1、金屬成形方法主要指獲得毛坯/零件的生產(chǎn)加工方法。 工業(yè)上應(yīng)用的主要成形方法（即毛坯/零件生產(chǎn)方法）有：鑄造，壓力加工，焊接等。,材料成形技術(shù),第二章 鑄 造,緒論 鑄造：熔煉金屬，制造鑄型，并將液態(tài)金屬澆入到鑄型中，冷卻凝固后獲得一定形狀鑄件的工藝方法，稱為鑄造。 目前全世界每年鑄件產(chǎn)量約9000萬(wàn)噸,我國(guó)年產(chǎn)鑄件3000萬(wàn)噸,比后10位國(guó)家產(chǎn)量總和還多。 鑄型：砂型或金屬型和砂芯或金屬芯組成的成形工具。 鑄件通常作為毛坯，經(jīng)切削加工后成為零件才能使用，有時(shí)也可直接作為零件使用。,汽車鑄件占鑄鐵產(chǎn)量的25%(車重的50%)例如：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、變速箱殼體、進(jìn)氣歧管、排氣岐管、曲軸、凸輪軸

2、、活塞、車輪輪轂等等。,鑄造在制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。,由于是液態(tài)成形，鑄造可以生產(chǎn)形狀很復(fù)雜的鑄件。,具有復(fù)雜形狀和內(nèi)腔的鋁合金 鑄件（汽車發(fā)動(dòng)機(jī)箱體壓鑄件）,江鈴鑄造廠的Duratorq 4D24發(fā)動(dòng)機(jī)缸體 （灰鐵）,鑄件大小幾乎不受限制，質(zhì)量從幾克到幾百噸，壁厚從1mm到1m以上都可以鑄造。,長(zhǎng)江三峽電站巨型水輪機(jī)的特大型鑄件，大型不銹鋼鑄焊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)輪的直徑為10.44米，葉片最大輪廓尺寸為453749512300毫米，是當(dāng)今世界尺寸最大的混流式轉(zhuǎn)輪，凈重416噸。,可用于鑄造的金屬與合金的種類很多。從原理上講，所有金屬與合金都可以熔化成液體，能夠用于鑄造。但是金屬材料的鑄造性能有差別，實(shí)際

3、生產(chǎn)中主要使用那些容易鑄造的合金，如鑄鐵。 鑄造所用原材料價(jià)格較低，所以鑄件生產(chǎn)成本較低。,砂型鑄造工藝流程,第一節(jié) 鑄造工藝基礎(chǔ),1-1 液態(tài)合金的充型 將液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰，薄而復(fù)雜的鑄件的能力，稱為液態(tài)合金的充型能力。 合金澆注時(shí)，必須要有比較好的充型能力。若合金的充型能力不好，則會(huì)產(chǎn)生澆不到或冷隔等鑄造缺陷，如圖所示。,影響充型能力的主要因素如下：,一、合金的流動(dòng)性 合金的流動(dòng)性，是合金的 鑄造性能之一。 合金的流動(dòng)性越好，充型 能力越強(qiáng)，越便于澆注輪廓 清晰、形狀完整、薄而復(fù)雜 的鑄件。 合金的流動(dòng)性取決于合金 的化學(xué)成分，它與合金相圖 中的結(jié)晶溫度區(qū)間有關(guān)

4、。 結(jié)晶溫度區(qū)間小，合金的 流動(dòng)性好。 液固兩相區(qū)域，流動(dòng)粘度、阻力大。 共晶成分具有最好的流動(dòng)性。 灰鑄鐵流動(dòng)性好，鑄鋼流動(dòng)性最差。,合金流動(dòng)性： 澆注螺旋形試樣長(zhǎng)度 衡量。,二、澆注條件,澆注條件澆注溫度和澆注速度。 澆注溫度：澆注時(shí)，液態(tài)合金所處的溫度為澆注溫度。 合金的充型能力隨著澆注溫度的升高而明顯增強(qiáng)。 但澆注溫度如果過(guò)高，由于液態(tài)合金吸氣增多、氧化嚴(yán)重，鑄件易出現(xiàn)縮孔、縮松、氣孔、夾雜等缺陷。 選擇澆注溫度原則：在保證合金能充滿鑄型的前提下，澆注溫度越低越好。 流動(dòng)壓力越大，流動(dòng)速度越快，充型能力越好。 三、鑄型條件（鑄型導(dǎo)熱能力、鑄型流動(dòng)阻力） 鑄型導(dǎo)熱能力差，散熱慢，則合金保

5、持在液態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)，充型能力好。 加高直澆口、擴(kuò)大澆口截面積、安置出氣口，則可提高液態(tài)合金的充型能力。 此外，零件壁厚小、復(fù)雜程度高，充型能力降低。,1-2 鑄件的凝固,一、鑄件的凝固 鑄型中的合金從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程，稱為鑄件的凝固，或稱一次結(jié)晶。 鑄件凝固過(guò)程中，一般存在著固相區(qū)、凝固區(qū)和液相區(qū)三個(gè)區(qū)域，其中凝固區(qū)是液相與固相共存的區(qū)域，凝固區(qū)的大小對(duì)鑄件質(zhì)量影響較大，按照凝固區(qū)寬窄，分為逐層凝固、中間凝固和體積凝固三種凝固方式，如圖2-2所示。,1逐層凝固 純金屬和共晶成分合金在恒溫下結(jié)晶，凝固過(guò)程中鑄件截面上的凝固區(qū)域的寬度為零，截面上固液兩相界面分明，隨著溫度的下降，固相區(qū)不斷增大，

