《特種鑄造》課件

特種鑄造特種鑄造工藝是在普通鑄造基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景。課程目標(biāo)掌握特種鑄造的基礎(chǔ)知識(shí)理解特種鑄造的概念、分類、工藝流程、特點(diǎn)和應(yīng)用等。學(xué)習(xí)特種鑄造的工藝技術(shù)掌握常見的特種鑄造工藝，如壓鑄、精密鑄造、失蠟鑄造等。掌握特種鑄造的設(shè)計(jì)方法了解鑄件設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)。掌握特種鑄造的缺陷分析能夠識(shí)別和分析鑄件缺陷，并提出改進(jìn)措施。特種鑄造概述特種鑄造是指應(yīng)用特殊工藝和材料，生產(chǎn)具有特定性能和結(jié)構(gòu)的鑄件。與傳統(tǒng)鑄造工藝相比，特種鑄造工藝能夠制造出具有更高的強(qiáng)度、耐高溫、抗腐蝕等特性的鑄件。特種鑄造工藝廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域，為高性能產(chǎn)品提供關(guān)鍵部件。特種鑄造的分類按鑄造方法分類特種鑄造方法多種多樣，根據(jù)鑄造方法的不同，可以將特種鑄造分為以下幾類：壓鑄、精密鑄造、失蠟鑄造、離心鑄造、氣霧化鑄造、靜電噴涂鑄造等。按材料分類特種鑄造的材料種類繁多，可以分為金屬基復(fù)合材料鑄造和陶瓷基復(fù)合材料鑄造。鑄造工藝流程1鑄型制作準(zhǔn)備鑄型2熔煉熔化金屬3澆注將熔融金屬倒入鑄型4冷卻凝固金屬凝固成型5清理去除澆口和砂芯鑄造工藝流程是將液態(tài)金屬澆注到鑄型中，冷卻凝固成型，再經(jīng)清理、檢驗(yàn)等工序制成鑄件的整個(gè)過程。模具制造11.精確度模具是鑄造的核心，其精度直接影響鑄件的質(zhì)量。22.耐用性特種鑄造往往使用高溫高壓，模具需要具備良好的耐用性。33.材料選擇根據(jù)鑄造工藝和金屬特性選擇合適的模具材料，例如鋼、陶瓷等。44.加工工藝模具制造通常采用精密加工技術(shù)，如數(shù)控加工、電火花加工等。鑄件設(shè)計(jì)材料選擇根據(jù)鑄件性能要求，選擇合適的鑄造材料?？紤]鑄造合金的流動(dòng)性、凝固性、機(jī)械性能等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)，避免應(yīng)力集中，提高鑄件的強(qiáng)度和韌性。工藝性考慮鑄造工藝的可行性，例如模具設(shè)計(jì)、澆注方式、冷卻方式等。成本控制在滿足性能要求的前提下，盡量降低鑄件的成本，提高鑄件的經(jīng)濟(jì)效益。鑄型制作傳統(tǒng)砂型砂型鑄造是歷史悠久、應(yīng)用廣泛的鑄造方法，利用砂子混合粘結(jié)劑制成鑄型。金屬型鑄造金屬型鑄造利用金屬模具，可以提高鑄件尺寸精度和表面光潔度，適合生產(chǎn)復(fù)雜形狀的鑄件。3D打印鑄型3D打印技術(shù)可以快速制作復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鑄型，極大地提高鑄造效率，并可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)充型能力保證金屬液順利充滿鑄型，避免產(chǎn)生縮孔和氣孔。流動(dòng)性控制金屬液流動(dòng)方向和速度，確保鑄件表面光潔，避免產(chǎn)生冷隔。溫度控制確保金屬液在澆注過程中保持合適的溫度，避免過早凝固或發(fā)生氣孔。冒口和排氣設(shè)計(jì)1冒口設(shè)計(jì)冒口主要用于補(bǔ)充鑄件凝固過程中產(chǎn)生的收縮，防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷。冒口的設(shè)計(jì)需要考慮其尺寸、形狀、位置和數(shù)量等因素，以確保能夠有效地補(bǔ)充金屬液。2排氣設(shè)計(jì)排氣道主要用于排出鑄型中的空氣，防止鑄件產(chǎn)生氣孔和氣泡缺陷。排氣道的設(shè)計(jì)需要考慮其形狀、尺寸、位置和數(shù)量等因素，以確保能夠有效地排出空氣。3優(yōu)化設(shè)計(jì)為了提高鑄件質(zhì)量，需要對(duì)冒口和排氣道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以確保能夠有效地控制金屬液的流動(dòng)方向和凝固過程。凝固過程及其控制晶核形成液體金屬冷卻至凝固點(diǎn)以下時(shí)，形成微小的固態(tài)晶體，即晶核。晶粒長(zhǎng)大晶核形成后，開始吸收周圍的液態(tài)金屬，逐漸長(zhǎng)大。枝晶生長(zhǎng)在凝固過程中，晶體通常以枝晶的形式生長(zhǎng)，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)。