第三篇工程材料成形技術(shù)基礎(chǔ)

第八章鑄造成形工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ)第三篇工程材料成形技術(shù)基礎(chǔ)

第八章鑄造成形工程材一什么是鑄造?

將液體金屬澆鑄到與零件形狀相適應(yīng)的鑄造空腔中,待其冷卻凝固后,以獲得零件或毛坯的方法.第八章鑄造成形一什么是鑄造?第八章鑄造成形工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ)第八章-鑄造成形(一、二節(jié))課件

二特點

1優(yōu)點:1)

可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件,尤其復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯(如暖氣)2)

適應(yīng)性廣,工業(yè)常用的金屬材料均可鑄造.幾克~幾百噸.3)

原材料來源廣泛.價格低廉.廢鋼,廢件,切屑4)

鑄件的形狀尺寸與零件非常接近,減少切削量,屬少無切削加工.∴應(yīng)用廣泛:農(nóng)業(yè)機(jī)械40~70%

機(jī)床:70~80%重量鑄件

二特點工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ)第八章-鑄造成形(一、二節(jié))課件

2缺點:1)

機(jī)械性能不如鍛件(組織粗大,缺陷多等)2)

砂性鑄造中,單件,小批,工人勞動強(qiáng)度大.3)

鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定,工序多,影響因素復(fù)雜,易產(chǎn)生許多缺陷.

鑄造的缺陷對鑄件質(zhì)量有著重要的影響,因此,我們從鑄件的質(zhì)量入手,結(jié)合鑄件主要缺陷的形成與防止,為選擇鑄造合金和鑄造方法打好基礎(chǔ).

2缺點:

第一節(jié)鑄造成形理論基礎(chǔ)

合金鑄造時的工藝性能稱為合金的鑄造性能，它包括流動性、收縮、偏析、氧化和吸氣等。

一、液態(tài)合金的流動性與充型能力

1．合金的流動性

熔融金屬的流動能力，稱為合金的流動性。液態(tài)金屬本身的流動性----合金流動性第一節(jié)鑄造成形理論基礎(chǔ)

(1)流動性對鑄件質(zhì)量影響1)

流動性好,易于澆出輪廓清晰,薄而復(fù)雜的鑄件.2)

流動性好,有利于液態(tài)金屬中的非金屬夾雜物和氣體上浮,排除.3)

流動性好,易于對液態(tài)金屬在凝固中產(chǎn)生的收縮進(jìn)行補(bǔ)縮

(1)流動性對鑄件質(zhì)量影響(2)測定流動性的方法:

以螺旋形試件的長度來測定:如灰口鐵:澆鑄溫度1300℃試件長1800mm.鑄鋼:

1600℃

100mm(2)測定流動性的方法:

(3)影響合金流動性的因素

主要是化學(xué)成分:1)

純金屬流動性好:一定溫度下結(jié)晶,凝固層表面平滑,對液流阻力小2)

共晶成分流動性好:恒溫凝固,固體層表面光滑,且熔點低,過熱度大.(3)影響合金流動性的因素3)

非共晶成分流動性差:結(jié)晶在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行,初生數(shù)枝狀晶阻礙液流此外，在相同的澆注溫度下，由于共晶成分合金的凝固溫度最低，相對來說合金的過熱度大，推遲了合金的凝固，因此共晶成分合金的流動性最好。3)

非共晶成分流動性差:合金成分愈遠(yuǎn)離共晶，結(jié)晶溫度范圍愈寬，流動性愈差。因此，選擇鑄造合金時，在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡量選擇靠近共晶成分的合金。

合金成分愈遠(yuǎn)離共晶，結(jié)晶溫度范圍愈寬，流動性愈差。

圖8—3所示為鐵-碳合金的流動性與含碳量的關(guān)系。由圖可見，結(jié)晶溫度范圍寬的合金流動性差，結(jié)晶溫度范圍窄的合金流動性好，共晶成分合金的流動性最好。

鑄鐵中的其他元素(如Si、Mn、P、S)對流動性也有一定影響。Si、P可提高鐵水的流動性，而S則降低鐵水的流動性。圖8—3所示為鐵-碳合金的流動性與含碳量的關(guān)系。鑄鐵中的其他

2．充型能力

(1)充型能力與流動性的關(guān)系充型:液態(tài)合金填充鑄型的過程.充型能力:液態(tài)合金充滿鑄型型腔,獲得形狀完整,輪廓清晰鑄件的能力充型能力是考慮鑄型及工藝因素影響的熔融金屬的流動性，2．充型能力流動性則是指熔融金屬本身的流動能力，它是影響充型能力的主要因素之一。合金的流動性愈好，充型能力就愈強(qiáng)。同時流動性好，也有利于非金屬夾雜物和氣體的上浮與排除，還有利于對合金冷凝過程所產(chǎn)生的收縮進(jìn)行補(bǔ)縮。充型能力不足易產(chǎn)生:澆不足:不能得到完整的零件.冷隔:沒完整融合縫隙或凹坑,機(jī)械性能下降.流動性則是指熔融金屬本身的流動能力，它是影響充型能力的主要因(2)影響充型能力的主要因素鑄型條件、澆注溫度等。1)鑄型條件對充型能力有很大影響。鑄型中凡能增加金屬流動阻力、降低流速和提高金屬冷卻速度的因素，均會降低合金的充型能力。如鑄型中型腔過窄、直澆道過低、澆注系統(tǒng)截面積太小或布置得不合理、型砂中水分過多或透氣不足、鑄型排氣不暢、鑄型材料導(dǎo)熱性過大等，均會降低充型能力。(2)影響充型能力的主要因素為了改善鑄型的充型條件，鑄件設(shè)計時必須保證鑄件的壁厚大于規(guī)定的“最小壁厚”(詳見第四節(jié)“鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計”)，并在鑄型工藝上針對需要采取相應(yīng)的措施，如加高直澆道、擴(kuò)大內(nèi)澆道橫截面積、增加出氣口、對鑄型烘干、鑄型表面刷涂料等。為了改善鑄型的充型條件，鑄件設(shè)計時必須保證鑄件的壁厚大于規(guī)定

