金屬工藝第二章特種鑄造課件講述

1、上次課內(nèi)容的回顧 鑄鐵件生產(chǎn) 碳在鐵碳合金中的存在形式有：滲碳體和石墨 白口鑄鐵、灰口鑄鐵、麻口鑄鐵 鑄鐵的優(yōu)點 石墨形態(tài)對鑄鐵性能的影響 鑄鐵的石墨化：影響石墨化因素 灰口鑄鐵件的生產(chǎn)；球墨鑄鐵件的生產(chǎn)；可鍛鑄鐵件的生產(chǎn)；蠕墨鑄鐵件的生產(chǎn) 鑄鋼件的生產(chǎn)2.2.32.2.3銅鋁合金鑄件的生產(chǎn)銅鋁合金鑄件的生產(chǎn)由于銅、鋁合金具有優(yōu)良的物理、化學(xué)性能，以及良好的工藝性能和獨(dú)特的力學(xué)性能，所以，它們也是鑄造生產(chǎn)中常用的合金材料。1.銅合金鑄件銅合金鑄件純銅外觀呈紫紅色，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能很好，塑性高，強(qiáng)度低，低溫下塑性、韌性好。主要用于導(dǎo)電材料、電真空器件、儀器、儀表等。銅合金的分類銅合金的分類鑄造銅合

2、金分為鑄造銅合金分為鑄造黃銅鑄造黃銅和和鑄造鑄造青銅青銅兩大類兩大類1 鑄造銅合金的牌號、成分、性能和應(yīng)用鑄造青銅銅和鋅以外的元素所組成的合金統(tǒng)稱青銅，其中CuSn合金稱錫青銅，CuAl合金稱鋁青銅，CuPb合金稱鉛青銅，為區(qū)別起見，不含錫的青銅統(tǒng)稱為無錫青銅。鑄造黃銅銅和鋅組成的合金統(tǒng)稱為黃銅。其中CuZn二元合金稱為普通黃銅,普通黃銅中再加入Mn、Al、Fe、Si、Pb、Sn等元素所組成的多元黃銅稱特殊黃銅。2 2 鑄造銅合金的鑄造工藝特點鑄造銅合金的鑄造工藝特點錫青銅 錫青銅的結(jié)晶溫度范圍很大,同時凝固區(qū)域很寬,流動性較差，易 產(chǎn)生縮松。但氧化傾向不大，因所含Sn、Pb等元素不易氧化。對

3、壁厚較大的重要鑄件(蝸輪、閥體等)必須采取強(qiáng)烈的順序凝固，對形狀復(fù)雜的薄壁件和一般壁厚件，若致密性允許降低，可采用同時凝固。鋁青銅、鋁黃銅等含鋁較高的銅合金結(jié)晶溫度范圍很小，呈逐層凝固 特征，故流動性較好，易形成集中縮孔，但極易氧化。鑄造時要解決的主要問題是防止氧化夾雜和消除縮孔。為消除縮孔，必須使鑄件順序凝固。鑄造鋁合金鑄造鋁合金鋁的密度小、熔點低、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性優(yōu)良、無磁性。純鋁的強(qiáng)度很低，但塑性很好，便于塑性加工成形。工業(yè)純鋁主要用作配制鋁合金，制作電線、電纜及日用器皿等。鋁合金根據(jù)加工方法分為鑄造鋁合金與變形鋁合金兩大類。 鑄造鋁合金中加入合金元素的量較多，按照主要合金元素的不同，鑄造鋁

4、合金分為鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金、鋁鋅合金四個大類，其中鋁硅合金應(yīng)用最廣1 )1 )鋁硅合金（鋁硅合金（Al-SiAl-Si）鋁硅合金流動性好、線收縮率低、熱裂傾向小、氣鋁硅合金流動性好、線收縮率低、熱裂傾向小、氣密性好，又有足夠的強(qiáng)度，所以應(yīng)用最廣。密性好，又有足夠的強(qiáng)度，所以應(yīng)用最廣。常用于制造形狀復(fù)雜的薄壁件或氣密性要求較高的鑄件，如內(nèi)燃機(jī)缸體、化油器、儀表外殼等。 2 )2 )鋁銅合金（鋁銅合金（Al-CuAl-Cu）鋁銅合金的鑄造性能差，熱裂傾向大、氣密性和耐蝕性較差，但耐熱性較好，主要用于制造活塞、汽缸頭等。 3 )3 )鋁鎂合金（鋁鎂合金（Al-MgAl-Mg）鋁鎂合金是所有

