第一節(jié)概述一、鑄造分類將液體金屬澆入與零件幾何形狀相適應的鑄型空腔中.待冷卻凝固后.獲得零件或毛坯.這種工藝方法稱為鑄造.用這種方法獲得的毛坯或零件稱鑄件.鑄件一般作為金屬零件的毛坯.大多需經(jīng)部分或全部切削加工方能制成合格零件.但有時用特種鑄造方法生產(chǎn)的某些鑄件亦可不經(jīng)加工而直接作為零件來使用.鑄件的生產(chǎn)方法有多種.使用最多的是砂型鑄造.除砂型鑄造外.還有特種鑄造.主要有金屬型鑄造、熔模(失蠟)鑄造、壓力鑄造、離心鑄造等.下一頁返回第一節(jié)概述二、鑄造特點(１)可以制成幾何形狀復雜.特別是具有復雜內(nèi)腔的毛坯.如各種機器的箱體、氣缸體、床身、機架等.(２)適應性強.工業(yè)上常用的金屬材料均可用來鑄造.如鑄鐵、有色金屬、鋼都能熔鑄.有的不易加工的合金鋼材料.如高錳鋼也能用鑄造方法澆注成零件.(３)鑄件成本較低.鑄造所用的原材料大多價格低廉.來源廣泛.能直接利用報廢的機件、廢鋼和切屑等.一般情況下鑄造生產(chǎn)不需要昂貴或復雜設備.(４)鑄件形狀和尺寸與零件接近.可實現(xiàn)少削無削加工.節(jié)省金屬消耗.上一頁下一頁返回第一節(jié)概述

(５)用同樣金屬制成的鑄件不及鍛件力學性能高.其顯微組織粗大.內(nèi)部常出現(xiàn)縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷.鑄件質(zhì)量不易穩(wěn)定.易出廢品.(６)勞動強度大.勞動條件差.生產(chǎn)率低.三、鑄造的應用鑄造雖存在缺點.但優(yōu)點居多.在工業(yè)生產(chǎn)中已獲得廣泛應用.在機器設備中.鑄件占有很大比重.近年來.由于特種鑄造的迅速發(fā)展.使鑄件尺寸精和表面質(zhì)量有所提高.新型鑄造材料的廣泛應用.使鑄件力學性能有顯著的提高.鑄造車間的技術改造和生產(chǎn)機械化、自動化程度不斷提高.大大提高了勞動生產(chǎn)率和改善了勞動條件.鑄造生產(chǎn)的缺點不斷被克服.鑄件性能顯著提高.其使用范圍越來越廣泛.上一頁返回第二節(jié)砂型鑄造一、模樣與型芯盒模樣和型芯盒是制造砂型的基本工具.模樣用來獲得鑄件的外形.用型芯盒制得的型芯主要是用來獲得鑄件的內(nèi)腔.制造模樣和型芯盒的材料.應根據(jù)鑄件的大小和生產(chǎn)規(guī)模大小有所不同.產(chǎn)量少的鑄件一般用木材制造模樣或型芯盒?產(chǎn)量多的鑄件.常用金屬和塑料制造模樣和型芯盒.木質(zhì)的模樣制造容易.成本低.使用廣泛.為了保證鑄件質(zhì)量.并使造型制芯方便.降低成本.在設計和制造模樣及芯盒時.必須考慮下列問題.下一頁返回第二節(jié)砂型鑄造

１.分型面分型面是上下模樣的分界面.一般情況下.也叫模樣的分模面.模樣大多從分型面取出.選擇分型面時必須考慮使模樣從砂型中能順利取出.并使造型方便和能保證鑄件質(zhì)量.因此分型面最好選在鑄件的最大平直面上.２.起模斜度為了便于從砂型中取出模樣或由型芯盒中取出型芯.在垂直于分型面的模壁應做出起模斜度.一般木模起模斜度為１°~３°.金屬模起模斜度為０.５°~１°.上一頁下一頁返回第二節(jié)砂型鑄造

