第二章鑄造成形-機(jī)械制造基礎(chǔ)-林江.ppt

1、第2章 鑄造成形,返回,浙江科技學(xué)院,鑄造：將液態(tài)金屬澆注到與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，待其冷卻凝固后，獲得一定形狀的毛坯或零件的方法。鑄造是生產(chǎn)機(jī)器零件毛坯的主要方法之一，其實(shí)質(zhì)是液態(tài)金屬逐步冷卻凝固成形。,鑄造的優(yōu)點(diǎn)： 1）可以鑄出內(nèi)腔、外形很復(fù)雜的毛坯； 2）工藝靈活性大。幾乎各種合金，各種尺寸、形狀、重量和數(shù)量的鑄件都能生產(chǎn)； 3）成本較低。原材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉。,鑄造的缺點(diǎn)：,鑄造在機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，在各種類(lèi)型的機(jī)器設(shè)備中鑄件占很大比重。如表2-1所示。,第1節(jié) 液態(tài)成形理論基礎(chǔ),2.1.1 金屬的凝固,1. 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),2. 液態(tài)金屬的凝固 液態(tài)金屬由

2、液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程，包括形核和長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程。得到的凝固組織（鑄態(tài)晶粒形態(tài)、大小、分布、缺陷等）取決于成分、冷卻速度、形核條件等。,3. 鑄件的凝固方式,在鑄件凝固過(guò)程中，鑄件斷面上存在三個(gè)區(qū)域，即固相區(qū)、凝固區(qū)和液相區(qū)。其中凝固區(qū)對(duì)鑄件質(zhì)量有較大影響。鑄件的凝固方式也可根據(jù)凝固區(qū)的寬窄來(lái)劃分，如圖2-1。,1）逐層凝固：純金屬或共晶成分的合金的凝固，如圖2-1a； 2）糊狀凝固：結(jié)晶溫度范圍很寬的合金的凝固，如圖2-1c；,3）中間凝固：介于逐層凝固和糊狀凝固之間，大多數(shù)合金為此凝固方式，如圖2-1b所示。,鑄件質(zhì)量與凝固方式有關(guān)，逐層凝固時(shí)，合金充型能力強(qiáng)（流動(dòng)性好），便于防止縮孔、縮松。

3、而糊狀凝固時(shí)，充型能力差，易產(chǎn)生縮松。,4. 影響鑄件凝固方式的因素,1）合金的結(jié)晶溫度范圍: 結(jié)晶溫度范圍越小，凝固區(qū)域越窄，越傾向于逐層凝固。低碳鋼，近共晶成分鑄鐵傾向于逐層凝固，高碳鋼、遠(yuǎn)共晶成分鑄鐵傾向于糊狀凝固。,2）鑄件的溫度梯度：在合金的結(jié)晶溫度范圍已定時(shí)，若鑄件的溫度梯度由小變大，則凝固區(qū)由寬變窄，傾向于逐層凝固。如圖2-2所示。,2.1.2 金屬與合金的鑄造性能,鑄造性能是表示合金鑄造成形獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力；用充型能力、收縮性等來(lái)衡量。,決定合金流動(dòng)性的主要因素有：,3）雜質(zhì)和含氣量。固態(tài)夾雜物使粘度增加，流動(dòng)性下降；如灰鐵中的MnS；含氣量越少，流動(dòng)性越好。,3. 鑄型條件

4、,1）鑄型的蓄熱能力越強(qiáng)，充型能力越差； 2）鑄型溫度越高，充型能力越好； 3）鑄型中的氣體阻礙充型； 4）鑄件結(jié)構(gòu)，壁厚過(guò)小、壁厚變化劇烈、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大平面都影響充型。,2.1.2.2 合金的收縮,1、收縮。合金從液態(tài)冷卻至常溫的過(guò)程中，體積或尺寸縮小的現(xiàn)象。通常用體收縮率或線收縮率來(lái)表示：,體收縮率,線收縮率,合金的收縮過(guò)程可分為三個(gè)階段：如圖2-6所示。,1）液態(tài)收縮。指合金從澆注溫度冷卻到液相線溫度過(guò)程中的收縮。,2）凝固收縮。指合金在液相線和固相線之間凝固階段的收縮。結(jié)晶溫度范圍越大，收縮率越大。液態(tài)和凝固收縮時(shí)金屬液體積縮小，是形成縮孔和縮松的基本原因。,3）固態(tài)收縮。指合金從固相

5、線溫度冷卻到室溫時(shí)的收縮。用線收縮率表示。它對(duì)鑄件形狀和尺寸精度影響很大，是鑄造應(yīng)力、變形和裂紋等缺陷產(chǎn)生的基本原因 。,2. 影響收縮的因素,1）化學(xué)成分; 2）澆注溫度越高，過(guò)熱度越大，收縮越大; 3）鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件，鑄件結(jié)構(gòu)造成各部分冷卻速度不同，產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力阻礙收縮；鑄型和型芯產(chǎn)生機(jī)械阻力。,收縮是造成縮孔、縮松、應(yīng)力、變形和裂紋的基本原因;充型能力不好，鑄件易產(chǎn)生澆不到、冷隔、氣孔、夾雜、縮孔、熱裂等缺陷。,2.1.3 鑄造性能對(duì)鑄件質(zhì)量的影響,2.1.3.1 縮孔和縮松,凝固結(jié)束后在鑄件某些部位出現(xiàn)的孔洞。大而集中的孔洞稱(chēng)為縮孔，細(xì)小而分散的孔洞稱(chēng)縮松。縮孔縮松可使鑄件力學(xué)性能

