鑄造課程論文

1、材料加工技術(shù)課程論文 鑄造技術(shù)基礎(chǔ)及設(shè)備學(xué)院名稱： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)班級： 復(fù)合材料1102 學(xué)生姓名： 趙 明 學(xué) 號： 3110706049 指導(dǎo)教師： 焦 雷 2014 年 6 月摘 要:鑄造生產(chǎn)是用液態(tài)合金形成產(chǎn)品的方法，將液態(tài)合金注入造型中使之冷卻，凝固。絕大多數(shù)鑄件用作毛坯，需要經(jīng)機械加工后能成為各種機械零件；少數(shù)鑄件當(dāng)達(dá)到使用的尺寸精度和表面粗糙度要求時，可作為成品或零件而直接使用。關(guān)鍵詞：型砂，型芯，澆道，冒口，砂箱，合箱。2鑄造設(shè)備2.1砂型的結(jié)構(gòu)在造型的過程中，型砂在外力作用下成型并達(dá)到一定的緊實度而成為砂型。它是由原砂和黏結(jié)劑組成的一種具有一定強度的微孔多孔系，原

2、砂是骨干材料，占型砂總質(zhì)量的82%99%；黏結(jié)劑起粘結(jié)沙粒的作用，以粘結(jié)薄膜形式包覆砂粒，使型砂具有必要的強度和韌性。2.2原砂的主要作用 用原砂作為型砂的主要骨干材料，更重要是它能為砂型提供必要的耐高溫性能和熱物理性能，有助高溫金屬液順利充型，以及是金屬液在鑄型中冷卻，凝固并得到所要求形狀和性能的鑄件。另一方面，原砂砂粒能為砂型提供孔隙，保證型芯的透氣性，在澆注過程中，使金屬液在型腔內(nèi)受熱急劇膨脹形成的氣體和鑄型本身產(chǎn)生的大量氣體能順利逸出。2.3型（芯）砂應(yīng)具備的性能要求根據(jù)液態(tài)金屬和鑄型的相互作用可見，用于制造砂型（芯）的型砂和芯砂的性能優(yōu)劣直接影響到鑄件的質(zhì)量。型芯砂的性能主要有強度、

3、透氣性、耐火度和化學(xué)穩(wěn)定性、退讓性和工藝性能等。砂芯處于金屬液體的包圍之中，其工作條件較型砂更惡劣，因此對芯砂的性能要求比型砂高。1、強度型（芯）砂應(yīng)具有一定的強度，以保證在澆注時鑄型在液體金屬的沖刷和壓力作用下不掉砂、不變形以及在造型、合箱和搬運過程中不損壞。型（芯）砂強度的大小與水分、黏結(jié)劑含量以及緊砂程度有關(guān)。水分過多或過少，都使強度降低。黏結(jié)劑含量越多，砂的粒度越細(xì)和緊實度越大，則強度越高。但是型（芯）砂的強度太高，又會使鑄（芯）型太硬，透氣性變差，阻礙鑄件收縮而使鑄件形成氣孔和裂紋等缺陷。2、透氣性型（芯）砂具有良好的透氣性，以保證在液態(tài)金屬的作用下，鑄（芯）型生產(chǎn)的大量氣體能通過砂

4、粒間的空隙順利排出型外，從而消除或減少鑄件內(nèi)氣孔等缺陷。通常砂粒大、黏結(jié)劑含量少、水分適當(dāng)、混合均勻及緊實度小時，型砂的透氣性均有得到有效改善。3、耐火度和化學(xué)穩(wěn)定性型（芯）砂應(yīng)具有一定的耐火度和化學(xué)穩(wěn)定性，以保證在高溫液態(tài)金屬作用下不軟化、不熔化、不與液態(tài)金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使鑄件不易粘砂和不產(chǎn)生過量氣體。影響耐火度的因素有原砂的化學(xué)成分、形狀、大小和黏結(jié)劑的種類等。通常型砂中石英含量高而雜質(zhì)少時，其耐火度好。圓形和大顆粒的砂比多角形和細(xì)小顆粒的耐火度要好。為提高型（芯）砂的耐火度，防止粘砂，常加入一些附加物或在型腔（芯）表面涂刷料。4、退讓性型（芯）砂應(yīng)具有良好的退讓性，這是因為鑄件在凝固和

