鑄造成型技術1第一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二前言

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，在機械加工中，鑄造成型技術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，迄今為止約有6000年左右，尤其是到了上周時代，青銅器的冶煉技術日漸成熟，這也是傳統鑄造工藝的一個黃金時代，當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。2第二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二3第三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二實訓重點：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澆注系統的組成及作用⑤冒口、冷鐵⑥幾種常見的特種鑄造方法實訓難點：①砂型鑄造工藝方案的靈活運用②澆注系統部分的靈活設計4第四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二一、鑄造的定義、特點、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中，以此獲得一定形狀和性能的鑄件的方法。2、特點：優點——材料來源廣，適應性強，加工范圍大，生產成本低，易于切削加工，其最大的特點是能夠成型現代加工和特種加工無法加工成型的復雜內腔。缺點——鑄件力學性能較差，易產生鑄造缺陷，廢品率相對較高。5第五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二3、分類砂型鑄造——生產成本低，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→設計澆注系統→落砂、清理及檢驗6第六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二二、制作模樣1、鑄造工藝圖7第七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二鑄型裝配圖通氣孔：排除型砂中的水分出氣口：排除型腔內侵入或者逸出的氣體型芯通氣孔：有時排除型芯內的氣體，有時排除型腔內的氣體8第八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二二、造型1、造型工具9第九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二2、造型材料①模樣的種類：（根據材質來區分）木模、金屬模、塑料模②型砂⑴組成部分：原砂、再生砂、黏結劑、水、其它附加材料。⑵型砂的種類：（根據黏結劑來區分）黏土砂、水玻璃砂、樹脂砂。10第十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二黏土砂：以黏土作為黏結劑的型（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揮黏結作用，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。濕型鑄造具有生產效率高、鑄件不易變形，適合于大批量流水作業等優點，廣泛用于生產中、小型鑄鐵件，而大型復雜鑄鐵件則采用干型或表干型鑄造。

11第十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二水玻璃砂：用水玻璃作黏結劑的型(芯)砂稱為水玻璃砂。它的硬化過程主要是化學反應的結果，因此也稱為化學硬化砂。水玻璃砂與黏土砂相比，具有強度高、透氣性好、流動性好、易于緊實、鑄件缺陷少、內在質量高、造型(芯)周期短、耐火度高等特點，適合于生產大型鑄鐵件及所有鑄鋼件。水玻璃砂也存在一些缺點，如退讓性差、舊砂回用較復雜等。目前國內用于生產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。12第十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二樹脂砂：以合成樹脂作黏結劑的型(芯)砂稱為樹脂砂。目前國內鑄造用的樹脂黏結劑主要有酚醛樹脂、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硬化，且硬化反應快，不需進爐烘干，大大提高了生產效率；型芯硬化后取出，變形小，精度高，可制作形狀復雜、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，便于實現機械化和自動化。但是，樹脂黏結劑的價格較貴，樹脂硬化時會放出有害氣體，對環境有污染，所以樹脂砂只用在制作形狀復雜、質量要求高的中、小型鑄件的型芯及鑄型時使用。13第十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二③型砂的性能特點：（八種）

濕度：為了得到所需要的濕態強度和韌性，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。

強度：強度是指型（芯）砂抵抗外力的能力，如強度不足，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。14第十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二

透氣性：透氣性是指緊實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現的。（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。耐火度：耐火度是指型（芯）砂抵抗高溫熱作用的能力。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，可節省落砂和清砂的勞動強度。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。15第十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二3、造型方法造型方法分為手工造型和機器造型兩大類，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。16第十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二工藝裝備17第十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二（1）整模造型整模造型采用整體模樣，模樣結構特征為：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，取模時能一次性將其從鑄型中取出。18第十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二（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。根據鑄件結構的不同，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。19第十九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二（3）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，應將模樣做成整體放在一個砂箱內，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。20第二十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二（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，再從側面取出活塊的造型方法稱為活塊造型。21第二十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二22第二十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二基本造型方法的特點整模造型：模樣完整未被分開，鑄型的型腔位于一個砂箱內。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。挖砂造型：挖砂時要挖到模樣的最大截面處。活塊造型：取模時先將模樣主體取出，再將其余部分取出。23第二十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二4、型芯①定義：型芯主要是用來形成鑄件的內腔或者局部外形，有時也可形成鑄件工作表面的凹陷和凸臺。24第二十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二

