【正文】 程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 （一）鋁合金鑄造 1. 鑄造鋁合金的種類 按化學(xué)成分的不同，鑄造鋁合金可分為鑄造鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金和鋁鋅合金。錫青銅的凝固溫度寬（ 150℃ 200℃ ），凝固收縮和線收縮率小，雖不易產(chǎn)生大的集中縮孔，但常出現(xiàn)枝晶偏析與縮松，降低鑄件的致密度。 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 用型砂緊實(shí)成型的鑄造方法稱為砂型鑄造。 2. 各種手工造型方法的主要特征及其適用范圍 一、造型方法的選擇 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 兩箱造型 是造型的最基本方法，鑄型由成對的上型和下型構(gòu)成，操作簡單。金屬澆注時為防止錯型，需用型砂將鑄型周圍填緊，也可在鑄型上套箱。適用于大批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜的鑄件。適用于成批生產(chǎn)中需要挖砂的鑄件。但生產(chǎn)率低，工人技術(shù)水平要求高。砂型緊實(shí)度高，鑄件尺寸精度高，表面粗糙度 Ra值小，廢品率低，生產(chǎn)率高、噪聲低、灰塵小、易于機(jī)械化、自動化、但機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高。廣泛用于成批生產(chǎn)中、小型鑄件。該方法生產(chǎn)率高，堅實(shí)度均勻，砂型型腔尺寸精確、表面光滑、工人勞動強(qiáng)度低、易于自動化、但造型機(jī)調(diào)整維修復(fù)雜。 二、鑄造工藝設(shè)計 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 b）重要加工面、耐磨表面等質(zhì)量要求較高部位應(yīng)置于下面或側(cè) 面。見圖 9－ 4。 a) 不合理 b) 合理 圖 9－ 7 分型面數(shù)目的確定 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 f）鑄件的非加工表面上，盡量避免有披縫。 （ 2）起模斜度（拔模斜度） 為使模樣容易從鑄型中取出或型芯自芯盒中脫出，平行于起模方向在模樣或芯盒壁上的斜度稱為起模斜度。砂型的分型面一般不可能很平整，因此干型或表面烘干型合型后，上下型不能密合，金屬液就有可能從分型面處溢出，即 “ 跑火 ” 。 2）適用于各種合金鑄件。 二、金屬型鑄造 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 由于金屬型的導(dǎo)熱能力強(qiáng)，因此澆注溫度應(yīng)比砂型鑄造高 20℃ － 30℃ 。常用壓射壓力為 5－ 1500MPa，充填速度約 5－ 5m/s，充填時間很短，約 － 02s。 3）生產(chǎn)效率很高，生產(chǎn)過程易于機(jī)械化和自動化。鑄件的內(nèi)壁厚度應(yīng)略小于外壁厚度。若改成圖 9－ 12b所示的結(jié)構(gòu)，取消上部的凸緣，使鑄件僅有一個分型面，則將大大簡化造型操作。見圖 9－ 16。 圖 918 軸承架鑄件 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 對于因芯頭不足而難于固定型芯的鑄件，在不影響使用功能的前提下，可設(shè)計出適當(dāng)大小和數(shù)量的工藝孔，用以增加芯頭的數(shù)量，穩(wěn)固型芯。 3. 減少熱節(jié)，壁厚力求均勻 熔模鑄造一般不單獨(dú)設(shè)置冒口，而 是利用加粗的直澆道作為冒口直接補(bǔ)縮鑄件。 3. 壓鑄可以采用鑲嵌件，應(yīng)充分發(fā)揮鑲嵌件的優(yōu)越性，以便制出復(fù)雜件、改善壓鑄件局部性能和簡化裝配工藝。 2. 盡量采用壁厚均勻的薄壁結(jié)構(gòu)。通孔時，孔深／孔徑＜ 46，不通孔時，孔深／孔徑＜ 2。 圖 917 懸臂支架 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 2. 