1、2021/8/612021/8/61第一節第一節 鑄造概述鑄造概述 第二節第二節 鑄造的工藝基礎鑄造的工藝基礎第三節第三節 砂型鑄造砂型鑄造第四節第四節 特種鑄造特種鑄造2021/8/61 金屬的成形方法可分為金屬的成形方法可分為鑄造、塑性成形（或稱壓力加鑄造、塑性成形（或稱壓力加工）、切削加工、焊接和粉末冶金工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大類。五大類。 鑄造是生產金屬零件毛坯的主要工藝方法之一，與其鑄造是生產金屬零件毛坯的主要工藝方法之一，與其它工藝方法相比，它具有成本低，工藝靈活性大，適合生它工藝方法相比，它具有成本低，工藝靈活性大，適合生產不同材料、形狀和重量的鑄件，并適合于批量生產。

2、產不同材料、形狀和重量的鑄件，并適合于批量生產。 但它的缺點是公差較大，易產生但它的缺點是公差較大，易產生內部缺陷。內部缺陷。2021/8/61曾侯乙尊盤曾侯乙尊盤 司母戊方鼎司母戊方鼎 2021/8/612021/8/61q 定義：定義：鑄造是指將熔融態的金屬（或合金）澆注于鑄造是指將熔融態的金屬（或合金）澆注于特定型腔的鑄型中凝固成形的金屬材料成形方法。特定型腔的鑄型中凝固成形的金屬材料成形方法。q 鑄造的基本過程：鑄造的基本過程：2021/8/61q 實質：實質：液態金屬（或合金）充填鑄型型腔并在其中液態金屬（或合金）充填鑄型型腔并在其中 凝固和冷卻。凝固和冷卻。砂型鑄造概略圖砂型鑄造概

3、略圖2021/8/61q 主要影響因素主要影響因素 鑄造的主要影響因素主要體現在二個方面：一是影響鑄造的主要影響因素主要體現在二個方面：一是影響充型的主要因素和影響凝固收縮的主要因素。充型的主要因素和影響凝固收縮的主要因素。2021/8/61 改善金屬改善金屬的流動性的流動性加快凝固中液體的補縮加快凝固中液體的補縮排除內部夾雜物和氣體排除內部夾雜物和氣體形成薄壁復雜的鑄件形成薄壁復雜的鑄件有利于有利于 實驗如右圖所示：實驗如右圖所示：2021/8/61 T澆注澆注t凝固凝固流動性流動性粘度粘度充填路徑充填路徑充型能力充型能力2021/8/61 P充型充型V流動流動充型能力充型能力 2021/8

4、/61 在鑄件凝固過程中，對鑄件質量影響較大的主要在鑄件凝固過程中，對鑄件質量影響較大的主要是固液兩相并存的凝固區的寬窄。是固液兩相并存的凝固區的寬窄。 純金屬和共晶成分的合純金屬和共晶成分的合金在凝固中因為不存在固液金在凝固中因為不存在固液兩相并存的凝固區，所以固兩相并存的凝固區，所以固體與液體分界面清晰可見，體與液體分界面清晰可見，一直向鑄件中心移動。一直向鑄件中心移動。2021/8/61 鑄件在結晶過程中，當結鑄件在結晶過程中，當結晶溫度范圍很寬，且鑄件截面晶溫度范圍很寬，且鑄件截面上的溫度梯度較小，則不存在上的溫度梯度較小，則不存在固相層，固液兩相共存的凝固固相層，固液兩相共存的凝固區

5、貫穿整個區域。區貫穿整個區域。 大多數合金的凝固是介于逐大多數合金的凝固是介于逐層凝固和糊狀凝固之間，稱為中層凝固和糊狀凝固之間，稱為中間凝固。間凝固。2021/8/61 一般認為：鑄模的冷卻能力越大，越有利于在結晶一般認為：鑄模的冷卻能力越大，越有利于在結晶過程中保持較大的溫度梯度，從而利于柱狀晶區的發展。過程中保持較大的溫度梯度，從而利于柱狀晶區的發展。 柱狀晶擇優取向，晶界往往容易富集第二相，特別是柱狀晶擇優取向，晶界往往容易富集第二相，特別是在兩種位向交叉面是受力的薄弱環節，軋制時容易開裂。在兩種位向交叉面是受力的薄弱環節，軋制時容易開裂。 因此，鋼鐵或鎳合金（塑形較差）應避免柱狀晶的