6、逐漸到達(dá)鑄件中心，如圖2-2(a)所示。 2中間凝固 金屬的結(jié)晶溫度范圍較窄，或結(jié)晶溫度范圍雖寬，但鑄件截面溫度梯度大，鑄件截面上的凝固區(qū)域?qū)挾冉橛谥饘幽膛c體積凝固之間，如圖2-2(b)所示。 3體積凝固 當(dāng)合金的結(jié)晶溫度范圍很寬，或因鑄件截面溫度梯度很小，鑄件凝固時(shí)，其液固共存凝固區(qū)很寬，甚至貫穿整個(gè)鑄件截面，如圖2-2(c)所示。 影響鑄件凝固方式主要因素是合金的結(jié)晶溫度范圍（取決于合金化學(xué)成分）和鑄件的溫度梯度。 合金結(jié)晶溫度范圍越小，凝固區(qū)域越窄，越傾向于逐層凝固。 當(dāng)合金成分一定時(shí)，凝固方式取決于鑄件截面上的溫度梯度，溫度梯度越大，對(duì)應(yīng)凝固區(qū)域越窄，越趨向于逐層凝固。,1-3 鑄件

7、的收縮收縮是體積和尺寸減小的現(xiàn)象，是合金的鑄造性能之一。,一、合金收縮的三個(gè)階段 液態(tài)收縮 從澆注溫度冷卻到液相線溫度產(chǎn)生的收縮； 凝固收縮 從液相線溫度冷卻到固相線溫度產(chǎn)生的收縮； 固態(tài)收縮 從固相線溫度冷卻到室溫的收縮。 合金的液態(tài)收縮和凝固收縮表現(xiàn)為型腔內(nèi)液面的降低，通常用體收縮率來(lái)表示，它們是鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷的基本原因。 合金的固態(tài)收縮表現(xiàn)為鑄件尺寸的縮小，通常用線收縮率來(lái)表示。固態(tài)收縮是鑄件產(chǎn)生應(yīng)力、裂紋和變形等缺陷的主要原因。 合金結(jié)晶溫度區(qū)間越大，凝固收縮越大。 鑄鋼的收縮率大于鑄鐵。,二、鑄件中的縮孔與縮松由液態(tài)收縮和凝固收縮造成,1縮孔與縮松的形成 （1）縮孔 縮孔是在

8、鑄件最后凝固部位容積 大而集中的孔洞，呈倒圓錐形， 內(nèi)表面粗糙。 （2）縮松 細(xì)小而分散的縮孔稱為縮松?？s松 常分布在鑄件厚大部位、冒口根部 和內(nèi)澆口附近?？s松的分布面積比 縮孔大得多。,合金的收縮率是一定的。結(jié)晶溫度范圍小的合金，縮孔傾向大，而形成縮松傾向??；結(jié)晶溫度范圍大的合金縮孔傾向小，但縮松傾向大?？s孔形成在鑄件最后凝固的部位。縮松難以完全避免，一般鑄件多不作為缺陷。但是，氣密性、機(jī)械性能、物理化學(xué)性能高的鑄件必須設(shè)法減少。,2縮孔與縮松的防止,順序凝固：通過(guò)采用冒口和冷鐵，使鑄件遠(yuǎn)離冒口的部位最先凝固，然后是靠近冒口的部分凝固，最后冒口本身凝固，將收縮的體積轉(zhuǎn)移到冒口中去。 冒口的作

9、用：補(bǔ)縮。冒口為鑄件的多余部份，在鑄件清理時(shí)予以切除。 冷鐵作用：加快鑄件局部的冷卻速度，以控制鑄件的凝固順序。但冷鐵本身不起補(bǔ)縮作用。冷鐵通常用鋼或鑄鐵制造。,順序凝固的優(yōu)點(diǎn)： 可有效地防止縮孔和縮松。 缺點(diǎn)： 1、耗費(fèi)許多合金。 2、增加造型工時(shí)，加大了鑄件成本。 3、順序凝固擴(kuò)大了鑄件各部分的溫度差，熱應(yīng)力大，促進(jìn)了鑄件產(chǎn)生應(yīng)力、變形和裂紋傾向。,三、鑄造應(yīng)力、變形和裂紋,1、鑄造應(yīng)力 鑄件凝固后，冷卻收縮，受到阻礙，內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。 應(yīng)力大于屈服強(qiáng)度變形； 應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度裂紋。 類型：熱應(yīng)力、收縮應(yīng)力（機(jī)械應(yīng)力）。 （1）熱應(yīng)力：熱應(yīng)力是由于鑄件壁厚不均勻，各部分冷卻速度不同，致使在同

10、一時(shí)期內(nèi)鑄件各部分收縮不一致所引起。 熱應(yīng)力的形成過(guò)程：金屬在不同溫度的兩種力學(xué)狀態(tài) 塑性狀態(tài)：應(yīng)力使金屬產(chǎn)生塑性變形而應(yīng)力消失 彈性狀態(tài)：應(yīng)力使金屬產(chǎn)生彈性變形而保持應(yīng)力 臨界溫度T臨：金屬塑性、彈性狀態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度 鋼和鑄鐵 620650 ,1）t0t1，桿II桿I，塑性變形，應(yīng)力消失； 2）t1t2，桿II受拉，桿I受壓，桿I塑性變形，應(yīng)力消失； 3）t2t3，桿I收縮大，桿II收縮??；桿II受壓，桿I受拉。,結(jié)論：熱應(yīng)力使鑄件厚壁或心部受拉，薄壁或表層受壓。 固態(tài)收縮率越高，壁厚越大，熱應(yīng)力越大。 防止熱應(yīng)力的方法： 減小各部分的溫度差，均勻冷卻。 1、鑄造工藝：采用同時(shí)凝固。 同時(shí)凝固

11、：通過(guò)采用厚壁處加冷鐵、澆注位置在薄壁處等方法，使鑄件各部分均勻冷卻。 同時(shí)凝固的優(yōu)點(diǎn)：防止鑄件產(chǎn)生熱應(yīng)力。 缺點(diǎn)：增大了鑄件產(chǎn)生縮孔的傾向性。 理想溫度分布曲線 收縮大的合金，壁厚大、氣密性高 的鑄件，應(yīng)采用順序凝固。 氣密性高的鑄件，應(yīng)選用結(jié)晶溫度區(qū)間小的合金，防止縮松。 收縮小、壁厚均勻的薄壁鑄件，應(yīng)采用同時(shí)凝固。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，可以組合使用。,（2）機(jī)械（收縮）應(yīng)力 它是鑄件固態(tài)收縮時(shí)受到鑄型和型芯的阻礙所產(chǎn)生的應(yīng)力。 在砂型鑄造中，通過(guò)提高砂型和砂芯的退讓性，可以減小機(jī)械應(yīng)力。 機(jī)械（收縮）應(yīng)力是暫時(shí)的，鑄件經(jīng)落砂后可自行消除。但它可與熱應(yīng)力共同起作用，增大某些部位的應(yīng)力，促進(jìn)鑄件

