離心鑄造基本知識(shí)

情境三：銅合金鑄件離心鑄造——基礎(chǔ)知識(shí)主講老師：張濤銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組基礎(chǔ)知識(shí)離心鑄造的發(fā)展歷史離心鑄造基本原理及分類離心鑄造的優(yōu)點(diǎn)及局限性離心鑄造的適用范圍

銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組

1.發(fā)展歷史

我國在1368-1399年,就生產(chǎn)了鑄管，用在南京武廟閘渠

。

1809年英國人埃爾恰爾特提出了第一個(gè)離心鑄造法的專利。1849年英國安德魯遜克制造了第一臺(tái)離心鑄造機(jī)。1914年巴西人代-拉奧德的水冷金屬型和20世紀(jì)中球墨鑄鐵在鑄管上的應(yīng)用，開始了用離心鑄造工藝替代連續(xù)鑄造工藝、用球墨鑄鐵替代灰鑄鐵在生產(chǎn)壓力鑄管方面的過渡。1917年美國姆爾發(fā)明砂型離心鑄造法。1951年，球墨鑄鐵發(fā)明后的第三年，就在歐洲首先被采用到鑄管上。它跟水冷金屬型方法相結(jié)合，加之隨后的熱處理，給離心鑄造帶來了蓬勃的發(fā)展生機(jī)，也給供水管線帶來了革命性的轉(zhuǎn)變。一、離心鑄造發(fā)展歷史

銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組

1952年美國鑄管公司采用覆膜樹脂砂替代砂型來生產(chǎn)鑄管，稱之為Mono—Cast法。此法在美日及我國臺(tái)灣得到了廣泛應(yīng)用，日本久保田公司在1990年用此法生產(chǎn)出了長4500mm，直徑為2600mm的球墨鑄鐵管。1983年邢臺(tái)鋼鐵廠首先在我國引進(jìn)了熱模離心鑄管工藝；1998年新興鑄管集團(tuán)公司利用自主技術(shù)開發(fā)了特大型熱模離心球墨鑄鐵管生產(chǎn)技術(shù)，并生產(chǎn)出了長8000mm，直徑為2000mm的球墨鑄鐵管，應(yīng)用于太原引黃工程上。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組一、離心鑄造方法的發(fā)展歷史

2.離心鑄造的重要地位

離心鑄造即是傳統(tǒng)的、又是一種現(xiàn)代的鑄造方法。2011年我國鑄件的年產(chǎn)量在4150萬t，而離心鑄造生產(chǎn)的鑄件，可達(dá)到320萬t以上,灰鑄鐵鑄管件約160萬t,內(nèi)燃機(jī)缸套80萬t,各種軋輥10萬t。鑄造生產(chǎn)是獲得機(jī)械產(chǎn)品毛坯的主要方法之一，是機(jī)械制造工業(yè)的重要基礎(chǔ)，在國民經(jīng)濟(jì)中占著相當(dāng)重要的位置。在許多機(jī)械中，鑄件重量占整機(jī)重量的比例很高，內(nèi)燃機(jī)80%，拖拉機(jī)65%—80%，液壓件、泵類機(jī)械50%—60%。作為我國支柱產(chǎn)業(yè)正在大力發(fā)展的船舶業(yè)、汽車工業(yè)，其心臟部分——發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件，如缸體、缸蓋、曲軸、缸套、活塞、進(jìn)氣管、排氣管等八大件幾乎全部由鑄造成而成；冶金、礦山、電站等重大關(guān)鍵設(shè)備需求優(yōu)質(zhì)的重大型鑄件；另外國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施和人民生活也需要大量鑄件，輸水（氣）管道則需要各種尺寸的高韌性球墨鑄鐵管。

銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組

鑄件質(zhì)量直接影響著機(jī)器的質(zhì)量和性能；機(jī)床鑄件的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性直接關(guān)乎到機(jī)床的精度保持壽命；各類泵的葉輪、殼體和液壓件的內(nèi)腔尺寸和表面粗糙度影響到主機(jī)的工作效率；缸套和活塞環(huán)的質(zhì)量影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能效率和工作壽命。在生產(chǎn)鑄件的各種方法中離心鑄造方法僅次于砂型鑄造方法，具有舉足輕重的地位。

3.未來的發(fā)展方向

機(jī)械工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)各部門迫切要求鑄造生產(chǎn)向優(yōu)質(zhì)、精華、高效性、多品種、低消耗、低成本和低污染的方向發(fā)展。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組二、離心鑄造基本原理及分類1.基本原理：金屬液澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，在離心力的作用下成型、凝固而獲得鑄件。2.分類

（1）按旋轉(zhuǎn)軸位置分類（我們國家）臥式離心鑄造：水平旋轉(zhuǎn)軸和水平有較小夾角,此工藝主要用來生產(chǎn)高度小于直徑的圓環(huán)形鑄件。有時(shí)也用來生產(chǎn)異形鑄件。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組臥式離心鑄造時(shí)，鑄型繞水平軸旋轉(zhuǎn)，主要用來生產(chǎn)長度大于直徑的套筒、管類鑄件。有時(shí)在生產(chǎn)壁較薄、細(xì)長的管狀鑄件時(shí)，鑄型的旋轉(zhuǎn)軸與水平線呈3°～5°的夾角，這是為了使金屬液能很好地均勻分布于整個(gè)鑄型長度上，這也應(yīng)屬于臥室離心鑄造范圍。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組