2)澆注溫度對合金的充型能力影響也很顯著。澆注溫度高，液態(tài)合金的粘度下降；同時，因過熱度大，液態(tài)合金所含熱量增加，因而液態(tài)合金傳給鑄型的熱量增多，減緩了合金的冷卻速度，這都使充型能力得到提高。因此，提高合金的澆注溫度，是改善充型能力的重要工藝措施。必須指出，澆注溫度過高，合金的總收縮量增加，吸氣增多，氧化也嚴(yán)重，鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松、粘砂、氣孔等缺陷。因此，在保證充型能力足夠的前提下，盡可能做到“高溫出爐，低溫澆注”。但是，對于形狀復(fù)雜或薄壁鑄件，澆注溫度以略高些為宜。2)澆注溫度對合金的充型能力影響也很顯著。綜上所述，為提高合金的充型能力，改善鑄件質(zhì)量，應(yīng)盡可能選用流動性好的共晶成分，或結(jié)晶溫度范圍窄的合金。在合金成分確定的情況下，需從改善鑄型條件，提高澆注溫度和改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)等幾個方面來提高充型能力。

綜上所述，為提高合金的充型能力，改善鑄件質(zhì)量，應(yīng)盡可能選用流二、鑄造合金的收縮

1．收縮的概念在合金從液態(tài)冷卻至室溫的過程中，體積縮小的現(xiàn)象稱為收縮。收縮是鑄造合金的物理本性，也是鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、變形、裂紋、殘余應(yīng)力等鑄造缺陷的基本原因。為使鑄件的形狀、尺寸符合技術(shù)要求，內(nèi)部組織致密，必須對收縮的規(guī)律加以研究。二、鑄造合金的收縮

1)收縮的三個階段：(1)液態(tài)收縮從澆注溫度到凝固開始溫度(即液相線溫廢)的收縮。

(2)凝固收縮從凝固開始溫度到凝固終止溫度(即固相線溫度)的收縮。(3)固態(tài)收縮從凝固終止溫度到室溫間的收縮。

1)收縮的三個階段：2)收縮率(1)合金的液態(tài)收縮和凝固收縮

表現(xiàn)為合金的體積縮小，它是鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松的基本原因。常用單位體積的收縮量所占比率，即體收縮率來表示。(2)合金的固態(tài)收縮

雖然也是體積變化，但它只引起鑄件外部尺寸的縮減，因此常用單位長度上的收縮量所占比率，即線收縮率來表示。它是鑄件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋的基本原因。幾種鐵碳合金的收縮率見表8—1。

2)收縮率表8．1幾種鐵碳合金的收縮率

灰鑄鐵收縮率小的原因是由于其中大部分碳是以石墨狀態(tài)存在，而石墨的比體積大，液態(tài)灰鑄鐵在結(jié)晶過程中析出的石墨所產(chǎn)生的體積膨脹抵消了合金的部分收縮。表8．1幾種鐵碳合金的收縮率

灰鑄鐵收縮率小的原因2．鑄件的實際收縮

鑄件的實際收縮不僅與合金的收縮率有關(guān)，還與鑄型條件、澆注溫度和鑄件結(jié)構(gòu)等有關(guān)。鑄型材料導(dǎo)熱性低，澆注溫度高，鑄件的實際收縮值就大；反之就小。2．鑄件的實際收縮鑄件在固態(tài)收縮過程中由于受到鑄型和型芯的阻礙不能自由收縮，此時收縮率顯然要小于自由收縮率。鑄件形狀愈復(fù)雜，其收縮率(線收縮率)一般愈小。因此，在鑄件生產(chǎn)時，必須根據(jù)合金的種類、鑄件的結(jié)構(gòu)、鑄型條件等因素確定適宜的實際收縮率(常用的為線收縮率)。鑄件在固態(tài)收縮過程中由于受到鑄型和型芯的阻礙不能自由收縮，此三、鑄件中的縮孔和縮松