5、隨后冷卻過程中將伴隨者體積和收縮。為了不使鑄件生產(chǎn)內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋，要求鑄型在高溫下喪失部分強度。當(dāng)鑄件發(fā)生收縮時，能發(fā)生相應(yīng)的變形和退讓。影響退讓性的主要因素是黏結(jié)劑的種類和數(shù)量。5、工藝性能型（芯）砂應(yīng)具有良好的工藝性能，即在造型時不粘模，具有良好的流動性和可塑性，使鑄型有清晰的輪廓，從而保證鑄件有精確的輪廓尺寸。此外，型砂在鑄件落砂和清理時具有好的出砂性。需要指出的是，在實際生產(chǎn)條件下，要求型（芯）砂全部滿足上述要求是不可能的，也不必要，而是應(yīng)根據(jù)鑄造合金的種類和鑄件的技術(shù)要求，在某些性能方面有所側(cè)重；否則不僅會使鑄造工藝過程復(fù)雜化，而且還使生產(chǎn)成本大大提高。2.4 砂箱砂箱是長方形、

6、方形、圓形的堅實框子，有時根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)做成特殊形狀。砂箱的作用是牢固的圍緊型砂，便于鑄型的搬運及澆注時承受合金的壓力。砂箱可以用木材、鑄鐵、鋼、鋁合金制成，一般由上箱和下箱組成一對砂箱，并用銷子定位。3、鑄造方法3.1砂型鑄造砂型鑄造是適用面最廣的一種凝固成型方法，它幾乎適用于所有零部件生產(chǎn)。但由于砂型的導(dǎo)熱系數(shù)較低，液態(tài)金屬在砂型中的凝固速度較慢，特別是對一些壁厚較大的鑄件，會導(dǎo)致鑄件內(nèi)部晶粒粗大，易于產(chǎn)生組織及成分的偏析等，從而降低了材料的力學(xué)性能。另一方面，砂型鑄造生產(chǎn)的鑄件的表面粗糙度較其他凝固成型方法高。砂型鑄造的基本工藝過程如下圖所示主要工序有制造模樣和芯盒、配置型砂和芯砂、造型、

7、造芯、合型、澆注、落砂清理和檢驗等。其中造型（芯）是砂型鑄造的基本工序。3.2手工造型 緊砂與起模由手工完成。手工造型的優(yōu)點是操作靈活，工藝裝備簡單，生產(chǎn)準(zhǔn)備時間短，適應(yīng)性強，可用于各種大小形狀的鑄件。手工造型對人工的技術(shù)水平要求高，生產(chǎn)率低，勞動強度大，鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定，主要用于單件、小批量的生產(chǎn)。手工造型的方法很多，有整模造型、分模造型、挖砂造型、活塊造型、刮板造型等。1） 整模造型 模樣是整體結(jié)構(gòu)，最大截面在模樣一端且是平面，分型面多為平面。鑄型型腔全部在半個鑄型內(nèi)，操作簡單，鑄件不會產(chǎn)生錯型缺陷。適用于簡單形狀的鑄件。2） 分模造型 將模樣外形的最大截面分成兩半，型腔位于上下兩個砂箱內(nèi)。

8、分模造型適用于形狀較復(fù)雜的鑄件。3） 活塊造型 模樣上可拆卸或活動的部分叫活塊。為起模方便，將模樣方便，將模樣上妨礙起模的部分做成活動的。起模時，先起出主體模樣，再單獨取出活塊。4） 挖砂造型 模樣是整體的，分型面為曲面，為了便于起模，造型時用手工挖去阻礙起模的型砂，每造一型需挖砂一次，生產(chǎn)率低，要求操作技術(shù)水平高。適用于形狀復(fù)雜鑄件的單件生產(chǎn)。5） 假箱造型 為克服挖砂造型的挖砂缺點，在造型前預(yù)先做個底胎，然后在底胎上制下箱，因底胎不參加澆注，故稱假箱。假箱造型比挖砂造型操作簡單，且分型面整齊。6） 刮板造型 用刮板代替實體模樣造型，可以降低模樣成本，節(jié)約木材，縮短生產(chǎn)周期，但要求操作者技術(shù)

