第一章鑄造解析

第三節(jié)特種鑄造及鑄造新技術(shù)31第一節(jié)鑄造基礎(chǔ)

2第二節(jié)砂型鑄造鑄造是人類掌握較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。公元前3200年，美索不達米亞出現(xiàn)銅青蛙鑄件。公元前13～前10世紀(jì)之間，中國已進入青銅鑄件的全盛時期，工藝上已達到相當(dāng)高的水平，如商代的重875千克的司母戊方鼎、戰(zhàn)國的曾侯乙尊盤和西漢的透光鏡等都是古代鑄造的代表產(chǎn)品。早期的鑄造受陶器的影響較大，鑄件大多為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、宗教、生活等方面的工具或用具，藝術(shù)色彩較濃。公元前513年，中國鑄出了世界上最早見于文字記載的鑄鐵件——晉國鑄鼎（約270千克重）。公元8世紀(jì)前后，歐洲開始生產(chǎn)鑄鐵件。18世紀(jì)的工業(yè)革命后，鑄件進入為大工業(yè)服務(wù)的新時期。進入20世紀(jì)，鑄造的發(fā)展速度很快，先后開發(fā)出球墨鑄鐵，可鍛鑄鐵，超低碳不銹鋼以及鋁銅、鋁硅、鋁鎂合金，鈦基、鎳基合金等鑄造金屬材料，并發(fā)明了對灰鑄鐵進行孕育處理的新工藝。50年代以后，出現(xiàn)了濕砂高壓造型，化學(xué)硬化砂造型和造芯、負(fù)壓造型以及其他特種鑄造、拋丸清理等新工藝。金屬性澆注機一、鑄造及其分類第一節(jié)鑄造基礎(chǔ)鑄造概述現(xiàn)代機械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝。定義:鑄造，是將熔融金屬澆注、壓射或吸入鑄型型腔中,待其凝固后而得到一定形狀和性能鑄件的方法稱為鑄造。鑄造生產(chǎn)的毛坯成本低廉，對于形狀復(fù)雜、特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件，更能顯示出它的經(jīng)濟性；同時它的適應(yīng)性較廣，且具有較好的綜合機械性能。但鑄造生產(chǎn)所需的材料（如金屬、木材、燃料、造型材料等）和設(shè)備（如冶金爐、混砂機、造型機、造芯機、落砂機、拋丸機等）較多，且會產(chǎn)生粉塵、有害氣體和噪聲而污染環(huán)境。鑄造分類:砂型鑄造:制造砂型的基本原材料是鑄造砂和型砂粘結(jié)劑.最常用的鑄造砂是硅質(zhì)砂.硅砂的高溫性能不能滿足使用要求時則使用鋯英砂,鉻鐵礦砂,剛玉砂等特種砂.金屬型鑄造又稱硬模鑄造，它是將液體金屬澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種鑄造方法。鑄型是用金屬制成，可以反復(fù)使用多次（幾百次到幾千次）。金屬型鑄造目前所能生產(chǎn)的鑄件，在重量和形狀方面還有一定的限制，如對黑色金屬只能是形狀簡單的鑄件；鑄件的重量不可太大；壁厚也有限制，較小的鑄件壁厚無法鑄出。金屬型鑄造與砂型鑄造比較：在技術(shù)上與經(jīng)濟上有許多優(yōu)點。（1）金屬型生產(chǎn)的鑄件，其機械性能比砂型鑄件高。同樣合金，其抗拉強度平均可提高約25%，屈服強度平均提高約20%，其抗蝕性能和硬度亦顯著提高；（2）鑄件的精度和表面光潔度比砂型鑄件高，而且質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定;（3）鑄件的工藝收得率高，液體金屬耗量減少，一般可節(jié)約15～30%；（4）不用砂或者少用砂，一般可節(jié)約造型材料80～100%；壓力鑄造highpressurediecasting（簡稱壓鑄）的實質(zhì)是在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填壓鑄型（壓鑄模具）型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。熔模鑄造又稱失蠟鑄造，包括壓蠟、修蠟、組樹、沾漿、熔蠟、澆鑄金屬液及后處理等工序。失蠟鑄造是用蠟制作所要鑄成零件的蠟?zāi)?，然后蠟?zāi)Ｉ贤恳阅酀{，這就是泥模。泥模晾干后，在焙燒成陶模。一經(jīng)焙燒，蠟?zāi)Ｈ咳刍魇?，只剩陶模。一般制泥模時就留下了澆注口，再從澆注口灌入金屬熔液，冷卻后，所需的零件就制成了。用蠟料做模樣時，熔模鑄造又稱"失蠟鑄造"。熔模鑄造通常是指在易熔材料制成模樣，在模樣表面包覆若干層耐火材料制成型殼，再將模樣熔化排出型殼，從而獲得無分型面的鑄型，經(jīng)高溫焙燒后即可填砂澆注的鑄造方案。由于模樣廣泛采用蠟質(zhì)材料來制造，故常將熔模鑄造稱為“失蠟鑄造”?？捎萌勰ｈT造法生產(chǎn)的合金種類有碳素鋼、合金鋼、耐熱合金、不銹鋼、精密合金、永磁合金、軸承合金、銅合金、鋁合金、鈦合金和球墨鑄鐵等。二、鑄造的特點鑄造的特點三、鑄造的應(yīng)用