6、大大降低，以致成為廢品。,縮孔產(chǎn)生的基本原因是合金的液態(tài)收縮和凝固收縮值大于固態(tài)收縮值，且得不到補(bǔ)償。縮孔產(chǎn)生的部位在鑄件最后凝固區(qū)域，此區(qū)域也稱(chēng)熱節(jié)。,（1）縮孔的形成 形成條件，金屬在恒溫或很窄的溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，鑄件壁以逐層凝固方式凝固。形成過(guò)程如圖2-7所示：動(dòng)畫(huà)演示,1. 縮孔和縮松的形成,圖2-7 縮孔形成過(guò)程示意圖,（2）縮松的形成 其基本原因也是液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮。但主要出現(xiàn)在糊狀凝固的合金中，或斷面較大的鑄件壁中。形成過(guò)程如圖2-8所示。動(dòng)畫(huà)演示 一般出現(xiàn)在鑄件壁的軸線區(qū)域、熱節(jié)處、冒口根部和內(nèi)澆口附近，也常分布在集中縮孔的下方。,圖2-8 縮松形成過(guò)程示意圖,（3

7、）縮孔縮松的形成規(guī)律,1）合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大（如鑄鋼、白口鐵等），鑄件越易形成縮孔。 2）合金的澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大，越易形成縮孔。 3）結(jié)晶溫度范圍寬的合金，傾向于糊狀凝固，易形成縮松。純金屬和共晶成分合金傾向于逐層凝固，易形成縮孔。,2. 縮孔和縮松的防止,一定成分的合金，縮孔、縮松的數(shù)量可以相互轉(zhuǎn)化，但其總?cè)莘e基本一定，如圖2-9所示。,圖2-9鐵碳合金成分與體積收縮率的關(guān)系,防止縮孔和縮松的基本原則是：采用合理的工藝條件，使縮松轉(zhuǎn)化為縮孔，并使縮孔移至冒口中。,（1）按照順序凝固原則進(jìn)行凝固 是指采用各種工藝措施，使鑄件上從遠(yuǎn)離冒口的部分到冒口之間建立一個(gè)逐漸遞增的溫度

8、梯度，從而實(shí)現(xiàn)由遠(yuǎn)離冒口的部分向冒口的方向順序地凝固， 如圖2-10所示，使縮孔轉(zhuǎn)移到冒口中。,（2）合理確定內(nèi)澆道位置及澆注工藝 內(nèi)澆道的引入位置應(yīng)按照順序凝固原則確定；澆注溫度和澆注速度應(yīng)根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)類(lèi)型確定，慢澆有利于順序凝固，有利于補(bǔ)縮，消除縮孔。,適用于收縮大或壁厚差別大，易產(chǎn)生縮孔的合金鑄件，如鑄鋼、高強(qiáng)度灰鑄鐵、可鍛鑄鐵等。動(dòng)畫(huà)演示,圖2-10順序凝固原則示意圖,（3）合理應(yīng)用冒口、冷鐵和補(bǔ)貼等工藝措施 冒口，在鑄件厚壁處和熱節(jié)部位設(shè)置冒口，是防止縮孔、縮松最有效的措施。 冷鐵，用鑄鐵、鋼、銅等材料制成的激冷物。加大冷卻速度，調(diào)節(jié)凝固順序。 補(bǔ)貼，在鑄件壁上部靠近冒口處

9、增加一個(gè)楔型厚度，使鑄件壁厚變成朝冒口逐漸增厚的形狀，即造成一個(gè)向冒口逐漸遞增的溫度梯度，增大補(bǔ)縮距離。,2.1.3.2 鑄造應(yīng)力,鑄造應(yīng)力:鑄件的固態(tài)收縮受到阻礙而引起的內(nèi)應(yīng)力。可分為熱應(yīng)力和收縮應(yīng)力； 熱阻礙：鑄件各部分由于冷卻速度不同，收縮量不同而引起的阻礙,由其引起的應(yīng)力稱(chēng)熱應(yīng)力。 機(jī)械阻礙：鑄型、型芯對(duì)鑄件收縮的阻礙,由其引起的應(yīng)力稱(chēng)機(jī)械應(yīng)力（收縮應(yīng)力）。,1.熱應(yīng)力,第一階段，兩者都塑性變形，無(wú)熱應(yīng)力； 第二階段，一塑性，一彈性，仍無(wú)熱應(yīng)力； 第三階段，兩者均彈性變形，冷卻慢的受拉，快的受壓。殘留熱應(yīng)力和合金的彈性模量、線收縮系數(shù)、鑄件各部分壁厚差別及溫度差成正比。 動(dòng)畫(huà)演示,圖2