5、鋁合金中比強(qiáng)度最高的，主要用于航天、航空或長期在大氣、海水中工作的零件等 。4) 4) 鋁鋅合金（鋁鋅合金（Al-ZnAl-Zn）能自動淬火,可以避免淬火變形和開裂，宜于壓鑄，抗腐蝕性和鑄造性能差。工藝處理工藝處理：熔煉設(shè)備有坩堝爐、反射爐、電弧爐和感應(yīng)爐。為減緩鋁合金的氧化和吸氣,必須采用熔劑保護(hù),如熔化時加入KCl、NaCl等鹽類作為熔劑，將鋁液覆蓋,與爐氣隔離進(jìn)行熔煉；為了排出吸入的氣體,在熔煉后期要進(jìn)行去氣精煉；為了改善鋁硅合金的力學(xué)性 能,需要進(jìn)行變質(zhì)處理,以細(xì)化共晶硅或過共晶硅。工藝特點工藝特點:鑄造鋁合金熔點低，流動性好，故可鑄形狀復(fù)雜的薄壁鑄件。鋁合金導(dǎo)熱快、易氧化和吸氣，對澆

6、注系統(tǒng)的要求是：充填時間短、鋁液流動平穩(wěn)，撇渣能力強(qiáng)，常采用開放式澆注系統(tǒng)，并多開內(nèi)澆口，直澆口常用蛇形或鵝頸形等特殊形狀。變形鋁合金變形鋁合金按性能特點分為四類:防銹鋁,硬鋁，超硬鋁,鍛鋁。類別類別性能特點性能特點主要用途主要用途防銹鋁防銹鋁抗蝕性、焊接性、塑性及低溫力學(xué)抗蝕性、焊接性、塑性及低溫力學(xué)性能良好。強(qiáng)度較低，切削加工性性能良好。強(qiáng)度較低，切削加工性能較差。能較差。 不可熱處理強(qiáng)化材料。不可熱處理強(qiáng)化材料。主要用于焊接零件、構(gòu)件、容器、主要用于焊接零件、構(gòu)件、容器、管道、飛機(jī)蒙皮，以及深沖和彎曲管道、飛機(jī)蒙皮，以及深沖和彎曲件，在航空工業(yè)中應(yīng)用廣泛。件，在航空工業(yè)中應(yīng)用廣泛。硬鋁硬

7、鋁可熱處理強(qiáng)化，強(qiáng)度高，與高強(qiáng)度可熱處理強(qiáng)化，強(qiáng)度高，與高強(qiáng)度鋼接近。鋼接近。可制作鉚釘、螺旋槳葉片、飛機(jī)翼可制作鉚釘、螺旋槳葉片、飛機(jī)翼肋、梁等。肋、梁等。超硬鋁超硬鋁室溫強(qiáng)度最高的鋁合金，但耐蝕性室溫強(qiáng)度最高的鋁合金，但耐蝕性差，高溫軟化快。差，高溫軟化快。主要用作受力大的重要結(jié)構(gòu)件和承主要用作受力大的重要結(jié)構(gòu)件和承受高載荷的零件。如飛機(jī)大梁、起受高載荷的零件。如飛機(jī)大梁、起落架落架鍛鋁鍛鋁具有優(yōu)良的熱塑性，適宜鍛造，鑄具有優(yōu)良的熱塑性，適宜鍛造，鑄造性能、耐蝕性較好，力學(xué)性能與造性能、耐蝕性較好，力學(xué)性能與硬鋁相近。硬鋁相近。主要用作航空及儀表業(yè)中形狀復(fù)雜、主要用作航空及儀表業(yè)中形狀復(fù)雜

8、、要求比強(qiáng)度高的鍛件。如葉輪、框要求比強(qiáng)度高的鍛件。如葉輪、框架、支桿等。架、支桿等。2.4近凈成形精密鑄造近凈成形精密鑄造一.熔模鑄造二.金屬型鑄造三.壓力鑄造四.低壓鑄造五.離心鑄造六.其它特種鑄造方法本節(jié)沒有重點要求一一. .熔模鑄造熔模鑄造用易熔材料制成模型，然后用造型材料將其包住，經(jīng)過硬化，再將模型熔 失，從而獲得無分型面的鑄型。熔模工藝過程熔模鑄造特點及應(yīng)用：1 鑄件精度較高、表面粗糙度低鑄件精度較高、表面粗糙度低 其精度可達(dá)IT11 IT14，粗糙度達(dá)Ra 12.51.6m。減少機(jī)械加工工作量，提高金屬材料的利用率。且可澆鑄形狀復(fù)雜件。2 能夠鑄造各種合金鑄件能夠鑄造各種合金鑄件

