精品課程（1）液態金屬成形俗稱“鑄造”，它是機械工業的基礎.（2）先進的鑄造裝備是生產高質量鑄件的保障（3）分類：（表2-1，重點讀一讀）a.可分為“重力作用下的鑄造成形”和“非重力作用下的鑄造成形”。b.也可分為“砂型鑄造”（占80~90%）和“特種鑄造”。1）砂型鑄造（根據粘結劑不同）通?？煞譃檎惩辽靶丸T造、樹脂砂型鑄造、水玻璃砂型鑄造、覆膜砂型（殼型）鑄造等；2）特種鑄造通常是指所有的非砂型鑄造，包括：壓力鑄造、離心鑄造、低壓鑄造、金屬型鑄造、熔模鑄造、擠壓鑄造等等。3）消失模鑄造目前通常被歸納為特種鑄造，但按其工藝性質和過程特點更應歸納為砂型鑄造。

第2章金屬液態成形裝備及自動化2.1概述精品課程(4)用框圖表示鑄造方法的分類：壓力鑄造熔模精鑄金屬型鑄造反重力鑄造鑄造成形砂型鑄造特種鑄造自硬砂型粘土砂型樹脂砂、水玻璃砂、CP法多觸頭高壓、氣沖、靜壓造型消失模鑄造離心鑄造陶瓷型鑄造石膏型鑄造半固態鑄造第2章金屬液態成形裝備及自動化2.1概述精品課程(5)鑄造設備的分類

1）熔化、澆注裝備：沖天爐熔化裝備、電爐熔化裝備、澆注設備

2）砂型鑄造裝備：砂處理裝備、造型裝備、制芯裝備、落砂裝備、清理裝備

3）特種鑄造裝備：壓鑄機、熔模鑄造裝備、低壓鑄造機、離心鑄造機等第2章金屬液態成形裝備及自動化2.1概述精品課程4）運輸定量裝備：鑄型輸送機、鱗板輸送機、振動輸送機、氣力輸送裝置、給料設備、定量設備5）檢測與控制裝備：沖天爐熔煉檢測與控制設備、爐前快速分析與檢驗設備、型砂性能試驗設備、鑄件無損探傷設備6）環保裝備：除塵設備、噪聲防治設備、污水凈化設備7）其它附屬裝備材料準備設備、起重運輸設備、遠紅外烘干爐

第2章金屬液態成形裝備及自動化2.1概述精品課程（6）本章的主要內容（共分5講）

介紹液態成形工藝過程中的主要裝備及其自動化。具體內容包括：1）熔化、澆注裝備及控制--獲得高質量金屬液、將金屬液澆入鑄型（不同金屬，有哪些熔化爐？）2）砂處理裝備及自動檢測系統--砂型鑄造中，獲得高性能型砂（作用是什么？）3）造型（制芯）設備及自動化生產線--砂型鑄造中，獲得高性能型（芯）（有哪些主要方法？）4）鑄件落砂與清理裝備及自動化--砂型鑄造中，鑄件與鑄型分離、鑄件清理（常用設備及方法）5）壓力鑄造裝備及自動化--金屬型，也可有砂芯及砂處理，高速、高壓6）低壓鑄造裝備及自動化--金屬型，也可有砂芯及處理，反重力、低壓（壓縮空氣）7）消失模精密鑄造裝備及生產線--散砂造型，有砂處理系統，泡沫模樣8）半固態成形裝備及生產線--金屬型，金屬液溫度在固－液之間

（比較四種特種鑄造與砂型鑄造的區別？）

///第2章金屬液態成形裝備及自動化2.1概述精品課程2.2金屬熔化及澆注裝備熔化是金屬液態成形的首要環節，其任務是提供高質量的金屬液體。根據合金材料可選擇不同的金屬熔化方法：1）鑄鐵合金廣泛采用沖天爐熔化2）鑄鋼常用電弧爐或感應電爐熔煉3）鋁合金常用電阻爐或油氣爐熔化等金屬熔化裝備一般應包括三大部分：熔化爐、輔助裝備（如配料加料裝備等）、澆注裝備。本節內容：鐵合金熔化用沖天爐、感應電爐熔煉裝備及其自動化、自動澆注裝備及其應用。

