1、.,鑄造的基本知識(shí)及理論,.,第一節(jié) 鑄造概述 第二節(jié) 鑄造的工藝基礎(chǔ) 第三節(jié) 砂型鑄造 第四節(jié) 特種鑄造,課程大綱,.,金屬的成形方法可分為鑄造、塑性成形（或稱壓力加工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大類。,鑄造是生產(chǎn)金屬零件毛坯的主要工藝方法之一，與其它工藝方法相比，它具有成本低，工藝靈活性大，適合生產(chǎn)不同材料、形狀和重量的鑄件，并適合于批量生產(chǎn)。,第一節(jié) 概 述,但它的缺點(diǎn)是公差較大，易產(chǎn)生 內(nèi)部缺陷。,.,鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。中國(guó)約在公元前1700前1000年之間已進(jìn)入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。中國(guó)商朝的重875公斤的司母戊

2、方鼎，戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的曾侯乙尊盤，西漢的透光鏡，都是古代鑄造的代表產(chǎn)品。,曾侯乙尊盤,司母戊方鼎,.,.,第二節(jié) 鑄造的工藝基礎(chǔ),定義：鑄造是指將熔融態(tài)的金屬（或合金）澆注于特定型腔的鑄型中凝固成形的金屬材料成形方法。,.,.,主要影響因素,鑄造的主要影響因素主要體現(xiàn)在二個(gè)方面：一是影響充型的主要因素和影響凝固收縮的主要因素。,.,金屬的流動(dòng)性：,.,澆注溫度：,.,充型能力：,鑄件的凝固方式：,.,在鑄件凝固過(guò)程中，對(duì)鑄件質(zhì)量影響較大的主要 是固液兩相并存的凝固區(qū)的寬窄。鑄件的“凝固方式”就是依據(jù)凝固區(qū)的寬窄來(lái)劃分的。,.,.,一般認(rèn)為：鑄模的冷卻能力越大，越有利于在結(jié)晶過(guò)程中保持較大的溫度梯度，

3、從而利于柱狀晶區(qū)的發(fā)展。,柱狀晶擇優(yōu)取向，晶界往往容易富集第二相，特別是在兩種位向交叉面是受力的薄弱環(huán)節(jié)，軋制時(shí)容易開裂。,因此，鋼鐵或鎳合金（塑形較差）應(yīng)避免柱狀晶的出現(xiàn)；而有色金屬，有時(shí)要求獲得柱狀晶。,思 考：若要避免柱狀晶的出現(xiàn)，應(yīng)采用哪種凝固方式，并如何實(shí)現(xiàn)？,討 論：,.,鑄件的收縮：,定義：收縮是指合金從澆注、凝固到冷卻至室溫的過(guò) 程中，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象。,.,收縮率： 體積收縮是指單位體積的收縮量（體積收縮率）。 線收縮是指單位長(zhǎng)度上的收縮量（線收縮率）。,.,注意：在鑄模尺寸設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮鑄件的收縮因素。即利 用每種材料特定的收縮率和實(shí)際鑄件的尺寸，來(lái)?yè)Q算成鑄 模型腔的

4、尺寸。,合金的收縮給鑄模的設(shè)計(jì)和鑄件的精密成形等帶來(lái)較大困難，是多數(shù)鑄造缺陷產(chǎn)生的根源。,.,縮孔：,鑄造缺陷,定義：縮孔是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時(shí)，在鑄件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容積較大的孔洞。,產(chǎn)生原因：先凝固區(qū)域堵住液體流動(dòng)的通道，后凝固區(qū)域收縮所縮減的容積得不到補(bǔ)充。,.,疏松：,定義：疏松是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時(shí)，在鑄件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。,.,危害：顯著降低鑄件的機(jī)械性能，造成鑄件滲漏等。,防止措施：采取順序凝固的辦法避免縮孔、疏松的出現(xiàn)。,.,內(nèi)置冷鐵法,外置冷鐵法,.,設(shè)置冒口法,冒口、冷鐵共用法,.,裂紋與變形：,在鑄件的固態(tài)收縮

