《工程材料學(xué)與熱加工》-鑄造

第10章鑄造概述一、鑄造的實(shí)質(zhì)、特點(diǎn)與應(yīng)用鑄造：把金屬熔化注入鑄模，冷卻后獲得一定形狀的鑄件的工藝叫做鑄造。鑄造的實(shí)質(zhì)：液態(tài)一次成形鑄造的應(yīng)用：主要用于受力較小，形狀復(fù)雜或不宜鍛焊的零件毛坯。1）適應(yīng)性大（鑄件重量、合金種類、零件形狀都不受限制）2）成本低3）工序多，質(zhì)量不穩(wěn)定，廢品率高4）機(jī)械性能較同樣材料的鍛件差

原因：晶粒粗大，組織疏松，成分不均勻含碳0.3%的鑄鋼與鍛鋼機(jī)械性能比較3、鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)：鑄鐵的工業(yè)應(yīng)用鑄鐵閘閥空氣壓縮機(jī)民用鑄鐵液態(tài)金屬澆注到具有與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，待其冷卻凝固后獲得毛坯或零件的方法，稱為鑄造鑄造生產(chǎn)工藝流程

制模型-造型零件圖---制定鑄造工藝圖---

---烘干---合箱---配料、制芯盒-造芯熔化、澆注---清理---檢驗(yàn)廢品---機(jī)加工、熱處理

10．1鑄造成形理論基礎(chǔ)

在液態(tài)合金成形過(guò)程中，合金鑄造性能的優(yōu)劣對(duì)能否獲得優(yōu)質(zhì)鑄件有著重要影響。

合金鑄造性能是指合金適應(yīng)鑄造成形的難易程度，包括液態(tài)合金的充型能力、收縮、偏析、氧化和吸氣等。

液態(tài)合金的充型及收縮是影響成形工藝及鑄件質(zhì)量的兩個(gè)最基本的問題，許多工藝參數(shù)及工藝方案(如熔煉和澆注溫度、澆冒系統(tǒng)位置及尺寸等)和鑄造缺陷(如冷隔、澆不足、縮松、縮孔、變形、應(yīng)力、裂紋等)都與這兩大問題有關(guān)。10.1.1液態(tài)合金的充型能力

液態(tài)合金充滿鑄型型腔，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。充型能力不足，鑄件易形成冷隔、澆不足等缺陷,液態(tài)合金的充型能力首先取決于合金本身的流動(dòng)性，同時(shí)又受某些工藝因素的影響?？?頁(yè)錄像冷隔1．合金的流動(dòng)性

合金的流動(dòng)性是指液態(tài)合金的流動(dòng)能力。液態(tài)合金具有良好的流動(dòng)，不僅易于獲得形狀復(fù)雜、輪廓清晰的簿壁鑄件，而且有利于氣體和夾雜物在凝固過(guò)程中向液面上浮和排出，有利于補(bǔ)縮，從而能有效地防止鑄件出現(xiàn)冷隔、澆不足、氣孔、夾渣及縮孔等鑄造缺陷。合金流動(dòng)性的大小通常用澆注螺旋形流動(dòng)性試樣的力法來(lái)衡量。是將液態(tài)合金在相同的澆注溫度或相同的過(guò)熱度條件下，澆注成如圖10~1所示的試樣，然后比較各種合金澆注的試樣的長(zhǎng)度，澆注的試樣越長(zhǎng)，合金的流動(dòng)性越好。

表10-1為常用鑄造合合流動(dòng)性的比較，由表可見，灰口鑄鐵和硅黃銅的流動(dòng)性最好；鑄鋼的流動(dòng)性最差。2.影響液態(tài)合金流動(dòng)性的因素

影響液態(tài)合金流動(dòng)性的主要因素有：合金的成分、溫度、物理性質(zhì)、不溶雜質(zhì)和氣體等。

（1）液態(tài)合金的成分：液態(tài)合金的流動(dòng)性主要取決于合金的成分。純金屬和共晶成分的合金在恒定溫度下凝固，已凝固層和未凝固層之間界面分明、光滑．對(duì)未凝固液體的流動(dòng)阻力小，因而流動(dòng)性好。

