鑄造工藝常識培訓課件第一章：鑄造工藝概述鑄造是金屬制造領域的基礎工藝之一，具有獨特的技術(shù)特點和廣泛的應用場景。本章將從鑄造的定義、歷史發(fā)展、行業(yè)現(xiàn)狀及基本流程等方面，為您構(gòu)建鑄造工藝的基礎認知框架。鑄造的定義與歷史鑄造的定義鑄造是將熔融金屬澆注入預先準備好的型腔中，待其冷卻凝固后，獲得所需形狀和性能的金屬零件的制造工藝。這一工藝能夠制造出結(jié)構(gòu)復雜、尺寸多變的金屬構(gòu)件。歷史發(fā)展鑄造技術(shù)可追溯至公元前3200年的美索不達米亞地區(qū)，當時人們已開始制作簡單的銅制品。中國商代青銅器代表了古代鑄造工藝的巔峰，如司母戊鼎等文物展現(xiàn)了高超的鑄造技術(shù)。技術(shù)意義鑄造行業(yè)現(xiàn)狀與應用全球鑄造業(yè)年產(chǎn)量超過1億噸，中國作為全球最大的鑄造生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約5000萬噸，占全球總產(chǎn)量的45%以上。鑄造技術(shù)廣泛應用于汽車、機械裝備、航空航天、能源、軍工等重要領域。常用鑄造材料灰鑄鐵：成本低、減震性好，主要用于機床床身、汽車缸體球墨鑄鐵：強度高、韌性好，用于曲軸、齒輪等受力部件鋁合金：重量輕、耐腐蝕，廣泛應用于汽車零部件銅合金：導電性好，用于電氣設備和船舶配件鑄造工藝的六大基本步驟制作型腔（模具）根據(jù)產(chǎn)品設計要求，制作能夠形成鑄件形狀的模具，包括砂型、金屬型等不同類型熔煉金屬將固態(tài)金屬原料在熔煉爐中加熱至液態(tài)，并進行成分調(diào)整和凈化處理澆注將熔融金屬按照特定的溫度和速度注入準備好的模具型腔中凝固與冷卻熔融金屬在模具中逐漸冷卻并凝固成形，這一過程需要合理的溫度控制脫模鑄件完全凝固后，將其從模具中取出，可能需要破壞模具（如砂型）清理與檢驗去除澆注系統(tǒng)、飛邊等多余部分，并進行表面清理和質(zhì)量檢驗第二章：熔煉與澆注技術(shù)熔煉與澆注是鑄造工藝中最為關(guān)鍵的兩個環(huán)節(jié)，直接決定了鑄件的內(nèi)部質(zhì)量和表面狀態(tài)。本章將深入探討熔煉過程中的溫度控制、合金成分調(diào)整、氣體含量控制等技術(shù)要點，以及各種澆注方式的特點與應用。正確的熔煉與澆注工藝能夠顯著減少鑄件缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。熔煉過程要點溫度控制的重要性熔煉溫度直接影響金屬的流動性、氣體溶解度和晶粒大小，進而影響鑄件的機械性能和內(nèi)部質(zhì)量。溫度過高會導致氣體吸收增加、能源浪費和爐襯損壞；溫度過低則可能導致澆不滿和冷隔等缺陷。不同合金的熔點各種鑄造合金的熔點差異顯著：鋁合金：約660℃，熔煉溫度通?？刂圃?00-750℃銅合金：約1083℃，熔煉溫度通常在1150-1250℃灰鑄鐵：約1150-1250℃，熔煉溫度約1450-1550℃碳鋼：約1500℃，熔煉溫度通常在1600-1650℃氣體含量控制熔融金屬易溶解氫、氧、氮等氣體，凝固時這些氣體會形成氣孔缺陷?？刂品椒òǎ壕珶捥幚恚和ㄈ攵栊詺怏w或添加精煉劑真空熔煉：降低氣體溶解度澆注技術(shù)與設備澆注速度控制澆注速度是決定金屬流動狀態(tài)和型腔填充質(zhì)量的關(guān)鍵因素：速度過快：造成氣體卷入、夾渣、型砂沖刷等問題速度過慢：導致冷隔、澆不滿、氧化嚴重等缺陷理想澆注：平穩(wěn)充型，保持層流狀態(tài)，減少湍流和氣體卷入模具設計要點良好的澆注系統(tǒng)設計應確保：金屬液平穩(wěn)流入型腔，減少湍流有效過濾雜質(zhì)和氣體合理控制金屬液冷卻速度補償凝固收縮，防止縮孔和縮松常用澆注方式重力澆注依靠重力將金屬液注入型腔，成本低，適用于大多數(shù)鑄造工藝壓力鑄造使用高壓將金屬液快速注入金屬模具，適合薄壁、復雜形狀零件低壓鑄造利用低壓氣體將金屬液從爐底壓入型腔，填充均勻，減少氣孔真空吸鑄澆注系統(tǒng)組成澆口杯位于澆注系統(tǒng)最上方，用于接收熔融金屬并引導其進入直澆道。