第2章

鑄造成型Chapter2Casting鑄造是熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀和性能的鑄件的成型方法。

本章內容2.1概述

2.2鑄件成形理論基礎

2.3造型方法2.4鑄造工藝分析2.5特種鑄造

2.6鑄造新工藝新技術簡介

2.1概述

什么是鑄造“神舟”四號飛船成功返回渦輪噴氣發(fā)動機鑄造:熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀和性能的鑄件的成型方法。鑄造是生產機器零件毛坯的主要方法之一，其實質是液態(tài)金屬逐步冷卻凝固成形。

鑄造是歷史最悠久的一種工藝1.殷商司母戊鼎司母戊鼎器型高大厚重，故又稱司母戊大方鼎，高133厘米、口長110厘米、口寬79厘米、重832.84千克，鼎腹長方形，上豎兩只直耳（發(fā)現時僅剩一耳，另一耳是后來據另一耳復制補上），上有虎噬人圖案，下有四根圓柱形鼎足，是中國目前已發(fā)現的最重的青銅器。2.明朝永樂青銅鐘明朝永樂大鐘用青銅鑄成，高6.94米，鐘口直徑3.3米，鐘腰最薄處為94毫米，鐘唇最厚處為185毫米，重量達到驚人的46.5噸！它不但形體巨大，而且造型精美，歷時50O多年，至今仍音響圓潤宏亮，鐘聲可傳四五十公里，余音達2分鐘之久。

鑄造的優(yōu)、缺點優(yōu)點：1）可以鑄出內腔、外形很復雜的毛坯；2）工藝靈活性大。幾乎各種合金、各種尺寸、形狀、重量和數量的鑄件都能生產；3）成本較低。原材料來源廣泛，價格低廉。

缺點：1）鑄造組織疏松、晶粒粗大，內部易產生縮孔、縮松、氣孔等缺陷。2）鑄件的機械性能較低。3）鑄造工序多，難以精確控制，是鑄件質量不夠穩(wěn)定。4）勞動條件較差,勞動強度較大。

砂型鑄造的工藝流程

砂型鑄造的工藝流程

本章內容2.1概述

2.2鑄件成形理論基礎

2.3造型方法2.4鑄造工藝分析2.5特種鑄造

2.6鑄造新工藝新技術簡介

2.2鑄件成型理論基礎

金屬的充型液態(tài)金屬充滿鑄型，獲得尺寸精確、輪廓清晰的鑄件，取決于充型能力。充型能力首先取決于金屬液本身的流動能力，同時又受鑄型性質、澆注條件及鑄件結構等因素的影響。影響充型能力的因素：流動性，澆注溫度，壓力，氣體，蓄熱溫度，鑄型溫度，澆注系統結構，折算厚度，鑄件復雜程度。例：流動性不好的鑄件：氣孔、縮孔、冷隔（澆注時兩股金屬流相遇時不能很好融合的現象）、澆不足（澆注時金屬流停止流動造成的鑄件不完整現象）澆不足冷隔

合金的收縮收縮：鑄件在凝固和冷卻過程中，體積和尺寸逐漸縮小的現象。液態(tài)收縮：從澆注溫度冷卻到凝固開始溫度的收縮。凝固收縮：從凝固開始溫度到凝固終止溫度的收縮金屬體積減小，稱為體收縮。固態(tài)收縮：從凝固終止溫度冷卻到室溫的收縮鑄件尺寸減小，稱為線收縮。1.影響收縮的因素（1）化學成分

常用合金中，灰鑄鐵收縮最小，鑄鋼收縮最大。（2）澆注溫度澆注溫度增高，金屬收縮增大，產生缺陷可能性增大，保證流動性前提下，澆注溫度盡可能低（3）鑄型條件和鑄件結構金屬在鑄型中的收縮，受鑄型條件和鑄件結構的制約，實際收縮率小于自由收縮率，鑄件結構越復雜，鑄型強度越高，差別越大。2.收縮對鑄件質量的影響（1）縮孔和縮松

