第七章 金屬液態(tài)成形

1、機(jī)械工程基礎(chǔ)第2版 主編第七章金屬的液態(tài)成形第一節(jié)金屬的液態(tài)成形原理第二節(jié)砂 型 鑄 造第三節(jié)特 種 鑄 造第四節(jié)鑄造工藝新技術(shù)第一節(jié)金屬的液態(tài)成形原理一、液態(tài)金屬的流動(dòng)性1.流動(dòng)性的基本概念圖-螺旋形流動(dòng)試樣第一節(jié)金屬的液態(tài)成形原理2.衡量流動(dòng)性的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)表-常用合金的流動(dòng)性第一節(jié)金屬的液態(tài)成形原理3.影響金屬流動(dòng)性的因素()合金種類從表-中可看出，灰鑄鐵和硅黃銅的流動(dòng)性最好，鋁硅合金次之，鑄鋼最差。()澆注溫度澆注溫度越高，保持液態(tài)的時(shí)間就越長(zhǎng)，液態(tài)合金的粘度也越小，其流動(dòng)性也就越好。()鑄型填充條件鑄型中凡能增加金屬流動(dòng)阻力、降低流速和加快冷卻速度的因素，都會(huì)降低合金的流動(dòng)性。二、液態(tài)金

2、屬的收縮性1.收縮的概念()液態(tài)收縮指液態(tài)金屬?gòu)臐沧囟壤鋮s到凝固開始之間所產(chǎn)生的體收縮。()凝固收縮指從凝固開始溫度到凝固終止溫度之間的體收縮。第一節(jié)金屬的液態(tài)成形原理()固態(tài)收縮指從凝固終止溫度到室溫間所產(chǎn)生的線收縮。2.影響收縮的因素()合金種類合金種類不同，其收縮率不同。表-幾種常見合金的收縮率(%)第一節(jié)金屬的液態(tài)成形原理(2)澆注溫度澆注溫度愈高，過(guò)熱度愈大，合金的收縮就愈大。(3)鑄型條件與鑄件結(jié)構(gòu)冷卻時(shí)因受鑄型和型芯的阻礙，鑄件的實(shí)際收縮小于其自由收縮。三、縮孔和縮松的形成和防止縮孔是指鑄件在凝固過(guò)程中，因補(bǔ)縮不良而產(chǎn)生的孔洞。圖-2縮孔形成的過(guò)程a)充滿b)形成硬殼c)形成真

3、空d)真空增大e)形成縮孔第一節(jié)金屬的液態(tài)成形原理圖-3鑄件的順序凝固第一節(jié)金屬的液態(tài)成形原理圖-冷鐵的應(yīng)用四、鑄造應(yīng)力引起的變形和裂紋第一節(jié)金屬的液態(tài)成形原理鑄件在凝固后的固態(tài)收縮受到阻礙時(shí)，將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，稱之為鑄造應(yīng)力。五、常用合金的鑄造性能常用合金指鑄鐵、鑄鋼、鑄銅、鑄鋁及其合金等。1.鑄鐵()灰鑄鐵由于其流動(dòng)性很好，可以澆注出薄而復(fù)雜的優(yōu)質(zhì)鑄件；收縮率較小，一般不必采取任何工藝措施，僅對(duì)C、S質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的高強(qiáng)度灰鑄鐵采用同時(shí)凝固法防止應(yīng)力即可。第一節(jié)金屬的液態(tài)成形原理()球墨鑄鐵由于其流動(dòng)性比灰鑄鐵差，須提高鐵液出爐溫度，加大澆注系統(tǒng)截面，以增大充型速度，防止冷隔；液態(tài)收縮和凝固收縮很

4、大，需采取順序凝固法防止縮孔和縮松；有較大的內(nèi)應(yīng)力、變形和冷裂傾向，重要鑄件必須進(jìn)行去應(yīng)力退火，并嚴(yán)格控制鐵液中的S質(zhì)量分?jǐn)?shù)，減少HS氣體(易產(chǎn)生氣孔)，烘干砂型。()可鍛鑄鐵由于其流動(dòng)性較差，收縮率大，形成縮孔和裂紋的傾向較大，工藝上必須采取順序凝固法防止縮孔，并提高砂型退讓性，以降低鑄造應(yīng)力，從而避免裂紋產(chǎn)生。2.鑄鋼()防止冷隔和澆不足的措施設(shè)計(jì)鑄件壁厚不能小于8；澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，斷面尺寸比灰鑄鐵件大；采用干鑄型或熱鑄型。第一節(jié)金屬的液態(tài)成形原理()防止縮孔及裂紋的措施鑄件壁厚要均勻，且避免直角和尖角結(jié)構(gòu)；提高型砂和型芯的退讓性。()防止粘砂的措施對(duì)大而薄件，鑄型型腔表面刷涂石英粉

