第十一章 鑄造

第十一章鑄造第一節(jié)概述一、鑄造定義將熔融的金屬澆人具有一定形狀的鑄型中，凝固后獲得該形狀和性能的鑄件的成形方法二、鑄造類型砂型鑄造特種鑄造手工砂型鑄造機(jī)器砂型鑄造金屬型鑄造離心鑄造融模鑄造第二節(jié)手工砂型鑄造一、定義將液態(tài)金屬澆入砂型的鑄造方法二、類型整體模造型分模造型挖砂造型活塊造型刮板造型三箱造型a)搗砂錘b)直澆道棒c)通氣針d)起模針e)墁刀：修平面及挖溝槽用f)秋葉:修凹的曲面用g)砂勾:修深的底部或側(cè)面及鉤出砂型中散砂用h)皮老虎三、常用工具四、整模鑄造1、制造木模2、造型鑄型的裝配工序簡稱合箱。合箱過程包括修補(bǔ)砂型和型芯、安放及固定型芯、通導(dǎo)砂芯和砂型的排氣道、檢查型腔尺寸、吹除型腔雜物，扣上型及緊固鑄型等工作?？巯鋾r(shí)使用定位銷或泥號定位。應(yīng)防止偏差或錯(cuò)箱。合箱后放置澆口杯。并將上下兩箱緊扣或放置壓箱鐵，以防澆注時(shí)上砂箱被金屬液體抬起，造成抬箱、射箱（鐵水流出箱外）或跑火（著火的氣體竄出箱外）事故3、合箱金屬熔化后，用澆包把液體金屬注入鑄型內(nèi)，稱為澆注。澆包可分為人抬式與起重吊式兩種，澆注前，應(yīng)把澆包中液體金屬表面上飄浮的熔渣去除。在澆注過程中，不允許斷流注入或飛濺。4、澆鑄

從砂型中取出鑄件即為落砂。鑄件澆注后必須在鑄型中經(jīng)過充分的凝固和冷卻，不能取出過早，否則會(huì)因冷速過快、冷卻不勻而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，甚至變形開裂。一般10kg左右的鑄件需冷卻1～2h才能開箱，上百噸的大型鑄件需冷卻十幾天之久。落砂過程還包括清除鑄件表面和孔穴中的浮砂和型芯砂。5、落砂、清理灰鑄鐵件上的澆注系統(tǒng)、冒口可用鐵錘打掉，鋼鑄件用氣割除去，但不能損傷鑄件；有色金屬鑄件的澆冒口可用鋸鋸去。粘附在鑄件表面的砂?？捎脡嚎s空氣吹掉，如屬粘砂不能清除，需用砂輪打磨。6、清理清理主要是去除鑄件的澆注系統(tǒng)、冒口以及粘砂和粗糙部分對于形狀簡單，端部為平面且又是最大截面的鑄件應(yīng)采用整模造型。整模造型操作簡便，造型時(shí)整個(gè)模樣全部置于一個(gè)砂箱內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)箱缺陷。如齒輪坯、軸承座、罩、殼等7．整模造型應(yīng)用場合五、分模鑄造鑄件的最大截面不在鑄件的端部時(shí)，為了便于造型和起模，模樣要分成兩半或幾部分，這種造型稱為分模造型。應(yīng)用水管、軸套、閥體等有孔鑄件造型工藝流程造芯六、三箱造型鑄件形狀為兩端截面大、中間截面小，如帶輪、槽輪、車床四方刀架等，為保證順利起模，應(yīng)采用三箱分模造型，三箱造型有兩個(gè)分型面增加了分型面處飛邊毛刺的清整工作量，操作較復(fù)雜，生產(chǎn)率較低，不適用于機(jī)器造型，因此，三箱造型僅用于形狀復(fù)雜、不能用兩箱造型的鑄件生產(chǎn)。三、箱造型特點(diǎn)七、活塊造型活塊模造型主要用于帶有突出部分而妨礙起模的鑄件、單件小批量、手工造型的場合。用銷子或燕尾結(jié)構(gòu)使活塊與模樣主體形成可拆連接。起模時(shí)先取出模樣主體，活塊模仍留在鑄型中，起模后再從側(cè)面取出活塊的造型方法稱為活塊模造型工藝流程視頻八、挖砂造型當(dāng)鑄件的外部輪廓為曲面（如手輪等）其最大截面不在端部，且模樣又不宜分成兩半時(shí)，應(yīng)將模樣做成整體，造型時(shí)挖掉妨礙取出模樣的那部分型砂，這種造型方法稱為挖砂造型。挖砂造型的分型面為曲面，特點(diǎn)由于是手工挖砂，操作技術(shù)要求高，生產(chǎn)效率低，只適用于單件、小批量生產(chǎn)視頻九、刮板造型

