合理，改善鑄型和型芯的退讓性，減小澆冒口對鑄件收縮的機械阻礙，內(nèi)澆道設置應符合同時凝固原則； 此外，減少合金中有害雜質(zhì)硫、磷含量，可提高合金高溫強度，特別是硫是合金的熱脆性增加，導致熱裂傾向增大。,（2）冷裂鑄件在低溫下形成的裂紋。外觀形狀呈連續(xù)直線狀或圓滑曲線，而且常是穿過晶粒；裂口干靜，具有金屬的光澤或呈輕微氧化色。冷裂常出現(xiàn)在形狀復雜大工件的受

30、拉伸部位，特別是具有應力集中處（如尖角、縮孔、氣孔、夾渣等附近）。有些冷裂紋實在鑄件清理、搬運或機械加工時，受到震擊才出現(xiàn)。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。,帶輪的輪緣、輪輻比輪轂薄，因此冷卻速度快，比輪轂先收縮，輪輻中產(chǎn)生拉應力，使輪輻發(fā)生斷裂。同樣的原因，飛輪的輪緣中產(chǎn)生的拉應力也易使輪緣發(fā)生斷裂。,一、偏析 鑄件中出現(xiàn)化學成分不均勻的現(xiàn)象稱為偏析。鑄件的偏析可分為晶內(nèi)偏析、區(qū)域偏析和體積質(zhì)量偏析三類。 (1)晶內(nèi)偏析（又稱枝晶偏析）晶粒內(nèi)各部分化學成分不均勻的現(xiàn)象，這種偏析出現(xiàn)在具有一定凝固溫度范圍的合金鑄件中。為防止和減少晶內(nèi)偏析的產(chǎn)生，在生產(chǎn)中常采

31、取緩慢冷卻或孕育處理的方法。 (2)區(qū)域偏析鑄件截面的整體上化學成分和組織的不均勻。避免區(qū)域偏析的發(fā)生，主要應該采取預防措施，如控制澆注溫度不要太高 ，采取快速冷卻使偏析來不及發(fā)生，或采取工藝措施造成鑄件斷面較低的溫度梯度，使表層和中心部分接近同時凝固。 (3)比重偏析鑄件上、下部分化學成分不均勻的現(xiàn)象。為防止比重偏析，在澆注時應充分攪拌金屬液或加速合金液的冷卻，使液相和固相來不及分離，凝固即告結束。,鑄造合金的偏析和吸氣性,二、 鑄件中的氣孔和合金的吸氣 （1）侵入性氣孔 由于鑄型表面聚集的氣體侵入金屬液中而形成的孔洞。多位于鑄件的上表面附近，尺寸較大，呈橢圓形或梨形，孔壁光滑，表面有光澤或

32、有輕微氧化色。 （2）析出性氣孔 溶解在金屬液中的氣體，在凝固時由金屬液中析出而未能逸出鑄件所產(chǎn)生的氣孔。其特征是尺寸細小，多而分散，形狀多為圓形、橢圓形或針狀，往往分布于整個鑄件斷面內(nèi)。 （3）反應性氣孔澆入鑄型中的金屬液與鑄型材料、型芯撐、冷鐵或溶渣之間，因化學反應產(chǎn)生氣體而形成的氣孔，統(tǒng)稱反應性氣孔。這種氣孔經(jīng)常出現(xiàn)在鑄件表面層下1mm-2mm處，孔內(nèi)表面光滑，孔徑1mm-3mm。,一、鑄件質(zhì)量對鑄件結構的要求,1、鑄件應有合理的壁厚（鑄件壁厚介于臨界壁厚和最小壁厚之間）,第三節(jié) 鑄造的結構工藝性,最小壁厚：在各種工藝條下，鑄造合金能充滿型腔的最小厚度。主要取決于合金的種類、鑄件的大小及

33、形狀等因素。 臨界壁厚：各種鑄造合金都存在一個臨界壁厚，在砂型鑄造條件下，各種鑄造合金臨界壁厚約等于其最小壁厚的3倍。,缺陷：如果所設計鑄件的壁厚小于允許的 “最小壁厚”，鑄件就易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。在鑄造厚壁鑄件時，容易產(chǎn)生縮孔、 縮松、結晶組織粗大等缺陷，從而使鑄件的力學性能下降。,2、鑄件壁的聯(lián)接形式要合理1）鑄件如果因為結構需要不能做到壁厚均勻，則不同壁厚的聯(lián)接應采用逐漸過渡的形式。,2）對于鑄件結構中有兩個或三個甚至更多個壁相連的情況，可采用交錯接頭或環(huán)形接頭的形式。,鑄件壁聯(lián)結應盡量避免金屬積聚,3、鑄件壁厚應力求均勻壁厚均勻，是指鑄件的各部分具有冷卻速度相近的壁厚，。鑄件的內(nèi)