12、的裂紋傾向。,2鑄件的變形和防止鑄件變形的一般規(guī)律：厚的部位呈內(nèi)凹，薄的部分呈外凸。防止鑄件變形的方法：1）鑄件壁厚設(shè)計(jì)盡量均勻；2）采用合理的鑄造工藝，如順序凝固、同時(shí)凝固；3）除合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)外，在工藝上可采用反變形法。4）不允許發(fā)生變形的鑄件，要去應(yīng)力退火。,3鑄件的裂紋與防止當(dāng)鑄件的內(nèi)部應(yīng)力超過(guò)金屬抗拉強(qiáng)度時(shí)，鑄件便產(chǎn)生裂紋。,熱裂紋是在固相線附近形成的裂紋。 其形狀特征是，裂紋短、縫隙寬形狀曲折，縫內(nèi)表面呈氧化顏色。 主要在厚薄不均的連接處或拐角處。 防止熱裂紋的方法：正確設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)；應(yīng)合理地選用型砂和芯砂的粘結(jié)劑，以改善其退讓性。嚴(yán)格限制鋼和鑄鐵中硫的含量。 冷裂紋是低溫下形成

13、的裂紋。 裂紋的形狀特征是：裂紋細(xì)小、呈連續(xù)直線，有時(shí)縫內(nèi)呈輕微氧化色。 冷裂常出現(xiàn)在復(fù)雜鑄件受拉應(yīng)力的部位，應(yīng)力集中處。 鋼中磷含量越高，越容易產(chǎn)生冷裂紋。,1-4 鑄件中的氣孔 氣孔：氣體在鑄件形成的孔洞。 破壞鑄件完整性，引起應(yīng)力集中，降低鑄件強(qiáng)度和氣密性。 根據(jù)氣體的來(lái)源，可分為析出氣孔、侵入氣孔和反應(yīng)氣孔。 一、析出氣孔 液態(tài)合金在冷卻、凝固過(guò)程中，因氣體溶解度下降，析出的氣體來(lái)不及排除，而在鑄件中形成的氣孔，稱為析出氣孔。 析出氣孔的特征多為分散小圓孔，表面光亮，直徑為0.52.0mm，或者更大，分布較廣，有時(shí)遍及整個(gè)鑄件截面，均勻分布。 防止方法：降低澆注溫度。,二、侵入氣孔 是

14、由于鑄型表面層聚集的氣體侵入液態(tài)合金而形成的氣孔。 鑄型材料的水分、粘結(jié)劑、附加物。氣化或燃燒形成的氣體。 侵入氣孔的特征是多位于鑄件局部表面附近，尺寸較大，呈橢圓形或梨形。 防止方法：降低型砂、芯砂的發(fā)氣量和提高鑄型的排氣能力。 三、反應(yīng)氣孔 液態(tài)合金與鑄型、冷鐵、芯撐或熔渣之間，因化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體而形成的氣孔，稱為反應(yīng)氣孔。 反應(yīng)氣孔多分布在鑄件表層下1-2毫米處，呈皮下氣孔。,第三節(jié) 鑄造方法3-1 砂型鑄造,模樣+芯盒，配制型砂、芯砂，作砂型、砂芯， 裝配鑄型，澆注鑄件。,二、造型用模樣和型砂制造砂型的過(guò)程，稱為造型。 造型是砂型鑄造的最基本工序，它可分為手工造型和機(jī)器造型兩大類。 1

15、手工造型 用于單件、小批量生產(chǎn) 手工造型方法，根據(jù)鑄件的形狀特點(diǎn)選擇 1）整模造型 2）分模造型 3）活塊造型 4）三箱造型 5）挖砂造型,機(jī)器造型是指緊砂和起?？吭煨蜋C(jī)來(lái)完成的造型方法。 機(jī)器造型使用模板。模板是鑄件模樣、澆注系統(tǒng)模樣和模底板的組合體，模樣形成型腔，模底板形成分型面。模板通常是單面的，上模板固定在一臺(tái)造型機(jī)的工作臺(tái)上，造上型，下模板固定在另一臺(tái)造型機(jī)的工作臺(tái)上，造下型。,2機(jī)器造型,機(jī)器造型的優(yōu)點(diǎn)： 1、鑄件尺寸精度高、表面粗糙度低。 2、生產(chǎn)率高。3、勞動(dòng)條件好。 工藝特點(diǎn)： 1、機(jī)器造型只適于兩箱造型。 2、用外砂芯解決鑄件在垂直于分型面方向上凸臺(tái)、耳子、筋條或凹槽妨礙起

16、模的問(wèn)題。 3、機(jī)器造型適用于成批和大量生產(chǎn)，它是現(xiàn)代化鑄造生產(chǎn)的基本方式。,第四節(jié) 鑄造工藝圖的制定鑄造工藝圖是指導(dǎo)模樣、芯盒和鑄型制造，生產(chǎn)準(zhǔn)備以及鑄件驗(yàn)收的基本工藝文件。,一、澆注位置與分型面的選擇 1澆注位置的選擇 澆注位置是指澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的位置。 選擇澆注位置的目的是為了保證鑄件質(zhì)量。 澆注位置的選擇原則如下： （1）重要加工面或主要工作面應(yīng)處于鑄型的底面或側(cè)面。避免出現(xiàn)氣孔、砂眼、夾雜等缺陷 （2）鑄件的大平面應(yīng)處于鑄型的底面。大平面朝上通常容易出現(xiàn)夾砂缺陷。,床身導(dǎo)軌是主要工作面，又是重要加工面， 不允許有明顯鑄造缺陷。 合理位置：鑄型的底面。,圓周表面是主要工作面，又

