《鑄造工藝基礎(chǔ)》課件

鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造是制造金屬零件的重要工藝。它利用熔融金屬凝固成型，廣泛應(yīng)用于機械、汽車、航空航天等領(lǐng)域。課程目標了解鑄造工藝基本原理掌握鑄造工藝的基本概念、原理和方法。掌握鑄造工藝流程熟悉鑄造工藝的各個環(huán)節(jié)，包括熔煉、鑄型、澆注、凝固、清理等。了解鑄件質(zhì)量控制掌握鑄件的常見缺陷，以及預防和控制缺陷的方法。學習鑄造工藝應(yīng)用了解各種鑄造工藝在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，并能夠解決實際問題。鑄造工藝概述金屬熔融鑄造的第一步是將金屬材料加熱至熔融狀態(tài)，以便于其流動和填充模具。鑄型制備根據(jù)設(shè)計要求，使用各種材料和方法制備模具，以便將熔融金屬澆注成所需的形狀。澆注將熔融金屬從熔化爐中倒入模具，使金屬在模具中冷卻凝固。鑄件處理從模具中取出鑄件，并進行必要的清理、修整、熱處理等后續(xù)工序。金屬的熔融及凝固金屬熔融是指金屬從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程，需要克服金屬晶格中原子間的吸引力。金屬凝固則是液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程，伴隨著金屬原子從無序排列逐漸形成有序排列的晶格結(jié)構(gòu)。1晶核形成液態(tài)金屬中形成固態(tài)金屬晶體2晶體生長晶核繼續(xù)生長，逐漸形成固態(tài)金屬3凝固完成全部液態(tài)金屬凝固成固態(tài)金屬鑄型材料砂型鑄造中最常用的材料，成本低，易于加工。粘土砂硅砂合成樹脂砂金屬型用于生產(chǎn)精密鑄件，表面光潔度高。鋼型鑄鐵型其他型陶瓷型、石膏型、塑料型等。鑄型制備工藝1制芯鑄造工藝的重要環(huán)節(jié)2造型鑄型外形，影響鑄件質(zhì)量3合型確保鑄型精準度4烘干去除水分，防止缺陷制芯工藝是鑄造生產(chǎn)的第一道工序，影響鑄件質(zhì)量。造型工藝采用各種工具和方法，確保鑄型的精確度。合型是將制芯和造型結(jié)合，形成完整的鑄型。烘干是為了去除鑄型水分，避免澆注過程中產(chǎn)生氣孔或裂紋。澆注系統(tǒng)設(shè)計澆注系統(tǒng)設(shè)計澆注系統(tǒng)是鑄造過程中將熔融金屬導入鑄型的通道，它直接影響著鑄件的質(zhì)量。澆注系統(tǒng)組成澆注系統(tǒng)一般包括澆口、直澆道、橫澆道和型芯、冷鐵等，它們共同作用，確保熔融金屬順利流入鑄型，并能達到最佳充填效果。冒口系統(tǒng)設(shè)計11.冒口類型冒口是鑄造過程中重要的組成部分，主要作用是補縮鑄件的收縮，保證鑄件的質(zhì)量。22.冒口位置冒口的位置應(yīng)盡量靠近鑄件的厚壁部分或易產(chǎn)生縮孔的地方，以便有效地補縮收縮。33.冒口尺寸冒口的大小和形狀應(yīng)根據(jù)鑄件的尺寸、形狀、材料和澆注溫度等因素確定。44.冒口冷卻冒口的設(shè)計應(yīng)考慮其冷卻速度，以確保冒口能夠在鑄件凝固之前保持熔融狀態(tài)，從而有效地補縮收縮。凝固過程及其影響因素鑄造過程中，熔融金屬在模具中凝固成型，這是一個復雜的物理化學過程。影響因素包括金屬成分、冷卻速度、模具材料、澆注溫度等。其中，冷卻速度是主要因素。金屬脫氣及其方法11.溶解氣體金屬熔煉過程中，空氣、水分等進入熔體，形成溶解氣體。22.氣孔缺陷溶解氣體在凝固過程中析出，形成氣孔，影響鑄件質(zhì)量。33.脫氣方法真空脫氣、惰性氣體吹煉、化學脫氣等方法可以去除溶解氣體。金屬熔融及調(diào)控技術(shù)1熔化溫度控制準確控制熔化溫度，避免過熱或過冷，確保金屬質(zhì)量。2熔化時間控制控制熔化時間，避免過長時間熔化，降低金屬質(zhì)量。3熔化氣氛控制控制熔化氣氛，避免氧化或還原，確保金屬成分穩(wěn)定。鑄件缺陷及其防治沙芯缺陷沙芯缺陷可能導致氣孔、夾渣等鑄件缺陷，影響鑄件強度和外觀。常見的沙芯缺陷包括沙芯破損、沙芯尺寸偏差和沙芯粘砂等。冷隔冷隔是由于金屬液冷卻速度過快，導致金屬液不能完全填充模具而形成的空洞缺陷，影響鑄件強度和密封性。氣孔氣孔是由于金屬液中溶解的氣體在凝固過程中析出形成的氣孔，影響鑄件強度和韌性。裂紋裂紋是由于金屬液冷卻過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力或冷卻速度過快導致的，影響鑄件強度和使用壽命。鑄件熱處理工藝退火降低金屬的硬度和強度，改善其塑性、韌性和切削加工性。