9、 從銅、鋁等有色合金到各種合金鋼均可 鑄造，尤其適用于那些高熔點合金及難切削加工合金的鑄造，如耐 熱合金、磁鋼等。3 生產(chǎn)批量不受限制生產(chǎn)批量不受限制 適合單件、小批量到大量生產(chǎn)。但這種方法工 序繁雜，生產(chǎn)周期較長(45天)，而且鑄件不能太大和太長。熔模鑄造件一般不超過25kg。熔模鑄造是少切削、無切削加工工藝少切削、無切削加工工藝的重要方法，主要用于制造汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、渦輪發(fā)動機(jī)葉片和葉輪。中國式生產(chǎn)-熔模制造二二.金屬型鑄造金屬型鑄造金屬型鑄造是指在重力作用下，讓金屬液充填金屬金屬型鑄造是指在重力作用下，讓金屬液充填金屬鑄型鑄型 而獲得鑄件的一種鑄造方法。而獲得鑄件的一種鑄造方法。水平分

10、型式水平分型式1.型芯型芯;2.上型上型;3.下型下型垂直分型式垂直分型式金屬鑄造的工藝要點金屬鑄造的工藝要點金屬鑄型導(dǎo)熱速度快、無退讓性、無透氣性，易產(chǎn)生澆不足、冷隔、裂紋及白口等缺陷。金屬鑄型反復(fù)受灼熱金屬液的沖刷，壽命會降 低，應(yīng)采用相應(yīng)的工藝措施。（1）噴刷涂料）噴刷涂料隔絕液態(tài)金屬與金屬型型腔的直接接觸，方便鑄件出型。延長鑄型的使用壽命。減緩鑄件的冷卻速度，防止鑄件產(chǎn)生裂紋等缺陷。（2）金屬鑄型應(yīng)保持合適的工作溫度）金屬鑄型應(yīng)保持合適的工作溫度對金屬鑄型要預(yù)熱才能使用，有色金屬件100250，鑄鐵件預(yù)熱溫度為250350 。目的是減緩鑄型的激冷作用。（3）控制出型時間澆注后出型太晚，

11、鑄型會阻礙鑄件收縮而使其產(chǎn)生裂紋，增大取件和抽出型芯的難度,但出型過早會使鑄件變形過大。（4）澆注溫度）澆注溫度澆注溫度比砂型鑄造高2030，鋁合金為680740，鑄鐵為13001370金屬型鑄造的特點金屬型鑄造的特點 復(fù)用性好，可“一型多鑄”。 由于金屬型對鑄件的冷卻能力強(qiáng)，使鑄件的組織致密、機(jī)械性能高。 鑄件尺寸精度高，能獲得較高尺寸精度IT6IT9級和較低表粗糙度Ra 12.56.3m的鑄件。 金屬型鑄造不用砂或用砂少，改善了勞動條件。5.節(jié)省造型材料、設(shè)備及工時，生產(chǎn)效率高，便于自動化生產(chǎn)。不足：不足：1.鑄型制造周期長、成本高。2.金屬型無透氣性，且無退讓性，易造成鑄件澆不到、開裂和

12、鑄件白口現(xiàn)象,必須采取措施導(dǎo)出型腔中的氣體。3.工藝要求嚴(yán)格，不適用于單件小批量鑄件的生產(chǎn)金屬型鑄造適用于熔點較低的有色金屬的大批量生產(chǎn)鑄件，特別在鋁、鎂合金成批或大量生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛。3.壓力鑄造壓力鑄造它是將熔融的金屬在高壓(3070MPa) 下，快速(充型時間為0.10.2s)地壓入金屬型(壓型)中，并在壓力下凝固， 以獲得鑄件的方法。特點：高壓、高速壓鑄設(shè)備壓鑄設(shè)備兩大類：熱室壓鑄機(jī)和冷室壓鑄機(jī)熱室壓鑄機(jī)的工作原理熱室壓鑄機(jī)的工作原理1.澆口；澆口；2.動模；動模；3.定模；定模；4.澆注缸；澆注缸；5.壓射活塞壓射活塞;6.壓室壓室;7.保壓澆壺保壓澆壺;8.坩坩堝堝;9.加熱爐加熱

