概述鑄造的工藝基礎 砂型鑄造 特

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1、1概述概述 鑄造的工藝基礎鑄造的工藝基礎 砂型鑄造砂型鑄造 特特 金屬的成形方法可分為鑄造、塑性成形（或稱壓力加工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大類。鑄造是生產(chǎn)金屬零件毛坯的主要工藝方法之一，與其它工藝方法相比，它具有成本低，工藝靈活性大，適合生產(chǎn)不同材料、形狀和重量的鑄件，并適合于批量生產(chǎn)。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 但它的缺點是公差較大，易產(chǎn)生內部缺陷。第1頁/共52頁第2頁/共52頁 第二節(jié)第二節(jié) 鑄造的工藝基礎鑄造的工藝基礎q 定義：鑄造是指將熔融態(tài)的金屬（或合金）澆注于特定型腔的鑄型中凝固成形的金屬材料成形方法。q 鑄造的基本過程：液液 態(tài)態(tài)金金 屬屬充充 型型鑄鑄 件件凝凝 固固收收

2、 縮縮第3頁/共52頁q 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。砂型鑄造概略圖第4頁/共52頁q 主要影響因素 鑄造的主要影響因素主要體現(xiàn)在二個方面：一是影響充型的主要因素和影響凝固收縮的主要因素。階階階階 段段段段主要影響因素主要影響因素主要影響因素主要影響因素 鑄鑄 造造 充充充充 型型型型 金屬的流動性金屬的流動性金屬的流動性金屬的流動性 澆注溫度澆注溫度澆注溫度澆注溫度 充型壓力充型壓力充型壓力充型壓力 凝凝凝凝 固固固固 收收收收 縮縮縮縮 凝固方式凝固方式凝固方式凝固方式 冷卻速度冷卻速度冷卻速度冷卻速度第5頁/共52頁 金屬的流動性金屬的流動性：改善金屬的流動

3、性加快凝固中液體的補縮排除內部夾雜物和氣體形成薄壁復雜的鑄件有利于金屬流動性金屬流動性測試實驗測試實驗 實驗如右圖所示：第6頁/共52頁 澆注溫度澆注溫度：T澆注t凝固流動性粘度充填路徑充型能力第7頁/共52頁 充型能力充型能力：P充型V流動充型能力 鑄件的凝固方式鑄件的凝固方式：第8頁/共52頁 在鑄件凝固過程中，對鑄件質量影響較大的主要是固液兩相并存的凝固區(qū)的寬窄。鑄件的鑄件的“凝固方式凝固方式”就是依據(jù)凝固區(qū)就是依據(jù)凝固區(qū)的寬窄來劃分的的寬窄來劃分的。逐層凝固逐層凝固 純金屬和共晶成分的合金在凝固中因為不存在固液兩相并存的凝固區(qū)，所以固體與液體分界面清晰可見，一直向鑄件中心移動。第9頁/

4、共52頁糊狀凝固糊狀凝固 鑄件在結晶過程中，當結晶溫度范圍很寬，且鑄件截面上的溫度梯度較小，則不存在固相層，固液兩相共存的凝固區(qū)貫穿整個區(qū)域。中間凝固中間凝固 大多數(shù)合金的凝固是介于逐層凝固和糊狀凝固之間，稱為中間凝固。第10頁/共52頁 一般認為：鑄模的冷卻能力越大，越有利于在結晶過程中保持較大的溫度梯度，從而利于柱狀晶區(qū)的發(fā)展。柱狀晶擇優(yōu)取向，晶界往往容易富集第二相，特別是在兩種位向交叉面是受力的薄弱環(huán)節(jié)，軋制時容易開裂。因此，鋼鐵或鎳合金（塑形較差）應避免柱狀晶的出現(xiàn)；而有色金屬，有時要求獲得柱狀晶。思思 考：考：若要避免柱狀晶的出現(xiàn)，應采用哪種凝固方式，并如何實現(xiàn)？若要避免柱狀晶的出現(xiàn)

5、，應采用哪種凝固方式，并如何實現(xiàn)？討討 論：論：第11頁/共52頁 鑄件的收縮鑄件的收縮：定義：定義：收縮是指合金從澆注、凝固到冷卻至室溫的過程中，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象。分類：分類：分為三類，液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮。鑄件溫度降低澆注溫度室溫凝固終止溫度開始凝固溫度液態(tài)收縮凝固收縮固態(tài)收縮 體積收縮線收縮第12頁/共52頁收縮率：收縮率：體積收縮體積收縮是指單位體積的收縮量（體積收縮率）。線收縮線收縮是指單位長度上的收縮量（線收縮率）。體積收縮率：體積收縮率：線收縮率：線收縮率：其中 V0，L0表示鑄件在高溫T0時的體積和一維方向的長度；V1，L1表示鑄件在高溫T1時的體積和一維方向的長