34、壁厚度應略小于外壁厚度。,鑄件的壁厚應均勻,4、防止產(chǎn)生變形某些壁厚均勻的細長鑄件，較大面積的平板鑄件，以及壁厚不均勻的長形箱體都會由于應力而產(chǎn)生翹曲變形，采用合理的結構設計予以解決。,5、盡量避免過大的水平面過大的平面不利于金屬液的填充，容易產(chǎn)生澆不到等缺陷，在進行鑄件的結構設計時，應盡量將水平面設計成傾斜形狀。,避免大水平壁的結構,6、鑄件結構應避免冷卻收縮受阻和有利于減小變形鑄件在結構設計時，應盡量使其能自由收縮，以減小應力，避免裂紋。如圖所示的彎曲輪輻和奇數(shù)輪輻的設計，可使鑄件能較好地自由收縮。,輪輻的設計,二、鑄件工藝對零件結構的要求,（一）鑄件的外形設計 1、 改進妨礙起模的凸臺、

35、凸緣和肋條的結構設計鑄件上的凸臺、凸緣和肋條結構時，應考慮便于造型起模，盡量避免使用活塊或外壁型芯。,2、避免外部側凹鑄件在起模方向上若有側凹，見圖a，就必須再造型時增加較大的外壁型芯才能起模，若將其改成圖b所示結構，則可省去外壁型芯，顯然后一種結構是合理的。,鑄件兩種結構比較,3、應使鑄件具有最少的分型面減少鑄件分型面的數(shù)量，不僅可以減少砂箱的用量，降低造型工時，而且可以減少錯箱、偏芯等缺陷，從而提高鑄件的精度。,端蓋的設計,a存在法蘭凸緣，不能采用簡單的兩箱造型。 b所示的結構，取消上部的凸緣，使鑄件僅有一個分型面，則將大大簡化造型操作。,4 應盡量使分型面平直平直的分型面可避免操作費時的

36、挖砂造型或假箱造型；同時，鑄件的毛邊少，便于清理。,5. 鑄件要有結構斜度鑄件上垂直于分型面的不加工表面應設計出一定的斜度，稱為結構斜度。結構斜度便于起模，并可延長模具的使用壽命。 鑄件結構斜度的大小和許多因素有關，如鑄件的高度、造型的方法等，高度越低，斜度應越大。凸臺的結構斜度可達30-50。,鑄件結構斜度,（二）鑄件內(nèi)腔的設計 1、 有利于砂芯的固定和排氣 型芯的固定主要依靠芯頭來保證，若采用圖a的結構，則需要兩個型芯，而且其中大的型芯呈懸臂狀態(tài)，裝配時必須采用芯撐作輔助支撐，若改成圖b所示的形狀，采用一個整體型芯來形成鑄件的空腔，則既可增加型芯的穩(wěn)固性，又改善了型芯排氣和清理條件，顯然后

37、者的設計是合理的。,軸承架鑄件,對于因芯頭不足而難于固定型芯的鑄件，在不影響使用功能的前提下，可設計出適當大小和數(shù)量的工藝孔，用以增加芯頭的數(shù)量，穩(wěn)固型芯，如圖b所示。,增設工藝孔結構,2、 應使鑄件盡可能不用或少用型芯圖a采用方形中空截面，為形成其內(nèi)腔，必須采用型芯；圖b所示工字形開式截面，則可避免型芯的使用，這樣在簡化造型的同時，也可保證鑄件的質(zhì)量，故后者的設計是合理的。,懸臂支架,3. 鑄件結構設計中應避免封閉空腔。圖a所示鑄件為封閉空腔結構，其型芯安放困難、排氣不暢、難于清砂，可改成圖b所示的結構。,鑄件結構避免封閉內(nèi)腔,第四節(jié) 特種鑄造簡介,所謂特種鑄造，是指有別于砂型鑄造方法的其他鑄造工藝。 特種鑄造一般能至少實現(xiàn)以下一種性能：,提高鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量 提高鑄件的物理及力學性能 提高金屬的利用率(工藝出品率) 減少原砂消耗量 適宜高熔點、低流動性、易氧化合金鑄造 改善勞動條件，便于實現(xiàn)機械化和自動化,26,目錄,特種鑄造,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,熔模鑄造是用易熔材料制成模樣，然后在模樣上涂掛若干層耐火涂料制成型殼，經(jīng)硬化后再將模樣熔化，排出型外，從而獲得無分型面的鑄型。鑄