6、出因此，鋼鐵或鎳合金（塑形較差）應避免柱狀晶的出現；而有色金屬，有時要求獲得柱狀晶。現；而有色金屬，有時要求獲得柱狀晶。2021/8/61 收縮是指合金從澆注、凝固到冷卻至室溫的過收縮是指合金從澆注、凝固到冷卻至室溫的過程中，其體積或尺寸縮減的現象。程中，其體積或尺寸縮減的現象。分為三類，液態收縮、凝固收縮和固態收縮。分為三類，液態收縮、凝固收縮和固態收縮。鑄件溫度降低鑄件溫度降低澆注溫度澆注溫度室溫室溫凝固終止溫度凝固終止溫度開始凝固溫度開始凝固溫度液態收縮液態收縮凝固收縮凝固收縮固態收縮固態收縮 體積收縮體積收縮線收縮線收縮2021/8/61是指單位體積的收縮量（體積收縮率）。是指單位體積

7、的收縮量（體積收縮率）。是指單位長度上的收縮量（線收縮率）。是指單位長度上的收縮量（線收縮率）。 %100110VVVV%100110LLLL 其中其中 V V0 0，L L0 0表示鑄件在高溫表示鑄件在高溫T T0 0時的體積和一維方向的長度；時的體積和一維方向的長度； V V1 1，L L1 1表示鑄件在高溫表示鑄件在高溫T T1 1時的體積和一維方向的長度。時的體積和一維方向的長度。 2021/8/61在鑄模尺寸設計時必須考慮鑄件的收縮因素。即利在鑄模尺寸設計時必須考慮鑄件的收縮因素。即利用每種材料特定的收縮率和實際鑄件的尺寸，來換算成鑄用每種材料特定的收縮率和實際鑄件的尺寸，來換算成鑄

8、模型腔的尺寸。模型腔的尺寸。 合金的收縮給鑄模的設計和鑄件的精密成形等帶來較合金的收縮給鑄模的設計和鑄件的精密成形等帶來較大困難，是多數鑄造缺陷產生的根源。大困難，是多數鑄造缺陷產生的根源。 表表2-1 2-1 典型合金的收縮率典型合金的收縮率V V2021/8/61 q 鑄造缺陷鑄造缺陷縮孔是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時，在鑄件縮孔是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時，在鑄件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容積較大的孔洞。的厚大部位及最后凝固部位形成一些容積較大的孔洞。先先凝固區域堵住液凝固區域堵住液體流動的通道，體流動的通道，后凝固區域收縮后凝固區域收縮所縮減的容積得所縮減的容積得不到補充。不到

9、補充。2021/8/61 疏松是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時，在鑄件疏松是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時，在鑄件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。當合金的結晶溫度范圍很寬或鑄件斷面溫當合金的結晶溫度范圍很寬或鑄件斷面溫度梯度較小時，凝固過程中有較寬的糊狀凝固兩相并存度梯度較小時，凝固過程中有較寬的糊狀凝固兩相并存的區域。隨著樹枝晶長大，該區域被分割成許多孤立的小的區域。隨著樹枝晶長大，該區域被分割成許多孤立的小熔池，各部分熔池內剩余液態合金的收縮得不到補充，最熔池，各部分熔池內剩余液態合金的收縮得不到補充，最后形成了形狀不一的分散性孔