刮板造型是用與鑄件斷面形狀相適應(yīng)的刮板代替模樣的造型方法。造型時(shí)，刮板繞固定軸回轉(zhuǎn)，將型腔刮出，這種造型方法可節(jié)省制模工時(shí)及材料，但操作麻煩，要求較高操作技術(shù)，生產(chǎn)率低，多用于單件或小批量生產(chǎn)較大回轉(zhuǎn)體鑄件，如飛輪、圓環(huán)等。特點(diǎn)視頻模樣制造--造型--合箱--澆鑄--落砂--清理--檢驗(yàn)型砂制造合金熔煉十、砂型鑄造工藝路線造芯型砂制造第三節(jié)造型材料制造砂型的造型材料包括型砂、芯砂及涂料等一、型砂與芯砂型砂是造型用砂，芯砂是造芯用砂它們是由原砂、粘結(jié)劑、附加材料、舊砂和水混合攪拌而成1、型砂與芯砂的組成

（1）原砂（SiO2）采自山地、海濱或河濱，愈好。

要求SiO2含量高，砂粒大小均勻，形狀以球形為佳。SiO2的含量與型砂耐火度有直接的關(guān)系，SiO2的含量愈高，耐火度（2）粘結(jié)劑一般為粘土和膨潤土兩種，有時(shí)也用水玻璃、植物油作粘結(jié)劑。在型砂中加入粘結(jié)劑目的是使型砂具有一定的強(qiáng)度和可塑性。膨潤土質(zhì)點(diǎn)比普通粘土更為細(xì)小，粘結(jié)性更好(3)附加材料煤粉和鋸木屑是常用的廉價(jià)附加材料，加入煤粉是為了防止鑄件表面粘砂，因煤粉在澆注時(shí)能燃燒發(fā)生還原性的氣體，形成薄膜將金屬與鑄型隔開。加入鋸木屑可改善型砂的退讓性。2、型砂與芯砂的種類（1）面砂是鑄型表面直接和液體金屬接觸的一層型砂，要有較高的耐火度、可塑性和強(qiáng)度。面砂厚度一般為20~30mm

