鑄造 主講教師梅建偉電話13972458242 628 郵箱bainiangudu1999 鑄造 1 1概述1 2鑄造方式1 3鑄造工藝1 4質(zhì)量控制 第1章鑄造 鑄造 1 機械制造工藝的定義 鑄造 1 1概述 機械制造工藝是將各種原材料通過改變其形狀 尺寸 性能或相對位置 使之成為成品或半成品的方法和過程 機械制造工藝是機械制造業(yè)的一項重要基礎技術 機械制造工藝流程是由原材料和能源的提供 毛坯和零件成形 機械加工 材料改性與處理 裝配與包裝 質(zhì)量檢測與控制等多個工藝環(huán)節(jié)組成 機械制造工藝按其功能的不同可分為三個階段 零件毛坯的成形準備階段 包括原材料切割 焊接 鑄造 鍛壓加工成形等 機械切削加工階段 包括車削 鉆削 銑削 刨削 鏜削 磨削加工等 表面改性處理階段 包括熱處理 電鍍 化學鍍 熱噴涂 涂裝等 鑄造 在現(xiàn)代機械制造工藝中 上述階段的劃分逐漸變得模糊 交叉 甚至合而為一 2 鑄造定義 鑄造 鑄造是熔煉金屬 制造鑄型 并將熔融金屬澆入鑄型 凝固后獲得一定形狀和性能的鑄件的成型方法 1 是機械零件毛坯或成品零件熱加工的一種重要工藝方法 2 用鑄造方法制造的毛坯或零件稱為鑄件 3 普通鑄件尺寸精度不高 表面粗糙 須切削加工才成為零件 是制造復雜結(jié)構(gòu)金屬件的最靈活 最經(jīng)濟的成形方法 是目前零件毛坯生產(chǎn)的主要方法 6 3 鑄造優(yōu)缺點 鑄造 優(yōu)點 1 可以生產(chǎn)出形狀復雜 特別是具有復雜內(nèi)腔的零件毛坯 如各種箱體 床身 機架等 2 鑄造生產(chǎn)的適應性廣 工藝靈活性大 工業(yè)上常用的金屬材料均可用來進行鑄造 鑄件的重量可由幾克到幾百噸 壁厚可由0 5mm到1m左右 3 鑄造用原材料大都來源廣泛 價格低廉 并可直接利用廢機件 故鑄件成本較低 缺點 1 鑄造組織疏松 晶粒粗大 內(nèi)部易產(chǎn)生縮孔 縮松 氣孔等缺陷 因此 鑄件的力學性能 特別是沖擊韌度低于同種材料的鍛件 2 鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定 7 4 應用 鑄造 8 汽缸體 汽缸蓋 曲軸 凸輪軸 汽車典型鑄件舉例 鑄造 9 鑄造 10 1 2鑄造方式 鑄造 1 砂型鑄造 用型砂緊實成型的鑄造方法稱為砂型鑄造 砂型鑄造是應用最廣泛的一種鑄造方法 其主要工序包括 制造模樣 制備造型材料 造型 造芯 合型 熔煉 澆注 落砂 清理與檢驗等 砂型在取出鑄件后便損壞 故稱為一次鑄型 砂型澆注的鑄件約占鑄件總產(chǎn)量的90 左右 1 手工造型 手工造型是全部用手工或手動工具完成的造型工序 砂型不同 兩箱造型 三箱造型 脫箱造型 地坑造型 組芯造型 11 特點 操作靈活 適應性廣 工藝裝備簡單 成本低 但其鑄件質(zhì)量差 生產(chǎn)率低 勞動強度大 技術水平要求高 模樣不同 整模造型 分模造型 挖砂造型 假箱造型 活塊造型 刮板造型 2 機器造型 