10、-12 熱應(yīng)力的形成,由熱阻礙引起，落砂后熱應(yīng)力仍存在于鑄件內(nèi)，是一種殘留鑄造應(yīng)力，以框架鑄件為例，說(shuō)明殘留熱應(yīng)力的形成過(guò)程，如圖2-12所示，其熱應(yīng)力形成過(guò)程分三階段。,2.收縮應(yīng)力 由機(jī)械阻礙產(chǎn)生，一般都是拉應(yīng)力，在形成應(yīng)力的原因消除時(shí)，應(yīng)力也隨之消除。但如果臨時(shí)拉應(yīng)力和殘留熱應(yīng)力同時(shí)作用在某瞬間超過(guò)鑄件的強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件將產(chǎn)生裂紋。如圖2-13所示。,3.減小和消除鑄造應(yīng)力的措施 1）合理設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)。盡量避免牽制收縮的結(jié)構(gòu)，如壁厚均勻，壁之間連接均勻等。 2）盡量選用線收縮率小、彈性模量小的合金。 3）采用同時(shí)凝固的工藝。如圖2-14所示，各部分溫差小，不易產(chǎn)生熱應(yīng)力。主要用于收縮較小

11、的普通灰鑄鐵、結(jié)晶范圍大，不易實(shí)現(xiàn)冒口補(bǔ)縮，對(duì)氣密性要求不高的錫青銅鑄件等。,4）設(shè)法改善鑄型、型芯的退讓性，合理設(shè)置澆冒口。 5）對(duì)鑄件進(jìn)行時(shí)效處理。自然時(shí)效、熱時(shí)效（去應(yīng)力退火）和共振時(shí)效。,2.1.3.3 鑄件的變形與裂紋,1.鑄件的變形 殘留鑄造應(yīng)力超過(guò)鑄件材料的屈服極限時(shí)產(chǎn)生的翹曲變形。如圖2-15所示的框架鑄件，圖2-16的T形梁，當(dāng)剛度不夠時(shí)，將產(chǎn)生如圖所示的變形。再如圖2-17所示的車(chē)床床身的變形。,防止鑄造應(yīng)力的方法也是防止變形的根本方法；同時(shí)在工藝上還可以采用反變形法，提早落砂去應(yīng)力退火消除機(jī)械應(yīng)力。,2.鑄件的裂紋： 當(dāng)鑄造應(yīng)力超過(guò)金屬的強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件便產(chǎn)生裂紋。可分為

12、熱裂和冷裂。,1）熱裂 在凝固末期高溫下形成的裂紋。裂紋表面被氧化而呈氧化色，裂紋沿晶粒邊界產(chǎn)生和發(fā)展，外形曲折而不規(guī)則；裂紋短，縫隙寬。 產(chǎn)生原因：凝固末期，合金絕大部分已成固體，但強(qiáng)度和塑性很低，當(dāng)鑄件受到機(jī)械阻礙產(chǎn)生很小的鑄造應(yīng)力就能引起熱裂。分布在應(yīng)力集中處或熱節(jié)處。,防止熱裂的措施：,2）冷裂 是鑄件處于彈性狀態(tài)即在低溫時(shí)形成的裂紋。其表面光滑，具有金屬光澤或呈微氧化色，裂紋穿過(guò)晶粒而發(fā)生，外形規(guī)則，常是圓滑曲線或直線。防止方法是盡量減少鑄造應(yīng)力。,思考題：,1.何謂合金的鑄造性能？它可以用哪些性能來(lái)衡量？鑄造性能不好，會(huì)引起哪些缺陷？,2.試分析圖2-18所示鑄件：1）哪些是自由收

13、縮，哪些是受阻收縮？2）受阻收縮的鑄件形成哪一類(lèi)鑄造應(yīng)力？3）圖示各點(diǎn)應(yīng)力屬于什么性質(zhì)（拉應(yīng)力、壓應(yīng)力）？,圖2-18 鑄件,砂型鑄造是應(yīng)用最廣的鑄造方法，約占總產(chǎn)量的80%以上，其基本工藝過(guò)程如下：,第2節(jié) 砂型鑄造方法,零件圖,鑄造工藝圖,模樣圖、芯盒圖、鑄型裝配圖,準(zhǔn)備爐料,熔煉金屬,澆注,化驗(yàn),落砂、清理,檢驗(yàn),熱處理,合格鑄件,造型和制芯是砂型鑄造最基本的工序，按照緊實(shí)型砂和起模的方法，可分為手工造型和機(jī)器造型兩大類(lèi)。,2.2.1 手工造型,1.手工造型 全部用手工或手動(dòng)工具完成的造型。手工造型特點(diǎn)：操作靈活，工藝裝備（模樣、芯盒、砂箱）簡(jiǎn)單，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間短，適應(yīng)性強(qiáng)，可用于各種大小