6、度。第13頁/共52頁注意：注意：在鑄模尺寸設計時必須考慮鑄件的收縮因素。即利用每種材料特定的收縮率和實際鑄件的尺寸，來換算成鑄模型腔的尺寸。合金的收縮給鑄模的設計和鑄件的精密成形等帶來較大困難，是多數(shù)鑄造缺陷產(chǎn)生的根源。3.33.34.24.20.10.13.63.6140014003.503.50灰口鑄鐵灰口鑄鐵5.45.46.36.34.24.22.42.4140014003.003.00白口鑄鐵白口鑄鐵7.867.863.03.01.61.6161016100.350.35碳鋼碳鋼固態(tài)收縮固態(tài)收縮（）（）凝固收縮凝固收縮（）（）液態(tài)收縮液態(tài)收縮（）（）澆注溫度澆注溫度（）碳含量碳含量（

7、）（）合合 金金 種種 類類 表2-1 典型合金的收縮率V第14頁/共52頁 縮孔縮孔：q 鑄造缺陷定義：定義：縮孔是指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(chǎn)生原因：產(chǎn)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15頁/共52頁 疏松疏松：定義：定義：疏松是指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小孔洞。產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：當合金的結晶溫度范圍很寬或鑄件斷面溫度梯度較小時，凝固過程中有較寬的糊狀凝固兩相并存的區(qū)域。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

8、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。另外，疏松還可能由凝固時被截留在鑄件內的氣體無法排除所致。不過，疏松內表面應該是光滑，近似球狀。第16頁/共52頁危害：危害：顯著降低鑄件的機械性能，造成鑄件滲漏等。防止措施：防止措施：采取順序凝固的辦法避免縮孔、疏松的出現(xiàn)。順序凝固示意圖安裝冒口或放置冷鐵等工藝措施，使鑄件上遠離冒口的部位先凝固（圖中），爾后在靠近冒口的部位凝固（圖中、），最后是冒口本身凝固。順序凝固：順序凝固：是指通過在鑄件上可能出現(xiàn)疏松的后大部位第17頁/共52頁內置冷鐵法外置冷鐵法第18頁/共52頁 設置冒口法 冒口、冷鐵共用法第19頁/共52頁 裂紋與變形

9、裂紋與變形：在鑄件的固態(tài)收縮階段會引起鑄造應力。鑄造應力相變應力熱應力機械應力鑄件收縮受阻鑄件收縮受阻鑄件因鑄件因V V冷卻冷卻、溫度不同，、溫度不同，各部位收縮不一致產(chǎn)生各部位收縮不一致產(chǎn)生鑄件組織發(fā)生相變時，因溫鑄件組織發(fā)生相變時，因溫度差異出現(xiàn)體積變化不一致度差異出現(xiàn)體積變化不一致鑄造應力：鑄造應力：第20頁/共52頁 鑄件特殊位置的裂紋示意圖裂紋的常見部位：裂紋的常見部位：第21頁/共52頁裂紋和變形的防止：裂紋和變形的防止：以有利于釋放鑄造應力為原則；1、采用正確的鑄造工藝（正確設計澆注系統(tǒng)、補縮系統(tǒng)等）；2、鑄件形狀設計要求簡單、對稱和厚薄均勻；3、對鑄件進行熱處理。其它鑄造缺陷其

10、它鑄造缺陷：鼓 泡 滲 漏第22頁/共52頁 冷 隔 未 注 滿第23頁/共52頁第三節(jié)第三節(jié) 砂型鑄造砂型鑄造 砂型鑄造是指用砂粒制備鑄型來生產(chǎn)鑄件的鑄造方法?？勺匪莸焦?0004000年，用石頭和金屬型做出銅器。砂型鑄造概略圖第24頁/共52頁q 鑄模設計：確定澆注位置和分型面確定澆注位置和分型面：澆注位置：指澆注時鑄件再鑄型中所處的位置。分型面：指鑄型的分割或裝配面。正確設置澆注位置和分型面是完成造型、取模、設置澆冒系統(tǒng)和安裝砂芯的需要。確定主要工藝參數(shù)確定主要工藝參數(shù)：正確選擇收縮量、機械加工余量和拔模斜度等。拔模斜度第25頁/共52頁 澆注系統(tǒng)的設計澆注系統(tǒng)的設計：澆注系統(tǒng)是鑄型