具有寬的凝固溫度范圍的合金凝固時(shí)（液固相線溫度差），在鑄件斷面上存在既有發(fā)達(dá)的樹枝晶，又有未凝固液體合金相混雜的固液兩相區(qū)。初生的樹枝晶阻礙剩余液體合金的流動(dòng)，因而合金的流動(dòng)性差（2）合金的物理性質(zhì)：與合金流動(dòng)性有關(guān)的物理性質(zhì)有比熱容、密度、導(dǎo)熱系數(shù)、結(jié)晶潛熱和粘度等。液態(tài)合金的比熱容和密度越大，導(dǎo)熱系數(shù)越小，凝固時(shí)結(jié)晶潛熱釋放得越多，都能使合金較長(zhǎng)時(shí)間地保持液態(tài)，因而流動(dòng)性越好，液態(tài)合金的粘度越小，流動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦力也就越小，流動(dòng)性越好。（3）液態(tài)合金的溫度；在一定溫度范圍內(nèi)，液態(tài)合金的流動(dòng)性隨溫度的升高而大幅增加，但液態(tài)合金的溫度過(guò)高，會(huì)造成液態(tài)合金的氧化、吸氣非常嚴(yán)重，易使鑄件產(chǎn)生氣孔、夾渣、粘砂、縮松、縮孔等鑄造缺陷，液態(tài)合金的澆注溫度必須合理。

3.影響液態(tài)合金充型能力的因素

液態(tài)合金的充型能力主要取決于合金本身的流動(dòng)性和各種工藝因素；對(duì)于流動(dòng)性較差的合金，可通過(guò)改善工藝條件來(lái)提高其充型能力。影響液態(tài)合金充型能力的工藝因素：（1）鑄型條件

a.鑄型蓄熱能力；

b.鑄型的發(fā)氣

c.鑄型的溫度

d.鑄件結(jié)構(gòu)（2）澆注條件

a.澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

b.充型壓力

c.澆注溫度充型時(shí)，凡是增加液態(tài)金屬流動(dòng)的阻力，降低其流動(dòng)速度以及提高其冷卻能力的因素，均降低液態(tài)合金的充型能力。包括：

1）鑄型的蓄熱能力。鑄型的蓄熱能力越大，即鑄型從液態(tài)合金吸收并儲(chǔ)存熱量的能力越強(qiáng)，鑄型對(duì)液態(tài)合金的冷卻能力越強(qiáng)，使合金保持在液態(tài)的時(shí)間就越短，充型能力下降，如液態(tài)合金在金屬型比砂型中的充型能力差。

2)鑄型的發(fā)氣。在液態(tài)金屬的熱作用下鑄型中將產(chǎn)生大量的氣體，型腔中氣體的壓力增大，則阻礙液態(tài)金屬充型。因而在砂型鑄造中，應(yīng)設(shè)法減少型腔中氣體，提高其透氣性，必要時(shí)在遠(yuǎn)離澆口的最高部位開設(shè)出氣口。

3)鑄型溫度；鑄型溫度越高，鑄型對(duì)液態(tài)金屬的冷卻能力越小，可使液態(tài)金屬較長(zhǎng)時(shí)間保持液態(tài)，因而提高了其充型能力。

4）鑄件結(jié)構(gòu)。鑄件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，鑄件壁厚越薄，液態(tài)合金充型越困難。（1）鑄型條件：(2)

澆注條件；

1）燒注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)越復(fù)雜，液態(tài)合金流動(dòng)的阻力越大，其充型能力有所下降。

2）充型壓力澆注時(shí)液態(tài)合金所受的靜壓力越大，其充型能力就越好。在砂型鑄造中，常用加高直澆道等工藝措施來(lái)提高金屬的靜壓力；在壓力鑄造和低壓鑄造等特種鑄造中，液態(tài)合金在壓力下充型，能有效地提高其充型能力。

3）澆注溫度澆注溫度越高，合金的流動(dòng)性越好。因而提高澆注溫度能顯著地提高液態(tài)合金的充型能力。

實(shí)際生產(chǎn)中提高液態(tài)合金的充型能力主要是通過(guò)提高澆注溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但并非澆注溫度越高越好，應(yīng)在保證充型能力的前提下，采用較低的澆注溫度。對(duì)鑄鐵件，可采用“高溫出爐，低溫澆注”。高溫出爐能使鐵水中一些難熔的固體質(zhì)點(diǎn)熔化，鐵水中的未熔質(zhì)點(diǎn)和氣體在澆包中的鎮(zhèn)靜階段有機(jī)會(huì)上浮而除去。在保證鐵水具有足夠流動(dòng)件的條件下，應(yīng)選擇盡可能低的澆注溫度。10.1.2鑄造合金的收縮

1．收縮的概念合金從液態(tài)冷卻至室溫的過(guò)程中，其體積或尺寸縮小的現(xiàn)象稱為收縮。收縮是鑄造合金本身的物理性質(zhì)，是鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、熱應(yīng)力、變形及裂紋等鑄造缺陷的基本原因。液態(tài)金屬注入鑄型以后，從澆注溫度冷卻到常溫要經(jīng)歷3個(gè)互相聯(lián)系的收縮階段：（1）液態(tài)收縮：是指液態(tài)金屬由澆注溫度冷卻到凝固開始溫度（液相線溫度）之間的收縮，表現(xiàn)為型腔內(nèi)液面的降低。（2）凝固收縮：是指從凝固開始溫度到凝固終了溫度(固相線溫度)之間的收縮。合金結(jié)晶的溫度范圍越大，則凝固收縮越大。液態(tài)收縮和凝固收縮使金屬液體積縮小，表現(xiàn)為型內(nèi)液面降低，常用單位體積收縮量（即體收縮率）來(lái)表示，它們是縮孔和縮松形成的基本原因。（3）固態(tài)收縮：是指合金從凝固終了溫度冷卻到室溫之間的收縮。是鑄造應(yīng)力、變形和開裂的基本原因。該階段收縮不僅表現(xiàn)為合金體積的縮減，還直接表現(xiàn)為鑄件外形尺寸的減小，常用單位長(zhǎng)度收縮量(線收縮率)來(lái)表示。2.影響收縮性的因素

