液態(tài)成形(特種鑄造)

2023/12/311第一章金屬液態(tài)成形§1.1金屬液態(tài)成形工藝基礎(chǔ)§1.2砂型鑄造§1.3特種鑄造

§1.4常用合金鑄件生產(chǎn)及鑄造方法的選擇§1.5與液態(tài)成形相關(guān)的新工藝、新技術(shù)簡(jiǎn)介2023/12/312第一章金屬液態(tài)成形§1.3特種鑄造一、熔模鑄造（失蠟鑄造）二、金屬型鑄造三、壓力鑄造四、低壓鑄造五、離心鑄造六、陶瓷型鑄造七、實(shí)型鑄造八、磁型鑄造九、擠壓鑄造§3特種鑄造2023/12/313特種鑄造：鑄型少或不用砂、采用特殊工藝裝備進(jìn)行鑄造的方法，如熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、陶瓷型鑄造和實(shí)型鑄造等。

特點(diǎn)：具有鑄件精度高和表面質(zhì)量好、鑄件內(nèi)在性能好、原材料消耗低、工作環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)。但鑄件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、重量、材料種類往往受到限制。§3特種鑄造2023/12/314§3特種鑄造一、熔模鑄造（失蠟鑄造、精密鑄造）（一）熔模鑄造的工藝過(guò)程1．制造蠟?zāi)?/p>

常用50%石蠟和50%硬脂酸配制而成。為提高生產(chǎn)率，把數(shù)個(gè)蠟?zāi)Ｈ酆冈谙灠羯希蔀橄災(zāi)＝M。2．制造型殼

在蠟?zāi)＝M表面浸掛一層以水玻璃和石英粉配制的涂料，然后在上面撒一層較細(xì)的硅砂，并放入固化劑（如氯化銨水溶液等）中硬化。使蠟?zāi)＝M外面形成由多層耐火材料組成的堅(jiān)硬型殼（一般為4～10層），型殼的總厚度為5～7mm。2023/12/315§3特種鑄造一、熔模鑄造（失蠟鑄造）（一）熔模鑄造的工藝過(guò)程3．熔化蠟?zāi)＃撓灒┩ǔв邢災(zāi)＝M的型殼放在80～90℃的熱水中，使蠟料熔化后從澆注系統(tǒng)中流出。4．型殼的焙燒把脫蠟后的型殼放入加熱爐中，加熱到800～950℃，保溫0.5～2h，燒去型殼內(nèi)的殘蠟和水分，并使型殼強(qiáng)度進(jìn)一步提高。2023/12/316§3特種鑄造一、熔模鑄造（失蠟鑄造）（一）熔模鑄造的工藝過(guò)程5．澆注將型殼從焙燒爐中取出后，周圍堆放干砂，加固型殼，然后趁熱（600～700℃）澆入合金液，并凝固冷卻。6．脫殼和清理用人工或機(jī)械方法去掉型殼、切除澆冒口，清理后即得鑄件。2023/12/317a)蠟?zāi))蠟?zāi)＝Mc)殼型圖1-47熔模鑄造工藝過(guò)程§3特種鑄造2023/12/3182023/12/319§3特種鑄造2023/12/3110§3特種鑄造一、熔模鑄造（失蠟鑄造）（二）熔模鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用（1）鑄件精度高、表面質(zhì)量好，是少、無(wú)切削加工工藝的重要方法之一，表面粗糙度為Ra12.5～1.6μm。如熔模鑄造的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，鑄件精度已達(dá)到無(wú)加工余量的要求。（2）可制造形狀復(fù)雜鑄件，其最小壁厚可達(dá)0.3mm，最小鑄出孔徑為0.5mm。對(duì)由幾個(gè)零件組合成的復(fù)雜部件，可用熔模鑄造一次鑄出。2023/12/3111§3特種鑄造一、熔模鑄造（失蠟鑄造）（二）熔模鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用（3）鑄造合金種類不受限制，用于高熔點(diǎn)和難切削合金，更具顯著的優(yōu)越性。（4）生產(chǎn)批量基本不受限制，既可成批、大批量生產(chǎn)，又可單件、小批量生產(chǎn)。2023/12/3112§3特種鑄造一、熔模鑄造（失蠟鑄造）（二）熔模鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用缺點(diǎn)：工序繁雜，周期長(zhǎng)，原輔材料費(fèi)用高，生產(chǎn)成本高，鑄件不宜太大、太長(zhǎng)，一般限于25kg以下。產(chǎn)品：汽輪機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)的葉片，泵的葉輪，切削刀具，飛機(jī)、汽車、拖拉機(jī)、風(fēng)動(dòng)工具等零件。2023/12/3113§3特種鑄造一、熔模鑄造（失蠟鑄造）（三）熔摸鑄造鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性1．應(yīng)便于從壓型中取出蠟?zāi)：托托?/p>