②制作型芯的步驟：

（1）放置芯骨：砂芯中應防止芯骨以提高其強度，防止型芯在制芯、搬運過程中被損壞，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度和透氣性，減少砂芯在澆鑄時的發氣量。25第二十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二四、金屬的熔煉

凡是能用于生產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。合金熔煉的任務是：用最經濟的方法和手段獲得溫度和化學成分合格的金屬液。1、熔煉設備：鑄鐵→沖天爐、電弧爐、感應電爐；（如HT、QT、KT、RuT）

鑄鐵的三大特點：減振、耐磨、消聲鑄鋼→平爐、轉爐、電弧爐、感應電爐；26第二十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二2、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，熱爐氣自下而上運動，冷爐料自上而下運動。兩股逆向流動的物、氣之間進行著熱量交換和冶金反應，使金屬爐料在熔化區（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一步加熱，溫度高達1600℃左右，并經過過橋進入前爐。此時，溫度稍有下降，鐵水出爐溫度約為1360~1420℃。27第二十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二五、澆注系統

為將金屬液引入型腔而在鑄型中開出的通道稱澆注系統。澆注系統一般由外澆道（澆口杯）、直澆道、橫澆道和內澆道四部分組成，但并非每個鑄件都要這四部分，應根據鑄件結構、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澆道，而無橫澆道。28第二十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二1、澆鑄系統的組成典型的澆鑄系統包括外澆口、直澆道、橫澆道、內澆道。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薄部位。③橫澆道：橫澆道可將直澆道的進入也引入內澆道，其截面多為高梯形，且位于內澆道上面，其主要作用是將金屬溶液分配給各個內澆道并能有效的起到擋渣作用。29第二十九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二④內澆道：內澆道是直接引導金屬溶液進入型腔的通道，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，內澆道與鑄件型腔的結合處常帶有縮頸，以便于清理。附：澆鑄系統的最佳橫截面積比直澆道：橫澆道：內澆道

1.15:1.1:130第三十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二2、鑄件大小、壁厚與澆鑄系統（內澆道）的大小、數量有何種關系？①內澆道不應開在鑄件的重要部位（如重要加工面和定位基準面），因內澆道處的金屬液冷卻慢，晶粒粗大，力學性能差。②內澆道的方向不要正對砂型壁和型芯，防止鑄件產生沖砂及粘砂缺陷。31第三十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二③大平面薄壁鑄件，特別是易氧化合金（鑄鋼、鑄鋁）的薄壁復雜件，應多開內澆道，使金屬液迅速、平穩充滿鑄型，防止鑄件產生冷隔和氧化夾渣等缺陷。④薄壁鑄件的內澆道與鑄件連接處應帶有縮頸，防止打掉澆口時敲壞鑄件。⑤應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），其內澆道應開在厚壁處，使鑄件由薄壁到厚壁處進行順序凝固和收縮，有利于防止鑄件縮孔。金屬溶液的收縮階段：液態收縮→凝固收縮→固態收縮（縮孔）（縮松）（裂紋）32第三十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二3、其他形式的澆鑄系統33第三十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二4、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，它能補充型腔內金屬溶液凝固時的收縮，消除鑄件中的縮孔。34第三十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二②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。35第三十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二六、特種鑄造優點與缺點比較：生產成本高，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（實型鑄造）、離心鑄造、金屬型鑄造、普通壓力鑄造、低壓鑄造等。36第三十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二1、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，經硬化后再將模樣熔化，排出型外，經過焙燒后澆注液態金屬獲得鑄件的鑄造方法。由于熔模廣泛采用蠟質材料來制造，故又稱失蠟鑄造或精密鑄造。37第三十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二2、消失模鑄造消失模鑄造（又稱實型鑄造）是將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型粘結組合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振動造型，在負壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。38第三十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二3、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。由于鑄型可以反復使用幾百次到幾千次，所以也稱為永久型鑄造。39第三十九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期二4、離心鑄造離心鑄造是指將熔融金屬澆入旋轉的鑄型中，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空心回轉體零件，同時也可利用金屬材料間熔點的不同，生產雙金屬或多金屬鑄件。40第四十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期