金屬液冷卻過程中，由于收縮得不到補充，在鑄件最后凝固的部分形成孔洞，稱為縮孔，分散的小縮孔稱為縮松。鑄件缺陷-縮孔

鑄件缺陷-縮松

例：典型縮孔和縮松現象防止產生縮孔和縮松的方法采用合理的工藝條件，使縮松轉化為縮孔，并使縮孔移至冒口中。順序凝固原則

（2）鑄造應力：鑄件因固態(tài)收縮而引起的內應力熱應力：鑄件各部分因冷卻收縮不一致引起的內應力

收縮應力：鑄件的收縮因受到鑄型、型芯或澆、冒口的阻礙而產生的內應力

（2）鑄造應力：鑄件因固態(tài)收縮而引起的內應力熱應力：鑄件各部分因冷卻收縮不一致引起的內應力

收縮應力：鑄件的收縮因受到鑄型、型芯或澆、冒口的阻礙而產生的內應力鑄件產生變形或開裂，應采取措施減小或消除鑄造應力減小和消除鑄造應力的措施（1）合理設計鑄件結構。盡量避免牽制收縮的結構，如壁厚均勻，壁之間連接均勻等。（2）選用較好的造型工藝：改善鑄型、型芯的退讓性，合理設置澆口、冒口。（3）采用合適的鑄造工藝：符合同時凝固的原則。主要用于收縮較小的普通灰鑄鐵、結晶范圍大，不易實現冒口補縮，對氣密性要求不高的錫青銅鑄件等。（4）去應力退火。同時凝固原則

（3）鑄件的變形殘留鑄造應力超過鑄件材料的屈服極限時產生的翹曲變形。如圖所示的框架鑄件和T型梁，當剛度不夠時，將產生如圖所示的變形?？蚣荑T件的變形T型梁的變形

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2.2鑄件成形理論基礎

2.3造型方法2.4鑄造工藝分析2.5特種鑄造

2.6鑄造新工藝新技術簡介

2.3造型方法砂型鑄造是應用最廣的鑄造方法，約占總產量的80%以上，其基本工藝過程如下：

造型和制芯是砂型鑄造最基本的工序，按照緊實型砂和起模的方法，可分為手工造型和機器造型兩大類。

手工造型：全部用手工或手動工具完成的造型。優(yōu)點：操作靈活，工藝裝備（模樣、芯盒、砂箱）簡單，生產準備時間短，適應性強，用于各種大小形狀的鑄件。缺點：對工人技術水平要求較高，生產率低，勞動強度大，鑄件質量不穩(wěn)定。用于單件、小批生產。

常用手工造型：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。1.兩箱造型①兩箱整模造型齒輪坯兩箱整模造型（動畫）②兩箱分模造型③兩箱挖沙造型手輪坯兩箱挖沙造型（動畫）④兩箱假箱造型2.三箱造型:鑄件兩端截面比中間部分大，必須采取三箱造型

機械造型：用機器全部或至少完成緊砂操作的造型。優(yōu)點：生產效率高，勞動條件好，砂型質量好（緊實度高而均勻，型腔輪廓清晰，鑄件質量也好。缺點：但設備和工藝裝備費用高，生產準備時間較長，適于中小鑄件的成批或大量生產。1.氣動微振壓實造型振動－壓實－微振達到緊實型沙的目的。優(yōu)點：緊實效果好。工作適應性強。生產率較高。對機器地基要求較低。缺點：

振擊噪音大；砂箱、模板的定位銷和銷套磨損較快。多觸頭高壓造型通常也配備氣動微振裝置，以便增加工作適應能力。多觸頭高壓造型輔機多，砂箱數量大，造價高，適用于各種形狀的中小鑄件大批量生產。

2.多觸頭高壓造型3.垂直分型無箱造型

在造型、下芯、合型及澆注過程中，鑄型的分型面呈垂直狀態(tài)(垂直于地面)的無箱造型法稱為垂直分型無箱造型。其工藝過程如圖所示，由射砂、壓實、起模Ⅰ、合型、起模Ⅱ、關閉造型室等過程所組成。垂直分型無箱造型工藝的優(yōu)點是：(1)采用射砂填砂又經高壓壓實砂型硬度高且均勻、鑄件尺寸精確、表面粗糙度值低。(2)無需砂箱節(jié)約了有關砂箱的一切費用。(3)一塊砂型兩面成形既節(jié)約型砂，生產率又高。(4)可使造型、澆注、冷卻、落砂等設備組成簡單的直線系統，占地省。

