【正文】 液態(tài)成型技術(shù) 主講教師：吳煒 （第 1版） 目 錄 緒 論 第二章 砂型和砂芯的制造 第三章 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 鑄造生產(chǎn) —— 指用熔融的液態(tài)合金注入預(yù)先制備好的鑄型中使之 冷卻、凝固后獲得 具有一定形狀、尺寸和性能 的毛 坯或零件過程，簡(jiǎn)稱鑄造。 一、鑄造生產(chǎn)的工藝過程、特點(diǎn)及在制造業(yè)中的地位 緒 論 砂型鑄造生產(chǎn)工藝流程圖 鑄造生產(chǎn)的工藝流程 鑄造生產(chǎn)基本上由鑄型制備、合金熔煉及澆注、落砂及清理等三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的工藝過程所組成。 鑄造方法的分類 鑄 造 砂型鑄造 特種鑄造 濕型鑄造 干型鑄造 表干型鑄造 熔模鑄造 金屬型鑄造 離心鑄造 壓力鑄造 鑄鐵鑄造 鑄鋼鑄造 有色合金鑄造 ? 鑄造方法的分類 ? (1)砂型鑄造方法 :通過緊實(shí)型砂獲得鑄型來得到坯件的方法 ? 是最主要最傳統(tǒng)的鑄造方法 ? (2)特種鑄造方法 :殼型鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、熔模鑄造、離心制造、陶瓷型鑄造等 ? 鑄型用砂較少或不用砂，采用特殊工藝裝備，可獲得表面更靈活、尺寸更精確、機(jī)械性能更高的鑄件 圖 02 齒輪毛坯的砂型鑄造 砂型鑄造 —— 以鑄造用型砂為主要原材料制成鑄型，且液態(tài)金屬完全靠重力充滿整個(gè)鑄型型腔形成鑄件的方法稱為砂型鑄造。 飛輪鑄件的生產(chǎn)過程 熔模鑄造 熔模鑄造產(chǎn)品 鑄造生產(chǎn)具有以下特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： 1）使用范圍廣； 2）能采用的材料廣； 3）鑄件具有一定的尺寸精度； 4）成本低廉、綜合經(jīng)濟(jì)性能好； 5）能源、材料消耗及成本低。 缺點(diǎn)： 1）工作環(huán)境粉塵多、溫度高、勞動(dòng)強(qiáng)度大； 2）廢料、廢氣、廢水處理任務(wù)繁重。 ? 二、 鑄造加工的特點(diǎn) ? 鑄造是生產(chǎn)機(jī)器零件毛坯的主要方法之一，其實(shí)質(zhì)是液態(tài)金屬逐步冷卻凝固而成形 ? ：（ 1）可生產(chǎn)有內(nèi)腔及外形復(fù)雜的毛坯 ? （ 2）工藝靈活性大 ? 各種合金，各種尺寸、形狀、重量和數(shù)量的鑄件都能生產(chǎn)，重量從幾克到幾百噸，壁厚 ~1m左右。 ? （ 3）鑄造成本低 ? ? （ 1）易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷（如組織疏松 ,晶粒粗大 ,易產(chǎn)生 縮孔、縮松 、氣孔、 澆不足、冷隔 等缺陷） ? （ 2）鑄件機(jī)械性能低 (沖擊韌性 ) ? （ 3）鑄造工序多 ,難以精確控制 ,鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定 ? （ 4）勞動(dòng)條件較差 四、我國鑄造技術(shù)的發(fā)展 鑄造技術(shù)歷史悠久 .三千年前 ,青銅器已有應(yīng)用 ,二千五百年前 ,鑄造工具已經(jīng)相當(dāng)普通 .大量歷史文物顯示著我國古代人民在鑄造技術(shù)上的精湛創(chuàng)造 : 早在 5000多年前 ,我們的祖先就能冶煉紅銅和青銅等合金 ,并鑄出了簡(jiǎn)單的銅斧 . 