第三篇機械加工工藝基礎
第十二章鑄造
一、教學目的和要求
1.掌握影響充型能力的各種因素；了解凝固與收縮、內應力、變形和裂紋產生的原因及防止措施；
2. 了解澆、冒口安放方法，掌握澆注位置、分型面的選擇原則並靈活運用。
3. 掌握鑄造工藝對鑄件結構的要求；了解鑄件結構的合理與否對其質量、效能與成本的影響。
4. 掌握常用鑄造方法的優缺點及適用範圍，了解特種鑄造工藝方法及應用。
二、教學內容綱要
1.液態合金的充型；
2.鑄件的凝固與收縮；
3.鑄造內應力、變形與裂紋；
4.鑄件質量控制。
5.澆注位置的選擇；
6.分型面的選擇；
7.如何使鑄件結構便於起模；
8.分型面盡量為平面；
9.少用型芯。
10.合理設計鑄件壁厚；
11.鑄件壁的聯接；
12.防裂筋的正確應用。
13.熔模鑄造；
14．金屬型鑄造；
15.壓力鑄造；
16. 離心鑄造
三、重點、難點
1.澆注系統設計。
2.結構與鑄造工藝的關係；
3.結構與鑄件效能的關係。
四、教學方法，實施步驟
根據本章課的內容特點，運用啟發式原則、講解式、案例分析式等教學方法講授本課程內容。
五、布置思考題
1.提高澆注溫度可以提高液態合金的充型能力，但實際中為什麼又要防止澆注溫度過高？。
2.試述防止鑄件變形應採取哪些措施？
3. 請說明模型、鑄件、零件三者之間的關係。
4.試述澆注位置和分型面的選擇原則。
5.分析圖示鑄件結構的合理性（p158圖）
6.下列鑄件在大批量生產時，以什麼鑄造方法為宜？
鋁活塞縫紉機頭汽輪機葉片氣缸套車床床身
電單車氣缸體汽車喇叭大口徑鑄鐵汙水管大模數齒輪滾刀
7.為什麼進行鑄件設計時，就要初步考慮出大致分型面？
第一節概述
一、 什麼是鑄造?
將液體金屬澆鑄到與零件形狀相適應的鑄造空腔中,待其冷卻凝固後,以獲得零件或毛坯的方法.
二、 特點
1．優點:
1) 可以生產形狀複雜的零件,尤其複雜內腔的毛坯(如暖氣)
2) 適應性廣,工業常用的金屬材料均可鑄造. 幾克~幾百噸.
3) 原材料**廣泛.**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.
∴ 應用廣泛: 農業機械40~70% 工具機:70~80%重量鑄件
2． 缺點:
1) 機械效能不如鍛件(組織粗大,缺陷多等)
2) 砂性鑄造中,單件,小批,工人勞動強度大.
3) 鑄件質量不穩定,工序多,影響因素複雜,易產生許多缺陷.
三、鑄造分類
砂型鑄造
特種鑄造：金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、熔模鑄造
鑄造的缺陷對鑄件質量有著重要的影響,因此,我們從鑄件的質量入手,結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.
第二節砂型鑄造
目前,鑄件生產的主要方法,砂型鑄件佔鑄件總量的90%以上,可生產各種鑄鋼,灰鐵,球鐵,可鍛鑄鐵,有色金屬等.用於鑄造各種機械零件
砂型鑄造生產過程:
配砂→造型（芯）→烘乾→熔化→澆注→落砂→清理→檢驗
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刮去多餘型砂 8翻轉下型 9撒分型砂 10吹去鑄模上的分型砂 11撒防粘材料 12加麵砂 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.
一． 造型
1.型砂及型芯砂
1.1 型砂的分類、成分和應用
a.粘土砂:砂子,粘土,水,附加物(煤粉,木屑等).應用廣泛:
1) 不受鑄件大小,重量,尺寸,批量影響.
2) 鑄鋼,鑄鐵,銅,鋁合金等均可鑄.
