鑄件形成理論1.

1、安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT第八章第八章 鑄造成形鑄造成形安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學本章內容本章內容n概述概述n鑄造成形基本理論鑄造成形基本理論n砂型鑄造砂型鑄造n特種鑄造特種鑄造n鑄件結構設計鑄件結構設計安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學8.1 鑄造概述一、何為鑄造？一、何為鑄造？ 鑄造是將液態金屬澆注到預先制作鑄造是將液態金屬澆注到預先制作的鑄型型腔中，待其冷卻凝固

2、后獲得毛的鑄型型腔中，待其冷卻凝固后獲得毛坯或零件的方法。坯或零件的方法。 鑄造是獲得零件毛坯最重要的方法，鑄造是獲得零件毛坯最重要的方法，在一般機械中，鑄件的重量大都占總機在一般機械中，鑄件的重量大都占總機重量的重量的50%50%以上。各種機械的機體、底以上。各種機械的機體、底座、機架、箱體、工作臺等主體部件大座、機架、箱體、工作臺等主體部件大都采用鑄件。都采用鑄件。安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學二、鑄造的優缺點二、鑄造的優缺點優點：優點： 可鑄出內腔、外形復雜的毛坯；可鑄出內腔、外形復雜的毛坯

3、； 工藝靈活性大；工藝靈活性大； 鑄件成本低；鑄件成本低；缺點：缺點： 組織易疏松，晶粒粗大；組織易疏松，晶粒粗大； 內部易產生縮松、縮孔、氣孔等缺陷；內部易產生縮松、縮孔、氣孔等缺陷； 鑄造工序多；鑄造工序多； 勞動條件差；勞動條件差；小到幾克，大到幾百噸。原材料來源廣，可直接用廢鋼、廢鐵。造型熔煉澆注安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學三、鑄造種類三、鑄造種類砂型鑄造砂型鑄造特種鑄造特種鑄造熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、實型鑄造安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT

4、工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學四、鑄造的生產過程四、鑄造的生產過程安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學中國古代三大鑄造技術中國古代三大鑄造技術 在我國古代金屬加工工藝中，鑄造占著突出的地位，具有廣泛的社會影響，像“模范”、“陶冶”、“熔鑄”、“就范”等習語，就是沿用了鑄造業的術語。勞動人民通過世代相傳的長期生產實踐，創造了具有我國民族特色的

5、傳統鑄造工藝。其中特別是泥范、鐵范和熔模鑄造最重要，稱古代三大鑄造技術。 4,500 BC1,000 BC 青銅時代（青銅時代（Bronze Age）n從礦石中提煉銅冶金業的黎明這張埃及古墓壁畫是這張埃及古墓壁畫是人類冶金業的最早紀錄之一人類冶金業的最早紀錄之一商代青銅商代青銅bronze文化文化商代青銅文化商代青銅文化三星堆三星堆n立人像鑄于商代晚期，人像高立人像鑄于商代晚期，人像高172厘米，底座高厘米，底座高90厘米，通高厘米，通高262厘米，是世界上最大的青銅厘米，是世界上最大的青銅立人像，被尊稱為立人像，被尊稱為“世界銅像之世界銅像之王王”。n突目面具鑄于商代晚期，原件高突目面具鑄于

6、商代晚期，原件高64.5厘米，寬厘米，寬138厘米，眼球柱厘米，眼球柱狀外突長達狀外突長達13.5厘米，其造型在厘米，其造型在世界上亦屬首見。世界上亦屬首見。n銅鐘通高銅鐘通高6.756.75米，米，鐘壁厚度不等，最鐘壁厚度不等，最厚處厚處185185毫米，最毫米，最薄處薄處9494毫米，重毫米，重w w約約4646噸。鐘體內外噸。鐘體內外遍鑄經文，共遍鑄經文，共22.722.7萬字。銅鐘合金成萬字。銅鐘合金成分為：銅分為：銅80.5480.54、錫錫16.4016.40、鋁、鋁1.121.12，為泥范鑄，為泥范鑄造。造。永樂大鐘中國古代鐵器中帶有球狀石墨的金相組織湖南長沙砂子塘戰國凹形鐵鋤r

