3金屬特種鑄造工藝

特種鑄造工藝特種鑄造工藝（金屬液態(tài)特種成型技術(shù)）：與砂型鑄造有較大區(qū)別的液態(tài)成型技術(shù)。

如金屬型鑄造，壓力鑄造，離心鑄造，熔模鑄造等不同于砂型鑄造的特種成型（鑄造）方法。第4章特種鑄造工藝4.1金屬型鑄造

金屬型鑄造：金屬液在重力作用下澆入金屬鑄型中，并在重力作用下結(jié)晶凝固而形成鑄件的一種方法。由于金屬型可反復(fù)使用幾百次到幾千次，故又稱永久型鑄造。與砂型鑄造相比，金屬型鑄造在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)上有許多優(yōu)點(diǎn)：1.金屬型鑄件的機(jī)械性能比砂型鑄件高。與砂型相比，金屬型的導(dǎo)熱性能好，鑄件凝固時(shí)冷卻速率高，即使結(jié)晶溫度范圍較寬的合金，也能得到密實(shí)的鑄件。同時(shí)，鑄件晶粒細(xì)化，尤其是鑄件表層結(jié)晶組織更細(xì)密，形成“鑄造硬殼”，鑄件的抗蝕性能和硬度也顯著提高。2.鑄件尺寸精度和表面粗糙度(CT6－CT9，Ra3.2～12.5μm)均優(yōu)于砂型鑄件，其加工余量可減少。3.鑄件的工藝收得率高，液體金屬耗量減少，一般節(jié)約15~30%。4.工序簡單，生產(chǎn)率高，并且勞動(dòng)條件好。金屬型可反復(fù)使用，省去了砂型鑄造中的配砂、造型、落砂等許多工序，節(jié)省了大量的造型材料和生產(chǎn)場(chǎng)地，提高了生產(chǎn)率，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)。與砂型相比，其不足之處：1.金屬型的制造成本高，周期長，不適合單件、小批生產(chǎn)。2.金屬型不透氣，鑄件在其中冷速大，易造成鑄件氣孔，澆不足等。3.金屬型無退讓性，易造成鑄件開裂。4.金屬型鑄造時(shí)，鑄型的工作溫度，合金的澆注溫度和速度，鑄件在鑄型中停留的時(shí)間，以及所用的涂料等鑄造工藝對(duì)鑄件的質(zhì)量的影響甚為敏感，故工藝要求嚴(yán)格。5.對(duì)鑄造形狀復(fù)雜(尤其是內(nèi)腔復(fù)雜)、薄壁(防止?jié)膊坏?和大型鑄件有一定的局限性。6.用于鑄鋼等高熔點(diǎn)合金時(shí)，金屬型壽命低，同時(shí)，還易使鑄鐵件產(chǎn)生硬、脆的白口組織。目前金屬型鑄造主要用于銅、鋁、鎂等有色合金鑄件的大批生產(chǎn)。如內(nèi)燃機(jī)活塞、缸蓋、油泵殼體、軸瓦、襯套、盤蓋等中小型鑄件。1.金屬型的材料制造金屬型的材料應(yīng)根據(jù)澆注的合金選用，一般金屬型材質(zhì)的熔點(diǎn)應(yīng)高于澆入液態(tài)合金的溫度。澆注錫、鋅、鎂等低熔點(diǎn)合金，可用灰鑄鐵做金屬型；澆注鋁、銅等合金，要用合金鑄鐵或鋼做金屬型。金屬型的材料及結(jié)構(gòu)2.金屬型的結(jié)構(gòu)形式金屬型的結(jié)構(gòu)必須保證鑄件(連同澆、冒口系統(tǒng))能從金屬型中順利取出。按分型面的不同金屬型可分為整體式、水平分型式、垂直分型式和綜合分型式等金屬型的材料及結(jié)構(gòu)（1）整體式金屬型鑄型無分型面，結(jié)構(gòu)簡單，只適用于形狀簡單、無分型面的鑄件。金屬型的材料及結(jié)構(gòu)（2）水平分型金屬型生產(chǎn)薄壁輪狀鑄件時(shí)用得較多。為防止這類鑄件變形，金屬型的溫度分布應(yīng)均勻，故常將澆口開在鑄件中心。金屬型的材料及結(jié)構(gòu)（3）垂直分型金屬型便于開設(shè)澆冒口和排氣系統(tǒng)，開合型方便，取出鑄件均較便利。易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，應(yīng)用較多。金屬型的材料及結(jié)構(gòu)（4）綜合分型金屬型由兩個(gè)或兩個(gè)以上的分型面組成，一般用于復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)。第一節(jié)金屬型的材料及結(jié)構(gòu)金屬型的澆注系統(tǒng)：多采用底注式或倒注式，以防止?jié)沧r(shí)金屬液飛濺，遇金屬型壁急冷凝成“冷豆”存在于鑄件中，影響鑄件質(zhì)量。金屬型的材料及結(jié)構(gòu)鋁活塞的金屬型鑄造：由左、右兩半型和底型組成，左半型固定，右半型用鉸鏈連接，稱鉸鏈開合式金屬型。采用鵝頸縫隙式澆注系統(tǒng)，使金屬液平穩(wěn)注入型腔。將金屬型沒計(jì)成夾層空腔，采用循環(huán)水冷卻裝置，防止金屬型過熱。金屬型的材料及結(jié)構(gòu)圖4.2鑄造鋁活塞的金屬型及金屬型芯(a)鉸鏈開合式金屬型；(b)組合式金屬型芯金屬型的材料及結(jié)構(gòu)圖4.2鑄造鋁活塞的金屬型及金屬型芯(a)鉸鏈開合式金屬型；(b)組合式金屬型芯金屬型用的型芯分金屬型芯和砂芯兩種。金屬型芯一般適用于有色金屬鑄件，使用時(shí)需考慮金屬型芯易于順利拔出。較復(fù)雜內(nèi)腔的金屬型芯，常采用組合式型芯。如圖4.2b，當(dāng)鑄件凝固后，立即抽出左、右銷孔型芯及中間型芯，再抽出左右側(cè)型芯。對(duì)澆注高熔點(diǎn)合金，采用砂芯，但每個(gè)砂芯只能使用一次。一、壓力鑄造的實(shí)質(zhì)4.2壓力鑄造