3) 手工,機器造型均可.
4) 粘土**廣,價低.
粘土砂分兩類: 溼型砂:中,小件.
幹型砂:質量要求高的件,大件.
b.水玻璃砂:水玻璃(矽酸鈉的水溶液)為粘結劑
優點:不需烘乾,硬化速度快,生產周期短,強度高,易機械化.
缺點:易粘砂,出砂性差,回用性差.
c.油砂:植物油為粘結劑(桐油,亞麻油),油在烘烤時生成強度很高的氧化膜.
優點:幹強度高,不易吸濕返潮,退讓性,出砂性↑,不易粘砂,內腔光滑.
缺點:**高
d.樹脂砂:合成樹脂作粘結劑.
優點:生產率高,不需烘乾,強度高,型芯尺寸精確,表面光滑,退讓性,出砂性好.
1.2 型砂(芯)效能
1）強度:型砂在外力作用下,不易破壞的效能,強度不足,會造成塌箱,砂眼等
2）透氣性:型砂之間本身有空隙,具有透氣的能力.透氣性不好,易出現氣孔.
3）耐火性:型砂在高溫金屬液的作用下而不軟化,熔化.若耐火性不足,砂粒粘在鑄件表面上形成一層硬皮,造成切削加工困難,粘砂嚴重,鑄件報廢.
4) 退讓性:型(芯)砂具有隨鑄件的冷卻收縮而被壓縮其體積的效能. 若退讓性不足,鑄件收縮受阻,內應力加大,甚至產生裂紋、變形等.加鋸末、木屑,提高退讓性.
2.造型方法選擇
2.1分型面---指砂箱間的接觸表面
鑄型分型面的選擇原則：
分型面選擇的合理可以簡化造型操作,提高勞動生產率.
1） 便於起模,故分型面應選擇在鑄件最大截面處
(手工造型時,區域性阻礙起模的凸起可做活塊)
2） 應儘量減少分型面和活塊數量(中小件)
3） 應盡量使鑄件的重要加工面或大部分加工面和加工基準面位於同一砂型中
4） 盡量採用平直分型面,以簡化操作及模型製造
5） 儘量減少型芯和便於下芯,合型及檢驗位置
2.2工藝引數的選擇
1） 機加餘量和鑄孔
①金屬種類: 灰口鑄鐵:表面平整,加工餘量少.
鑄鋼:澆注強度高,表面不平,加工餘量大.
有色金屬:表面光潔.
② 生產條件:大批量生產:機器造型,加工餘量少.
小批量生產:手工造型,加工餘量大.
③尺寸位置: 尺寸大:變形大,加工餘量大.
鑄件頂面與底面、,側面比表面質量差,餘量大.
孔: 鑄鐵 d＜30mm,鑄鋼 d＜60mm,一般不鑄,因鑄出造型工藝複雜,質量不易保證,反而給機加帶來困難.
2） 拔模斜度:
為起模方便,把垂直壁做成斜的.
與立壁高度,造型方法,模型材料等有關,一般15′--3°
機器造型比手工斜度小
木模比金屬模斜度大
立壁高斜度小
3）收縮率:
收縮量＝鑄件尺寸×鑄造收縮率
灰鐵: 0.7—1.0% 鑄鋼: 1.3—2.0% 錫青銅: 1.2—1.4%
因收縮是非自由的,所以受鑄件形狀,尺寸的影響.
4） 型芯固定(一般靠型芯頭)
型芯頭的形狀和尺寸對於型芯的裝配工藝性和穩定性有很大影響.
①垂直芯頭---上芯頭斜度大,高度小些,便於和箱,若垂直型芯粗,短,上芯頭可省略.
下芯頭斜度小,高度大些,穩定.
對於只能做上芯頭的型芯,做成吊芯或蓋板型芯.
②水平芯頭---芯頭較長,芯頭也有斜度,便於下芯合箱,懸壁型芯頭必須長而大,以支援型芯,防下垂,或被金屬液抬起.