10、洞后形成了形狀不一的分散性孔洞即縮松即縮松。 另外，疏松還可能由凝固時被截留在鑄件內的氣體無另外，疏松還可能由凝固時被截留在鑄件內的氣體無法排除所致。不過，疏松內表面應該是光滑，近似球狀。法排除所致。不過，疏松內表面應該是光滑，近似球狀。2021/8/61顯著降低鑄件的機械性能，造成鑄件滲漏等。顯著降低鑄件的機械性能，造成鑄件滲漏等。采取順序凝固的辦法避免縮孔、疏松的出現。采取順序凝固的辦法避免縮孔、疏松的出現。順序凝固示意圖順序凝固示意圖安裝冒口或放置冷鐵等工安裝冒口或放置冷鐵等工藝措施，使鑄件上遠離冒藝措施，使鑄件上遠離冒口的部位先凝固口的部位先凝固（圖中（圖中），爾后在靠近冒口的，爾后在

11、靠近冒口的部位凝固部位凝固（圖中（圖中、），最后是冒口本身凝固。最后是冒口本身凝固。是指通過在鑄件上可能出現疏松的厚大部位是指通過在鑄件上可能出現疏松的厚大部位2021/8/61內置冷鐵法內置冷鐵法外置冷鐵法外置冷鐵法2021/8/61 設置冒口法設置冒口法 冒口、冷鐵共用法冒口、冷鐵共用法2021/8/61 在鑄件的固態收縮階段會引起鑄造應力。在鑄件的固態收縮階段會引起鑄造應力。鑄造應力鑄造應力相變應力相變應力熱應力熱應力機械應力機械應力2021/8/61 鑄件特殊位置的裂紋示意圖鑄件特殊位置的裂紋示意圖2021/8/61以有利于釋放鑄造應力為原則；以有利于釋放鑄造應力為原則；1 1、采用正

12、確的鑄造工藝（、采用正確的鑄造工藝（正確設計澆注系統、補縮系統等）；正確設計澆注系統、補縮系統等）；2 2、鑄件形狀設計要求簡單、對稱和厚薄均勻；、鑄件形狀設計要求簡單、對稱和厚薄均勻；3 3、對鑄件進行熱處理。、對鑄件進行熱處理。 鼓鼓 泡泡 滲滲 漏漏2021/8/61 冷冷 隔隔 未未 注注 滿滿2021/8/61 砂型鑄造砂型鑄造是指用砂粒制備鑄型來生產鑄件的鑄造方是指用砂粒制備鑄型來生產鑄件的鑄造方法。可追溯到公元前法。可追溯到公元前30004000年，用石頭和金屬型做出年，用石頭和金屬型做出銅器。銅器。砂型鑄造概略圖砂型鑄造概略圖2021/8/61q 鑄模設計：鑄模設計： 澆注位置

13、：澆注位置： 指澆注時鑄件再鑄型中所處的位置。指澆注時鑄件再鑄型中所處的位置。分型面：分型面： 指鑄型的分割或裝配面。指鑄型的分割或裝配面。 正確設置澆注位置和分型面是完成造型、取模、設置正確設置澆注位置和分型面是完成造型、取模、設置澆冒系統和安裝砂芯的需要。澆冒系統和安裝砂芯的需要。 正確選擇收縮量、正確選擇收縮量、機械加工余量和拔模機械加工余量和拔模斜度等。斜度等。拔模斜度拔模斜度2021/8/61 澆注系統是鑄型中液態金屬流入型腔的通道；通常由澆注系統是鑄型中液態金屬流入型腔的通道；通常由交口杯、直澆道、橫澆道和內澆道等組成。交口杯、直澆道、橫澆道和內澆道等組成。設計原則：設計原則：確保

14、液態金屬能夠平穩確保液態金屬能夠平穩而合理地充滿型腔。而合理地充滿型腔。 為消除縮孔和疏松，必須為消除縮孔和疏松，必須設置冒口、冷鐵等補縮系統。設置冒口、冷鐵等補縮系統。澆注系統示意圖澆注系統示意圖2021/8/61設計原則：設計原則：1 1、冒口的凝固時間必須大于或等于鑄件被補縮部分的凝冒口的凝固時間必須大于或等于鑄件被補縮部分的凝固時間。固時間。2 2、冒口應具有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬液補冒口應具有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬液補充鑄件內部的體收縮。充鑄件內部的體收縮。3 3、在鑄件凝固時，冒口與被補縮部位之間應有通暢的補在鑄件凝固時，冒口與被補縮部位之間應有通暢的補縮通道。