３.加工余量與鑄造圓角鑄件上凡需要加工的部分.都應在木模上增加加工余量.有些小直徑的孔.可以做成實心不鑄孔.以后加工時直接鉆孔.鑄件上各表面的轉(zhuǎn)折處.都要做成過渡性圓角以改善造型.防止?jié)沧r沖砂.避免鑄件應力集中.４.收縮量考慮合金在冷凝時的收縮.模樣尺寸應比鑄件的尺寸大.其值決定于合金的線收縮率.常用合金中灰鑄鐵的線收縮率為０.８％~１.０％.鑄鋼為１.６％~２.０％.青銅為１.２５％~１.５％.鋁合金為１.０％~１.５％.上一頁下一頁返回第二節(jié)砂型鑄造

５.型芯頭有型芯的砂型.為了便于安置型芯、模樣與芯盒.都要考慮做芯頭.二、造型材料造型材料包括型砂、芯砂、涂料等.它們的質(zhì)量對砂型的優(yōu)劣有很大影響.生產(chǎn)１ｔ鑄件.需要２.５~１０ｔ造型材料.因此.必須合理選用和配制造型材料.(一)對型砂和芯砂的性能要求上一頁下一頁返回第二節(jié)砂型鑄造

１.可塑性型砂在外力作用下容易獲得清晰的模型輪廓.外力去除后仍能保持其形狀的性能稱為可塑性.可塑性高.鑄件表面質(zhì)量就好.型砂的可塑性與黏土含量有關.含黏土量多.分布均勻.可塑性就高.２.強度型砂在外力作用下.能保持砂型的形狀和尺寸不被破壞的能力稱為強度.為了合箱和澆注時不致?lián)p壞.型砂應有足夠的強度.型砂強度與型砂中的原砂、黏結(jié)劑、搗實程度、砂粒粗細、粒度均勻性和水分有關.把型砂烘干.也能增加型砂的強度.上一頁下一頁返回第二節(jié)砂型鑄造

３.耐火性在高溫液體金屬作用下.型砂不軟化、不燒結(jié)、不黏在金屬表面的性能稱為耐火性.若耐火性差.型砂將黏結(jié)在鑄件表面上.致使鑄件難以清理.并使機械加工產(chǎn)生困難.耐火性主要與型砂的化學成分、砂粒形狀及大小有關.純石英砂耐火性較好.圓形粗大的砂粒.其耐火性較多面形、細小砂粒的耐火性好.４.透氣性型砂允許氣體透過的能力稱透氣性.型腔中本來沒有氣體.型砂和芯砂在高溫條件下.會產(chǎn)生氣體.液體金屬冷卻時也會析出氣體.如果型砂透氣性不好.氣體不能及時排出.將會使鑄件產(chǎn)生氣孔等缺陷.上一頁下一頁返回第二節(jié)砂型鑄造

砂粒大、均勻、黏土少、水分適當則可提高透氣性.另外.烘干的砂型澆注金屬時產(chǎn)生氣體少.并且砂型本身透氣性也高.５.退讓性鑄件冷卻收縮時.砂型和型芯可被壓縮的性能稱退讓性.砂型和型芯退讓性不好.使鑄件收縮時受到阻力增大.容易造成變形和裂紋.減少型砂中黏土量.使用特殊黏結(jié)劑或附加物(如木屑).可以提高砂型和型芯的退讓性.型芯是芯砂制作的.由于型芯置于鑄型型腔內(nèi)部.澆注后被高溫液態(tài)金屬所包圍.故芯砂對上述性能要求更高.上一頁下一頁返回第二節(jié)砂型鑄造