7、on Age（I）鐵時 器代器代安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學鑄造歷史悠久安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學ACTECO全鋁發動機安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學n感受鑄造安徽工業大學

8、安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學現代鑄造生產流水線安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成

9、成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學鑄造適應范圍廣安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學8.2 鑄造成形基本理論液態合金的流動性與充型能力液態合金的流動性與充型能力鑄件的收縮鑄件的收縮鑄件的內應力、變形和裂紋鑄件的內應力、變形和裂紋安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學一、液態合金的充型一、液態合金的充型一）合金的充型能力對鑄件質量的影響一）合金的充型能力對鑄件質量的影響 充型能力強充型能力強：有利于獲得形

10、狀完整、輪廓清晰有利于獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件；的鑄件； 充型能力不足充型能力不足: :易產生易產生1)1)澆不足澆不足: : 不能得到完整不能得到完整的零件的零件;2);2)冷隔冷隔: :沒完整融合縫隙或凹坑沒完整融合縫隙或凹坑, , 機械性能下機械性能下降降;3;3）氣孔、夾渣等缺陷。）氣孔、夾渣等缺陷。充型充型: : 液態合金填充鑄型的過程。液態合金填充鑄型的過程。充型能力充型能力: : 液態合金充滿鑄型型腔液態合金充滿鑄型型腔, ,獲得獲得形狀完整形狀完整, ,輪廓清晰的鑄件的能力。輪廓清晰的鑄件的能力。澆不足：鑄件形狀不完整澆不足：鑄件形狀不完整冷隔：鑄件看似完整，實際有未完全融

11、合的接縫冷隔：鑄件看似完整，實際有未完全融合的接縫冷隔形成示意圖冷隔形成示意圖安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學二）影響合金充型能力的因素二）影響合金充型能力的因素1.1.合金的流動性合金的流動性2.2.澆注條件澆注條件3.3.鑄型條件鑄型條件4.4.鑄件結構鑄件結構安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學1.1.合金的流動性合金的流動性合金的流動性合金的流動性：液態合金本身的流動能力液態合金本身的流動能力 顯然，

12、流動性好，充型能力高。顯然，流動性好，充型能力高。 （1）流動性對鑄件質量影響）流動性對鑄件質量影響 1 1）流動性好）流動性好, ,易于澆出輪廓清晰易于澆出輪廓清晰, ,薄而復雜的鑄件；薄而復雜的鑄件； 2 2）流動性好）流動性好, ,有利于液態金屬中的非金屬夾雜物和有利于液態金屬中的非金屬夾雜物和 氣體上浮、排除；氣體上浮、排除； 3 3）流動性好）流動性好, ,易于對液態金屬在凝固中產生的收縮易于對液態金屬在凝固中產生的收縮 進行補縮；進行補縮；安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學（2 2）測定流

13、動性的方法）測定流動性的方法: :以螺旋形試件的長度來測定以螺旋形試件的長度來測定: :如如 灰口鐵灰口鐵: :澆鑄溫度澆鑄溫度1300 1300 試件長試件長1800mm.1800mm. 鑄鑄 鋼鋼: : 1600 1600 100mm 100mm安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學（3 3）影響流動性的因素）影響流動性的因素主要是化學成分主要是化學成分: : 1) 純金屬流動性好純金屬流動性好:一定溫度下結晶一定溫度下結晶,凝固凝固層表面平滑層表面平滑,對液流阻力小對液流阻力小; 2)共晶成分流動性

14、好共晶成分流動性好:恒溫凝固恒溫凝固,固體層表面固體層表面光滑光滑,且熔點低且熔點低,過熱度大過熱度大; 3)非共晶成分流動性差非共晶成分流動性差: 結晶在一定溫度范結晶在一定溫度范圍內進行圍內進行,初生樹枝狀晶阻礙液流。初生樹枝狀晶阻礙液流。（1）共晶成分合金的）共晶成分合金的凝固溫度最低凝固溫度最低，相對來說，合金的過熱度大，相對來說，合金的過熱度大，推遲了合金的凝固，故流動性好。推遲了合金的凝固，故流動性好。（2）共晶成分合金的）共晶成分合金的結晶區間窄結晶區間窄。一般合金是在一定溫度范圍內。一般合金是在一定溫度范圍內逐步凝固的，即經過液固并存的兩相區。此時，結晶是在截面上逐步凝固的，即

