鑄造工藝學(xué) 第2版 課件 緒論

鑄造工藝學(xué)鑄造工藝學(xué)鑄造工藝學(xué)4緒論1235第1章金屬與鑄型的相互作用第2章黏土型砂第3章有機(jī)黏結(jié)劑砂第4章澆注系統(tǒng)第5章冒口及冷鐵67第6章鑄造工藝設(shè)計(jì)鑄造工藝學(xué)緒論緒論鑄造工藝學(xué)

鑄造是將金屬或合金熔化，在大氣、特殊氣體保護(hù)或真空等環(huán)境下，通過(guò)重力、壓力、離心力、電磁力等外場(chǎng)單獨(dú)或耦合作用，將金屬熔體充填預(yù)先制備好的鑄型型腔中，凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能鑄件的方法。鑄造成形本質(zhì)屬液態(tài)金屬材料質(zhì)量不變的成形過(guò)程。0.1鑄造生產(chǎn)的概念、特點(diǎn)及其重要性緒論鑄造工藝學(xué)從合金種類、壁厚和長(zhǎng)度(輪廓)尺寸、重量到形狀復(fù)雜程度都有很強(qiáng)的適應(yīng)性。一般比鍛件、焊接件尺寸精確，可節(jié)約大量金屬材料和機(jī)械加工工時(shí)。鑄件在一般機(jī)器生產(chǎn)中約占總質(zhì)量的40％～80％，而成本只占機(jī)器總成本的25％～30％。

優(yōu)勢(shì)適應(yīng)范圍廣尺寸精度較高成本低廉鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)：緒論鑄造工藝學(xué)形狀尺寸合金種類重量適應(yīng)范圍廣復(fù)雜程度原則上不受限制壁厚：0.2mm—1m長(zhǎng)度：幾毫米---十多米可用合金種類十分廣泛

幾克-------500噸形狀合金重量尺寸緒論鑄造工藝學(xué)

可供鑄造用的金屬(合金)種類十分廣泛。常用的有:鑄鐵、鑄鋼、鋁、鎂、銅、鋅合金，還有鈦、鎳、鈷等合金。

最新研究表明，陶瓷材料不能接受塑性加工和機(jī)械加工的非金屬也能用鑄造的方法液態(tài)成形。緒論鑄造工藝學(xué)幾乎適用于所有材料鎂合金手機(jī)外殼及發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、導(dǎo)彈殼體緒論鑄造工藝學(xué)形狀尺寸合金種類重量適應(yīng)范圍廣復(fù)雜程度原則上不受限制壁厚：0.2mm—1m長(zhǎng)度：幾毫米---十多米可用合金種類十分廣泛

幾克-------500噸形狀合金重量尺寸緒論鑄造工藝學(xué)從合金種類、壁厚和長(zhǎng)度(輪廓)尺寸、重量到形狀復(fù)雜程度都有很強(qiáng)的適應(yīng)性。一般比鍛件、焊接件尺寸精確，可節(jié)約大量金屬材料和機(jī)械加工工時(shí)。鑄件在一般機(jī)器生產(chǎn)中約占總質(zhì)量的40％～80％，而成本只占機(jī)器總成本的25％～30％。

優(yōu)勢(shì)適應(yīng)范圍廣尺寸精度較高成本低廉鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)：緒論鑄造工藝學(xué)

因此鑄造在工業(yè)生產(chǎn)中占有極為重要的地位：

機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)拖拉機(jī)農(nóng)業(yè)機(jī)械汽車0%20%40%60%80%100%18.5%60~80%50~70%40~70%20~30%70~90%

在現(xiàn)代工業(yè)中也有很大程度應(yīng)用，如計(jì)算機(jī)，摩托車，家用電器，國(guó)防工業(yè)，甚至玩具中都有廣泛應(yīng)用。緒論鑄造工藝學(xué)