2.3造型方法
一） 各種手工造型方法的特點和應用
優點:操作靈活,適應性強,模型成本低,生產準備時間短.
缺點:鑄件質量差,生產率低,勞動強度高.
應用:單件,小批.
1 按砂箱分:兩箱:基本方法,各種批量,大小件
三箱:手工,單件,小批,兩個分型面
地坑:小批,大,中件
脫箱:小件
劈箱:大件,如工具機床身
2 按模型分: 整模:最大截面在一端,且為平面
分模:最大截面在中部
活塊:有突出部位,難起模,單件,小批
挖砂:分型面為非平面,要求整模,單件,小批
刮板:迴轉件,輪
假箱:造型前先做乙個特製的假箱,來代替造型用的底板,然後做下型,由下型做上型.
二） 機器造型及其工藝特點
優點:生產率高,鑄件尺寸精確,光潔度高,加工餘量少,勞動強度小,大批量生產.
缺點:廠房,裝置等要求高,投資大,批量生產才經濟,只適於兩箱(中箱無法緊實),不宜用活塊.
二． 熔煉
1）鑄鐵熔煉：熔煉裝置有沖天爐和感應爐等。原料有金屬料、燃料和熔劑。
2）鑄鋼熔煉：常用的裝置有三相電弧爐和感應爐。原料包括金屬料、氧化劑、還原劑和造渣劑。
3）有色金屬熔煉：多用坩堝爐熔煉。要加覆蓋劑。
三． 澆注
澆注位置---指金屬澆注時鑄件所處的空間位置
3.1澆注位置選擇原則:
鑄件澆注位置對鑄件質量,造型方法等有很大影響,應注意以下原則:
1．鑄件重要的加工面應朝下:
1) 若做不到,可放側面或傾斜
2) 若有幾個加工面,則應把較大的放下面.
如導軌面是關鍵面，不允許有缺陷,則要放下面,傘齒輪
2． 鑄件的大平面應朝下
原因:上表面出現缺陷,尤其易夾砂.
3． 面積大的薄壁部分放下面或側面
有利於金屬充填,防止澆不足
4． 易形成縮孔的鑄件,厚的部分放在鑄型上部或側面,便於安置冒口,以補縮.
3.2 冒口應用：主要作用---補縮,同時能排氣,集渣.
冒口設定原則:
(1) 保證順序凝固,放在最後凝固部分 ---基本作用
(2) 盡量放在鑄件最高處,有利補縮,熔渣易浮出.
(3) 冒口最好放在內澆口附近,使金屬液通過冒口再進入鑄型,提高補縮效果.
(4) 盡量避開易拉裂部位;不影響自由收縮.
(5) 盡量放在需加工部位,便於清理.
2 冒口大小,依合金收縮性質及具體鑄件凝固條件查手冊.
3.3 冷鐵應用:
分類:非冷鐵:只和鑄件外表面接觸而起激冷作用,與型砂一起清出,不重複使用.
內冷鐵:澆注後冷鐵被金屬液包圍與鑄件熔合在一起.有氣密性要求的部分
不能用.
作用:(1) 減少冒口數量: 改善凝固順序,有利外縮.
(2) 可減少冒口尺寸: 加內冷鐵,加快鑄件冷卻.
(3) 消除區域性熱節處的縮孔和縮松: 加外冷鐵.
金屬材料與加工工藝試題 答案
一 填空題 每題4分，合計40分 1 根據焊接過程中加熱程度和工藝特點的不同，焊接方法可以分為三大類，即熔焊 壓焊 釺焊 手工電弧焊屬於熔焊 無線電線路板焊接屬於釺焊 2 焊接變形的基本形式有五種，分別是收縮變形 角變形 彎曲變形 扭曲變形 波浪變形。3 機械零件常用的毛坯種類有鑄件 鍛件 沖壓件 ...
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