鑄造成型技術(shù)

鑄造成型技術(shù)前言

鑄造是屬于熱加工的一種加工方式，也是人類掌握較早的一種加工工藝，在機(jī)械加工中，鑄造成型技術(shù)往往是第一道加工工序，再次才是下一步的精加工；鑄造存在的歷時也比較久遠(yuǎn)，迄今為止約有6000年左右，尤其是到了上周時代，青銅器的冶煉技術(shù)日漸成熟，這也是傳統(tǒng)鑄造工藝的一個黃金時代，當(dāng)時鑄造工藝的代表作有：司母戊鼎、四羊方尊。

鑄造可以鑄鐵、鑄鋼、鑄造有色合金，而且鑄造又分為了砂型鑄造和特種鑄造兩類。第2頁,共43頁，2024年2月25日，星期天第3頁,共43頁，2024年2月25日，星期天實(shí)訓(xùn)重點(diǎn)：①型(芯)砂的組成及性能②造型方法及型芯部分③金屬的熔煉④澆注系統(tǒng)的組成及作用⑤冒口、冷鐵⑥幾種常見的特種鑄造方法實(shí)訓(xùn)難點(diǎn)：①砂型鑄造工藝方案的靈活運(yùn)用②澆注系統(tǒng)部分的靈活設(shè)計第4頁,共43頁，2024年2月25日，星期天一、鑄造的定義、特點(diǎn)、分類及工藝流程1、鑄造的定義：鑄造是指熔煉金屬、制作鑄型，并將熔融的金屬溶液澆入到鑄型當(dāng)中，以此獲得一定形狀和性能的鑄件的方法。2、特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)——材料來源廣，適應(yīng)性強(qiáng)，加工范圍大，生產(chǎn)成本低，易于切削加工，其最大的特點(diǎn)是能夠成型現(xiàn)代加工和特種加工無法加工成型的復(fù)雜內(nèi)腔。缺點(diǎn)——鑄件力學(xué)性能較差，易產(chǎn)生鑄造缺陷，廢品率相對較高。第5頁,共43頁，2024年2月25日，星期天3、分類砂型鑄造——生產(chǎn)成本低，鑄件表面粗糙度較大，整體精確度不高，往往需要下一步的精加工。特種鑄造——生產(chǎn)成本高，模樣損耗率較高，鑄件表面粗糙度不大，整體精確度較高，甚至有的鑄件可以直接使用而不需要下一步的精加工。4、工藝流程制作模樣→造型→熔煉金屬→設(shè)計澆注系統(tǒng)→落砂、清理及檢驗(yàn)第6頁,共43頁，2024年2月25日，星期天二、制作模樣1、鑄造工藝圖第7頁,共43頁，2024年2月25日，星期天鑄型裝配圖通氣孔：排除型砂中的水分出氣口：排除型腔內(nèi)侵入或者逸出的氣體型芯通氣孔：有時排除型芯內(nèi)的氣體，有時排除型腔內(nèi)的氣體第8頁,共43頁，2024年2月25日，星期天二、造型1、造型工具第9頁,共43頁，2024年2月25日，星期天2、造型材料①模樣的種類：（根據(jù)材質(zhì)來區(qū)分）木模、金屬模、塑料模②型砂⑴組成部分：原砂、再生砂、黏結(jié)劑、水、其它附加材料。⑵型砂的種類：（根據(jù)黏結(jié)劑來區(qū)分）黏土砂、水玻璃砂、樹脂砂。第10頁,共43頁，2024年2月25日，星期天黏土砂：以黏土作為黏結(jié)劑的型（芯）砂稱為黏土砂。常用的黏土為膨潤土和高嶺土。黏土在與水混合時才能發(fā)揮黏結(jié)作用，因此必須使黏土砂保持一定的水分。此外，為了防止鑄件粘砂，還需在型砂中添加一定數(shù)量的煤粉或其他附加材料。由黏土砂作為造型材料所制造的鑄型，根據(jù)其干燥情況可分為濕型、表干型及干型三種。濕型鑄造具有生產(chǎn)效率高、鑄件不易變形，適合于大批量流水作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于生產(chǎn)中、小型鑄鐵件，而大型復(fù)雜鑄鐵件則采用干型或表干型鑄造。