早在 4000年以前 ,我們的祖先就已開始和使用瓷器 ,到商代已經(jīng)有了高度發(fā)達(dá)的青銅冶煉和鑄造技術(shù) ,從河南安陽商代遺址出土的 司母戊鼎 提供了有力的證明； 四羊方尊 也是其中杰出的代表。 河南安陽商遺址出土的 司母戊鼎 重達(dá) 875kg,外形尺寸 (133 78 110)cm,是迄今世界上最古老的大型青銅器 . ? 永樂大鐘 ，中國現(xiàn)存最大的青銅鐘。在北京德勝門鑄鐘廠鑄成，清雍正十一年（ 1733）移置覺生寺（今稱大鐘寺）。銅鐘通高 ，鐘壁厚度不等，最厚處 185毫米，最薄處 94毫米，重約 46噸。鐘體內(nèi)外遍鑄經(jīng)文，共 。銅鐘合金成分為：銅 %、錫 %、鋁 %，為泥范鑄造。 司母戊鼎 四羊方尊 1978年在湖北省隨縣曾候乙墓出土的青銅器重達(dá) 10t 其中有一套 64件的 編鐘 ,據(jù)考證是2400年前戰(zhàn)國初期鑄造的 ,鐘上共鑄有錯(cuò)金銘文 2800多字 ,標(biāo)出音名 ,音律 ,每個(gè)鐘發(fā)出兩個(gè)音 ,整套編鐘音域?qū)掃_(dá)五個(gè)半八度 。能演奏各類名曲 ,音律準(zhǔn)確和諧 ,音色優(yōu)美動(dòng)聽 ,整套編鐘鑄造水平極高 ,是我國古代青銅器的杰出代表 . 戰(zhàn)國編鐘 ? 由 青銅器 過渡到 鐵器 是生產(chǎn)工具的重大發(fā)展 ,我國從春秋戰(zhàn)國時(shí)期 (公元前 770~475年 )開始大量使用鐵器 ,推動(dòng)了奴隸社會(huì)向封建社會(huì)的過渡 ? 1953年在河北省興隆縣的古燕國鑄冶作坊遺址的發(fā)掘中 ,發(fā)現(xiàn)距今 2200~2350年的戰(zhàn)國時(shí)期的 鐵范 (鐵質(zhì)鑄型 )等 87件 ,可用于鑄造 鐵鋤、鐵斧、鐵鐮、鐵鑿和車具 等 鐵器鑄造 ? 現(xiàn)立于河北滄州的大鐵獅 ,高 5m多 ,長近6m,重 9世紀(jì)五代后周時(shí)鑄成 ? 在興隆戰(zhàn)國鐵器遺址中發(fā)掘出澆鑄農(nóng)具使用的鐵模 ,由 泥砂造型 發(fā)展到 鐵模鑄造 ,說明我國古代 金屬材料液態(tài)成型技術(shù) 已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)高的水平 ,這比歐洲國家要早 1800年左右 ,居世界先進(jìn)行列 . 二、我國鑄造技術(shù)的發(fā)展 鑄造是世界歷史上最悠久的工藝技術(shù)之一。 我國古代鑄造技術(shù)居世界先進(jìn)行列 。 024681012141995年 1996年 1997年 1998年德國日本中國美國我國鑄件年產(chǎn)量與美、日、德三國的對(duì)比 三峽右岸電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片。 總重 473T， 10米直徑 ? 三峽右岸葉片通過鑒定，標(biāo)志著三峽右岸轉(zhuǎn)輪葉片鑄造實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，標(biāo)志著哈電機(jī)公司具備了批量生產(chǎn)三峽葉片的技術(shù)和能力，實(shí)現(xiàn)了三峽葉片國產(chǎn)化，擴(kuò)大了大容量水電機(jī)組的國產(chǎn)化份額，增強(qiáng)了民族工業(yè)在國際上的競(jìng)爭(zhēng)力，打破了國外大型水電鑄造部件的壟斷局面，為巨型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片鑄造全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，迫使國外廠家的同類產(chǎn)品訂貨價(jià)格降低，使社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益顯著。 