1、課程性質(zhì)性質(zhì)：機(jī)械制造基礎(chǔ)(金屬工藝學(xué))是一門有關(guān)制造金屬零件常用的加工及工藝方法的綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課。加工方法鑄造壓力加工焊接熱處理 切削加工用材（金屬及合金）鋼材、鍛件、鑄件等。熱加工工藝毛坯金屬材料冷加工工藝零件金屬材料或毛坯改善金屬材料或毛坯的加工性能和力學(xué)性能課程主要內(nèi)容金屬材料導(dǎo)論(工程材料)鑄造金屬壓力加工焊接切削加工金屬材料導(dǎo)論鑄造壓力加工焊接切削加工汽車生產(chǎn)物流示意圖壓力加工油漆車身裝配內(nèi)部裝飾驅(qū)動(dòng)橋裝配變速箱裝配輪胎裝配底盤裝配 車身安裝 最后試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)機(jī)械加工熱處理鍛造熔化造型澆鑄壓鑄油漆機(jī)械加工自動(dòng)線熱處理第二篇 鑄造定義：將液態(tài)金屬澆注到具有與零件形狀、尺

2、寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)（成形）方法，稱為鑄造，是生產(chǎn)金屬零件和毛坯的主要形式之一。鑄造的特點(diǎn) 2鑄件成本低原材料：來源廣、價(jià)格低、投資少、易生產(chǎn)鑄件：機(jī)械加工量相對(duì)較小，成本低 缺點(diǎn): 1廢品率較高，生產(chǎn)過程難以控制； 2鑄件力學(xué)性能較差； 3砂型鑄造鑄件精度較差。優(yōu)點(diǎn)：1具有較強(qiáng)的適應(yīng)性 與其他零件成形工藝相比，鑄造成形具有生產(chǎn)成本低，工藝靈活性大，不受零件尺寸大小及形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度限制等特點(diǎn)。鑄造不僅是生產(chǎn)毛坯的基本方法，而且用精密鑄造還可制得精度高和表面粗糙度低的零件。本篇的內(nèi)容鑄造工藝基礎(chǔ)液體合金的充型凝固與收縮鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋常用合金鑄件的生

3、產(chǎn)砂型鑄造特種鑄造鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一章鑄造工藝基礎(chǔ)（一）合金的鑄造性能 合金的鑄造性能是合金鑄造成型所表現(xiàn)的工藝性能，主要包括流動(dòng)性、收縮性等。合金的鑄造性能是選擇鑄造合金、確定鑄造工藝方案及進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，合金鑄造性能的好壞，直接影響鑄件質(zhì)量。 充型能力 液態(tài)金屬充滿鑄型，獲得尺寸精確、輪廓清晰的鑄件，取決于充型能力。在液態(tài)合金充型過程中，一般伴隨著結(jié)晶現(xiàn)象，若充型能力不足，在型腔被填滿之前，形成的晶粒將充型的通道堵塞，金屬液被迫停止流動(dòng)，鑄件將產(chǎn)生澆不足或冷隔等缺陷。第一章鑄造工藝基礎(chǔ) 充型能力首先取決于金屬液本身的流動(dòng)能力，同時(shí)又受鑄型性質(zhì)、澆注條件及鑄件結(jié)構(gòu)等因素的影響。 影響充

4、型能力的因素： 合金的流動(dòng)性、鑄型的蓄熱系數(shù)、鑄型溫度、鑄型中的氣體、澆注溫度、充型壓力、澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、鑄件的折算厚度、鑄件的復(fù)雜程度等。如表2-1所示。 表1-1 影響充型能力的因素和原因7 續(xù)表1-1 影響充型能力的因素和原因8液態(tài)合金的充型一、合金的流動(dòng)性（合金的本質(zhì)屬性） 是指液態(tài)金屬的流動(dòng)能力，在鑄造時(shí)即表現(xiàn)為液態(tài)金屬充填鑄型的能力。 流動(dòng)性好：合金液體在撓注后不僅可以獲得輪廓清晰、尺寸精確、薄而復(fù)雜的鑄件，而且有助于合金在鑄型中收縮時(shí)得到補(bǔ)充。有利于液態(tài)金屬中的非金屬夾雜物和氣體的上浮與排除。 流動(dòng)性不好：則鑄件會(huì)產(chǎn)生澆不足或冷隔缺陷，其他如氣空、夾渣和縮孔等缺陷也容易產(chǎn)生。流動(dòng)