由于鑄造具有上述特點，所以被廣泛應(yīng)用于機械工件的毛坯制造。在各種機械和設(shè)備中，鑄件質(zhì)量占有很大的比例，如拖拉機及其他農(nóng)業(yè)機械中，鑄件質(zhì)量所占比例達40%～70%；在金屬切削機床、內(nèi)燃機中達70%～80%，在重型機械設(shè)備中則可高達90%。但由于鑄造易產(chǎn)生缺陷，性能不高，因此多用于制造承受應(yīng)力不大的工件。四、鑄造安全文明生產(chǎn)要求進行鑄造的工作人員必須有相應(yīng)的上崗證和操作證，持證上崗。操作人員必須按規(guī)定穿戴好勞動保護用品。熔煉爐爐體及其附屬設(shè)施完好，控制系統(tǒng)靈敏可靠，升降起吊裝置符合起重機械要求，爐坑干燥并設(shè)護欄或蓋板，爐料符合專門要求。鑄造設(shè)備完好，操縱靈敏，安全防護裝置齊全可靠，除塵裝置符合要求。壓鑄機壓鑄型區(qū)有防護裝置并與壓射程序聯(lián)鎖；制芯機芯盒加熱棒長短適中，線頭連接可靠；混砂機防護罩牢固可靠，檢修門電器聯(lián)鎖；拋（噴）丸機密封良好，門孔電器聯(lián)鎖。鐵水包、鋼水包和灼熱件起重作業(yè)影響范圍內(nèi)，不得設(shè)置休息室、更衣室和人行通道，不得存放危險物品，地面應(yīng)保持干燥。高溫烘烤作業(yè)人員應(yīng)穿戴耐高溫、防噴濺的防護用品；液態(tài)金屬、高溫材料運輸設(shè)備要設(shè)置耐高溫、防噴濺設(shè)施，不得在有易燃易爆物質(zhì)的區(qū)域停留，離開廠區(qū)時應(yīng)當(dāng)發(fā)出警報信號。鑄件、托板、鐵箱等要整齊地碼放，防止傾倒傷人。為了避免散亂、便于清掃、利于裝運，需將鑄件、冷鐵、廢砂、垃圾等裝入箱內(nèi)或盒中。鑄件盡可能地不直接著地，而放在托板上,工具分類裝入工具箱中,化學(xué)品需放入專用箱內(nèi)并蓋好。1．制作模樣與芯盒