17、是重要加工面。 平澆上側(cè)圓周表面的質(zhì)量難以保證。 合理位置： 立澆所有的圓周表面處于側(cè)立，質(zhì)量一致。,型腔上表面在液體金屬烘烤下，易拱起或開裂。 液體進(jìn)入表層裂縫，形成夾砂。 合理位置： 大平面朝下放置。,2分型面的選擇選擇分型面的目的是為了簡(jiǎn)化造型工藝,分型面是上型和下型的接觸面。 分型面的選擇原則如下： （1）盡量將鑄件全部或大部放在同一半鑄型內(nèi)，因?yàn)榉中兔鎿p害了鑄件精度。 （2）盡量使分型面呈平面。 （3）盡量減少分型面的數(shù)目。 選擇澆注位置和分型面的原則，對(duì)于某個(gè)具體鑄件來(lái)說(shuō)，往往難以全面顧及，有時(shí)甚至相互矛盾。因此，需要提出幾種方案，抓住主要矛盾，進(jìn)行分析比較。 對(duì)質(zhì)量要求高的鑄件應(yīng)

18、優(yōu)先滿足澆注位置的要求， 對(duì)質(zhì)量要求不高或外形復(fù)雜，生產(chǎn)批量又不大的鑄件，應(yīng)優(yōu)先考慮分型面。,a 管子堵頭 b A、鑄件分別在鑄型兩側(cè)，如錯(cuò)箱，機(jī)加困難。 B、鑄件同在鑄型一側(cè)， 可以保證尺寸精度。,支座 A、分型面階梯面挖砂造型； B、平面兩箱造型。,I、3個(gè)分型面四箱造型； II、2個(gè)分型面三箱造型； III、1個(gè)分型面兩箱造型。,二、工藝參數(shù)的選擇,1加工余量 加工余量是指鑄件上供機(jī)械加工時(shí)切除的金屬層厚度。 過(guò)大浪費(fèi)材料、工時(shí)； 過(guò)小不能保證尺寸精度。 可以參照設(shè)計(jì)手冊(cè)圖表確定。 2起模斜度 起模斜度是垂直于分型面的加工表面上的附加斜度。 起模斜度是為易于起模而設(shè)置的，絕非零件結(jié)構(gòu)所需

19、要。 經(jīng)過(guò)機(jī)加，起模斜度、機(jī)加余量都被切除。 起模斜度的大小取決于造型方法、模樣材料、垂直壁的高度等因素，通常為153。 機(jī)器造型比手工造型斜度小，金屬模比木模斜度小，垂直壁越高斜度越小。 起模斜度結(jié)構(gòu)斜度,3鑄孔 大孔應(yīng)鑄出，可以節(jié)約原材料和工時(shí)；避免熱節(jié)。 小孔不鑄出，機(jī)械加工更為經(jīng)濟(jì)。 最小鑄孔 最小鑄孔孔徑指的是毛坯孔徑。 當(dāng)孔徑小于最小鑄孔孔徑時(shí)，這個(gè)孔就不鑄出來(lái)，而機(jī)械加工出來(lái)。 灰鑄鐵件的最小鑄孔推薦如下：?jiǎn)渭?、小批生產(chǎn)3050mm，成批生產(chǎn)1530mm，大量生產(chǎn)1215mm。 4收縮率 鑄件在凝固和冷卻過(guò)程中，它的各部分尺寸一般都要縮小，鑄件尺寸縮小的百分率就是收縮率，制造模樣

20、或芯盒時(shí)要按確定的收縮率，將模樣或芯盒放大一些，以保證冷卻后的鑄件尺寸符合要求。 收縮率的大小，隨合金種類、鑄件結(jié)構(gòu)而不同，通常，灰鑄鐵為0.71.0，鑄鋼為1.52.0，有色合金為1.01.5。,（2）芯頭 砂芯是由形成鑄件輪廓的主體芯和芯頭組成的。芯頭是為砂芯在鑄型中定位、安放、排氣和從鑄件中清除砂芯而采取的工藝措施。,芯頭可分為垂直芯頭和水平芯頭兩大類。 垂直芯頭一般有上芯頭、下芯頭，芯頭必須有一定的斜度。以便于合箱。 水平芯頭，為了便于合箱，鑄型上芯座的端部也應(yīng)留出一定的斜度。,三、零件的鑄造工藝圖的制定及鑄件圖舉例首先應(yīng)綜合考慮澆注位置和分型面的確定，然后確定：1、加工余量；2、起模

21、斜度；3、砂芯部位，4、孔、槽處理；要畫出砂芯的位置、形狀和芯頭。襯套零件圖，HT200，批量生產(chǎn)。,1、水平放置： 優(yōu)點(diǎn)： 造型簡(jiǎn)單， 下芯方便； 缺點(diǎn)： 上下鑄造質(zhì)量不一致，易錯(cuò)箱；,2、垂直放置： 優(yōu)點(diǎn)： 質(zhì)量一致， 造型比較簡(jiǎn)單。,? 澆注位置 ? 分型面,1機(jī)加余量 2起模斜度 3砂芯 4孔槽處理,1如圖4-1所示的零件采用砂型鑄造生產(chǎn)毛坯。與圖中所示的、分型方案相適應(yīng)的造型方法分別為（ C ）、（ D ）、（ B ）、（ B ）。其中較合理的分型方案是（ ）。 A整模造型；B分模造型；C活塊造型；D挖砂造型； E三箱造型。,2如圖4-2所示的具有大平面鑄件的幾種分型面和澆注位置方案