14、形狀的鑄件。缺點(diǎn)是對(duì)工人技術(shù)水平要求較高，生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定，用于單件、小批生產(chǎn)。,2.常用手工造型特點(diǎn)及應(yīng)用,手工造型按模樣特征可分為：整模造型，分模造型、活塊造型、挖砂造型、假箱造型、刮板造型；按砂箱特征分：兩箱造型、三箱造型、脫箱造型、地坑造型。具體特點(diǎn)及應(yīng)用見(jiàn)表2-2 。,機(jī)器造型：用機(jī)器全部或至少完成緊砂操作的造型。生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)條件好，砂型質(zhì)量好（緊實(shí)度高而均勻，型腔輪廓清晰，鑄件質(zhì)量也好。但設(shè)備和工藝裝備費(fèi)用高，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)，適于中小鑄件的成批或大量生產(chǎn)。,2.2.2 機(jī)器造型,1. 機(jī)器造型的緊砂方法,機(jī)器造型的緊砂方法主要有壓實(shí)、振實(shí)、振壓、拋砂四種基

15、本形式。,1）振壓緊砂：以壓縮空氣為動(dòng)力，工作原理如圖2-19所示。,2）拋砂緊實(shí)：工作原理如圖2-20所示。,2. 機(jī)器造型的起模方法,1）頂箱起模：如圖2-21a所示。機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，但易漏砂，用于型腔簡(jiǎn)單、高度小的鑄型，多用于上型，以省卻翻箱。,2）漏模起模：如圖2-21b所示。一般用于形狀復(fù)雜或高度較大的鑄型。,3）翻轉(zhuǎn)起模：如圖2-21c所示。機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，但不易掉砂，適用于型腔較深，形狀復(fù)雜的鑄型，常用于下型。,三、造型生產(chǎn)線,將造型機(jī)和其它輔機(jī)（翻轉(zhuǎn)機(jī)、下芯機(jī)、合型機(jī)、壓鐵機(jī)、落砂機(jī)等）按照鑄造工藝流程，用運(yùn)輸設(shè)備（鑄型輸送機(jī)或輥道）聯(lián)系起來(lái)，組成一套機(jī)械化、自動(dòng)化鑄造生產(chǎn)系統(tǒng)，如圖2-

16、22所示。,思考題：,1.手工造型常用哪幾種造型方法，各適用于何種零件？,2. 機(jī)器造型有何優(yōu)缺點(diǎn)，有哪幾種緊砂方法和起模方法？,第3節(jié) 特種鑄造方法,與普通砂型鑄造不同的其他鑄造方法統(tǒng)稱(chēng)為特種鑄造，如熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、擠壓鑄造、實(shí)型鑄造等。,2. 熔模鑄造的特點(diǎn)和適用范圍,熔模鑄造適用于制造形狀復(fù)雜，難以加工的高熔點(diǎn)合金及有特殊要求的精密鑄件；主要用于汽輪機(jī)、燃汽輪機(jī)葉片、切削刀具、儀表元件、汽車(chē)、拖拉機(jī)及機(jī)床等零件的生產(chǎn)。,主要特點(diǎn)如下： 1）鑄件的精度和表面質(zhì)量高；尺寸公差I(lǐng)T11IT14， 12.5 1.6； 2）可制造形狀較復(fù)雜的鑄件； 3）適用于各

17、種合金鑄件，尤其是高熔點(diǎn)和難以加工的高合金鋼，如耐熱合金、不銹鋼、磁鋼等。 4）工藝過(guò)程較復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，使用費(fèi)和消耗的材料費(fèi)較貴，多用于小型零件。,2.3.2 金屬型鑄造,金屬型鑄造是在重力作用下將金屬液體澆入金屬鑄型以獲得鑄件的方法。鑄型用金屬制成，可反復(fù)使用，故又稱(chēng)永久型鑄造。,2）刷涂料：金屬型表面應(yīng)噴刷一層耐火涂料，以保護(hù)型壁表面，免受直接沖蝕和熱擊。還可改變冷卻速度，蓄氣和排氣。不同合金采用不同涂料，鋁合金常用含氧化鋅粉、滑石粉和水玻璃的涂料；灰鑄鐵用石墨、滑石粉、耐火粘土、桃膠和水。,3）澆注溫度：澆注溫度應(yīng)比砂型鑄造高20300C。,4）開(kāi)型時(shí)間:在型內(nèi)停留時(shí)間越長(zhǎng)，溫度越低

18、，收縮量越大，取出鑄件越困難，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和裂紋的傾向越大；同時(shí)金屬型的溫度越高，冷卻時(shí)間越長(zhǎng)，生產(chǎn)率下降。因此合適的開(kāi)型時(shí)間十分重要。,3.金屬型鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍,金屬型鑄造適用于大批生產(chǎn)的有色合金鑄件，如鋁合金的活塞，汽缸體等。,1）金屬型鑄件冷卻快，組織致密，機(jī)械性能較高； 2）鑄件的精度和表面質(zhì)量較高；尺寸公差I(lǐng)T13IT16，12.5 6.3； 3）實(shí)現(xiàn)了“一型多鑄”，提高了生產(chǎn)率，改善了勞動(dòng)條件； 4）金屬型不透氣且無(wú)退讓性，鑄件易產(chǎn)生澆不到、裂紋或白口等缺陷。,2.3.3 壓力鑄造,壓力鑄造：將熔融金屬在壓鑄機(jī)中以高速壓射入金屬鑄型內(nèi)，并在壓力下結(jié)晶的鑄造方法。,2.壓力鑄造的