鑄件的內(nèi)腔設(shè)計應(yīng)使型芯安放穩(wěn)固、排氣容易、清砂方便。 圖 915 鑄件整體凸臺結(jié)構(gòu) 設(shè)計 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 5. 鑄件要有結(jié)構(gòu)斜度 鑄件上垂直于分型面的不加工表面應(yīng)設(shè)計出一定的斜度，稱為結(jié)構(gòu)斜度。 圖 911 輪輻的設(shè)計 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 二、鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性 （一）鑄件的外形設(shè)計 1. 應(yīng)使鑄件具有最少的分型面 減少鑄件分型面的數(shù)量，不僅可以減少砂箱的用量，降低造型工時，而且可以減少錯箱、偏芯等缺陷，從而提高鑄件的精度。若選定合金的適宜壁厚不能滿足零件力學(xué)性能的要求，則應(yīng)改選高強(qiáng)度的材料或選擇合理的截面形狀以及增設(shè)加強(qiáng)肋等措施，見圖 9－ 6。 圖 94 冷壓室式壓鑄機(jī)工作原理 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 圖 95 冷壓室式壓鑄機(jī)推桿頂出機(jī)構(gòu)工作原理 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 （二）壓鑄的特點(diǎn)和應(yīng)用 1. 壓鑄優(yōu)點(diǎn)： 1）鑄件的尺寸精度最高，表面粗糙度 Ra值最小。 金屬型鑄造的主要缺點(diǎn)是金屬型無透氣和退讓性，鑄件冷卻速度大，容易產(chǎn)生澆不到、冷隔、裂紋等缺陷。 （二）金屬型鑄造的工藝特點(diǎn) 1. 金屬型預(yù)熱 金屬型預(yù)熱溫度主要通過試驗(yàn)來確定，一般不低于 150℃ 。鑄型經(jīng)高溫焙燒后即可進(jìn)行澆注。 （ 5）工藝補(bǔ)正量 由于工藝上的原因，在鑄件相應(yīng)部位非加工面上增加的金屬厚度稱為工藝補(bǔ)正量?；诣T鐵件較鑄鋼件線收縮率小、熔點(diǎn)低，鑄件表面較光潔、平整，故其加工余量小，鑄鋼件因澆注溫度高、表面粗糙、變形大、其加工余量應(yīng)比鑄鐵件大；非鐵合金鑄件表面光潔、且材料昂貴、加工余量應(yīng)比鑄鐵件?。昏T件的尺寸愈大或加工面與基準(zhǔn)面的距離愈大，鐵件的尺寸誤差也愈大，故余量也應(yīng)隨之加大； 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 大量生產(chǎn)時，因采用機(jī)器造型，鑄件精度高，故余量可減??；反之，手工造型誤差大，余量應(yīng)加大；此外，澆注時朝上的表面，因產(chǎn)生缺陷的機(jī)率大，其加工余量應(yīng)比底面和側(cè)面大。 e）盡量減少分型面的數(shù)目，最好只有一個分型面。 圖 9－ 3 平板澆注時的位置 ?e）盡量減少型芯的數(shù)目，最好使型芯位于下型以便下芯和檢查， 同時應(yīng)保證型芯在鑄型中安放牢靠、排氣通暢。圖中應(yīng)表示出：鑄件的澆注位置、分型面、型芯的數(shù)量、形狀、尺寸及固定方法、加工余量、起模斜度、澆口、冒口、冷鐵的尺寸和位置。主要適用于單件、小批、成批、大量生產(chǎn)中、大型鑄件或大型芯。 c) 震擊緊實(shí) 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 震壓緊實(shí) 是經(jīng)過多次震擊后再壓實(shí)砂型。主要適用于成批生產(chǎn)高度小于 200mm薄而小的鑄件。主要用于單件、小批生產(chǎn)帶有突出部分、難以起模的鑄件。 f) 挖砂造型 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 假箱造型 是為克服挖砂造型的挖砂缺點(diǎn)，在造型前預(yù)先做個底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不參予澆注，故稱假箱。 