第2章金屬液態成形裝備及自動化精品課程2.2.1沖天爐熔化

（1）沖天爐結構它由爐底、爐體和爐頂三部分組成。爐底起支撐作用，爐體是沖天爐的主要工作區域，爐頂排出爐氣。

1-除塵器2-煙囪3-進風通4-前爐5-出渣口6-出鐵口7-支腿8-爐底板9-加料口

爐頂部分煙囪高度爐體爐底有效高度護缸熱風進口冷風進口123456879它的結構特點是：換熱結構是由放置在預熱帶的爐膽換熱器和置于加料口上的管式換熱器組合而成。它充分利用了爐氣中的物理熱和化學熱，熱風溫度可達400℃以上，是熔煉可鍛鑄鐵最理想的爐型。它的爐膽換熱器結構特殊，熱效率高，管式換熱器是用優質鍋爐管由特殊工藝彎制而成，無焊縫，壽命長。

第2章金屬液態成形裝備及自動化精品課程1）沖天爐的熔化過程空氣經鼓風機升壓后送入風箱；然后由各風口進入爐內，與底焦層中的焦炭發生燃燒反應，生成大量的熱量和CO、CO2等氣體高溫爐氣向上流動，使底焦面上的第一批金屬爐料熔化。熔化后的液滴在下落過程中被進一步加熱，溫度上升（達1500℃以上）。高溫液體匯集后由出鐵口放出；而爐渣則由出渣口排出。沖天爐常用于鑄鐵的熔化。第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.1沖天爐熔化

精品課程2）熱風沖天爐熱風沖天爐：為提高爐內空氣的燃燒效率，將空氣加熱后再送入沖天爐內。其結構圖見下頁。原理：1）沖天爐爐氣被引入到熱交換器的燃燒塔4中燃燒，產生高溫廢氣；2）高溫廢氣由上至下進入熱交換器5；3）由二臺主風機11輸入的冷空氣則從下至上進入交換器，和高溫廢氣發生能量交換，預熱后的熱空氣由進風管送入沖天爐爐內；4）廢氣由右側管道進入冷卻塔7冷卻；5）如熱空氣溫度過高，則打開電磁閥6，使高溫廢氣的一部分不經過熱交換直接進入冷卻塔，從而穩定熱空氣溫度。

特點：1）一個熱風裝置配兩臺沖天爐；2）設置有金屬熱交換器，由燃燒塔4和交換器5組成。3）燃燒塔設有火焰穩定裝置和冷卻裝置。4）熱風溫度穩定、波動小。第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.1沖天爐熔化

精品課程3）熱風沖天爐結構示意圖

1-排風口,2-沖天爐,3-進風管,4-燃燒塔,5-熱交換塔,6-電磁閥,7-冷卻塔8-除塵器,9-抽風機,10、13-冷卻風機,11-主風機,12-燃燒用風機。

第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.1沖天爐熔化

精品課程加配料系統除塵系統熔化系統第2章金屬液態成形裝備及自動化精品課程（2）稱量配料裝置

爐料主要包括金屬料（生鐵、回爐料、廢鋼等）、焦炭和石灰石等。

焦炭和石灰石等常用電子磅秤直接稱量，振動給料機輸送；金屬料則采用電磁秤配料。

電磁秤的結構原理主要有電子秤、電磁吸盤及控制部分組成。1-控制屏2-小車卷揚機構3-荷重傳感器4-電磁吸盤5-萬向掛鉤6-滑輪卷電纜裝置7-電子稱8-駕駛室9-行車

第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.1沖天爐熔化

精品課程

電磁吸盤：是在鑄鋼的鐘蓋內設有電磁線圈，下面用錳鋼的非磁性底板蓋住。當線圈內通電時，產生電磁力，吸住鐵料，鐵料在吸附狀態下搬運，斷電去磁則卸料。電磁盤的吸力與線圈的電流、匝數及被吸材料的性質和塊度有關。

電子秤的基本原理：是利用荷重傳感器因載荷變化而產生的應變信號大小來計算出載重量。

控制部分：為計算機控制，可根據前一次的稱量誤差在下一次稱料時預予自動補償。第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.1沖天爐熔化

圖5-5電磁吸盤結構示意圖精品課程（3）加料裝置：

1）常見的爬式加料機結構簡圖

圖2-5杠桿式料位計圖2-4爬式加料機1—料桶小車2—料桶3—機架4—卷揚機配料工序完成后，由加料機完成加料工作。

第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.1沖天爐熔化

精品課程2）單軌加料機

結構簡單，投資少，操作方便。

每次加料需要進行多次動作，不易實現自動化，需要加料平臺，一般適用于小型沖天爐。第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.1沖天爐熔化