鑄件收縮的大小主要取決于合金的成分、澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型。（1）合金成分：灰鑄鐵的體收縮率約為7%，線收縮率為0.7~1.0%，碳素鑄鋼的體收縮率為12%，線收縮率為1.5~2.0%。這是因?yàn)殍T鐵中的碳大部分以石墨形式存在，而石墨比容大，其體積膨脹會(huì)補(bǔ)償一部分收縮。（2）澆注溫度：澆注溫度越高，合金的液態(tài)收縮增加，因而體收縮也越大。（3）鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型：鑄件的收縮不同于合金的自由收縮，它要受到因鑄件各部分冷卻速度不同而導(dǎo)致收縮不一致造成的牽制；還要受到鑄型和型芯的阻礙，屬于受阻收縮，因此鑄件的實(shí)際線收縮率(受阻收縮）總比其自由線收縮率要小。

3．縮孔和縮松

在鑄件的凝固過(guò)程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，使鑄件的最后凝固部位出現(xiàn)孔洞，體積較大而集中的孔洞稱為縮孔，細(xì)小而分散的孔洞稱為縮松。兩者都會(huì)減少鑄件的有效受力面積，產(chǎn)生應(yīng)力集中，承載能力和氣密性等使用性能下降。（1）縮孔

縮孔的外形特征是：多近似于倒錐形，內(nèi)表面不光滑?？s孔的形成過(guò)程如圖10-4所示。假定合金在恒溫下凝固或凝固溫度范圍很窄，合金由表及里逐層凝固。液態(tài)金屬填滿鑄型(圖10-4(a)以后，由于鑄型的吸熱及不斷向外散熱，使靠近型腔表面的金屬溫度很快就降低到凝固溫度，凝固成一層外殼(圖10-(b))，溫度繼續(xù)下降，外殼不斷加厚。同時(shí)內(nèi)部的剩余液體，由于本身的液態(tài)收縮和補(bǔ)充凝固層的凝固收縮使體積減小，液態(tài)收縮和凝固收縮造成的體積縮減逐漸積累，在重力的作用下，液面就與頂面脫離(圖10-4(c))。如此進(jìn)行下去，外殼不斷加厚，液面不斷下降，待合金完全完凝固，就形成了縮孔(圖10-4(d))，已經(jīng)產(chǎn)生縮孔的鑄件自凝固終了溫度冷卻到室溫，因固態(tài)收縮使外形尺寸略有縮小(圖10-4（e））。鑄件中的縮孔是合金的液態(tài)收縮和凝固收縮得不到補(bǔ)充而產(chǎn)生的。（2）縮松：多分布于鑄件的軸線區(qū)域、內(nèi)澆口附近甚至厚大鑄件的整個(gè)斷面，分布面廣，難于控制。對(duì)鑄件的力學(xué)性能影響很大，是鑄件最危險(xiǎn)的缺陷之一。形成過(guò)程如圖10-5所示，具有較寬凝固溫度范圍的合金鑄件的斷面上溫度梯度又較小的條件下凝固時(shí)，合金液最后在心部較寬的區(qū)域內(nèi)同時(shí)凝固(圖10-5（a)),初生的樹枝晶把液體分隔成許多小的封閉區(qū)(圖10-5(b))。這些小封閉區(qū)液體的收縮得不到外界的補(bǔ)充，就形成了細(xì)小、分散的孔洞(圖10-5(c))即縮松?？s松也是合金的液態(tài)收縮和凝固收縮得不到補(bǔ)充而產(chǎn)生的。由以上分析可見：

1）純金屬及共晶成分的合金在恒溫下凝固，其鑄件通常逐層由表向里凝固，傾向于形成集中縮孔；凝固溫度范圍寬的合金，其鑄件通常在截面上較寬的區(qū)域內(nèi)同時(shí)凝固，易于形成縮松。應(yīng)盡量選擇共晶成分、近共晶成分或凝固溫度范圍小的合金作為鑄造合金。