鑄件凝固結(jié)束后往往在某些部位出現(xiàn)孔洞，大而集中的孔洞稱為縮孔；細(xì)小而分散的孔洞稱為縮松。

1．縮孔和縮松的形成

三、鑄件中的縮孔和縮松

(1)縮孔

純金屬、共晶成分和凝固溫度(即結(jié)晶溫度)范圍窄的合金，在澆注后，型腔內(nèi)發(fā)生垂直于型壁的由表及里的逐層凝固。在凝固過程中，如得不到合金液的補(bǔ)充，則在鑄件最后凝固的地方就會產(chǎn)生縮孔?，F(xiàn)以圓柱體鑄件為例分析縮孔的形成過程，如圖84所示。(1)縮孔工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ)第八章-鑄造成形(一、二節(jié))課件圖8—4a為合金液充滿型腔，降溫時發(fā)生液態(tài)收縮，但可從澆注系統(tǒng)得到補(bǔ)償。圖84b為當(dāng)鑄件表面散熱條件相同時，表層先凝固結(jié)殼，此時內(nèi)澆道被凍結(jié)。圖8—4c為繼續(xù)冷卻時，產(chǎn)生新的凝固層，內(nèi)部液體發(fā)生液態(tài)和凝固收縮，使液面下降。同時外殼進(jìn)行固態(tài)收縮，使鑄件外形尺寸縮小。如果兩者的減小量相等，則凝固外殼仍和內(nèi)部液體緊密接觸。但由于液態(tài)收縮和凝固收縮遠(yuǎn)大于外殼的固態(tài)收縮，因此合金液將與硬殼頂面脫離。圖8-4d為硬殼不斷加厚，液面不斷下降，當(dāng)鑄件全部凝固后，在上部形成一個倒錐形縮孔。圖8-4e為繼續(xù)降溫至室溫，整個鑄件發(fā)生固態(tài)收縮，縮孔的絕對體積略有減小，但相對體積不變。如圖8_4f為如果往鑄件頂部設(shè)置冒口，縮孔將移至冒口中。

圖8—4a為合金液充滿型腔，降溫時發(fā)生液態(tài)收縮，但可從澆注系由上可知，縮孔產(chǎn)生的基本原因是合金的液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮，且得不到補(bǔ)償所致?？s孔產(chǎn)生的部位在鑄件最后凝固區(qū)域，如壁的上部或中心處。此外，鑄件兩壁相交處因金屬積聚凝固較晚，也易產(chǎn)生縮孔，此處稱為熱節(jié)。熱節(jié)位置可用畫內(nèi)接圓方法確定，如圖8．5所示。鑄件中壁厚較大及內(nèi)澆道附近的地方也是熱節(jié)

圖8-5用內(nèi)接圓法確定熱節(jié)位置

由上可知，縮孔產(chǎn)生的基本原因圖8-5用內(nèi)接圓法確定熱(2)縮松形成原因

合金的液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮所致。但縮松主要出現(xiàn)在結(jié)晶溫度范圍較寬的合金中或斷面較大的鑄件壁中。圖8—6為縮松形成過程示意圖。

圖8—6a為合金液充滿型腔，并向四處散熱。圖8—6b為鑄件表面結(jié)殼后，內(nèi)部有一個較寬的液相與固相共存凝固區(qū)域。圖8—6c、d為繼續(xù)凝固，固體不斷長大，直至相互接觸，此時合金液被分割成許多小的封閉區(qū)。圖8．6e為封閉區(qū)內(nèi)液體凝固收縮時，因得不到補(bǔ)充而形成許多小而分散的孔洞。圖8—6f為固態(tài)收縮。(2)縮松圖8—6a為合金液充滿型腔，并向四處散熱。縮松分為宏觀縮松和顯微縮松兩種。宏觀縮松是用肉眼或放大鏡可以看出的小孔洞，多分布在鑄件中心軸線區(qū)域、熱節(jié)處、冒口根部和內(nèi)澆道附近，也常分布在集中縮孔的下方?？s松分為宏觀縮松和顯微縮松兩種。顯微縮松是分布在晶粒之間的微小孔洞，要用顯微鏡才能觀察出來，這種縮松分布面積更為廣泛，有時遍及整個截面。顯微縮松難以完全避免，對于一般鑄件來說多不作為缺陷對待；但對氣密性及力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能要求很高的鑄件，則必須設(shè)法減少。顯微縮松是分布在晶粒之間的微小孔洞，要用顯微鏡才能觀察出來，

縮孔、縮松的形成除主要受合金成分影響外，澆注溫度、鑄型條件及鑄件結(jié)構(gòu)也有一定的影響。澆注溫度高，合金的縮孔傾向大。鑄型材料對鑄件的冷卻速度影響很大，濕型比干型的冷卻能力大，縮松減少；金屬型的冷卻能力更大，故縮松顯著減少。鑄件結(jié)構(gòu)與形成縮孔、縮松的關(guān)系極大，設(shè)計時必須予以充分注意?？s孔和縮松都使鑄件的力學(xué)性能、氣密性、物理性能、化學(xué)性能降低，以致成為廢品。因此，縮孔和縮松都屬鑄件的重要缺陷，必須根據(jù)技術(shù)要求，采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┯枰苑乐埂?/p>

縮孔、縮松的形成除主要受合金成分影響外，澆注溫度、鑄型條件2．防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的方法

(1)合理選用鑄造合金從縮孔和縮松的形成過程可知，結(jié)晶溫度范圍寬的合金，易形成縮松，且縮松分布面廣，難以消除。因此生產(chǎn)中在可能條件下盡量選擇共晶成分的合金或結(jié)晶溫度范圍窄的合金。