（2）背砂用來填充砂箱中除面砂以外的其余部分的砂，稱為背砂，除透氣性外，其它性能要求不高（3）分型砂是干燥、顆粒均勻且較細(xì)的原砂。為了防止在造型過程砂箱與底板之間、砂箱與砂箱之間的型砂層粘附，損壞鑄型，可預(yù)先撒上一層分型砂使之分隔開來，造型便可順利進(jìn)行3、型砂和芯砂應(yīng)具備的性能鑄型在澆注凝固過程中要承受液體金屬的沖刷、靜壓力和高溫的作用，要排出大量氣體，型芯還要受到鑄件凝固時(shí)的收縮壓力等，因而對型砂和芯砂的性能提出下列要求：（1）可塑性（2）強(qiáng)度(3)耐火性(4)退讓性(5)透氣性二、輔助材料造型涂料包括：石墨粉石英粉具有較高的耐火度，防止鑄件表面粘砂，第四節(jié)澆注系統(tǒng)液體金屬澆入型腔的一系列管道一、對澆注系統(tǒng)的要求1）能均勻連續(xù)而平穩(wěn)地將液體金屬引入并充滿型腔，防止液體金屬?zèng)_壞砂型。2）防止熔渣進(jìn)入型腔。3）調(diào)節(jié)鑄件凝固順序，補(bǔ)給鑄件冷卻凝固收縮時(shí)所需的金屬。澆注系統(tǒng)如設(shè)置得不合理，會(huì)造成鑄件沖砂、砂眼、渣眼、澆不足、氣孔和縮孔等缺陷。二、澆注系統(tǒng)的組成及作用澆口盆澆口盆的容積較大，液體金屬在這里有短暫的停留，可以減輕對鑄型的直接沖擊，同時(shí)使熔渣上浮分離，阻止熔渣進(jìn)入。直澆道引導(dǎo)液體金屬流入型腔，并產(chǎn)生一定的靜壓力。直澆道的高度影響液體金屬的流速和壓力，因而對較難充填的薄壁鑄件，應(yīng)該用較高的直澆道。小鑄件只用一個(gè)直澆道，大鑄件可用幾個(gè)直澆道。橫澆道是具有梯形截面的水平通道，作用是阻攔熔渣流入型腔，并分配液體金屬流入內(nèi)澆道。內(nèi)澆道它與型腔直接相連，截面為矩形、扁梯形或三角形，位于下箱的分型面上。內(nèi)澆道的尺寸和數(shù)目要根據(jù)金屬的種類、鑄件的重量、壁厚及外形而決定。一般情況下直澆道截面應(yīng)大于橫澆道，橫澆道的截面要大于內(nèi)澆道，以保證液體金屬充滿澆道，并使熔渣漂浮聚集在橫澆道上部，起擋渣作用。冒口與出氣孔它的作用是排出型腔內(nèi)的氣體，冒口還可以在金屬凝固時(shí)把液體金屬補(bǔ)給鑄件。冒口一般設(shè)在鑄件的最高處或鑄件的厚大處，冷卻凝固慢的地方。第五節(jié)砂型鑄造的工藝參數(shù)一、加工余量工藝設(shè)計(jì)中，在零件加工面上留出的供機(jī)械加工時(shí)切去的金屬層厚度稱為加工余量。其大小取決于鑄造合金的種類、鑄件的尺寸與復(fù)雜程度、加工質(zhì)量要求、生產(chǎn)批量及鑄造方法等。二、起模斜度又叫鑄造斜度，它是為使模型（或型芯）容易從鑄型（或芯盒）中取出，在垂直于分型面的壁上所加的斜度。其大小應(yīng)根據(jù)模樣的高度、材料造型方法等來確定：垂直壁愈高，其斜度愈??；外壁的斜度比內(nèi)壁??；金屬模的斜度小于木模；機(jī)器造型的斜度小于手工造型。三、收縮率鑄件在冷卻過程中，由于收縮，鑄件的尺寸比模樣的尺寸要小。因此在制造模樣時(shí)，其尺寸應(yīng)根據(jù)線收縮率的大小而加大?；诣T鐵的收縮率：0.7%-1%鑄鋼：1.3%-2%鑄造錫青銅：1.2%-1.4%鑄件收縮率=(鑄件最終尺寸-模樣尺寸)/模樣尺寸*100%四、鑄造圓角設(shè)計(jì)鑄件和制作模樣時(shí)，壁間的連接或拐角處要做成圓弧過渡，稱為鑄造圓角?？煞乐硅T件轉(zhuǎn)角處粘砂或由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋，也可避免因鑄型尖角損壞而形成砂眼。作用：五、芯頭六、分型面選擇1、分型面應(yīng)選在鑄件最大截面處，造型時(shí)才能保證從鑄型中取出模樣而不損壞鑄型。2、分型面應(yīng)盡量采用平面，以簡化模具制造和造型工藝。3、應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)量，以簡化操作，提高鑄件的精度和勞動(dòng)生產(chǎn)率。繩采用環(huán)狀型芯兩箱造型三箱造型4、為了保證鑄件的精度，應(yīng)盡量使鑄件全部或大部分放在同一個(gè)砂箱中。若鑄件的加工面多，也應(yīng)盡量使其加工基準(zhǔn)面與大部分加工面放在同一砂箱內(nèi)，如下圖所示。方案a為分模造型，易錯(cuò)箱、毛刺多，分型面位置不夠合理；方案b為整模挖砂造型，鑄件大部分在同一箱內(nèi)，不易錯(cuò)箱、毛刺少、易清理，分型面位置較合理。5、應(yīng)盡量減少砂芯的數(shù)目