2)對(duì)于給定成分的鑄件。在一定的澆注條件下，縮孔和縮松的總?cè)莘e是一定的。適當(dāng)?shù)卦龃箬T件的冷卻速度可促進(jìn)縮松向縮孔轉(zhuǎn)化。例如，在砂型鑄造中，濕型比干型對(duì)鑄件的激冷能力強(qiáng)，使鑄件的凝固區(qū)域變窄，縮松量減少，而縮孔體積增加；在金屬型鑄造中，鑄型的激冷能力更大，縮松的量顯著減小。3）合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大，鑄件的縮孔體積越大。4）鑄造合金的澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大，縮孔的體積也越大。5）縮孔和縮松總是存在于鑄件的最后凝固部位。如果鑄件設(shè)計(jì)得壁厚不均勻，則在厚壁處易于出現(xiàn)縮孔或縮松。（3）防止縮孔的方法：雖然收縮是鑄造合金的物理本性，但鑄件中的縮孔并不是不可避免的。在進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)，只要采取一定的工藝措施，就能有效地防止在鑄件中產(chǎn)生縮孔。通常采用順序凝固原則，并設(shè)法使分散的縮松轉(zhuǎn)化為集中的縮孔再使集中的縮孔轉(zhuǎn)移到冒口中，最后將冒口割去，即可獲得健全的鑄件。即是通過(guò)放置冒口和冷鐵，使鑄件從遠(yuǎn)離冒口的地方開始凝固并逐漸向冒口推進(jìn)，冒口最后凝固----亦即使鑄件進(jìn)行順序凝固。

冒口始終保持液態(tài)并對(duì)鑄件的液態(tài)收縮和凝固收縮進(jìn)行補(bǔ)充，合金的液態(tài)收縮和凝固收縮轉(zhuǎn)移到冒口中，最終獲得健全的鑄件。

為實(shí)現(xiàn)鑄件的順序凝固，可采取下列工藝措施：

1)合理地選擇內(nèi)澆口在鑄件上的引入位置。內(nèi)澆口開在鑄件的厚實(shí)處，可增大鑄件各部分的溫差,有利于實(shí)現(xiàn)順序凝固。內(nèi)澆口開在鑄件頂部時(shí)，有利于實(shí)現(xiàn)自下向上的順序凝固。

2)開設(shè)冒口是為了防止鑄件產(chǎn)生縮孔而專門設(shè)置的儲(chǔ)存液體合金的空腔，其主要作用是補(bǔ)縮，還有出氣和集渣的作用。冒口通常設(shè)置在鑄件易產(chǎn)生縮孔的部位，圖10—6。

3)冷鐵冷鐵是用來(lái)控制鑄件凝固順序、加速鑄件某些部位冷卻的激冷物，使用冷鐵可以減小鑄件補(bǔ)縮所需的冒口的尺寸和數(shù)量，消除鑄件局部熱節(jié)可能產(chǎn)生的縮孔和縮松，還可以細(xì)化冷鐵所在部位的晶粒，提高鑄件的硬度和耐磨性。看14頁(yè)縮孔錄像10.1.3鑄造內(nèi)應(yīng)力及鑄件的變形、裂紋

鑄件凝固后將在冷卻至室溫的過(guò)程中繼續(xù)收縮，有些合金還會(huì)因發(fā)生固態(tài)相變而引起收縮或膨脹，這些收縮或膨脹如果受到阻礙或因鑄件各部分互相牽制，都將使鑄件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的主要原因。

1.熱應(yīng)力

在凝固和其后的冷卻過(guò)程中，因壁厚不均，各部分冷卻速度不同，造成同一時(shí)刻各部分收縮不一致，從而在鑄件中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，稱為熱應(yīng)力?？?8頁(yè)錄像熱應(yīng)力

固態(tài)收縮使鑄件厚壁或心部受拉伸，薄壁或表層受壓縮，合金固態(tài)收縮率愈大，鑄件壁厚差別愈大，形狀愈復(fù)雜，產(chǎn)生的熱應(yīng)力愈大。2.機(jī)械應(yīng)力鑄件收縮受到鑄型、型芯及澆注系統(tǒng)的機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為機(jī)械阻礙應(yīng)力。鑄型和型芯退讓性良好，機(jī)械阻礙應(yīng)力小，機(jī)械應(yīng)力在鑄件落砂之后可自行消除。鑄造內(nèi)應(yīng)力的存在將引起鑄件變形和裂紋等缺陷.3.鑄件的變形及防止為了防止鑄件變形，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使鑄件各部分壁厚盡可能均勻或形狀對(duì)稱。在鑄造工藝上可采取同時(shí)凝固原則。所謂同時(shí)凝固原則，就是采取工藝措施保證鑄件結(jié)構(gòu)上各部分之間沒有溫差或溫差盡量小，使各部分同時(shí)凝固，如圖10—13所示。采用該原則，可使鑄件內(nèi)應(yīng)力較?。贿€可采用反變形法；在薄壁處附加工藝筋。厚壁處加冷鐵，內(nèi)澆道設(shè)在薄壁處。4.鑄件的裂紋及防止如果鑄造內(nèi)應(yīng)力超過(guò)合金的強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件便會(huì)產(chǎn)生裂紋。裂紋分為熱裂和冷裂兩種。