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2.2鑄件成形理論基礎

2.3造型方法2.4鑄造工藝分析2.5特種鑄造

2.6鑄造新工藝新技術簡介

2.4鑄件工藝分析澆注位置和分型面的確定1.澆注位置選定原則（澆注位置是指澆注時鑄件在鑄型中所處的位置）①鑄件的重要加工面或主要工作面應朝下或位于側面②鑄件的大平面盡可能朝下或采用傾斜澆注③

盡量將鑄件大面積的薄壁部分放在鑄型的下部或垂直、傾斜的位置。④

熱節(jié)處應位于分型面附近的上部或側面

容易形成縮孔的鑄件(如鑄鋼、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、黃銅)澆注時應把厚的部位放在分型面附近的上部或側面，以便安放冒口，實現定向凝固，進行補縮。⑤便于型芯的固定和排氣，能減少型芯的數量2.分型面的選擇原則分型面：指分開鑄型便于取模的結合面。它決定了鑄件在造型時的位置。通常造型位置和澆注位置一致。分型面對鑄件質量及鑄造工藝有很大影響。（1）分型面應選在鑄件的最大截面處，保證模樣能從型腔中順利取出；（2）應使鑄件有最少的分型面，并盡量做到只有一個分型面；（3）應使型芯和活塊數量盡量減少；減少活塊和型芯的分型方案（動畫）（4）應使鑄件全部或大部分放在同一砂型，否則錯型時易造成尺寸偏差，如圖所示。（5）應盡量使加工基準面與大部分加工面在同一砂型內以使鑄件的加工精度得以保證，如圖所示。（6）應盡量使型腔及主要型芯位于下型以便于造型、下芯、合型及檢驗。但下箱型腔也不宜過深(否則不宜起模、安放型芯)，并力求避免吊芯和大的吊砂。（7）應盡量使用平直分型面，以簡化模具制造及造型工藝，避免挖砂，如圖所示。（8）應盡量使鑄型總高度為最低。這樣不僅節(jié)約型砂，而且還能減輕工作量，對機器造型有較大的經濟意義。澆注系統的確定1.澆注系統的組成及作用澆口杯（盆）：緩解對砂型沖擊直澆道：改善合金充型能力橫澆道：一般開在分型面上內澆道：與型腔相連2.幾種常見澆注系統類型：

3.幾種常見型芯類型：

鑄造工藝參數的選擇1.鑄件尺寸公差鑄件公差等級由低向高遞增方向為：砂型手工造型→砂型機器造型及殼型鑄造→金屬型鑄造→低壓鑄造→壓力鑄造→熔模鑄造。2.鑄件質量公差

3.鑄件加工余量4.鑄造收縮率5.鑄型模樣起模斜度

6.最小鑄出孔(不鑄孔)和槽

鑄造工藝圖的制定把鑄造工藝設計的內容用文字和紅、藍色符號在零件圖上表示處理，所得的圖形稱為鑄造工藝圖。表明鑄件的形狀、尺寸、生產方法和工藝過程，是指導模樣和鑄型制造，進行生產準備和鑄件檢驗的基本工藝文件

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2.2鑄件成形理論基礎

2.3造型方法2.4鑄造工藝分析2.5特種鑄造

2.6鑄造新工藝新技術簡介

2.5特種鑄造與普通砂型鑄造不同的其他鑄造方法統稱為特種鑄造，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、實型鑄造等。定義：將液體金屬注入金屬制成的模型以獲得鑄件的方法可重復使用，也稱永久型鑄造金屬型鑄造材料：常用鑄鐵或鑄鋼制成分類：整體型、垂直分型、水平分型和綜合分型。金屬型特點鑄件成形過程特點對鑄件的影響無退讓性鑄件在凝固過程中，受阻較大，難以自由收縮鑄件內應力大，易產生裂紋無透氣性液在充填過程中，受型內氣體阻礙，不易充滿在金屬液匯合處、對流處或鑄型凹入的死角，易產生澆不足缺陷導熱快速度快，在金屬型傳熱系統中，中間層是控制冷卻速度的關鍵鑄件晶粒細小，組織致密，表面光潔，力學性能好特點離心鑄造