5、性判定方法：以“螺旋形”試樣長度來衡量。相同澆注條件: 合金的流動(dòng)性越好, 所澆出的試樣越長。實(shí)驗(yàn)得知: 灰鑄鐵、硅黃銅的流動(dòng)性為最好；鋁合金其次；鑄鋼的流動(dòng)性最差。流動(dòng)性判定方法液態(tài)合金的充型一 合金的流動(dòng)性影響流動(dòng)性的主要因素： 合金的化學(xué)成分、澆注溫度以及鑄型的充填條件。合金對(duì)流動(dòng)性影響：1)熔點(diǎn) 合金的熔點(diǎn)越高流動(dòng)性越差。這是因?yàn)榻饘僖号c環(huán)境溫差大熱量容易散失，保持液態(tài)時(shí)間短；2)結(jié)晶區(qū)間 合金結(jié)晶溫度區(qū)間越大流動(dòng)性越差。因?yàn)楹辖鹉虝r(shí)存在一個(gè)寬的液固兩相共存區(qū)，增大了金屬液的粘度和流動(dòng)阻力。因此，純金屬或共晶成分的合金流動(dòng)性最好；3)雜質(zhì)元素 合金成分中凡能形成高熔點(diǎn)夾雜物的元素，均

6、會(huì)降低合金的流動(dòng)性。圖2-2 合金流動(dòng)性與含碳量關(guān)系 液態(tài)合金的充型二 澆注條件1. 澆注溫度澆注溫度高 合金的粘度下降，流動(dòng)性增強(qiáng)，充型能力提高對(duì)薄壁鑄件或流動(dòng)性較差的合金適當(dāng)提高澆注溫度，可以防止?jié)膊蛔愫屠涓羧毕荨沧囟冗^高: 金屬的收縮量增加吸氣增多，氧化也越嚴(yán)重。鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松、粘砂、氣孔、粗晶等缺陷，保證充型能力前提下，澆注溫度不宜過高。2. 充型壓力液態(tài)合金流動(dòng)方向壓力大 充型能力強(qiáng) 液態(tài)合金的充型 三 鑄型填充條件 鑄型中凡能增加金屬流動(dòng)阻力，降低流速和加快冷卻速度的因素，均能降低合金的流動(dòng)性。鑄型材料 鑄型材料導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容高 對(duì)液態(tài)合金激冷能力強(qiáng) 充型能力低 鑄型溫

7、度由于鑄型預(yù)熱 金屬液冷卻速度低 充型能力強(qiáng) 鑄型中氣體 （鑄型中將產(chǎn)生大量氣體，阻礙液態(tài)合金的充型）鑄型排氣能力強(qiáng) 透氣性高 充型能力強(qiáng) 一鑄件的凝固方式 液態(tài)合金的結(jié)晶與凝固，是鑄件形成過程的關(guān)鍵問題，在很大程度上決定了鑄件的鑄態(tài)組織及某些鑄造缺陷的形成，冷卻與凝固對(duì)鑄件質(zhì)量，特別是鑄件力學(xué)性能，起決定性的作用。 一般將鑄件的凝固方式分為三種類型：逐層凝固方式、糊狀凝固方式和中間凝固方式。鑄件的“凝固方式”是依據(jù)凝固區(qū)的寬窄來劃分的。 12鑄件的凝固與收縮圖2.3 鑄件的凝固方式鑄件的凝固與收縮 在鑄件的凝固過程中，其斷面上一般存在三個(gè)區(qū)域，即固相區(qū)、凝固區(qū)和液相區(qū)，其中對(duì)鑄件質(zhì)量影響較大

8、的主要是液相和固相并存的凝固區(qū)的寬窄。鑄件的凝固與收縮鑄件的凝固方式逐層凝固純金屬或共晶成分合金在凝固過程中，不存在液、固并存的凝固區(qū)，斷面上外層的固相和內(nèi)層的液相由一條界限分開。隨著溫度的下降，固體層不斷加厚、液體層不斷減少，直到鑄件的中心，稱為逐層凝固，充型能力強(qiáng)。糊狀凝固合金的結(jié)晶溫度范圍越寬，鑄件的溫度分布較均衡，在凝固的某段時(shí)間內(nèi)，不存在固體層，而液、固并存的凝固區(qū)貫穿整個(gè)斷面，稱為模糊凝固。易產(chǎn)生缺陷。中間凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間的凝固方式，稱為中間凝固。鑄件的凝固與收縮鑄件的凝固方式鑄件質(zhì)量與凝固方式密切相關(guān) 逐層凝固，充型能力強(qiáng)，便于防止縮孔、縮松 灰鑄鐵和鋁硅合金等傾向

9、于逐層凝固 糊狀凝固，難以獲得結(jié)晶緊實(shí)的鑄件 球鐵傾向于糊狀凝固鑄件的凝固與收縮鑄造合金的收縮 合金從澆注、凝固直至冷卻到室溫，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象，稱收縮。 收縮是多種鑄造缺陷的根源，如縮孔、縮松、裂紋、變形和殘余應(yīng)力等。收縮的三個(gè)階段 (1)液態(tài)收縮 從澆注溫度到凝固開始溫度間的收縮。表現(xiàn)為型腔內(nèi)液面的降低(體積收縮)。 (2)凝固收縮 從凝固開始溫度到凝固終止溫度間的收縮。表現(xiàn)為型腔內(nèi)液面的降低(體積收縮)，是縮松(孔)的基本原因 (3)固態(tài)收縮 從凝固終止溫度到室溫間的收縮。表現(xiàn)為三個(gè)方向線尺寸的縮小，即三個(gè)方向的線收縮，是鑄造應(yīng)力和變形、裂紋基本原因。鑄件的凝固與收縮鑄件的實(shí)際收縮

