1-1.鑄造工藝基礎(chǔ)

1、材料成形技術(shù)材料成形技術(shù)主講：蓋雨聆主講：蓋雨聆 Mobile械制造的基本過程機(jī)械制造的基本過程機(jī)加工產(chǎn)品圖紙工藝文件材料外購件鑄造落料鍛造剪裁/沖壓/焊接熱處理產(chǎn)品裝配第一章 鑄造鑄造鑄造將液態(tài)金屬澆注到與零件形狀、將液態(tài)金屬澆注到與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，冷卻凝固后尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，冷卻凝固后獲得一定形狀的毛坯或零件的方法。獲得一定形狀的毛坯或零件的方法。鑄造方法的特點(diǎn)l適于復(fù)雜外形和內(nèi)腔；適于復(fù)雜外形和內(nèi)腔；l適應(yīng)性廣；適應(yīng)性廣；l形狀尺寸與零件相近，減少切削加工；形狀尺寸與零件相近，減少切削加工；l性能不如鍛件，質(zhì)量不穩(wěn)定；性能不如鍛件，質(zhì)量不

2、穩(wěn)定；l勞動條件差。勞動條件差。各類機(jī)械中鑄件比重 機(jī)械類別 %機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)、重型機(jī)械風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)拖拉機(jī)農(nóng)業(yè)機(jī)械汽 車70906080507040702030本章內(nèi)容 鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ) 鑄造工藝與方法鑄造工藝與方法 鑄件工藝設(shè)計(jì)鑄件工藝設(shè)計(jì) 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1-1鑄造工藝基礎(chǔ)鑄造工藝基礎(chǔ)一、金屬的凝固1、金屬的凝固液態(tài)固態(tài)2、鑄件的凝固方式(a)逐層凝固 (b)中間凝固 糊狀凝固縮孔縮松縮孔縮松根據(jù)凝固區(qū)的寬窄來劃分!3、影響鑄件凝固方式的因素（1）合金的結(jié)晶溫度范圍（2）鑄件的溫度梯度1）合金的性質(zhì)：低熔點(diǎn)合金溫度梯度??；2）鑄型的蓄熱能力強(qiáng)，溫度梯度大；3）澆注溫度高梯度小

3、。溫度梯度大，凝固區(qū)域窄；金屬型鑄造減小凝固區(qū)!二、金屬與合金的鑄造性能金屬與合金在鑄造成形的工藝過程中，金屬與合金在鑄造成形的工藝過程中，容易獲得外形正確、內(nèi)部健全的鑄件的容易獲得外形正確、內(nèi)部健全的鑄件的性質(zhì)。性質(zhì)。l充形能力充形能力l收縮收縮1.合金的充型能力 充型能力充型能力液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，液態(tài)金屬充滿鑄型型腔， 獲得尺寸精確，輪廓清晰獲得尺寸精確，輪廓清晰 的鑄件的能力。的鑄件的能力。l合金的流動性合金的流動性l澆注條件澆注條件（1）合金的流動性液態(tài)合金的流動能力。冷隔冷隔幾種不同合金流動性的比較幾種不同合金流動性的比較*鑄鐵的流動性鑄鐵的流動性*鑄鋼的流動性鑄鋼的流動性實(shí)驗(yàn)證

4、明鑄鐵的流動性好，鑄鋼的流動性差。實(shí)驗(yàn)證明鑄鐵的流動性好，鑄鋼的流動性差。常用合金的流動性常用合金的流動性（砂型，試樣截面（砂型，試樣截面88）合金鑄型澆注溫度/螺旋線長度/mm鑄鐵：鑄鐵：w(C+Si)=6.2%w(C+Si)=5.9%w(C+Si)=5.2%w(C+Si)=4.2%砂型砂型1300130013001300180013001000600鑄鋼：鑄鋼：w(C)=0.4%砂型砂型16001640100200鋁硅合金鋁硅合金金屬型金屬型()680720700800鎂合金（鎂合金（Mg-Al-Zn）砂型砂型700400600錫青銅：錫青銅：w(Sn)=9%11%w(Zn)=2%4%硅黃

