PAGE17PAGE6第頁教學目標知識目標：了解鑄造的優(yōu)缺點；理解金屬的流動性和收縮性；掌握常用工件的鑄造材料；理解鑄件的結構工藝性要求；了解工件常用的造型方法；了解鑄件的澆注系統(tǒng)；掌握鑄件的常見缺陷，鑄件的修補方法；了解特種鑄造方法。技能目標：能分析合金的鑄造性；會為常用零件選擇材料和造型方法；能判別鑄件結構工藝性的優(yōu)劣和鑄件的常見缺陷；能進行鑄造方法優(yōu)劣的比較。教學重點能比較、判別鑄造方法及結構工藝性的優(yōu)劣。教學難點掌握鑄件的常見缺陷以及修補方法。教學手段實物演示；教學板書；錄像插件；電子課件。教學學時20學時教學內(nèi)容與教學過程設計注釋模塊一零件鑄造成型技術〖學習導航〗鑄造是熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀、尺寸、成分、組織和性能鑄件的成形方法。鑄造的優(yōu)點如下。(1）能夠制造各種尺寸和形狀的零件或毛坯。從最簡單的平板、圓柱體到內(nèi)腔復雜的氣缸體等。(2）鑄件與機器零件的形狀和尺寸可以做到最為接近。因而切削加工余量可以減到最小，這就減少了金屬材料的消耗量，節(jié)約了加工工時。(3）可以鑄造各種合金(銅合金、鋁合金、鎂合金、鑄鋼和鑄鐵等)。對于脆性金屬，鑄造是唯一的毛坯制造方法。(4）設備投資少，成本低，原材料來源廣泛。廢料(澆口、冒口、廢鑄件)可以再次直接熔化使用。鑄造的缺點如下。鑄造生產(chǎn)目前還存在著不少問題，如用同種金屬材料制成的零件，力學性能不如鍛件高，這主要是因為鑄件內(nèi)部晶粒粗大，常有縮孔、縮松、氣孔等缺陷，鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定，廢品率往往比其他成形方法高。〖相關知識〗學習情境一合金的鑄造性合金的鑄造性是指合金在鑄造時表現(xiàn)出來的工藝性能，主要指合金的流動性及合金的收縮性等。（1）流動性。（2）收縮性。一、常用合金的鑄造性能1.鑄鐵鑄鐵是極其重要的鑄造合金，具有良好的鑄造性。1）灰鑄鐵灰鑄鐵流動性好，可澆注出形狀復雜的薄壁鑄件，并且收縮率小，產(chǎn)生縮孔和裂紋的傾向較小，故一般不設置冒口和冷鐵，從而簡化鑄造工藝；澆注溫度較低，對型砂的要求不高，可采用濕型澆注。故使用灰鑄鐵鑄造設備簡單，操作方便，成本低。2）球墨鑄鐵球墨鑄鐵由于澆注前需要經(jīng)過球化處理，因此，鐵液溫度降低，流動性也有所降低，且球墨鑄鐵收縮率較大，應采取加大澆注截面、快速澆注、順序凝固的工藝措施防止缺陷。3）可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵熔點高，流動性較差，收縮也較大。在鑄造工藝上應采取提高澆注溫度，提高砂型耐火性、退讓性及增設冒口等措施以防止和減少冷隔、縮孔和裂紋等缺陷。2.鑄鋼鑄鋼的流動性差，收縮性大，容易產(chǎn)生偏析、氧化、吸氣等現(xiàn)象，并且熔點高。因此應選用耐火性高、強度高和退讓性好的型砂，并采用干型澆注。在厚壁處設冒口和冷鐵，以實現(xiàn)順序凝固。3.有色金屬1）銅合金銅合金的熔點較低，流動性好，收縮較大。銅合金應采用玻璃屑、食鹽、螢石和硼砂等作熔劑，使氧化物和非金屬夾雜物浮于金屬液表面起保護作用并利于排渣。由于黃銅中的鋅元素本身就是良好的脫氧劑，所以熔化黃銅時，不需另加熔劑和脫氧劑。2）鋁合金鋁合金的流動性很好，收縮率稍高于鑄鐵，在液態(tài)下也極易氧化和吸氣。為了減緩鋁液的氧化和吸氣，可加入KCl、NaCl作為熔劑將鋁液覆蓋，與爐氣隔離。為了排出鋁液中已吸入的氫氣，在出爐之前要進行精煉。