鑄造基礎知識(二)

鑄造基礎知識鑄造的定義——鑄造是將通過熔煉的金屬液體澆注入鑄型內(nèi)，經(jīng)冷卻凝固獲得所需形狀和性能的零件的制作過程，是制造業(yè)常用的制造方法之一。鑄造是一種古老的制造方法，在我國可以追溯到6000年前。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，鑄大型鑄件的質(zhì)量直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，鑄造在機械制造業(yè)中占有重要的地位。鑄造工藝種類：????鑄造工藝可分為重力鑄造、壓力鑄造、砂型鑄造、壓鑄、熔模鑄造和消失模鑄造。鑄造方法常用的是砂型鑄造，其次是特種鑄造方法，如：金屬型鑄造、熔模鑄造、石膏型鑄造等。各種特種鑄造方法均有其突出的特點和一定的局限性，對鑄件結(jié)構(gòu)也各有各自的特殊要求。重力鑄造??重力鑄造是指金屬液在地球重力作用下注入鑄型的工藝，也稱澆的重力鑄造包括砂型澆鑄、金屬型澆鑄、熔模鑄造，泥模鑄造等；窄義的重力鑄造專指金屬型澆鑄。壓力鑄造??壓力鑄造是指金屬液在其他外力（不含重力）的作用下注入鑄型的工藝。廣義的壓力鑄造包括壓鑄機的壓力鑄造和真空鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等；窄義的壓力鑄造專指壓鑄機的金屬型壓力鑄造，簡稱壓鑄。這幾種鑄造工藝是目前有色金屬鑄造中最常用的、也是相對價格最低的。?砂型鑄造??砂型鑄造是一種以砂作為主要造型材料，制作鑄型的傳統(tǒng)鑄造工藝。砂型一般采用重力鑄造，有特殊要求時也可采用低壓鑄造、離心鑄造等工藝。砂型鑄造的適應性很廣，小件、大件，簡單件、復雜件，單件、大批量都可采用。砂型鑄造用的模具，以前多用木材制作，通稱木模。木模缺點是易變形、易損壞；除單件生產(chǎn)的砂型鑄件外，可以使用尺寸精度較高，并且使用壽命較長的鋁合金模具或樹脂模具。雖然價格有所提高，但仍比金屬型鑄造用的模具便宜得多，在小批量及大件生產(chǎn)中，價格優(yōu)勢尤為突出。此外，砂型比金屬型耐火度更高，因而如銅合金和黑色金屬等熔點較高的材料也多采用這種工藝。但是，砂型鑄造也有一些不足之處：因為每個砂質(zhì)鑄型只能澆注一次，獲得鑄件后鑄型即損壞，必須重新造型，所以砂型鑄造的生產(chǎn)效率較低；又因為砂的整體性質(zhì)軟而多孔，所以砂型鑄造的鑄件尺寸精度較低，表面也較粗糙。壓鑄??壓鑄是在壓鑄機上進行的金屬型壓力鑄造，是目前生產(chǎn)效率最高的鑄造工藝。壓鑄機分為熱室壓鑄機和冷室壓鑄機兩類。熱室壓鑄機自動化程度高，材料損耗少，生產(chǎn)效率比冷室壓鑄機更高，但受機件耐熱能力的制約，目前還只能用于鋅合金、鎂合金等低熔點材料的鑄件生產(chǎn)。當今廣泛使用的鋁合金壓鑄件，由于熔點較高，只能在冷室壓鑄機上生產(chǎn)。壓鑄的主要特點是金屬液在高壓、高速下充填型腔，并在高壓下成形、凝固，壓鑄件的不足之處是：因為金屬液在高壓、高速下充填型腔的過程中，不可避免地把型腔中的空氣夾裹在鑄件內(nèi)部，形成皮下氣孔，所以鋁合金壓鑄件不宜熱處理，鋅合金壓鑄件不宜表面噴塑（但可噴漆）。否則，鑄件內(nèi)部氣孔在作上述處理加熱時，將遇熱膨脹而致使鑄件變形或鼓泡。此外，壓鑄件的機械切削加工余量也應取得小一些，一般在0.5mm左右，既可減輕鑄件重量、減少切削加工量以降低成本，又可避免穿透表面致密層，露出皮下氣孔，造成工件報廢。熔模鑄造???所謂熔模鑄造工藝，簡單說就是用易熔材料（例如蠟料或塑料）制成可熔性模型（簡稱熔?；蚰Ｐ停?，在其上涂覆若干層特制的耐火涂料，經(jīng)過干燥和硬化形成一個整體型殼后，再用蒸汽或熱水從型殼中熔掉模型，然后把型殼置于砂箱中，在其四周填充干砂造型，最后將鑄型放入焙燒爐中經(jīng)過高溫焙燒（如采用高強度型殼時，可不必造型而將脫模后的型殼直接焙燒），鑄型或型殼經(jīng)焙燒后，于其中澆注熔融金屬而得到鑄件。?