5、階段會(huì)引起鑄造應(yīng)力。,.,鑄件特殊位置的裂紋示意圖,裂紋的常見(jiàn)部位：,.,裂紋和變形的防止：,以有利于釋放鑄造應(yīng)力為原則； 1、采用正確的鑄造工藝（正確設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、補(bǔ)縮系統(tǒng)等）； 2、鑄件形狀設(shè)計(jì)要求簡(jiǎn)單、對(duì)稱和厚薄均勻； 3、對(duì)鑄件進(jìn)行熱處理。,.,.,第三節(jié) 砂型鑄造,砂型鑄造是指用砂粒制備鑄型來(lái)生產(chǎn)鑄件的鑄造方法?？勺匪莸焦?0004000年，用石頭和金屬型做出銅器。,砂型鑄造概略圖,.,.,澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：,澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道；通常由交口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道等組成。,設(shè)計(jì)原則：確保液態(tài)金屬能夠平穩(wěn) 而合理地充滿型腔。,澆注系統(tǒng)示意圖,.,設(shè)計(jì)原則： 1、

6、冒口的凝固時(shí)間必須大于或等于鑄件被補(bǔ)縮部分的凝固時(shí)間。 2、冒口應(yīng)具有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬液補(bǔ)充鑄件內(nèi)部的體收縮。 3、在鑄件凝固時(shí)，冒口與被補(bǔ)縮部位之間應(yīng)有通暢的補(bǔ)縮通道。 4、為增加鑄件局部冷卻速度，在鑄型局部區(qū)域設(shè)置激冷能力強(qiáng)的材料（如鑄鐵、石墨或鑄鋼等）作為冷鐵。,.,生產(chǎn)準(zhǔn)備：,模型和芯盒的設(shè)計(jì)：,模型的內(nèi)輪廓應(yīng)該與鑄件的外輪廓的形狀相一致，并且在尺寸上比鑄件大出一個(gè)收縮量。,對(duì)于有孔或中空的鑄件，需在模腔中放置型芯來(lái)獲得。型芯的尺寸設(shè)計(jì)也要考慮到收縮量的問(wèn)題。,.,型（芯）砂的制備：,技術(shù)要求：型（芯）砂具有一定的強(qiáng)度、透氣性、退讓性盒潰散性等。,影響因素： 1、造型因

7、素： 主要指砂型 的緊實(shí)程度。 （右圖表示 了幾種常用的壓實(shí)型砂的方法）,.,2、型砂的影響： 1）原砂、粘結(jié)劑和稀釋劑的成分配比；,2）原砂的形狀、粒度狀況 一般認(rèn)為：粒度在小尺寸范圍呈正態(tài)分布，有利于 砂型強(qiáng)度的提高，但透氣性較差。,.,工 藝 過(guò) 程,.,特點(diǎn)及應(yīng)用：,1、不受鑄件材質(zhì)、尺寸、質(zhì)量和生產(chǎn)批量的限制； 2、屬于一次性鑄造成形，造型工作量大； 3、鑄件精度和表面質(zhì)量差； 4、砂型鑄造缺陷多，廢品率高，機(jī)械性能較差； 5、設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。,.,第四節(jié) 特種鑄造,為獲得高質(zhì)量、高精度的鑄件，提高生產(chǎn)率，人們?cè)谏靶丸T造的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造了多種其它的鑄造方法；通常把