2023/12/3114§3特種鑄造一、熔模鑄造（失蠟鑄造）（三）熔摸鑄造鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性2．避免過(guò)小和過(guò)深的孔槽

否則涂料和砂粒很難進(jìn)入臘模的空洞內(nèi)，一般鑄孔應(yīng)大于2mm。2023/12/3115§3特種鑄造一、熔模鑄造（失蠟鑄造）（三）熔摸鑄造鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性3．避免有過(guò)大平面因熔模型殼的高溫強(qiáng)度較低，易變形，而平板型殼的變形更為嚴(yán)重。若鑄件必須有大平面時(shí)，可在其上開設(shè)工藝孔或增加工藝?yán)?，以增加平板型殼的剛度?023/12/3116§3特種鑄造一、熔模鑄造（失蠟鑄造）（三）熔摸鑄造鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性4．避免壁厚有分散熱節(jié)熔模鑄造工藝一般不用冷鐵，少用冒口，多用直澆口直接補(bǔ)縮，因此壁厚應(yīng)盡可能滿足（向直澆口的）定向凝固要求。5．鑄件壁厚不可太薄

一般為2～8mm。2023/12/3117§3特種鑄造二、金屬型鑄造

金屬型鑄造：將液體金屬在重力作用下澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種方法。鑄型用金屬制成，可以反復(fù)使用幾百次到幾千次。2023/12/3118§3特種鑄造二、金屬型鑄造1、金屬型的結(jié)構(gòu)與材料

根據(jù)分型面位置的不同，金屬型可分為垂直分型式、水平分型式和復(fù)合分型式三種結(jié)構(gòu)制造金屬型的材料熔點(diǎn)一般應(yīng)高于澆注合金的熔點(diǎn)如澆注錫、鋅、鎂等低熔點(diǎn)合金，可用灰鑄鐵制造金屬型；澆注鋁、銅等合金，則要用合金鑄鐵或鋼制金屬型。2023/12/3119圖1-50垂直分型式金屬型

§3特種鑄造2023/12/3120圖1-51鋁合金活塞的金屬型簡(jiǎn)圖

金屬型用材料：熔點(diǎn)一般應(yīng)高于澆注合金的熔點(diǎn)。如澆注錫、鋅、鎂等低熔點(diǎn)合金，可用灰鑄鐵制造金屬型；澆注鋁、銅等合金，則要用合金鑄鐵或鋼制金屬型?！?特種鑄造2023/12/3121§3特種鑄造二、金屬型鑄造

2、金屬型的鑄造工藝措施

金屬型導(dǎo)熱快，無(wú)退讓性和透氣性，為確保獲得優(yōu)質(zhì)鑄件和延長(zhǎng)金屬型使用壽命，工藝措施如下：（1）加強(qiáng)金屬型的排氣設(shè)排氣孔、通氣槽（2）表面噴刷防粘砂涂料陪刷耐火材料保護(hù)，厚度0.1-0.5mm（3）預(yù)熱金屬型200-300℃2023/12/3122§3特種鑄造二、金屬型鑄造

2、金屬型的鑄造工藝措施

（4）開型時(shí)間因金屬型無(wú)退讓性，除在澆注時(shí)正確選定澆注溫度和澆注速度外，澆注后，如果鑄件在鑄型中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，易引起過(guò)大的鑄造應(yīng)力而導(dǎo)致鑄件開裂。因此，鑄件冷凝后，應(yīng)及時(shí)從鑄型中取出。通常鑄鐵件出型溫度為780～950℃左右，開型時(shí)間為10～60s。2023/12/3123§3特種鑄造二、金屬型鑄造