22、中，合理的是（ A ）。,4-2 應(yīng)用題 1繩輪（圖4-3），材料為HT200，批量生產(chǎn)。繪制零件的鑄造工藝圖。,2襯套（圖4-4），材料為HT200，批量生產(chǎn)。繪制零件的鑄造工藝圖，并在用雙點(diǎn)劃線繪制的零件輪廓圖上定性畫出模型圖和鑄件圖。,熔模鑄造 蠟?zāi)Ｏ蚪饘倌改Ｖ凶⑸涫炛圃煜災(zāi)?。蠟?zāi)２牧贤ǔＳ墒灪陀仓嶂?成，熔點(diǎn)為5457。 制造蠟?zāi)＝M，將單個(gè)蠟?zāi)：冈谝粋€(gè)直澆口模棒上，制成蠟?zāi)＝M。 制造鑄型按浸掛涂料（水玻璃+石英粉）噴石英砂硬化（氯化銨 水溶液）這個(gè)順序重復(fù)46次，直到結(jié)成510mm厚的硬殼為止。,脫模：蠟?zāi)＝M浸泡在熱水槽中，蠟?zāi)＝M熔化，得到型殼，即沒有分型面的鑄 型。蠟?zāi)＝M用熔化

23、法脫出，所以得名為熔模鑄造。 造型：將型殼焙燒，焙燒溫度為850950。去除型殼中的水分、殘余蠟料和 雜質(zhì)，提高型殼強(qiáng)度。 澆注：為了提高液態(tài)金屬的充型能力，在焙燒后趁熱（600700）進(jìn)行澆注。 落砂和清理：凝固冷卻后破碎型殼，取出鑄件，去掉澆口，清理鑄件上殘留 的耐火材料。,二、熔模鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍,1、鑄型沒有分型面，不需要砂芯，型腔表面極為光潔。 2、熔模鑄件的表面質(zhì)量好于砂型鑄件，尺寸精度達(dá)IT1114，表面粗糙度達(dá)Ra25Ra3.2，加工余量?jī)H為0.20.7mm。 3、為保證尺寸精度，防止蠟?zāi)Ｗ冃?，熔模鑄件一般不超過(guò)25kg。 4、熔模鑄造適于鑄造各種合金，尤其在鑄造高熔點(diǎn)合金

24、和難切削加工合金時(shí)，可充分發(fā)揮其優(yōu)越性。 5、熔模鑄造時(shí)，液態(tài)金屬充填熱的鑄型，因此，熔模鑄造可以鑄造薄壁、形狀復(fù)雜的鑄件，最小壁厚為0.7mm。 6、熔模鑄造適于成批、大量生產(chǎn)，也可用于單件生產(chǎn)。但以前者為主。它主要用于制造汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和葉輪，切削刀具成型銑刀和大直徑鉆頭以及汽車、拖拉機(jī)上的一些小零件等。,6-2 金屬型鑄造一、金屬鑄型,在重力作用下填充金屬鑄型。 金屬型和金屬芯用鑄鐵或鋼制 成。金屬型可反復(fù)多次使用 （幾百次到幾千次），所以金 屬型鑄造又叫永久型鑄造。 根據(jù)分型面在空間位置的不 同，金屬型可分為整體式、垂 直分型式、水平分型式 和復(fù)合分型式等幾種。 垂直

25、分型便于設(shè)澆口 和取出鑄件，易于 機(jī)械化生產(chǎn)，應(yīng)用 最廣泛。,二、金屬型鑄造的工藝過(guò)程 1 一定要預(yù)熱 目的：減小液體與金屬型的溫度差，延長(zhǎng)金屬型和金屬芯的使用壽命。 2 噴刷絕熱涂料 噴刷涂料的作用，是減弱液態(tài)金屬對(duì)金屬型和金屬芯表面的熱沖擊和調(diào)節(jié)鑄件的冷卻速度。 目的：延長(zhǎng)金屬型和金屬芯的使用壽命。 3 合型、澆注 澆注溫度比砂型鑄造高2035 4 開型、清理。鑄件在鑄型內(nèi)的停留時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則鑄件出型和抽芯困難，生產(chǎn)工時(shí)增加。,二、金屬型鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍 金屬型與砂型相比，尺寸精度高、表面粗糙度低、 金屬型鑄件的表面質(zhì)量和機(jī)械性能好于砂型鑄件。 金屬型鑄造實(shí)現(xiàn)了“一型多鑄”，便于實(shí)

26、現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)，從而大大提高了生產(chǎn)率。 金屬鑄造的應(yīng)用，因金屬型制造費(fèi)用高、使用壽命有限而受到限制。 這種鑄造方法主要用于非鐵合金。 適用于中、小型鑄件的成批、大量生產(chǎn)。 不適于大型、薄壁鑄件，生產(chǎn)有困難。,6-3 壓力鑄造 液態(tài)金屬在壓力作用下（5150MPa）充填金屬鑄型，并在壓力作用下凝固形成鑄件的方法，稱為壓力鑄造。 一、壓力鑄造的工藝過(guò)程 壓鑄型動(dòng)型、定型和金屬芯 1、預(yù)熱與噴涂料 減輕液體熱沖擊，提高壓鑄型壽命。 2、閉合壓鑄型（金屬鑄型）和注入金屬（定量勺澆注） 3、壓鑄 沖頭（活塞）推動(dòng)液體進(jìn)入型腔。壓力越高，表面質(zhì)量越好。 4、取出鑄件、清理檢驗(yàn),熱壓室壓鑄機(jī),二、壓力

27、鑄造的特點(diǎn)與應(yīng)用范圍壓鑄件的表面質(zhì)量高于其他各種鑄造方法生產(chǎn)的鑄件?？梢澡T造形狀復(fù)雜的薄壁件或鑲嵌件，可直接鑄出小孔、螺紋等。提高了壓鑄件的強(qiáng)度、硬度，如抗拉強(qiáng)度比砂型鑄件高2530。壓力鑄造的生產(chǎn)率比其它鑄造方法都高，最高可達(dá)500次小時(shí)。液態(tài)金屬充型速度極高，約為0.550ms，型腔內(nèi)的氣體來(lái)不及排出，致使鑄件內(nèi)常有氣孔，因此，壓鑄件不進(jìn)行熱處理。壓鑄型制造費(fèi)用很高，使用壽命有限而受到限制。適于在成批、大量生產(chǎn)中制造低熔點(diǎn)非鐵合金的小型鑄件。,6-4 離心鑄造液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使其在離心力的作用下充填鑄型和凝固，這種形成鑄件的方法稱為離心鑄造。,一、離心鑄造的種類 離心鑄造使用