砂型鑄造在航空工業(yè)中的比重沒(méi)有上述那么大，但仍是航空工業(yè)毛坯生產(chǎn)的一種重要方法，飛機(jī)上很多零件如：機(jī)匣（傳動(dòng)、壓縮、尾部）、框架、輪轂、艙門等都是砂型鑄件。緒論鑄造工藝學(xué)缺點(diǎn)不足生產(chǎn)率低內(nèi)部質(zhì)量不如鍛件尺寸均一性差材料利用率低工作環(huán)境差鑄件尺寸均一性差:

鑄件尺寸精度普遍比發(fā)達(dá)國(guó)家低1～3級(jí)，表面粗糙度也比發(fā)達(dá)國(guó)家差1～2級(jí)，如發(fā)動(dòng)機(jī)鑄鐵材質(zhì)缸體的粗糙度，我國(guó)為25～100μm，國(guó)外為12.5～25μm；緒論鑄造工藝學(xué)缺點(diǎn)不足生產(chǎn)率低內(nèi)部質(zhì)量不如鍛件尺寸均一性差材料利用率低工作環(huán)境差緒論鑄造工藝學(xué)

工作環(huán)境差，粉塵多，溫度高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，能耗高；

我國(guó)鑄造行業(yè)的能耗占機(jī)械工業(yè)總耗能的25%～30%，能源平均利用率為17%，能耗約為鑄造發(fā)達(dá)國(guó)家的2倍；我國(guó)每生產(chǎn)1t合格鑄鐵件的能耗為550～700kg標(biāo)準(zhǔn)煤，國(guó)外水平為300～400kg標(biāo)準(zhǔn)煤，鑄件生產(chǎn)過(guò)程中材料和能源的投入約占產(chǎn)值的55%～70%。緒論鑄造工藝學(xué)缺點(diǎn)不足生產(chǎn)率低內(nèi)部質(zhì)量不如鍛件尺寸均一性差材料利用率低工作環(huán)境差緒論鑄造工藝學(xué)人類進(jìn)程鐵器時(shí)代青銅器時(shí)代新石器時(shí)代舊石器時(shí)代合金材料化學(xué)材料復(fù)合材料納米材料0.2我國(guó)鑄造技術(shù)的發(fā)展緒論鑄造工藝學(xué)人類使用石器幾乎經(jīng)歷了300萬(wàn)年，進(jìn)步很慢。自從掌握了金屬熔煉和鑄造技術(shù)后，只用了幾千年便改變了人類的歷史面貌。6000年2.后2000多年是以鑄鐵為主。1.前3000多年是以青銅鑄造為主緒論鑄造工藝學(xué)⑴青銅鑄造

