【正文】 1 《金 屬 工 藝 學(xué)》 授課教案 2 上 編 第一章 鑄 造 鑄造： 液態(tài)金屬 自重或壓力 鑄型 冷卻、凝固 鑄件 鑄造特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： 1．具有較強(qiáng)的適應(yīng)性 性材料材質(zhì)：不限，特別是脆結(jié)構(gòu)：復(fù)雜外形、內(nèi)腔～壁厚：尺寸：幾毫米～十幾米重量：幾克～幾百噸mmm 2．鑄件成本低 原材料：來(lái)源廣、價(jià)格低、投資少、易生產(chǎn) 鑄件：機(jī)械加工量相對(duì)較小，成本低 缺點(diǎn)： 1．廢品率較高，生產(chǎn)過(guò)程難以控制； 2．鑄件力學(xué)性能較差， 3．砂型鑄造鑄件精度較差。 167。 鑄造工藝規(guī)程制 定 （一）鑄造性 鑄造性 :金屬在鑄造成形過(guò)程中所表現(xiàn)出的能力，主要取決于金屬充型能力和收縮。 一、充型能力 液態(tài)金屬充填鑄型型腔的能力（液態(tài)金屬流入型腔、液態(tài)金屬準(zhǔn)確清晰復(fù)制出型腔結(jié)構(gòu)） 影響因素： （ 1）金屬成分（流動(dòng)性） 純金屬和共晶成分金屬，在恒溫下結(jié)晶，充型能力好。見(jiàn)圖。 （ 2）溫度和壓力 溫度越高，原子動(dòng)能越大，保持液態(tài)時(shí)間越長(zhǎng)，傳給鑄型熱量越多，減小鑄型對(duì)金屬的激冷作用，充型能力強(qiáng)。 提高壓力，改變壓力場(chǎng)可顯著改善金屬的充型能力。 （ 3）鑄型填充條件 a． 鑄型蓄熱能力：鑄型從金屬 中吸收和儲(chǔ)存熱量的能力 鑄型材料導(dǎo)熱系數(shù)和比熱越大，對(duì)液態(tài)金屬激冷能力越強(qiáng)，金屬充型能力就越差。如金屬型，澆不足 圖 合金成分對(duì)充型的影響 3 b． 鑄型溫度：影響液態(tài)金屬冷卻速度 溫度高，充型能力強(qiáng)，金屬型和熔模鑄造，預(yù)熱鑄型 c． 鑄型排氣能力：透氣性↑，充型能力↑ 措施：扎氣孔、加木屑，遠(yuǎn)離澆口的最高部位開(kāi)設(shè)氣口 二、收縮 鑄件凝固過(guò)程中，溫度變化很大，必然會(huì)引起收縮。 后果：① 縮孔、縮松（液態(tài)→固態(tài)） ② 熱應(yīng)力、機(jī)械阻礙應(yīng)力（固態(tài)） ③ 變形、開(kāi)裂 預(yù)防措施：①控制凝固方式，有效補(bǔ)縮 —— 順序凝固，易產(chǎn)生縮孔處加 冒口 ②加冷鐵，改變局部凝固速度。 （二）鑄造工藝規(guī)程制定 工藝規(guī)程包括：鑄造方法、繪制鑄件工藝圖、選擇工藝參數(shù)等。其核心內(nèi)容：繪制鑄件工藝圖（在零件圖上用各種各種工藝符號(hào)表示出鑄造工藝方案的圖形）。 一、選擇澆注位置： 澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的空間位置。 