凝固過程控制控制冷卻速度、澆注溫度、金屬成分等因素，可有效控制凝固過程。冷卻及脫模1冷卻鑄件冷卻過程需要控制冷卻速率，以避免產(chǎn)生應(yīng)力集中和內(nèi)部缺陷。采用不同的冷卻方式，如自然冷卻、水冷、風(fēng)冷，根據(jù)鑄件材質(zhì)和尺寸進(jìn)行選擇。2脫模脫模是將鑄件從模具中取出，需要根據(jù)模具結(jié)構(gòu)和鑄件形狀選擇合適的脫模方法，如人工脫模、機(jī)械脫模等。3清理脫模后，需要對(duì)鑄件進(jìn)行清理，清除表面上的砂芯、毛刺、飛邊等，以確保鑄件質(zhì)量達(dá)到要求。金屬化學(xué)成分分析金屬化學(xué)成分分析是特種鑄造工藝中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它對(duì)鑄件的性能起著決定性作用。分析結(jié)果可以幫助控制合金的成分，確保鑄件滿足設(shè)計(jì)要求。100元素常見的分析元素包括碳、硅、錳、磷、硫等。5精度分析精度要求較高，通常在千分之五以內(nèi)。10K方法常用的分析方法包括光譜分析、化學(xué)分析等。100M儀器先進(jìn)的分析儀器，例如電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀。熱處理及機(jī)械性能熱處理工藝熱處理可以改變鑄件的顯微組織，從而改善其力學(xué)性能和耐腐蝕性。退火正火淬火回火機(jī)械性能測(cè)試通過拉伸試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)等測(cè)試，評(píng)估鑄件的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度、韌性等指標(biāo)。性能控制根據(jù)鑄件的應(yīng)用場(chǎng)景和要求，控制熱處理參數(shù)和機(jī)械性能指標(biāo)，確保鑄件滿足設(shè)計(jì)需求。鑄件缺陷分析與控制鑄件缺陷分類常見的缺陷類型包括氣孔、縮孔、裂紋、冷隔、夾渣、沙眼等。這些缺陷會(huì)影響鑄件的強(qiáng)度、耐用性和美觀性。缺陷產(chǎn)生的原因缺陷的產(chǎn)生通常由多種因素造成，包括金屬液中的氣體含量過高、鑄型溫度過低、金屬液流動(dòng)性差、鑄件設(shè)計(jì)不合理等。特種鑄造的特點(diǎn)精度高特種鑄造工藝可制造出尺寸精度和形狀精度都很高的鑄件，滿足對(duì)產(chǎn)品精度的要求。形狀復(fù)雜特種鑄造工藝可以生產(chǎn)出形狀復(fù)雜的鑄件，如薄壁、空腔、異形結(jié)構(gòu)，滿足設(shè)計(jì)需求。性能優(yōu)越特種鑄造工藝可制備出性能優(yōu)異的鑄件，例如高溫合金鑄件，滿足高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫等特殊要求。應(yīng)用廣泛特種鑄造工藝應(yīng)用于航空航天、汽車、醫(yī)療器械、軍工裝備等多個(gè)領(lǐng)域，滿足不同行業(yè)的需求。壓鑄工藝1模具金屬模具2金屬液高溫金屬3高壓注入模具4冷卻鑄件成型壓鑄工藝?yán)媒饘倌＞吆透邏簩⑷刍慕饘僖鹤⑷肽＞邇?nèi)，在冷卻后形成鑄件。該工藝適用于批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜、尺寸精度高的鑄件，例如汽車零部件、電子產(chǎn)品外殼等。精密鑄造工藝1蠟?zāi)Ｖ谱魇褂檬灮蛩芰系炔牧现谱骶艿南災(zāi)?，并組裝成鑄件的形狀。2模具制作將蠟?zāi)Ｂ袢胩刂频奶沾蓾{料中，形成陶瓷模具，然后將蠟?zāi)Ｈ刍〕觥?熔融澆注將熔融的金屬注入陶瓷模具中，冷卻固化后，便可得到最終的鑄件。4脫模處理將陶瓷模具破碎，取出鑄件，進(jìn)行清理和后續(xù)加工處理。精密鑄造工藝具有精度高、表面光潔度好、尺寸穩(wěn)定性好、可鑄造復(fù)雜形狀等優(yōu)點(diǎn)。精密鑄造廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療器械、汽車制造、模具等領(lǐng)域。失蠟鑄造工藝蠟?zāi)Ｖ谱鞲鶕?jù)設(shè)計(jì)圖紙，制作出精確的蠟?zāi)?，通常采用注射成型或雕刻方式。樹脂模制造將蠟?zāi)＝M裝成樹狀結(jié)構(gòu)，然后用耐火材料制成樹脂模，將蠟?zāi)０饋?，使之形成一個(gè)整體的樹脂模。脫蠟將樹脂模放入高溫爐中進(jìn)行脫蠟，使蠟?zāi)Ｈ刍鞒觯粝驴涨弧沧⑷刍慕饘僖旱谷霕渲５目涨恢?，使其冷卻凝固成鑄件。脫模鑄件冷卻后，將樹脂模敲碎，取出鑄件。清理對(duì)鑄件進(jìn)行清理，去除殘余的樹脂模和毛刺等，并進(jìn)行后續(xù)的加工處理。