金屬液態(tài)成形工藝第一頁，共57頁。第二頁，共57頁。1.1金屬液態(tài)成形的鑄造基礎

1.2金屬的液態(tài)成形工藝

1.3液態(tài)成形金屬件的工藝設計1.4液態(tài)金屬成形件的結構設計

第三頁，共57頁。1.2金屬的液態(tài)成形工藝

金屬的液態(tài)成形工藝實際上主要是指鑄造成形工藝，其中最基本，應用最廣泛的是砂型鑄造工藝。一、砂型鑄造

砂型鑄造是傳統(tǒng)的液態(tài)成形方法之一，它適用于各種形狀、大小及各類合金鑄件的生產。砂型鑄造最基本的工序就是造型與制芯，造型方法通常分為手工造型和機器造型兩大類。第四頁，共57頁。第五頁，共57頁。1、手工造型2）常見手工造型方法分模、整模、活塊、刮板、三箱、挖砂、假箱砂箱刮砂板底板砂舂通氣針起模針皮老虎鏝刀鏝勺提勾1）砂箱及造型工具第六頁，共57頁。第七頁，共57頁。①分模造型最大截面在中間截面；一個或兩個分型面；兩箱或三箱；操作簡便，適用于形狀較復雜的鑄件，特別廣泛用于有孔或帶有型芯的鑄件，如套筒、水管、閥體、箱體、曲軸、立柱等。第八頁，共57頁。②整模造型整體模，鑄型的型腔一般只在下箱；最大截面在端面處；操作簡單；不會錯箱。適用于外形輪廓上有一個平面可作分型面的簡單鑄件，如齒輪坯、軸承、皮帶、輪罩等。第九頁，共57頁。③活塊造型將模樣上妨礙起模的部分，如凸臺、肋、耳等，做成活動的，稱為活塊?；顗K用銷式燕尾與模樣的主體連接，在起模時須先取出模樣主體，然后取出活塊。單件或小批生產；效率低下。第十頁，共57頁。④刮板造型用與鑄件截面相適應的刮板代替實體模樣造型的方法。只適用于中小批生產尺寸較大的回轉體鑄件，如皮帶輪、齒輪等。大、中型回轉類零件；第十一頁，共57頁。⑤三箱造型兩個分型面；分型面在大截面處；三箱；易錯箱。第十二頁，共57頁。⑥挖砂造型

當鑄件最大截面在中部，模樣又不便分成兩半(如分模后模樣太薄或分面是曲面)時，只能將模樣做成整模，造型時挖掉防礙起模的砂子。最大截面靠近端面；分型面為曲面；單件小批生產；效率低下。第十三頁，共57頁。⑦假箱造型

對于分型面為階梯面或曲面的鑄件，當生產數(shù)量較多時，可用成形底板代替平面底板，并將模樣放置在成形底板上造型，可省去挖砂操作。成形底板可根據(jù)生產數(shù)量的不同，分別用金屬、木材制作；如果件數(shù)不多，可用粘土較多的型砂春緊制成砂質成形底板，稱為假箱。

第十四頁，共57頁。1.單件、小批生產：圖示件屬大尺寸、回轉體，可采用刮板造型。2.成批生產：當批量大，但又無機械化生產條件時，可采用模樣兩箱造型。例：給下列零件選擇合適的造型方法第十五頁，共57頁。2、機器造型

手工造型中的摏箱、起模兩工序不僅效率低，勞動條件差，而且鑄件尺寸不準確。機器造型將填砂、緊實和起模等主要工序實行機械化，并組成生產流水線。(1)緊砂方法：

①震壓緊砂②微振壓緊砂③高壓緊砂④拋砂緊砂(2)起模方法：

①頂箱起模②漏模起模③翻箱起模第十六頁，共57頁。震壓緊砂：

這類造型機主要由震擊機構、壓實機構、起模機構和控制系統(tǒng)組成。多通過震擊和壓實緊實型砂，絕大部分都是邊震邊壓。震擊壓實都采用氣動，為高頻率低振幅的微振形式,鑄型硬度均勻。所有機器都帶有起模結構，起模比較平穩(wěn)。這種造型機的特點是：機構簡單、操作方便、投資較小，適用于各種材質小件的造型。填砂緊砂壓實起模第十七頁，共57頁。微振壓緊砂：