19、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍,缺點(diǎn)： 1）壓鑄時(shí)，高速液流會(huì)包住大量空氣，凝固后在鑄件表皮下形成許多氣孔，故不能太多加工和熱處理。,優(yōu)點(diǎn)： 1）鑄件的尺寸精度高，表面粗糙度小，尺寸公差I(lǐng)T11 IT15， 3.2 0.8； 2）可壓鑄形狀復(fù)雜的薄壁精密鑄件，如可直接鑄出螺紋、齒形； 3）壓鑄件在高壓下結(jié)晶，組織致密，力學(xué)性能好，其強(qiáng)度比砂型鑄件提高25%40%； 4）生產(chǎn)率很高，生產(chǎn)過(guò)程易于機(jī)械化和自動(dòng)化。,2）設(shè)備投資大，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，只適于大量生產(chǎn)。,壓力鑄造主要用于生產(chǎn)鋁、鋅、鎂等有色合金鑄件，如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、箱體、支架等。,3）增壓凝固，型內(nèi)合金在較高壓力下結(jié)晶、凝固。 4）減壓、降液，坩堝上

20、部與大氣連通，升液管內(nèi)合金液流回坩堝。 5）開(kāi)型取出鑄件。,2.低壓鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍,1）充型平穩(wěn)且易控制，減少了沖擊、飛濺現(xiàn)象，不易產(chǎn)生夾渣、砂眼、氣孔等缺陷，提高了產(chǎn)品合格率。 2）金屬液上升速度和結(jié)晶壓力可調(diào)整，低壓鑄造適用于各種鑄型、各種合金和各種大小的鑄件。 3）澆注系統(tǒng)簡(jiǎn)單，金屬利用率高。 4）與重力鑄造（砂型、金屬型）比較，鑄件的輪廓清晰，力學(xué)性能較高，勞動(dòng)條件改善，易于機(jī)械化和自動(dòng)化。,低壓鑄造主要用于質(zhì)量要求高的鋁、鎂合金鑄件，如氣缸體、氣缸蓋、鋁活塞等。,2）臥式離心鑄造：鑄型繞水平軸旋轉(zhuǎn)，如圖2-27c所示，鑄件壁厚均勻，適于長(zhǎng)度較大的管、套類(lèi)零件。,離心鑄造主要用于

21、管、套類(lèi)零件。如鑄鐵管、銅套、氣缸套等。,缺點(diǎn)： 鑄件易偏析，內(nèi)孔不準(zhǔn)確，內(nèi)表面較粗糙。,2.3.6 擠壓鑄造,擠壓鑄造：用鑄型的一部分直接擠壓金屬液，使金屬在壓力作用下成形、凝固而獲得零件或毛坯的方法；又稱(chēng)液態(tài)模鍛。,2、擠壓鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍,擠壓鑄造多采用金屬型，擠壓的工藝過(guò)程包括鑄型準(zhǔn)備、澆注、合型加壓、完成等過(guò)程。如大型薄壁鋁合金鑄件的擠壓工藝過(guò)程如圖2-29所示。,擠壓鑄造與壓力鑄造、低壓鑄造都是利用壓力作用使鑄件成形而獲得致密鑄件。其特點(diǎn)如下： 1）擠壓鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量高，尺寸公差I(lǐng)T11 IT13， 6.3 1.6； 2）無(wú)需開(kāi)設(shè)澆冒口，金屬利用率高； 3）適應(yīng)性強(qiáng)，

22、大多數(shù)合金都可采用擠壓鑄造； 4）工藝簡(jiǎn)單、節(jié)省能源和勞力，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，生產(chǎn)率比金屬型高1倍。,擠壓鑄造主要用于生產(chǎn)強(qiáng)度較高、氣密性好的鑄件及薄板類(lèi)鑄件，如閥體、活塞、機(jī)架、鑄鐵鍋等。,2.3.7 實(shí)型鑄造,實(shí)型鑄造又稱(chēng)氣化模鑄造和消失模鑄造，它是采用泡沫塑料代替木?；蚪饘倌＿M(jìn)行造型。造型后模樣不取出，澆入金屬液后，模樣燃燒氣化消失，金屬液填充模樣的位置，冷卻凝固成鑄件的生產(chǎn)方法。,2. 實(shí)型鑄造的特點(diǎn)和適用范圍 1）工序簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低； 2）鑄件尺寸精度高； 3）可采用無(wú)粘結(jié)劑型砂，鑄件清理方便； 4）零件設(shè)計(jì)自由度大，即結(jié)構(gòu)工藝性好。,實(shí)型鑄造適用范圍較廣