3、金屬型鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

金屬型鑄造的特點(diǎn)是：（1）尺寸精度高（IT12～I(xiàn)T16）、表面粗糙度?。≧a12.5～6.3μm），機(jī)械加工余量小。（2）導(dǎo)熱性好，冷卻速度快，鑄件的晶粒較細(xì)，力學(xué)性能好。（3）實(shí)現(xiàn)一型多鑄，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，且節(jié)約造型材料。2023/12/3124§3特種鑄造二、金屬型鑄造

3、金屬型鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

金屬型成本高，不宜生產(chǎn)大型、形狀復(fù)雜和薄壁鑄件；由于冷卻速度快，鑄鐵件表面易產(chǎn)生白口，切削加工困難；受金屬型材料熔點(diǎn)的限制，熔點(diǎn)高的合金不適宜用金屬型鑄造。

用途：銅、鋁合金等鑄件的大批量生產(chǎn)，活塞、連桿、汽缸蓋等；鑄鐵件的金屬型鑄造尺寸限制在300mm以內(nèi)，質(zhì)量不超過(guò)8kg，如電熨斗底板等。2023/12/3125§3特種鑄造二、金屬型鑄造

4、金屬型鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性（1）應(yīng)便于鑄件順利出型和抽芯，鑄件結(jié)構(gòu)斜度應(yīng)較砂型鑄件為大。2023/12/3126§3特種鑄造二、金屬型鑄造

4、金屬型鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性（1）應(yīng)便于鑄件順利出型和抽芯，鑄件結(jié)構(gòu)斜度應(yīng)較砂型鑄件為大。（2）鑄件壁厚要均勻，壁厚不能過(guò)?。ˋl-Si合金2～4mm，Al-Mg合金為3～5mm）。2023/12/3127§3特種鑄造2023/12/3128§3特種鑄造2023/12/3129§3特種鑄造三、壓力鑄造

壓力鑄造（簡(jiǎn)稱壓鑄）是將熔融合金在高壓條件下高速充型，并在壓力下凝固成形獲得鑄件的精密鑄造方法。比壓30～70MPa，壓射速度為0.5～50m/s，充型時(shí)間0.01～0.2s。高壓和高速充填鑄型是壓力鑄造的重要特征。2023/12/3130§3特種鑄造三、壓力鑄造（一）壓鑄機(jī)和壓鑄工藝過(guò)程

壓鑄機(jī)分類：冷壓室；熱壓室

壓鑄鑄型：定型、動(dòng)型，將定量金屬液澆入壓室，柱塞向前推進(jìn)，金屬液經(jīng)澆道壓入壓鑄模型腔中，經(jīng)冷凝后開型，由推桿將鑄件推出。冷壓室壓鑄機(jī)，可用于壓鑄熔點(diǎn)較高的非鐵金屬，如銅、鋁和鎂合金等。2023/12/3131圖1-53臥式冷壓室壓鑄機(jī)工作原理

§3特種鑄造2023/12/3132§3特種鑄造三、壓力鑄造（二）壓力鑄造的特點(diǎn)及其應(yīng)用

壓鑄有如下特點(diǎn)：（1）壓鑄用壓型精密，在壓力下充型、凝固，因此尺寸精度高，表面質(zhì)量好，尺寸公差等級(jí)為IT11～I(xiàn)T13，表面粗糙度Ra值為6.3～1.6μm，可不經(jīng)機(jī)械加工直接使用，而且互換性好。（2）高溫下高速高壓充型，極大提高了合金液的充型能力，可以壓鑄壁薄、形狀復(fù)雜以及具有很小孔和螺紋的鑄件，如鋅合金的壓鑄件最小壁厚可達(dá)0.8mm，最小鑄出孔徑可達(dá)0.8mm、最小可鑄螺距達(dá)0.75mm。2023/12/3133§3特種鑄造三、壓力鑄造（二）壓力鑄造的特點(diǎn)及其應(yīng)用