11、中液態(tài)金屬流入型腔的通道；通常由交口杯、直澆道、橫澆道和內澆道等組成。設計原則：確保液態(tài)金屬能夠平穩(wěn)而合理地充滿型腔。補縮系統(tǒng)的設計補縮系統(tǒng)的設計：為消除縮孔和疏松，必須設置冒口、冷鐵等補縮系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)示意圖第26頁/共52頁設計原則：（教材（教材P20P20）1、冒口的凝固時間必須大于或等于鑄件被補縮部分的凝固時間。2、冒口應具有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬液補充鑄件內部的體收縮。3、在鑄件凝固時，冒口與被補縮部位之間應有通暢的補縮通道。4、為增加鑄件局部冷卻速度，在鑄型局部區(qū)域設置激冷能力強的材料（如鑄鐵、石墨或鑄鋼等）作為冷鐵。第27頁/共52頁q 生產(chǎn)準備：模型和芯盒的設計模型和

12、芯盒的設計：模型的內輪廓應該與鑄件的外輪廓的形狀相一致，并且在尺寸上比鑄件大出一個收縮量。對于有孔或中空的鑄件，需在模腔中放置型芯來獲得。型芯的尺寸設計也要考慮到收縮量的問題。第28頁/共52頁 型（芯）砂的制備型（芯）砂的制備：技術要求：型（芯）砂具有一定的強度、透氣性、退讓性盒潰散性等。影響因素：1、造型因素：造型因素：主要指砂型 的緊實程度。（右圖表示 了幾種常用的壓實型砂的方法）第29頁/共52頁2、型砂的影響：1）原砂、粘結劑和稀釋劑的成分配比；型 砂稀釋劑原 砂粘結劑鉻鐵礦砂水溶劑粘 土水玻璃樹 脂石英砂鋯英砂2）原砂的形狀、粒度狀況 一般認為：粒度在小尺寸范圍呈正態(tài)分布，有利于

13、砂型強度的提高，但透氣性較差。第30頁/共52頁 工工藝藝過過程程第31頁/共52頁q 特點及應用：1、不受鑄件材質、尺寸、質量和生產(chǎn)批量的限制；2、屬于一次性鑄造成形，造型工作量大；3、鑄件精度和表面質量差；4、砂型鑄造缺陷多，廢品率高，機械性能較差；5、設備簡單、投資少，價格低廉，應用廣泛。第32頁/共52頁第四節(jié)第四節(jié) 特種鑄造特種鑄造 為獲得高質量、高精度的鑄件，提高生產(chǎn)率，人們在砂型鑄造的基礎上，創(chuàng)造了多種其它的鑄造方法；通常把這些有別于砂型鑄造的其他鑄造方法通稱為特種鑄造。特種鑄造特種鑄造金屬型鑄造熔模鑄造消失模鑄造連續(xù)鑄造離心鑄造低壓鑄造壓力鑄造七七種種常常見見的的特特種種鑄鑄造

14、造方方法法第33頁/共52頁q 金屬型鑄造：定義定義：金屬型鑄造是指利用金屬材料制成鑄型，在重力作用下將熔融金屬澆注到鑄型中制造鑄件的一種鑄造方法，也稱永久型鑄造。工藝過程工藝過程：第34頁/共52頁 特點和應用特點和應用：1、可重復使用，生產(chǎn)效率高，勞動條件好，但成本高；2、鑄件精度高，表面粗糙度較低；3、金屬散熱性能好，晶粒細化，機械性能好；4、不透氣且無退讓性，易造成鑄件澆不足或開裂。5、適于生產(chǎn)大批量有色金屬鑄件。q 熔模鑄造：定義定義：是指利用易熔材料制成模型，并在模型表面粘結一定厚度的耐火是指利用易熔材料制成模型，并在模型表面粘結一定厚度的耐火材料，然后將模型熔化而使金屬液充滿型腔

15、的一種鑄造方法。材料，然后將模型熔化而使金屬液充滿型腔的一種鑄造方法。第35頁/共52頁 工藝過程工藝過程：第36頁/共52頁 特點和應用特點和應用：1、鑄件尺寸精度高，表面光潔；2、可鑄造形狀復雜零件；3、工藝過程復雜，生產(chǎn)周期長，成本高；4、適于鑄造小尺寸的各類合金鑄件，特別是少切削或 無切削精密鑄件。應用實例應用實例：航空發(fā)動機等軸晶葉片的制備航空發(fā)動機等軸晶葉片的制備 航空發(fā)動機葉片早期采用變形高溫合金材料，隨著合金材料強度要求的提高，人們采用合金化的方法來提高強度，效果明顯，但同時也增加了材料的加工難度。第37頁/共52頁 目前，世界各國等軸晶葉片的生產(chǎn)通常利用真空環(huán)境下的熔模鑄造來