5、銅：硅黃銅：w(Si)=1.5%4.5%砂型砂型104011004201000常用合金的流動性常用合金的流動性決定合金流動性的因素決定合金流動性的因素l 合金的種類合金的種類: : 合金不同，流動性不同合金不同，流動性不同. .l 化學(xué)成分：同種合金中成分不同的合金具有不同的結(jié)化學(xué)成分：同種合金中成分不同的合金具有不同的結(jié)晶特點(diǎn)，流動性也不同。晶特點(diǎn)，流動性也不同。l 結(jié)晶特性結(jié)晶特性: : 恒溫下結(jié)晶，流動性較好；兩相區(qū)內(nèi)結(jié)晶，恒溫下結(jié)晶，流動性較好；兩相區(qū)內(nèi)結(jié)晶，流動性較差流動性較差.（2）澆注條件）澆注條件澆注澆注條件條件澆注溫度澆注溫度充型壓力充型壓力澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)澆注溫度越高，液態(tài)

6、金屬的粘度越小，澆注溫度越高，液態(tài)金屬的粘度越小，過熱度高，金屬液內(nèi)含熱過熱度高，金屬液內(nèi)含熱 量多，保持量多，保持液態(tài)的時間長，充型液態(tài)的時間長，充型 能力強(qiáng)。能力強(qiáng)。液態(tài)金屬在流動方向上所受的壓力稱為液態(tài)金屬在流動方向上所受的壓力稱為充型壓力。充型壓力越大充型壓力。充型壓力越大, 充型能力越充型能力越強(qiáng)。強(qiáng)。澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則流動澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則流動 阻力越大，充型能力越差。阻力越大，充型能力越差。澆注溫度澆注溫度灰鑄鐵：灰鑄鐵：12001380鑄鋼：鑄鋼：15201620鋁合金：鋁合金：680780充型壓力充型壓力澆注系統(tǒng)示意圖澆注系統(tǒng)示意圖鑄型條件 鑄型的蓄熱能力 鑄型溫

7、度 鑄型中的氣體 鑄件結(jié)構(gòu) 2、合金的收縮（1）（）（2）體）體收縮：從液態(tài)收縮：從液態(tài)到常溫體積改到常溫體積改變。變。（3）線收縮：）線收縮：固態(tài)合金由高固態(tài)合金由高溫到常溫的尺溫到常溫的尺寸改變。寸改變。是指單位體積的收縮量（體積收縮率）。是指單位體積的收縮量（體積收縮率）。是指單位長度上的收縮量（線收縮率）。是指單位長度上的收縮量（線收縮率）。 %100010VVVV%100010LLLL 其中其中 V V0 0，L L0 0表示鑄件在高溫表示鑄件在高溫T T0 0時的體積和一維方向的長度；時的體積和一維方向的長度； V V1 1，L L1 1表示鑄件在常溫表示鑄件在常溫T T1 1時的

8、體積和一維方向的長度。時的體積和一維方向的長度。 影響收縮的因素1）化學(xué)成分）化學(xué)成分p碳鋼碳鋼:含碳量增加含碳量增加,凝固收縮增加，固態(tài)收凝固收縮增加，固態(tài)收 縮略減；縮略減；p灰鑄鐵：碳、硅增加，收縮率減??；灰鑄鐵：碳、硅增加，收縮率減??； 硫阻礙石墨化，增加收縮率。硫阻礙石墨化，增加收縮率。2）澆注溫度：溫度高，液態(tài)收縮增加。）澆注溫度：溫度高，液態(tài)收縮增加。3）鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件）鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件三、鑄造性能對鑄件質(zhì)量的影響l收縮 縮孔、縮松、應(yīng)力、變形、裂紋。l充型能力 澆不到、冷隔。1、縮孔和縮松（1）縮孔和縮松的形成1）縮孔：逐層凝固鑄件最后凝固部位。2）縮松：糊狀凝固，厚壁鑄

9、件縮孔和縮松的形成規(guī)律l合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大（鑄鋼、合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大（鑄鋼、白口鐵、鋁青銅），越容易形成縮孔。白口鐵、鋁青銅），越容易形成縮孔。l澆注溫度高，液態(tài)收縮大，容易形成縮澆注溫度高，液態(tài)收縮大，容易形成縮孔?？?。l結(jié)晶溫度范圍寬的合金，傾向于糊狀凝結(jié)晶溫度范圍寬的合金，傾向于糊狀凝固，易形成縮松。純金屬和共晶合金傾固，易形成縮松。純金屬和共晶合金傾向于逐層凝固，易形成集中縮孔。向于逐層凝固，易形成集中縮孔。（2）縮孔和縮松的防止）縮孔和縮松的防止定向凝固定向凝固原則原則順序凝固示意圖順序凝固示意圖閥體的冒口補(bǔ)縮2、鑄造應(yīng)力l 熱應(yīng)力熱應(yīng)力由于鑄件壁厚不均勻，各部分