設計合理的澆口杯可以減少金屬液飛濺和氣體卷入，通常呈漏斗狀。直澆道連接澆口杯和橫澆道的垂直通道，其截面積通常從上到下逐漸減小，以保持金屬液充滿通道，避免產(chǎn)生負壓吸入氣體。橫澆道連接直澆道和內(nèi)澆道的水平通道，用于分配金屬液并降低其流速。通常設置渣包或過濾網(wǎng)，以攔截金屬液中的夾雜物。內(nèi)澆道連接橫澆道和型腔的通道，直接影響金屬液進入型腔的方式和速度。內(nèi)澆道的位置和形狀設計對減少型砂沖刷和氣體卷入至關(guān)重要。冒口第三章：常見鑄造方法介紹鑄造工藝根據(jù)成型方式、模具材料和澆注方法等因素，可分為多種不同的工藝方法。每種方法各有特點和適用范圍，選擇合適的鑄造方法對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。本章將詳細介紹砂型鑄造、壓鑄、失蠟鑄造、離心鑄造等常見鑄造方法的工藝特點、適用范圍和技術(shù)要點，幫助您在實際生產(chǎn)中做出正確的工藝選擇。砂型鑄造工藝特點砂型鑄造是最傳統(tǒng)且應用最廣泛的鑄造方法，使用砂、粘土和水等材料制作一次性模具。砂型具有良好的透氣性、耐火性和可塑性，能夠滿足大多數(shù)鑄件的生產(chǎn)需求。優(yōu)點成本低廉，原材料易得適應性強，幾乎可鑄造任何金屬材料尺寸范圍廣，從小型零件到大型鑄件均可制作工藝靈活，可實現(xiàn)復雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)對設備要求低，適合小批量生產(chǎn)缺點表面粗糙度較差，Ra值通常在12.5-25μm尺寸精度較低，通常為CT10-CT13級生產(chǎn)效率相對較低，人工操作多易產(chǎn)生氣孔、夾砂等缺陷環(huán)境污染較大，粉塵多應用領域砂型鑄造廣泛應用于：汽車工業(yè)：發(fā)動機缸體、缸蓋、曲軸機械制造：機床床身、齒輪箱殼體工程機械：挖掘機臂架、底盤管道閥門：閥體、泵殼壓鑄工藝高壓注入利用高壓（15-150MPa）將熔融金屬快速注入金屬模具，填充速度可達40-60m/s金屬模具采用耐熱鋼制作的永久模具，可重復使用數(shù)千至數(shù)萬次，模具精度高快速凝固金屬液在高壓下快速凝固，組織致密，機械性能好優(yōu)勢特點尺寸精度高，可達CT6-CT8級表面光潔度好，Ra值可達1.6-3.2μm生產(chǎn)效率高，適合大批量生產(chǎn)可實現(xiàn)薄壁（最薄可達0.5mm）復雜形狀零件零件強度高，組織致密，幾乎無需后續(xù)加工局限性設備投資大，模具成本高主要適用于有色金屬（鋁、鋅、鎂、銅合金）鑄件重量一般不超過10kg易產(chǎn)生氣孔缺陷，不適合要求高氣密性的零件主要應用壓鑄工藝廣泛應用于需要大批量生產(chǎn)的精密零件領域：汽車工業(yè)：變速箱殼體、進氣歧管、車門把手電子產(chǎn)品：手機外殼、電腦散熱器、連接器家電產(chǎn)品：洗衣機部件、空調(diào)壓縮機殼體失蠟精密鑄造01蠟模制作將熔融的模型蠟注入金屬模具中，制作出與最終鑄件形狀相同的蠟模。蠟模表面光滑，細節(jié)清晰，可以精確復制復雜的外形和內(nèi)腔。02蠟模組裝將多個蠟模通過熱熔接或粘接的方式連接到公共的澆注系統(tǒng)上，形成蠟模樹。這樣可以在一次澆注中同時生產(chǎn)多個鑄件，提高生產(chǎn)效率。