壓鑄（壓力鑄造）的實(shí)質(zhì)：壓鑄是在高壓作用下，將液態(tài)或半液態(tài)金屬快速壓入金屬壓鑄型(也可稱為壓鑄?；驂盒?中，并在高壓作用下凝固而獲得鑄件的方法。壓鑄的兩大特點(diǎn)：高壓和高速充型。區(qū)別于其它鑄造方法的最基本特征。壓鑄所用的壓射比壓一般為30～70MPa(30～700atm)；充填速度可達(dá)5～100m/s，有時(shí)高達(dá)120m/s。充型時(shí)間很短，一般在0.01～0.25s，最短時(shí)可達(dá)千分之幾秒。二、壓鑄機(jī)工作原理

壓射活塞5上升時(shí)，液態(tài)金屬通過進(jìn)口進(jìn)入壓室內(nèi)。動(dòng)模2和定模3合型后，在壓射活塞5下壓時(shí)，液態(tài)金屬沿通道經(jīng)噴嘴12充填壓鑄型，冷卻凝固成形后，開型取出鑄件

圖4.3熱室壓鑄機(jī)的丁作原理1－澆口；2—－動(dòng)模；3—定模；4—澆注缸；5—壓射活塞；6—壓室；7—保壓澆壺；8—坩堝；9—加熱爐；10—通道；ll—壓鑄機(jī)；12—噴嘴壓鑄機(jī)分兩大類：熱室壓鑄機(jī)和冷室壓鑄機(jī)二、壓鑄機(jī)工作原理

1.熱室壓鑄機(jī)熱室壓鑄機(jī)的特點(diǎn)：（1）生產(chǎn)工序簡單，生產(chǎn)效率高，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；（2）金屬液消耗少，工藝穩(wěn)定；（3）壓人型腔的金屬液干凈、無氧化夾雜，鑄件質(zhì)量好。（4）壓室、壓射活塞長期浸在金屬液中，影響使用壽命，并會(huì)增加金屬液的含鐵量。熱室壓鑄機(jī)的應(yīng)用：多用在壓鑄低熔點(diǎn)金屬，如鋅、鉛、錫等。但也有用于壓鑄鎂鋁鑄件

二、壓鑄機(jī)工作原理

2.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(shí)，要從保溫爐中將金屬液倒人壓室后進(jìn)行壓鑄。冷室壓鑄機(jī)有立式和臥室兩種

二、壓鑄機(jī)工作原理

臥式冷室壓鑄機(jī)：壓室的中心線是水平的

金屬鑄型2是由定型和動(dòng)型兩部分組成，定型是固定在壓鑄機(jī)的定模板上，動(dòng)型固定在壓鑄機(jī)的動(dòng)模板上，并可作水平移動(dòng)；高加壓活塞3將液態(tài)金屬高速壓人鑄型2的型腔內(nèi)，液態(tài)金屬凝固后成為鑄件。推桿l由壓鑄機(jī)上的相應(yīng)機(jī)構(gòu)控制，可自動(dòng)頂出鑄件