機器造型是指用機器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序 造型方法有 壓實緊實 高壓緊實 震擊緊實 震壓緊實 微震緊實 拋砂緊實 射壓緊實 射砂緊實 特點 鑄件尺寸精確 表面質(zhì)量好 加工余量小 但需要專用設備 投資較大 適合大批量生產(chǎn) 鑄造 12 2 特種鑄造 分類 熔模鑄造 消失模 實型 鑄造 金屬型鑄造 壓力鑄造 低壓鑄造 離心鑄造 陶瓷型鑄造 電磁鑄造 爆炸成型等 鑄造 以金屬模取代砂型模 可使鑄件尺寸精確 表面光潔 內(nèi)部致密 鑄件可實少切削或無切削加工 每一種特種鑄造方法都有其自身的特點 應用場合都有一定的局限性 一般僅適用于中小型鑄件的生產(chǎn) 除熔模鑄造適用于鑄鋼件外 大多數(shù)特種鑄造方法僅局限于有色合金鑄件 3 清潔 綠色 鑄造技術 清潔鑄造技術的主要內(nèi)容有 1 采用潔凈的能源 如以鑄造焦代替冶金焦 以少粉塵 少熔渣的感應電爐熔化代替沖天爐熔化 以減輕在熔煉過程對空氣的污染 2 采用無砂和少砂的特種鑄造工藝 如壓力鑄造 金屬型鑄造 金屬型覆砂鑄造 擠壓鑄造等 改善操作者工作環(huán)境 3 使用清潔無毒的工藝材料 如研究使用無毒無味的變質(zhì)劑 精煉劑 粘結(jié)劑 用濕型砂無毒無污染粉料光潔劑代替煤粉等 鑄造 4 采用高潰散性型砂工藝 如樹脂砂 改性酯硬化水玻璃砂工藝 5 研究開發(fā)多種廢棄物的再生和綜合利用技術 如鑄造舊砂的再生回收技術 熔煉爐渣的處理和綜合利用技術 6 研制開發(fā)鑄造機器人或機械手 以代替工人在惡劣條件下工作 鑄造 15 1 3鑄造工藝 鑄造工藝主要包括 造型與制芯 熔化 鑄造 熱處理 落砂處理 實際加工中 從實際用途出發(fā) 注意汽車鑄件的質(zhì)量 對鑄造工藝的特殊要求 2 汽車鑄件的質(zhì)量要求鑄件形狀復雜 尺寸精度高 采用薄壁鑄件 材質(zhì)穩(wěn)定 要求足夠的耐壓性和抗壓性 3 鑄造技術造型技術 熔煉技術 材質(zhì)選擇以及鑄造方法上進行特殊處理 鑄造 1 鑄件工藝性要求鑄件結(jié)構(gòu)的合理性 對鑄造方法要有適應性 16 1 鑄件應有合理的壁厚 2 鑄件壁厚應力求均勻 1 鑄件結(jié)構(gòu)的合理性 3 鑄件壁的聯(lián)接形式要合理 4 盡量避免過大的水平面 5 避免冷卻收縮受阻和有利于減小變形 2 鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性 1 鑄件的外形設計 少的分型面 盡量使分型面垂直 避免外部側(cè)凹 結(jié)構(gòu)上要有斜度 2 鑄件的內(nèi)腔設計 少用型芯 型芯安放穩(wěn)固 排氣容易 清砂方便 避免封閉空腔 鑄造 返回 17 造型技術 可通過真空吸砂 氣流吹砂 氣動壓實 液動擠壓和氣沖等工藝手段獲得高緊實率鑄型 或高速高壓造型機 熔化技術 采用感應爐 或者沖天爐與低頻感應爐相結(jié)合的雙聯(lián)熔化方式 鑄造技術 結(jié)合材料 應用場合 生產(chǎn)規(guī)模以及各種鑄造方法本身的特點 選用合適的鑄造技術 