確定原則如下： （ 1）鑄件重要工作面或主要加工面應(yīng)朝下或呈側(cè)立狀態(tài) 防止砂眼、氣孔、夾渣等缺陷（縮孔） 朝下：圖 側(cè)立：圖 （ 2）鑄件大平面或薄壁結(jié)構(gòu)應(yīng)朝下或呈側(cè)立狀態(tài) 防止砂眼、氣孔、夾渣及夾砂和澆不足 朝下：圖 側(cè)立：圖 （ 3）澆注位置應(yīng)有利于補(bǔ)縮、防止產(chǎn)生縮孔 將鑄件厚大部分置于鑄件的上部位置，以便安放冒口，實(shí)現(xiàn)自下而上的順序凝固，圖 二、確定分型面： 鑄型間的接觸表面 確定原則如下： （ 1）應(yīng)能方便、順序地取出模樣或鑄件 一般選在鑄件地最大橫截面處 （ 2）應(yīng)盡量與澆注位置一致，并盡量滿足澆注位置的要求（圖 ） （ 3）分型面應(yīng)避免曲折，數(shù)量應(yīng)少，最好是一個(gè)且為平面，機(jī)器造型時(shí)，分型面只能有一個(gè)（圖 ） （ 4）應(yīng)盡量使型腔全部或大部分置于同一個(gè)砂型內(nèi)，最好使型腔或使加工面與基準(zhǔn)面位 于下型中。 （ 5）應(yīng)使型芯數(shù)量少，并便于安放和穩(wěn)定。 圖 車床床身澆注位置 圖 起重機(jī)卷筒澆注位置 圖 大平面鑄件澆注位置 圖 薄件澆注位置 圖 傘齒輪分型面方案 圖 三通鑄件分型面方案 4 三、確定工藝參數(shù) ：鑄造時(shí)在零件的加工表面增加的供切削加工用的余量。 為便于把模樣（或型芯）從砂型中（或從芯盒中）取出，鑄件上垂直分型面的各個(gè)側(cè)面應(yīng)具有的斜度。 拔模斜度在鑄造工藝圖中標(biāo)出，其大小取決于立壁的高度、造型方法、模樣材質(zhì)和該側(cè)面在型腔中的所處位置。通常在 15′～ 3176。，見(jiàn)圖 型芯：鑄件孔形和各種內(nèi)腔，簡(jiǎn)化模樣的外形，鑄出鑄件上局部妨礙拔模的凸臺(tái)、凹槽等結(jié)構(gòu)。按照在型腔中所處的狀態(tài)，一般 分為水平型芯和垂直型芯。 型芯頭：澆注時(shí)不與液體金屬接觸，起到定位、支撐型芯及導(dǎo)引型芯中氣體排出的作用。 167。 鑄造方法 按鑄件的成形條件和制備鑄型的材料不同，鑄造方法可以分為：砂型鑄造、熔模鑄造、壓力鑄造、金屬型鑄造、離心鑄造、低壓鑄造、陶瓷型鑄造等。砂型鑄造是普遍采用的方法，其他方法都屬于特種鑄造。 一、金屬型鑄造 用金屬材料（鑄鐵或鋼）制造鑄型生產(chǎn)鑄件的方法。亦稱永久型鑄造（可使用上千次）。 按分型面的狀態(tài)，金屬型可分為水平式、垂直式和復(fù)合式。見(jiàn)圖 金屬材料導(dǎo)熱速度快、無(wú)退讓性，無(wú)透氣性，耐火性比型砂差等，易產(chǎn)生澆不足、冷隔、裂紋及白口等缺陷。由于金屬型反復(fù)受灼熱金屬液的沖刷，壽命會(huì)降低，應(yīng)采用相應(yīng)的工藝措施。 ：導(dǎo)熱能力較強(qiáng)的耐火材料（氧化鋅、石墨料） 作用：①隔絕液態(tài)金屬與金屬型型腔的直接接觸，方便鑄件出型。 ②避免高溫液體金屬直接沖刷金屬型腔表面，減弱液體金屬對(duì)鑄型熱沖擊的作用，延長(zhǎng)鑄型的使用壽命。 ③減緩鑄件的冷卻速度，防止鑄件產(chǎn)生裂紋和白口組織等缺陷。 既對(duì)金屬型要預(yù)熱才能使用，預(yù)熱溫度為鑄鐵件 250～ 350℃、有色金屬件100～ 250℃。 