銅、鋁合金由于澆注溫度低，對型砂的耐火性要求不高，可以用細砂造型以獲得較高的表面質(zhì)量。銅、鋁合金的凝固收縮率比鑄鐵大，除錫青銅外，一般都需設冒口使其順序凝固，以便補縮，防止縮孔產(chǎn)生。二、鑄件結構工藝性1.鑄件應有合理而均勻的壁厚從合金的流動性來考慮，鑄件的壁厚不能太薄，否則易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。在一定的鑄造條件下，鑄造合金能充滿鑄型的最小厚度稱為鑄造合金的最小壁厚。各種鑄造合金砂型鑄件的最小壁厚可從表1-1中查到。鑄件的壁厚也不能太大，否則鑄件中心部位的晶粒粗大，易產(chǎn)生縮孔與縮松等缺陷，反而使強度下降。此外，鑄件各部分的壁厚應力求均勻。2.鑄件結構轉(zhuǎn)角應成圓角一般情況下，鑄件上各轉(zhuǎn)角處都應成圓角，這對于防止鑄造缺陷，提高鑄件結構強度有很重要的作用。鑄造圓角還有利于造型，減少取模掉砂，并使鑄件外形美觀。因此，鑄件結構轉(zhuǎn)角都采用圓角，圓角半徑應盡可能大些。3.避免交叉和銳角連接為減小熱節(jié)，防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、應力集中等缺陷，鑄件壁的連接應盡量避免銳角連接。中小型鑄件可選用交錯接頭，大型鑄件則宜用環(huán)形接頭。4.厚壁與薄壁間的連接要逐步過渡對于互相連接的結構轉(zhuǎn)角處，當壁厚t相等時，內(nèi)圓角半徑為r，外圓角半徑應為r+t；當壁厚不相等時，水平壁厚為t1，垂直或斜壁為t時，應采取逐漸過渡的方式連接，避免壁厚突變，防止產(chǎn)生應力集中和裂紋，外圓角半徑r應盡可能大些，內(nèi)圓角可采用斜線連接。5.避免過大的水平面鑄件上大的水平面不利于金屬液的流動與填充，易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。平面型腔的上表面由于受金屬液長時間的烘烤，易產(chǎn)生夾砂。此外，大的水平面也不利于氣體和非金屬夾雜物的排除。6.鑄件的起模斜度凡垂直于分型面的不加工表面，最好應有起模斜度，一定的起模斜度可使起模省力，延長模型壽命，起模時型腔表面不易損壞，同時還由于起?；蛑菩緯r，模型或芯盒的松動量減少，可提高鑄件的尺寸精度。另外，起模斜度還可以使鑄件外表美觀。學習情境二砂型鑄造一、造型材料與性能1.材料制作鑄型的材料為型砂或芯砂，統(tǒng)稱為造型材料。一般來說，生產(chǎn)1t鑄件需要4～5t原砂。原砂多為天然的石英砂(以SiO2為主，另含少量礦物雜質(zhì)），黏結劑一般為黏土、水玻璃、樹脂等。2.性能1）強度型砂制成砂型后受外力作用而不破壞的性能稱為強度，也就是指鑄型在制造、搬運及澆注時，不致破壞的能力。2）透氣性造型材料具有的使氣體通過的性能稱為透氣性。3）耐火性型砂在高溫作用下抗軟化、抗燒結的性能稱為耐火性。4）退讓性退讓性是指鑄件在冷卻、凝固收縮時不阻礙收縮的能力。此外，還需考慮型砂的回用性、發(fā)氣性和出砂性等。二、造型方法、特點和應用將型砂制作成砂型的過程稱為造型。造型方法可按砂箱特征和模型特征區(qū)分。1.按砂箱特征區(qū)分按砂箱特征不同造型方法可分為兩箱造型、三箱造型、脫箱造型、地坑造型等。1）兩箱造型兩箱造型時鑄型由成對的上型和下型構成，適用于各種生產(chǎn)批量和各種尺寸大小的鑄件。2）三箱造型零件的外形結構出現(xiàn)兩個大截面之間夾著一個小截面時，若只用一個分型面、兩個砂箱造型，則不能起模，必須將砂型沿兩個最大截面分型，即用兩個分型面、三個砂箱造型，同時還應將模型分成兩塊或多塊，才能使模型從砂型中取出。