壓鑄有如下特點(diǎn)：（3）壓鑄件的強(qiáng)度和表面硬度較高。壓力下結(jié)晶，加上冷卻速度快，鑄件表層晶粒細(xì)密，其抗拉強(qiáng)度比砂型鑄件高25%～40%。（4）生產(chǎn)率高，可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化及自動(dòng)化生產(chǎn)。（5）可采用嵌鑄工藝制出形狀復(fù)雜、賦予局部有特殊性能要求（耐磨、導(dǎo)電、導(dǎo)磁和絕緣等）和簡(jiǎn)化裝配工藝2023/12/3134§3特種鑄造三、壓力鑄造

（二）壓力鑄造的特點(diǎn)及其應(yīng)用不足：氣體難以排出，壓鑄件易產(chǎn)生皮下氣孔，不能進(jìn)行熱處理，不宜高溫工作；金屬液凝固快，厚壁處來(lái)不及補(bǔ)縮，易產(chǎn)生縮孔和縮松；設(shè)備投資大，鑄型制造周期長(zhǎng)、造價(jià)高，不宜小批量生產(chǎn)。應(yīng)用：鋅、鋁、鎂和銅合金等鑄件；汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)、儀表和電子儀器工業(yè)、在農(nóng)業(yè)機(jī)械、國(guó)防工業(yè)、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療器械等制造業(yè)等。2023/12/3135§3特種鑄造三、壓力鑄造（三）壓鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性1．盡量消除內(nèi)側(cè)凹，以保證壓鑄件順利取出。2023/12/3136§3特種鑄造三、壓力鑄造（三）壓鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性2．壁厚應(yīng)薄而均勻。因澆注和冷速很快，厚壁處易形成縮孔、縮松。適宜的壁厚：鋅合金為1～4mm，鋁合金為1.5～5mm，銅合金為2～5mm。3．充分利用并合理設(shè)計(jì)鑲嵌件，為使嵌件在鑄件中連接牢靠，應(yīng)將嵌見鑲?cè)腓T件的部分制出凹槽、凸臺(tái)或滾花等。

2023/12/3137§3特種鑄造2023/12/3138§3特種鑄造四、低壓鑄造

低壓鑄造是液體金屬在較低的壓力（0.02～0.06MPa）作用下由下而上充填型腔、并在壓力下凝固形成鑄件的生產(chǎn)方法。2023/12/3139§3特種鑄造四、低壓鑄造（0.02～0.06MPa）（一）低壓鑄造的工藝過(guò)程

緩慢地向坩堝爐內(nèi)通入干燥的壓縮空氣，金屬液受氣體壓力的作用，由下而上沿著升液管和澆注系統(tǒng)充滿型腔，如圖1-38b所示。開啟鑄型，取出鑄件，如圖1-38c所示。2023/12/3140§3特種鑄造四、低壓鑄造（0.02～0.06MPa）（二）低壓鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用

特點(diǎn)：（1）充型壓力和速度便于調(diào)節(jié)，故可適用于各種不同鑄型（如金屬型、砂型等），鑄造各種合金及各種大小的鑄件。（2）采用底注式充型，金屬液充型平穩(wěn)，無(wú)飛濺現(xiàn)象，可避免卷入氣體及對(duì)型壁和型芯的沖刷，提高了鑄件的合格率。2023/12/3141§3特種鑄造四、低壓鑄造（0.02～0.06MPa）（二）低壓鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用

特點(diǎn)：（3）鑄件在壓力下充型和凝固，組織致密、輪廓清晰、表面光潔，力學(xué)性能高，對(duì)大薄壁件的鑄造尤為有利。（4）澆注系統(tǒng)簡(jiǎn)單，澆口兼冒口省去補(bǔ)縮冒口，金屬利用率提高到90～98%。（5）勞動(dòng)條件好，設(shè)備簡(jiǎn)，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械和自動(dòng)化。

應(yīng)用：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、活塞、葉輪等。2023/12/3142§3特種鑄造2023/12/3143§3特種鑄造五、離心鑄造

將熔融金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使液體金屬在離心力作用下充填鑄型并凝固成形的一種鑄造方法。（一）離心鑄造的類型