15、縮通道。4 4、為增加鑄件局部冷卻速度，在鑄型局部區域設置激冷為增加鑄件局部冷卻速度，在鑄型局部區域設置激冷能力強的材料（如鑄鐵、石墨或鑄鋼等）作為冷鐵。能力強的材料（如鑄鐵、石墨或鑄鋼等）作為冷鐵。2021/8/61q 生產準備：生產準備： 模型的內輪廓應該與鑄件的外輪廓的形狀相一致，并模型的內輪廓應該與鑄件的外輪廓的形狀相一致，并且在尺寸上比鑄件且在尺寸上比鑄件大出一個收縮量大出一個收縮量。 對于有孔或中空的鑄件，需在模腔中對于有孔或中空的鑄件，需在模腔中放置型芯放置型芯來獲得。來獲得。型芯的尺寸設計也要考慮到收縮量的問題。型芯的尺寸設計也要考慮到收縮量的問題。2021/8/61 技術要求

16、：技術要求：型（芯）砂具有一定的強度、透氣性、退讓性型（芯）砂具有一定的強度、透氣性、退讓性盒潰散性等。盒潰散性等。影響因素：影響因素：1 1、 主要指砂型主要指砂型 的緊實程度。的緊實程度。（右圖表示（右圖表示 了幾種常用了幾種常用的壓實型砂的壓實型砂的方法）的方法）2021/8/612 2、型砂的影響：型砂的影響： 1 1）原砂、粘結劑和稀釋劑的成分配比；）原砂、粘結劑和稀釋劑的成分配比； 型型 砂砂稀釋劑稀釋劑原原 砂砂粘結劑粘結劑鉻鐵礦砂鉻鐵礦砂水溶劑水溶劑粘粘 土土水玻璃水玻璃樹樹 脂脂石英砂石英砂鋯英砂鋯英砂2 2）原砂的形狀、粒度狀況）原砂的形狀、粒度狀況 一般認為：粒度在小尺寸

17、范圍呈正態分布，有利于一般認為：粒度在小尺寸范圍呈正態分布，有利于 砂型強度的提高，但透氣性較差。砂型強度的提高，但透氣性較差。 2021/8/61 2021/8/61q 特點及應用：特點及應用：1 1、不受鑄件材質、尺寸、質量和生產批量的限制；、不受鑄件材質、尺寸、質量和生產批量的限制；2 2、屬于一次性鑄造成形，造型工作量大；、屬于一次性鑄造成形，造型工作量大；3 3、鑄件精度和表面質量差；、鑄件精度和表面質量差；4 4、砂型鑄造缺陷多，廢品率高，機械性能較差；、砂型鑄造缺陷多，廢品率高，機械性能較差；5 5、設備簡單、投資少，價格低廉，應用廣泛。、設備簡單、投資少，價格低廉，應用廣泛。2

18、021/8/61 為獲得高質量、高精度的鑄件，提高生產率，人們在為獲得高質量、高精度的鑄件，提高生產率，人們在砂型鑄造的基礎上，創造了多種其它的鑄造方法；通常把砂型鑄造的基礎上，創造了多種其它的鑄造方法；通常把這些有別于砂型鑄造的其他鑄造方法通稱為特種鑄造。這些有別于砂型鑄造的其他鑄造方法通稱為特種鑄造。金屬型金屬型鑄造鑄造熔模鑄造熔模鑄造消失模消失模鑄造鑄造連續鑄造連續鑄造離心鑄造離心鑄造低壓鑄造低壓鑄造壓力鑄造壓力鑄造2021/8/61q 金屬型鑄造：金屬型鑄造： 金屬型鑄造是指利用金屬材料制成鑄型，在重力金屬型鑄造是指利用金屬材料制成鑄型，在重力作用下將熔融金屬澆注到鑄型中制造鑄件的一種