3）脫箱造型脫箱造型是采用活動砂箱來造型，在鑄型合型后，將砂型脫出，重新用于造型，一個砂箱可制造多個砂型。4）地坑造型地坑造型是利用車間地面砂床作為鑄件的下箱的造型方法。2.按模型特征區(qū)分按模型特征不同造型方法可以分為整體模造型、假箱造型、分模造型、活塊造型、刮板造型等。1）整體模造型當零件外形輪廓的最大截面位于其一端時，可將其端面作為分型面進行造型，因零件端面以下沒有妨礙起模的部分，故可將模型做成與零件形狀相適應的整體結構，稱為整體模。2）假箱造型在造型前預先做個假箱(底胎），然后在底胎上制下箱，因底胎不參與澆注，故稱為假箱。3）分模造型分模造型是將模型沿鑄件中間的最大截面分做成兩半，型腔位于上、下兩個砂箱內(nèi)，造型簡單省力。4）活塊造型當零件的外形上有局部妨礙起模的凸臺或肋板時，可將模型上的這部分做成活動的，稱為活塊。5）刮板造型為節(jié)省制造實體模型所需的材料和工時，可用與鑄件截面形狀相應的刮板來造型，這種造型方法稱為刮板造型。以上幾種圍繞解決不同形狀模型起模而產(chǎn)生的造型方法，這些基本造型方法不一定是單獨使用，實際上往往是在一個鑄件上綜合應用多種造型方法。三、澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)是為承接并引導液態(tài)金屬填充型腔和冒口而開發(fā)設于鑄型中的一系列通道，通常由澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成。澆口杯能減少金屬流對鑄型的直接沖擊并能浮渣；直澆道通過其高度產(chǎn)生的靜壓力使金屬液迅速充滿型腔；橫澆道主要起擋渣作用，其截面多為梯形，常做在上砂箱內(nèi)，位于內(nèi)澆道之上；內(nèi)澆道直接和型腔相連，主要作用是控制金屬液流入型腔的速度和方向，使之平穩(wěn)地充滿型腔，其截面常為扁平的梯形，在下砂箱的分型面上。四、鑄件的常見缺陷鑄件清理后檢驗的項目主要有外觀、尺寸、力學性能及內(nèi)部缺陷等，最基本的是外觀檢查和內(nèi)部缺陷檢驗。鑄件常見的缺陷特征及預防措施見表1-2。五、鑄件的修補有缺陷的鑄件應在保證質(zhì)量的前提下盡量修復，鑄件修補常采用的方法有以下幾種。1.氣焊和電弧焊修補氣焊和電弧焊常用于修補裂紋、氣孔、縮孔、冷隔、砂眼等。焊補可達到與鑄件本體相近的力學性能，為確保焊補質(zhì)量，焊補前應將缺陷處黏砂、氧化皮等夾雜物鏟除，開出坡口并使其露出新的金屬光澤，以防未焊透、夾渣等。2.金屬噴鍍金屬噴鍍是在鑄件缺陷處噴鍍一層金屬，采用先進的等離子噴鍍效果較好。3.填膩修補填膩修補是用膩子填補孔洞缺陷，不能改變鑄件的質(zhì)量，只用于裝飾。學習情境三特種鑄造砂型鑄造是鑄造生產(chǎn)中使用最廣泛的鑄造方法。但是，砂型鑄造要消耗較多造型材料，工序繁多，實現(xiàn)機械化、自動化生產(chǎn)比較困難，并且由于砂型鑄造中影響質(zhì)量的因素太多，鑄件的尺寸精度、表面粗糙度和內(nèi)部質(zhì)量的提高都受到較多的限制。因此，生產(chǎn)中不得不尋求其他鑄造方法來滿足某些特殊要求，一般將那些普通砂型鑄造以外的鑄造方法統(tǒng)稱為特種鑄造。下面簡要介紹幾種較為常用的特種鑄造方法。一、熔模鑄造熔模鑄造是用易熔的蠟料制成模樣，然后在表面涂敷多層耐火材料，待硬化干燥后，將蠟模加熱熔化，排出蠟液，得到一個中空的型殼，即獲得無分型面的整體鑄型的一種方法。熔模鑄造的特點主要體現(xiàn)在兩個方面：一是鑄件的精度及表面質(zhì)量高，減少了切削加工量，節(jié)約了金屬材料；二是能鑄出各種合金鑄件，以及形狀復雜的薄壁鑄件。二、金屬型鑄造將液體金屬澆入金屬鑄型以獲得鑄件的工藝過程，稱為金屬型鑄造。