鑄型：金屬型或砂型。

分類：離心鑄造機(jī)通常可分為立式和臥式兩大類，如圖1-39所示。2023/12/3144圖1-56離心鑄造原理圖

a)立式離心鑄造

b)臥式離心鑄造

§3特種鑄造2023/12/31452023/12/3146§3特種鑄造五、離心鑄造

（二）鑄型的轉(zhuǎn)速

根據(jù)鑄件直徑的大小來(lái)確定離心鑄造的鑄型轉(zhuǎn)速，一般在250～1500r/min范圍內(nèi)。2023/12/3147§3特種鑄造五、離心鑄造

（三）離心鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

離心鑄造的特點(diǎn)：（1）不用型芯即可鑄出中空的回轉(zhuǎn)體鑄件，而且可省去澆注系統(tǒng)和冒口，簡(jiǎn)化了套筒、管類鑄件的生產(chǎn)過(guò)程，節(jié)約了金屬。（2）在離心力作用下，液體金屬由表向內(nèi)定向凝固，改善了補(bǔ)縮條件，氣體和非金屬夾雜物（密度?。┮子谧越饘僖褐信懦?，因此鑄件組織致密，無(wú)縮孔、縮松、氣孔和夾雜等缺陷。2023/12/3148§3特種鑄造五、離心鑄造

（三）離心鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

離心鑄造的特點(diǎn)是：（3）離心力的作用提高了金屬液的充型能力，因此可用于流動(dòng)性較差的合金和薄壁鑄件生產(chǎn)。（4）便于制造雙金屬鑄件，如鋼套鑲鑄銅襯，外表強(qiáng)度高，內(nèi)表耐磨，且節(jié)約貴重金屬。2023/12/3149§3特種鑄造五、離心鑄造

（三）離心鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍不足：金屬中的氣體、熔渣等，因密度較輕而集中在鑄件的內(nèi)表面上，所以內(nèi)孔的尺寸不精確，質(zhì)量也較差；鑄件易產(chǎn)生成分偏析和密度偏析。應(yīng)用：鑄鐵管、汽缸套、銅套、雙金屬軸承、特殊鋼的無(wú)縫管坯、造紙機(jī)滾筒等鑄件的生產(chǎn)。2023/12/3150§3特種鑄造五、離心鑄造

（三）離心鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍一切鑄造合金幾乎都可用于離心鑄造法生產(chǎn)，離心鑄件的最小內(nèi)徑可達(dá)8毫米，最大直徑可達(dá)3m，鑄件的最大長(zhǎng)度可達(dá)8m，離心鑄件的重量范圍為幾牛至幾萬(wàn)牛（零點(diǎn)幾公斤至十多噸）離心鑄造的第一個(gè)專利是在1809年由英國(guó)人愛爾恰爾特（Erchardt）提出的。2023/12/3151§3特種鑄造六、擠壓鑄造

擠壓鑄造：是將定量金屬液澆入鑄型型腔內(nèi)并施加較大的機(jī)械壓力，使其凝固、成形后獲得毛坯或零件的一種工藝方法。

2023/12/3152§3特種鑄造六、擠壓鑄造

（一）擠壓鑄造的工藝過(guò)程1．鑄型準(zhǔn)備

對(duì)鑄型清理、型腔內(nèi)噴涂料和預(yù)熱等，使鑄型處于待注狀態(tài)。2．澆注

將定量的金屬液澆入型腔。3．合型加壓

鎖緊上、下型，依靠沖頭壓力使金屬液充滿，升壓在預(yù)定壓力下保持，使金屬液凝固。4．取出鑄件

卸壓、開型、取出鑄件。2023/12/3153圖1-57三種擠壓鑄造原理圖§3特種鑄造2023/12/3154圖1-58型板擠壓鑄造原理圖§3特種鑄造2023/12/3155§3特種鑄造六、擠壓鑄造

（二）擠壓鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

擠壓鑄造的特點(diǎn)：（1）尺寸精度高(IT11～13)，粗糙度小(Ra6.3～1.6μm)，加工余量小。（2）需設(shè)澆冒口，金屬利用率高。（3）鑄件組織致密，晶