28、的鑄型有砂型和金屬型，其中以金屬型應(yīng)用最為廣泛。根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)軸在空間位置的不同，通常有繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的離心鑄造和繞水平軸旋轉(zhuǎn)的離心鑄造。 鑄件內(nèi)腔不用型芯形成，適于生產(chǎn)管類鑄件。,離心鑄造 Centrifugal Casting,定義：將金屬液澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，在離心力作用下充型和凝固的鑄造方法。,鑄件的各部分冷卻速度相同，壁厚均勻。主要用來(lái)生產(chǎn)長(zhǎng)度大于直徑的套、管類鑄件。,臥式離心鑄造機(jī),(1)Processes,金屬液的自由表面在離心力作用下呈拋物面，主要生產(chǎn)高度小于直徑的盤、環(huán)類鑄件。,二、離心鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍,定量澆注，決定鑄件壁厚。 適合于成批大量生產(chǎn)各類鑄造合金環(huán)類、管類制件

29、或雙金屬鑄件。 典型鑄件：鐵管、套筒、缸套、無(wú)縫鋼管等,二、離心鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍,在離心力的作用下，液態(tài)金屬的凝固從外向內(nèi)進(jìn)行，順序凝固，因而鑄件致密，不易產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔、夾雜等缺陷，力學(xué)性能好。 鑄件的外表面質(zhì)量高于內(nèi)表面。液態(tài)金屬中的氣體、熔渣因比重輕均聚集在內(nèi)表面。鑄件內(nèi)表面若需機(jī)械加工，必須增大加工余量。,第2節(jié) 常用合金鑄件的生產(chǎn)2-1 鑄鐵件的生產(chǎn),鑄鐵是碳的含量大于2.11、并含有較多Si、Mn、P、S雜質(zhì)元素的鐵碳合金。 根據(jù)碳的存在形式，鑄鐵分為白口鑄鐵、麻口鑄鐵和灰口鑄鐵。 白口鑄鐵中的碳基本以Fe3C形式存在，斷口呈銀白色，這種鑄鐵硬而脆，難以進(jìn)行切削加工，只能

30、用來(lái)制造非強(qiáng)烈沖擊情況下的抗磨鑄件，工業(yè)很少使用。 麻口鑄鐵中的碳基本以Fe3C+G（石墨）形式存在，斷口呈銀白色中有暗灰點(diǎn)，這種鑄鐵性能與白口鑄鐵基本相同。 灰口鑄鐵中的碳主要以石墨形式存在，這種鑄鐵的斷口呈暗灰色，用來(lái)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)件。 根據(jù)石墨形態(tài)，灰口鑄鐵可分為普通灰口鑄鐵、球墨鑄鐵，可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵等。,一、灰口鑄鐵,1灰口鑄鐵的組織與性能 灰口鑄鐵的組織：由金屬基體和片狀石墨組成。 灰口鑄鐵分類： 1、鐵素體灰口鑄鐵（強(qiáng)度低）； 2、珠光體-鐵素體灰口鑄鐵 （強(qiáng)度中低）； 3、珠光體灰口鑄鐵（強(qiáng)度高）。 灰口鑄鐵的特點(diǎn)： 灰口鑄鐵的抗拉強(qiáng)度低，塑性差。 灰口鑄鐵抗拉強(qiáng)度200MPa，鑄

31、造碳鋼400MPa 。 抗壓強(qiáng)度與鋼接近，適合做承壓件。 原因： 1、片狀石墨的強(qiáng)度極低，嚴(yán)重割裂了金屬基體，減少了基體有效截面積。 2、片狀石墨的尖角造成應(yīng)力集中，極大地降低了鑄鐵的強(qiáng)度。,灰口鑄鐵若干優(yōu)良性能： 1、灰口鑄鐵具有優(yōu)良的加工工藝性能，鑄造性能好。流動(dòng)性好，收縮率小。成分一般在共晶點(diǎn)附近，可以鑄造復(fù)雜、薄壁的鑄件。 2、灰口鑄鐵切削加工性能好，但不能鍛造和沖壓。石墨割裂基體連續(xù)性，切屑容易斷，有利于散熱；并且石墨對(duì)刀具有一定潤(rùn)滑作用。 3、灰口鑄鐵耐磨性好，摩擦面上的石墨脫落后構(gòu)成了大量的顯微凹坑，能起儲(chǔ)存潤(rùn)滑油作用，同時(shí)石墨本身也是一種良好的潤(rùn)滑劑。 4、灰口鑄鐵的減振性好；

32、片狀石墨對(duì)機(jī)械振動(dòng)起緩沖作用，有效地阻止了振動(dòng)能量傳播，常用作承受振動(dòng)的機(jī)架或底座。 5、良好的缺口敏感性，石墨在基體中形成了大量小缺口（微裂紋），因而減少了對(duì)外來(lái)缺口（孔、槽）的敏感性，對(duì)力學(xué)性能影響很小。,2影響灰口鑄鐵組織和性能的因素 灰口鑄鐵的性能取決于組織。要控制灰口鑄鐵的組織和性能，就必須控制石墨化程度。 石墨化是指鑄鐵形成石墨的過(guò)程。 影響石墨化的主要因素：化學(xué)成分和冷卻速度。 （1）化學(xué)成份 C、Si為石墨化元素。碳是形成石墨的元素，硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，碳硅含量越高，析出石墨越多，越粗大，并且使基體中鐵素體增多，珠光體減少。 通常將含硅量折算成相當(dāng)作用的含碳量，折算后的碳