用于消除鑄造應(yīng)力、細化晶粒，提高鑄件的尺寸穩(wěn)定性和機械性能。正火獲得細小而均勻的晶粒組織，提高鑄件的強度、硬度、韌性和疲勞強度，改善鑄件的機械性能。淬火使鑄件獲得高硬度、高強度和高耐磨性。淬火后，通常需要進行回火處理，降低其脆性，提高其韌性。回火降低淬火后的硬度和脆性，提高其韌性，改善其塑性和加工性能。不同回火溫度和時間，會得到不同的性能。鑄件表面處理噴砂處理去除毛刺，提高表面粗糙度，改善外觀。噴漆提高耐腐蝕性，增強美觀，延長使用壽命。電鍍增強耐磨性，提高抗腐蝕能力，提升表面硬度。熱處理改變金屬組織結(jié)構(gòu)，提高強度，改善性能。鑄件質(zhì)量檢驗鑄件質(zhì)量檢驗是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過對鑄件進行全面檢測，確保其符合設(shè)計要求和質(zhì)量標準。檢驗內(nèi)容包括尺寸、形狀、表面質(zhì)量、內(nèi)部缺陷等，檢驗方法包括目視檢驗、尺寸測量、超聲波探傷、X射線探傷等。100%合格率鑄件質(zhì)量檢驗的最終目的是保證合格率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。0缺陷通過檢驗發(fā)現(xiàn)并排除鑄件缺陷，避免產(chǎn)品質(zhì)量問題。10返工及時發(fā)現(xiàn)問題并進行返工，降低生產(chǎn)成本。鑄件力學性能及其測試鑄件的力學性能直接影響其使用壽命和可靠性。常用的力學性能測試方法包括拉伸試驗、硬度測試、沖擊試驗和疲勞試驗。拉伸試驗測定材料的抗拉強度、屈服強度、伸長率和斷面收縮率。硬度測試測定材料抵抗局部壓入的硬度。沖擊試驗測定材料抵抗沖擊載荷的能力。疲勞試驗測定材料在反復載荷作用下的抗疲勞性能。鑄造工藝對環(huán)境的影響空氣污染鑄造過程中會排放大量的煙塵和有害氣體，如二氧化硫、氮氧化物等，污染空氣。鑄造廠應(yīng)加強廢氣處理，降低環(huán)境污染。水污染鑄造過程中會產(chǎn)生大量的廢水，如冷卻水、清洗水等，污染水資源。鑄造廠應(yīng)加強廢水處理，減少污染排放。噪聲污染鑄造設(shè)備運行會產(chǎn)生大量噪聲，影響周圍環(huán)境。鑄造廠應(yīng)采取降噪措施，減少噪聲污染。固體廢棄物污染鑄造過程中會產(chǎn)生大量固體廢棄物，如砂型、廢渣、金屬邊角料等。鑄造廠應(yīng)進行廢棄物分類回收，減少固體廢棄物對環(huán)境的污染。綠色鑄造技術(shù)節(jié)能降耗采用先進的鑄造工藝和設(shè)備，降低能源消耗，減少廢棄物排放。清潔生產(chǎn)使用環(huán)保型鑄造材料和工藝，減少污染物排放，保護環(huán)境。循環(huán)利用對鑄造過程中的廢渣、廢水進行回收利用，實現(xiàn)資源循環(huán)利用。智能化利用數(shù)字化技術(shù)和自動化設(shè)備，提高生產(chǎn)效率，減少污染排放。鑄造自動化與數(shù)字化自動化生產(chǎn)線機器人技術(shù)用于實現(xiàn)自動化鑄造生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。數(shù)字化設(shè)計利用計算機輔助設(shè)計（CAD）和仿真技術(shù)進行鑄造工藝設(shè)計和優(yōu)化。智能控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)，實現(xiàn)對鑄造過程的實時監(jiān)控和優(yōu)化控制。遠程監(jiān)控通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程監(jiān)控，提高管理效率，減少人力成本。鑄造質(zhì)量管理體系目標與原則鑄造質(zhì)量管理體系的目標是確保生產(chǎn)的鑄件符合客戶的要求，并滿足相關(guān)標準。遵循質(zhì)量方針，建立質(zhì)量體系，實施質(zhì)量管理，持續(xù)改進質(zhì)量。文件化管理建立健全的質(zhì)量管理文件，包括質(zhì)量手冊、程序文件、作業(yè)指導書等。確保文件內(nèi)容的準確性、完整性和有效性。過程控制對鑄造過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行監(jiān)控和管理，以確保過程的穩(wěn)定性和可控性。制定相應(yīng)的控制措施，并進行定期審核和評估。檢驗與測試對鑄件進行檢驗和測試，以確保其符合質(zhì)量標準。制定相應(yīng)的檢驗標準和測試方法，并進行記錄和分析。