失蠟法鑄造現(xiàn)稱熔模精密鑄造，是一種少切削或無切削的鑄造工藝，是鑄造行業(yè)中的一項優(yōu)異的工藝技術(shù)，其應用非常廣泛。它不僅適用于各種類型、各種合金的鑄造，而且生產(chǎn)出的鑄件尺寸精度、表面質(zhì)量比其它鑄造方法要高，甚至其它鑄造方法難于鑄得的復雜、耐高溫、不易于加工的鑄件，均可采用熔模精密鑄造鑄得消失模鑄造??消失模鑄造技術(shù)（EPC或LFC）是用泡沫塑料制作成與零件結(jié)構(gòu)和尺寸完全一樣的實型模具，經(jīng)浸涂耐火粘結(jié)涂料，烘干后進行干砂造型，振動緊實，然后澆入金屬液使模樣受熱氣化消失，而得到與模樣形狀一致的金屬零件的鑄造方法。消失模鑄造是一種近無余量、精確成形的新技術(shù)，它不需要合箱取模，使用無粘結(jié)劑的干砂造型，減少了污染，被認為是21世紀最可能實現(xiàn)綠色鑄造的工藝技術(shù)。鑄造生產(chǎn)的工藝流程：?????鑄造主要工藝過程包括：金屬熔煉、模型制造、澆注凝固和脫模清理等。鑄造用的主要材料是鑄鋼、鑄鐵、鑄造有色合金(銅、鋁、鋅、鉛等)等。?鑄造生產(chǎn)是一個復雜的多工序組合的工藝過程，它包括以下主要工序：1）生產(chǎn)工藝準備，根據(jù)要生產(chǎn)的零件圖、生產(chǎn)批量和交貨期限，制定生產(chǎn)工藝方案和工藝文件，繪制鑄造工藝圖；2）生產(chǎn)準備，包括準備熔化用材料、造型制芯用材料和模樣、芯盒、砂箱等工藝裝備；3）造型與制芯；4）熔化與澆注；5）落砂清理與鑄件檢驗等主要工序。成形原理??????鑄造生產(chǎn)是將金屬加熱熔化，使其具有流動性，然后澆入到具有一定形狀的鑄型型腔中，在重力或外力（壓力、離心力、電磁力等）的作用下充滿型腔，冷卻并凝固成鑄件（或零件）的一種金屬成形方法。鑄件一般作為毛坯經(jīng)切削加工成為零件。也有許多鑄件無需切削加工就能滿足零件的設計精度和表面粗糙度要求直接作為零件使用。型砂的性能及組成：?1、型砂的性能?型砂（含芯砂）的主要性能要求有強度、透氣性、耐火度、退讓性、流動性、緊實率和潰散性等。?2、型砂的組成型砂由原砂、粘接劑和附加物組成。鑄造用原砂要求含泥量少、顆粒均勻、形狀為圓形和多角形的海砂、河砂或山砂等。鑄造用粘接劑有粘土（普通粘土和膨潤土）、水玻璃砂、樹脂、合脂油和植物油等，分別稱為粘土砂，水玻璃砂、樹脂砂、合脂油砂和植物油砂等。為了進一步提高型（芯）砂的某些性能，往往要在型（芯）砂中加入一些附加物，如煤份、鋸末、紙漿等。工藝特點鑄造是生產(chǎn)零件毛坯的主要方法之一，尤其對于有些脆性金屬或合金材料（各種鑄鐵件、有色合金鑄件等）的零件毛坯，鑄造幾乎是唯一的加工方法。與其它加工方法相比，鑄造工藝具有以下特點：?1）鑄件可以不受金屬材料、尺寸大小和重量的限制。鑄件材料可以是各種鑄?鐵、鑄鋼、鋁合金、銅合金、鎂合金、鈦合金、鋅合金和各種特殊合金材料；鑄件可以小至幾克，大到百噸；鑄件壁厚可以從0．5毫米到1米左右；鑄件長度可以從幾毫米到十幾米。?2）鑄造可以生產(chǎn)各種形狀復雜的毛坯，特別適用于生產(chǎn)具有復雜內(nèi)腔的零件毛坯，如各種箱體、缸體、葉片、葉輪等。?3）鑄件的形狀和大小可以與零件很接近，既節(jié)約金屬材料，又省切削加工工時。?4）鑄件一般使用的原材料來源廣、鑄件成本低。?5）鑄造工藝靈活，生產(chǎn)率高，既可以手工生產(chǎn)，也可以機械化生產(chǎn)。鑄件的手工造型手工造型的主要方法砂型鑄造分為手工造型（制芯）和機器造型（制芯）。手工造型是指造型和制芯的主要工作均由手工完成；機器造型是指主要的造型工作，包括填砂、緊實、起模、合箱等由造型機完成。