采用振擊(頻率150～500次/分,振幅25～80mm)－壓實-微振(頻率700～1000次/分,振幅5～10mm)來緊實造型。這種造型機噪音較小,型砂緊實度均勻,生產率高。第十八頁，共57頁。高壓緊砂：由許多可單獨動作的觸頭組成。第十九頁，共57頁。拋砂緊砂1-拋砂頭；2-皮帶輪；3、4-砂團；5-型腔第二十頁，共57頁。頂箱起模起模方法第二十一頁，共57頁。漏模起模第二十二頁，共57頁。翻箱起模第二十三頁，共57頁。3、機器制芯在大批量生產中，最常用的機器制芯方法是射芯機和殼(吹)芯機制芯。

第二十四頁，共57頁。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。二、特種鑄造

特種鑄造是指與普通砂型鑄造有顯著區(qū)別的一些鑄造方法，如金屬型鑄造、熔模鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等。特種鑄造屬先進鑄造，是鑄造技術沿精密、潔凈和高效方向的發(fā)展。

其中最主要的發(fā)展是鑄造過程數(shù)控自動化與鑄造工藝的綠色化。第二十五頁，共57頁。(1)金屬型的材料

金屬型的材料一般采用鑄鐵，鑄件的內腔可用金屬型芯或砂芯得到，對于薄壁復雜鑄件或鋼鐵鑄件，多采用砂芯；對于形狀簡單鑄件或非鐵合金鑄件，多采用金屬型芯。

1、金屬型鑄造第二十六頁，共57頁。(2)金屬型的鑄造工藝

1)加強金屬型的排氣。

2)在金屬型的工作表面上噴刷涂料。

3)預熱金屬型并控制其溫度。

4)及時開型。

(3)金屬型鑄造的特點及適用范圍

優(yōu)點：1)導熱性能好冷卻速度快，組織致密，力學性能高。

2)鑄件的尺寸精度和表面質量均優(yōu)于砂型鑄件。

3)金屬型復用性好。缺點：1)易產生氣孔、應力、裂紋、澆不足、冷隔等缺陷；

2)不適宜生產形狀復雜、薄壁和大型鑄件；

3)制造成本高，周期長，鑄造工藝要求嚴格。第二十七頁，共57頁。(1).預熱金屬型澆注前預熱金屬型，可減緩鑄型的冷卻能力，有利于金屬液的充型及鑄鐵的石墨化過程。生產鑄鐵件，金屬型預熱至250～350℃；生產有色金屬件預熱至100～250℃。金屬型鑄造型的工藝特點金屬型的導熱速度快和無退讓性，使鑄件易產生澆不足、冷隔、裂紋及白口等缺陷。此外，金屬型反復經受灼熱金屬液的沖刷，會降低使用壽命，為此應采用以下輔助工藝措施。第二十八頁，共57頁。(2).刷涂料