03制作陶瓷型殼將蠟模樹浸入特殊的耐火漿料中，然后撒上耐火砂粉，反復多次直至形成足夠厚度的陶瓷型殼。每層涂料需要充分干燥后才能進行下一層涂覆。04脫蠟與焙燒將型殼放入蒸汽脫蠟釜或熱水槽中熔化蠟模，然后在高溫（約900-1050℃）下焙燒型殼，以提高其強度和耐熱性，并徹底清除殘留蠟。05澆注與清理將熔融金屬澆入預熱的型殼中，待金屬凝固后破碎型殼，取出鑄件，并進行切割、清理和后處理，得到最終產(chǎn)品。離心鑄造離心鑄造是利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使熔融金屬充滿模具的鑄造方法。根據(jù)鑄件形狀和模具旋轉(zhuǎn)軸的關(guān)系，可分為真離心鑄造、半離心鑄造和離心澆注。工作原理離心鑄造利用離心力作用，使熔融金屬在旋轉(zhuǎn)模具中由外向內(nèi)充填并凝固。金屬液在離心力作用下，密度大的金屬被甩向外壁，而氣體、夾雜等輕質(zhì)物質(zhì)則集中在內(nèi)壁，從而獲得致密的外層組織。技術(shù)特點優(yōu)點外層組織致密，機械性能好鑄件無需冒口，金屬利用率高可實現(xiàn)內(nèi)外不同材質(zhì)的復合鑄件特別適合圓筒形空心鑄件局限性主要適用于軸對稱或近似軸對稱零件內(nèi)表面精度和光潔度較差設備投資較大不適合復雜形狀鑄件主要應用第四章：鑄造材料基礎鑄造材料的選擇和性能控制是鑄造工藝的重要環(huán)節(jié)，直接影響鑄件的使用性能和壽命。本章將介紹常用鑄造合金的分類、性能特點及選擇原則，幫助您了解不同材料的適用范圍和工藝要求。常用鑄造合金分類灰鑄鐵石墨呈片狀分布，具有良好的減震性、切削性和耐磨性機械性能：抗拉強度200-300MPa應用：機床床身、缸體、底座球墨鑄鐵石墨呈球狀分布，強度高、韌性好機械性能：抗拉強度400-800MPa應用：曲軸、凸輪軸、齒輪等鋁合金重量輕、比強度高、耐腐蝕性好主要系列：Al-Si、Al-Cu、Al-Mg應用：汽車零部件、航空結(jié)構(gòu)件銅合金導熱性好、耐腐蝕、強度較高主要種類：青銅、黃銅、銅鎳合金應用：閥門、軸承、船舶零件鎂合金最輕的工程金屬，比強度高特點：重量輕，吸震性好應用：手機外殼、汽車方向盤特種合金包括耐熱合金、不銹鋼、高溫合金等特點：特殊性能要求，如耐高溫材料性能與選擇關(guān)鍵性能指標機械性能強度：抗拉強度、屈服強度、壓縮強度硬度：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度韌性：沖擊韌性、斷裂韌性疲勞性能：疲勞極限、疲勞壽命物理性能密度：影響零件重量熱性能：導熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)電性能：導電性、磁性流動性：影響鑄造成形能力工藝性能鑄造性：流動性、收縮率、偏析傾向熱處理性：淬透性、回火穩(wěn)定性焊接性：焊接開裂傾向加工性：切削阻力、表面質(zhì)量材料選擇原則選擇鑄造材料時需綜合考慮以下因素：使用環(huán)境：溫度、濕度、腐蝕介質(zhì)、載荷類型功能要求：強度、硬度、耐磨性、氣密性工藝可行性：鑄造性能、熱處理要求經(jīng)濟因素：材料成本、加工成本、使用壽命特殊要求：導電性、導熱性、減震性、磁性合金熔點與流動性熔點對鑄造工藝的影響合金的熔點直接決定了熔煉溫度和能源消耗，同時影響模具材料的選擇和壽命：高熔點合金（如鋼鐵類）：需要耐火材料制作的一次性模具，如砂型中等熔點合金（如銅合金）：可使用金屬模具，但需要注意模具冷卻和預熱低熔點合金（如鋁、鋅合金）：適合壓鑄，可使用壽命較長的金屬模具熔點還影響澆注溫度的設定。