33、總量稱為碳當(dāng)量，即CeWc+1/3Wsi。 調(diào)整鑄鐵碳當(dāng)量，是控制石墨化、組織及性能的基本措施之一。,S、Mn是反石墨化元素。硫不僅阻礙石墨化，并使鑄鐵具有熱脆性。錳也是阻礙石墨化的元素，但它可與硫形成MnS，削弱硫的有害作用。此外錳還可提高滲碳體的穩(wěn)定性，有助于形成珠光體。 磷是對(duì)石墨化影響不顯著的元素。過(guò)多磷可增加灰口鑄鐵的冷脆性。 （2）冷卻速度 影響鑄鐵冷卻速度的主要因素是鑄型材料和鑄件壁厚。 不同鑄型材料散熱能力不一致。冷卻速度快，易產(chǎn)生白口組織；冷卻速度慢，易產(chǎn)生灰口組織。 在同樣的鑄型條件下，鑄件壁厚不同，獲得的鑄鐵組織也不同。 在生產(chǎn)中，鑄件結(jié)構(gòu)已定，因此不能通過(guò)改變鑄件壁厚來(lái)

34、調(diào)整鑄鐵組織，而是根據(jù)鑄件的壁厚選擇適當(dāng)?shù)蔫F水化學(xué)成分。,砂型鑄造時(shí)，鑄件壁厚、化學(xué)成分對(duì)鑄鐵組織的影響1、白口鐵（P+FeC）；2、麻口鐵（P+Fe3C+G）；3、珠光體灰口鐵（P+G）；4、珠光體+鐵素體灰口鐵（P+F+G）；5、鐵素體灰口鐵（ F+G） 目標(biāo)：生產(chǎn)強(qiáng)度高的珠光體灰口鑄鐵 不出現(xiàn)白口、麻口鐵前提下， 化學(xué)成分：盡量降低C、Si含量； 冷卻速度：盡量提高冷卻速度。,應(yīng)用題 1用碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（含碳量）為3.0，硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（含硅量）為2.0的鐵水澆注如圖3-1所示的階梯形鑄件。試問(wèn)在五個(gè)不同厚度截面上各應(yīng)得到何種組織？鐵水成分不變，欲在壁厚40mm的截面上獲得珠光體灰口鑄鐵，需

35、采取什么措施（在圖中表明應(yīng)采取的措施）?,3孕育鑄鐵 孕育處理：向鐵水中加入孕育劑（通常為含硅量75的硅鐵顆粒）。 生產(chǎn)孕育鑄鐵件的條件： 原鐵水成分C、Si含量較低。 這種成分鐵水若不經(jīng)孕育處理 直接澆注，鑄件就會(huì)出現(xiàn)白口 組織。 孕育處理的作用：增加石墨晶核， 細(xì)化片狀石墨，且均勻分布在 基體上。促進(jìn)獲得珠光體基體，防止產(chǎn)生白口組織。 孕育鑄鐵的優(yōu)點(diǎn)： 1、冷卻速度對(duì)其組織和性能的影響甚小，因此，鑄件厚大截面的力學(xué)性能較為均勻。 2、孕育鑄鐵強(qiáng)度、硬度明顯高于普通灰口鑄鐵，適用于靜載荷要求較高強(qiáng)度、高耐磨性或高氣密性鑄件。 3、特別適用于重要的厚大鑄件。,4灰口鑄鐵的牌號(hào)灰口鑄鐵的牌號(hào)以力

36、學(xué)性能來(lái)表示。,HTl00、鐵素體灰鐵 HT150、鐵素體-珠光體灰鐵 HT200、珠光體灰鐵、孕育鑄鐵 HT250、珠光體灰鐵、孕育鑄鐵 HT300、珠光體灰鐵、孕育鑄鐵 HT350、珠光體灰鐵、孕育鑄鐵 其中，“HT”代表灰口鑄鐵，后面的數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值。如HT200，表示以30mm試棒測(cè)出的抗拉強(qiáng)度值b200MPa。,表2-3 不同壁厚灰口鑄鐵件力學(xué)性能參考值及用法舉例,2一批鑄件，經(jīng)生產(chǎn)廠家檢驗(yàn)，力學(xué)性能符合圖紙?zhí)岢龅腍T200的要求。用戶驗(yàn)收時(shí)，在同一鑄件上壁厚為18、26、34mm處分別取樣檢測(cè)。測(cè)得18mm處b194MPa；26mm處b171MPa；34mm處b167MPa

37、。據(jù)此，用戶認(rèn)為該鑄件不合格，理由是： 1）鑄件力學(xué)性能不符合HT200要求； 2）鑄件整體強(qiáng)度不均勻。 試判斷用戶的意見是否正確。為什么鑄件上18mm處的抗拉強(qiáng)度比26、34mm處高？鑄鐵牌號(hào)是否為HT200？ 3用不同成分鐵水分別澆注20mm、30mm、40mm三組試棒，測(cè)得它們的抗拉強(qiáng)度均為200Mpa，試分析各組試棒的牌號(hào)和定性確定C、Si的含量高低，將結(jié)果填入表作21。,二、球墨鑄鐵,鐵水加入球化劑和孕育劑得到的球狀石墨的鑄鐵。 1、球墨鑄鐵的組織、性能 組織：金屬基體上分布著球狀石墨。 球墨鑄鐵種類分為珠光體球墨鑄鐵和鐵素體球墨鑄鐵。 珠光體球墨鑄鐵強(qiáng)度、硬度高，耐磨性好； 鐵素體