為保護金屬型和方便排氣，通常在金屬型表面噴刷耐火涂料層，以免金屬型直接受金屬液沖蝕和熱作用。調整涂料層厚度可以改變鑄件各部分的冷卻速度，并有利于金屬型中的氣體排出。澆注不同的合金，應噴刷不同的涂料。如鑄造鋁合金件，應噴刷由氧化鋅粉、滑石粉和水玻璃制成的涂料；對灰鑄鐵件則應采用由石墨粉、滑石粉、耐火粘土粉及桃膠和水組成的涂料。第二十九頁，共57頁。(3)．澆注金屬型的導熱性強，因此采用金屬鑄型時，合金的澆注溫度應比采用砂型高出20～30℃。一般的，鋁合金為680℃～740℃；鑄鐵為1300℃～1370℃；錫青銅為1100～1150℃。薄壁件取上限，厚壁件取下限。鑄鐵件的壁厚不小于15mm，以防白口組織。第三十頁，共57頁。(4)．開型開型愈晚，鑄件在金屬型內收縮量愈大，取出鑄件困難，而且鑄件易產生大的內應力和裂紋。通常鑄鐵件的出型溫度700～950℃，開型時間為澆注后10～60秒。第三十一頁，共57頁。2、熔模鑄造

熔模鑄造是在易熔模樣表面包覆若干層耐火材料，待其硬化干燥后，將模樣熔去制成中空型殼，經澆注而獲得鑄件的一種成形方法。

第三十二頁，共57頁。1)熔模的制造2)型殼的制造3)脫模4)型殼焙燒5)澆注(1)熔模鑄造的工藝過程

第三十三頁，共57頁。3）、制造熔模：將糊狀的蠟基材料（50%石蠟和50%硬脂酸組成），在壓力下充滿壓型，冷凝后取出，經修整毛刺便獲得一個熔模。為一次能澆出多個鑄件，可將多個熔模焊成熔模組。(1)熔模鑄造的工藝過程

2）、制造壓型：壓型是制造蠟模的模具，有很高的精度和光潔度。制造壓型要考慮蠟模及鑄件的雙重線收縮率。成批、大量生產時，壓型通常用金屬材料制成；單件、小批時，常用石膏來制造。1）、制造母模：母模是鑄件的基本模型，制造壓型。第三十四頁，共57頁。4）、型殼的制造a）結殼：先在熔模上涂掛耐火涂料（一般由水玻璃和石英粉制成或硅酸乙酯水解液和剛玉粉制成的），然后撒上一層細石英砂，將其放入氯化銨水溶液中硬化或通氯氣硬化。重復進行掛涂料、撒砂和硬化過程3至7次，直至結成5～10mm厚的型殼為止。(1)熔模鑄造的工藝過程

b）脫模：通常將型殼浸泡在85～95℃的熱水中，蠟模自行熔化后從型殼中脫出，獲得與鑄件形狀一致的型腔。熔模也可在高壓蒸氣熔化脫出。c）焙燒：將型殼在800～1000℃下加熱，以清除型殼內的殘余物和水份，并進一步提高型殼的強度。第三十五頁，共57頁。5）、填砂：為加固型殼以防它在澆注時變形或破裂，需在焙燒后的型殼周圍用干砂填緊。6）、

金屬液的澆注、落砂和清理型殼經焙燒后應馬上澆注，以保證金屬液有足夠的充型能力。鑄件凝固后落砂，并對其進行清理和檢驗。第三十六頁，共57頁。(1)熔模鑄造的工藝過程

第三十七頁，共57頁。熔模鑄造熔模鑄造視頻第三十八頁，共57頁。(2)熔模鑄造的特點

①鑄件的精度高，表面粗糙度低（尺寸精度IT11－13，表面粗糙精度Ra1.6一12.5）。②鑄件合金種類不受限制，鋼、鑄鐵和有色合金均可。③可生產形狀復雜的薄壁鑄件，最小壁厚可達0.3mm，最小鑄孔直徑達0.5mm。④生產工序復雜，生產周期長。⑤原材料價格貴，鑄件成本高。⑥鑄件不能太大、太長，否則蠟模易變形。熔模鑄造是一種少無切削的先進的精密鑄造工藝。它最適合25kg以下的高熔點、難以切削成形的合金鑄件的大批量生產。廣泛應用于航天、飛機、汽輪機、燃汽輪機葉片、泵輪、復雜刀具、汽車、拖拉機和機床上的小型鑄件生產。第三十九頁，共57頁。3、壓力鑄造