精品課程圖5－8圖5－9圖5－10第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.1沖天爐熔化

1）單軌加料機料桶2）爬式加料機料桶精品課程第2章金屬液態成形裝備及自動化精品課程（4）沖天爐熔化的自動化系統

1）影響因素金屬爐料焦炭鼓風爐渣成分送風壓力爐氣成分、溫度控制因素溫度成分熔化速度鐵液爐內尺寸風量、含氧量金屬損耗金屬、爐料輸出變量外界干擾因素監測參數高溫優質低耗第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.1沖天爐熔化

精品課程2）沖天爐熔化自動化控制的要求必須對影響沖天爐熔煉效果的因素及指標實施實時監控，并進行實時調整。

必須是全面達到高溫、優質、低消耗三項技術經濟指標，即鐵水化學成分準確穩定、鐵水溫度達到要求，同時又要是沖天爐在最佳工作狀態下運行，即焦炭燃燒效率高而消耗低，元素燒損少，生產率穩定。

影響熔煉過程的因素很多，包括冶金因素（原材料來源、配比、預處理以及化學成分波動）、爐子結構因素（風口、焦鐵比、鐵料塊度、焦炭質量及鼓風溫度等）。

所謂沖天爐熔化過程的控制，是在一定爐子結構，以一定的原材料及其配比條件下，調節各種工藝因素，以達到鐵水化學成分及溫度的基本要求，并且保證爐子在最佳狀態下工作。

第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.1沖天爐熔化

精品課程3）沖天爐多參數監視和控制系統方案

同時輸入9個模擬量

爐氣成分、

爐氣溫度、

熱風溫度、

鐵水溫度、

風量、

送風濕度、

鐵水成分、

風壓及鐵水重量

4路輸出控制

圖2－7沖天爐熔煉過程監控系統方案圖第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.1沖天爐熔化

精品課程4路輸出控制：1）由測定的鐵水溫度值與給定的鐵水溫度進行比較，當溫度出現偏差時，輸出通道輸出開關量信號開大供氧氣路，以此控制鐵水溫度；2）通過測定爐氣成分控制送風量；3）通過測定送風濕度控制干燥器的功率，以此來控制送風濕度；4）通過熱分析法測定鐵水的及含量及鐵水重量與給定的鐵水成分比較，根據比較偏差，按鐵水重量計算出爐前應補加的硅鐵量。第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.1沖天爐熔化

精品課程2.2.2

電爐熔化

2.2.2電爐熔化

鐵合金常用的熔化電爐，有：三相交流電弧爐、感應電爐、電阻爐（不講）。（1）三相交流電弧爐

電弧爐結構圖：1-支腿;2-爐體;3-爐蓋;4-除塵;5-電極;6-爐蓋開啟旋轉機構;7-電纜;8-變壓器原理：利用電極和爐料之間產生高溫電弧使金屬料熔化。這種電弧爐用三相交流電為電源（見圖），一般用碳素電極或石墨電極。電弧發生在電極與被熔煉的爐料之間，爐料受電弧直接加熱。電弧長度靠電極升降調節。為提高熔煉質量，大型電弧爐在爐底裝有電磁攪拌器，驅使爐內熔螎金屬沿一定方向循環。50噸以上的電弧爐常裝有爐體回轉機構，爐體能左右旋轉一定角度，使爐料受熱均勻，金屬液出爐時爐體可以傾斜。三相電弧爐廣泛用于煉鋼。

第2章金屬液態成形裝備及自動化精品課程第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.2

電爐熔化

精品課程2.2.2

電爐熔化

(2)坩堝感應電爐利用電磁感應原理熔化金屬的工業爐。感應爐采用的交流電源有工頻(50或60赫)、中頻(60～10000赫)和高頻（高于10000赫）3種。感應爐的主要部件有感應器、爐體、電源、電容和控制系統等。有芯感應爐（圖1）有鐵芯穿過感應器，如同一個帶鐵芯的變壓器，用工頻電源供電。有芯感應爐主要用于各種鑄鐵、黃銅、青銅、鋅等金屬的連續熔煉和保溫，電效率達90％以上，能利用廢爐料，溶煉成本低，最大爐容達270噸。無芯感應爐（圖2）無鐵芯穿過感應器。無芯感應爐又有多種類型。①.工頻感應爐：它由50或60赫電源供電，最大爐容達100噸。②.三倍頻感應爐：它由150或180赫三倍頻發生器供電，最大爐容達20噸。工頻和三倍頻感應爐主要用于各種鑄鐵和銅合金等大容量的金屬熔煉和保溫，也可用于鋼水的精煉和保溫。③.發電機組中頻感應爐：由500～10000赫發電機組供電。④.可控硅中頻感應爐：由500～10000赫可控硅變頻器供電，最大爐容達20噸。后兩種中頻感應爐主要用于中、小容量碳素鋼、合金鋼、鑄鐵、銅、鋅等金屬熔煉。⑤.高頻感應爐：采用電子管式30000～300000赫的高頻發生器供電，主要用于50千克以下的小容量特殊金屬的熔煉，也是實驗室的一種熔煉設備。第2章金屬液態成形裝備及自動化精品課程無芯坩堝式感應電爐