手工造型的主要方法：手工造型因其操作靈活、適應性強，工裝備簡單，無需造型設備等特點，被廣泛應用于單件小批量生產(chǎn)。但手工造型生產(chǎn)率低，勞動強度較大。手工造型的方法很多，常用的有以下幾種：?1．整模造型對于形狀簡單，端部為平面且又是最大截面的鑄件應采用整模造型。整模造型操作簡便，造型時整個模樣全部置于一個砂箱內(nèi)，不會出現(xiàn)錯箱缺陷。整模造型適用于形狀簡單、最大截面在端部的鑄件，如齒輪坯、軸承座、罩、殼等。2.分模造型當鑄件的最大截面不在鑄件的端部時，為了便于造型和起模，模樣要分成兩半或幾部分，這種造型稱為分模造型。當鑄件的最大截面在鑄件的中間時，應采用兩箱分模造型，模樣從最大截面處分為兩半部分（用銷釘定位）。造型時模樣分別置于上、下砂箱中，分模面（模樣與模樣間的接合面）與分型面（砂型與砂型間的接合面）位置相重合。兩箱分模造型廣泛用于形狀比較復雜的鑄件生產(chǎn)，如水管、軸套、閥體等有孔鑄件。鑄件形狀為兩端截面大、中間截面小，如帶輪、槽輪、車床四方刀架等，為保證順利起模，應采用三箱分模造型。此時分模面應選在模樣的最小截面處，而分型面仍選在鑄件兩端的最大截面處，由于三箱造型有兩個分型面，降低了鑄件高度方向的尺寸精度，增加了分型面飛邊毛刺的清整工作量，操作較復雜，生產(chǎn)率較低，不適用于機器造型，因此，三箱造型僅用于形狀復雜、不能用兩箱造型的鑄件生產(chǎn)。鑄件高度方向的尺寸精度，增加了分型面處飛邊毛刺的清整工作量，操作較復雜，生產(chǎn)率較低，不適用于機器造型，因此，三箱造型僅用于形狀復雜、不能用兩箱造型的鑄件生產(chǎn)。3．活塊模造型?????鑄件上妨礙起模的部分（如凸臺、筋條等）做成活塊，用銷子或燕尾結(jié)構(gòu)使活塊與模樣主體形成可拆連接。起模時先取出模樣主體，活塊模仍留在鑄型中，起模后再從側(cè)面取出活塊的造型方法稱為活塊模造型?；顗K模造型主要用于帶有突出部分而妨礙起模的鑄件、單件小批量、手工造型的場合。如果這類鑄件批量大，需要機器造型時，可以用砂芯形成妨礙起模的那部分輪廓。?4．挖砂造型?????當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，應將模樣做成整體，造型時挖掉妨礙取出模樣的那部分型砂，這種造型方法稱為挖砂造型。挖砂造型的分型面為曲面，造型時為了保證順利起模，必須把砂挖到模樣最大截面處。由于是手工挖砂，操作技術(shù)要求高，生產(chǎn)效率低，只適用于單件、小批量生產(chǎn)。鑄造鑄件金屬液的澆注生產(chǎn)中，澆注時應遵循高溫出爐，低溫澆注的原則。因為提高金屬液的出爐溫度有利于夾雜物的徹底熔化、熔渣上浮，便于清渣和除氣，減少鑄件的夾渣和氣孔缺陷；采用較低的澆注溫度，則有利于降低金屬液中的氣體溶解度、液態(tài)收縮量和高溫金屬液對型腔表面的烘烤避免產(chǎn)生氣孔、粘砂和縮孔等缺陷。因此，在保證充滿鑄型型腔的前提下，盡量采用較低的澆注溫度。把金屬液從澆包注入鑄型的操作過程稱為澆注。澆注操作不當會引起澆不足、冷隔、氣孔、縮孔和夾渣等鑄造缺陷，和造成人身傷害。為確保鑄件質(zhì)量、提高生產(chǎn)率以及做到安全生產(chǎn)，澆注時應嚴格遵守下列操作要領：?（1）澆包、澆注工具、爐前處理用的孕育劑、球化劑等使用前必須充分烘干，烘干后才能使用。?（2）澆注人員必須按要求穿好工作服，并配戴防護眼鏡，工作場地應通暢無阻。澆包內(nèi)的金屬液不宜過滿，以免在輸送和澆注時溢出傷人。?（3）正確選擇澆注速度，即開始時應緩慢澆注，便于對準澆口，減少熔融金屬對砂型的沖擊和利于氣體排出；隨后快速澆注，以防止冷隔；快要澆滿前又應緩慢澆注，即遵循慢、快、慢的原則。（4）對于液態(tài)收縮和凝固收縮比較大的鑄件，如中、大型