熔融金屬在高壓下高速充型，并在壓力下凝固的鑄造方法稱為壓力鑄造，簡稱壓鑄。壓鑄時所用的壓力高達數(shù)十兆帕（甚至超過200MPa），其速度約為5－100m／s，熔融金屬充滿鑄型的時間為0.01－0.2s，高壓和高速是壓鑄區(qū)別于一般金屬型鑄造的重要特征。第四十頁，共57頁。(1)壓鑄機和壓鑄工藝過程

第四十一頁，共57頁。(2)壓力鑄造的特點優(yōu)點：①鑄件的尺寸精度和表面質量最高。②鑄件的強度和表面硬度高。③可壓鑄出形狀復雜的薄壁件。④生產率高。缺點：①設備投資大，制造成本高，工藝準備時間長，不適用于單件、小批生產。②不適用于鑄鐵、鑄鋼等高熔點合金的鑄造。③壓鑄件不宜熱處理，并盡量避免切削加工（為什么？）答：由于壓鑄的金屬液注入和凝固速度過快，型腔氣體難以及時完全排出，故鑄件內部易存有氣孔等鑄造缺陷。所以，不宜熱處理。第四十二頁，共57頁。4、低壓鑄造

低壓鑄造是是在0.02~0.07MPa的低壓下將金屬液注入型腔，并在壓力下凝固成形，以獲得鑄件的方法。(1)低壓鑄造的工藝過程

第四十三頁，共57頁。(2)低壓鑄造的特點

1)澆注壓力和速度便于調節(jié)，可適應不同材料的鑄型。

2)充型平穩(wěn)、鑄型沖刷力小，氣孔、夾渣等缺陷較少。

3)便于實現(xiàn)定向凝固，鑄件組織致密、力學性能高。

4)金屬的利用率高，鑄件的尺寸和表面精度高。設備費用較低。

第四十四頁，共57頁。5、離心鑄造

離心鑄造是將熔融金屬澆入高速旋轉的鑄型中，使其在離心力作用下填充鑄型和結晶，從而獲得鑄件的方法。按鑄型旋轉軸線的空間位置不同，離心鑄造分為立式和臥式兩種。

第四十五頁，共57頁。特點：1）生產空心旋轉鑄件時，可以省去型芯、澆注系統(tǒng)和冒口。2）補縮條件好,使鑄件致密,力學性能好。3）鑄件內表面粗糙,尺寸誤差大,質量差。4）不適合比重偏析大的合金。離心鑄造適用于大批量生產管、筒類鑄件，如鐵管、筒套、缸套、雙金屬鋼背銅套，輪盤類鑄件，如泵輪、電機轉子等。

第四十六頁，共57頁。三、金屬液態(tài)成形方法的合理選擇各種鑄造成形工藝方法均有其優(yōu)缺點和適用范圍，因此必須結合具體情況，對鑄件大小、結構形狀、合金種類、質量要求、生產批量和生產條件等進行全面的分析、比較，才能正確的選擇出合理的成形方法。

第四十七頁，共57頁。幾種常用凝固成形方法比較：第四十八頁，共57頁。成本計算：鑄件成本

C=Cs+CM／N式中C——鑄件成本；Cs——除模具和專用設備費用外的鑄件成本；CM——模具和專用設備費用；N——生產件數(shù)。鑄件總成本CN=NCs+CM第四十九頁，共57頁。練習：分析下圖四零件應采用何種手工造型方法？第五十頁，共57頁。型(芯)砂造型用砂稱型(芯)砂。一、型(芯)砂組成型砂及芯砂是制造鑄型和型芯的造型材料,它主要由原砂、粘結劑、附加物和水混制而成。

第五十一頁，共57頁。型(芯)砂按粘結劑的種類可分為：1、粘土砂

粘土砂是以粘土為