23、，幾乎不受鑄件結(jié)構(gòu)、尺寸、重量、材料和批量的限制，特別適于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的鑄件。,2.3.8 各種鑄造方法比較,各種常用鑄造方法特點(diǎn)比較如表2-3所示。,思考題： 1. 簡(jiǎn)述熔模鑄造、壓力鑄造的工藝過(guò)程、特點(diǎn)和適用范圍。 2. 下列鑄件在大批量生產(chǎn)時(shí)，采用什么鑄造方法為宜？ 鋁活塞、大模數(shù)齒輪滾刀、鑄鐵污水管、摩托車(chē)氣缸體、車(chē)床床身。,第4節(jié) 鑄造工藝設(shè)計(jì),鑄造工藝設(shè)計(jì)是根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)條件，確定鑄造方案和工藝參數(shù)，繪制工藝圖，編制工藝卡和工藝規(guī)范。鑄造工藝包括：鑄件的澆注位置和分型面位置，加工余量、收縮率和拔模斜度等工藝參數(shù)，型芯和芯頭結(jié)構(gòu)，澆注系統(tǒng)、冒口和冷鐵的布置

24、等 。,2.4.1.1 澆注位置的選擇,澆注位置：澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的空間位置；澆注位置對(duì)鑄件質(zhì)量及鑄造工藝都有很大影響。選擇時(shí)應(yīng)考慮如下原則：,1）鑄件的重要加工面應(yīng)朝下或位于側(cè)面，以保證獲得較好質(zhì)量。如圖2-31的機(jī)床床身和錐齒輪，導(dǎo)軌和錐面為重要加工面，應(yīng)朝下。圖2-32為吊車(chē)卷筒，采用立位以保證側(cè)面的質(zhì)量均勻。,2.4.1 鑄造工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容,3）面積較大的薄壁部分應(yīng)置于鑄型下部或垂直、傾斜位置。如圖2-34的箱蓋鑄件，如圖2-35的雙排鏈輪。,2）鑄件寬大平面應(yīng)朝下，否則易造成夾砂結(jié)疤缺陷。如圖2-33所示。,4）形成縮孔的鑄件，應(yīng)將截面較厚的部分置于上部或側(cè)面，便于安置澆冒口補(bǔ)

25、縮。如圖2-36的支架。,5）應(yīng)盡量減少型芯的數(shù)量，且便于安放、固定和排氣。如圖2-37所示的機(jī)床床腳鑄件。,分型面：指分開(kāi)鑄型便于取模的結(jié)合面。它決定了鑄件在造型時(shí)的位置。通常造型位置和澆注位置一致。分型面對(duì)鑄件質(zhì)量及鑄造工藝有很大影響。首先應(yīng)保證鑄件質(zhì)量要求，其次應(yīng)使操作盡量簡(jiǎn)化，再考慮具體生產(chǎn)條件。應(yīng)考慮以下原則：,2.4.1.2 鑄型分型面的選擇,（1）便于起模，使造型工藝簡(jiǎn)化。 1）分型面應(yīng)選在鑄件的最大截面處； 2）應(yīng)盡量減少型芯和活塊的數(shù)量，以簡(jiǎn)化制模、造型、合型工序； 3）分型面應(yīng)盡量平直，如圖2-38起重臂分型面的選擇。 4）盡量減少分型面，機(jī)器造型只能有一個(gè)分型面，如圖2-

26、39所示可采用外芯，減少分型面。,（3）使型腔和主要型芯位于下箱，以便于下芯、合型和檢查型腔尺寸。如圖2-41所示的機(jī)床床腳的鑄造工藝。,（2）盡量使鑄件重要加工面或大部分加工面、加工基準(zhǔn)面放在一個(gè)砂型內(nèi)，減少錯(cuò)箱、披縫和毛刺，提高鑄件精度。如圖2-40所示箱體采用II分型面 。,2.4.1.3 鑄造工藝參數(shù)確定,鑄造工藝參數(shù)是與鑄造工藝過(guò)程有關(guān)的某些工藝數(shù)據(jù)，包括收縮余量、加工余量、起模斜度、鑄造圓角、芯頭芯座等，它直接影響模樣、芯盒的尺寸和結(jié)構(gòu)，選擇不當(dāng)會(huì)影響鑄件的精度、生產(chǎn)率和成本。,1.收縮余量：為補(bǔ)償收縮，模樣比鑄件圖樣尺寸增大的數(shù)值。其大小與鑄件尺寸大小、結(jié)構(gòu)、壁厚、鑄造合金的線收

27、縮率及收縮時(shí)受阻礙情況有關(guān)。常以鑄件線收縮率表示。即,2.加工余量：指在鑄件表面上留出的準(zhǔn)備切削去的金屬層厚度。影響加工余量的因素有合金種類(lèi)、鑄造方法、鑄件結(jié)構(gòu)、尺寸及加工面在型內(nèi)的位置等。,3.起模斜度：為便于取模，在平行于起模方向的模樣表面上所增加的斜度稱(chēng)起模斜度。一般用角度或?qū)挾缺硎?，如圖2-42所示。起模斜度應(yīng)根據(jù)模樣高度及造型方法來(lái)確定。對(duì)有加工余量的側(cè)面應(yīng)加上加工余量再給起模斜度，一般按增加厚度法或加減厚度法。非加工面用減小厚度法。,4.芯頭：芯頭起定位和支撐型芯、排除型芯內(nèi)氣體的作用，不形成鑄件輪廓。有垂直和水平兩種形式 。 1）垂直芯頭：上下都有芯頭；只有下芯頭，無(wú)上芯頭；上下

