金屬鑄造成形

第三講金屬的鑄造成形液態(tài)成形(鑄造)是將液態(tài)金屬澆注到與所要求的毛坯或零件的形狀和尺寸相適應的鑄型型腔中，冷卻凝固后獲得毛坯或零件的一種毛坯成形工藝方法。

定義簡介鑄造流程示意圖簡介鑄造是生產金屬零件毛坯的主要工藝方法之一，與其它工藝方法相比，它具有成本低，工藝靈活性大，適合生產不同材料、形狀和重量的鑄件，并適合于批量生產。特點但它的缺點是公差較大，易產生內部缺陷。優(yōu)點缺點1234本章內容鑄造成形理論基礎砂型鑄造特種鑄造鑄件的結構設計鑄造成形理論基礎液態(tài)金屬（或合金）充填鑄型型腔并在其中凝固和冷卻。實質：主要影響因素鑄造的主要影響因素主要體現(xiàn)在二個方面：一是影響充型的主要因素和影響凝固收縮的主要因素。主要影響因素階段主要影響因素鑄造充型金屬的流動性澆注溫度充型壓力凝固收縮凝固方式冷卻速度鑄造成形理論基礎鑄造成形理論基礎熔融金屬的流動能力，稱為合金的流動性。合金的流動性金屬流動性測試實驗

實驗如右圖所示：合金的流動性鑄造成形理論基礎改善金屬的流動性加快凝固中液體的補縮排除內部夾雜物和氣體形成薄壁復雜的鑄件有利于合金的流動性鑄造成形理論基礎充型能力什么是充型能力？考慮鑄型及工藝因素影響的熔融金屬的流動性，流動性則是指熔融金屬本身的流動能力，因而它是影響充型能力的主要因素之一。其它影響充型能力的因素：鑄型條件澆注溫度鑄造成形理論基礎充型能力鑄型條件的影響：鑄型導熱能力鑄型導熱能力越差，液態(tài)金屬處于高溫下的時間越長，有利于液態(tài)金屬的流動和充型。鑄型阻力鑄型型腔狹窄、形狀復雜或鑄型材料的發(fā)氣量大，型腔內氣體量就顯著增加，如果鑄型排氣又不通暢，則造成鑄型內氣體反壓力增大，導致鑄型對金屬液流動阻力增加，從而降低合金流動性。鑄造成形理論基礎充型能力什么是澆注溫度？澆注溫度指的是澆注時熔融合金的溫度，一般要求比它的液相線溫度高，即存在過熱度，推遲它的凝固時間，以保持良好的流動性。T澆注↑t凝固↑流動性↑δ粘度↓充填路徑↑充型能力↑但是也不能太高，否則造成氧化，吸氣，過收縮，粘砂，脹砂等不良后果。鑄造成形理論基礎鑄造合金的收縮什么是收縮？收縮是指合金從澆注、凝固到冷卻至室溫的過程中，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象。收縮是鑄造合金的物理本性，也是鑄件產生縮孔、縮松、裂紋、變形和內應力等缺陷的基本原因。鑄造成形理論基礎鑄造合金的收縮收縮分為三類，液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮。鑄件溫度降低澆注溫度室溫凝固終止溫度開始凝固溫度液態(tài)收縮凝固收縮固態(tài)收縮

體積收縮線收縮分類：鑄造成形理論基礎鑄造合金的收縮合金的液態(tài)收縮和凝固收縮表現(xiàn)為合金體積的縮減，常用體積收縮率表示，是形成鑄件縮孔和縮松缺陷的基本原因。體積收縮率：合金的固態(tài)收縮，直觀地表現(xiàn)為鑄件輪廓尺寸的減小，因而常用鑄件單位長度上的收縮量，即線收縮率來表示，是鑄件產生內應力、變形和裂紋的基本原因。線收縮率：3.3～4.20.13.614003.50灰口鑄鐵5.4～6.34.22.414003.00白口鑄鐵7.863.01.616100.35碳鋼固態(tài)收縮（％）凝固收縮（％）液態(tài)收縮（％）澆注溫度（℃）碳含量（％）合金種類表1典型合金的收縮率εV鑄造成形理論基礎鑄造合金的收縮鑄造成形理論基礎鑄件中的縮孔和縮松縮孔是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時，在鑄件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容積較大的孔洞。產生原因：先凝固區(qū)域堵住液體流動的通道，后凝固區(qū)域收縮所縮減的容積得不到補充。定義：縮孔形成過程示意圖鑄造成形理論基礎鑄件中的縮孔和縮松疏松（縮松）是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時，在鑄件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。定義：鑄造成形理論基礎鑄件中的縮孔和縮松當合金的結晶溫度范圍很寬或鑄件斷面溫度梯度較小時，凝固過程中有較寬的糊狀凝固兩相并存的區(qū)域。隨著樹枝晶長大，該區(qū)域被分割成許多孤立的小熔池，各部分熔池內剩余液態(tài)合金的收縮得不到補充，最后形成了形狀不一的分散性孔洞縮松形成過程示意圖產生原因：鑄造成形理論基礎鑄件中的縮孔和縮松危害：顯著降低鑄件的機械性能，造成鑄件滲漏等。縮孔：采用冒口和冷鐵實現(xiàn)定向凝固?？s松：熱節(jié)處安放冷鐵；涂激冷涂料；加大結晶壓力.預防措施鑄造成形理論基礎鑄件中的縮孔和縮松順序凝固示意圖安裝冒口或放置冷鐵等工藝措施，使鑄件上遠離冒口的部位先凝固（圖中Ⅰ），爾后在靠近冒口的部位凝固（圖中Ⅱ、Ⅲ），最后是冒口本身凝固。順序凝固：是指通過在鑄件上可能出現(xiàn)疏松的后大部位鑄造成形理論基礎鑄件內應力及鑄件的變形、裂紋在鑄件的固態(tài)收縮階段會引起鑄造應力。鑄造應力相變應力熱應力機械應力鑄件收縮受阻鑄件因V冷卻、溫度不同，各部位收縮不一致產生鑄件組織發(fā)生相變時，因溫度差異出現(xiàn)體積變化不一致鑄造應力：鑄造成形理論基礎鑄件內應力及鑄件的變形、裂紋

