材料科學基礎 課件2-鑄造

工程材料成形基礎第二章鑄造鑄造2.1概述鑄造鑄造是指熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀、尺寸和性能的金屬零件毛坯的成形方法。用鑄造方法獲得的金屬毛坯或零件稱為鑄件。優(yōu)點適應性廣，成本低廉。缺點工藝控制較困難，鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定，廢品率較高。鑄造勞動強度大，條件差，環(huán)境污染嚴重。鑄造清潔生產(chǎn)鑄造鑄造的分類按生產(chǎn)方式，分為砂型鑄造和特種鑄造。砂型鑄造的鑄件占總產(chǎn)量的80%以上。鑄造2.2造型材料和模樣型（芯）砂的組成主要由原砂、黏結(jié)劑、附加物和水混制而成。黏土砂水玻璃砂油砂和合脂砂樹脂砂性能型砂強度透氣性耐火性退讓性制備鑄造鑄造工藝圖表示鑄型分型面、澆冒口位置、型芯結(jié)構(gòu)尺寸、控制凝固措施等的圖樣，是在零件圖上，以規(guī)定的符號表示各項鑄造工藝內(nèi)容的圖形。澆注位置是澆注時鑄件在鑄型中所處的位置。確定澆注位置應遵循“三下一上”的原則。主要工作面和重要面應朝下或置于側(cè)壁。寬大平面朝下薄壁面朝下厚壁朝上鑄造工藝圖、模樣和芯盒

鑄造澆注位置鑄造工藝圖、模樣和芯盒

鑄造分型面分型面是鑄型組元間的接合面。盡可能使鑄件全部或主要部分置于同一砂箱中，以避免錯型而造成尺寸偏差。盡可能使分型面為一平面。鑄造工藝圖、模樣和芯盒

鑄造模樣和芯盒模樣用來獲得鑄件的外形用芯盒制得的型芯主要用來獲得鑄件的內(nèi)腔。起模斜度為了使模樣容易從鑄型中取出或型芯從芯盒中脫出，凡平行于起模方向在模樣或芯盒壁上的斜度即為起模斜度。收縮余量為了補償鑄件收縮，模樣的尺寸應比鑄件圖樣尺寸增大的數(shù)值稱為收縮余量。鑄造工藝圖、模樣和芯盒