離心鑄造工藝1鑄造過程金屬熔體被澆入旋轉(zhuǎn)的模具中，由于離心力的作用，熔體被均勻地分布在模具壁上，形成鑄件。2主要特點(diǎn)適用于生產(chǎn)具有對(duì)稱軸的管狀、圓盤狀、環(huán)狀等鑄件，例如：管道、齒輪、軸承等。3工藝優(yōu)勢(shì)提高鑄件的致密度改善鑄件的機(jī)械性能降低廢品率氣霧化鑄造工藝1熔融金屬高溫熔融金屬2噴霧高速氣流噴霧成細(xì)小液滴3冷卻固化快速冷卻形成粉末4壓制成型粉末壓制成型5燒結(jié)高溫?zé)Y(jié)成致密材料氣霧化鑄造工藝是一種新型的鑄造技術(shù)，通過高速氣流將熔融金屬噴霧成細(xì)小的液滴，然后在冷卻氣流中迅速固化成粉末，再經(jīng)壓制成型和高溫?zé)Y(jié)，獲得高純度、高性能的金屬材料。靜電噴涂鑄造工藝1噴涂金屬粉末金屬粉末經(jīng)過靜電場(chǎng)，帶正電荷。2吸附于模具帶電粉末被吸附到帶負(fù)電的模具表面。3塑形粉末層在模具表面形成均勻的形狀。4燒結(jié)高溫下燒結(jié)成型，形成致密結(jié)構(gòu)。靜電噴涂鑄造工藝是一種新型的鑄造技術(shù)，它利用靜電場(chǎng)將金屬粉末噴涂到模具表面，形成均勻的粉末層，再通過燒結(jié)工藝將粉末層固化成型。金屬基復(fù)合材料鑄造增強(qiáng)相金屬基復(fù)合材料通過添加增強(qiáng)相，提高其強(qiáng)度、硬度、耐磨性等機(jī)械性能?；w材料通常使用鋁、鎂、鈦等輕金屬作為基體材料，以降低材料的密度。鑄造工藝金屬基復(fù)合材料的鑄造工藝與傳統(tǒng)鑄造工藝類似，但需要特殊的模具和澆注技術(shù)。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子等領(lǐng)域，可制造輕質(zhì)高強(qiáng)度的零部件。陶瓷基復(fù)合材料鑄造陶瓷基復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)陶瓷基復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子等領(lǐng)域。陶瓷基復(fù)合材料鑄造的工藝陶瓷基復(fù)合材料鑄造工藝主要包括粉末冶金法、熔融法、化學(xué)氣相沉積法等，不同的工藝方法適用于不同的材料和產(chǎn)品。特種鑄造在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用輕量化設(shè)計(jì)航空航天器材要求重量輕，強(qiáng)度高，特種鑄造工藝可以生產(chǎn)高強(qiáng)度、輕質(zhì)的鑄件，滿足航空航天領(lǐng)域的需求。耐高溫性能特種鑄造工藝可以生產(chǎn)耐高溫的鑄件，滿足航空航天領(lǐng)域?qū)δ透邷夭牧系男枨?。?fù)雜形狀特種鑄造工藝可以生產(chǎn)復(fù)雜形狀的鑄件，滿足航空航天領(lǐng)域?qū)?fù)雜結(jié)構(gòu)的需求。精密鑄造特種鑄造工藝可以生產(chǎn)精密鑄件，滿足航空航天領(lǐng)域?qū)Ω呔攘慵男枨?。特種鑄造在汽車工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用輕量化特種鑄造工藝可以生產(chǎn)輕量化零件，提高燃油效率和降低排放。高強(qiáng)度特種鑄造零件可以承受更高的壓力和溫度，提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能和安全性。復(fù)雜形狀特種鑄造可以制造復(fù)雜的汽車零部件，例如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、變速箱殼體等。特種鑄造在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用植入物特種鑄造工藝可制造出精密、耐用且生物相容的醫(yī)療植入物，例如人工關(guān)節(jié)、骨釘和心臟瓣膜。牙科器械精密鑄造工藝可用于生產(chǎn)牙科器械，如義齒、種植體和牙冠，以滿足患者的個(gè)性化需求。手術(shù)器械特種鑄造可制造出耐腐蝕、耐高溫和耐磨損的手術(shù)器械，如手術(shù)剪、鑷子和鉗子。醫(yī)療設(shè)備特種鑄造可用于制造各種醫(yī)療設(shè)備，例如注射器、輸液管和導(dǎo)管，以提高醫(yī)療精度和安全性。特種鑄造在軍工裝備領(lǐng)域的應(yīng)用航空發(fā)動(dòng)機(jī)特種鑄造工藝用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件，例如渦輪葉片和燃燒室。裝甲車輛特種鑄造工藝制造高強(qiáng)度、耐磨損的裝甲板，提高車輛的防御能力。導(dǎo)彈系統(tǒng)特種鑄造工藝生產(chǎn)高精度導(dǎo)