(1)熱裂：熱裂是在凝固后期高溫下形成的，主要是由于收縮受到機(jī)械阻礙作用而產(chǎn)生的，具有裂紋短、形狀曲折、縫隙寬、斷面有嚴(yán)重氧化、無(wú)金屬光澤、裂紋沿晶界產(chǎn)生和發(fā)展等特征。在鑄鋼和鋁合金鑄件中常見。

防止熱裂的主要措施是；除了使鑄件的結(jié)構(gòu)合理外，還應(yīng)合理選用型砂或芯砂的粘結(jié)劑，以改善其退讓性,大的型芯可采用中空結(jié)構(gòu)或內(nèi)部填以焦炭;嚴(yán)格限制鑄鋼和鑄鐵中硫的含量；選收縮率小的合金。(2)冷裂：冷裂是在較低溫度下形成的，常出現(xiàn)在鑄件受拉伸部位，特別是有應(yīng)力集中的地方。其裂縫細(xì)小、呈連續(xù)直線狀，縫內(nèi)干凈，有時(shí)呈輕微氧化色。形狀復(fù)雜或大而薄的鑄件易產(chǎn)生冷裂。因此,凡是能減少鑄造內(nèi)應(yīng)力或降低合金脆性的因素都能防止冷裂的形成。同時(shí)在鑄鋼和鑄鐵中要嚴(yán)格控制含合金中的磷含量。10.2.1

砂型鑄造的生產(chǎn)過(guò)程及其特點(diǎn)

砂型鑄造是應(yīng)用最廣泛的鑄造方法，生產(chǎn)過(guò)程如圖所示,砂型鑄造首先是根據(jù)零件圖設(shè)計(jì)出鑄件圖及模型圖，制出模型及工裝設(shè)備，并用模型、砂箱等和配制好的型砂制成相應(yīng)的砂型，然后把熔煉好的合金液澆入型腔，等合金液在型腔凝固冷卻后，就可以把砂型破壞，取出鑄件。最后清除鑄件上附著的型砂和澆冒系統(tǒng)，經(jīng)檢驗(yàn)，就可獲得所需要的鑄件。10.2砂型鑄造10.2.2砂型鑄造工藝過(guò)程1.造型(鑄型、造芯、涂料、開設(shè)澆注系統(tǒng)、合型等)2.熔煉和澆注合金3.落砂與清理鑄型：由上砂型、下砂型、型腔、型芯、澆注系統(tǒng)和砂箱等部分組成。砂型鑄造工藝過(guò)程簡(jiǎn)介：1、造型：用砂型及模樣等工藝設(shè)備制造鑄型的過(guò)程。

1）手工造型2）機(jī)器造型3）造芯4）涂料

5）開設(shè)澆注系統(tǒng)6）合型2、熔煉與澆注3、落砂與清理（中間注入澆注系統(tǒng)）1-澆口杯2-出氣冒口2、機(jī)器造型用機(jī)器代替人工填砂、緊實(shí)型砂、起模。特點(diǎn)：生產(chǎn)效率高，鑄件質(zhì)量好。但設(shè)備和工裝費(fèi)用高，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，適用于中、小型鑄件的成批或大量生產(chǎn)。看錄像24頁(yè)手工造型中的整模造型按砂型緊實(shí)成型方式不同，可分為兩大類：1、手工造型特點(diǎn)：操作靈活，工裝簡(jiǎn)單，準(zhǔn)備時(shí)間短，適應(yīng)性強(qiáng)，適用于各種形狀的鑄件。但鑄件精度低，質(zhì)量不穩(wěn)定，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大。主要用于單件小批量生產(chǎn)。手工造型的兩箱造型圖解型芯上箱下箱型腔澆注系統(tǒng)分型面10.2.3鑄造工藝圖

鑄造生產(chǎn)必須先根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)，并繪制鑄造工藝圖。鑄造工藝圖是直接在零件圖上繪出制造模樣和鑄型所需的資料，并表達(dá)工藝方案的圖形，包括（澆注位置、分型面、工藝參數(shù)等）。

1.澆注位置的選擇

鑄件的澆注位置是澆注時(shí)鑄件在鑄型內(nèi)所處的空間位置，對(duì)鑄件質(zhì)量、造型方法、砂箱尺寸、機(jī)械加工余量等都有著很大的影響。一般應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則（三下一上)：

(1)將鑄件上質(zhì)量要求高的表面或主要的加工面，放在鑄型的下面。如果做不到這一點(diǎn)，也應(yīng)將該表面置于鑄型的側(cè)面或傾斜放置進(jìn)行澆注，不應(yīng)放在上面。