(二)造型材料的配制為了使型砂和芯砂具有合適的性能.就需要進行配制.配制用的原材料種類較多.但最常用的有以下幾種.１.原砂原砂多為天然砂.質(zhì)量高的原砂要求含石英量高.粒度均勻.圓形.含雜質(zhì)少.所以.并非任何天然砂都能用于鑄造.２.黏結(jié)劑一般為黏土、膨潤土.有時為了提高型砂和芯砂的強度、透氣性和退讓性.對復雜的鑄型也常采用特殊黏結(jié)劑.常用的有桐油、紙漿廢液、糖漿、水玻璃等.上一頁下一頁返回第二節(jié)砂型鑄造

３.特殊附加物為了提高造型材料的某些性能而附加的物質(zhì).如:加木屑增加砂型的透氣性和退讓性?加煤粉防止黏砂.(三)涂料液態(tài)金屬如直接接觸砂型和型芯表面.很容易產(chǎn)生黏砂.為了提高砂的耐火性.增加鑄件表面光滑度.通常在砂型和型芯表面涂刷一層涂料.鑄鐵件涂石墨水漿.鑄鋼件涂石英粉漿.三、造型方法在實際生產(chǎn)中.由于鑄件的尺寸、形狀、鑄造合金、產(chǎn)品的批量等條件不一.就要有相適應的各種造型方法.常用的方法有砂箱造型、地坑造型、刮板造型和機器造型.上一頁下一頁返回第二節(jié)砂型鑄造

四、造型芯及合箱１.造芯型芯是放置在砂型內(nèi)腔的.四周受液體金屬包圍.所以對型芯性能如強度、透氣性、耐火性、退讓性等要求較高.在制造型芯時.除采用合適的型芯砂外.還需要采取其他措施.如為了提高型芯強度.在型芯中間安置芯骨.小的芯骨可用鐵絲彎扎制成.大的芯骨是用鑄鐵澆注成的.２.合箱把砂箱、型芯裝配起來.成為一個完整的鑄型.此工序稱為合箱.合箱一般是由２~３只砂箱和１~２只型芯裝配成.但大型鑄件.如機座等就可能用５~６只砂箱和十余只型芯裝配起來.上一頁下一頁返回第二節(jié)砂型鑄造

合箱后要保證鑄型型腔幾何形狀和尺寸準確不變.型芯要穩(wěn)固.砂箱之間要扣緊.在上箱上面要放壓鐵或用螺栓緊固.以防澆注時受液體金屬的浮力造成抬箱和漏鐵液等事故.在自動化造型線上.合箱工作是由合箱機自動完成的.五、鑄鐵的熔煉熔煉鑄鐵所用的設備.主要是沖天爐.熔煉鑄鐵的爐料有金屬料、燃料和熔劑.１.金屬料包括鑄造生鐵錠、回爐料(澆冒口、廢鑄件)、廢鐵、廢鋼和少量鐵合金(硅鐵、錳鐵等).上一頁下一頁返回第二節(jié)砂型鑄造

２.燃料熔煉鑄鐵所用的燃料.主要是焦炭.焦炭的發(fā)熱量高.灰分少.在高溫下仍具有較好的強度.是沖天爐最好的一種燃料.３.熔劑在沖天爐熔煉過程中.燃料燃燒后的灰分、金屬氧化物(金屬料的燒損)以及其他夾雜物(砂子、爐襯的浸蝕物)都生成熔渣.熔劑的作用是使爐渣稀釋.并具有較好的流動性.便于排除.以保證鐵水質(zhì)量和熔煉的正常進行.為此.在沖天爐中每加一層金屬料和燃料時.要加一定數(shù)量的熔劑.常用的熔劑有石灰石、白云石和螢石等.上一頁下一頁返回第二節(jié)砂型鑄造