我國(guó)的鑄造技術(shù)開(kāi)始于夏朝初期，即偃師二里頭文化早期，到了晚商和西周，青銅鑄造得到蓬勃發(fā)展，此時(shí)為青銅器鼎盛時(shí)期，工藝上已達(dá)到相當(dāng)高的水平，鑄造出許多有名的鑄件。緒論鑄造工藝學(xué)1978年湖北省隨縣出土的曾候乙墓青銅器重達(dá)10多噸，是青銅鑄件的代表作。其中64件的一套編鐘，分八組，包括輔件在內(nèi)用銅達(dá)５噸。緒論鑄造工藝學(xué)永樂(lè)大鐘鑄于明代永樂(lè)19年（公元1421年）錫青銅，高6.9米，外徑3.3米，內(nèi)徑2.9米，重46.5tωCu=80.54%,ωSn=16.4%,ωPb=1.12%及微量的Zn、Fe、Si、Mg、Ca等。緒論鑄造工藝學(xué)可鍛鑄鐵球墨鑄鐵我國(guó)在公元前6世紀(jì)就發(fā)明了生鐵和鑄鐵技術(shù)，比歐州早1800多年，并完成了由低溫固態(tài)還原法(塊煉法)向高溫液態(tài)冶煉的過(guò)渡。由于生鐵工具的大量需要，發(fā)明了鐵范法。由于具有快速冷卻的特點(diǎn)而容易獲得白口鑄鐵組織，鑄件經(jīng)過(guò)石墨化退火或脫碳退火就可制成黑心可鍛鑄鐵或白心可鍛鑄鐵，1957年和1975年分別在長(zhǎng)沙出土的戰(zhàn)國(guó)鐵鏟和在洛陽(yáng)出土的空首鐵镈，經(jīng)金相鑒定，其石墨呈團(tuán)絮狀，前者是典型的黑心可鍛鑄鐵，后者是白心可鍛鑄鐵。過(guò)去人們都認(rèn)為可鍛鑄鐵是法國(guó)人萊翁繆爾于1722年發(fā)明的。在1978年河南鞏縣發(fā)現(xiàn)的西漢鐵?（镢）具有球狀石墨的組織。經(jīng)檢定，球化率相當(dāng)于機(jī)械部部頒標(biāo)準(zhǔn)一類A級(jí),在偏光下具有典型的放射狀組織?，F(xiàn)代球狀是對(duì)鐵水進(jìn)行球化處理后直接獲得鑄態(tài)球狀石墨的。這項(xiàng)技術(shù)于1947年由英國(guó)人莫洛研制成功。。我國(guó)2500多年之前(公元前513年)就鑄出270kg的鑄鐵刑鼎。到戰(zhàn)國(guó)中期，在農(nóng)具、兵器等方面，鑄鐵逐漸代替了青銅。鑄鐵（2）鑄鐵技術(shù)緒論鑄造工藝學(xué)河北滄州的大鐵獅，高5米多，長(zhǎng)近6米，重19.3噸,是公元9世紀(jì)五代后周時(shí)期鑄造的。緒論鑄造工藝學(xué)當(dāng)陽(yáng)鐵塔，由13層疊成，高17.9米，重38噸，鑄于北宋淳熙年間。緒論鑄造工藝學(xué)

我國(guó)鑄造歷史悠久，燦爛的鑄造技術(shù)對(duì)文化、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有重大影響，日常用語(yǔ)中的許多詞匯如“模范”、“范圍”、“就范”、“陶冶”、“陶鑄”、“鑄成大錯(cuò)”、“大器晚成”等，也都來(lái)自古代鑄造術(shù)語(yǔ)。

現(xiàn)在，鑄造已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)三大支柱之一的材料科學(xué)的一個(gè)重要組成部分。近代科學(xué)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的突破，促進(jìn)了鑄造技術(shù)的飛速發(fā)展。鑄造技術(shù)也越來(lái)越與其他工業(yè)技術(shù)相互滲透和結(jié)合，新工藝和新方法不斷出現(xiàn)。緒論鑄造工藝學(xué)0.3砂型鑄造方法的分類及發(fā)展根據(jù)不同分類標(biāo)準(zhǔn)可分：1.按鑄造合金的種類分：鑄鋼、鑄鐵、鋁合金、鎂合金、銅合金鑄造等。2.按型砂的濕分來(lái)分：濕型、干型、表面干型等。3.按維持鑄型的方法分：砂箱造型和地坑造型

砂箱造型又可分為：?jiǎn)蜗湓煨?、兩箱造型、三箱造型、多箱造型、脫箱造型。緒論鑄造工藝學(xué)地坑造型緒論鑄造工藝學(xué)大型鑄件的干砂型鑄造（地坑造型）緒論鑄造工藝學(xué)脫箱造型緒論鑄造工藝學(xué)

實(shí)物造型

分開(kāi)模造型一般整體模造型鑄造整體模造型挖砂造型

假箱造型活塊造型

模型造型車板造型刮板造型導(dǎo)向刮板造型骨架模造型漏模造型組芯造型

4.按獲得鑄型型腔的方法分：緒論鑄造工藝學(xué)兩箱分開(kāi)模造型緒論鑄造工藝學(xué)一般整體模造型緒論鑄造工藝學(xué)挖砂造型緒論鑄造工藝學(xué)假箱造型緒論鑄造工藝學(xué)緒論鑄造工藝學(xué)活塊造型緒論鑄造工藝學(xué)緒論鑄造工藝學(xué)車板造型緒論鑄造工藝學(xué)緒論鑄造工藝學(xué)導(dǎo)向刮板造型緒論鑄造工藝學(xué)骨架模造型緒論鑄造工藝學(xué)漏模造型緒論鑄造工藝學(xué)組芯造型緒論鑄造工藝學(xué)三箱造型5.按澆注時(shí)鑄型重疊數(shù)量分：?jiǎn)蜗湓煨汀上湓煨?、三箱造型、疊箱造型、劈箱造型等。緒論鑄造工藝學(xué)疊箱造型緒論鑄造工藝學(xué)劈箱造型緒論鑄造工藝學(xué)6.按形成鑄型的方法分普通黏土砂造型（第一代）