(2)對(duì)于一些需要補(bǔ)縮的鑄件，應(yīng)把截面較厚的部分放在鑄型的上部或側(cè)面，這樣使于在鑄件的厚壁處放置冒口，造成良好的順序凝固，有利于鑄件補(bǔ)縮。（3）具有大面積的薄壁鑄件，應(yīng)將薄壁部分放在鑄型的下部，同時(shí)盡量使薄壁立著或傾斜著澆注，這樣有利于金屬的充填。

（4）具有大平面的鑄件，應(yīng)將鑄件的大平面放在鑄型的下面。這樣可使鑄件的大平面不容易產(chǎn)生夾砂等缺陷?？翠浵?4頁(yè)澆注位置的選擇面積較大薄壁部分應(yīng)置于鑄型下部，或使其處于垂直或傾斜位置

2．鑄型分型面的選擇分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。分型面的選擇合理與否，對(duì)鑄件質(zhì)量及制模、造型、造芯、合型及清理等工序的復(fù)雜程度均有很大影響。選擇鑄型分型面時(shí)應(yīng)考慮以下原則：看錄像49頁(yè)

(1)分型面應(yīng)選在鑄件的最大截面上，并力求采用平面。

(2)盡量減少分型面的數(shù)量，并盡量做到只有—個(gè)分型面，以便采用工藝簡(jiǎn)便的兩箱造型或采用機(jī)器造型，避免三箱造型。(3)盡量減少活塊和型芯的數(shù)量，注意減少砂箱高度，這樣可簡(jiǎn)化制模及造型工藝，便于起模和修型。（4）盡量把鑄件的大部分或全部放在—個(gè)砂箱內(nèi)，并使鑄件的重要加工面、工作面、加工基準(zhǔn)面及主要型芯位于下型內(nèi)，以便于型芯安放和檢驗(yàn)，使上型的高度減低，便于合箱。3．主要工藝參數(shù)的確定鑄造生產(chǎn)的工藝方案決定以后，還應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品零件圖的形狀、尺寸和技術(shù)要求，確定鑄造工藝參數(shù)，以保證鑄件的形狀和尺寸等符合要求。包括：（1）鑄造收縮率：由于合金的收縮，鑄件的實(shí)際尺寸要比模樣的尺寸小，必須按合金的收縮率放大模樣尺寸。（2）機(jī)械加工余量。

（3）拔模斜度，為方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免損壞砂型或砂芯。見72頁(yè)錄像起模斜度這個(gè)在鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)所規(guī)定的斜度稱為拔模斜度。拔模斜度的大小取決于立壁的高度、造型方法、模型材料等，通常為15’~3°。（4）鑄造圓角；為了便于造型，避免鑄件在尖角處產(chǎn)生裂紋和應(yīng)力集中，避免因尖角砂在澆注時(shí)造成沖砂、砂眼和粘砂等缺陷，提高鑄件強(qiáng)度，應(yīng)將模樣上的尖角做成圓角。因此鑄件的最明顯的特征結(jié)構(gòu)就是鑄造圓角。（5）型芯頭：指伸出鑄件以外不與金屬接觸的砂芯部分。它主要用于定位、支承和固定砂芯。大致可以分為垂直芯頭和水平芯頭兩種（6）最小鑄出孔及槽：

零件上的孔、槽、臺(tái)階等，究竟是鑄出來(lái)好，還是用機(jī)械加工出來(lái)好，應(yīng)從質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)性兩方面綜合考慮。一般來(lái)說(shuō)，較大的孔、槽等，應(yīng)鑄出來(lái)，以便節(jié)約金屬和加工工時(shí)。同時(shí)，還可避免鑄件的局部過(guò)厚所造成的熱節(jié)，提高鑄件質(zhì)量。較小的孔、糟，則不宜鑄出。4.鑄造工藝圖鑄造工藝圖是在零件圖上用各種工藝符號(hào)表示出鑄造工藝方案的圖形。是在對(duì)鑄件進(jìn)行工藝分析的基礎(chǔ)上，來(lái)確定出的鑄件的澆注位置、分型面、型芯的數(shù)量、形狀及其固定方法、加工余量、拔模斜度、收縮率、反變形量、澆注系統(tǒng)、冒口、冷鐵的尺寸及布置、砂箱的形狀及尺寸等。見錄像74頁(yè)10.3特種鑄造砂型鑄造具有適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)準(zhǔn)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于制造業(yè)，但是砂型鑄造生產(chǎn)的鑄件尺小精度較低，表面粗糙，內(nèi)在質(zhì)量較差，生產(chǎn)過(guò)程較復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，勞動(dòng)條件差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，為克服砂型鑄造的缺點(diǎn)，在砂型鑄造的基地上，通過(guò)改變鑄型材料(如金屬型、磁型、陶瓷型鑄造)、模型材料(如熔模鑄造、實(shí)型鑄造)、澆鑄方法(如離心鑄造、壓力鑄造）、金屬液充填鑄型的形式或鑄件凝固的條件(如壓鑄、低壓鑄造）等，出現(xiàn)了許多其他的鑄造方法。通常把這些不同于普通砂型鑄造的鑄造方法統(tǒng)稱為特種鑄造。常用的特種鑄造方法有：熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、低壓鑄造、陶瓷型鑄造等。10.3.1熔模鑄造