鑄造 18 鑄造 19 熔模鑄造基本工藝過程 20 1 4質(zhì)量控制 1 影響鑄件質(zhì)量的主要因素 鑄造 鑄造方案 造型 熔化 澆注 后處理等每一個過程都可能影響到鑄件的質(zhì)量 1 鑄造方案是影響鑄造缺陷和經(jīng)濟性的重要因素 根據(jù)材料 壁厚 形狀 鑄造方法選擇 2 控制因素 2 型砂配比 砂粒度對鑄件的尺寸精度和表面粗糙度有重要影響 3 砂型硬度和含水量與氣孔和縮孔有密切影響 21 4 熔化與澆注條件 鐵水成分也是影響鑄件質(zhì)量的重要因素 3 質(zhì)量控制 1 外觀檢查 2 尺寸檢查 3 材料檢查 4 耐壓防漏檢查 5 無損探傷檢查 22 兩箱造型 最基本的造型方法 鑄型由成對的上型和下型構(gòu)成 操作簡單 適用于各種生產(chǎn)批量和各種大小的鑄件 23 三箱造型 由上 中 下三型構(gòu)成 中型高度需與鑄件兩個分型面的間距相適應 三箱造型操作費工 主要適用于具有兩個分型面的單件 小批生產(chǎn)的鑄件 24 利用車間地面砂床作為鑄型的下箱 大鑄件需在砂床下面鋪焦炭 埋上出氣管 以便澆注時引氣 地坑造型僅用或不用上箱即可造型 減少了造砂箱的費用和時間 但造型費工 生產(chǎn)率低 要求工人技術水平高 適用于砂箱不足 或生產(chǎn)要求不高的中 大型鑄件 地坑造型 25 組芯造型 殼型鑄造 是用若干塊砂芯組合成鑄型 而無需砂箱 可提高鑄件的精度 但成本高 適用于大批量生產(chǎn)形狀復雜的鑄件 26 模樣是整體的 分型面是平面 鑄型型腔全部在半個鑄型內(nèi) 其造型簡單 鑄件不會產(chǎn)生錯型缺陷 適用于鑄件最大截面在一端 且為平面的鑄件 整模造型 27 挖砂造型 整體模樣 分型面為曲面 為便于起模 造型時用手工挖去阻礙起模的型砂 其造型費工 生產(chǎn)率低 工人技術水平要求高 用于分型面不是平面的單件 小批生產(chǎn)鑄件 28 分模造型 將模樣沿最大截面處分成兩半 型腔位于上 下兩個砂箱內(nèi) 造型簡單省工 常用于最大截面在中部的鑄件 29 刮板造型 用刮板代替實體模樣造型 降低模樣成本 節(jié)約木材 縮短生產(chǎn)周期 生產(chǎn)率低 工人技術水平要求高 用于有等截面或回轉(zhuǎn)體的大 中型鑄件的單件 小批生產(chǎn) 如帶輪 鑄管 彎頭等 鑄造 返回 30 壓實緊實機 31 沖擊緊實機 32 震擊壓實造型機 33 氣動多觸頭內(nèi)力壓實微震造型機 34 半自動氣動微震壓實造型機 35 氣動微振壓實造型鑄造生產(chǎn)線 鑄造 返回 36 熔模鑄造設備 射制蠟模設備 37 熔模鑄造設備 注蠟機 38 熔模鑄造設備 單工位注蠟機 39 熔模鑄造設備 雙工位免缸注蠟機 40 熔模鑄造設備 搖臂式注蠟機 41 熔模鑄造設備 50t單工位注蠟機 42 熔模鑄造設備 常規(guī)淋砂 浮砂 沾漿機 43 熔模鑄造設備 滾筒式淋砂機 44 熔模鑄造設備 機械手專用淋砂機 45 熔模鑄造設備 提升式淋砂機 46 熔模鑄造設備 矩形浮砂機 47 熔模鑄造設備 大型沾漿 