情境三：銅合金鑄件離心鑄造——基礎知識主講老師：張濤銅合金鑄件鑄造技術課程組基礎知識離心鑄造的發展歷史離心鑄造基本原理及分類離心鑄造的優點及局限性離心鑄造的適用范圍

銅合金鑄件鑄造技術課程組

1.發展歷史

我國在1368-1399年,就生產了鑄管，用在南京武廟閘渠

。

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

銅合金鑄件鑄造技術課程組

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

2.離心鑄造的重要地位

離心鑄造即是傳統的、又是一種現代的鑄造方法。2011年我國鑄件的年產量在4150萬t，而離心鑄造生產的鑄件，可達到320萬t以上,灰鑄鐵鑄管件約160萬t,內燃機缸套80萬t,各種軋輥10萬t。鑄造生產是獲得機械產品毛坯的主要方法之一，是機械制造工業的重要基礎，在國民經濟中占著相當重要的位置。在許多機械中，鑄件重量占整機重量的比例很高，內燃機80%，拖拉機65%—80%，液壓件、泵類機械50%—60%。作為我國支柱產業正在大力發展的船舶業、汽車工業，其心臟部分——發動機的關鍵零件，如缸體、缸蓋、曲軸、缸套、活塞、進氣管、排氣管等八大件幾乎全部由鑄造成而成；冶金、礦山、電站等重大關鍵設備需求優質的重大型鑄件；另外國民經濟的基礎設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課程組

鑄件質量直接影響著機器的質量和性能；機床鑄件的耐磨性和尺寸穩定性直接關乎到機床的精度保持壽命；各類泵的葉輪、殼體和液壓件的內腔尺寸和表面粗糙度影響到主機的工作效率；缸套和活塞環的質量影響到發動機的性能效率和工作壽命。在生產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.未來的發展方向

機械工業和國民經濟各部門迫切要求鑄造生產向優質、精華、高效性、多品種、低消耗、低成本和低污染的方向發展。銅合金鑄件鑄造技術課程組二、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）按旋轉軸位置分類（我們國家）臥式離心鑄造：水平旋轉軸和水平有較小夾角,此工藝主要用來生產高度小于直徑的圓環形鑄件。有時也用來生產異形鑄件。銅合金鑄件鑄造技術課程組臥式離心鑄造時，鑄型繞水平軸旋轉，主要用來生產長度大于直徑的套筒、管類鑄件。有時在生產壁較薄、細長的管狀鑄件時，鑄型的旋轉軸與水平線呈3°～5°的夾角，這是為了使金屬液能很好地均勻分布于整個鑄型長度上，這也應屬于臥室離心鑄造范圍。銅合金鑄件鑄造技術課程組

（2）按離心力應用情況的分類法真正離心鑄造：特點是鑄件軸線與旋轉軸線重合。半真正離心鑄造：特點是鑄型形狀仍是軸對稱的，鑄件復雜，鑄型旋轉速度低，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的壓力，鑄型轉速更低，鑄件中心線也不和旋轉軸線重合。銅合金鑄件鑄造技術課程組

（3）按鑄型材料分類

1）金屬型金屬型在成批、大量生產時具有一系列特點（可重復使用，成本低，冷卻速度快，鑄件質量高，內腔可以不噴涂料、不襯砂層等），應用較廣（世界上80%以上的鑄管產量都用此方法生產）。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所用的制造方法相同.

銅合金鑄件鑄造技術課程組

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熱能力。在鑄造廠為降低成本多使用廢電極做鑄型，因為用來專制石墨型的成本很高。選用石墨棒或電極，經機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，也有少數情況下超過100件。石墨型耐熱性能優良，它的損壞原因是機械強度和硬度低，在取出凝固后的鑄件時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，有時會嚴重損壞鑄型甚至報廢，所以工藝規程應規定出必要的操作注意事項。銅合金鑄件鑄造技術課程組鑄型種類比較項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性，每小時可生產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，鑄鐵件需退火高應用厚壁管、輥子、各種鑄件適合于各種斷面工件適于薄壁管不復雜件

幾種鑄型的比較

銅合金鑄件鑄造技術課程組

三、離心鑄造的優點及局限性

1．離心鑄造的優點①不用砂芯即可鑄出中空筒形和環形鑄件及不同直徑和長度的鑄管，生產效率高、生產成本低。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下凝固，組織細密。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，留在內表面，能用機械加工方法除掉，從而能確保發動機缸套等鑄件的高性能要求。銅合金鑄件鑄造技術課程組

④調整金屬型的冷卻速度，在確定的鑄件壁厚范圍內，能獲得從外壁到鑄件內壁定向凝固的組織。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稱鑄件，而這類鑄件的品種并不很多。②離心鑄造要使用復雜的離心鑄造機，一般其價格比較昂貴，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生密度偏析。離心球墨鑄鐵管在澆注時，如碳當量過高就會造成石墨向內偏析。④靠離心力形成的內表面比較粗糙，往往不能直接應用。銅合金鑄件鑄造技術課程組

四、離心鑄造工藝的應用范圍

從上述離心鑄造的優點及局限性可以看出，離心鑄造適用于特定的、大批量生產的鑄件。目前在我國，離心鑄造已成為一種應用較廣泛的鑄造方法，特別在生產一些管、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，造紙機干燥滾筒等生產方面，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鑄件，離心鑄件的最小內徑為8mm，最