六、澆注和鑄件的落砂及清理(一)砂型的澆注將液體金屬澆入鑄型的過程稱為澆注.正確地進行澆注.對保證鑄件質(zhì)量和安全生產(chǎn)都是非常重要的.為了保證鑄件質(zhì)量.澆注時必須注意澆注溫度和澆注速度.１.澆注溫度澆注溫度的高低.對鑄件的質(zhì)量影響很大.溫度過低.金屬液體的流動性差.容易澆不足而產(chǎn)生冷隔現(xiàn)象.溫度高.金屬液體的流動性好.易于充填鑄型.這對于薄壁、形狀復雜的鑄件.尤其重要?同時.也有利于熔渣的排除.從而可減少鑄件夾渣等缺陷.上一頁下一頁返回第二節(jié)砂型鑄造

但是.澆注溫度過高.會使鑄件產(chǎn)生氣孔和縮孔、力學性能下降等缺陷.要控制澆注溫度.主要是根據(jù)鑄件的壁厚、形狀復雜程度及鑄造金屬液體的流動性等來確定.為了保證鑄件質(zhì)量.一般鐵水的出爐溫度應盡可能高一些.以利于熔渣上浮.但在澆注時.則應在保證鐵水有足夠流動性的條件下.盡可能低一些.以免產(chǎn)生縮孔、氣孔和晶粒粗大等缺陷.２.澆注速度澆注速度快.容易充滿鑄型.但澆注速度太快.對鑄型沖擊力大.易發(fā)生沖砂.在實際生產(chǎn)中.薄壁鑄件應采取快速澆注.厚壁鑄件則應采取慢－快－慢的原則進行澆注.在澆注過程中應擋好渣.并使鐵水連續(xù)不斷地注入鑄型.使?jié)沧⑾到y(tǒng)一直保持充滿狀態(tài).上一頁下一頁返回第二節(jié)砂型鑄造

(二)鑄件的落砂和清理鑄件從砂型中取出的過程稱為落砂.落砂應注意鑄件溫度和凝固時間.鑄件出箱落砂溫度不得高于５００℃.如果過早落砂會因鑄件尚未凝固而發(fā)生燙傷事故.即使鑄件已凝固.也會使鑄件急冷而產(chǎn)生白口、變形和裂紋等缺陷.鑄件在砂型中冷凝時間與鑄件的大小、質(zhì)量、形狀、壁厚及所用的金屬材料性質(zhì)有關.一般小于１０ｋｇ的鑄件.澆鑄１ｈ左右就可落砂.單件生產(chǎn)用手工落砂.成批大量生產(chǎn)用落砂機落砂.上一頁下一頁返回第二節(jié)砂型鑄造

鑄件的清理包括:去澆冒口、清除型芯及芯骨、清除鑄件表面的黏砂及飛翅、毛刺等.鑄件的清理工作勞動強度大.勞動條件差.單件或小批量鑄件的清理一般是人工清理.在大量生產(chǎn)中現(xiàn)已采用機械化和自動化.上一頁返回第三節(jié)鑄造工藝的基本內(nèi)容進行鑄造生產(chǎn)時.應根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點、技術要求、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)現(xiàn)場條件確定鑄造工藝.鑄造工藝的基本內(nèi)容主要用鑄造工藝圖來表達.所以.鑄造工藝圖是指導鑄工車間生產(chǎn)的基本文件.制訂鑄造工藝主要考慮如下幾個方面的基本內(nèi)容:鑄件澆注位置的選擇與確定、分型面、型芯的形狀和數(shù)量、機械加工余量、起模斜度、鑄造合金收縮率、鑄造圓角以及澆注系統(tǒng)等.圖９－８為氣缸套的零件圖和鑄造工藝圖.下一頁返回第三節(jié)鑄造工藝的基本內(nèi)容