鑄造澆注系統(tǒng)金屬液流入鑄型型腔的通道為澆注系統(tǒng)。其作用是保證液態(tài)金屬平穩(wěn)地流入型腔以免沖壞鑄型，防止熔渣、砂粒等雜物進入型腔，補充鑄件冷凝收縮時所需的液體金屬。澆注系統(tǒng)由外澆道、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成。2.3澆注系統(tǒng)和冒口鑄造冒口澆入鑄型的金屬液在冷凝過程中要產(chǎn)生體積收縮，在其最后凝固的部位會形成縮孔。冒口是在鑄型內(nèi)儲存供補縮鑄件用熔融金屬的空腔，它能根據(jù)需要補充型腔中金屬液的收縮，使縮孔轉(zhuǎn)移到冒口中去，最后鑄件清理時去除冒口即可消除鑄件中的縮孔。冒口還有集渣和排氣觀察作用，分為：名冒口和暗冒口。2.3澆注系統(tǒng)和冒口鑄造砂箱及造型工具2.4手工造型和制芯鑄造模樣是整體的，鑄型的型腔一般只在下箱。整模造型因操作簡便，無砂箱錯位現(xiàn)象，適用于外形輪廓上有一個平面可作分型面的簡單鑄件，如盤、蓋類、齒輪、軸承座等。視頻手工造型-整模造型鑄造模樣被分為兩半，分型面是模樣的最大截面。型腔分置在兩個砂箱內(nèi)，易產(chǎn)生因合箱誤差而形成的錯箱。操作簡便，適用于形狀較復雜且具有良好對稱面的鑄件，如套筒、管子和閥體等。視頻手工造型-分模造型鑄造當鑄件最大截面在中部，模樣又不便分成兩半（如分模后模樣太薄或分面是曲面）時，只能將模樣做成整模，造型時挖掉防礙起模的砂子。挖砂造型操作麻煩，生產(chǎn)率低，要求操作技術(shù)水平高，僅適用于單件小批量生產(chǎn)。對于分型面為階梯面或曲面的鑄件，當生產(chǎn)數(shù)量較多時，可用成形底板代替平面底板，并將模樣放置在成形底板上造型，可省去挖砂操作。手工造型-挖砂造型鑄造當挖砂造型的鑄件所需數(shù)量較多時，為簡化操作，可采用假箱造型。預制的假箱只起底板作用，不用于合箱。效率高。當生產(chǎn)量更多時，還可用成型模板代替假箱造型。手工造型-假箱造型鑄造當鑄件的側(cè)面有凸臺，阻礙起模，可將凸臺做成活塊。起模時，先取出模樣主體，再從側(cè)面取出活塊。適合側(cè)面有凸臺、肋條等結(jié)構(gòu)妨礙起模的鑄件，操作麻煩，生產(chǎn)效率低。視頻手工造型-活塊造型鑄造用與零件截面形狀相應的特制刮板，通過旋轉(zhuǎn)、直線或曲線運動完成造型的方法?？晒?jié)省制模材料，降低制模成本。刮板造型操作復雜，對工人的操作技術(shù)要求較高，適合單件大尺寸鑄件。視頻手工造型-刮板造型鑄造鑄件兩端截面大，中間截面小，用兩箱造型無法起模時，可采用三箱造型（兩個分型面）。即將模樣從小截面處分開，即可從分型面處起出模樣。造型操作復雜，要求有高度適當?shù)闹邢洌中兔娑鄬е洛e箱的幾率增大。視頻手工造型-三箱造型鑄造芯的主要作用是形成鑄件的內(nèi)腔或局部外形。單件、小批生產(chǎn)時采用手工制芯，大批生產(chǎn)時采用機器制芯。手工制芯常采用芯盒制芯。強度、透氣性、耐火性和退讓性放置芯骨開通氣道刷涂料烘干制芯-對型芯的技術(shù)要求和工藝措施鑄造制芯-型芯的制備型芯的制備視頻鑄造型芯的定位主要依靠型芯頭制芯-型芯的定位鑄造震壓式造型機射壓式造型機其它機器造型射芯機機器造型的視頻2.5機器造型和制芯鑄造鑄鐵的熔煉鑄鐵的熔煉應符合以下要求（1）鐵水溫度足夠高；（2）鐵水的化學成分符合要求；（3）熔化效率高，節(jié)能。反射爐燃料在燃燒室燃燒，生成的火焰靠爐頂反射到加熱室加熱坯料的爐子。對原料和燃料的適應性強，容易實現(xiàn)大型化，成本低；但燃料消耗高，煙氣量大，煙氣含二氧化硫濃度低，不易回收利用，污染環(huán)境電爐鐵水質(zhì)量好，環(huán)保，但一次性投資大；沖天爐結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，熔化的效率較高，燃料獲取方便，但熔化的鐵水質(zhì)量不如電爐。