28、都無(wú)芯頭。 如圖2-43所示。 2）水平芯頭：兩個(gè)芯頭；聯(lián)合芯頭；加長(zhǎng)加大芯頭，型芯撐，如圖2-44所示。,2.4.1.4 鑄造工藝圖的繪制,鑄造工藝圖是在零件圖上以規(guī)定的紅、藍(lán)等色符號(hào)表示鑄造工藝內(nèi)容所得到的圖形。它決定了鑄件的形狀、尺寸、生產(chǎn)方法和工藝過(guò)程。其繪制步驟如下：,1）分析鑄件質(zhì)量要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)批量； 2）選擇造型方法；,3）選擇澆注位置和分型面 ； 4）確定工藝參數(shù)。如加工余量、起模斜度、不鑄孔、鑄造收縮率； 5）設(shè)計(jì)型芯 ； 6）設(shè)計(jì)澆冒口系統(tǒng) ； 7）繪制鑄造工藝圖。,2.4.2 鑄造工藝實(shí)例,鑄造工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容，就是在對(duì)零件圖進(jìn)行工藝分析的基礎(chǔ)上，繪制鑄造工藝圖。如

29、圖2-45所示的車(chē)床進(jìn)給箱體零件圖，其工藝分析如下：,該鑄件在質(zhì)量上沒(méi)有特殊要求，故應(yīng)盡量簡(jiǎn)化造型工藝，同時(shí)保證基準(zhǔn)面的質(zhì)量，可有如圖2-46a所示的三種方案。,方案I分型面在軸孔軸線上，凸臺(tái)A和槽C采用型芯，便于鑄出軸孔，飛邊少，易清理，下芯頭尺寸大，穩(wěn)定性好；但基準(zhǔn)面D朝上，易產(chǎn)生缺陷；型芯數(shù)量較多。適于大批量生產(chǎn)。鑄造工藝圖如圖2-46b所示。 方案II分型面在基準(zhǔn)面D處；凸臺(tái)E和槽C分別采用活塊和型芯，基準(zhǔn)面朝上，易產(chǎn)生缺陷，軸孔如鑄出因無(wú)芯頭而易產(chǎn)生飛邊，難清理。適于單件小批量不鑄出孔時(shí)采用。 方案III分型面在B處；鑄件全部位于下箱；凸臺(tái)A、E和槽C分別采用活塊和型芯，基準(zhǔn)面朝下；

30、易于保證鑄件質(zhì)量；但內(nèi)腔型芯穩(wěn)定性差；軸孔如鑄出因無(wú)芯頭而易產(chǎn)生飛邊，難清理；適于單件小批量不鑄出孔時(shí)采用。,第5節(jié) 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性,鑄件結(jié)構(gòu)工藝性指鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)要求，滿足鑄造性能和鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求。,2.5.1 鑄造合金性能的影響,鑄件結(jié)構(gòu)，必須滿足合金鑄造性能的要求，不然可能產(chǎn)生澆不足、冷隔、縮松、氣孔、裂紋和變形等缺陷。,1. 鑄件壁厚的設(shè)計(jì) 1）鑄件的最小壁厚：在各種工藝條件下，鑄造合金能充滿型腔的最小厚度。它主要取決于合金的種類(lèi)、鑄件的大小及形狀。 2）鑄件的臨界壁厚：厚壁鑄件，易產(chǎn)生縮孔、縮松、晶粒粗大等缺陷，力學(xué)性能下降，故存在一個(gè)最大壁厚。一般取最小壁厚的三倍

31、。,3）鑄件壁厚應(yīng)均勻，避免厚大截面，并防止壁厚的突變。如圖2-47，圖2-48所示。,2. 鑄件壁間連接的設(shè)計(jì) 為減少熱節(jié)、防止縮孔，減少應(yīng)力，防止裂紋，壁間應(yīng)圓角連接并逐步過(guò)渡。如圖2-49所示。,3.避免鑄件收縮受阻的設(shè)計(jì) 鑄件收縮受阻時(shí)，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，從而產(chǎn)生裂紋，故應(yīng)盡量避免受阻收縮。如圖2-50的輪輻可采用奇數(shù)輪輻或采用彎曲輪輻。,4.防止鑄件翹曲變形的設(shè)計(jì) 細(xì)長(zhǎng)形或平板類(lèi)鑄件收縮時(shí)由于內(nèi)應(yīng)力易產(chǎn)生翹曲變形，可采用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)或采用加強(qiáng)筋。如圖2-51所示。,2.5.2 鑄造工藝的影響,鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除應(yīng)滿足零件的使用要求外，還應(yīng)使鑄造工藝過(guò)程簡(jiǎn)化，以提高生產(chǎn)和質(zhì)量。,1. 鑄件外形設(shè)