鑄造工藝的創(chuàng)新與發(fā)展智能化鑄造應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)鑄造生產(chǎn)過程的自動化、智能化和數(shù)字化，提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制水平。綠色鑄造采用環(huán)保型材料和工藝，降低能源消耗，減少廢氣排放，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。新材料鑄造開發(fā)和應(yīng)用新型合金材料，如高強鋼、耐熱合金、鈦合金等，滿足現(xiàn)代工業(yè)對高性能鑄件的需求。鑄造安全生產(chǎn)安全意識加強安全意識，遵守安全操作規(guī)程，嚴格執(zhí)行安全生產(chǎn)責任制。個人防護佩戴安全帽、防護眼鏡、手套等安全防護用品。應(yīng)急預案制定完善的應(yīng)急預案，并定期進行演練，確保應(yīng)對突發(fā)事故。設(shè)備維護定期對生產(chǎn)設(shè)備進行檢查維護，及時排除安全隱患。鑄造廢棄物的處理回收利用鑄造廢棄物中包含多種金屬材料，可進行回收利用，減少資源浪費。環(huán)保處理對不可回收的廢棄物進行環(huán)保處理，防止污染環(huán)境，保護生態(tài)。安全處置對廢棄物進行安全處置，避免堆放產(chǎn)生安全隱患。鑄造行業(yè)發(fā)展趨勢鑄造行業(yè)正在經(jīng)歷著快速發(fā)展，朝著更加智能化、綠色化和高效化的方向邁進。10%智能化鑄造生產(chǎn)流程自動化和數(shù)字化程度不斷提升。50%綠色化低能耗、低排放的綠色鑄造技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。30%高效化鑄造工藝不斷優(yōu)化，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量顯著提升。案例分析1：某種鑄件的制造工藝1模具設(shè)計根據(jù)鑄件形狀和尺寸設(shè)計模具2熔煉熔煉金屬材料，達到所需溫度3澆注將熔融金屬注入模具中4冷卻固化待金屬在模具中冷卻固化5清理從模具中取出鑄件，并進行清理案例分析2：某種新型鑄造工藝13D打印鑄造工藝將3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)鑄造工藝相結(jié)合。2工藝流程用3D打印機制作鑄型將熔融金屬澆注到鑄型中冷卻后，取出鑄件3優(yōu)點鑄型精度高復雜形狀鑄件易于制造生產(chǎn)效率高案例分析3：某種鑄件質(zhì)量問題及解決方案鑄造過程中存在許多潛在的質(zhì)量問題，比如氣孔、縮松、裂紋等。這些缺陷會影響鑄件的強度和性能。1缺陷識別通過肉眼觀察、磁粉探傷等方法檢測鑄件是否存在缺陷2缺陷分析分析缺陷產(chǎn)生的原因，比如澆注溫度、鑄型材料、凝固速度等3解決方案根據(jù)分析結(jié)果制定解決方案，比如改進澆注工藝、優(yōu)化鑄型材料、控制凝固速度等通過有效的分析和解決，可以有效降低鑄件缺陷率，提高鑄件質(zhì)量。案例分析4：某種綠色鑄造技術(shù)應(yīng)用1節(jié)能減排減少能源消耗，降低二氧化碳排放2資源循環(huán)利用回收利用廢舊砂型材料，降低資源消耗3清潔生產(chǎn)減少污染物排放，保護環(huán)境綠色鑄造技術(shù)是指在鑄造生產(chǎn)過程中，采用先進的工藝和設(shè)備，減少污染物排放，節(jié)約能源和資源，提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率，促進鑄造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。案例分析5：某種鑄造自動化系統(tǒng)1自動澆注系統(tǒng)提高澆注效率和精度。2自動清理系統(tǒng)提高生產(chǎn)效率和安全性。3自動檢測系統(tǒng)提高鑄件質(zhì)量和一致性。4自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化生產(chǎn)流程和管理。自動化的鑄造系統(tǒng)可以提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高鑄件質(zhì)量，并改善工作環(huán)境。例如，一種自動澆注系統(tǒng)可以根據(jù)鑄件的設(shè)計和尺寸，自動計算和控制澆注量、澆注溫度和澆注速度，以確保鑄件的質(zhì)量和一致性。總結(jié)與展望11.鑄造工藝創(chuàng)新不斷探索新型鑄造工藝，提高效率和質(zhì)量，降低成本