15、經過液固并存的兩相區。此時，結晶是在截面上一定寬度的凝固區內同時進行的，由于初生的樹枝狀晶體使已結一定寬度的凝固區內同時進行的，由于初生的樹枝狀晶體使已結晶固體層內表面粗糙，故合金的流動性變差。晶固體層內表面粗糙，故合金的流動性變差。安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學2.2.澆注條件澆注條件（1 1）澆注溫度）澆注溫度t t澆澆 -t t澆澆充型能力充型能力原因：原因：t t澆澆合金粘度合金粘度內摩擦阻力內摩擦阻力t t澆澆過熱度過熱度流動時間流動時間（2 2）充型壓力）充型壓力充型壓力充型壓力 -充

16、型能力充型能力但過高但過高, ,易產生縮孔易產生縮孔, ,粘砂粘砂, ,氣孔等氣孔等, ,故不宜過高，在保證故不宜過高，在保證流動性的前提下，盡量采用流動性的前提下，盡量采用“高溫熔煉、低溫澆注高溫熔煉、低溫澆注”。安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學3.3.鑄型填充條件鑄型填充條件充型能力充型能力（2 2）鑄型中的氣體）鑄型中的氣體（1 1）鑄型溫度）鑄型溫度充型能力充型能力安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學

17、4.4.鑄件結構鑄件結構鑄件結構若不合理鑄件結構若不合理, ,如壁厚小如壁厚小, , 直澆口低直澆口低, , 澆口小等澆口小等 ，充型，充型能力能力安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學二、二、鑄件的凝固與收縮鑄件的凝固與收縮1 1、鑄件的凝固方式、鑄件的凝固方式2 2、鑄件的收縮、鑄件的收縮 1、鑄件的凝固方式：、鑄件的凝固方式：層狀、糊狀、中間層狀、糊狀、中間安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學2、鑄件的收縮、

18、鑄件的收縮收縮的概念：收縮的概念： 液態合金從澆注溫度至凝固冷卻到室溫液態合金從澆注溫度至凝固冷卻到室溫的過程中的過程中, ,體積和尺寸減少的現象體積和尺寸減少的現象-稱為收稱為收縮。縮。 收縮是鑄件許多缺陷收縮是鑄件許多缺陷( (縮孔縮孔, ,縮松縮松, ,裂紋裂紋, ,變形變形, ,殘余應力殘余應力) )產生的基本原因。產生的基本原因。收縮的三階段：收縮的三階段： (1)(1)液態收縮液態收縮 (2)(2)凝固收縮凝固收縮 (3)(3)固態收縮固態收縮前兩個階段是形成前兩個階段是形成縮孔和縮松縮孔和縮松的主要原因，后一的主要原因，后一個階段是產生個階段是產生鑄件應力、變形和裂紋鑄件應力、變

19、形和裂紋的主要原因。的主要原因。縮孔縮孔縮松縮松應力應力變形變形裂紋裂紋安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學收縮對鑄件質量的影響收縮對鑄件質量的影響縮孔和縮松縮孔和縮松（1）縮孔的形成）縮孔的形成 在鑄件在鑄件最后凝固的地方最后凝固的地方出現一些空洞出現一些空洞,容容積積大而集中大而集中的孔洞的孔洞-縮孔，縮孔總是出現縮孔，縮孔總是出現在鑄件在鑄件上部或最后凝固上部或最后凝固的部位。的部位。 外形特征外形特征：內表面粗糙，形狀不規則，多：內表面粗糙，形狀不規則，多近于倒圓錐形。通常縮孔隱藏于鑄件的內部，

20、近于倒圓錐形。通常縮孔隱藏于鑄件的內部，有時經切削加工才能暴露出來。有時經切削加工才能暴露出來。 形成原因形成原因：鑄件在凝固冷卻期間：鑄件在凝固冷卻期間,金屬的金屬的液態及凝固收縮之和遠遠大于固態收縮。液態及凝固收縮之和遠遠大于固態收縮。 形成過程形成過程：見下圖。：見下圖。鑄件縮孔的形成過程示意圖鑄件縮孔的形成過程示意圖已經產生縮孔的鑄件繼續冷卻到室溫時，因固態收已經產生縮孔的鑄件繼續冷卻到室溫時，因固態收縮使鑄件的縮使鑄件的輪廓尺寸略有縮小輪廓尺寸略有縮小。合金的液態收縮和凝固收縮愈大、澆注溫度愈高、合金的液態收縮和凝固收縮愈大、澆注溫度愈高、鑄件愈厚，縮孔的容積愈大。鑄件愈厚，縮孔的容