10、冷卻由于鑄件壁厚不均勻，各部分冷卻速度不同，以致在同一時期各部分收縮不一致速度不同，以致在同一時期各部分收縮不一致而引起的。而引起的。l 機(jī)械應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力合金的線收縮受到鑄型或型芯機(jī)合金的線收縮受到鑄型或型芯機(jī)械阻礙而形成的應(yīng)力。械阻礙而形成的應(yīng)力。（1）熱應(yīng)力T臨：彈塑性轉(zhuǎn)變溫度鋼、鑄鐵：620650厚壁受拉厚壁受拉薄壁受壓薄壁受壓塑性狀態(tài)彈性狀態(tài)（2）機(jī)械應(yīng)力（收縮應(yīng)力） 因鑄件的收縮受到鑄型或型芯等的機(jī)械因鑄件的收縮受到鑄型或型芯等的機(jī)械阻礙而形成的應(yīng)力阻礙而形成的應(yīng)力 （3）減小和消除鑄造應(yīng)力的措施 設(shè)計(jì)鑄件時壁厚均勻，形狀對稱。設(shè)計(jì)鑄件時壁厚均勻，形狀對稱。 選用線收縮率小的合金，改

11、善鑄型、型芯的退選用線收縮率小的合金，改善鑄型、型芯的退讓性。讓性。 工藝上采取同時凝固。工藝上采取同時凝固。 時效。時效。自然時效：放置半年以上；自然時效：放置半年以上；人工時效（去應(yīng)力退火）：人工時效（去應(yīng)力退火）：550650，24h。振動時效：在其共振頻率下振動振動時效：在其共振頻率下振動1060min。同時凝固同時凝固3、鑄件的變形與裂紋鑄造應(yīng)力大于屈服強(qiáng)度 變形鑄造應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度 裂紋（1）鑄件的變形）鑄件的變形結(jié)論：結(jié)論：厚部、心部受拉應(yīng)力，厚部、心部受拉應(yīng)力，出現(xiàn)內(nèi)凹變形。出現(xiàn)內(nèi)凹變形。薄部、表面受壓應(yīng)力，薄部、表面受壓應(yīng)力，出現(xiàn)外凸變形。出現(xiàn)外凸變形。防止變形方法p設(shè)計(jì)鑄件

12、時壁厚均勻，形狀對稱。設(shè)計(jì)鑄件時壁厚均勻，形狀對稱。p工藝上采取同時凝固。工藝上采取同時凝固。p模型制成與鑄件變形相反的形狀，抵消模型制成與鑄件變形相反的形狀，抵消鑄件變形。鑄件變形。p時效。時效。機(jī)床導(dǎo)軌的反變形法機(jī)床導(dǎo)軌的反變形法（2）鑄件的裂紋1）熱裂紋）熱裂紋鑄件在凝固后期，在接近固相線的高溫下形鑄件在凝固后期，在接近固相線的高溫下形成的。成的。機(jī)械應(yīng)力超過高溫強(qiáng)度（晶粒間有少量液體）機(jī)械應(yīng)力超過高溫強(qiáng)度（晶粒間有少量液體）裂紋短、縫隙寬、形狀曲折、縫內(nèi)呈氧化色。裂紋短、縫隙寬、形狀曲折、縫內(nèi)呈氧化色。影響熱裂紋形成的主要因素影響熱裂紋形成的主要因素l合金性質(zhì)：合金性質(zhì)：結(jié)晶溫度范圍寬

13、結(jié)晶溫度范圍寬,凝固收縮大凝固收縮大,熱裂傾向大熱裂傾向大.鑄鋼、鑄鋁、可鍛鑄鐵熱裂傾向大鑄鋼、鑄鋁、可鍛鑄鐵熱裂傾向大灰鐵、球鐵熱裂傾向小灰鐵、球鐵熱裂傾向小l鑄型阻力鑄型阻力:鑄型退讓性鑄型退讓性熱裂紋防止措施：熱裂紋防止措施： a合理設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)；合理設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)； b改善鑄型和型心的退讓性；改善鑄型和型心的退讓性； c限制鑄鋼和鑄鐵中的限制鑄鋼和鑄鐵中的S含量；含量； d選用結(jié)晶溫度區(qū)間小的合金。選用結(jié)晶溫度區(qū)間小的合金。 2）冷裂紋）冷裂紋l受拉伸部位、應(yīng)力集中部位；受拉伸部位、應(yīng)力集中部位；l細(xì)小、連續(xù)直線狀，有時有輕微氧化色；細(xì)小、連續(xù)直線狀，有時有輕微氧化色；l減小鑄造應(yīng)力，降