16、解決這一技術難題。第38頁/共52頁第39頁/共52頁q 壓力鑄造：定義定義：是指將液態(tài)或半液態(tài)合金澆入壓鑄機的壓室中，使之在高壓和高是指將液態(tài)或半液態(tài)合金澆入壓鑄機的壓室中，使之在高壓和高速下充填型腔，并在高壓下成形結晶而獲得鑄件的一種鑄造方法。速下充填型腔，并在高壓下成形結晶而獲得鑄件的一種鑄造方法。工藝過程工藝過程：第40頁/共52頁 大型壓鑄機及壓鑄模第41頁/共52頁 特點和應用特點和應用：1、澆注時間短，易于機械化、自動化作業(yè)；2、鑄型散熱快，晶粒細化，耐磨、耐蝕性好；3、鑄件尺寸精度高，表面光潔；4、凝固速度快，排氣困難，易形成疏松和縮孔；5、模具成本高，鑄件尺寸受限；6、適于有

17、色金屬薄壁復雜鑄件的大批量生產(chǎn)。第42頁/共52頁q 低壓鑄造：定義定義：是指液態(tài)金屬在低的氣體壓力作用下從坩堝中自下而上地充填型是指液態(tài)金屬在低的氣體壓力作用下從坩堝中自下而上地充填型腔并凝固而獲得鑄件的一種鑄造方法。腔并凝固而獲得鑄件的一種鑄造方法。工藝過程工藝過程：第43頁/共52頁 低壓鑄造火車車輪示意圖第44頁/共52頁 特點和應用特點和應用：1、充型壓力和充型速度易于控制，氣孔、夾渣較少；2、鑄型散熱快，組織致密，機械性能好；3、無需冒口設置，金屬利用率高；4、鑄件尺寸精度高，表面光潔；5、適于生產(chǎn)質量要求高的鋁鎂等有色金屬鑄件。q 離心鑄造：定義定義：是指將液態(tài)金屬澆入高速旋轉的

18、鑄型中，使金屬在離心力的作用是指將液態(tài)金屬澆入高速旋轉的鑄型中，使金屬在離心力的作用下充填型腔并凝固成形的鑄造方法。下充填型腔并凝固成形的鑄造方法。第45頁/共52頁 工藝過程工藝過程：第46頁/共52頁 2、改善金屬的流動性，提高了充型能力；3、簡化了中空圓柱形鑄件的生產(chǎn)過程；4、成分偏析嚴重，尺寸難以控制；5、特別適于橫截面呈圓柱的鑄件生產(chǎn)。q 連續(xù)鑄造：定義定義：是指將熔融金屬連續(xù)不斷地澆注到被成為結晶器的特殊容器中，是指將熔融金屬連續(xù)不斷地澆注到被成為結晶器的特殊容器中，凝固的鑄件不斷從結晶器的另一端被引出，從而獲得任意長度的等橫截面鑄件凝固的鑄件不斷從結晶器的另一端被引出，從而獲得任

19、意長度的等橫截面鑄件的鑄造方法。的鑄造方法。特點和應用特點和應用：1、離心力改善了補縮條件，縮孔等缺陷減少；第47頁/共52頁 工藝過程工藝過程：如右圖所示。特點和應用特點和應用：1、冷卻速度快，組織致密，機械性能好；2、工藝簡單，生產(chǎn)效率高；3、適于橫截面一定的鋼材、鋁材和鑄鐵管等鑄件的生產(chǎn)。連續(xù)鑄造工藝過程示意圖連續(xù)鑄造工藝過程示意圖第48頁/共52頁q 消失模鑄造：定義定義：是指用泡沫塑料聚苯乙烯制成帶有澆冒系統(tǒng)的模型，覆上涂料，是指用泡沫塑料聚苯乙烯制成帶有澆冒系統(tǒng)的模型，覆上涂料，用干砂造型，不需取模，直接澆注的鑄造生產(chǎn)方法。用干砂造型，不需取模，直接澆注的鑄造生產(chǎn)方法。工藝過程工藝

20、過程：如下圖所示。第49頁/共52頁 特點和應用特點和應用：1、不分型，不起模，工藝簡化，精度提高；2、能制造形狀復雜的鑄件和工藝品；3、冒口設置可自由設置，不易產(chǎn)生縮孔、疏松等；4、易產(chǎn)生有害氣體，鑄件易滲碳，降低鑄件表面質量；5、適于生產(chǎn)起模困難，形狀復雜的鑄件。q 噴射鑄造：定義定義：是指將熔融金屬連續(xù)不斷地澆注到沿固定方向勻速移動的旋轉軸是指將熔融金屬連續(xù)不斷地澆注到沿固定方向勻速移動的旋轉軸上，快速凝固成形的一種鑄造方法。上，快速凝固成形的一種鑄造方法。第50頁/共52頁 工藝工藝 過程過程：平直零件的噴射近凈成形正開始與條狀零件的直接鑄造相競爭；此外，噴射鑄造管件、板件及方坯的生產(chǎn)工藝開始達到實際生產(chǎn)水平。第51頁/共52頁感謝您的觀看。第52頁/共52頁