模樣——用來形成鑄型型腔的工藝裝備。

芯盒——用來制造型芯的工藝裝備。一、砂型鑄造的工藝過程第二節(jié)砂型鑄造2．制備型（芯）砂

基本原材料——鑄造砂和型砂黏結(jié)劑。

型（芯）砂——用來制造鑄型的材料。

常用的鑄造砂——原砂、硅質(zhì)砂、鋯砂、鉻鐵礦砂、剛玉砂等。型砂和芯砂的經(jīng)驗檢驗3．造型（1）手工造型

造型——利用制備的型砂及模樣等制造鑄型的過程。

手工造中型（2）機器造型兩箱造型三箱造型地坑造型組芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活塊造型刮板造型

手工造型——全部用手工或手動工具完成的造型工序。手工造型操作靈活、適應(yīng)性廣、工藝裝備簡單、成本低，但其鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)率低、勞動強度大、操作技藝要求高。

鑄型由成對的上型和下型構(gòu)成，操作簡單。適用于各種生產(chǎn)批量和各種大小的鑄件兩箱造型三箱造型地坑造型組芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活塊造型刮板造型

鑄型由上、中、下三型構(gòu)成，中型高度需與鑄件兩個分型面的間距相適應(yīng)。操作費工。

主要適用于具有兩個分型面的鑄件的單件或小批量生產(chǎn)。兩箱造型三箱造型地坑造型組芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活塊造型刮板造型在地基上挖坑，并利用挖出的地坑進行造型主要用于大型鑄件兩箱造型三箱造型地坑造型組芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活塊造型刮板造型

用若干塊砂芯組合成鑄型，而不需要砂箱。它可提高鑄件的精度，但成本高。適用于批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜的鑄件兩箱造型三箱造型地坑造型組芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活塊造型刮板造型

模樣是整體的，鑄件分型面為平面，鑄型型腔全部在半個鑄型內(nèi)，其造型簡單，鑄件不會產(chǎn)生錯型缺陷。適用于鑄件最大截面在一端且為平面的鑄件兩箱造型三箱造型地坑造型組芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活塊造型刮板造型模樣是整體的，鑄件分型面為曲面。

適用于分型面不是平面的單件或小批量生產(chǎn)的鑄件。兩箱造型三箱造型地坑造型組芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活塊造型刮板造型

在造型前預(yù)先做一底胎（即假箱），然后在底胎上制作下箱，底胎不參與澆注。用于代替批量生產(chǎn)中需要挖砂造型的鑄件。兩箱造型三箱造型地坑造型組芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活塊造型刮板造型

將模樣沿最大截面處分成兩半，型腔位于上、下兩個砂箱內(nèi)。造型簡單，生產(chǎn)率低。常用于最大截面在中部的鑄件兩箱造型三箱造型地坑造型組芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活塊造型刮板造型

制模時，將鑄件上妨礙起模的小凸臺、肋條等部分做成活動的（即活塊）。

主要用于帶有凸出部分、難以起模的鑄件的單件或小批量生產(chǎn)。兩箱造型三箱造型地坑造型組芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活塊造型刮板造型

采用刮板代替實體模樣造型，可降低模樣成本，節(jié)約木材，縮短生產(chǎn)周期?？捎糜谟械冉孛婊蚧剞D(zhuǎn)體的大、中型鑄件的單件或小批量生產(chǎn)，如帶輪、鑄管、彎頭等。兩箱造型三箱造型地坑造型組芯造型整模造型挖砂造型假箱造型分模造型活塊造型刮板造型（2）機器造型

機器造型——指用機器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序。

緊砂——提高砂箱內(nèi)的型砂和芯盒內(nèi)的芯砂緊實度的操作。常用方法有壓實法、震實法、拋砂法等。

振壓式造型機緊砂和起模a）震壓式造型機b）緊砂c）起模

4．造芯

造芯——制造型芯的過程。

手工造芯：主要應(yīng)用于單件、小批量生產(chǎn)。

機器造芯：生產(chǎn)效率高，砂芯質(zhì)量好，適用于批量生產(chǎn)。手工造芯過程

芯盒造芯示意圖a）芯盒的裝配b）取芯5．合型

合型——又稱合箱，是將鑄型的各個組元，如上型、下型、型芯、澆注系統(tǒng)等組合成一個完整鑄型的操作過程。

合型前，應(yīng)對砂型和型芯的質(zhì)量進行檢查，若有損壞，需要進行修理；為檢查型腔頂面與型芯頂面之間的距離，需要進行試合型（稱為驗型）。澆注——把熔融金屬注入鑄型的過程，液體金屬通過澆注系統(tǒng)進入型腔。（1）澆注系統(tǒng)（2）冒口（3）澆注工藝要求6．熔煉和澆注（1）澆注系統(tǒng)