通常澆注溫度需高于熔點一定范圍，以確保金屬保持良好流動性：鋁合金：通常澆注溫度比熔點高80-150℃銅合金：通常澆注溫度比熔點高150-250℃鑄鐵：通常澆注溫度比熔點高250-350℃流動性與鑄造性能流動性是衡量金屬液充滿模具能力的重要指標，影響澆注工藝和鑄件質(zhì)量：流動性好：易于充滿薄壁和復雜形狀，如鋁硅合金、灰鑄鐵流動性差：難以充滿復雜型腔，易產(chǎn)生冷隔，如某些銅合金、高合金鋼影響流動性的因素包括：化學成分：硅提高鋁合金流動性，碳提高鑄鐵流動性澆注溫度：溫度越高，流動性越好表面張力：表面張力小，流動性好第五章：鑄造缺陷及成因分析鑄造缺陷是影響鑄件質(zhì)量和性能的關(guān)鍵因素，了解常見缺陷的特征、成因及預防措施，對于提高鑄件合格率、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。本章將系統(tǒng)介紹氣孔、縮孔、夾雜物、冷隔、裂紋等常見鑄造缺陷的形成機理和檢測方法，并針對不同缺陷提出有效的預防措施。鑄造缺陷的產(chǎn)生往往是多種因素綜合作用的結(jié)果，涉及模具設計、熔煉工藝、澆注操作等多個環(huán)節(jié)。只有全面了解缺陷成因，采取系統(tǒng)的預防措施，才能從根本上提高鑄件質(zhì)量。常見鑄造缺陷類型氣孔表現(xiàn)為鑄件內(nèi)部或表面的圓形或橢圓形空洞，大小從肉眼可見到微觀尺度不等。氣孔分布可能是分散的或集中的，嚴重影響鑄件的氣密性和機械性能?？s孔/縮松由金屬凝固收縮引起的不規(guī)則空洞，通常出現(xiàn)在鑄件熱節(jié)處?？s孔表現(xiàn)為較大的空腔，縮松則是分散的微小孔隙，均會降低鑄件的機械強度和密封性。夾雜物金屬中的非金屬異物，如氧化物、渣類、砂粒等。夾雜物打斷金屬的連續(xù)性，形成應力集中源，顯著降低鑄件的機械性能和使用壽命。冷隔/冷接當兩股金屬液流在溫度過低或氧化嚴重的情況下相遇，未能完全融合而形成的不連續(xù)線。冷隔處強度極低，容易成為斷裂起源點。砂眼/砂孔鑄件表面或內(nèi)部被型砂顆粒侵入形成的缺陷。表現(xiàn)為粗糙不平的表面或內(nèi)部含有砂粒的小孔，影響表面質(zhì)量和密封性。裂紋缺陷成因解析氣孔成因氣孔主要由三種機制形成：溶解氣體析出：熔融金屬中溶解的氣體（如氫、氮）在凝固過程中溶解度降低而析出夾帶氣體：澆注過程中湍流導致空氣被卷入金屬液反應氣體：金屬與型砂、水分等發(fā)生化學反應產(chǎn)生氣體氫氣是鋁合金中最常見的氣孔來源，可從熔煉空氣、工具上的水分等途徑進入金屬液?？s孔成因金屬從液態(tài)凝固為固態(tài)時體積收縮（通常為4-8%），如果缺乏足夠的液態(tài)金屬補充，就會形成縮孔或縮松?？s孔主要出現(xiàn)在：鑄件熱節(jié)（壁厚變化處、角隅處）最后凝固區(qū)域補縮通道被阻斷的部位設計不合理的澆注系統(tǒng)和冒口是縮孔形成的主要原因。夾雜物成因夾雜物來源多樣：熔煉過程中未完全清除的爐渣金屬氧化形成的氧化膜澆注過程中沖刷的型砂顆粒澆注系統(tǒng)過濾不完全工具和坩堝材料脫落缺陷檢測與預防措施無損檢測技術(shù)X射線檢測利用X射線穿透能力檢測內(nèi)部缺陷，可發(fā)現(xiàn)氣孔、縮孔、夾雜物等超聲波檢測利用超聲波反射原理檢測內(nèi)部不連續(xù)性，適合厚壁鑄件滲透檢測檢測表面開口缺陷，如裂紋、氣孔等，操作簡單，成本低磁粉檢測適用于鐵磁性材料表面及近表面缺陷檢測，尤其是細小裂紋先進的鑄造企業(yè)還采用計算機斷層掃描(CT)技術(shù)，可實現(xiàn)鑄件內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)的精確成像和分析。