第11頁,共43頁，2024年2月25日，星期天水玻璃砂：用水玻璃作黏結(jié)劑的型(芯)砂稱為水玻璃砂。它的硬化過程主要是化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，因此也稱為化學(xué)硬化砂。水玻璃砂與黏土砂相比，具有強(qiáng)度高、透氣性好、流動性好、易于緊實(shí)、鑄件缺陷少、內(nèi)在質(zhì)量高、造型(芯)周期短、耐火度高等特點(diǎn)，適合于生產(chǎn)大型鑄鐵件及所有鑄鋼件。水玻璃砂也存在一些缺點(diǎn)，如退讓性差、舊砂回用較復(fù)雜等。目前國內(nèi)用于生產(chǎn)的水玻璃砂有二氧化碳硬化水玻璃砂、硅酸二鈣水玻璃砂、水玻璃石灰石砂等，其中以二氧化碳硬化水玻璃砂用得最多。第12頁,共43頁，2024年2月25日，星期天樹脂砂：以合成樹脂作黏結(jié)劑的型(芯)砂稱為樹脂砂。目前國內(nèi)鑄造用的樹脂黏結(jié)劑主要有酚醛樹脂、尿醛樹脂和糠醇樹脂三類。與濕型黏土砂相比，樹脂砂的型芯可直接在芯盒內(nèi)硬化，且硬化反應(yīng)快，不需進(jìn)爐烘干，大大提高了生產(chǎn)效率；型芯硬化后取出，變形小，精度高，可制作形狀復(fù)雜、尺寸精確、表面粗糙度低的型芯和鑄型；制芯(型)工藝過程簡化，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。但是，樹脂黏結(jié)劑的價格較貴，樹脂硬化時會放出有害氣體，對環(huán)境有污染，所以樹脂砂只用在制作形狀復(fù)雜、質(zhì)量要求高的中、小型鑄件的型芯及鑄型時使用。第13頁,共43頁，2024年2月25日，星期天③型砂的性能特點(diǎn)：（八種）

濕度：為了得到所需要的濕態(tài)強(qiáng)度和韌性，黏土砂必須含有適量水分。（4%~6%）

可塑性：可塑性是指型（芯）砂在外力作用下變形，取出后仍保持變形的能力。

強(qiáng)度：強(qiáng)度是指型（芯）砂抵抗外力的能力，如強(qiáng)度不足，在起模、搬動砂型、下芯、合型等過程中，鑄型都有可能破損、塌落；澆鑄時，可能承受不住金屬液的沖刷和沖擊，沖壞砂型而造成鑄造缺陷。如果強(qiáng)度過高，因要加入更多的黏土和水分，而使透氣性和退讓性降低，同時給混砂、落砂等工序帶來困難。第14頁,共43頁，2024年2月25日，星期天

透氣性：透氣性是指緊實(shí)的型砂能讓氣體通過而逸出的能力，一般是通過添加其他附加材料來實(shí)現(xiàn)的。（如煤粉、焦炭、木屑等）。退讓性：退讓性是指鑄件在凝固和冷卻過程中產(chǎn)生收縮時，型（芯）砂能被壓縮、退讓的能力；同時也跟手工開澆道相關(guān)。耐火度：耐火度是指型（芯）砂抵抗高溫?zé)嶙饔玫哪芰?。潰散性：潰散性是指型（芯）砂在澆鑄后容易潰散的性能。潰散性好，型（芯）砂容易從鑄件上清除，可節(jié)省落砂和清砂的勞動強(qiáng)度。流動性：流動性是指型（芯）砂在外力或重力作用下，沿模樣與砂粒間相對移動的能力。第15頁,共43頁，2024年2月25日，星期天3、造型方法造型方法分為手工造型和機(jī)器造型兩大類，在這里我們以手工造型方法為主來介紹一下常見和基本的幾種造型方法。

①常用造型方法：整模造型、分模造型、挖砂造型、活塊造型、三箱及多箱造型、假箱造型、刮板造型、地坑造型。②基本造型方法：整模造型、分模造型、挖砂造型、活塊造型。第16頁,共43頁，2024年2月25日，星期天工藝裝備第17頁,共43頁，2024年2月25日，星期天（1）整模造型整模造型采用整體模樣，模樣結(jié)構(gòu)特征為：模樣的一端是平面，并且是模樣上的最大截面，模樣的截面變化規(guī)律是由最大的截面一端向另一端逐漸縮小或不變。造型時模樣全部在下砂型內(nèi)，取模時能一次性將其從鑄型中取出。第18頁,共43頁，2024年2月25日，星期天（2）分模造型分模造型采用分體模樣，模樣上的分開面叫分模面，制造模樣時，通常將模樣在最大截面處分開，使其能在不同的鑄型或分型面上順利取出。根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)的不同，分模造型可分為二箱分模造型、三箱分模造型等。分模造型適于鑄造套類、管類、箱體等零件。第19頁,共43頁，2024年2月25日，星期天（3）挖砂造型當(dāng)鑄件的外部輪廓為曲面（如手輪等）其最大截面不在端部，且模樣又不宜分成兩半時，應(yīng)將模樣做成整體放在一個砂箱內(nèi)，造型時通過挖掉妨礙取出模樣的那部分型砂，完成造型的方法稱為挖砂造型。第20頁,共43頁，2024年2月25日，星期天（4）活塊造型將鑄件上妨礙起模的部分（如凸臺、筋條等）做成活塊，用銷子或燕尾榫與模樣主體形成可拆連接，起模時，先將模樣主體取出，再從側(cè)面取出活塊的造型方法稱為活塊造型。第21頁,共43頁，2024年2月25日，星期天第22頁,共43頁，2024年2月25日，星期天基本造型方法的特點(diǎn)整模造型：模樣完整未被分開，鑄型的型腔位于一個砂箱內(nèi)。分模造型：模樣被最大截面（分模面）分開，鑄型的型腔分別位于兩個砂箱內(nèi)。挖砂造型：挖砂時要挖到模樣的最大截面處?；顗K造型：取模時先將模樣主體取出，再將其余部分取出。第23頁,共43頁，2024年2月25日，星期天4、型芯①定義：型芯主要是用來形成鑄件的內(nèi)腔或者局部外形，有時也可形成鑄件工作表面的凹陷和凸臺。第24頁,共43頁，2024年2月25日，星期天