21、積愈大。安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學判斷縮孔出現的方法判斷縮孔出現的方法A等溫線法等溫線法 B內截圓法內截圓法安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學縮松的形成縮松的形成由于鑄件最后凝固區域的收縮未能得到補足由于鑄件最后凝固區域的收縮未能得到補足, ,或者或者, ,因合金呈糊狀凝固因合金呈糊狀凝固, ,被樹枝狀晶體分隔開的小液體區難被樹枝狀晶體分隔開的小液體區難以得到補縮所至的以得到補縮所至的小而分散小而分散

22、的孔洞縮松。的孔洞縮松。縮松的類型縮松的類型：1)宏觀縮松宏觀縮松：肉眼可見。往往出現在縮孔：肉眼可見。往往出現在縮孔附近附近,或鑄件截面的中心。或鑄件截面的中心。2)微觀縮松微觀縮松：凝固過程中：凝固過程中,晶粒之間形成微晶粒之間形成微小孔洞。小孔洞。 對氣密性對氣密性,機械性能等要求較高的鑄件機械性能等要求較高的鑄件,則則必須設法減少。必須設法減少。 安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學縮孔與縮松的防止措施：縮孔與縮松的防止措施：縮孔與縮松的防止方法：縮孔與縮松的防止方法：冒口、冷鐵安徽工業大學安徽

23、工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學順序（定向）凝固順序（定向）凝固順序（定向）凝固就是在鑄件上可能出現縮孔順序（定向）凝固就是在鑄件上可能出現縮孔的厚大部位通過安放冒口、冷鐵等工藝措施，使鑄的厚大部位通過安放冒口、冷鐵等工藝措施，使鑄件上遠離冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口部位件上遠離冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。凝固，最后才是冒口本身的凝固。順序凝固主要用于鑄鋼等收縮大的合金鑄件順序凝固主要用于鑄鋼等收縮大的合金鑄件安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工

24、程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學冒口與冷鐵冒口與冷鐵冒口：冒口：指在鑄型中能儲存一定金屬液的，并指在鑄型中能儲存一定金屬液的，并對鑄件進行補縮以防止產生縮孔和縮對鑄件進行補縮以防止產生縮孔和縮松的專門工藝松的專門工藝“空腔空腔”。冷鐵：冷鐵：用來控制鑄件凝固的一種激冷物。用來控制鑄件凝固的一種激冷物。安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大學安徽工業大學三、鑄件的內應力、變形和裂紋三、鑄件的內應力、變形和裂紋（1 1）鑄造應力的產生）鑄造應力的產生 鑄造應力按其產生的原因可分為：鑄造應力按

25、其產生的原因可分為： a a）熱應力）熱應力：鑄件在凝固和冷卻過程中，不同部：鑄件在凝固和冷卻過程中，不同部位由于不均衡的收縮而引起的應力。位由于不均衡的收縮而引起的應力。 b b）機械應力）機械應力：鑄件在固態收縮時，因受到鑄型、：鑄件在固態收縮時，因受到鑄型、型芯、澆冒口、箱擋等外力的阻礙而產生的應力。型芯、澆冒口、箱擋等外力的阻礙而產生的應力。 在鑄件凝固以后的冷卻過程中，隨溫度在鑄件凝固以后的冷卻過程中，隨溫度的不斷降低，收縮不斷發生，如果這種收縮的不斷降低，收縮不斷發生，如果這種收縮受到阻礙，就會受到阻礙，就會在鑄件內產生應力在鑄件內產生應力，引起變，引起變形或開裂，這種缺陷的產生，將嚴重影響鑄形或開裂，這種缺陷的產生，將嚴重影響鑄件的質量。件的質量。 安徽工業大學安徽工業大學安徽工業大學AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料與與成成形形技技術術基基礎礎安徽工業大