2.6合金的熔煉鑄造沖天爐的構(gòu)造(一)爐底與爐基(二)爐體爐身：加料口下緣至第一排風口之間的爐體其內(nèi)部空腔稱為爐膛，其直徑?jīng)Q定熔化率有效高度：沖大爐主要工作區(qū)段爐缸：第一排風口中心線至爐底之間的爐體爐缸的主要作用：1、保護爐底，2、匯聚鐵液和爐渣使之進入前爐。3、無前爐的爐缸，則主要起儲存鐵液的作用(三)前爐：前爐由前爐體和可分離的爐蓋構(gòu)成。1、儲存鐵液；2、使鐵液成分和溫度均勻；3、降低鐵液在爐缸中的增碳與增硫；4、分離渣鐵，凈化鐵液；鑄造鑄鋼的熔煉鑄鋼通常采用三相電弧爐進行熔煉，電弧爐的溫度容易控制，熔煉速度快，質(zhì)量好，操作方便。電弧爐用三相交流電為電源，一般用碳素電極或石墨電極。電弧發(fā)生在電極與被熔煉的爐料之間，爐料受電弧直接加熱。電弧長度靠電極升降調(diào)節(jié)。鑄造有色金屬的熔煉感應電爐坩堝爐鑄鋼的熔煉鑄造準備工作根據(jù)待澆鑄件的大小準備好端包、抬包等各類澆包并烘干、預熱，以避免金屬液飛濺和急劇降溫。去掉蓋在鑄型澆口杯上的護蓋并清理周圍的散砂。掌握待澆鑄件的大小、形狀和澆注系統(tǒng)類型等，以便正確控制金屬液的流量并保證在整個澆注過程中不斷流。澆注場地應暢通，確保安全。澆注方法在澆包的鐵水表面撒上草灰以保溫和聚渣。澆注時應用擋渣鉤在澆包口擋渣，用燃燒的木棍在鑄型周圍將鑄型內(nèi)溢出的氣體引燃，以防止鑄件產(chǎn)生氣孔和污染車間空氣。陶瓷擋渣網(wǎng)控制澆注溫度和澆注速度。鑄型澆注鑄造鑄件的落砂和清理落砂：用手工或機械方法使鑄件與型（芯）砂分離的操作。落砂溫度手工落砂、落砂機清理：落砂后從鑄件上清除表面粘砂、型砂及多余金屬等的過程。清理工作包括：去除澆冒口清除砂芯清砂對于易損壞的薄壁件及大鑄件可使用拋丸清理機。2.7鑄件清理和常見缺陷分析鑄造鑄件常見缺陷分析-1鑄造鑄件常見缺陷分析-2鑄造熔模鑄造熔模鑄造又稱失蠟鑄造，用易熔材料如蠟料制成模樣,在模樣上包覆若干層耐火涂料,制成型殼,熔出模樣后經(jīng)高溫焙燒即可澆注的鑄造方法.鑄件的精度高，表面粗糙度低。可鑄出形狀復雜的薄壁鑄件。鑄件合金種類不受限制，鋼、鑄鐵和有色合金均可。生產(chǎn)工序復雜，生產(chǎn)周期長。原材料價格貴，鑄件成本高。鑄件不能太大、太長，否則蠟模易變形。最適合25kg以下的高熔點、難以切削成形的合金鑄件的大批量生產(chǎn)。2.8特種鑄造方法鑄造壓力鑄造熔融金屬在高壓下高速充型，并在壓力下凝固的鑄造方法。壓力30～70MPa，速度5～100m/s生產(chǎn)效率高,便于實現(xiàn)自動或半自動化。鑄件的精度高,表面粗糙度低。鑄件高壓高速下結(jié)晶，故晶粒細小，表層緊實，鑄件的強度、硬度高。便于采用嵌鑄,又稱鑲鑄法壓鑄機費用高，壓鑄模具制造成本高，工藝準備周期長，不適用單件小批量生產(chǎn)。壓鑄件不宜熱處理，并盡量避免切削加工。（原因）由于壓鑄的金屬液注入和凝固速度過快，型腔氣體難以及時完全排出，壁厚處難以進行補縮，故鑄件內(nèi)部易存有氣孔、縮孔和縮松等鑄造缺陷。所以，不宜熱處理。特種鑄造方法鑄造金屬型鑄造在重力作用下將熔融金屬澆入金屬型而獲得鑄件的方法稱為金屬型鑄造。生產(chǎn)率中等，節(jié)省了配砂、造型、落砂等工序，節(jié)省大量造型材料和生產(chǎn)場地，易于實現(xiàn)機械化和自動化。鑄件精度和表面質(zhì)量高。鑄件力學性能好。因冷卻速度快，鑄件的組織致密，力學性能提高。金屬型不透氣，無退讓性，冷卻速度快，易使鑄件產(chǎn)生澆不足、冷隔、白口等缺陷。主要用于非鐵合金鑄件，如鋁合金、銅合金鑄件。特種鑄造方法鑄造離心鑄造