19、鑄造方法，作用下將熔融金屬澆注到鑄型中制造鑄件的一種鑄造方法，也稱永久型鑄造。也稱永久型鑄造。 2021/8/61 1 1、可重復使用，生產效率高，勞動條件好，但成本高；、可重復使用，生產效率高，勞動條件好，但成本高； 2 2、鑄件精度高，表面粗糙度較低；、鑄件精度高，表面粗糙度較低； 3 3、金屬散熱性能好，晶粒細化，機械性能好；、金屬散熱性能好，晶粒細化，機械性能好； 4 4、不透氣且無退讓性，易造成鑄件澆不足或開裂。、不透氣且無退讓性，易造成鑄件澆不足或開裂。 5 5、適于生產大批量有色金屬鑄件。、適于生產大批量有色金屬鑄件。q 熔模鑄造：熔模鑄造： 2021/8/61 2021/8/6

20、1 1 1、鑄件尺寸精度高，表面光潔；、鑄件尺寸精度高，表面光潔； 2 2、可鑄造形狀復雜零件；、可鑄造形狀復雜零件； 3 3、工藝過程復雜，生產周期長，成本高；、工藝過程復雜，生產周期長，成本高； 4 4、適于鑄造小尺寸的各類合金鑄件，特別是少切削或、適于鑄造小尺寸的各類合金鑄件，特別是少切削或 無切削精密鑄件。無切削精密鑄件。 航空發動機葉片早期采用變形高溫合金材料，隨著航空發動機葉片早期采用變形高溫合金材料，隨著合金材料強度要求的提高，人們采用合金化的方法來提合金材料強度要求的提高，人們采用合金化的方法來提高強度，效果明顯，但同時也增加了材料的加工難度。高強度，效果明顯，但同時也增加了材

21、料的加工難度。2021/8/61 目前，世界各國等軸晶葉片的生產通常利用真空環境目前，世界各國等軸晶葉片的生產通常利用真空環境下的熔模鑄造來解決這一技術難題。下的熔模鑄造來解決這一技術難題。2021/8/612021/8/61q 壓力鑄造：壓力鑄造： 2021/8/61 大型壓鑄機及壓鑄模大型壓鑄機及壓鑄模2021/8/61 1 1、澆注時間短，易于機械化、自動化作業；、澆注時間短，易于機械化、自動化作業； 2 2、鑄型散熱快，晶粒細化，耐磨、耐蝕性好；、鑄型散熱快，晶粒細化，耐磨、耐蝕性好； 3 3、鑄件尺寸精度高，表面光潔；、鑄件尺寸精度高，表面光潔； 4 4、凝固速度快，排氣困難，易形成

22、疏松和縮孔；、凝固速度快，排氣困難，易形成疏松和縮孔； 5 5、模具成本高，鑄件尺寸受限；、模具成本高，鑄件尺寸受限； 6 6、適于有色金屬薄壁復雜鑄件的大批量生產。、適于有色金屬薄壁復雜鑄件的大批量生產。2021/8/61q 低壓鑄造：低壓鑄造： 2021/8/61 低壓鑄造火車車輪示意圖低壓鑄造火車車輪示意圖2021/8/61 1 1、充型壓力和充型速度易于控制，氣孔、夾渣較少；、充型壓力和充型速度易于控制，氣孔、夾渣較少； 2 2、鑄型散熱快，組織致密，機械性能好；、鑄型散熱快，組織致密，機械性能好； 3 3、無需冒口設置，金屬利用率高；、無需冒口設置，金屬利用率高； 4 4、鑄件尺寸精度高，表面光潔；、鑄件尺寸精度高，表面光潔； 5 5、適于生產質量要求高的鋁鎂等有色金屬鑄件。、適于生產質量要求高的鋁鎂等有色金屬鑄件。q 離心鑄造：離心鑄造： 2021/8/61 2021/8/61 2 2、改善金屬的流動性，提高了充型能力；、改善金屬的流動性，提高了充型能力； 3 3、