當(dāng)代我國鑄造技術(shù)發(fā)展 ? 近幾十年來 ,我國鑄造技術(shù)發(fā)展迅速 : ? (1)在 型芯砂 方面 ,推廣了快速硬化的 水玻璃砂及各類 自硬砂 ,成功地運(yùn)用樹脂砂快速制造高強(qiáng)度砂芯 ? (2)在 鑄造合金 方面 ,發(fā)展了高強(qiáng)度、高韌性的球墨鑄鐵和各類合金鑄鐵 ,成功地用球墨鑄鐵件代替某些鍛鋼件 . ? (3)在 鑄造設(shè)備 方面 ,已建立起先進(jìn)的機(jī)械化 ,自動(dòng)化 高壓造型生產(chǎn)線 ? (4)在 新工藝新技術(shù) 方面 ,各種各樣 特種鑄造或精密鑄造方法 得到發(fā)展和應(yīng)用 我國各行業(yè)用戶消耗鑄件的數(shù)量 （單位： t） 鑄 件 用 戶 1995年 1996年 1997年 汽車 鐵道和鐵道車輛 拖拉機(jī)、柴油機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械 機(jī)床 通用機(jī)械 冶金礦山機(jī)械 能源設(shè)備 紡織機(jī)械 鑄鐵管和管件 建筑工程及其配件 其它 合計(jì) 1178000 714000 1940000 687000 426000 2026000 374000 202200 1836000 459000 1492022 11332022 1190000 700200 1901300 664000 407000 2022000 358000 123900 1674000 445000 1434785 10903185 1274600 690700 1932200 657600 414200 1981700 349900 110500 1715000 433500 1520542 11080442 第二章 砂型與砂芯的制造 第一節(jié) 砂型（芯）的制造方法 第二節(jié) 粘土型（芯）砂 第三節(jié) 黏土濕型 第四節(jié) 水玻璃粘結(jié)劑型（芯）砂 第五節(jié) 樹脂砂 本章概要： ； （芯）砂的組成、配制工藝及性能控制； 第二章 砂型與砂芯的制造 鑄造工藝分類： 鑄型：砂型、金屬型、陶瓷型、石膏型、水泥型 成型力場(chǎng)：重力、壓鑄、離心、低壓、真空吸鑄 注：砂型鑄件產(chǎn)量占鑄件總產(chǎn)量 8090% 基本概念： 型砂、 芯砂 —— 制作砂型的 混合物 稱為型砂，制作砂芯的混合物稱為芯砂。（原砂、再生砂 +粘結(jié)劑 +附加物） 涂料 —— 涂敷在型腔或砂芯表面的混合物稱為涂料。 型砂鑄造優(yōu)點(diǎn)：造型材料來源廣，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，成本低。 型砂鑄造缺點(diǎn)：鑄件外觀質(zhì)量相對(duì)較差，且鑄型只能使用一次，效率低。 1. 型砂 ：原砂、再生砂 +粘結(jié)劑 +附加物所混制成的混合物。 型砂 通過外力作用制成 砂型 （ 具有一定密度、緊實(shí)度的 微孔 — 多孔隙體系 ） 第一節(jié) 砂型（芯）的制造方法 型（芯）砂的組成 型（芯）砂是由骨干材料、粘結(jié)材料和附加物等原材料按一定比例配制而成。 以粘土為粘結(jié)材料的粘土型（芯）砂主要由原砂、粘土、附加物和水配制而成 。 