鑄件特殊位置的裂紋示意圖鑄造成形理論基礎鑄件內應力及鑄件的變形、裂紋裂紋和變形的防止：以有利于釋放鑄造應力為原則；1、采用正確的鑄造工藝（正確設計澆注系統(tǒng)、補縮系統(tǒng)等）；2、鑄件形狀設計要求簡單、對稱和厚薄均勻；3、對鑄件進行熱處理。back砂型鑄造砂型鑄造生產過程簡介是指用砂粒制備鑄型來生產鑄件的鑄造方法。可追溯到公元前3000～4000年，用石頭和金屬型做出銅器。零件圖造型芯盒模型澆注熔化金屬落砂清理檢驗入庫制芯合箱砂型鑄造的工藝過程砂型鑄造砂型鑄造砂型鑄造生產過程簡介常用造型方法及其選擇整模造型分模造型挖砂造型活塊造型三箱造型刮板造型地坑造型造型方法手工造型機器造型為了正確地選擇造型方法，必須對各種造型方法的特點有所了解（視頻）砂型鑄造鑄模設計

鑄模設計：

確定澆注位置和分型面：澆注位置：

指澆注時鑄件在鑄型中所處的位置。分型面：指鑄型的分割或裝配面。正確設置澆注位置和分型面是完成造型、取模、設置澆冒系統(tǒng)和安裝砂芯的需要。砂型鑄造鑄模設計

鑄模設計：

確定主要工藝參數(shù)：正確選擇收縮量、機械加工余量和拔模斜度等。拔模斜度砂型鑄造鑄模設計

澆注系統(tǒng)的設計：設計原則：確保液態(tài)金屬能夠平穩(wěn)而合理地充滿型腔。澆注系統(tǒng)示意圖澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道；通常由澆口杯、直澆道、橫澆道和內澆道等組成。砂型鑄造鑄模設計

補縮系統(tǒng)的設計：為消除縮孔和疏松，必須設置冒口、冷鐵等補縮系統(tǒng)。砂型鑄造鑄模設計設計原則：1、冒口的凝固時間必須大于或等于鑄件被補縮部分的凝固時間。2、冒口應具有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬液補充鑄件內部的體收縮。3、在鑄件凝固時，冒口與被補縮部位之間應有通暢的補縮通道。4、為增加鑄件局部冷卻速度，在鑄型局部區(qū)域設置激冷能力強的材料（如鑄鐵、石墨或鑄鋼等）作為冷鐵。砂型鑄造生產準備

生產準備：

模型和芯盒的設計：模型的內輪廓應該與鑄件的外輪廓的形狀相一致，并且在尺寸上比鑄件大出一個收縮量。對于有孔或中空的鑄件，需在模腔中放置型芯來獲得。型芯的尺寸設計也要考慮到收縮量的問題。砂型鑄造生產準備技術要求：型（芯）砂具有一定的強度、透氣性、退讓性盒潰散性等。影響因素：1、造型因素：主要指砂型的緊實程度。（右圖表示了幾種常用的壓實型砂的方法）砂型鑄造生產準備

1）原砂、粘結劑和稀釋劑的成分配比；型砂稀釋劑原砂粘結劑鉻鐵礦砂水溶劑粘土水玻璃樹脂石英砂鋯英砂2、型砂的影響：砂型鑄造生產準備一般認為：粒度在小尺寸范圍呈正態(tài)分布，有利于砂型強度的提高，但透氣性較差。