圖4.4臥式冷室壓鑄機(jī)工作原理(a)澆入液態(tài)金屬；(b)加壓；(c)頂出鑄件1－頂桿；2－金屬鑄型；3－高加壓活塞；4－鑄件三、壓力鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用

壓力鑄造優(yōu)點(diǎn)：(1)

鑄件的精度高，表面光潔(CT4～CT8，Ral.6～6.3μm)，并可直接鑄出極薄件或帶有小孔、螺紋的鑄件。(2)

鑄件冷卻快，又是在壓力下結(jié)晶，故晶粒細(xì)小，表層緊實(shí)，鑄件的強(qiáng)度、表面硬度高。壓鑄件的抗拉強(qiáng)度可比砂型鑄件大25%～30%，但延伸率有所降低。(3)

生產(chǎn)率高，每小時(shí)可壓鑄50～150次，最高可達(dá)500次．且便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、半自動(dòng)化三、壓力鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用

壓力鑄造優(yōu)點(diǎn)：(4)便于采用嵌鑄(又稱鑲鑄法)。嵌鑄是將各種金屬或非金屬的零件嵌放在壓鑄型中，在壓鑄時(shí)與壓鑄件鑄合成一體。嵌鑄法利于制出一般壓鑄法難以制出的形狀復(fù)雜件。嵌鑄還可消除鑄件局部熱節(jié)，減少壁厚，防止縮孔；可改善和提高局部性能，如耐磨性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)磁性和絕緣性等；還可將許多小鑄件合鑄在一起，代替裝配工序。三、壓力鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用

圖4.6a：難以抽芯的深腔件按圖4.6b改進(jìn)，便可鑄出。先用相同合金鑄出圓筒A作為第2次壓鑄的嵌件，最后壓鑄成整體。圖4.6深腔件的改進(jìn)(a)整體件；(b)鑲嵌件三、壓力鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用

壓力鑄造缺點(diǎn)：

(1)

壓鑄型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，壓鑄機(jī)生產(chǎn)效率高，一般壓鑄只用于定型產(chǎn)品的大量生產(chǎn)。(2)

壓鑄高熔點(diǎn)鑄件時(shí)，易降低壓型壽命。目前壓鑄尚不適于鋼、鑄鐵等高熔點(diǎn)合金的鑄造。三、壓力鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用

壓力鑄造缺點(diǎn)：(3)

由于壓鑄的金屬液注入和冷凝速度過快，型腔氣體難以完全排出，厚壁處難以進(jìn)行補(bǔ)縮，故壓鑄件內(nèi)部存有氣孔、縮孔和縮松。在壓鑄件的設(shè)計(jì)和使用中，應(yīng)注意如下幾個(gè)方面：①

應(yīng)使鑄件壁厚均勻，并以3～4mm薄壁鑄件為主，最大壁厚應(yīng)小于6～8mm，以防止縮孔、縮松等缺陷；②

壓鑄件不能進(jìn)行熱處理或在高溫下工作，以免壓鑄件內(nèi)氣孔中的氣體膨脹，導(dǎo)致鑄件變形或破裂。③

由于壓鑄件內(nèi)部疏松，塑性、韌性差，不適于制造承受沖擊件。三、壓力鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用

壓力鑄造缺點(diǎn)：(4)

壓鑄件應(yīng)盡量避免機(jī)械加工，以防止內(nèi)部孔洞外露。近年來，已研究出真空壓鑄、加氧壓鑄等新工藝，它們可減少鑄件中的氣孔、縮孔和縮松等微孔缺陷，提高壓鑄件的機(jī)械性能。同時(shí)由于新型壓鑄型材料的研制成功，鋼、鐵等黑色金屬壓鑄也取得了一定程度的發(fā)展，使壓鑄的使用范圍日益擴(kuò)大