9、水平高，適用于有等截面或回轉(zhuǎn)體的鑄件。3.3機械造型機器造型指緊砂和起模兩個重要工序采用機械完成。機械造型實現(xiàn)了機械化，因而生產(chǎn)率高，鑄件質(zhì)量好。但設(shè)備投資大，適用于中、小型鑄件的批量生產(chǎn)。機器造型按緊實方式分為：1） 壓實造型 壓實造型是利用壓頭的壓力將砂箱的型砂緊實，先把型砂填入砂箱的輔助框內(nèi)，壓頭向下將型砂緊實，輔助框是用來補償緊實過程中型砂被壓縮的高度。2） 震擊造型 利用震動和撞擊對型砂進(jìn)行緊實，砂箱填砂后，震擊活塞將工作臺連同砂箱舉起一定高度，然后下落，與缸體撞擊，依靠型砂下落時的沖擊力產(chǎn)生緊實作用。3） 拋砂造型 拋砂頭轉(zhuǎn)子上裝有葉片，型砂由皮帶輸送機連續(xù)的送入到葉片上，高速旋轉(zhuǎn)

10、的葉片將型砂分成一個個砂團，當(dāng)砂團隨葉片轉(zhuǎn)到出口處時，由離心力作用，型砂高速拋入砂箱，同時完成填砂和緊實。4） 射砂造型 儲氣筒中的壓縮空氣迅速進(jìn)入射堂，將型砂由射砂孔射入芯盒的空腔中，而壓縮空氣經(jīng)射砂上的排氣空排出，射砂過程是在短暫的時間內(nèi)同時完成填砂和緊實。3.4合箱 在整個鑄造過程中，合箱是最關(guān)鍵的一步，合箱就是將造好的型箱與砂芯組合成一個整體的過程。根據(jù)合箱計劃，按材質(zhì)，砂箱大小將砂箱放平穩(wěn)，擺箱應(yīng)將水口按天車縱向橫走向?qū)R。大活應(yīng)在箱底下面開溝排氣，或?qū)⑸跋鋲|高。4、鑄造輔助材料4.1鑄造用涂料1涂料的基本組成鑄造涂料由多種不同性質(zhì)的材料組成的分散系，通常由耐火粉料、載液、懸浮劑、粘

11、接劑和改善某些性能的添加劑所組成。2涂料的作用砂型鑄造用涂料涂敷在砂型型腔和砂芯表面形成薄層材料其作用：1） 填塞了砂型和砂芯的表面孔隙，避免鑄件表面粗糙、機械粘砂、化學(xué)粘砂，使鑄件表面粗糙度得到最好的改善。2） 可防止或減少鑄件生產(chǎn)與砂子有關(guān)的其他鑄造缺陷或質(zhì)量問題。3） 用涂料來產(chǎn)生冶金效應(yīng)，改善鑄件局面的表面性能和內(nèi)在質(zhì)量。4.2機械油的用途在造型（芯）過程中，型（芯）模表面會有粘砂現(xiàn)象，導(dǎo)致模面粗糙，從而給脫模帶來一定影響，使砂型（芯）表面存在一定缺陷，影響鑄件表面質(zhì)量。所以在造型（芯）時，將對每層型（芯）模面進(jìn)行處理，刮掉粘砂，涂刷機械油使模面光滑，容易脫模，從而提高砂型（芯）質(zhì)量。

12、4.3石棉繩及耐火材料的作用合箱是重要的一步，合箱時兩個型箱間會有縫隙，分型面凹凸不平時，縫隙會更加明顯，為彌補這種缺陷。在裝箱前期，在下面型箱的分型面涂敷一定量的耐火材料或放置石棉繩，主要作用是填塞型箱之間的縫隙，避免跑鋼。5、鑄造常見的缺陷及控制5.1縮孔與縮松（1）縮孔 縮孔產(chǎn)生的基本原因是合金的液態(tài)收縮和凝固收縮值遠(yuǎn)大于凝固收縮值?？s孔形成的條件是金屬在恒溫或很小的溫度范圍內(nèi)結(jié)晶。（2）縮松 縮松實質(zhì)上是將集中縮孔分散為數(shù)量極多的小縮孔。它分布在整個斷面上，一般出現(xiàn)在鑄件壁的軸線區(qū)域、熱節(jié)處、冒口根部和內(nèi)澆口附近，也常分布在集中縮孔的下方。形成縮松的基本原因和縮孔相同，條件主要是出現(xiàn)在