2．防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的方法(2)采用順序凝固原則所謂順序凝固，就是在鑄件上可能出現(xiàn)縮孔的厚大部位通過增設(shè)冒口等工藝措施，使鑄件遠(yuǎn)離冒口的部位先凝固(圖8-7)，而后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。(2)采用順序凝固原則冒口是鑄型中貯存補(bǔ)縮合金液的空腔，澆注完成后為鑄件的多余部分，待鑄件清理時去除。為了實現(xiàn)順序凝固，在安放冒口的同時，還可在鑄件上某些厚大部位增設(shè)冷鐵。圖8—8所示鑄件的熱節(jié)不止一個，若僅靠頂部冒口難以向底部凸臺補(bǔ)縮，為此在該凸臺的型壁上安放了兩個外冷鐵。由于冷鐵加速了該處的冷卻速度，使厚度較大的凸臺反而最先凝固，從而實現(xiàn)了自下而上的順序凝固，防止了凸臺處縮孔、縮松的產(chǎn)生?？梢钥闯?，冷鐵僅是加快某些部位的冷卻速度，以控制鑄件的凝固順序，但本身并不起補(bǔ)縮作用。冷鐵通常用鋼或鑄鐵制成冒口是鑄型中貯存補(bǔ)縮合金液的空腔，澆注完成后為鑄件的多余部分安放冒口和冷鐵，實現(xiàn)順序凝固，雖可有效地防止縮孔和縮松(宏觀縮松)，但卻耗費許多合金和工時，加大了鑄件的成本。同時順序凝固擴(kuò)大了鑄件各部分的溫度差，促進(jìn)了鑄件的變形和裂紋傾向。因此，順序凝固原則主要用于收縮大或壁厚差別大，易產(chǎn)生縮孔的合金鑄件，如鑄鋼、可鍛鑄鐵、鋁硅合金和鋁青銅合金等。特別是對鑄鋼件，由于其收縮大大超過鑄鐵，在鑄造工藝上采用冒口、冷鐵等措施實現(xiàn)順序凝固非常有效安放冒口和冷鐵，實現(xiàn)順序凝固，雖可有效地防止縮孔和縮松(宏觀四、鑄造內(nèi)應(yīng)力及鑄件的變形、裂紋鑄件凝固后的繼續(xù)冷卻收縮，有可能使鑄件產(chǎn)生變形或裂紋，而鑄造應(yīng)力就是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的基本原因。1．鑄造應(yīng)力

鑄造應(yīng)力是熱應(yīng)力、收縮應(yīng)力和相變應(yīng)力的矢量和。

四、鑄造內(nèi)應(yīng)力及鑄件的變形、裂紋(1)熱應(yīng)力鑄件在凝固和冷卻過程中，由于不同部位不均衡的收縮而引起的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。合金有一個臨界溫度tij在此溫度以上，合金處于塑性狀態(tài)；在此溫度以下，合金處于彈性狀態(tài)。合金處于塑性狀態(tài)時，伸長率很高，在較小的外力下就發(fā)生塑性變形(即永久變形)，此時內(nèi)應(yīng)力自行消除；合金處于彈性狀態(tài)時，在外力作用下，合金發(fā)生彈性變形，變形后應(yīng)力繼續(xù)存在。

(1)熱應(yīng)力1)熱應(yīng)力的產(chǎn)生過程如圖8．9a所示。其熱應(yīng)力的形成過程可分為三個階段說明，如圖8．8b所示。

。

1)熱應(yīng)力的產(chǎn)生過程

。由此可見，熱應(yīng)力使鑄件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表層受壓縮。鑄件的壁厚差別愈大，合金的線收縮率愈高，彈性模量愈大，則熱應(yīng)力愈大。2)預(yù)防熱應(yīng)力的基本途徑a.減小鑄件各部分的溫度差，使其均勻地冷卻。b.鑄件壁厚均勻，避免金屬的聚集，采用同時凝固原則。同時凝固原則，是采取工藝措施使鑄件各個部分沒有大的溫度差，而同時凝固。為此，須將澆注系統(tǒng)開在鑄件薄壁處，為了加速厚壁的冷卻，有時還可在厚壁處安放冷鐵，如圖8一10所示。

由此可見，熱應(yīng)力使鑄件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表層受壓縮。同時凝同原則可減小熱應(yīng)力，防止鑄件變形和裂紋等缺陷，而且因不用冒口而節(jié)省金屬和工時。其缺點是鑄件的中心部位易出現(xiàn)縮松(或縮孔)。同時凝固原則主要用于普通灰鑄鐵、錫青銅等。因為灰鑄鐵收縮小，不易產(chǎn)生縮孔；而錫青銅結(jié)晶間隔很大，用冒口也難以消除縮松。同時凝固原則也可用于薄壁鑄鋼件或其他易變形和易裂的鑄件。

同時凝同原則可減小熱應(yīng)力，防止鑄件變形和裂紋等缺陷，而且因不(2)收縮應(yīng)力

鑄件在固態(tài)收縮時，因受到鑄型、型芯、澆冒口、箱帶等外力的阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為收縮應(yīng)力，如圖8—1l所示。收縮應(yīng)力又稱機(jī)械應(yīng)力，它使鑄件產(chǎn)生拉伸或切應(yīng)力，并且是暫時的，在鑄件落砂之后，這種內(nèi)應(yīng)力便可自行消除。但收縮應(yīng)力在鑄型中可與熱應(yīng)力共同起作用，增加了鑄件產(chǎn)生裂紋的可能性。(3)相變應(yīng)力

鑄件由于固態(tài)相變，各部分體積發(fā)生不均衡變化而引起的應(yīng)力為相變應(yīng)力。一般鑄造合金的相變應(yīng)力較小，并且與熱應(yīng)力方向相反。