感應爐斷面結構圖：1-出水口；2-爐蓋；3-作業面板；4-冷卻水；5-感應線圈粘接劑；6-爐體；7-鐵芯；8-感應線圈；9-耐火材料；10-金屬液；11-耐火磚；12-傾轉油缸；13-支架第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.2

電爐熔化

精品課程第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.2

電爐熔化

精品課程第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.2

電爐熔化

電爐熔化保溫、澆包澆注精品課程（3）感應爐熔煉的集中控制式自動化系統

第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.2

電爐熔化

精品課程集中控制式自動化系統的優點1）運行優化，節能省電；2）熔液出爐溫度偏差小，質量穩定；3）可防止升溫過高，安全可靠；4）自動化程度高，不會因操作者的不同而引起熔液質量的波動5）熔化效率提高；6）爐襯的使用壽命長；7）改善勞動環境。為確保安全自動運行，本系統還設有安全自動監視裝置、耐火磚損耗檢測裝置及物料搭棚狀況檢測裝置。

第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.2

電爐熔化

精品課程（1）自動澆注機的類型及特點

基本功能包括：澆注時的定位與同步、澆注流量控制、澆注速度控制、金屬液補充及保溫、安全保護等。

國內外常用的自動澆注機主要有：電磁泵式澆注機、氣壓包式澆注機、傾轉式澆注機等。

第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.3

自動澆注裝備

精品課程（2）電磁泵的工作原理及電磁泵式自動澆注機

1）電磁泵的原理：通入電流的導電流體在磁場中受到洛侖茲力的作用，使其定向移動，如圖2-11所示。2）電磁泵的主要技術性能指標－壓頭(ΔＰ)間存在如下關系:ΔＰ是壓頭；Jx是垂直于磁感應強度和金屬液體流動方向上的電流密度；By是垂直于電流和金屬液體流動方向上的磁感應強度，Ｌ是處于磁隙間的金屬液體長度。

圖2-11電磁泵工作原理第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.3

自動澆注裝備

精品課程3）電磁泵自動澆注機的結構由電磁泵和澆注流槽組成。

電磁泵的效率通常很低，如何提高電磁泵的效率,對于電磁泵的推廣應用是一個十分重要的課題。電磁泵的效率受諸多因素的影響，泵體流槽結構、直流電極是關鍵結構因素。優點是：容易調節澆注速度和澆注量；容易實現自動化；此外電磁力對熔渣不起作用，因此流動時只有金屬液向澆注口方向運動，可保證澆注的金屬液質量。

圖2-12電磁泵自動澆注機的結構簡圖1-排液口2-加料口3-電磁泵4-流槽5-耐火材料6-澆嘴7-貯液槽

第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.3

自動澆注裝備

精品課程（3）氣壓式自動澆注機1）工作原理在密封澆包的金屬液面上施加一壓力，金屬液在壓力的作用下沿澆注槽上升，金屬液到達澆注口后便自然下落，澆入到鑄型。澆注完畢，金屬液面上的氣體卸壓，金屬液回落。為保證澆注平穩，澆注前金屬液面上應施加一個預壓力（備澆壓力），使金屬液到達澆注槽的預定位置。每澆注一次，澆包內的金屬液面下降，該預壓力應隨著液面的下降而自動補償。

圖2-13氣壓式自動澆注機的工作原理第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.3

自動澆注裝備

精品課程

2）帶荷重傳感器的氣壓式自動澆注機采用荷重傳感器與預壓力聯合控制，可大大提高澆注定量的精度和澆注過程的穩定性，它使稱量、保持備澆狀態、澆注、卸壓等各個動作均自動連續進行。圖2-14帶荷重傳感器的氣壓式自動澆鑄機第2章金屬液態成形裝備及自動化2.2.3

自動澆注裝備

精品課程3）攝像頭檢測液面的自動澆注機控制原理圖

圖2-15攝像頭檢測液面的自動澆注機控制原理圖1—伺服油缸2—塞桿3—攝像頭將攝取的澆口杯中的液面圖像數據傳輸到計算機中，與計算機中預存的澆口杯充填狀態圖進行比較處理，并以此得到相應的控制信號，然后驅動伺