5、；對(duì)中、小型件，在鑄型型腔表面撒一層煤粉。3.鑄鋁()鋁硅合金有良好的鑄造性能，經(jīng)變質(zhì)處理或時(shí)效處理，還具有良好的力學(xué)性能，故應(yīng)用最廣，約占鑄鋁件產(chǎn)量的50%，如內(nèi)燃機(jī)的活塞、氣缸體、電動(dòng)機(jī)外殼等。()鋁銅、鋁鎂合金因其遠(yuǎn)離共晶成分，結(jié)晶溫度范圍大，鑄造性能差，故可適當(dāng)提高澆注溫度和澆注速度，增設(shè)冒口，提高型砂和芯砂的退讓性，以防鑄造缺陷的產(chǎn)生。4.鑄銅第二節(jié)砂 型 鑄 造圖-砂型鑄造過(guò)程)把放大了收縮量的模樣及芯盒做好后，按要求準(zhǔn)備好鑄型。)把熔煉好的液態(tài)金屬澆滿鑄型。第二節(jié)砂 型 鑄 造)液態(tài)金屬在型腔內(nèi)凝固成形后，打箱落砂得到一定形狀和尺寸的鑄件。一、手工造型手工造型是機(jī)器造型的基礎(chǔ)，生

6、產(chǎn)中常根據(jù)模樣（鑄件）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸大小、技術(shù)要求、生產(chǎn)條件、生產(chǎn)批量等，遵循造型原則合理選用造型方法。二、機(jī)器造型為了克服手工造型所引起的鑄件精度低、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)，在大批量生產(chǎn)鑄件時(shí)，常采用機(jī)器造型。1.機(jī)器造型的緊砂方法第二節(jié)砂 型 鑄 造圖-震壓緊砂原理圖1工作臺(tái)2模板3砂箱4震實(shí)氣路5震實(shí)活塞6壓實(shí)活塞7壓頭8震實(shí)進(jìn)氣口9震實(shí)排氣口10壓實(shí)氣缸第二節(jié)砂 型 鑄 造圖-拋砂緊砂原理圖膠帶運(yùn)輸機(jī)2弧形板3葉片4轉(zhuǎn)子5模樣第二節(jié)砂 型 鑄 造2.機(jī)器造型的起模方式圖-頂箱式起模第二節(jié)砂 型 鑄 造()頂箱式起模如圖-所示，頂箱式起模機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)四根頂桿，頂住砂箱四角慢速升起完成起模。()漏

7、模式起模如圖-所示，將形成鑄件較深部分的模樣做成活動(dòng)模樣安裝在模板上，待砂型緊實(shí)后，活動(dòng)模樣從漏板中向下拔出，此時(shí)砂型被漏板托住而不會(huì)塌砂。()翻轉(zhuǎn)式起模砂型緊實(shí)后連同模樣一起翻轉(zhuǎn)180使下箱下落完成起模。圖-翻轉(zhuǎn)式起模第二節(jié)砂 型 鑄 造圖-翻轉(zhuǎn)式起模1接箱臺(tái)2翻轉(zhuǎn)板3模板4砂箱第二節(jié)砂 型 鑄 造3.機(jī)器造型的工藝特點(diǎn)圖-機(jī)器造型采用模板造型)雙面模板)單面模板第三節(jié)特 種 鑄 造一、金屬型鑄造金屬型鑄造是采用金屬制造鑄型，將液體金屬澆入金屬型中而獲得鑄件的鑄造方法。圖-2鑄造鋁合金活塞簡(jiǎn)圖1底型2、8銷孔金屬型芯3、7左、右半型4、5、6分塊金屬型芯第三節(jié)特 種 鑄 造(1)金屬型的結(jié)構(gòu)

8、及工藝特點(diǎn)金屬型一般用灰鑄鐵或鑄鋼經(jīng)機(jī)械加工制成。(2)金屬型鑄造特點(diǎn)及應(yīng)用與砂型鑄造相比，金屬型實(shí)現(xiàn)了一型多鑄，從而節(jié)省了大量的型砂和造型工時(shí)，且便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)率；鑄件精度也較高，可達(dá)，表面粗糙度值.，減少了加工余量；由于冷卻速度較快，鑄件晶粒較細(xì)，力學(xué)性能也較高。二、壓力鑄造壓力鑄造是在高壓下快速地將液態(tài)或半液態(tài)合金壓入金屬鑄型型腔，并在壓力作用下凝固而獲得鑄件的方法。()壓力鑄造過(guò)程壓力鑄造使用的壓鑄機(jī)(見圖-3)由定型、動(dòng)型、壓室等組成。第三節(jié)特 種 鑄 造圖-13壓力鑄造)合型澆注)壓射)開型頂件()壓力鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用由于液體金屬是在高壓高速下進(jìn)入鑄第三

9、節(jié)特 種 鑄 造型內(nèi)的，因而大大地提高了液體金屬充滿鑄型的能力，故可鑄出薄而復(fù)雜的精密鑄件，并可直接鑄出小孔、螺紋、齒輪等。三、離心鑄造離心鑄造是指將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬液在離心力的作用下充滿鑄型并結(jié)晶的鑄造方法。()離心鑄造過(guò)程離心鑄造主要用于生產(chǎn)圓筒形鑄件。圖-14離心鑄造)垂直軸線)水平軸線第三節(jié)特 種 鑄 造()離心鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用離心鑄造的主要優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)需型芯和澆注系統(tǒng)，省料；由于離心力的作用，液體金屬中較輕的熔渣、氣體均集中于鑄件的內(nèi)表面，故鑄件組織致密，無(wú)縮孔、氣孔、夾渣等缺陷，鑄件質(zhì)量好。四、熔模鑄造熔模鑄造是一種精密鑄造方法。.熔模鑄造過(guò)程圖-熔模鑄造)壓鑄蠟

