【正文】 直接補縮，就可以獲得健全的鑄件。 (1) 使縮松轉(zhuǎn)化為縮孔的方法 縮松轉(zhuǎn)化為縮孔的途徑可從兩方面考慮： 第一， 盡量選擇凝固區(qū)域較窄的合金， 使合金傾向于逐層凝固，從根本上解決縮松的生成條件； 第二，對一些凝固區(qū)域較寬的合金， 可采用增大凝固的溫度梯度辦法 ， 使合金盡可能地趨向于逐層凝固。32鑄件的凝固與收縮 (2) 防止縮孔的方法 要使鑄件在凝固過程中建立良好的補縮條件，主要是通過控制鑄件的凝固方向使之符合 “ 定向凝固原則 ” 。 鑄件的定向凝固原則， 是采用各種措施保證鑄件結(jié)構(gòu)上各部分， 按照遠(yuǎn)離冒口的部分最先凝固，然后朝冒口方向凝固，最后才是冒口本身凝固的次序進行， 亦即使鑄件上遠(yuǎn)離冒口或澆口的部分到冒口或澆口之間建立一個遞增的溫度梯度，如圖 27所示。鑄件按照定向凝固原則進行凝固，能保證縮孔集中在冒口中，獲得致密的鑄件。33鑄件的凝固與收縮定向凝固方式示意圖 定向凝固的優(yōu)點是：冒口補縮作用好，可防止縮孔和縮松，鑄件致密。因此對于凝固收縮大，結(jié)晶溫度范圍較小的合金，常采用定向凝固原則以保證鑄件質(zhì)量。 定向凝固的缺點是： 由于鑄件各部分有溫差，在凝固期間容易產(chǎn)生熱裂，凝固后也容易使鑄件產(chǎn)生應(yīng)力和變形。定向凝固原則需加冒口和補貼（在靠近冒口的鑄件壁上逐漸增加的厚度），工藝出品率低，且切割冒口費工。34圖 27 定向凝固方式示意圖鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋161。 鑄造內(nèi)應(yīng)力l 定義 ：鑄件在凝固后繼續(xù)冷卻時，若在固態(tài)收縮階段受到阻礙，則將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，稱為鑄造內(nèi)應(yīng)力。產(chǎn)生鑄件變形、裂紋等缺陷的主要原因。l 種類 ：按照內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生原因分 熱應(yīng)力和機械應(yīng)力?！　　　?)熱應(yīng)力 鑄造熱應(yīng)力是由于鑄件壁厚有厚薄，冷卻有先后，造成鑄件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表層受壓縮。鑄件的壁厚差別愈大，合金的線收縮率愈高，彈性模量愈大，熱應(yīng)力也就愈大。28 2)機械應(yīng)力 鑄件在固態(tài)收縮時，因受到鑄型、型芯、澆冒口、箱擋等外力阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為機械應(yīng)力，見圖 28。機械應(yīng)力使鑄件產(chǎn)生拉應(yīng)力或切應(yīng)力。 當(dāng)鑄件落砂清理，障礙消除后，這種機械應(yīng)力也隨之消失。 如果在某一瞬間機械應(yīng)力和熱應(yīng)力同時作用超過了鑄件的強度極限時，鑄件將產(chǎn)生裂紋。29鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋 2. 防止應(yīng)力和變形的方法 鑄造熱應(yīng)力是由于鑄件壁厚有大小，冷卻有先后，致使鑄件收縮不一致而形成。防止熱應(yīng)力和變形的方法就是創(chuàng)造一個凝固條件， 保證鑄件結(jié)構(gòu)的溫度盡量均勻一致 。 同時凝固原則 如圖所示，為使鑄件各部分溫度均勻，同時進行凝固， 將內(nèi)澆道設(shè)在薄壁處．使薄壁處鑄型在澆注過程中的升溫較厚壁處高，可補償薄壁處的冷速快的現(xiàn)象。 另外，在厚壁處設(shè)置冷鐵，使厚壁處的冷卻速度加快。鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋圖 28 同時凝固原則示意圖 冷鐵的作用是加快鑄件某處的冷卻速度，以控制或改變鑄件的凝固順序。 2. 防止應(yīng)力和變形的方法 同時凝固原則 為了實現(xiàn)定向凝固，除在鑄件的厚大部位安放冒口外，還可以在鑄件上某些厚大部位增設(shè)冷鐵。如圖所示，由于鑄件上容易產(chǎn)生縮孔的厚大部位即熱節(jié)不止一個，僅靠鑄件頂部的冒口補縮，難以保證鑄件底部厚大部位不出現(xiàn)縮孔。為此，在該處設(shè)置冷鐵，以加快其冷卻速度，使其最先凝固，以實現(xiàn)自下而上的順序凝固。鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋圖 28 冷鐵的應(yīng)用 同時凝固原則的優(yōu)點： 凝固期間不容易產(chǎn)生熱裂，凝固后也不易引起應(yīng)力、變形；由于不用冒口或冒口很小而節(jié)省金屬，簡化工藝、減少工作量。 缺點 是鑄件中心區(qū)域往往有縮松，鑄件不致密 。同時凝固一般用于以下情況：(1)碳硅含量高的灰鑄鐵，其體積收縮較小甚至不收縮，合金本身不易產(chǎn)生縮孔和縮松。(2) 結(jié)晶溫度范圍大，容易產(chǎn)生縮松的合金（如錫青銅），對氣密性要求不高時，可采用同時凝固。36鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋鑄件的變形 : 當(dāng)鑄件厚薄不均時，因冷卻速度不同，各處的溫度不均勻，在鑄件中將產(chǎn)生熱應(yīng)力。 厚的部位受拉伸。薄的部位受壓縮。 這樣處于 ‘ 應(yīng)力屈服 ’的鑄件是不穩(wěn)定的，將通過變形以減少內(nèi)應(yīng)力趨于穩(wěn)定狀態(tài)．因此，鑄件常發(fā)生不同程度的變形，其變形方向則是 受壓縮的部位向外凸．受拉伸的部位向內(nèi)凹。細(xì)而長或大而薄等剛度差的鑄件變形尤為明顯。30鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋圖 211216。 圖為車床床身， 導(dǎo)軌部分較厚，鑄后產(chǎn)生拉應(yīng)力，側(cè)壁較薄，鑄后產(chǎn)生壓應(yīng)力。 變形的結(jié)果，導(dǎo)軌面中心下凹，側(cè)壁凸起。鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋161。 鑄件的變形與防止216。圖為平板形鑄件的變形，平板中心冷卻比四周慢，鑄后產(chǎn)生拉應(yīng)力，而四周產(chǎn)生壓應(yīng)力， 當(dāng)平板上、下面有溫差時，就可能產(chǎn)生撓曲變形。圖 平板形鑄件的變形鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋161。 鑄件的變形與防止216。 圖是皮帶輪的變形。皮帶輪結(jié)構(gòu)特點是輪緣和輪輻比輪轂薄，當(dāng)輪轂進入彈性狀態(tài)時，輪緣和輪輻的溫度比輪轂低，輪轂的繼續(xù)收縮受到輪緣和輪輻的阻礙、輪緣受壓應(yīng)力，輪轂和輪輻受拉應(yīng)力。216。 如圖（ b）所示， P1為輪轂和輪輻把輪緣向里拉的力， P2是鑄型阻礙輪緣收縮的力。216。 結(jié)果有可能把輪緣拉成波浪形。在切削加工時 A處可能會出現(xiàn) 加工余量不足， B處加工后輪緣可能變得過薄。鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋161。 鑄件的變形與防止 鑄件的變形往往使鑄件精度降低，嚴(yán)重時可能使鑄件報廢必須予以防止。 防止：l 設(shè)計鑄件時，力求壁厚均勻、形狀簡單而 對稱 。l 對于細(xì)而長、大而薄等易變形鑄件，可將模樣制成與鑄件變形方向相反的形狀，待鑄件冷卻后變形正好與相反的形狀抵消，稱 “ 反變形法 ” 。對不允許發(fā)生變形的機件必須進行時效處理 —— 自然時效和人工時效鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋161。 鑄件的裂紋與防止 定義： 當(dāng)鑄件內(nèi)應(yīng)力超過合金的強度極限時，鑄件便產(chǎn)生裂紋。按裂紋形成的 溫度范圍 可分為 熱裂和冷裂 。 高溫下形成的裂紋。 特征 : 縫隙寬、形狀曲折、縫內(nèi)呈氧化色。沿晶粒邊界產(chǎn)生和發(fā)展。合金結(jié)晶溫度愈寬，液固兩相區(qū)絕對收縮量愈大，熱裂傾向大；含硫愈高，熱裂傾向大；反之，鑄型退讓性愈好，機械應(yīng)力愈小，熱裂傾向小。 熱裂是鑄鋼件、可鍛鑄鐵件和某些輕合金鑄件生產(chǎn)中最常見的鑄造缺陷之一。 防止此類缺陷的方法一般是使鑄件結(jié)構(gòu)合理（圖），提高鑄型和型芯的退讓性，減小澆，冒口對鑄件收縮的機械阻礙，內(nèi)燒口設(shè)置符合同時凝固方式，此外應(yīng)盡量降低金屬中有害雜質(zhì)硫、磷的含量，減少低熔點化合物，提高金屬的高溫強度。鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋161。 