浮砂機 48 熔模鑄造設備 快速配漿機 49 熔模鑄造設備 沾漿機械臂 機器人 50 熔模鑄造設備 調(diào)溫式沾漿機 51 熔模鑄造設備 脫蠟釜 800 52 熔模鑄造設備 全自動脫蠟釜 1200 53 熔模鑄造設備 蠟脫水桶與靜置桶 54 熔模鑄造設備 煤氣發(fā)生器焙燒爐 55 熔模鑄造設備 燃煤焙燒爐 56 熔模鑄造設備 英式真空爐 57 熔模鑄造設備 恒溫恒濕機 58 熔模鑄造設備 恒溫恒濕機 59 熔模鑄造設備 雙頭澆口磨光機 60 熔模鑄造設備 模殼自動線 61 熔模鑄造設備 模殼自動線 62 熔模鑄造設備 制殼自動線 63 熔模鑄造的主要特點及適用范圍 1 鑄件的精度和表面質(zhì)量較高 尺寸公差等級可達IT14 IT11 表面粗糙度Ra值可達12 5mm 1 6mm 2 適用于各種合金鑄件 3 可制造形狀較復雜的鑄件 鑄出孔的最小直徑為0 5mm 最小壁厚可達0 3mm 4 工藝過程較復雜 生產(chǎn)同期長 制造費用和消耗的材料費用較高 多用于小型零件 從幾十克到幾千克 一般不超過25kg 64 熔模鑄造產(chǎn)品 65 熔模鑄造產(chǎn)品 66 熔模鑄造產(chǎn)品 67 熔模鑄造產(chǎn)品 68 熔模鑄造產(chǎn)品 69 金屬型鑄造 概念 把液體金屬澆入用金屬制成的鑄型內(nèi) 而獲得鑄件的方法稱為金屬型鑄造 由于金屬型可重復使用 故又稱為永久型 為保證使用壽命 制造金屬型的材料具備如下的性能 高的耐熱性和導熱性 反復受熱不變形 不破壞 一定的強度 韌性及耐磨性 好的切削加工性能 金屬型材料一般選用鑄鐵 碳素鋼或低合金鋼 70 金屬型鑄造的工藝過程 金屬型預熱 預熱溫度通過試驗來確定 一般不低于150 刷涂料 金屬型表面應噴刷一層耐火涂料 厚0 3 0 4mm 以保護型壁表面 免受金屬液的直接沖蝕和熱擊 澆注 金屬型的導熱能力強 澆注溫度應比砂型鑄造高20 30 鋁合金680 740 鑄鐵1300 1370 錫青銅1100 1150 薄壁小件取上限 厚壁大件取下限 開型時間 要根據(jù)不同的鑄件選用合適的開型時間 具體數(shù)值需通過試驗來確定 71 金屬型鑄造的特點和應用范圍 1 金屬型鑄件冷卻快 組織致密 力學性能高 2 鑄件的精度和表面質(zhì)量較高3 澆冒口尺寸較小 液體金屬耗量減少 一般可節(jié)約15 30 4 不用砂或少用砂 主要缺點 金屬型無透氣和退讓性 鑄件冷卻速度大 容易產(chǎn)生澆不到 冷隔 裂紋等缺陷 應用范圍 大批量生產(chǎn)形狀簡單的有色金屬鑄件 如鋁活塞 汽缸體 汽缸蓋 泵體 水泵葉輪 銅合金軸瓦 軸套等 72 金屬型鑄造金相組織 73 金屬型示意圖 74 金屬型重力鑄造機 75 金屬型低壓鑄造機 76 鎂合金金屬型鑄件 77 金屬型鑄造產(chǎn)品 鋁合金 78 金屬型鑄造產(chǎn)品 鋁合金 79 金屬型鑄造產(chǎn)品 銅鑄件 80 金屬型鑄造產(chǎn)品 81 壓力鑄造 概念 將熔融金屬液在高壓下快速壓入鑄型 并在壓力凝固 而獲得鑄件的方法稱為壓力鑄造 簡稱壓鑄 