(2)收縮應(yīng)力鑄件在固態(tài)收縮時，因受到鑄型、型芯、澆冒

2．鑄件的變形與防止鑄件鑄出后，存在于鑄件不同部位的內(nèi)應(yīng)力(鑄造應(yīng)力)稱為殘留應(yīng)力。帶有殘留應(yīng)力的鑄件是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地變形使殘留應(yīng)力減小而趨于穩(wěn)定。顯然，只有原來受彈性拉伸的部分產(chǎn)生壓縮變形；受彈性壓縮的部分產(chǎn)生拉伸變形，鑄件的殘留應(yīng)力才有減小或消除的可能。為防止變形，在鑄件設(shè)計時應(yīng)力求壁厚均勻，形狀簡單與對稱(詳見第四節(jié)“鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計”)。2．鑄件的變形與防止鑄件鑄出后，存在于鑄件不同部位對于細(xì)而長、大而薄等易變形鑄件，可將模樣制成與鑄件變形方向相反的形狀，待鑄件冷卻時變形正好與相反的形狀抵消(此法稱“反變形法”)，如圖8．12所示。此外，在鑄造工藝上應(yīng)采取措施使鑄件同時凝固或在鑄件上附加工藝?yán)叩取?/p>

對于細(xì)而長、大而薄等易變形鑄件，可將模樣制成與鑄件變形方向相常用的去除應(yīng)力的方法自然時效法、人工時效法和共振法。自然時效法是將鑄件置于露天場地半年以上，利用天然熱脹冷縮使其緩慢地發(fā)生變形，從而使應(yīng)力消除。人工時效法是將鑄件加熱至550～650℃進(jìn)行去應(yīng)力退火，它比自然時效速度快，應(yīng)力去除較為徹底，故應(yīng)用廣泛。共振法是使鑄件在共振頻率下振動10～50min，從而達(dá)到消除殘留應(yīng)力的目的。共振法需要專用設(shè)備，但效率高并且節(jié)能、污染少。常用的去除應(yīng)力的方法

3．鑄件的裂紋與防止

當(dāng)鑄造應(yīng)力超過合金的強(qiáng)度極限時，鑄件便產(chǎn)生裂紋。裂紋是鑄件的嚴(yán)重缺陷，多使鑄件報廢，必須設(shè)法防止。按裂紋形成的溫度范圍可分為熱裂和冷裂兩種。(1)熱裂熱裂是高溫下形成的裂紋，其形狀特征是裂紋短、縫隙寬、形狀曲折、縫內(nèi)呈氧化色。

防止熱裂的主要措施是：合理設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu)；合理選用型砂、芯砂的粘結(jié)劑與附加物，以改善其退讓性；大的型芯可制成中空的或內(nèi)部填以焦炭；嚴(yán)格限制鋼和鑄鐵中的硫含量(因為硫能增加熱脆性，降低合金的高溫強(qiáng)度)；選用收縮率小的合金等。3．鑄件的裂紋與防止(2)冷裂冷裂是指在低溫下形成的裂紋，其形狀特征與熱裂不同，冷裂紋細(xì)小，呈連續(xù)直線狀，縫內(nèi)干凈，有時呈輕微氧化色。冷裂是合金處于彈性狀態(tài)時，當(dāng)其鑄造應(yīng)力大于該溫度下合金的強(qiáng)度極限時產(chǎn)生的。

防止冷裂的主要措施是：減少鑄造應(yīng)力或降低合金的脆性。嚴(yán)格控制鋼和鑄鐵的磷含量。澆注之后，勿過早打箱。

(2)冷裂五、鑄件中的氣孔

氣孔是氣體在鑄件中形成的孔洞，其內(nèi)壁較光滑、明亮或帶輕微氧化色，易與縮孔等孔洞類缺陷區(qū)分開來。氣孔是鑄件中最常見的缺陷，它減少了鑄件的有效承載面積，并在氣孔附近引起了應(yīng)力集中，因而降低了鑄件的力學(xué)性能，特別是沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度顯著降低。彌散性氣孔還可促使顯微縮松的形成，降低鑄件的氣密性。氣孔可分類析出性氣孔、侵入性氣孔和反應(yīng)性氣孔三類。五、鑄件中的氣孔

1．析出性氣孔

合金在熔煉和澆注時吸收氣體的性能稱為合金的吸氣性，也是合金的鑄造性能之一。析出性氣孔的特征是：分布面積較廣；靠近冒口、熱節(jié)等后凝固區(qū)域分布較密集；形狀呈團(tuán)球形或裂紋多角形。這種氣孔在鋁合金鑄件中最為多見。防止析出性氣孔的主要措施有：減少液態(tài)合金的原始含氣量，如斷絕氣體的來源、減少氣體進(jìn)人的可能性；有色金屬應(yīng)在熔劑層下熔煉，熔煉后期要進(jìn)行除氣精煉；提高鑄件凝固時的冷卻速度和外部壓力，以阻止氣體的析出等。

1．析出性氣孔2．侵入性氣孔

侵人性氣孔是由于砂型表面層聚集的氣體侵入合金中而形成的氣孔。侵入鑄件中的氣體，主要來源于造型材料中的水分、粘結(jié)劑和各種附加物的加熱蒸發(fā)。侵人性氣孔一般體積較大，單個或數(shù)量不多，在鑄件的局部(如鑄件的凹角處、外表面或內(nèi)表面等)出現(xiàn)。有時因泥芯受潮或型砂發(fā)氣量太大會造成氣孔叢生，呈蜂窩狀，俗稱“嗆火”。防止侵入性氣孔的主要措施降低型(芯)砂的發(fā)氣量和增加鑄型的排氣能力以及應(yīng)用涂料等。