一、澆注位置的選擇與確定澆注位置是指鑄件在澆注時其主要表面在鑄型中所在的位置.一般應按下列原則選擇澆注位置.(１)鑄件的重要加工面、基準面和耐磨面應朝下.因為鑄件在鑄造過程中上表面的缺陷(如砂眼、氣孔、夾渣等)通常比下部多.組織也不如下部致密.如果工藝上確有困難時.應盡量使之位于側(cè)面.當鑄件的重要加工面不在一個方向時.應將較大的面朝下.并對朝上的表面加大加工余量.以保證朝上的表面經(jīng)切削加工后無氣孔、夾渣等缺陷.圖９－９為車床床身的鑄造工藝方案.床身的導軌面是最重要的加工面.不允許有任何表面缺陷.因此.在工藝方案中將導軌面朝下.上一頁下一頁返回第三節(jié)鑄造工藝的基本內(nèi)容

(２)體收縮率大的合金鑄件.應盡量使需要補縮的部分朝上.便于設置明冒口.使之自下而上地順序凝固.防止鑄件產(chǎn)生縮孔.(３)鑄件最寬大的平面應置于朝下(或置于側(cè)面).以防止大平面產(chǎn)生夾渣、氣孔等.如圖９－１０所示.二、分型面的選擇分型面是指上下砂型相互接觸的表面.造型后為了能從砂型中起出模樣.在砂型中安放型芯.必須將砂型分開.因而產(chǎn)生分型面.分型面選擇的好壞對于造型工藝的繁簡和鑄件質(zhì)量有很大影響.一般應根據(jù)下列原則選擇分型面.上一頁下一頁返回第三節(jié)鑄造工藝的基本內(nèi)容

(１)盡量選擇平直面為分型面.數(shù)量要少.避免不必要的活塊和型芯.以簡化模樣的制造及造型工藝.盡量減少分型面數(shù)量.最好只有一個分型面.多一個分型面就增加一些誤差.分型面應選在鑄件最大截面處.以保證在起模時不致?lián)p傷鑄型.并使安裝型芯方便.如圖９－１１所示.(２)盡量使鑄件的主要加工面和加工基準面安放在同一個砂箱里.便于保證鑄件的精度.(３)應使型腔和主要型芯位于下箱.以便于造型.并能方便而穩(wěn)妥地安放主要型芯.也便于檢查鑄件的壁厚.(４)分型面盡量采用平直面.上一頁下一頁返回第三節(jié)鑄造工藝的基本內(nèi)容

三、澆注系統(tǒng)液體金屬流入鑄型型腔的通道稱為澆注系統(tǒng).如圖９－１３所示.它一般由澆口盆、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆口等幾部分組成.澆口盆通常做成漏斗形.用以減少澆注時液體金屬對砂型的沖擊和使熔渣浮于表面.直澆道用以引導液體金屬流入鑄型及改善液體金屬充型能力.一般做成錐形.以便造型.橫澆道是分配液體金屬流入內(nèi)澆口.并有阻止熔渣沉入型腔的作用.常位于內(nèi)澆口之上.其截面多為梯形.上一頁下一頁返回第三節(jié)鑄造工藝的基本內(nèi)容

內(nèi)澆口直接和鑄型型腔相連.為了使液體金屬快而平穩(wěn)地流入型腔.避免沖歪型芯.內(nèi)澆口可沿切線引入液體金屬.或沿型腔周邊均勻分布多個內(nèi)澆口.切忌內(nèi)澆口正對細長型芯.內(nèi)澆口多開在帶型腔的分型面上.為了便于清理.內(nèi)澆口的截面多為扁梯形.有的鑄件還設置冒口以補充液體金屬凝固時的體積收縮.并兼有排除型腔氣體、浮渣及觀察澆注情況等作用.四、工藝參數(shù)的確定１.機械加工余量和最小鑄出孔鑄件加工面上為進行機械加工而加大的尺寸稱為機械加工余量.其大小要根據(jù)鑄件的大小、鑄造合金種類、鑄造方法、鑄件的復雜程度及加工面在鑄型中的位置等來確定.上一頁下一頁返回第三節(jié)鑄造工藝的基本內(nèi)容