38、球墨鑄鐵塑性好，韌性好。,2球墨鑄鐵的生產(chǎn),1、球化處理：向鐵水中加入稀土鎂合金（球化劑）。 球化劑的作用是使石墨呈球狀析出。其中鎂是具有很強(qiáng)球化能力的元素，但球化處理易造成鐵水飛濺，影響人身安全。 我國(guó)應(yīng)用最廣的球化劑是稀土鎂合金，有強(qiáng)烈的脫硫去氣能力，可以細(xì)化組織，改善鑄造性能和鐵水飛濺現(xiàn)象。 2、孕育處理：向鐵水中加入硅鐵合金（孕育劑）顆粒。 孕育劑的作用是促進(jìn)鑄鐵石墨化，防止產(chǎn)生白口，細(xì)化石墨。常用的孕育劑為硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)75硅鐵。 球化鑄鐵的優(yōu)點(diǎn)： 球狀石墨顯著降低石墨割裂基體和應(yīng)力集中的作用。 力學(xué)性能大大超過(guò)灰口鑄鐵，塑性、韌性大大提高，同時(shí)保留了灰口鑄鐵的優(yōu)點(diǎn)。 可以替代可鍛鑄鐵

39、、鑄鋼件和部分鍛件。,2、球墨鑄鐵的牌號(hào),QT400-17鐵素體球墨鑄鐵?！癚T”表示“球鐵”，第一組數(shù)字400為最低抗拉強(qiáng)度400MPa，第二組數(shù)字17為最低延長(zhǎng)率17%。QT600-02 珠光體球墨鑄鐵球墨鑄鐵的鑄造性能比鋼好，但低于灰鐵。 鑄件易于產(chǎn)生縮孔、縮松，常需采用冒口和冷鐵。為了防止鑄型型腔脹大，采用干型或水玻璃砂型，提高鑄型強(qiáng)度。鑄件易于產(chǎn)生反應(yīng)氣孔，需要限制型砂含水量、鐵水含硫量。 多數(shù)球墨鑄鐵件要進(jìn)行熱處理。 球墨鑄鐵常用的熱處理有退火和正火。 退火的目的是獲得鐵素體基體，以提高其塑性和韌性，QT400-17，QT420-10等牌號(hào)球鐵一般都需退火。 正火的目的是獲得珠光體

40、基體，以提高其強(qiáng)度和硬度。QT600-02以上等牌號(hào)球鐵一般都需正火。,三、可鍛鑄鐵,白口鑄鐵高溫石墨化退火獲得。 （滲碳體分解形成石墨）。 1、組織性能 組織： 金屬基體上分布著團(tuán)絮狀石墨。 性能 與灰口鑄鐵相比，可鍛鑄鐵強(qiáng)度高，塑性好，性能略低于球鐵。但它并不能鍛造。 球墨鑄鐵出現(xiàn)前，力學(xué)性能最高。 黑心可鍛鑄鐵：鐵素體+團(tuán)絮狀石墨； 珠光體可鍛鑄鐵：珠光體+團(tuán)絮狀石墨。,2、可鍛鑄鐵的生產(chǎn),1）、首先生產(chǎn)出白口鑄鐵件，（條件：低C、Si含量，冷卻速度要快） 2）、進(jìn)行高溫石墨化退火處理，使組織中的滲碳體轉(zhuǎn)變?yōu)槭?，呈團(tuán)絮狀石墨析出。 可鍛鑄鐵的鑄造性能低于球鐵，由于石墨化退火周期長(zhǎng)，耗費(fèi)

41、能源，目前已基本被球鐵取代。 可鍛鑄鐵的牌號(hào)： KTH300-06，牌號(hào)中的符號(hào)“KTH”表示黑心可鍛鑄鐵； KTZ700-02，“KTZ”表示珠光體可鍛鑄鐵。字母后面兩組數(shù)字的含意與球墨鑄鐵相同。,四、蠕墨鑄鐵 鐵水中加入蠕化劑和孕育劑。 鑄鐵內(nèi)部石墨組織呈蠕蟲狀， 介于片狀和球狀之間， 呈短片狀，端部鈍圓。 性能介于灰口鑄鐵和球墨鑄鐵之間。 RuT420，數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度。 抗拉強(qiáng)度、塑性優(yōu)于灰口鑄鐵，低于球墨鑄鐵。 機(jī)加性能、減振性和鑄造性能接近灰口鑄鐵。 適于制造形狀復(fù)雜、斷面尺寸差別大或工作溫度高的鑄件。,2-2 鑄鋼件的生產(chǎn),一、鑄鋼的類別和性能 按照化學(xué)成分，鑄鋼分為碳素鑄鋼

42、和合金鑄鋼兩大類。其中，碳素鑄鋼應(yīng)用最廣，約占鑄鋼總產(chǎn)量80以上。 鑄鋼的性能：強(qiáng)度高，塑性好。 因此，鑄鋼件常在重載荷或沖擊載荷工況下服役。 鑄鋼的牌號(hào)：ZG 200-400， 牌號(hào)中的“ZG”表示“鑄鋼”，第一組數(shù)字200表示最低的屈服強(qiáng)度為200MPa，第二組數(shù)字400表示最低的抗拉強(qiáng)度為400MPa。,二、鑄鋼的鑄造生產(chǎn)工藝特點(diǎn),1、鋼的澆注溫度高（1500）、采用電爐熔煉。 2、鑄造性能差，收縮大、流動(dòng)性差、易氧化。 3、鑄鋼件用的型砂透氣性、耐火性、強(qiáng)度和退讓性都要好。為此，原砂要采用顆粒大而均勻的人造石英砂。 4、為防止粘砂，鑄型表面還要涂以石英粉等涂料。 5、鑄鋼件都要安置相當(dāng)數(shù)量的冒口，采用順序凝固，防止產(chǎn)生縮孔。 6、鑄鋼件晶粒粗大、組織不均，存在內(nèi)應(yīng)力。通常需要通過(guò)正火、退火熱處理改善鑄鋼的組織和機(jī)械性能，一般選用正火處理。,第五節(jié) 零件的鑄造結(jié)構(gòu)工藝性,零件的鑄造結(jié)構(gòu)工藝性，是指所設(shè)計(jì)的零件在保證使用性能的前提下，獲得合格鑄件的難易程度。 5-1 零件壁厚的設(shè)計(jì) 一、零件的壁厚 最小壁厚 零件非加工表面的最小壁厚，是指液態(tài)合金在一定條件下能夠