2．侵入性氣孔

3．反應(yīng)性氣孔

澆人鑄型中的合金液與鑄型之間或在合金液內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的氣孔，稱為反應(yīng)性氣孔。反應(yīng)性氣孔主要來源于合金液與型砂中的水分反應(yīng)所形成的氣體。這些氣體或溶入液態(tài)合金中而在冷凝過程中析出，或直接侵入造成氣孔缺陷。合金與鑄型問反應(yīng)性氣孔，通常分布在鑄件表面皮下1～3mm(有時只在一層氧化皮下面)，表面經(jīng)加工或清理后，就暴露出許多小氣孔，所以通稱皮下氣孔，也稱針孔。

防止反應(yīng)性氣孔的主要措施減少澆注前合金液的含氣量；提高澆注溫度以利于氣體的排除；嚴(yán)格控制型(芯)砂的發(fā)氣量，并增加透氣性；合理使用涂料；若使用冷鐵，應(yīng)防止潮濕和銹蝕。此外，澆注時要平穩(wěn)，以減少合金液產(chǎn)生氧化。

3．反應(yīng)性氣孔第二節(jié)砂型鑄造目前,鑄件生產(chǎn)的主要方法,砂型鑄件占鑄件總量的90%以上,可生產(chǎn)各種鑄鋼,灰鐵,球鐵,可鍛鑄鐵,有色金屬等.用于鑄造各種機(jī)械零件砂型鑄造生產(chǎn)過程:

配砂→造型→烘干

熔化

→澆注→合型→落砂→清理→檢驗配砂→造芯→烘干造型操作順序:1安放鑄模2套下箱,撒防粘材料3蓋上面砂4鏟填背砂5用尖頭砂沖舂砂6用平頭砂沖舂砂

7刮去多余型砂8翻轉(zhuǎn)下型9撒分型砂10吹去鑄模上的分型砂11撒防粘材料12加面砂13填上型14扎通氣孔15去上型16起模17挖澆口18合箱澆注.

第二節(jié)砂型鑄造目前,鑄件生產(chǎn)的主要方法,砂型鑄件占鑄件總量的一、砂型鑄造生產(chǎn)過程簡介

1．造型材料的選擇制造鑄型(芯)用的材料為造型材料，主要由砂、粘土、有機(jī)或無機(jī)粘結(jié)劑和其他附加物組成。造型材料按一定比例配合，經(jīng)過混制獲得符合要求的型(芯)砂。每生產(chǎn)1t合格鑄件，約需4～5t型(芯)砂。型(芯)砂應(yīng)具備的性能良好的成型性、透氣性和退讓性，足夠的強(qiáng)度和高的耐火性等。鑄件中的常見缺陷，如砂眼、夾砂、氣孔及裂紋等缺陷的產(chǎn)生常是由于型(芯)砂的性能不合格引起的。合理選擇造型材料，制備符合要求的型(芯)砂，可提高鑄件質(zhì)量，降低成本。

一、砂型鑄造生產(chǎn)過程簡介型(芯)砂分類(按使用粘結(jié)劑)(1)粘土砂

粘土砂是由砂、粘土、水及附加物(煤粉、木屑等)按一定比例制備而成，以粘土為粘結(jié)劑。粘土砂的適應(yīng)性很強(qiáng)，鑄鐵、鑄鋼及鋁、銅合金等鑄件均適宜，并且不受鑄件的大小、重量、形狀和批量的限制。它既廣泛用于造型，又可用來制造形狀簡單的大、中型芯。并且粘土砂可用于手工造型，也可用于機(jī)器造型。另外，粘土的儲量豐富、來源廣、價格低廉。粘土砂的回用性好，舊砂仍可重復(fù)使用多次，因此應(yīng)用最廣泛。粘土砂可分為濕型砂和干型砂兩大類。濕型砂主要用于中小鑄件；干型砂主要用于質(zhì)量要求高的大、中型鑄件。

型(芯)砂分類(按使用粘結(jié)劑)(2)水玻璃砂

水玻璃砂是以水玻璃為粘結(jié)劑的一種型砂。目前生產(chǎn)中廣泛采用的水玻璃砂是用二氧化碳?xì)怏w來硬化的。目前，正在推廣在水玻璃中加入有機(jī)酯硬化劑而制得的水玻璃自硬砂。優(yōu)點不需要烘干，硬化速度快，生產(chǎn)周期短。型砂強(qiáng)度高易于實現(xiàn)機(jī)械化，工人勞動條件得以顯著改善。不足之處鑄鐵件及大的鑄鋼件易粘砂出砂性差，致使鑄件的落砂清理困難。水玻璃砂的回用性差。(2)水玻璃砂水玻璃砂是以水玻璃為粘結(jié)劑的一種型砂。(3)油砂、合脂砂及樹脂砂對結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、要求很高的型芯，則難以滿足要求，因此要求芯砂需具備更高的干強(qiáng)度、透氣性、耐火性、退讓性和良好的出砂性，同時要求較低的發(fā)氣性和吸濕性，并且不易粘芯盒。1)油砂及合脂砂植物油(如桐油、亞麻仁油等)一直是制造復(fù)雜型芯的主要粘結(jié)劑。盡管油砂性能優(yōu)良，但油料來源少，價格昂貴，因此常用“合脂”來代替。用“合脂”為粘結(jié)劑配制的型(芯)砂稱為合脂砂?！昂现笔侵圃砉I(yè)的副產(chǎn)品，性能與植物油相近，且來源豐富，價格便宜，故已得到廣泛應(yīng)用。