２.起模斜度(鑄造斜度)為使模樣(或型芯)易于從鑄型(或芯盒)中取出.需在垂直分型面的壁上做出斜度.通常稱為起模斜度.斜度大小取決于模壁高度、模樣材料和造型方法等因素.垂直壁越高.其斜度越小?外壁的斜度比內(nèi)壁小?機器造型比手工造型的斜度小.通常為３°~１５°.３.鑄造圓角在設計和制造模樣時.壁間的連接處應做成圓弧過渡.稱為鑄造圓角.鑄造圓角可防止鑄件轉(zhuǎn)角處黏砂或由于應力集中而產(chǎn)生裂紋.上一頁下一頁返回第三節(jié)鑄造工藝的基本內(nèi)容

４.收縮余量鑄件冷卻時.由于收縮而引起尺寸減小.因此模樣尺寸應比鑄件尺寸放大一個收縮余量.收縮余量大小與鑄件尺寸和鑄造合金的線收縮率有關.通常灰鑄鐵的收縮率為０.８％~１％.鑄鋼為１.６％~２％.有色合金約為１.５％.５.型芯頭型芯頭是指安放在型芯座里不和金屬接觸的部分型芯.其作用是支撐、定位和排氣.為承受砂芯本身重力及澆鑄時金屬液對它的浮力.型芯頭的形狀和尺寸應該足夠大才不致被破壞.澆注后砂芯產(chǎn)生的氣體應能夠通過型芯頭排至鑄型外.芯頭可分為垂直芯頭和水平芯頭兩類.上一頁返回第四節(jié)鑄造合金一、合金的鑄造性能合金的鑄造性能是指氧化性、吸氣性、流動性、收縮、偏析等.若合金易氧化、吸氣、流動性差、收縮大和偏析嚴重.就很難鑄出合格鑄件.相反.合金的鑄造性能良好.則不需采取特別工藝措施便可獲得合格鑄件.１.流動性液體金屬充滿鑄型的能力稱流動性.如果流動性過低.常常不能把型腔全部充滿.造成鑄件因澆不足而產(chǎn)生冷隔等缺陷而報廢.對于薄壁或外型復雜的鑄件.要求合金具有較高的流動性.下一頁返回第四節(jié)鑄造合金

影響合金流動性的因素很多.主要有合金的化學成分、澆注溫度和鑄型工藝等.鑄鐵中的磷能提高流動性.而硫則降低流動性.鑄型越復雜.型腔狹窄部分越多.對液體金屬流動的阻力也就越大.鑄型材料導熱性越好.合金液體的溫度下降也越快.就會使合金流動性變差.２.收縮液體合金在冷卻凝固過程中.會產(chǎn)生體積和尺寸減小的現(xiàn)象.當液體合金的體積收縮很大時.在鑄件上容易產(chǎn)生縮孔.因此.要設置冒口進行補縮.當固體收縮很大.同時又受到阻礙時.會產(chǎn)生內(nèi)應力.致使鑄件產(chǎn)生變形甚至開裂等缺陷.上一頁下一頁返回第四節(jié)鑄造合金

影響合金收縮的因素很多.主要有合金的化學成分、澆注溫度和鑄型工藝等.具有共晶成分或靠近共晶成分的合金.以及結(jié)晶溫度范圍窄的合金易產(chǎn)生集中縮孔.一般可用設置適當冒口的方法來消除.結(jié)晶溫度范圍寬的合金.易產(chǎn)生分散縮孔和縮松.而且不易防止.澆鑄溫度越高.體積收縮越大.容易產(chǎn)生縮孔.通常在保證足夠流動性的前提下.應降低澆注溫度.鑄型越復雜.型砂和芯砂的退讓性越差.會阻礙收縮.鑄鐵件冷卻速度越快.阻礙鑄件中石墨的析出.能使收縮量增加.上一頁下一頁返回第四節(jié)鑄造合金

３.偏析偏析會嚴重影響鑄件的力學性能和物理化學性能.鑄件中的偏析有枝晶偏析和區(qū)