②制作型芯的步驟：

（1）放置芯骨：砂芯中應(yīng)防止芯骨以提高其強(qiáng)度，防止型芯在制芯、搬運(yùn)過程中被損壞，小砂芯的芯骨可以用鐵絲來做；中、大型砂芯的芯骨可用鑄鐵澆鑄而成。

（2）開排氣道：砂芯中必須做出貫通的排氣道，而且砂芯中的排氣道一定要與砂型中排氣道聯(lián)通，這樣才能在澆鑄時將砂芯中的氣體迅速而通暢的排出鑄型。

（3）刷涂料：為了降低鑄件內(nèi)腔表面粗糙度以及防止粘砂，砂芯表面通常要刷一層耐火涂料。一般鑄鐵件刷石墨粉，鑄鋼件刷石英粉，有色金屬刷滑石粉涂料。

（4）烘干砂芯：烘干砂芯以提高砂芯的強(qiáng)度和透氣性，減少砂芯在澆鑄時的發(fā)氣量。第25頁,共43頁，2024年2月25日，星期天四、金屬的熔煉

凡是能用于生產(chǎn)鑄件的合金都稱為鑄造合金。常用的鑄造合金有鑄鐵、鑄鋼和有色金屬。合金熔煉的任務(wù)是：用最經(jīng)濟(jì)的方法和手段獲得溫度和化學(xué)成分合格的金屬液。1、熔煉設(shè)備：鑄鐵→沖天爐、電弧爐、感應(yīng)電爐；（如HT、QT、KT、RuT）

鑄鐵的三大特點(diǎn)：減振、耐磨、消聲

鑄鋼→平爐、轉(zhuǎn)爐、電弧爐、感應(yīng)電爐；第26頁,共43頁，2024年2月25日，星期天2、沖天爐的組成部分及工作原理沖天爐是利用熱對流原理熔煉的。熔煉時，熱爐氣自下而上運(yùn)動，冷爐料自上而下運(yùn)動。兩股逆向流動的物、氣之間進(jìn)行著熱量交換和冶金反應(yīng)，使金屬爐料在熔化區(qū)（在底焦頂部，溫度約1200℃）開始熔化。鐵水在下落過程中又被高溫爐氣和熾熱的焦炭進(jìn)一步加熱，溫度高達(dá)1600℃左右，并經(jīng)過過橋進(jìn)入前爐。此時，溫度稍有下降，鐵水出爐溫度約為1360~1420℃。第27頁,共43頁，2024年2月25日，星期天五、澆注系統(tǒng)

為將金屬液引入型腔而在鑄型中開出的通道稱澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)一般由外澆道（澆口杯）、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道四部分組成，但并非每個鑄件都要這四部分，應(yīng)根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)、合金種類和性能要求而定。對于形狀簡單、要求不高的小鑄件，可以只有直澆道和內(nèi)澆道，而無橫澆道。第28頁,共43頁，2024年2月25日，星期天1、澆鑄系統(tǒng)的組成典型的澆鑄系統(tǒng)包括外澆口、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道。①外澆口：外澆口形狀通常為漏斗狀或者盆形，其作用是容納金屬溶液并有一個緩沖作用，使之平穩(wěn)流入直澆道。②直澆道：直澆道是有錐度的垂直通道，橫斷面為圓形，它的主要作用是使金屬溶液產(chǎn)生靜壓力。直澆道越高，金屬液的填充壓力越大，越容易充滿型腔的細(xì)薄部位。③橫澆道：橫澆道可將直澆道的進(jìn)入也引入內(nèi)澆道，其截面多為高梯形，且位于內(nèi)澆道上面，其主要作用是將金屬溶液分配給各個內(nèi)澆道并能有效的起到擋渣作用。第29頁,共43頁，2024年2月25日，星期天④內(nèi)澆道：內(nèi)澆道是直接引導(dǎo)金屬溶液進(jìn)入型腔的通道，其截面形狀一般為梯形、扁梯形、三角形和淺半圓形。其作用是控制金屬液體流入型腔的速度和方向，除此之外，內(nèi)澆道與鑄件型腔的結(jié)合處常帶有縮頸，以便于清理。附：澆鑄系統(tǒng)的最佳橫截面積比直澆道：橫澆道：內(nèi)澆道