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 c) 地坑造型 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 組芯造型 是用若干塊砂芯組合成鑄型，而無需砂箱。 b) 三箱造型 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 脫箱造型 主要采用活動砂箱來造型，在鑄型合型后，將砂箱脫出，重新用于造型。 1. 手工造型方法分類 根據(jù)砂型的不同特征，手工造型方法可分為：兩箱造型、三箱造型、脫箱造型、地坑造型、組芯造型；根據(jù)模樣的不同特征，手工造型方法可分為：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活塊造型、刮板造型。此外，澆注系統(tǒng)中還應(yīng)安放過濾網(wǎng)以除去浮渣。但其收縮率大、容易產(chǎn)生集中縮孔，鑄造時應(yīng)配置較大的冒口。但正火較退火的內(nèi)應(yīng)力大，因此形狀復(fù)雜、易產(chǎn)生裂紋、硬化的鑄鋼件，則需退火。 2. 鑄造合金鋼 對于具有較高力學(xué)性能或某些特殊性能要求的零件或工具，可采用合金鑄鋼（即鑄造合金鋼）。其流動性與灰鑄鐵相近，可生產(chǎn)壁厚 3mm~4mm鑄件。同時，可鍛鑄鐵的凝固過程沒有石墨化膨脹階段，體積收縮和線收縮較大，易形成縮孔和裂紋等缺陷。孕育鑄鐵的強(qiáng)度、硬度 比普通灰鑄鐵有顯著提高。 灰口鑄鐵的組織： 鐵素體 +片狀石墨 鐵素體．珠光體 +片狀石墨 珠光體 +片狀石墨 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 （ 2）灰鑄鐵的性能 a) 力學(xué)性能 由于石墨的存在，一方面使得基體承載的有效面積減少，另一方面在基體中容易造成應(yīng)力集中現(xiàn)象，最終導(dǎo)致灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和彈性模量均比鋼低得多，斷裂強(qiáng)度通常為 120～ 250Mpa；塑性和沖擊韌性近于 0，屬于脆性材料。 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 鑄鐵是一系列主要由鐵、碳和硅組成的合金的總稱。 (3)比重偏析 鑄件上、下部分化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為比重偏析。熱裂裂紋一般沿晶界產(chǎn)生和發(fā)展，其外形曲折短小，裂紋縫內(nèi)表面呈氧化色；冷裂裂紋常常是穿晶斷裂，裂紋細(xì)小，外形呈連續(xù)直線狀或圓滑曲線狀，裂紋縫內(nèi)干凈，有時呈輕微氧化色。 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 （ 2）鑄造應(yīng)力的防止和消除措施 a）采用同時凝固的原則 同時凝固是指通過設(shè)置冷鐵、布置澆口位置等工藝措施，使鑄件溫差盡量變小，基本實(shí)現(xiàn)鑄件各部分在同一時間凝固。冒口和冷鐵的合理使用，可造成鑄件的定向凝固，有效地消除縮孔、縮松。這種阻力越大，鑄件的實(shí)際收縮率就越小。 熔融金屬在凝固階段的體積收縮。 （ 2）糊狀凝固方式 合金在凝固過程中先呈糊狀而后凝固，這種凝固方式稱為糊狀凝固。 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 （二）合金的充型能力 1. 充型能力 考慮鑄型及工藝因素影響的熔融金屬流動性叫合金的充型能力。 圖 93 不同結(jié)晶特征的合金的流動性 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 鐵碳合金的流動性與相圖的關(guān)系見圖 94。 2）鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定。 圖 91 砂型鑄造 工程材料與熱加工基礎(chǔ) —— 程曉宇 鑄造優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 1）可以生產(chǎn)出形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件毛坯，如各