2、型砂的影響：2）原砂的形狀、粒度狀況砂型鑄造工藝過程

工藝過程砂型鑄造特點及應用

特點及應用：1、不受鑄件材質、尺寸、質量和生產批量的限制；2、屬于一次性鑄造成形，造型工作量大；3、鑄件精度和表面質量差；4、砂型鑄造缺陷多，廢品率高，機械性能較差；5、設備簡單、投資少，價格低廉，應用廣泛。back特種鑄造定義及分類為獲得高質量、高精度的鑄件，提高生產率，人們在砂型鑄造的基礎上，創(chuàng)造了多種其它的鑄造方法；通常把這些有別于砂型鑄造的其他鑄造方法通稱為特種鑄造。特種鑄造金屬型鑄造熔模鑄造消失模鑄造連續(xù)鑄造離心鑄造低壓鑄造壓力鑄造七種常見的特種鑄造方法特種鑄造金屬型鑄造

金屬型鑄造：

定義：金屬型鑄造是指利用金屬材料制成鑄型，在重力作用下將熔融金屬澆注到鑄型中制造鑄件的一種鑄造方法，也稱永久型鑄造。

工藝過程(視頻)：特種鑄造金屬型鑄造

特點和應用：

1、可重復使用，生產效率高，勞動條件好，但成本高；

2、鑄件精度高，表面粗糙度較低；

3、金屬散熱性能好，晶粒細化，機械性能好；

4、不透氣且無退讓性，易造成鑄件澆不足或開裂。

5、適于生產大批量有色金屬鑄件。特種鑄造熔模鑄造

熔模鑄造：

定義：是指利用易熔材料制成模型，并在模型表面粘結一定厚度的耐火材料，然后將模型熔化而使金屬液充滿型腔的一種鑄造方法。特種鑄造熔模鑄造

工藝過程（視頻）特種鑄造熔模鑄造

特點和應用：

1、鑄件尺寸精度高，表面光潔；

2、可鑄造形狀復雜零件；

3、工藝過程復雜，生產周期長，成本高；

4、適于鑄造小尺寸的各類合金鑄件，特別是少切削或無切削精密鑄件。特種鑄造熔模鑄造

應用實例：航空發(fā)動機等軸晶葉片的制備

航空發(fā)動機葉片早期采用變形高溫合金材料，隨著合金材料強度要求的提高，人們采用合金化的方法來提高強度，效果明顯，但同時也增加了材料的加工難度。特種鑄造壓力鑄造

定義：是指將液態(tài)或半液態(tài)合金澆入壓鑄機的壓室中，使之在高壓和高速下充填型腔，并在高壓下成形結晶而獲得鑄件的一種鑄造方法。

壓力鑄造：特種鑄造壓力鑄造

工藝過程：（視頻）壓力鑄造：特種鑄造壓力鑄造

大型壓鑄機及壓鑄模特種鑄造壓力鑄造

特點和應用：

1、澆注時間短，易于機械化、自動化作業(yè)；

2、鑄型散熱快，晶粒細化，耐磨、耐蝕性好；

3、鑄件尺寸精度高，表面光潔；

4、凝固速度快，排氣困難，易形成疏松和縮孔；

5、模具成本高，鑄件尺寸受限；

6、適于有色金屬薄壁復雜鑄件的大批量生產。特種鑄造低壓鑄造

低壓鑄造：

定義：是指液態(tài)金屬在低的氣體壓力作用下從坩堝中自下而上地充填型腔并凝固而獲得鑄件的一種鑄造方法。特種鑄造低壓鑄造

工藝過程：（視頻）特種鑄造低壓鑄造

低壓鑄造火車車輪示意圖特種鑄造低壓鑄造

特點和應用：

1、充型壓力和充型速度易于控制，氣孔、夾渣較少；

2、鑄型散熱快，組織致密，機械性能好；

3、無需冒口設置，金屬利用率高；

4、鑄件尺寸精度高，表面光潔；

5、適于生產質量要求高的鋁鎂等有色金屬鑄件。特種鑄造離心鑄造

離心鑄造：

定義：是指將液態(tài)金屬澆入高速旋轉的鑄型中，使金屬在離心力的作用下充填型腔并凝固成形的鑄造方法。

工藝過程：（視頻）如右圖所示。連續(xù)鑄造工藝過程示意圖特種鑄造離心鑄造連續(xù)鑄造工藝過程示意圖

特點和應用：

1、冷卻速度快，組織致密，機械性能好；

2、工藝簡單，生產效率高；

3、適于橫截面一定的鋼材、鋁材和鑄鐵管等鑄件的生產。特種鑄造消失模鑄造連續(xù)鑄造工藝過程示意圖

消失模鑄造：

定義：是指用泡沫塑料聚苯乙烯制成帶有澆冒系統(tǒng)的模型，覆上涂料，用干砂造型，不需取模，直接澆注的鑄造生產方法。特種鑄造消失模鑄造連續(xù)鑄造工藝過程示意圖

消失模鑄造：

工藝過程：（視頻）特種鑄造消失模鑄造連續(xù)鑄造工藝過程示意圖

特點和應用：

1、不分型，不起模，工藝簡化，精度提高；

2、能制造形狀復雜的鑄件和工藝品；