(3)油砂、合脂砂及樹脂砂

2)樹脂砂以合成樹脂為粘結(jié)劑配制的型(芯)砂稱為樹脂砂。樹脂砂包括熱芯盒砂、冷芯盒砂。熱芯盒砂

使用的粘結(jié)劑是液態(tài)呋喃樹脂，芯砂射人熱芯盒后，在熱的作用下固化；冷芯盒砂

使用的粘結(jié)劑是酚醛樹脂，芯砂射入冷芯盒后，在催化劑的作用下硬化。

樹脂砂制備的型(芯)不需要烘干，可迅速硬化，故生產(chǎn)率高；型芯強(qiáng)度比油砂高，型芯的尺寸精確、表面光滑，其退讓性和出砂性好，同時便于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。

2)樹脂砂2．造型與造芯

造型是用造型混合料及模樣等工藝裝備制造鑄型的過程，它是砂型鑄造的最基本工序。通常分為手工造型和機(jī)器造型。生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)鑄件的尺寸、形狀、生產(chǎn)批量、鑄件的技術(shù)要求以及生產(chǎn)條件等因素，合理地選擇造型方法。(1)手工造型手工造型是指造型主要的兩工序緊實和起模是由手工完成的，它主要用于單件小批生產(chǎn)。各種手工造型方法的特點和適用范圍見表8-2。(2)機(jī)器造型機(jī)器造型是指用機(jī)器完成全部或至少完成緊實和起模兩主要工序的操作。機(jī)器造型可提高生產(chǎn)率、提高鑄件精度和表面質(zhì)量、鑄件加工余量小、改善了勞動條件，但只有大批量生產(chǎn)時才能顯著降低鑄件成本。

2．造型與造芯造型是用造型混合料及模樣等工藝裝備制造鑄型表8．2各種手工造型方法的特點和適用范圍

表8．2各種手工造型方法的特點和適用范圍

工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ)第八章-鑄造成形(一、二節(jié))課件機(jī)器造型是采用模板進(jìn)行兩箱造型的。模板是將模樣、澆注系統(tǒng)沿分型面與模底板聯(lián)結(jié)成一整體的專用模具，造型后模底板形成分型面，模樣形成鑄型型腔。機(jī)器造型不能進(jìn)行三箱造型，同時也應(yīng)避免活塊，否則會顯著降低造型機(jī)的生產(chǎn)率。因此，在設(shè)計大批量生產(chǎn)的鑄件及確定其鑄造工藝時，應(yīng)考慮這些要求。表8．3為常用機(jī)器造型方法及應(yīng)用。

機(jī)器造型是采用模板進(jìn)行兩箱造型的。

(3)造芯砂芯主要用于形成鑄件的內(nèi)腔及尺寸較大的孔，也可以形成鑄件的外形。最常用的造芯方法是用芯盒造芯。在大批量生產(chǎn)中，應(yīng)采用機(jī)器造芯。

(3)造芯砂芯主要用于形成鑄件的內(nèi)腔及尺寸較大的孔

3．熔煉與澆注熔煉是指使金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變成熔融狀態(tài)的過程。熔煉的任務(wù)是提供化學(xué)成分和溫度都合格的熔融金屬。澆注是將熔融金屬從澆包注入鑄型的操作。4．落砂與清理

落砂是指用手工或機(jī)械使鑄件與型砂、砂箱分開的操作。清理是指落砂后從鑄件上清除表面粘砂、型砂、多余金屬(包括澆冒口、氧化皮)等過程的總稱。清理后的鑄件應(yīng)根據(jù)技術(shù)要求仔細(xì)檢驗，判斷鑄件是否合格。技術(shù)條件允許焊補(bǔ)的缺陷應(yīng)進(jìn)行焊補(bǔ)。合格的鑄件應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力退火或自然時效。3．熔煉與澆注熔煉是指使金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變成熔融狀態(tài)的

二、鑄造工藝圖的制定

鑄造生產(chǎn)必須根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)條件等進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計，并繪制鑄造工藝圖。鑄造工藝圖是按規(guī)定的工藝符號或文字直接在零件圖上繪制出表示鑄型分型面、澆注位置、型芯結(jié)構(gòu)尺寸、澆冒口系統(tǒng)、控制凝固措施(如放置冷鐵)等的圖樣。在單件、小批生產(chǎn)情況下，鑄造工藝設(shè)計只制定鑄造工藝圖，并以此作為制造模樣、鑄型和檢驗鑄件的依據(jù)。在大批量生產(chǎn)中，制定鑄造工藝圖是繪制鑄件圖、模樣圖和鑄型裝配圖的依據(jù)。制定鑄造工藝圖，必須對鑄件進(jìn)行工藝分析、選擇分型面、確定澆注位置，并在此基礎(chǔ)上確定鑄件的主要工藝參數(shù)，進(jìn)行澆冒口設(shè)計等。二、鑄造工藝圖的制定

1．分型面和澆注位置的選擇

(1)分型面和澆注位置的概念分型面是指鑄型組元間的接合面，即分開鑄型便于起模的接合面。澆注位置是指澆注時鑄型分型面所處的位置。分型面為水平、垂直或傾斜時，分別稱水平澆注、垂直澆注或傾斜澆注。(2)分型面和澆注位置的選擇原則。首先應(yīng)保證鑄件質(zhì)量，其次應(yīng)使操作盡量簡化，并考慮具體的生產(chǎn)條件。分型面和澆注位置的選擇原則見表8．4。