（2）按離心力應(yīng)用情況的分類法真正離心鑄造：特點(diǎn)是鑄件軸線與旋轉(zhuǎn)軸線重合。半真正離心鑄造：特點(diǎn)是鑄型形狀仍是軸對(duì)稱的，鑄件復(fù)雜，鑄型旋轉(zhuǎn)速度低，離心力有助于充型和凝固，不起成形作用；非真離心鑄造：零件形狀隨意，離心力僅增加金屬液凝固時(shí)的壓力，鑄型轉(zhuǎn)速更低，鑄件中心線也不和旋轉(zhuǎn)軸線重合。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組

（3）按鑄型材料分類

1）金屬型金屬型在成批、大量生產(chǎn)時(shí)具有一系列特點(diǎn)（可重復(fù)使用，成本低，冷卻速度快，鑄件質(zhì)量高，內(nèi)腔可以不噴涂料、不襯砂層等），應(yīng)用較廣（世界上80%以上的鑄管產(chǎn)量都用此方法生產(chǎn)）。離心鑄造也可以使用一次性的鑄型，如砂型、組芯造型、石膏型以及熔模鑄造型殼等一次性鑄型。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組

2）砂型離心鑄造中使用的砂型，如砂型、組芯造型、石膏型以及熔模鑄造型殼都和普通重力鑄造時(shí)所用的制造方法相同.

銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組

3)石墨型石墨型的材料包括石墨和碳棒，但主要是石墨。石墨也比碳棒具有更高的導(dǎo)熱能力。在鑄造廠為降低成本多使用廢電極做鑄型，因?yàn)橛脕韺Ｖ剖偷某杀竞芨?。選用石墨棒或電極，經(jīng)機(jī)械加工成形可使其成本大幅下降。石墨型正常的壽命在50～100件，也有少數(shù)情況下超過100件。石墨型耐熱性能優(yōu)良，它的損壞原因是機(jī)械強(qiáng)度和硬度低，在取出凝固后的鑄件時(shí)引起的磨損是影響其壽命的主要因素。另外，如果操作者不小心提取鑄件，有時(shí)會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞鑄型甚至報(bào)廢，所以工藝規(guī)程應(yīng)規(guī)定出必要的操作注意事項(xiàng)。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組鑄型種類比較項(xiàng)目砂型金屬型樹脂型石墨型初始成本低高低中工作效率允許使用各種砂箱高的重復(fù)性，每小時(shí)可生產(chǎn)60件10次以上好勞力消耗多少少少靈活性高無低高鑄型壽命一次2000～30000中5～100冷卻速度低，鑄鐵件無需退火高中，鑄鐵件需退火高應(yīng)用厚壁管、輥?zhàn)?、各種鑄件適合于各種斷面工件適于薄壁管不復(fù)雜件

幾種鑄型的比較

銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組

三、離心鑄造的優(yōu)點(diǎn)及局限性

1．離心鑄造的優(yōu)點(diǎn)①不用砂芯即可鑄出中空筒形和環(huán)形鑄件及不同直徑和長度的鑄管，生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低。②某些件不需任何澆冒口，提高了金屬液的利用率。以離心球墨鑄鐵管為例，1t鑄管僅消耗1040kg鐵液，即出品率超過了96%。③金屬液在離心力作業(yè)下凝固，組織細(xì)密。較輕的渣、氧化物等夾雜在離心力作用下將浮出金屬液本體，留在內(nèi)表面，能用機(jī)械加工方法除掉，從而能確保發(fā)動(dòng)機(jī)缸套等鑄件的高性能要求。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組

④調(diào)整金屬型的冷卻速度，在確定的鑄件壁厚范圍內(nèi)，能獲得從外壁到鑄件內(nèi)壁定向凝固的組織。⑤可澆注不同金屬的雙金屬鑄件，例如軋輥、面粉磨輥等，使零件有外硬內(nèi)韌，具有更好的使用性能。圖1-7離心鑄造雙金屬鑄件(a)鑄型(b)雙金屬鑄件銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組

2．離心鑄造的局限性

①真正離心鑄造工藝僅適用于中空的軸對(duì)稱鑄件，而這類鑄件的品種并不很多。②離心鑄造要使用復(fù)雜的離心鑄造機(jī)，一般其價(jià)格比較昂貴，故離心鑄造車間的投資要比其他鑄造方法要高。③由于離心力的作用，容易使某些金屬液在凝固過程中產(chǎn)生密度偏析。離心球墨鑄鐵管在澆注時(shí)，如碳當(dāng)量過高就會(huì)造成石墨向內(nèi)偏析。④靠離心力形成的內(nèi)表面比較粗糙，往往不能直接應(yīng)用。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組

四、離心鑄造工藝的應(yīng)用范圍

從上述離心鑄造的優(yōu)點(diǎn)及局限性可以看出，離心鑄造適用于特定的、大批量生產(chǎn)的鑄件。目前在我國，離心鑄造已成為一種應(yīng)用較廣泛的鑄造方法，特別在生產(chǎn)一些管、筒類鑄件如鑄鐵管、銅套、缸套、雙金屬鋼背銅套等方面，離心鑄造是一種主要的方法。此外在耐熱鋼輥道，一些特殊的無縫鋼管的毛坯，造紙機(jī)干燥滾筒等生產(chǎn)方面，離心鑄造法很有成效。幾乎一切鑄造合金都可用離心鑄造法生產(chǎn)鑄件，離心鑄件的最小內(nèi)徑為8mm，最