8、這些有別于砂型鑄造的其他鑄造方法通稱為特種鑄造。,.,金屬型鑄造：,定義：金屬型鑄造是指利用金屬材料制成鑄型，在重力作用下將熔融金屬澆注到鑄型中制造鑄件的一種鑄造方法，也稱永久型鑄造。,工藝過(guò)程：,.,特點(diǎn)和應(yīng)用： 1、可重復(fù)使用，生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)條件好，但成本高； 2、鑄件精度高，表面粗糙度較低； 3、金屬散熱性能好，晶粒細(xì)化，機(jī)械性能好； 4、不透氣且無(wú)退讓性，易造成鑄件澆不足或開裂。 5、適于生產(chǎn)大批量有色金屬鑄件。,.,工藝過(guò)程：,.,特點(diǎn)和應(yīng)用： 1、鑄件尺寸精度高，表面光潔； 2、可鑄造形狀復(fù)雜零件； 3、工藝過(guò)程復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高； 4、適于鑄造小尺寸的各類合金鑄件，特別是

9、少切削或 無(wú)切削精密鑄件。,應(yīng)用實(shí)例：航空發(fā)動(dòng)機(jī)等軸晶葉片的制備 航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片早期采用變形高溫合金材料，隨著合金材料強(qiáng)度要求的提高，人們采用合金化的方法來(lái)提高強(qiáng)度，效果明顯，但同時(shí)也增加了材料的加工難度。,.,目前，世界各國(guó)等軸晶葉片的生產(chǎn)通常利用真空環(huán)境下的熔模鑄造來(lái)解決這一技術(shù)難題。,.,.,壓力鑄造：,定義：是指將液態(tài)或半液態(tài)合金澆入壓鑄機(jī)的壓室中，使之在高壓和高速下充填型腔，并在高壓下成形結(jié)晶而獲得鑄件的一種鑄造方法。,工藝過(guò)程：,.,大型壓鑄機(jī)及壓鑄模,.,特點(diǎn)和應(yīng)用： 1、澆注時(shí)間短，易于機(jī)械化、自動(dòng)化作業(yè)； 2、鑄型散熱快，晶粒細(xì)化，耐磨、耐蝕性好； 3、鑄件尺寸精度高，表面光

10、潔； 4、凝固速度快，排氣困難，易形成疏松和縮孔； 5、模具成本高，鑄件尺寸受限； 6、適于有色金屬薄壁復(fù)雜鑄件的大批量生產(chǎn)。,.,低壓鑄造：,定義：是指液態(tài)金屬在低的氣體壓力作用下從坩堝中自下而上地充填型腔并凝固而獲得鑄件的一種鑄造方法。,工藝過(guò)程：,.,低壓鑄造火車車輪示意圖,.,特點(diǎn)和應(yīng)用： 1、充型壓力和充型速度易于控制，氣孔、夾渣較少； 2、鑄型散熱快，組織致密，機(jī)械性能好； 3、無(wú)需冒口設(shè)置，金屬利用率高； 4、鑄件尺寸精度高，表面光潔； 5、適于生產(chǎn)質(zhì)量要求高的鋁鎂等有色金屬鑄件。,.,工藝過(guò)程：,.,2、改善金屬的流動(dòng)性，提高了充型能力； 3、簡(jiǎn)化了中空?qǐng)A柱形鑄件的生產(chǎn)過(guò)程； 4、成分偏析嚴(yán)重，尺寸難以控制； 5、特別適于橫截面呈圓柱的鑄件生產(chǎn)。,特點(diǎn)和應(yīng)用： 1、離心力改善了補(bǔ)縮條件，縮孔等缺陷減少；,.,工藝過(guò)程：如右圖所示。,特點(diǎn)和應(yīng)用： 1、冷卻速度快，組織致密， 機(jī)械性能好； 2、工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高； 3、適于橫截面一定的鋼材、 鋁材和鑄鐵管等鑄件的生產(chǎn)。,連續(xù)鑄造工藝過(guò)程示意圖,.,消失模鑄造：,定義：是指用泡沫塑料聚苯乙烯制成帶有澆冒系統(tǒng)的模型，覆上涂料，用干砂造型，不需取模，直接澆注的鑄造生產(chǎn)方法。,工藝過(guò)程：如下圖所示。,.,特點(diǎn)和應(yīng)用： 1、不分型，不起模，工藝簡(jiǎn)化，精度提高； 2、能制造形狀復(fù)雜的鑄件和工藝品；