物理方法造型（第三代）化學(xué)方法造型（第二代）分為手工造型高壓造型機(jī)器造型射壓造型

氣沖造型

演變歷程1958年實(shí)型鑄造（F法）1968年磁型鑄造（M法）真空密封造型（V法）1973年實(shí)型真空密封造型（FV法）

演變歷程水玻璃砂樹(shù)脂砂CO2硬化殼型（芯）流態(tài)熱芯（溫芯）自硬冷芯（自硬）緒論鑄造工藝學(xué)①普通黏土砂造型（第一代）

最早是手工造型，20世紀(jì)40~50年代出現(xiàn)了普通機(jī)器造型，并很快在發(fā)達(dá)國(guó)家普及。60~80年代，為進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，逐步向自動(dòng)化和半自動(dòng)化發(fā)展，廣泛采用高壓造型、射壓造型。機(jī)器造型新發(fā)展，擺脫傳統(tǒng)的機(jī)械壓實(shí)、震實(shí)、或拋砂等緊實(shí)方式，利用氣體壓力，以正壓直接作用在型砂上進(jìn)行緊實(shí)，如氣沖造型：一次緊實(shí)，無(wú)需補(bǔ)壓、緊實(shí)均勻、型腔表面緊實(shí)度可達(dá)95。緒論鑄造工藝學(xué)壓實(shí)造型緒論鑄造工藝學(xué)緒論鑄造工藝學(xué)緒論鑄造工藝學(xué)緒論鑄造工藝學(xué)緒論鑄造工藝學(xué)

震擊式造型緒論鑄造工藝學(xué)震動(dòng)緊實(shí)造型機(jī)緒論鑄造工藝學(xué)微震－壓實(shí)造型緒論鑄造工藝學(xué)射壓造型過(guò)程緒論鑄造工藝學(xué)氣流沖擊造型機(jī)的原理1.一次壓縮空氣室2.二次壓縮空氣室3.快開(kāi)閥盤4.砂箱5.墊板緒論鑄造工藝學(xué)氣沖造型機(jī)緒論鑄造工藝學(xué)②化學(xué)方法造型（第二代）

黏土砂強(qiáng)度低，水分高，有時(shí)不得不烘干。為此，到上世紀(jì)40年代末出現(xiàn)了化學(xué)法造型。最早采用水玻璃砂，用水玻璃代替黏土，吹入CO2氣體，使鑄型硬化，不用烘干，節(jié)省能源，改善勞動(dòng)條件。我國(guó)50年代開(kāi)始推廣，以后又發(fā)展了流態(tài)砂和自硬砂，但水玻璃砂潰散性差，難以清理。后又發(fā)展了樹(shù)脂砂，開(kāi)始為殼芯，后又有熱芯、冷芯、溫芯等。優(yōu)點(diǎn)：鑄型質(zhì)量好、節(jié)約能源。缺點(diǎn)：成本高、環(huán)境污染。CO2硬化殼型（芯）水玻璃流態(tài)樹(shù)脂砂熱芯（溫芯）