熔模鑄造又稱精密鑄造，是用蠟料制成模樣，然后在蠟?zāi)１砻嫱扛捕鄬幽突鸩牧?，待硬化干噪后，將蠟?zāi)Ｈ廴ィ瑥亩@得具有與蠟?zāi)Ｐ螤钕鄳?yīng)的空腔型殼，再經(jīng)焙燒后進(jìn)行澆注而獲得鑄件的一種方法。1.熔模鑄造的工藝過(guò)程

2.熔模鑄造的特點(diǎn)及適用范圍與砂型鑄造比較，熔模鑄造有的特點(diǎn)是：

(1)鑄件的精度及表面質(zhì)量高—可減少加工余量或不加工。（2）能夠鑄造各種合金鑄件。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(diǎn)及難以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，從單件、小批量到大量生產(chǎn)均可。

(4)熔模鑄件的形狀可以比較復(fù)雜。

(5)鑄件的質(zhì)量不宜太大，一般不超過(guò)25kg。

但過(guò)程較復(fù)雜，不易控制，使用和消耗的材料較貴，因而適用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜、精度要求較高，或難以進(jìn)行機(jī)械加工的小型零件，如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和葉輪、高速鋼切削刀具。

熔模鑄造無(wú)分型面10.3.2金屬型鑄造將金屬液澆入用金屬制成的鑄型型腔中，以獲得鑄件的方法，稱為金屬型鑄造。金屬型可反復(fù)多次使用，故稱永久型鑄造，金屬型鑄造大大地提高了鑄造的生產(chǎn)率。1．工藝特點(diǎn)根據(jù)分型面的位置不同，金屬型的結(jié)構(gòu)分為整體式、垂直分型式、水平分型式和復(fù)合分型式。垂直分型式使用方便，應(yīng)用最廣。金屬型鑄造必須采取下列措施：

(1）澆注前必須預(yù)熱金屬型：由于金屬型導(dǎo)熱性好，無(wú)退讓性，因此液態(tài)金屬冷卻快，流動(dòng)性差，鑄件容易產(chǎn)生澆不足、冷隔、裂紋等缺陷。對(duì)鑄鐵件還會(huì)產(chǎn)生白口組織。在澆注前必須預(yù)熱金屬型。工作過(guò)程中，金屬型因吸熱而溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)造成晶粒粗大，降低機(jī)械性能，應(yīng)對(duì)金屬型強(qiáng)行冷卻以延長(zhǎng)金屬型壽命。（2）加強(qiáng)金屬型的排氣：由金屬型無(wú)透氣性，鑄件易產(chǎn)生氣孔。應(yīng)在金屬型的分型面上作出通氣槽，在容易積聚氣體的部位開設(shè)排氣孔，有利于氣體的排出。（3）金屬型的型腔應(yīng)噴刷涂料：由于金屬型的耐熱性比砂型差，在高溫金屬液的反復(fù)澆注下，型腔容易破壞。在型腔表面噴刷耐火涂料，使金屬液和鑄型隔開，以延長(zhǎng)金屬型的壽命。（4）盡早開型取出鑄件：由于金屬型無(wú)退讓性，因此在鑄件中會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力及裂紋，當(dāng)鑄件凝固后已有足夠強(qiáng)度時(shí)，就要趁熱取出鑄件。為防止鑄鐵件產(chǎn)生白口組織，在實(shí)際生產(chǎn)中通常在取出鑄件后立即進(jìn)行高溫退火，消除白口組織。（5）防止鑄鐵產(chǎn)生白口組織：鑄鐵件壁厚不宜過(guò)薄，并控制鐵液中的碳、硅總含量。.2.金屬型鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍與砂型鑄造比較，金屬型鑄造有如下特點(diǎn)：（1）實(shí)現(xiàn)“一型多鑄”，從而節(jié)約了大量造型工時(shí)和型砂，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件好。（2）鑄件的力學(xué)性能高。這是由于金屬型鑄件的冷卻速度較快，組織比較致密。（3）鑄件的精度較高。（4）金屬型的制造成本高、周期長(zhǎng)；鑄型透氣性差、無(wú)退讓性，易使鑄件產(chǎn)生冷隔、澆不足、裂紋等缺陷。金屬型鑄造主要適用于大批量生產(chǎn)有色合金鑄件，如飛機(jī)、汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、摩托車等的鋁活塞、氣缸體、缸蓋、油泵殼體以及銅合金軸瓦等。金屬型鑄造有時(shí)也可用來(lái)制造形狀較簡(jiǎn)單的可鍛鑄鐵件或鑄鋼件。10.3.3壓力鑄造在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度填充鑄型的型腔，并在壓力作用下凝固而獲得鑄件的方法稱為壓力鑄造。高壓和高速充型是壓力鑄造的兩大特點(diǎn)。壓力鑄造在壓鑄機(jī)上進(jìn)行。壓鑄機(jī)按壓射部分的特征分為熱壓室式和冷壓室式兩大類。熱壓室式壓鑄機(jī)上裝有儲(chǔ)存液態(tài)金屬的甘堝，壓室浸在液態(tài)金屬中，因此只能壓鑄低熔點(diǎn)合金，應(yīng)用較少。目前廣泛應(yīng)用的是冷壓室式壓鑄機(jī)，金屬的熔煉設(shè)備不在壓鑄機(jī)上。臥式冷壓室式壓鑄機(jī)的工作過(guò)程如圖10—30所示。2.壓力鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