常用壓射壓力為5 1500MPa 充填速度約5 50m s 充填時間很短 約0 01 0 2s 應用范圍 主要用于大批量生產(chǎn)低熔點的有色合金 如鋁 鎂 鋅合金 中 小型鑄件 在汽車 航空 儀表 電子電器等部門獲得廣泛應用 82 壓力鑄造的優(yōu)點 1 壓鑄件尺寸精度高 表面質(zhì)量好 尺寸公差等級可達CT4 7 表面粗糙度達Ra1 6 12 5 m 有時可達0 8 m 一般不需機加工即可直接使用 2 壓力鑄造在快速 高壓下成型 可壓鑄出形狀復雜 輪廓清晰的薄壁精密鑄件 鋁合金鑄件最小壁厚可達0 5mm 最小孔徑 0 7mm 3 鑄件組織致密 力學性能好 其抗拉強度比砂型鑄件提高25 40 但伸長率有所降低 4 生產(chǎn)率高 勞動條件好 83 壓力鑄造的缺點 1 壓鑄時 高速液流會包住大量空氣 凝固后在鑄件表皮下形成許多氣孔 故壓鑄件不宜進行較多余量的切削加工 以免氣孔外露 2 壓鑄黑色金屬時 壓鑄型壽命很低 困難較大 3 設備投資大 生產(chǎn)準備周期長 84 壓力鑄機分類 按照壓室是否浸入坩堝爐中分為 熱室壓鑄機和冷室式壓鑄機冷室式壓鑄機按照壓射活塞工作方式分為 立式和臥式壓鑄機 立式也有熱室和冷室 85 熱室和冷室 86 立式壓鑄機 87 立式壓鑄機 冷室 88 立式壓鑄機 冷室 89 立式壓鑄機 熱室 90 臥式壓鑄原理 91 臥式壓鑄機 92 臥式壓鑄機 93 臥式壓鑄機 94 臥式壓鑄機 95 臥式壓鑄機 96 臥式壓鑄機 97 臥式壓鑄機 98 壓鑄產(chǎn)品 摩托車類 99 壓鑄產(chǎn)品 汽車類 100 壓鑄產(chǎn)品 汽車類 101 壓鑄產(chǎn)品 其他 102 壓鑄產(chǎn)品 鎂合金 103 壓鑄產(chǎn)品 鎂合金 104 壓鑄產(chǎn)品 鋅合金 105 壓鑄產(chǎn)品 鋅合金 106 壓鑄產(chǎn)品 鋅合金 107 壓鑄產(chǎn)品 鋁鋅合金 108 壓鑄產(chǎn)品 鋁合金 109 壓鑄產(chǎn)品 鋁合金 110 壓鑄產(chǎn)品 鋁合金 111 壓鑄產(chǎn)品 鋁合金 112 離心鑄造 名詞解釋 是將液體金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中 使其在離心力作用下凝固成形的鑄造方法 應用范圍 廣泛用于生產(chǎn)管 套類鑄件 如鑄鐵管 銅套 汽缸套 雙金屬軋輥 滾筒 耐熱鋼管道 特殊鋼無縫鋼管毛坯等 113 離心鑄造的特點 1 鑄件在離心力作用下結(jié)晶 組織致密 無縮孔 縮松 氣孔 夾渣等缺陷 力學性能好 2 鑄造圓形中空鑄件時 可省去型芯和澆注系統(tǒng) 簡化了工藝 節(jié)約了金屬 3 便于制造雙金屬鑄件 如鋼套鑲鑄銅襯 其結(jié)合面牢固 耐磨 可節(jié)約銅合金 4 離心鑄造內(nèi)表面粗糙 尺寸不易控制 需要增加加工余量來保證鑄件質(zhì)量 且不適宜生產(chǎn)易偏析的合金 114 離心鑄造示意圖 a 立式離心鑄造b 立式離心澆注成形鑄件c 臥式離心鑄造 1 16 