1．分型面和澆注位置的選擇表8．4分型面和澆注位置的選擇原則

表8．4分型面和澆注位置的選擇原則

工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ)第八章-鑄造成形(一、二節(jié))課件工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ)第八章-鑄造成形(一、二節(jié))課件工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ)第八章-鑄造成形(一、二節(jié))課件工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ)第八章-鑄造成形(一、二節(jié))課件

2．鑄造工藝參數(shù)的確定

(1)加工余量

為保證鑄件加工面尺寸和零件精度，在鑄造工藝設(shè)計時預(yù)先留出在以后機(jī)械加工時切去的金屬層厚度，稱為加工余量。它通常是依據(jù)實際生產(chǎn)條件和有關(guān)資料來確定。加工余量的代號字母為MA。確定加工余量大小程度的級別，稱為加工余量等級。加工余量等級由精到粗分為A、B、c、D、E、F、G、H和J共9個等級。鑄件尺寸公差是指對鑄件尺寸規(guī)定的允許變動量，其代號用字母CT表示。鑄件的尺寸公差等級由高到低分為l、2、3、…、16，共16個等級。

2．鑄造工藝參數(shù)的確定當(dāng)鑄件尺寸公差等級和加工余量等級確定后，就可以按鑄件的基本尺寸在表8-5中查出鑄件尺寸公差數(shù)值，在表8—6中查出鑄件的切削加工余量值。鑄件的基本尺寸，是指在有加工要求的表面上最大尺寸和該表面距它的加工基準(zhǔn)間尺寸二者中較大的尺寸。

當(dāng)鑄件尺寸公差等級和加工余量等級確定后，就可以按鑄件的基本尺注：表中CTl3～CTl6，并小于或等于16mm的鑄件基本尺寸，其公差值需單獨標(biāo)注，可提高2～3級。注：表中CTl3～CTl6，并小于或等于16mm的鑄件基本表8-6鑄件的切削加工余量(摘自GB／T11350—1989)(㎜)

注：表中每欄有兩個加工余量數(shù)值，上面數(shù)值是一側(cè)為基準(zhǔn)，另一側(cè)進(jìn)行單側(cè)加工的加工余量值；下面數(shù)值是進(jìn)行雙側(cè)加工的加工余量值。

表8-6鑄件的切削加工余量(摘自GB／T11350—1989單件小批生產(chǎn)時，鑄件的尺寸公差等級與造型材料及鑄件材料有關(guān)。采用干、濕型砂型鑄出的灰鑄鐵件的尺寸公差等級為CTl5~CTl3。大批量生產(chǎn)時，鑄件的尺寸公差等級與鑄造工藝方法及鑄件材料有關(guān)。采用砂型機(jī)器造型方法鑄出的灰鑄鐵件的尺寸公差等級為CTl3～CTll。

鑄件的加工余量等級與鑄件的尺寸公差等級應(yīng)匹配使用。單件小批生產(chǎn)時，采用干、濕型砂鑄出的灰鑄鐵件CT與MA的匹配關(guān)系是(CTl3～CTl5)／H；大批量生產(chǎn)時，采用砂型機(jī)器造型方法鑄出的灰鑄鐵件CT與MA的匹配關(guān)系是(CTll～CTl3)／H。單件小批生產(chǎn)時，鑄件的尺寸公差等級與造型材料及鑄件材料有關(guān)。

鑄件上的孔、槽是否鑄出，應(yīng)考慮工藝上的可能性和使用上的必要性?；诣T鐵件最小鑄出孔的直徑(零件孔徑減去加工余量后的尺寸)對于單件生產(chǎn)為25～35mm，大量生產(chǎn)為12～15mln.鑄鋼件最小鑄出孔的直徑為55mm.有色合金價格昂貴，原則上孔應(yīng)盡量鑄出。

鑄件上的孔、槽是否鑄出，應(yīng)考慮工藝上的可能性和使用上的必要(2)起模斜度

起模斜度是指為使模樣容易從鑄型中取出或型芯自芯盒中脫出，平行于起模方向在模樣或芯盒璧上的斜度。起模斜度通常為０o15'～3o影響起模斜度的因素有垂直壁的高度、造型方法、模樣材料等。一般來說，垂直壁愈高，斜度愈?。粰C(jī)器造型比手工造型的斜度要小一些；金屬模比木模的斜度要小一些。為了型砂能從模樣內(nèi)腔中脫出，形成“自帶型芯”，模樣內(nèi)壁的起模斜度應(yīng)比外壁大，通常為3°～10°。(2)起模斜度圖8．14所示的a、b、c，表示上、下、側(cè)表面的切削加工余量；α、β、γ表示外壁和內(nèi)壁的起模斜度。

圖8．14所示的a、b、c，表示上、下、側(cè)表面的切削(3)線收縮率

線收縮率是指鑄件從線收縮溫度開始，冷卻至室溫的收縮率，常以模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的百分比表示。合金的線收縮率與合金的種類、鑄件的結(jié)構(gòu)形狀、復(fù)雜程度及尺寸等因素有關(guān)。通?；诣T鐵的線收縮率為0.7％～1.2％；鑄鋼件線收縮率為2％；有色合金鑄件的線收縮率為1．5％。

(3)線收縮率(4)型芯設(shè)計包括型芯數(shù)量及形狀、芯頭結(jié)構(gòu)、芯子的排氣等。