10、模)組合蠟?zāi)?結(jié)殼)脫蠟)澆注第三節(jié)特 種 鑄 造()壓鑄蠟?zāi)Ｊ紫雀鶕?jù)鑄件的形狀尺寸制成比較精密的母模；然后根據(jù)母模制出比較精密的壓型；再用壓力鑄造的方法，將熔融狀態(tài)的蠟料壓射到壓型中(見圖-5)。()組合蠟?zāi)榱颂岣呱a(chǎn)率，通常將若干蠟?zāi)：傅酵幌炛频臐沧⑾到y(tǒng)上，形成一個(gè)蠟?zāi)＝M(見圖-5)。()結(jié)殼脫蠟它是先將蠟?zāi)＝M浸于由硅粉(耐火材料)、水玻璃(粘結(jié)劑)制成的涂料漿內(nèi)，取出后向其表面噴撒一層細(xì)硅砂，再浸入氯化銨中使其硬化。()焙燒和澆注為提高殼型強(qiáng)度和排除殼型中殘余揮發(fā)物，在澆注前，必須將殼型送入爐中焙燒。.熔模鑄造特點(diǎn)及應(yīng)用五、各種鑄造方法比較第三節(jié)特 種 鑄 造各種鑄造方法均有其工藝特

11、點(diǎn)和適用范圍。表-3各種鑄造方法比較第三節(jié)特 種 鑄 造.第四節(jié)鑄造工藝新技術(shù)一、實(shí)型鑄造圖-6實(shí)型鑄造工藝過(guò)程)泡沫塑料模)造型)澆注)鑄件二、懸浮鑄造懸浮鑄造是在澆注過(guò)程中，將一定量的金屬粉末加入到金屬液流里，使其與金屬液摻和在一起而流入鑄型的鑄造方法。第四節(jié)鑄造工藝新技術(shù)圖-懸浮鑄造澆注系統(tǒng)1供料斗2離心式集液包3旋轉(zhuǎn)軸心線4直澆道5澆口杯第四節(jié)鑄造工藝新技術(shù)三、真空密封造型(法造型)真空密封造型，簡(jiǎn)稱為真空造型。.金屬液態(tài)成形原理)液態(tài)金屬流動(dòng)性的概念液態(tài)金屬的流動(dòng)性是指液態(tài)金屬本質(zhì)的流動(dòng)能力，是衡量鑄造性能優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。)液態(tài)金屬收縮性的概念液態(tài)金屬的收縮性是指鑄件在澆注、凝固

12、和冷卻過(guò)程中，發(fā)生體積與尺寸減小的現(xiàn)象。)常用金屬中灰鑄鐵的鑄造性能最好。2.砂型鑄造工藝過(guò)程)配型砂、配芯砂(造型材料應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度、良好的可塑性、高的耐火性、良好的透氣性和退讓性等)。)造型、造芯(造型方法有手工造型和機(jī)器造型)。第四節(jié)鑄造工藝新技術(shù))烘干、合型。)熔煉合金目的是得到溫度足夠高且化學(xué)成分符合要求的金屬液。)澆注、落砂、清理和檢驗(yàn)。3.特種鑄造)金屬型鑄造 優(yōu)點(diǎn)“一鑄多型”節(jié)省材料和工時(shí)；組織致密、晶粒細(xì)??；鑄件精度高。 應(yīng)用成批生產(chǎn)形狀簡(jiǎn)單的非鐵金屬鑄件，如鋁合金活塞、氣缸體和銅合金軸瓦等。)壓力鑄造第四節(jié)鑄造工藝新技術(shù) 特點(diǎn)壓力提高了充型能力；組織致密、力學(xué)性能好；省掉了補(bǔ)縮冒口；鑄件精度高。 應(yīng)用大批生產(chǎn)薄壁、復(fù)雜的小型非鐵鑄件，如鋁合金氣缸體、缸蓋、儀表殼體等。)離心鑄造 特點(diǎn)節(jié)省型芯和澆注系統(tǒng)；組織致密；提高了充型能力；便于制造雙金屬層。 應(yīng)用用于制造鑄鋼、鑄鐵、非鐵金屬等材料的各類管狀零件的毛坯，如鑄鐵管、缸套、銅套、雙金屬軸瓦等。)熔模鑄造 特點(diǎn)鑄型沒有分型面；適用各種合金的鑄造；生產(chǎn)批量不受限制；工藝過(guò)程復(fù)雜。第四節(jié)鑄造工藝新技術(shù) 應(yīng)用成批生產(chǎn)的小型精密鑄件；高熔點(diǎn)、難以切削加工的合金鑄件，如汽輪機(jī)的葉片和葉輪、形