若按圖a所示對稱分型，則必須制作砂芯；內(nèi)孔可以用堆吊砂（亦稱自帶砂芯），這樣圖b不僅鑄件披縫少、不另制砂芯，而且易清理。上述幾項(xiàng)原則，對于具體鑄件來說，往往彼此矛盾，難以全面符合。因此，在確定澆注位置和選擇分型面時(shí)，要作全面分析，抓住主要矛盾。至于次要矛盾，可從工藝措施上設(shè)法解決。七、澆注位置1、鑄件的重要加工面或重要工作面應(yīng)該朝下或位于側(cè)面鑄件澆注位置的上面比下面鑄造缺陷多，上面容易產(chǎn)生砂眼、氣孔、夾渣等缺陷，而下部的缺陷較少，組織也比上部致密原因：2．鑄件的大平面應(yīng)朝下大平板鑄件澆注位置在澆注過程中，因高溫金屬液對型腔上表面強(qiáng)烈的熱輻射，易使型腔上表面型砂急劇地?zé)崤蛎浂捌鸹蜷_裂，使鑄件表面易產(chǎn)生夾砂缺陷原因：易產(chǎn)生夾砂大平面朝下3、上下都有重要或大表面時(shí)，則應(yīng)將較大的面朝下，并對朝上的表面采用加大加工余量的方法來保證鑄件質(zhì)量。4．鑄件壁薄而大的平面應(yīng)朝下澆注位置的選擇應(yīng)有利于鑄型的充填和型腔中氣體的排出，以防止出現(xiàn)澆不足或冷隔缺陷對于流動(dòng)性差的鑄造合金，更應(yīng)注意原因電機(jī)端蓋的澆注位置圖