定義：將金屬液澆入高速旋轉的鑄型中，在離心力作用下充填鑄型并凝固成形的鑄造方法。

分類：立式離心鑄造、臥式離心鑄造。

離心鑄造的特點與砂型鑄造相比，離心鑄造的優(yōu)缺點如下：(1)鑄件致密度高，氣孔、夾渣等缺陷少，力學性能好；(2)生產中空鑄件時可不用型芯，簡化套筒和管類鑄件的生產過程；(3)生產中幾乎沒有澆注系統和冒口系統的金屬消耗，提高工藝出品率；(4)便于制造筒、套類復合金屬鑄件，如鋼背銅套、雙金屬軋輥等；(5)鑄造成形鑄件時，可借離心力提高金屬的充型能力，故可生產薄壁鑄件，如葉輪、金屬假牙等；(6)對合金成分不能互溶或凝固初期析出物的密度與金屬液基體相差較大時，易形成密度偏析；(7)鑄件內孔表面較粗糙，聚有熔渣，其尺寸不易正確控制；(8)用于生產異型鑄件時有一定的局限性。

離心鑄造的應用(1)鐵管（世界上每年球墨鑄鐵管件總產量的近一半是用離心鑄造法生產的）；(2)柴油發(fā)動機和汽油發(fā)動機的氣缸套；(3)各種類型的銅套；(4)雙金屬鋼背銅套、各種合金的軸瓦。(5)造紙機滾筒。壓力鑄造

定義：金屬液在高壓下快速充型，在壓力下凝固的鑄造方法，稱為壓力鑄造

工藝過程：

分類：壓鑄機按其工作原理結構形式分為冷壓式壓鑄機（有臥式、立式、全立式三種）和熱壓式（有普通熱室、臥式熱室兩種）壓鑄機。臥室冷壓式壓鑄機工作原理圖

熱壓式壓鑄機工作原理圖

壓力鑄造特點：(1)生產率高，容易實現半自動化及自動化生產;(2)鑄件精度高，一般不需切削加工;(3)充型速度快，型腔內氣體不易排除干凈，鑄件內常有小氣孔;(4)不能熱處理、在高溫下工作;(5)投資大，鑄型制造成本高，不適宜單件小批量生產.低壓鑄造定義：低壓鑄造是介于一般重力鑄造和壓力鑄造之間的一種鑄造方法。工藝過程：升液-充型-增壓-保壓-卸壓金屬液充型平穩(wěn)，充型速度可調；

由下而上充型，金屬液潔凈，夾雜和氣孔少；在壓力下凝固，可得到充分的補縮，故鑄件精度高，力學性能好；澆注系統簡單，可減少或省去冒口，工藝出品率高；對合金的牌號適應范圍廣，不僅適用非鐵金屬，也可用于鑄鐵、鑄鋼；易實現機械化和自動化，與壓鑄相比，工藝簡單，制造方便，投資少，占地少。

低壓鑄造特點熔模鑄造定義：熔模熔模鑄造又稱失蠟鑄造、熔模精密鑄造、包模精密鑄造，是精密鑄造法的一種。根據鑄型的特點可分為型殼熔模鑄造、填箱熔模鑄造（型殼制好后，裝入砂箱中，在型殼周圍注入耐火漿料或干砂增強）、石膏型熔模鑄造（用石膏型代替型殼）。工藝過程：

熔模鑄造特點：(1)尺寸精度高。(2)適用于各種鑄造合金、各種生產批量。尤其在難加工金屬材料如鑄造刀具，渦輪葉片等生產中應用較廣。(3)可以鑄造形狀復雜的鑄件。而且可以使一些焊接件、組合件在稍進行結構改進后直接鑄造出整體零件。(4)可以鑄造出各種薄壁鑄件及重量很小的鑄件。最小壁厚可達0.5mm，最小孔徑可以小到φ0.5mm，重量可以小到幾克。(5)生產工序繁多，生產周期長，鑄件不能太大，是凈成形、凈終成形加工的重要方法之一。

本章內容2.1概述

2.2鑄件成形理論基礎

2.3造型方法2.4鑄造工藝分析2.5特種鑄造

2.6鑄造新工藝新技術簡介

真空密封造型（V法造型）基本原理：在特制的砂箱內填入無水無黏結劑的干砂，用塑料薄膜將砂箱密封后抽真空，借助鑄型內外的壓力差，使型砂緊實2.6鑄造新工藝簡介真空密封造型過程：(1)通過抽氣箱抽氣，將預先加熱好的塑料薄膜吸貼到模樣表面上。(2)放置砂箱，充填型砂，微振緊實。(3)刮平，覆背膜，抽真空，使砂型保持一定的真空度。(4)在負壓狀態(tài)下起模、下