鑄件的裂紋與防止 較低溫下形成的裂紋。 特征 : 裂紋細(xì)小、呈連續(xù)直線狀。常發(fā)生在形狀復(fù)雜工件受拉伸部位、特別是應(yīng)力集中處。 塑性好的合金，冷裂傾向??；反之，脆性大，冷裂傾向大。防止冷裂的措施，消除內(nèi)應(yīng)力，控制含磷量。 冷裂常出現(xiàn)在鑄件受拉應(yīng)力部位，尤其是應(yīng)力集中的地方。 圖是帶輪和飛輪鑄件的冷裂現(xiàn)象。帶輪的輪緣、輪輻比輪轂薄，冷卻速度較快，比輪轂先收縮，并對輪轂施加壓力，輪轂產(chǎn)生塑性變形。但當(dāng)輪轂溫度冷至較低溫度進行收縮時，卻受到先已冷卻的輪緣的阻礙，輪輻中就會產(chǎn)生拉應(yīng)力，拉應(yīng)力過大時輪轂發(fā)生斷裂，形成冷裂。飛輪的輪緣較厚．輪輻和輪轂較薄，易在輪緣中產(chǎn)生拉應(yīng)力引起冷裂。作業(yè) :P48: (2),(4),(5), (6),(7), (8).第三章 砂型鑄造鑄造方法可分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類 砂型鑄造是將熔化的金屬注入砂型，凝固后獲得鑄件的方法，砂型在取出鑄件后便損壞。所以．砂型鑄造也稱一次型鑄造。砂型鑄造的工序較多，其基本工藝過程如圖所示。 砂型鑄造工藝過程 第三章 砂型鑄造其工藝流程如圖所示砂型鑄造鑄造工藝圖： 在零件圖上用各種工藝符號及參數(shù)表示出鑄造工藝方案的圖形。鑄造工藝圖的作用： 指導(dǎo)模樣（芯盒）設(shè)計、生產(chǎn)設(shè)備、鑄型制造和鑄件檢驗的基本工藝文件鑄造工藝圖所含內(nèi)容（ 9項） 澆注位置，鑄型分型面，型芯的數(shù)量、形狀、尺寸及其固定方法，加工余量，收縮率，澆注系統(tǒng)，起模斜度，冒口和冷鐵的尺寸和布置等。砂型鑄造216。砂型鑄造主要工序包括：型砂、芯砂的制備、造芯、撓注等 造型 用模樣形成 砂 型的內(nèi)腔，在澆注后形成鑄件外部輪廓。它是砂型鑄造的最基本工序，分為手工造型和機器造型兩大類。 型芯 主要用于形成鑄件的內(nèi)腔。澆注時，型芯易受金屬液的沖擊并處于液態(tài)金屬的包圍之中，因此，型芯應(yīng)具有更高的強度、透氣性、耐火性和退讓性，以確保鑄件的質(zhì)量。生產(chǎn)中，通常選用新砂，以桐油、合脂或樹脂等作粘結(jié)劑。型芯需經(jīng)烘干處理，其目的是增加強度和透氣性，減少型芯的發(fā)氣量。 造芯 將芯砂填人芯盒，經(jīng)舂緊、修整等工序后即制成造芯。砂型鑄造161。 造型方法的選擇l 手工造型 用手工或手動工具完成緊砂、起模、修型工序。操作靈活，可按鑄件尺寸、形狀、批量與現(xiàn)場條件靈活選用造型方法，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，效率低，質(zhì)量穩(wěn)定性差，對工人技術(shù)要求高，勞動強度大。l 適用范圍 ：單件、小批量鑄件或難以用造型機械生產(chǎn)的形狀復(fù)雜的大型鑄件。砂型鑄造161。 手工造型 （ 1）整模造型 整模造型過程如圖所示。整模造型的特點是：模樣是整體結(jié)構(gòu)，最大截面在模樣一端為平面；分型面多為平面；操作簡單。 整模造型適用于形狀簡單的鑄件，如盤、蓋類。(a)造下砂型、添砂、舂砂 (b)刮平、翻箱 (c)造上型、扎氣孔、做泥號(d)起箱、起模、開澆口 (e)合型 (f)落砂后帶澆口的鑄件圖 齒輪整模造型過程砂型鑄造161。 手工造型 （ 2）分模造型 分模造型的特點是：模樣是分開的，模樣的分開面（稱為分型面）必須是模樣的最大截面，以利于起模。分模造型過程與整模造型基本相似，不同的是造上型時增加放上模樣和取上半模樣兩個操作。 套筒的分模造型過程如圖所示。分模造型適用于形狀復(fù)雜的鑄件，如套筒、管子和閥體等。 圖 套筒分模造型過程(a)造下型 (b)造上型 (c)開箱、起模 (d)開澆口、下芯 (e)合型 (f)帶澆口的鑄件砂型鑄造161。 手工造型 (3)活塊模造型 模樣上可拆卸或能活動的部分叫活塊。當(dāng)模樣上有妨礙起模的側(cè)面伸出部分 (如小凸臺 )時，常將該部分做成活塊。起模時，先將模樣主體取出，再將留在鑄型內(nèi)的活塊單獨取出，這種方法稱為活塊模造型。 用釘子連接的活塊模造型時 (如圖 )，應(yīng)注意先將活塊四周的型砂塞緊，然后拔出釘子。圖 活塊造型零件圖 鑄件 模樣 (a)造下型、拔出釘子 (b)取出模樣主體 (c)取出活塊1用釘子連接活塊 2用燕尾連接活塊砂型鑄造161。 手工造型 (4)挖砂造型 當(dāng)