13、結(jié)晶溫度范圍寬、呈湖狀凝固方式的和金中。（3）縮孔與縮松的防止為了防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松，在鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)避免局部金屬積聚。工藝上，針對合金的凝固特點制定合理的鑄造工藝，常采取“順序凝固”和“同時凝固”兩種措施。（1）“順序凝固”就是在鑄件可能出現(xiàn)縮孔或最后凝固的部位設(shè)置冒口，使鑄件按照遠(yuǎn)離冒口的部位的液體金屬補縮，后凝固部位的收縮是由冒口中的金屬液補縮，使鑄件各部位的收縮均得到金屬補縮，而縮孔則移至冒口，最后將冒口切除?；?qū)⒚翱谂c冷鐵配合，調(diào)節(jié)鑄件的凝固順序，擴大冒口的有效補縮距離。（2）“同時凝固”是使鑄件各部位幾乎同時冷卻凝固，以防止縮孔的產(chǎn)生。在鑄件厚部或緊靠厚部處的鑄型安放冷鐵，

14、同時凝固可減輕鑄件熱應(yīng)力，防止鑄件變形和開裂。冒口、冷鐵的合理運用是消除縮孔、縮松的有效措施。5.2鑄造應(yīng)力鑄件收縮時受阻就產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，主要分為熱應(yīng)力、收縮應(yīng)力。（1）熱應(yīng)力 鑄件在凝固和冷卻過程中，不同部位由于不均衡的收縮而引起的應(yīng)力，熱應(yīng)力使冷卻較慢的后壁處受拉伸，冷卻較快的薄壁處受壓縮，鑄件的壁厚差別愈大、合金的線收縮率或彈性模量愈大，熱應(yīng)力愈大。定向凝固時，由于鑄件各部分冷卻速度不一致，產(chǎn)生的熱應(yīng)力較大，鑄件易出現(xiàn)變形裂紋。（2）收縮應(yīng)力 是鑄件在固態(tài)收縮時，因受鑄型、型芯、冒口等外力的阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。如果鑄件的收縮應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用，其應(yīng)力大于鑄件的抗拉強度時，鑄件會產(chǎn)生裂紋。

15、消除鑄造應(yīng)力的措施：1、合理地設(shè)計鑄件的結(jié)構(gòu) 鑄件的形狀復(fù)雜，各部分壁厚相差越大，冷卻不均勻，鑄造應(yīng)力大，在設(shè)計鑄件時應(yīng)盡量使鑄件形狀簡單、對稱、壁厚均勻。2、采用同時凝固的工藝 設(shè)法改善鑄型、型芯的退讓性，合理設(shè)置澆冒口等。3、時效處理 時效分為自然時效、熱時效和共振失效。自然時效是鑄件置于露天場地半年以上，讓其內(nèi)應(yīng)力消除。熱時效是鑄件加熱到550度至650度，保溫2至4小時，隨爐溫冷卻至150至200度，然后出爐。共振法將鑄件在其共振頻率下振動，消除鑄件殘余應(yīng)力。5.3氣孔在鑄件內(nèi)部、表面處出現(xiàn)光滑孔眼，形狀不規(guī)則，顏色有白色或帶一層暗色，有時覆有氧化鐵皮。措施：降低熔煉時金屬的吸氣量，減

16、少砂型在澆注過程中的發(fā)氣量，改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)，提高砂型和型芯的透氣性，使型內(nèi)氣體順利排出。5.4渣氣孔由于澆注時擋渣不良，澆注溫度太低熔渣不易上浮，澆注時斷流或未充滿澆口，渣和金屬液一起流入型腔。導(dǎo)致鑄件內(nèi)部出現(xiàn)不規(guī)則的孔眼，孔眼不光滑里面充塞著熔渣。預(yù)防措施：提高金屬液溫度，降低熔渣黏性，提高澆注系統(tǒng)的擋渣能力。5.5冷隔（1） 缺陷特征：在鑄件上有一種未完全融合的縫隙或洼坑，其交界邊緣是圓滑的。（2）產(chǎn)生原因：鑄件設(shè)計不合理，鑄壁較薄，合金流動性差，澆注溫度低，澆注速度慢，澆口大小或布置不當(dāng)，澆注時有中斷。（3）預(yù)防措施：提高澆注溫度和澆注速度，改善澆注系統(tǒng)，澆注時不斷流。參考文獻(xiàn)1 張保林.

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