預(yù)熱的目的是減緩鑄型對(duì)金屬的激冷作用，利于金屬液的充型和避免產(chǎn)生澆不足、裂紋或白口缺陷，減小所澆金屬與鑄型的溫差，提高鑄型的壽命。 3. 控制開(kāi)型時(shí)間 澆注后開(kāi)型太晚，鑄型會(huì)阻礙鑄件收縮而使其產(chǎn)生裂紋，增大取件和抽出型芯的難度，對(duì)灰口鑄鐵還將增厚白口層。 圖 鑄造鋁活塞簡(jiǎn)圖 圖 拔模斜度 5 但開(kāi)型過(guò)早也會(huì)影響鑄件成形和使鑄件變形過(guò)大。通常開(kāi)型時(shí)間為 10～ 60秒，大多通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定合適的開(kāi)型時(shí)間。 鑄鐵件壁厚應(yīng)大于 15mm。鐵水中的碳、硅總量應(yīng)高于 6%，涂料中應(yīng)摻有硅鐵粉，以使鑄件表面的含硅量稍高 而減弱白口傾向。從鑄型中取出鑄件后，應(yīng)放入緩冷環(huán)境（如干砂坑、草灰坑或保溫爐）中冷卻。 金屬型鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用： 優(yōu)點(diǎn)：①節(jié)省造型材料、設(shè)備及工時(shí)，可“一型多鑄”，便于自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高； ②金屬型冷卻速度快，獲得鑄件的組織致密，晶粒細(xì)小，力學(xué)性能好，較砂型鑄件的強(qiáng)度提高約 20%； ③鑄件尺寸精度高，公差等級(jí)為 IT12~IT16，表面粗糙度較低， Ra 。 缺點(diǎn)：鑄型制造周期長(zhǎng)、成本高、工藝參數(shù)要求嚴(yán)格，易出現(xiàn)大量同一缺陷的廢品等缺點(diǎn)。 應(yīng)用：主要用于熔點(diǎn)較低的有色金屬的大批量生產(chǎn)鑄件，如飛機(jī) 、汽車、內(nèi)燃機(jī)等用的鋁合金活塞、汽缸體、汽缸蓋、水泵殼體及銅合金軸瓦、軸套等。 黑色金屬類鑄件只限于形狀簡(jiǎn)單的中、小型鑄鐵件。 二、熔模鑄造（精密鑄造、失蠟鑄造） 采用易熔的蠟料制成模樣來(lái)生產(chǎn)鑄件的工藝方法。該法制作的鑄型無(wú)分型面，從而提高了鑄件的精度，故又稱為“精密鑄造”。生產(chǎn)過(guò)程中模樣主要由蠟質(zhì)材料來(lái)制造，經(jīng)熔化從鑄型中流出，故又稱為“失蠟鑄造”。 用來(lái)制造模樣的易熔材料有蠟基模料、樹(shù)脂（松香）基模料、含水無(wú)機(jī)鹽模料及水銀模料等。目前工業(yè)生產(chǎn)中主要采用前兩種模料制造模樣。 過(guò)程（圖 ） （ 1） 蠟?zāi)Ｖ圃欤▓D ） ① 壓型制造：壓型是制造蠟?zāi)５膶Ｓ媚＞摺? 高精度、大批量時(shí)采用鋼、銅或鋁制造。 小批量時(shí)采用低熔點(diǎn)合金、塑料或石膏。 ② 蠟?zāi)褐疲簩⑴浜玫哪Ａ霞訜岢珊隣詈?，?2～ 3個(gè)大氣壓的 用壓力注入壓型，待其冷卻、凝固后取出。 ③蠟?zāi)＝M裝：將若干個(gè)帶有內(nèi)澆口的單個(gè)蠟?zāi)Ｕ辰釉谥睗部诎羯希纬上災(zāi)＝M，以提高生產(chǎn)率。 （ 2）結(jié)殼：在蠟?zāi)＝M上涂掛耐火材料，以制成一定強(qiáng)度的耐火型殼過(guò)程。 ①浸掛涂料：把蠟?zāi)７旁谟墒⒎?、粘結(jié)劑（水玻璃、硅酸乙酯等）組成的糊狀混合物中浸泡，使涂料均勻地覆蓋在模 組表層，使型腔獲得光潔的內(nèi)表面。 ②撒砂，在已浸漬涂料的蠟?zāi)＝M上，均勻地撒上一層石英砂。為使型殼迅速增厚，撒砂時(shí)，第一、二層所用砂的粒度較細(xì)，后面幾層所用砂的粒度較粗。 ③硬化，撒砂后，為使耐火材料層結(jié)成堅(jiān)固的型殼，需要進(jìn)行硬化處理。 硬化后應(yīng)在空氣中干燥。為使型殼具有較高的強(qiáng)度，上述結(jié)殼過(guò)程要重復(fù)多次，以便形成 5～ 10mm 厚的硬化耐火型殼。 圖 蠟?zāi)Ｖ圃? 6 （ 3）脫蠟：取出蠟?zāi)Ｒ孕纬设T型空腔。 熱水法：將結(jié)殼后的蠟?zāi)部诔辖菰跓崴校ㄒ话?85～ 95℃），使其中的蠟料熔化，浮在水面； 高壓蒸汽法：將型殼澆口朝下放在高壓 釜內(nèi)，向釜內(nèi)通入 ～ 的高壓蒸汽，使蠟料熔出。 模樣為樹(shù)脂基時(shí)，無(wú)需脫蠟過(guò)程，而是在焙燒過(guò)程中將模樣燃燒掉。 （ 4）焙燒 將脫蠟后的型殼送入加熱爐內(nèi)，加熱到 800～ 1000℃進(jìn)行焙燒，以去除型殼中的水分、殘余蠟料及其他雜質(zhì)，還能增大型殼強(qiáng)度。 （ 5）填砂造型：將脫蠟后的型殼置于鐵箱中，周圍用粗砂填實(shí)以加固型殼，防止?jié)沧r(shí)型殼變形或開(kāi)裂。圖 （ 6）澆注：焙燒出爐后趁熱（ 600～ 700℃）澆注，以提高鑄造合金的充型能力，同時(shí)也防止?jié)膊蛔?、冷隔等缺陷? （ 7）落砂及清理：鑄件冷卻凝固之后， 打碎型殼，取出鑄件，并用氧乙炔焰切除澆、冒口，清理毛刺。 ： （ 1）鑄型沒(méi)有分型面，型腔表面極為光潔，起模過(guò)程無(wú)振動(dòng)，型腔變形很小，故鑄件精度及表面質(zhì)量好； （ 2）鑄型在預(yù)熱（ 600～ 700℃）后澆注，可生產(chǎn)出形狀復(fù)雜的薄壁件（最小壁厚可達(dá) ）； （ 3）適用各種合金的鑄造，結(jié)殼材料耐火度高，可澆注高熔點(diǎn)合金及難切削合金如（高錳鋼、耐熱合金等）； （ 4）生產(chǎn)批量不受限制，既適應(yīng)成批生產(chǎn)，又適應(yīng)單件生產(chǎn)； （ 5）原材料價(jià)格昂貴，工藝過(guò)程復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，鑄件成本高，鑄件尺寸、 重量受限。 適用范圍：（ 1）高熔點(diǎn)合金精密鑄件的成批、大量生產(chǎn)。 （ 2）形狀復(fù)雜、難以切削加工的小零件。 三 壓力鑄造（壓鑄） 液態(tài)金屬 5～ 150MPa(高壓 ) 鑄型 壓力下結(jié)晶 鑄件 ～ （ 快速 ） 壓鑄機(jī)可分為熱壓室式和冷壓室式兩大類。 熱室式壓鑄機(jī)壓室與合金熔化爐成一體或壓室浸入熔化的液態(tài)金屬中，用頂桿或壓縮空氣產(chǎn)生壓力進(jìn)行壓鑄。