圖 11 粘土型砂結(jié)構(gòu)示意圖 1— 砂粒 2— 粘土膠體 3— 孔隙 4— 附加物 造型造芯方法 化學(xué)粘結(jié) 機(jī)械粘結(jié) 物理固結(jié) 模具內(nèi)熱硬 模具內(nèi)冷硬 模具外硬 粘土砂法 自 硬 法 氣 硬 法 磁型鑄造法， V法，EPCV法 溫 芯 盒 法 熱 芯 盒 法 熱 殼 法 熔模制殼 二、型（芯）砂應(yīng)具備的性能 （ 1）造型、制 芯和合型階段對(duì)型砂性能的要求。 ：為了得到所需的濕態(tài)強(qiáng)度和韌性，粘土砂必須含有適量水分。 ：型（芯）砂在外力或自重的作用下，沿模樣（或芯盒表面）和砂粒間相對(duì)移動(dòng)的能力稱為流動(dòng)性。 ：型砂 、芯砂抵抗外力破壞的能力稱為強(qiáng)度。 ： 可塑性是指型（芯）砂在外力作用下變形，外力去除后仍保持所 賦予形狀的能力。 ： 韌性是 指型砂抵抗外力破壞的性能。 ：造型或制芯時(shí)，型（芯）砂不粘附在模樣（或芯盒）表面的性質(zhì)稱為不粘模性。 （ 2） 鑄件澆注、冷卻、落砂、清理階段對(duì)型（芯）砂性能要求。 ： 型（芯）砂抵抗高溫作用的性能稱為耐火度。 ： 緊實(shí)的型砂能讓氣體通過而逸出能力稱為透氣性。 ： 型砂中煤粉或其它有機(jī)附加物（如重油、瀝青等）在澆注受熱后產(chǎn)生的氣體揮發(fā)物量，稱為發(fā)氣量；型砂中煤粉的有效含量，成為有效煤粉含量。 ：型砂隨著鑄件收縮而減小其體積的能力稱為退讓性 性： 型砂和芯砂在鑄件落砂清理時(shí)，容易潰散的性能稱為 潰散性。 ? ： 起粘結(jié)砂粒的作用，使型砂具有必要的強(qiáng)度和韌性。 分類：粘土、水玻璃、油類、合成樹脂。 按成膜過程性質(zhì)：物理成膜粘結(jié)劑、化學(xué)成膜粘結(jié)劑。 按組成分類：有機(jī)粘結(jié)劑、無機(jī)黏結(jié)劑。 4. 附加物 ：為改善型砂性能而加入的物質(zhì)。 常用：每份、渣油、淀粉等 —— 改進(jìn)鑄件表面質(zhì)量 石墨粉、脫模機(jī) ——— 改善起模性。 ： 鑄造生產(chǎn)配制型砂用的沙子，是型砂的基本組成部分。 特點(diǎn)：耐高溫性能、提供空隙保證透氣性 分類：硅砂、特種砂。 、型砂骨干材料 —— 原砂 質(zhì)原砂及應(yīng)用 石英質(zhì)原砂 —— 以石英為主要礦物成分的天然硅砂。 天然硅砂特點(diǎn)： 資源豐富，分布極廣，易于開采，價(jià)格低廉， 能滿足鑄造上多數(shù)情況的要求。 天然硅砂形成： 天然硅砂是由火成巖風(fēng)化形成的。 α石英 α鱗石英 α方石英 熔液 α石英 β 鱗石英 α方石英 石英玻璃 γ 鱗石英 ? 加熱時(shí)發(fā)生的多晶轉(zhuǎn)變分為兩類： ? α 與低溫 β 形態(tài)之間的轉(zhuǎn)化過程快且可 逆（縱向轉(zhuǎn)變） ? ，很難進(jìn)行（橫向轉(zhuǎn)變） 注： β 石英在 573℃ 轉(zhuǎn)變?yōu)?α 石英，該轉(zhuǎn)變?yōu)橥蛔儼l(fā)生，且伴隨體積膨脹，導(dǎo)致鑄型產(chǎn)生較大應(yīng)力與變形，產(chǎn)生夾砂、結(jié)疤等缺陷。 火成巖組成及風(fēng)化： 火成巖重的花崗巖是由石英、長石、黑云母等 礦物顆粒組成?；鸪蓭r經(jīng)過長期風(fēng)化作用后，花崗巖中的 石英由于化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和較堅(jiān)硬，風(fēng)化時(shí)成分不變，僅被 破碎成細(xì)粒；花崗巖中的長石、云母，一部分通過化學(xué)風(fēng) 化變成粘土，另