14、低含磷量。減小鑄造應(yīng)力，降低含磷量。在低溫時形成（常在清理、搬運(yùn)、加工時震動形成）在低溫時形成（常在清理、搬運(yùn)、加工時震動形成）冷裂紋防止措施：冷裂紋防止措施： a減少鑄造應(yīng)力；減少鑄造應(yīng)力； b降低合金中降低合金中P的含量；的含量； c去應(yīng)力退火；去應(yīng)力退火； d設(shè)計(jì)鑄件時應(yīng)避免應(yīng)力集中。設(shè)計(jì)鑄件時應(yīng)避免應(yīng)力集中。 3、常見鑄件缺陷及產(chǎn)生原因1）氣孔）氣孔p型砂含水過多或起模和型砂含水過多或起模和修型時刷水過多；修型時刷水過多；p型芯烘干不充分或型芯型芯烘干不充分或型芯通氣孔被堵塞；通氣孔被堵塞；p春砂過緊，型砂透氣性春砂過緊，型砂透氣性差；差；p澆注溫度過低或澆注速澆注溫度過低或澆注速度太

15、快等度太快等 2）砂眼）砂眼在鑄件內(nèi)部或表面有型砂充在鑄件內(nèi)部或表面有型砂充塞的孔眼塞的孔眼 型砂強(qiáng)度太低或砂型和型型砂強(qiáng)度太低或砂型和型芯的緊實(shí)度不夠，故型砂被芯的緊實(shí)度不夠，故型砂被金屬液沖入型腔；金屬液沖入型腔；合箱時砂型局部損壞；合箱時砂型局部損壞；澆注系統(tǒng)不合理，內(nèi)澆口澆注系統(tǒng)不合理，內(nèi)澆口方向不對，金屬液沖壞了砂方向不對，金屬液沖壞了砂型；型；合箱時型腔或澆口內(nèi)散砂合箱時型腔或澆口內(nèi)散砂未清理干凈未清理干凈 3）縮孔、縮松 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，如壁厚相差過鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，如壁厚相差過大，厚壁處未放冒口或冷鐵；大，厚壁處未放冒口或冷鐵； 澆注系統(tǒng)和冒口的位置不對；澆注系統(tǒng)和冒口的

16、位置不對； 澆注溫度太高；澆注溫度太高； 合金化學(xué)成分不合格，收縮率過大，合金化學(xué)成分不合格，收縮率過大，冒口太小或太少冒口太小或太少 縮孔、縮松縮孔、縮松4）粘砂 鑄件表面粗糙，粘有一層砂粒鑄件表面粗糙，粘有一層砂粒 原砂耐火度低或顆粒度太大；原砂耐火度低或顆粒度太大；型砂含泥量過高，耐火度下降；型砂含泥量過高，耐火度下降；澆注溫度太高；澆注溫度太高；濕型鑄造時型砂中煤粉含量太少；濕型鑄造時型砂中煤粉含量太少；干型鑄造時鑄型未刷涂斜或涂料太薄干型鑄造時鑄型未刷涂斜或涂料太薄 5）夾砂）夾砂型砂熱濕拉強(qiáng)度低，型腔表面型砂熱濕拉強(qiáng)度低，型腔表面受熱烘烤而膨脹開裂；受熱烘烤而膨脹開裂；砂型局部緊實(shí)

17、度過高，水分過砂型局部緊實(shí)度過高，水分過多，水分烘干后型腔表面開裂；多，水分烘干后型腔表面開裂；澆注位置選擇不當(dāng)，型腔表面澆注位置選擇不當(dāng)，型腔表面長時間受高溫鐵水烘烤而膨脹長時間受高溫鐵水烘烤而膨脹開裂；開裂；澆注溫度過高，澆注速度太慢澆注溫度過高，澆注速度太慢 6）冷隔 鑄件上有未完全融合的縫隙或洼坑，其交接處鑄件上有未完全融合的縫隙或洼坑，其交接處是圓滑的是圓滑的 澆注溫度太低，合金流動性差；澆注溫度太低，合金流動性差；澆注速度太慢或澆注中有斷流；澆注速度太慢或澆注中有斷流；澆注系統(tǒng)位置開設(shè)不當(dāng)或內(nèi)澆道橫截面積太小；澆注系統(tǒng)位置開設(shè)不當(dāng)或內(nèi)澆道橫截面積太小；鑄件壁太薄；鑄件壁太薄；直澆道（含澆口杯）高度不夠；直澆道（含澆口杯）高度不夠；澆注時金屬