熱壓室式壓鑄機(jī)壓力較小，壓室易被腐蝕，一般只用于鉛、鋅等低熔點(diǎn)合金的壓鑄，生產(chǎn)中應(yīng)用較少。 冷室式壓鑄機(jī)壓室和熔化金屬的坩堝是分開(kāi)的。壓鑄機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高，液體金屬進(jìn)入型腔流程短，壓力損失小，故使用較廣。 冷室式臥式壓鑄機(jī)工藝過(guò)程 ,見(jiàn)圖 ： （ 1）注入金屬 噴刷涂料 → 閉合壓型 → 液態(tài)金屬經(jīng)壓室上的注液孔注入壓室。 圖 待澆注的鑄型 圖 冷室式壓鑄機(jī) 7 （ 2）壓鑄 壓射沖頭向前推進(jìn)，金屬液壓入壓型中，保壓、凝固 （ 3）取出鑄件 鑄件凝固后，型腔兩側(cè)型芯同時(shí)抽出 → 動(dòng)型左移開(kāi)型 → 鑄件被沖頭頂離壓室→ 鑄件被頂桿頂出動(dòng)型 （ 1）精度和表面質(zhì)量高于其他鑄造方法，少、無(wú)切削加工。 （ 2）壓鑄件強(qiáng)度、硬度較高， 力學(xué)性能好 （ 3）可壓鑄出形狀復(fù)雜的薄壁件，鑲嵌件，最小壁厚 （ 4）生產(chǎn)率很高 （ 5）設(shè)備投資高，鑄型制造周期長(zhǎng) 適合壓鑄的合金種類有限，壓鑄件不能采用熱處理改性，不能承受沖擊載荷 適用范圍：大批量的有色金屬鑄件，缸體、齒輪、箱體、支架等 四．低壓鑄造 低壓鑄造是介于重力鑄造（如砂型、金屬型鑄造）和壓力鑄造之間的一種鑄造方法。液態(tài)合金在壓力作用下，自下而上地充填型腔，并在壓力下結(jié)晶形成鑄件的工藝過(guò)程。所用壓力較低，一般為 ～ 。 密閉的保溫坩堝用于熔煉與儲(chǔ)存 金屬液體，垂直的升液管使金屬液與鑄型朝下的澆口相通，鑄型可用砂型、金屬型等，其中金屬型最為常用，但金屬型必須預(yù)熱并噴刷涂料。澆注前緊鎖上半型，澆注時(shí)，先緩慢向坩堝室通入壓縮空氣 → 金屬液在升液管內(nèi)平穩(wěn)上升，直至充滿鑄型 →升壓到所需壓力（工作壓力） → 保壓、凝固結(jié)晶 → 撤壓，升液管和澆口中未凝固的金屬液體在重力作用下流回坩堝內(nèi) → 由氣動(dòng)裝置開(kāi)啟上型 → 取出鑄件。見(jiàn)圖 。 （ 1）充型時(shí)的壓力和速度便于控制和調(diào)節(jié)，充型平穩(wěn)，液體合金中的氣體較容易排出，氣孔、夾渣等缺陷較少； （ 2）低壓 作用下，升液管中的液態(tài)合金源源不斷地補(bǔ)充鑄型，有效防止了縮孔、縮松的出現(xiàn)，尤其是克服了鋁合金的針孔缺陷； （ 3）省掉了補(bǔ)縮冒口，使金屬利用率提高到90～ 98%； （ 4）鑄件組織致密、力學(xué)性能好； （ 5）壓力提高了液態(tài)合金的充型能力，有助于大型薄壁件的鑄造。 適用范圍：主要用于質(zhì)量要求較高的鋁、鎂合金鑄件的大批量生產(chǎn)，如氣缸、曲軸、高速內(nèi)燃機(jī)活塞、紡織機(jī)零件等。 五．離心鑄造 將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)（ 250～ 1500r/min）的鑄型中，使金屬液體在離心力作用下充填鑄型，圖 低壓鑄造 圖 圓筒件的離心鑄造