5．要便于安放冒口

對于壁厚不均勻，易形成縮孔的鑄件，澆注時(shí)應(yīng)將厚的部分放在上部或分型面附近，這樣便于在鑄件厚處直接安裝冒口，使之自下而上地順序凝固，進(jìn)行補(bǔ)縮。如圖所示的卷揚(yáng)筒鑄件，厚端放在上部是合理的。多采用立澆方案雙排鏈輪的澆注位置6．應(yīng)盡量減少型芯的數(shù)量，并使之安排合理，便于型芯的安裝、固定、檢驗(yàn)和排氣空腔所用型芯尺寸大，增加了制模、制芯、烘干及合箱的工作量，鑄件成本提高中間空腔可由自帶型芯（砂垛）來形成，從而簡化了造型工藝。其澆注位置也比a合理，因?yàn)樗阌诤舷?，型芯固定牢固，也便于排氣第六?jié)合金的鑄造性能合金再鑄造時(shí)表現(xiàn)出來的性能鑄造性能一、流動(dòng)性1、定義：液態(tài)金屬充填鑄型的能力稱為流動(dòng)性2、流動(dòng)性的測量流動(dòng)性的好壞，通常用螺旋形試樣的長度來衡量3、流動(dòng)性對鑄造的影響（1）流動(dòng)性好：充填鑄型能力強(qiáng)，易于獲得外形完整、尺寸準(zhǔn)確、輪廓清晰或壁薄而復(fù)雜的鑄件（2）流動(dòng)性差：充填鑄型能力差，易產(chǎn)生冷隔4、提高合金流動(dòng)性的方法（1）提高澆筑溫度（2）選用共晶成分的結(jié)晶（3）鑄件形狀力求簡單（4）增加金屬液的充型壓力，砂型鑄造時(shí)，可適當(dāng)提高直澆道高度，提高充型能力。在低壓鑄造、壓力鑄造和離心鑄造時(shí)，因人為加大了充型壓力，故充型能力較強(qiáng)二、收縮性1、定義：金屬在冷卻過程中體積縮小的性能2、收縮性對鑄造的影響（1）、體積減小、收縮率（2）、鑄件易產(chǎn)生鎖孔、縮松缺陷（3）、產(chǎn)生應(yīng)力、變形、裂紋三、透氣性第七節(jié)鑄造缺陷一、冷隔1、現(xiàn)象：合金流動(dòng)性差，兩股金屬流不同步充滿型腔留下的痕跡2、產(chǎn)生原因：（1）金屬流動(dòng)性差（2）澆筑系統(tǒng)不合理，流程太長（3）填充速度太低3、解決方法：（1）金屬流動(dòng)性差（2）澆筑系統(tǒng)不合理，流程太長（3）填充速度太低二、縮孔和縮松1、現(xiàn)象在鑄件凝固后內(nèi)的部位形成孔洞，大孔為縮孔、小孔為縮松縮孔、縮松都會(huì)使鑄件力學(xué)性能下降，縮松還能影響鑄件的致密性。因此，縮孔和縮松是鑄件的重大缺陷，必須設(shè)法防止。2、產(chǎn)生原因鑄型內(nèi)的熔融金屬在凝固過程中，由于液態(tài)收縮和凝固收縮所縮減的體積得不到補(bǔ)充，在鑄件最后凝固的部位形成孔洞縮孔縮松3、解決方法向凝固原則，也就是通過增設(shè)冒口、冷鐵和補(bǔ)貼等一些工藝措施，使凝固順序形成向著冒口的方向進(jìn)行，即離冒口最遠(yuǎn)的部位先凝固，冒口最后凝固三、應(yīng)力、變形、裂紋1、鑄造應(yīng)力由于各部分金屬冷卻速度不同，使得各部位的收縮不一致，又由于鑄型和型芯的阻礙作用，使鑄件的固態(tài)收縮受到制約而產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，在應(yīng)力作用下鑄件容易產(chǎn)生變形，甚至開裂鑄造應(yīng)力對鑄件質(zhì)量危害很大。它使鑄件的精度和使用壽命降低。在存放、加工、甚至使用過程中應(yīng)力重新分布，鑄件變形或開裂2、變形對于厚薄不均勻，截面不對稱及細(xì)長特點(diǎn)的桿類、板類及輪類鑄件，當(dāng)殘留鑄造應(yīng)力超過鑄件材料的屈服極限時(shí)，會(huì)產(chǎn)生變形圖2-7T形鑄件熱應(yīng)力引起的變形3、裂紋當(dāng)鑄造內(nèi)應(yīng)力超過金屬的強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件便產(chǎn)生裂紋。裂紋是嚴(yán)重的鑄造缺陷，必須設(shè)法防止（1）減少和消除鑄造應(yīng)力的基本方法是采用合理的鑄造工藝，使鑄件的凝固過程符合同時(shí)凝固原則。對于重要的鑄件，如車床床身等，必須采用自然時(shí)效或去應(yīng)力退火等方法，將殘余應(yīng)力有效地去除（2）增加鑄型退讓性4、預(yù)防應(yīng)力、變形和裂紋四、氣孔第八節(jié)鑄造成型特點(diǎn)（1）能制造各種尺寸和形狀復(fù)雜的鑄件，特別是內(nèi)腔復(fù)雜的鑄件。（2）常用的金屬材料均可用鑄造方法制成鑄件，有些材料（如鑄鐵、青銅）只能用鑄造方法來制造零件。（3）鑄造所用的原材料來源廣泛，價(jià)格低廉，并可回收應(yīng)用，鑄造生產(chǎn)工藝設(shè)備費(fèi)用小，因此鑄件生產(chǎn)成本低，在機(jī)器制造中應(yīng)用十分廣泛，如機(jī)床中為60%～80%。（4）鑄件的形狀與零件尺寸較接近，可節(jié)省金屬的消耗，減少切削加工費(fèi)用。鑄造生產(chǎn)的主要缺點(diǎn)：鑄造生產(chǎn)過程復(fù)雜，工序較多，常因