自硬冷芯（自硬）緒論鑄造工藝學(xué)③物理方法造型（第三代）ⅰ）實(shí)型鑄造（F法）：1958年，美國(guó)發(fā)明了利用聚苯乙烯泡沫塑料模（氣化模）造型的實(shí)型造型法（FullMold）。優(yōu)點(diǎn)：造型過(guò)程簡(jiǎn)單，無(wú)需拔模和分模分型，鑄件尺寸偏差小。缺點(diǎn)：模樣只使用一次即被消耗，污染空氣、鑄件表面粗糙度大。舂砂時(shí)模樣有可能發(fā)生變形。緒論鑄造工藝學(xué)③物理方法造型（第三代）ⅱ）磁型鑄造（M法）：1968年，當(dāng)時(shí)的西德出現(xiàn)了磁型鑄造。造型時(shí)，采用鐵丸代替原砂，采用泡沫聚苯乙烯塑料模，利用磁場(chǎng)力緊實(shí)鑄型，澆注凝固后，斷電，鐵丸散開(kāi)。優(yōu)點(diǎn)：除具有F法的優(yōu)點(diǎn)外，還具有下列優(yōu)點(diǎn)：無(wú)硅塵危害；造型材料稍加處理即可即可復(fù)用，因此占地面積??；勞動(dòng)強(qiáng)度減輕。1975年有人提出“翻砂不用砂”。

實(shí)際后來(lái)未大量使用，主要是因?yàn)镸法除具有F法的缺點(diǎn)外，還有以下缺點(diǎn)：復(fù)雜件難以成形；鐵丸易生銹，灰塵毒性更大；需專門的磁型機(jī)且需固定位置，靈活性差。緒論鑄造工藝學(xué)ⅲ）真空密封造型（V法）

該法是將模板改成具有抽氣箱和抽氣孔的結(jié)構(gòu)，實(shí)心變空心，在模樣表面鋪一層EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料）膜（預(yù)熱到50~60攝氏度），抽氣、放置砂箱（與模板之間橡膠密封）、填砂、造型抽真空、氣模澆注。優(yōu)點(diǎn)：不用任何黏結(jié)劑和水，原砂可回用，污染少，砂處理設(shè)備簡(jiǎn)化。缺點(diǎn)：造型操作較復(fù)雜，造型機(jī)械要求高，塑料薄膜成形性和延伸率有限。緒論鑄造工藝學(xué)緒論鑄造工藝學(xué)ⅳ）實(shí)型真空密封造型（FV法）1973年出現(xiàn)，實(shí)為F法與V法結(jié)合，F(xiàn)V法吸取了F、M、V三種方法的長(zhǎng)處。氣化模產(chǎn)生的煙氣、粉塵被抽走，凈化了車間空氣，改善了勞動(dòng)條件，容易組成機(jī)械化流水線，投資小。但不能用于大型鑄件的生產(chǎn)。緒論鑄造工藝學(xué)

后來(lái)又發(fā)展了干型氣化模鑄造，只需將干砂填在鑄型中，將氣化模包裹住即可，經(jīng)一種三維微震造型機(jī)振實(shí)后，即可澆注。再振松鑄型，取出鑄件，干砂可回用。1989年在德國(guó)杜塞爾多夫進(jìn)行的第56屆國(guó)際鑄造年會(huì)上受到好評(píng)。

從總的趨勢(shì)看，第一代造型法已由手工造型發(fā)展為機(jī)器造型、高壓造型；第二代造型法中，冷硬樹(shù)脂砂已有較大發(fā)展，且仍有很大潛力；第三代造型法，競(jìng)相爭(zhēng)艷，層出不窮，仍有發(fā)展空間。緒論鑄造工藝學(xué)0.4本課程的內(nèi)容及要求

鑄造工藝學(xué)是主要專業(yè)課之一，學(xué)習(xí)本課程時(shí)應(yīng)特別注意理論聯(lián)系實(shí)際，以便為今后開(kāi)發(fā)新的造型材料，研究新的鑄造工藝方法和擬定合理的鑄造工藝方案，奠定良好的基礎(chǔ)。

本課程主要內(nèi)容：1)金屬-鑄型界面相互作用的基本機(jī)理和規(guī)律及其對(duì)鑄件質(zhì)量的影響。2)型(芯)砂用原材料的基本性能及其對(duì)型(芯)砂性能的影響，型(芯)砂性能及其對(duì)鑄件質(zhì)量影響的基本規(guī)律