13、爐;10.通道通道;11.壓鑄機(jī)壓鑄機(jī);12.噴嘴噴嘴壓射活塞5上升時,液態(tài)金屬通過進(jìn)口進(jìn)入壓室內(nèi).動模2和定模3合型后,在壓射活塞5下壓時,液態(tài)金屬沿通道經(jīng)噴嘴12充填壓鑄型,冷卻凝固成形,開型取出鑄件冷室壓鑄機(jī)冷室壓鑄機(jī)冷室壓鑄機(jī)的壓室與保溫爐是分開的,壓鑄時,要從保溫爐中將金屬液倒入壓室后進(jìn)行壓鑄。立式和臥式兩種。臥式冷室壓鑄機(jī)的工作原理臥式冷室壓鑄機(jī)的工作原理(a )澆入液態(tài)金屬；（澆入液態(tài)金屬；（b )加壓；加壓；(c )頂出鑄件頂出鑄件1.頂桿；頂桿；2.金屬鑄型；金屬鑄型；3.高加壓活高加壓活塞；塞；4.鑄件鑄件金屬鑄型金屬鑄型2由定型和動型由定型和動型兩部分組成，定型是固兩部分

14、組成，定型是固定在壓鑄機(jī)的定模板上，定在壓鑄機(jī)的定模板上，動型固定在壓鑄機(jī)的動動型固定在壓鑄機(jī)的動模板上，并可作水平移模板上，并可作水平移動；高加壓活塞動；高加壓活塞3將液態(tài)將液態(tài)金屬高速壓入鑄型金屬高速壓入鑄型2的型的型腔內(nèi)，液態(tài)金屬凝固后腔內(nèi)，液態(tài)金屬凝固后成為鑄件。推桿成為鑄件。推桿由壓由壓鑄機(jī)上的相應(yīng)機(jī)構(gòu)控制，鑄機(jī)上的相應(yīng)機(jī)構(gòu)控制，可自由頂出鑄件?？勺杂身敵鲨T件。壓力鑄造的特點壓力鑄造的特點1 生產(chǎn)率極高 壓鑄生產(chǎn)易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化操作，效率高， 適用于大批量生產(chǎn)。壓鑄是生產(chǎn)率最高的一種方法。例如，一般冷 壓室壓鑄機(jī)平均每班可壓鑄600700次，小型熱室壓鑄機(jī)平均每班可壓鑄30007

15、000次。2 鑄件的精度高，表面粗糙度低 尺寸精度可達(dá)IT11 IT13，Ra值可達(dá)3.20.8m，有時達(dá)0.4m。產(chǎn)品互換性好， 并可直接鑄出極薄件或帶有小孔、螺紋的鑄件。3 壓鑄件組織致密，具有較高的強(qiáng)度和硬度壓鑄件組織致密，具有較高的強(qiáng)度和硬度 并具有良好 的耐磨性和耐蝕性。壓鑄件抗拉強(qiáng)度一般比砂型鑄件提高2530 ，但延伸率有所下降。4 材料利用率高 其材料利用率約為60%80%，毛坯利用率達(dá)90。5 可以制造形狀復(fù)雜、薄壁深腔的金屬零件 目前鋅合金壓鑄件最小壁厚可達(dá)0.3mm,可鑄出的螺紋最小螺距為0.75mm。6 壓鑄機(jī)費(fèi)用高 壓型鑄造成本高昂、工藝準(zhǔn)備時間長，因此 不適宜單件、小

16、批量生產(chǎn)。7 目前壓鑄尚不適用于鋼、鑄鐵等高熔點合金的鑄造8 壓鑄件內(nèi)部存有氣孔、縮孔和縮松等缺陷四.低壓鑄造低壓鑄造是介于金屬型鑄造和壓力鑄造之間的一種鑄造方法。低壓鑄造的特點及適用范圍低壓鑄造的特點及適用范圍（1）澆注時的壓力和速度便于調(diào)節(jié)，故可適應(yīng)各種不同的鑄型(如金屬型、砂型、熔模型殼等)。同時，其充型平穩(wěn)，對鑄型的沖刷力小，氣體較易排除。（2）便于實現(xiàn)順序凝固，以防止縮孔和縮松，尤能有效地克服鋁合金的針孔缺陷。（3）鑄件的表面質(zhì)量高于金屬型(IT12IT14，Ra值12.5 3.2m)，可生產(chǎn)出壁厚為1.52mm的薄壁鑄件。（4）由于不用冒口，金屬的利用率可提高到90%98%。此外，