由于金屬型可以重復使用幾百次甚至幾千次，所以又稱為永久型鑄造。1.結構類型制造金屬鑄型最常用的材料為銅合金、鋁合金、鑄鐵和鑄鋼。鑄件的內(nèi)腔可用金屬型芯或砂芯來制成。金屬型的結構類型可分為整體式、水平分型式、垂直分型式和復合分型式。2.工藝特點及應用1）工藝特點金屬型鑄造的優(yōu)點是鑄件組織細密，精度較高，可達IT14～IT12，表面粗糙度Ra可達12.5～6.3μm，從而減少加工余量；缺點是制作金屬模型成本高，生產(chǎn)周期長，冷卻時沒有退讓性，鑄件易產(chǎn)生澆不足、冷隔、裂紋等缺陷，鑄鐵容易出現(xiàn)硬脆的白口組織，因此鑄造工藝要求嚴格，澆注前應將金屬型預熱，以減緩鑄件的冷卻速度。2）應用金屬型鑄造主要適用于大批量生產(chǎn)的中、小型有色金屬鑄件。三、壓力鑄造壓力鑄造是熔融金屬在高壓下高速充型，并在壓力下凝固的鑄造方法。1.特點壓力鑄造的兩大特點是高速和高壓。所有的鑄造方法中壓力鑄造的生產(chǎn)率最高，每小時可鑄幾百件。壓鑄件的尺寸精度可達IT12～IT9，表面粗糙度Ra可達6.3～0.8μm。壓力鑄造可以鑄造薄壁復雜鑄件，并可直接鑄出小孔、螺紋、齒輪等，所得鑄件的結晶致密、強度高。缺點是由于金屬液的填充速度高，壓型內(nèi)的氣體很難排除，所以壓鑄件內(nèi)常有小氣孔，常存在于表皮下面。壓鑄模型結構復雜，設備投資大，成本高。2.應用壓力鑄造廣泛用于不需進行切削加工，大批量生產(chǎn)的薄壁、復雜、小型的有色金屬鑄件。高壓下會形成氣孔，熱處理加熱時，氣體膨脹會使鑄件表面突起或變形，因此，壓鑄件不能進行熱處理，壓力鑄造不適于高熔點合金，如鋼、鑄鐵等。四、離心鑄造離心鑄造是將熔融金屬澆入繞水平、傾斜或垂直軸旋轉(zhuǎn)的鑄型，在離心力作用下，凝固成形的鑄件軸線與旋轉(zhuǎn)鑄型軸線重合的鑄造方法。鑄件多為簡單的圓筒形，不用芯子形成圓筒內(nèi)孔。離心鑄造大多用于鑄造中空的鑄件，通常使用金屬型。1.分類根據(jù)旋轉(zhuǎn)空間的位置不同，離心鑄造分為立式和臥式兩類。1）立式離心鑄造立式離心鑄造是繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的，鑄件的自由表面是拋物線型，主要用于生產(chǎn)高度小于直徑的圓環(huán)類鑄件。2）臥式離心鑄造臥式離心鑄造是繞水平軸旋轉(zhuǎn)的，主要用于生產(chǎn)長度大于直徑的套筒或管類鑄件。2.特點離心鑄造生產(chǎn)的空心圓筒形鑄件可省去型芯和澆注系統(tǒng)，省工、省料，在離心力的作用下，液體金屬中的氣體、熔渣等夾雜物由于其密度較小而集中在鑄件內(nèi)表面，金屬的結晶則從外向內(nèi)呈方向性結晶，因而鑄件表面結晶致密，無縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷，鑄件質(zhì)量較好。離心鑄造的缺點是鑄件內(nèi)表面較粗糙，尺寸不易控制，對內(nèi)孔要切削加工的零件，應增大加工余量。3.應用由于采用離心鑄造可獲得均勻的壁厚，主要用來澆注氣缸套、軸套等圓筒形重要零件。也可用來制造鋼套鑲銅的雙金屬軸承，使兩種合金牢固地連接成一體，以節(jié)約昂貴的銅合金。五、各種鑄造方法的比較以上各種鑄造方法都有其優(yōu)、缺點和最適宜的應用范圍。如砂型鑄造盡管有不少缺點，但其適應性強，所用設備比較簡單，因此，它仍然是當前生產(chǎn)中最基本的鑄造方法。特種鑄造方法僅在一定條件下，才能顯示其優(yōu)越性。因此，在選擇鑄造方法時，必須根據(jù)合金的種類、鑄件的大小與形狀、批量、質(zhì)量、車間設備及技術