1.15:1.1:1第30頁,共43頁，2024年2月25日，星期天2、鑄件大小、壁厚與澆鑄系統(tǒng)（內(nèi)澆道）的大小、數(shù)量有何種關(guān)系？①內(nèi)澆道不應(yīng)開在鑄件的重要部位（如重要加工面和定位基準(zhǔn)面），因內(nèi)澆道處的金屬液冷卻慢，晶粒粗大，力學(xué)性能差。②內(nèi)澆道的方向不要正對砂型壁和型芯，防止鑄件產(chǎn)生沖砂及粘砂缺陷。第31頁,共43頁，2024年2月25日，星期天③大平面薄壁鑄件，特別是易氧化合金（鑄鋼、鑄鋁）的薄壁復(fù)雜件，應(yīng)多開內(nèi)澆道，使金屬液迅速、平穩(wěn)充滿鑄型，防止鑄件產(chǎn)生冷隔和氧化夾渣等缺陷。④薄壁鑄件的內(nèi)澆道與鑄件連接處應(yīng)帶有縮頸，防止打掉澆口時敲壞鑄件。⑤應(yīng)考慮對鑄件凝固順序的要求。壁厚相差不大，收縮小的合金鑄件（如灰口鑄鐵），其內(nèi)澆道多開在薄壁處，使鑄件各部分同時凝固和收縮，有利于防止鑄件變形和裂紋；而壁厚差別大的合金鑄件（如鑄鋼件、球墨鑄鐵、白口鑄鐵），其內(nèi)澆道應(yīng)開在厚壁處，使鑄件由薄壁到厚壁處進(jìn)行順序凝固和收縮，有利于防止鑄件縮孔。金屬溶液的收縮階段：液態(tài)收縮→凝固收縮→固態(tài)收縮（縮孔）（縮松）（裂紋）第32頁,共43頁，2024年2月25日，星期天3、其他形式的澆鑄系統(tǒng)第33頁,共43頁，2024年2月25日，星期天4、冒口和冷鐵①冒口：冒口是砂型鑄造中儲存金屬溶液的水庫，它能補(bǔ)充型腔內(nèi)金屬溶液凝固時的收縮，消除鑄件中的縮孔。第34頁,共43頁，2024年2月25日，星期天②冷鐵：冷鐵可加大鑄件中厚壁處的凝固速度，消除鑄件中的縮孔、裂紋，提高鑄件表面的硬度和耐磨性。第35頁,共43頁，2024年2月25日，星期天六、特種鑄造優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)比較：生產(chǎn)成本高，如果使用模樣的話（如熔模鑄造、消失模鑄造），模樣損耗率較高；鑄件表面粗糙度不大，整體精確度較高，甚至有的模樣可以直接使用而不需要下一步的精加工。舉例：熔模鑄造、消失模鑄造（實(shí)型鑄造）、離心鑄造、金屬型鑄造、普通壓力鑄造、低壓鑄造等。第36頁,共43頁，2024年2月25日，星期天1、熔模鑄造熔模鑄造是用易熔材料制成模樣，然后在模樣上涂掛若干層耐火涂料制成形殼，經(jīng)硬化后再將模樣熔化，排出型外，經(jīng)過焙燒后澆注液態(tài)金屬獲得鑄件的鑄造方法。由于熔模廣泛采用蠟質(zhì)材料來制造，故又稱失蠟鑄造或精密鑄造。第37頁,共43頁，2024年2月25日，星期天2、消失模鑄造消失模鑄造（又稱實(shí)型鑄造）是將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型粘結(jié)組合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振動造型，在負(fù)壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。第38頁,共43頁，2024年2月25日，星期天3、金屬型鑄造金屬型鑄造是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，又稱硬模鑄造。由于鑄型可以反復(fù)使用幾百次到幾千次，所以也稱為永久型鑄造。第39頁,共43頁，2024年2月25日，星期天4、離心鑄造離心鑄造是指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。離心鑄造通常可以用于生產(chǎn)空心回轉(zhuǎn)體零件，同時也可利用金屬材料間熔點(diǎn)的不同，生產(chǎn)雙金屬或多金屬鑄件。第40頁,共43頁，2024年