澆包2 14 鑄型3 13 液體金屬4 帶輪和帶5 旋轉(zhuǎn)軸6 鑄件7 電動機8 澆注系統(tǒng)9 型腔10 型芯11 上型12 下型15 澆注槽17 端蓋 115 臥式離心鑄機 116 臥式離心鑄機 117 臥式離心鑄機 118 臥式離心鑄機 119 立式離心鑄機 120 離心鑄造鑄鐵件 121 成型離心鑄造鑄鐵件 122 離心鑄造鑄件 123 鋁青銅離心鑄件 124 離心鑄造球墨鑄鐵管 連續(xù)鑄造 125 離心鑄造雙金屬管 126 陶瓷型鑄造是指用陶瓷質(zhì)耐火材料制成鑄型而獲得鑄件的方法 特點 陶瓷型的材料與熔模鑄造的殼型相似 鑄件精度和表面質(zhì)量與熔模鑄造相當 適合于高熔點 難加工材料的鑄造 與熔模鑄造相比 鑄件大小基本不受限制 工藝簡單 投資少 生產(chǎn)周期短 缺點 陶瓷型鑄造原材料價格貴 不適宜于鑄造大批量 形狀復雜的鑄件 且生產(chǎn)工藝過程難以實現(xiàn)自動化和機械化 應用 適于制造小批量 較大尺寸精密鑄件 多用于模具的生產(chǎn) 如金屬型 壓鑄模 塑料模 鍛模等 還用于生產(chǎn)噴嘴 閥體 齒輪 鉆探用鉆頭 開鑿隧道用刀具等 127 陶瓷型鑄造工藝過程 a 模樣 b 砂套造型 c 灌槳 d 噴燒 e 合型 f 鑄件 128 陶瓷型鑄造工藝過程 129 陶瓷型鑄造 石英陶瓷粉末 130 實型鑄造EPC ExpendablePatternCasting 又稱消失模鑄造 是用泡沫塑料代替木模和金屬模樣 造型后不取出模樣 當澆入高溫金屬液時泡沫塑料模樣氣化消失 金屬液填充模樣的位置 冷卻凝固后獲得鑄件的方法 131 實型鑄造工藝過程 132 實型鑄造特點 不用起模 不用型芯 不合型 簡化了造型工藝 并減少了由制芯 取模 合型引起的鑄造缺陷及廢品 干砂造型 砂處理系統(tǒng)大大簡化 落砂容易 改善勞動條件 不分型 鑄件無飛翅毛刺 使清理打磨工作量減少50 以上 缺點 消失模氣化造成空氣污染 泡沫模具設計生產(chǎn)周期長 成本高 產(chǎn)品要有相當批量才有經(jīng)濟效益 生產(chǎn)大尺寸鑄件時 由于模樣易變形 須采取防變形措施 133 實型鑄造應用范圍 適用于各類合金 鋼 鐵 銅 鋁等合金 適合于結(jié)構(gòu)復雜 鑄件的形狀可相當復雜 難以起?；蚧顗K和外芯較多的鑄件 如模具 氣缸頭 管件 曲軸 葉輪 殼體 藝術品 床身 機座等 134 消失模鑄造設備 135 消失模鑄造設備 136 消失模鑄造負壓砂箱 137 消失模鑄造負壓砂箱 138 消失模鑄造負壓砂箱 139 1t感應電爐 140 鐵水包 141 消失模鑄造熔煉電爐 142 消失模鑄造轉(zhuǎn)包 143 消失模鑄造砂型準備 144 消失模鑄造澆注 145 消失模鑄件 146 消失模砂處理設備 147 消失模鑄造生產(chǎn)線 148 消失模鑄造生產(chǎn)線 149 消失模模樣 150 消失模模樣 151 消失模模樣 152 消失模模樣 153 消失模珠粒 154 消失模模樣加工現(xiàn)場 155 消失模鑄件 156 消失模鑄件