17、其設(shè)備費(fèi)用遠(yuǎn)較壓鑄低。低壓鑄造主要用于鋁合金鑄件的大批量生產(chǎn)，如輪轂、汽缸體、缸蓋、活塞、曲軸箱、曲軸等鑄件的生產(chǎn)。五五.離心鑄造離心鑄造將液體金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中， 使金屬在離心力作用下填充鑄型和結(jié) 晶，這種鑄造方法稱為離心鑄造。離心鑄造特點及應(yīng)用離心鑄造特點及應(yīng)用（1）離心鑄造可以用金屬型，也可以用砂型。它既適合澆鑄中空鑄件，又能鑄造實形鑄件。（2）鑄件結(jié)晶細(xì)密，無縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷，力學(xué)性能好。（3）當(dāng)鑄造具有圓形內(nèi)腔的鑄件時，可省去型芯和澆注系統(tǒng)，這比普通砂型鑄造既省工，又省料。（4）離心鑄造還便于鑄造“雙金屬”鑄件，如鋼套鑲銅軸承等，其結(jié)合面牢固，耐磨，又節(jié)約許多貴重金

18、屬材料。離心鑄造廣泛用于制造鑄鐵管、缸套及滑動軸承等鑄件。（5）離心鑄造鑄出的內(nèi)孔不準(zhǔn)確，內(nèi)表面質(zhì)量比較差，對于內(nèi)孔待加工的機(jī)器零件，則可采用加大內(nèi)孔加工余量的方法來解決。離心鑄造廣泛用于制造鑄鐵管、缸套及滑動軸承等鑄件。六六.其它特種鑄造方法其它特種鑄造方法1.擠壓鑄造擠壓鑄造又稱液態(tài)金屬模鍛，是一種鑄、鍛結(jié)合的少切屑或無切屑工藝。擠壓鑄造具有如下特點擠壓鑄造具有如下特點：1 品質(zhì)優(yōu)良 擠壓鑄造件一般無鑄件中常見的氣孔、疏松、縮孔等缺陷；內(nèi) 部組織緊密、均勻、晶粒細(xì)??；其力學(xué)性能可以和鍛件相媲美；表面粗糙度低、尺寸精度高，能生產(chǎn)出一般模鍛方法無法生產(chǎn)的形狀復(fù)雜的零件；對壁厚較大、性能要求較高

19、、有耐滲漏要求的零件，采用擠壓鑄造工藝生產(chǎn)是最理想的方法。2 生產(chǎn)效率高 擠壓鑄造工藝生產(chǎn)過程簡單，操作容易，便于組織機(jī)械化、 自動化生產(chǎn)；3 材料消耗少，節(jié)能顯著直接擠壓鑄造加壓沖頭直接作用在正在成形 的液態(tài)金屬上，沒有澆、冒口系統(tǒng)，可節(jié)省大約10%以上的合金液。4 間接擠壓鑄造澆口短，截面積大，金屬液充填速度低，流程阻力小，減少了氣體帶入量，所以間接擠壓鑄件通常也能進(jìn)行固溶熱處理，可進(jìn)一步提高零件的綜合力學(xué)性能。擠壓鑄造工藝在模具材料、機(jī)理研究及專用設(shè)備等方面，還存在著不少問題， 但它已在機(jī)電、汽車、船舶、五金工具、輕工、化工機(jī)械、航空、航天、軍工等 行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。2.實型鑄造消失模鑄造特點和應(yīng)用不分型，不起模，工藝簡化，精度提高；能制造形狀復(fù)雜的鑄件和工藝品；冒口設(shè)置可自由設(shè)置，不易產(chǎn)生縮孔、疏松等；易產(chǎn)生有害氣體，鑄件易滲碳，降低鑄件表面質(zhì)量；適于生產(chǎn)起模困難，形狀復(fù)雜的鑄件?？焖俪尚渭夹g(shù)快速成形技術(shù)快速成型技術(shù)又稱快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，簡稱RPM)技術(shù)，誕生于20世紀(jì)80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，被認(rèn)為是近20年來制造領(lǐng)域的一個重大成果?？焖俪尚渭夹g(shù)就是利用