32、計(jì) 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免側(cè)凹、窄槽和不必要的曲面。如圖2-52的箱蓋鑄件，圖2-53的箱體鑄件，圖2-54的托架結(jié)構(gòu)，圖2-55的凸臺(tái)。,2.鑄件內(nèi)腔設(shè)計(jì) 盡量減少不必要的型芯；需要型芯時(shí)應(yīng)考慮支撐、排氣、清砂要求。對(duì)薄壁和耐壓零件盡量不用芯撐，可采用工藝孔。如圖2-56的內(nèi)腔設(shè)計(jì)；圖2-57的軸承架結(jié)構(gòu)。,3.考慮結(jié)構(gòu)斜度 垂直于分型面的非加工面應(yīng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)斜度，以便于起模。,2.5.3 鑄造方法的影響,對(duì)于特種鑄造方法，根據(jù)其工藝特點(diǎn)，還需考慮一些特殊要求。,1. 熔模鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1）便于從壓型中取出蠟?zāi)：托托?，如圖2-58所示。 2）鑄孔的直徑不要太小和太深，應(yīng)大于2mm，通孔深度不大于直

33、徑的4-6倍，不通孔不大于2倍；鑄槽的寬度不要太小和太深，寬度應(yīng)大于2mm，深度為26倍；鑄件壁厚不要太薄，一般為28mm。,3）熔模鑄造工藝上一般不用冷鐵，少用冒口，多用直澆口直接補(bǔ)縮，故壁厚要均勻，或是壁厚分布滿足順序凝固要求，無(wú)分散熱節(jié)。,4）可鑄出各種復(fù)雜形狀的鑄件，故可將幾個(gè)零件合鑄為一個(gè)，以減少加工和裝配。如圖2-59所示的車(chē)床手輪手柄。,2. 金屬型鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1）鑄件的外形和內(nèi)腔應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，盡量采用大的結(jié)構(gòu)斜度，避免采用過(guò)小過(guò)深的孔，以便于抽芯，并盡量采用金屬芯。如圖2-60所示。 2）鑄件壁厚差別不能太大，以防止縮松和裂紋；壁厚不能太薄。,3.壓鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1）壓鑄件

34、的外形應(yīng)使鑄件能從壓型中取出，內(nèi)腔便于抽芯。如圖2-61所示。 2）壓鑄件壁厚應(yīng)盡量均勻，且不宜太厚。 3）充分發(fā)揮鑲鑄的優(yōu)越性，以便制出復(fù)雜件，并改善局部性能、簡(jiǎn)化裝配。,4.離心鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 內(nèi)外直徑不宜相差太大，立式離心鑄造直徑應(yīng)大于高度的3倍。,第6節(jié) 鑄造成形新發(fā)展,2.6.1 凝固理論推動(dòng)的鑄造新發(fā)展,1.定向凝固和單晶、細(xì)晶鑄造； 2.半固態(tài)鑄造； 3.快速凝固鑄造； 4.其他凝固鑄造。如懸浮鑄造、旋轉(zhuǎn)震蕩結(jié)晶法和擴(kuò)散鑄造。 5.差壓鑄造。,2.6.2 造型技術(shù)的新發(fā)展,1.氣體沖壓造型； 2.靜壓造型； 3.真空密封造型； 4.冷凍造型。,2.6.3 計(jì)算機(jī)技術(shù)推動(dòng)鑄造的新發(fā)

35、展,1.鑄造過(guò)程的數(shù)值模擬； 2.鑄造工藝CAD； 3.鑄造過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制。,思考題： 1.鑄造工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有哪些？ 2.試修改下圖所示鑄件的不合理結(jié)構(gòu)，并說(shuō)明修改理由，選擇其分型面并畫(huà)出鑄造工藝圖。,返回文檔,圖2-5 結(jié)晶特性對(duì)流動(dòng)性的影響 a)恒溫下 b)一定溫度范圍,圖2-13 收縮應(yīng)力的形成,返回文檔,返回文檔,圖2-14 同時(shí)凝固原則,返回文檔,圖2-17 車(chē)床床身導(dǎo)軌面的變形,返回文檔,圖2-19 振壓緊砂機(jī)構(gòu)原理圖,返回文檔,圖2-20 拋砂緊實(shí)機(jī)構(gòu)原理圖,返回文檔,圖2-21 起模方法示意圖,圖2-22 自動(dòng)造型生產(chǎn)線 1卸箱機(jī) 2移箱機(jī) 3、13落砂 4下箱自動(dòng)造型機(jī) 5刷砂刷 6平車(chē) 7放箱機(jī) 8翻轉(zhuǎn)機(jī) 9合型機(jī) 10輥道 11換模小車(chē) 12上箱自動(dòng)造型機(jī) 14鑄型 15澆注工段 16輸送帶,返回文檔,圖2-23 熔模鑄造工藝過(guò)程,返回文檔,a）壓型 b）壓制蠟?zāi)?c）焊蠟?zāi)＝M,d）結(jié)殼脫模 e）澆鑄 f）帶有澆鑄系統(tǒng)的鑄件,