預防措施預防鑄造缺陷需要從以下方面入手：優(yōu)化澆注系統(tǒng)設計合理設置澆口位置和尺寸添加過濾網(wǎng)和陷渣包設計足夠的冒口補縮系統(tǒng)控制熔煉工藝參數(shù)嚴格控制熔煉溫度和時間進行精煉處理（除氣、除渣）使用優(yōu)質(zhì)原材料應用計算機模擬技術(shù)預測金屬流動和凝固過程優(yōu)化工藝參數(shù)第六章：鑄造質(zhì)量控制與后處理高質(zhì)量鑄件的生產(chǎn)需要全流程的質(zhì)量控制和科學的后處理工藝。本章將介紹鑄造質(zhì)量控制的關(guān)鍵點、鑄件的清理加工工藝以及現(xiàn)代鑄造技術(shù)的發(fā)展趨勢，幫助您建立完整的鑄造質(zhì)量管理體系。質(zhì)量控制關(guān)鍵點材料檢驗原材料質(zhì)量是鑄件質(zhì)量的基礎，需要進行：化學成分分析雜質(zhì)含量檢測材料純度驗證熔煉控制熔煉過程控制重點：溫度監(jiān)測與控制成分調(diào)整與驗證氣體和雜質(zhì)去除模具設計科學的模具設計包括：合理的分型面設計適當?shù)氖湛s余量有效的澆注系統(tǒng)工藝參數(shù)標準化建立并嚴格執(zhí)行工藝規(guī)范是保證鑄件質(zhì)量穩(wěn)定性的關(guān)鍵：制定詳細工藝卡：包含熔煉溫度、澆注溫度、冷卻時間等關(guān)鍵參數(shù)參數(shù)范圍控制：明確各參數(shù)的允許波動范圍操作規(guī)程標準化：統(tǒng)一操作方法，減少人為差異建立檢驗標準：明確各類缺陷的判定標準和允許范圍一些先進企業(yè)采用SPC（統(tǒng)計過程控制）方法監(jiān)控關(guān)鍵工藝參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)異常并進行調(diào)整。成品檢驗體系建立多層次的檢驗體系：外觀檢查：檢查表面缺陷、完整性尺寸檢測：使用量具、三坐標測量儀等檢測關(guān)鍵尺寸內(nèi)部質(zhì)量檢測：利用X射線、超聲波等檢測內(nèi)部缺陷性能測試：進行硬度、強度、氣密性等功能測試鑄件清理與加工鑄件清理鑄件從模具取出后需要進行清理，去除非產(chǎn)品本體部分：澆冒口切除：使用鋸床、砂輪切割機去除澆口和冒口飛邊清理：去除型腔分型面處形成的薄層金屬砂粒清理：通過拋丸、噴砂、振動等方式清除附著砂粒表面處理：打磨、拋光改善表面質(zhì)量熱處理工藝鑄件熱處理可改善組織結(jié)構(gòu)和機械性能：退火：消除內(nèi)應力，降低硬度，提高加工性正火：細化晶粒，提高強度和韌性淬火+回火：大幅提高硬度和強度固溶+時效：鋁合金常用熱處理，提高強度機械加工大多數(shù)鑄件需要進行機械加工以達到最終尺寸精度：基準面加工：首先加工定位基準面孔系加工：鉆孔、攻絲、鏜孔等配合面加工：加工與其他零件配合的表面精加工：銑削、車削、磨削等精加工工序表面處理與防護鑄件的表面處理可提高美觀性和耐腐蝕性：噴砂/拋丸：清潔表面并形成均勻的表面粗糙度電鍍：在表面鍍覆鉻、鎳、鋅等金屬層陽極氧化：鋁合金常用處理，提高耐腐蝕性和美觀性噴涂：涂覆防腐、裝飾涂層浸漬：對多孔鑄件進行浸漬密封，提高氣密性現(xiàn)代鑄造技術(shù)發(fā)展趨勢數(shù)字化鑄造模擬與優(yōu)化計算機模擬技術(shù)已成為現(xiàn)代鑄造工藝不可或缺的工具：充型模擬：預測金屬液流動路徑，優(yōu)化澆注系統(tǒng)凝固模擬：分析凝固順序，預測縮孔縮松位置應力分析：計算凝固過程中的應力分布，預防裂紋組織預測：模擬凝固組織形成，預測機械性能先進的模擬軟件可實現(xiàn)鑄造工藝的全流程虛擬驗證，大幅減少試制次數(shù)和開發(fā)周期。綠色環(huán)保鑄造技術(shù)環(huán)保要求推動鑄造工藝的革新：無機粘結(jié)劑