與砂型鑄造相比較，壓力鑄造具有的優(yōu)點(diǎn)；（1）鑄件的尺寸精度高，一般不需加工。

(2)鑄件的強(qiáng)度和表面硬度高。因液態(tài)金屬在壓力下結(jié)晶，冷卻速度又較快，所以壓鑄件的組織致密，晶粒較細(xì)。其抗拉強(qiáng)度可比砂型鑄件提高23％~30％，但延伸率有所下降。

(3)可壓鑄形狀復(fù)雜的薄壁鑄件。

(4)壓鑄件中可嵌鑄其他材料(如鋼、鐵、銅合金、鉆石等)的零件。（5）生產(chǎn)效率高．缺點(diǎn)：

(1)設(shè)備投資大，制作壓型的成本高。（2)壓鑄高熔點(diǎn)合金(如鋼、鑄鐵等)時(shí)，壓型的壽命低。（3）由于液態(tài)金屬高速充型，液流會(huì)包裹住大量空氣，最后以氣孔的形式留在壓鑄件中。因此．壓鑄件不能進(jìn)行大余量的機(jī)械加工，以免氣孔暴露，削弱鑄件的使用性能。有氣孔的壓鑄件也不能進(jìn)行熱處理或在高溫下使用。壓力鑄造是目前應(yīng)用較廣泛的一種鑄造方法，主要適用于中小型的、低熔點(diǎn)的鋅、鋁、鎂及銅等有色合金鑄件的大批量生產(chǎn)，如用來(lái)生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體、汽缸蓋、變速箱體、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、儀表和照相機(jī)殼體及支架等。10.3.4離心鑄造將液態(tài)合金澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬在離心力作用下填充鑄型并凝固成形的鑄造方法稱為離心鑄造。離心鑄造的鑄型有金屬型和砂型兩種。目前廣泛應(yīng)用的是金屬型離心鑄造。根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)軸在空間的位置，離心鑄造機(jī)分為立式離心鑄造機(jī)（用于高度小與直徑的圓環(huán)）和臥式離心鑄造機(jī)用于長(zhǎng)度大于直徑的管或套類件）兩類。

與砂型鑄造相比較，離心鑄造有如下特點(diǎn)：（1）工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，鑄造中空筒類、管類零件時(shí)，省去了型芯、澆注系統(tǒng)和冒口，節(jié)約金屬和其他原材料。（2）鑄件織織致密，無(wú)縮孔、氣孔、夾渣等缺陷，力學(xué)性能較好。

(3)便于鑄造“雙金屬”鑄件，如制造銅套掛襯滑動(dòng)軸承，既可達(dá)到滑動(dòng)軸承的使用要求，又可節(jié)約較貴的滑動(dòng)軸承合金材料。離心鑄造的不足之處是鑄件的表面質(zhì)量差，孔的尺寸不易控制。離心鑄造已廣泛用于大批量生產(chǎn)灰口鑄鐵及球墨鑄鐵管、缸套及滑動(dòng)軸承等中空件，也可采用熔模離心鑄造澆注刀具、齒輪等成形鑄件。10.4常用合金鑄造性能

10.4.1鑄鐵鑄鐵是近代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種鑄造合金。1．灰鑄鐵灰鑄鐵件主要采用砂型鑄造，因其鑄造性能優(yōu)良，便于制出薄而復(fù)雜的鑄件。一般不需要設(shè)置冒口和冷鐵，使鑄造工藝簡(jiǎn)化；又因其澆注溫度較低，故中、小型鑄件多采用經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的濕型鑄造