澆注系統(tǒng)——鑄型中引導(dǎo)液體金屬進入型腔的通道。（2）冒口

冒口——鑄型內(nèi)存儲供補縮鑄件用熔融金屬的空腔。一般設(shè)置在鑄件的最高處和最厚處。

（3）澆注工藝要求

澆注溫度（℃）——液體金屬澆入鑄型時所測量到的溫度。

澆注速度（kg/s）——單位時間內(nèi)澆入鑄型中的液體金屬的質(zhì)量。

澆包——容納、輸送和澆注熔融金屬用的容器，用鋼板制成外殼，內(nèi)襯耐火材料。常用澆包a）握包b）抬包c）吊包7．落砂和清理（1）落砂

落砂——用手工或機械使鑄件和型砂、砂箱分開的操作。落砂分為手工落砂和機械落砂兩種。（2）清理

清理——落砂后從鑄件上清除表面黏砂、型砂、多余金屬（包括澆冒口、飛翅）和氧化皮等過程的總稱。8．檢驗

（1）鑄件的外觀質(zhì)量——鑄件表面狀況和達到產(chǎn)品要求的程度。包括鑄件的表面粗糙度、表面缺陷、尺寸誤差、形狀及位置誤差、質(zhì)量偏差等。

（2）鑄件的內(nèi)在質(zhì)量——一般不能用肉眼檢查出來的鑄件內(nèi)部狀況和達到用戶要求的程度。包括鑄件的化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織，以及存在于鑄件內(nèi)部的孔洞、裂紋、夾雜物等缺陷。

（3）鑄件的使用性能——指鑄件能滿足使用要求的性能。使用性能有在強力、高速、磨耗、腐蝕、高熱等不同條件下的工作性能、切削加工性能、焊接性能、運轉(zhuǎn)性能等。二、鑄件的缺陷鑄件的常見缺陷一、特種鑄造

1．熔模鑄造

2．金屬型鑄造

3．壓力鑄造

4．離心鑄造

5．特種鑄造的特點及應(yīng)用

二、鑄造新技術(shù)和新工藝1．消失模鑄造2．陶瓷型鑄造第三節(jié)特種鑄造及鑄造新技術(shù)1．熔模鑄造熔模鑄造的工藝過程a）撥叉鑄件b）制作蠟?zāi)）制作型殼d）澆注2．金屬型鑄造

金屬型鑄造——又稱硬模鑄造，是將液體金屬澆入金屬鑄型，在重力作用下充填鑄型，以獲得鑄件的鑄造方法。

鑄型材料常選用鑄鐵、碳素鋼或低合金鋼。金屬型鑄造示意圖金屬型鑄造產(chǎn)品

壓力鑄造——簡稱壓鑄，是利用高壓使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填金屬型型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。3．壓力鑄造壓鑄機a）立式壓鑄機b）臥式熱室壓鑄機壓力鑄造過程a）合型并注入液態(tài)金屬b）壓射c）開型并頂出鑄件a）b）c）4．離心鑄造

離心鑄造——將熔融金屬澆入繞水平軸、立軸或傾斜軸旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，在離心力作用下凝固成型的鑄造方法。離心鑄造的工作原理a）繞立軸旋轉(zhuǎn)的離心鑄造b）繞水平軸旋轉(zhuǎn)的離心鑄造5．特種鑄造的特點及應(yīng)用特種鑄造特點應(yīng)用熔模鑄造