4.3離心鑄造離心鑄造是將金屬液澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使之在離心力作用下完成充填及凝固成形的一種鑄造方法。離心鑄造的基本類型：(1)立式離心鑄造。如圖4.7所示，當(dāng)鑄型在立式離心鑄造機(jī)上繞垂直軸回轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力作用下，金屬液自由表面(內(nèi)表面)呈拋物面，使鑄件沿高度方向的壁厚不均勻(上薄、下厚)。鑄件高度愈大、直徑愈小、轉(zhuǎn)速愈低時(shí)，其上、下壁厚差愈大。因此，立式離心鑄造適用于高度不大的盤、環(huán)類鑄件。4.3離心鑄造圖4.7立式離心鑄造示意圖4.3離心鑄造離心鑄造的基本類型：(2)臥式離心鑄造。如圖4.8所示，當(dāng)鑄型在臥式離心鑄造機(jī)上繞水平軸回轉(zhuǎn)時(shí)，由于鑄件各部分的冷卻、成形條件基本相同，所得鑄件的壁厚在軸向和徑向都是均勻的，因此，臥式離心鑄造適用于鑄造長度較大的套筒及管類鑄件，如銅襯套、鑄鐵缸套、水管等。4.3離心鑄造圖4.8臥式離心鑄造示意圖4.3離心鑄造離心鑄造的基本類型：(3)成形件的離心鑄造。如圖4.9所示，將鑄型安裝在立式離心鑄造機(jī)上，金屬液在離心力作用下充滿型腔，提高了合金的流動(dòng)性，利于薄壁鑄件的成形。同時(shí)，由于金屬是在離心力下逐層凝固，圖4.9成形鑄件的離心鑄造使?jié)部诳扇〈翱趯?duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮。圖4.9成形鑄件的離心鑄造離心鑄造的鑄型可用金屬型，亦可用砂型、殼型、熔模樣殼，甚至耐熱橡膠型(低熔點(diǎn)合金離心鑄造時(shí))等。4.3離心鑄造

離心鑄造的優(yōu)點(diǎn)

(1)用離心鑄造生產(chǎn)中空旋轉(zhuǎn)體鑄件時(shí)，可省去型芯及澆注系統(tǒng)和冒口。(2)在離心力作用下密度大的金屬被推往外壁，而密度小的氣體、熔渣向自由表面移動(dòng)，形成自外向內(nèi)的順序凝固。補(bǔ)縮條件好，使鑄件致密，機(jī)械性能好。(3)便于澆注“雙金屬”軸套和軸瓦。如在鋼套內(nèi)鑲鑄一薄層銅襯套，可節(jié)省價(jià)貴的銅料。

4.3離心鑄造

離心鑄造的缺點(diǎn)(1)鑄件內(nèi)孔自由表面粗糙、尺寸誤差大、質(zhì)量差。(2)不適于比重偏析大的合金(如鉛青銅等)及鋁、鎂等輕合金。離心鑄造適用范圍：主要用于大批生產(chǎn)管、筒類鑄件，如鐵管、銅套、缸套、雙金屬鋼背銅套、耐熱鋼輥道、無縫鋼管毛坯、造紙機(jī)干燥滾筒等；還可用于輪盤類鑄件，如泵輪、電機(jī)轉(zhuǎn)子等。4.4熔模鑄造一、熔模鑄造的原理

熔模鑄造又稱失蠟鑄造。它是用易熔材料(蠟料)制成精確的可熔性模樣(熔模)，在模樣表面涂覆多層耐火材料，待干燥、硬化后，加熱將模樣熔去，獲得與模樣形狀相應(yīng)的整體型殼，再經(jīng)高溫焙燒之后進(jìn)行澆注而獲得鑄件的一種方法。4.4熔模鑄造圖4.10熔模鑄造工藝過程(a)注射單個(gè)葉片蠟?zāi)５哪＞撸?b)葉片的組裝；(c)焊上澆冒口蠟?zāi)＃?d)制殼及脫蠟；(e)澆注液態(tài)金屬；(f)切除澆冒口的鑄件成品4.4熔模鑄造一、熔模鑄造的原理

二、熔模鑄造的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)基本特點(diǎn)：熔模鑄造的型殼為整體型殼而無需分型面（制殼時(shí)采用可熔化的一次模，無需起模），且型殼是由高溫性能優(yōu)良的耐火材料組成

熔模鑄造具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)鑄件尺寸精度較高，表面粗糙度較低，可減少或無需機(jī)加工。一般精度可達(dá)5—7級(jí)，表面粗糙度達(dá)Ra25～6.3μm。（凈近終成形技術(shù)）

二、熔模鑄造的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)熔模鑄造具有以下優(yōu)點(diǎn)：

2)熔模鑄件的外形和內(nèi)腔形狀幾乎不受限制，可以鑄造出形狀復(fù)雜件、薄壁件以及質(zhì)量很小的鑄件。如可以在鑄件上鑄出花紋精細(xì)的圖案、文字，也可以鑄出帶有細(xì)槽和彎曲細(xì)孔的鑄件，熔模鑄件的最小壁厚可達(dá)0.5mm，質(zhì)量可以小到幾克。另外，可以使有些組合件、焊接件在稍進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)后直接鑄造成整體零件，從而簡化生產(chǎn)過程，減輕零件質(zhì)量、降低生產(chǎn)成