10、率與其化學(xué)成分、澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件有關(guān)。影響鑄造合金收縮的因素化學(xué)成分:不同種類的合金，其收縮率不同。在常用的鑄 造合金中鑄鋼的收縮最大， 灰鑄鐵最小（表-）。鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件 : 鑄件在鑄型中各部分冷卻速度不一，彼此相互制約，產(chǎn)生收縮阻力。鑄型和型芯對(duì)鑄件收縮產(chǎn)生機(jī)械阻力(如圖)，故實(shí)際線收縮率比自由線收縮率小。設(shè)計(jì)模樣時(shí)，須根據(jù)合金的種類，鑄件的形狀、尺寸等，選擇收縮率。澆注溫度: 澆注溫度愈高，液態(tài)收縮愈大，一般澆注溫度每提高100度，體積收縮將會(huì)增加1.6左右。 0.81.01.01.2鋁硅合金1.61.71.71.8硅黃銅1.61.82.02.2無錫青銅1.21.4錫青銅

11、1.31.71.62.0碳鋼和低合金鋼0.81.0球墨鑄鐵0.90.80.71.00.90.8中小型鑄件中大型鑄件特大型鑄件灰鑄鐵受阻收縮自由收縮鑄造收縮率（）合金種類表2-2砂型鑄造時(shí)幾種合金的鑄造收縮率的經(jīng)驗(yàn)值鑄件的凝固與收縮鑄件中的縮孔與縮松縮孔與縮松的形成：合金液在鑄型內(nèi)冷凝過程中，體積收縮得不到補(bǔ)充時(shí)，將在鑄件最后凝固部位形成空洞。按空洞的大小和分布分為縮孔和縮松?？s孔和縮松可使鑄件力學(xué)性能、氣密性和物化性能大大降低，以至成為廢品。是極其有害的鑄造缺陷之一。（）縮孔 集中在鑄件上部或最后凝固部位容積較大的空洞。形狀不規(guī)則，多呈倒錐形，內(nèi)表面粗糙。形成過程圖-縮孔形成過程示意圖鑄件的凝

12、固與收縮（）縮松 縮松的形成 縮松是分散在某區(qū)域內(nèi)的細(xì)小縮孔。產(chǎn)生縮松的原因是由于鑄件最后凝固區(qū)域的收縮未能得到補(bǔ)足或者是由于合金的結(jié)晶區(qū)間太寬，被樹枝狀晶分隔開的小液體難以得到補(bǔ)縮所致。如圖所示，縮松隱藏于鑄件內(nèi)部，外觀難以發(fā)現(xiàn)。 不同鑄造合金的縮孔和縮松傾向不同。純金屬、共晶合金或窄結(jié)晶溫度范圍合金的縮孔傾向大、縮松傾向?。悍粗Y(jié)晶區(qū)間大的合金縮孔傾向雖小，但極易產(chǎn)生縮松。采用一些工藝措施可以控制鑄件的凝固方式,縮孔和縮松可在一定范圍內(nèi)使其互相轉(zhuǎn)化。 集中縮孔易于檢查和修補(bǔ)，便于采取工藝措施防止。但縮松，特別是顯微縮松，分布面廣，既難以補(bǔ)縮，又難以發(fā)現(xiàn)。合金液態(tài)收縮和凝固收縮愈大(如鑄鋼

13、、白口鑄鐵、鋁青銅等),收縮的容積就愈大，愈易形成縮孔。合金澆注溫度愈高，液態(tài)收縮也愈大(通常每提高100，體積收縮增加1.6%左右)，愈易產(chǎn)生縮孔。結(jié)晶間隔大的合金，易于產(chǎn)生縮松；純金屬或共晶成分的合金，易于形成集中的縮孔。圖表示相圖與縮孔、縮松和鑄件致密性的關(guān)系。 25鑄件的凝固與收縮圖2-6 相圖與縮孔/縮松和鑄件致密性的關(guān)系26鑄件的凝固與收縮 縮孔和縮松的防止縮孔和縮松都會(huì)使鑄件的機(jī)械性能下降。縮松還影響鑄件的氣密性和物理、化學(xué)性能。因此，必須根據(jù)技術(shù)要求，采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧枰苑乐埂?基本原則：針對(duì)該合金的收縮和凝固特點(diǎn)制定正確的鑄造工藝，使鑄件在凝固過程中建立良好的補(bǔ)縮條件，盡

14、可能使縮松轉(zhuǎn)化為縮孔，并使縮孔出現(xiàn)在鑄件最后凝固的地方。這樣，在鑄件最后凝固的地方安置一定尺寸的冒口，使縮孔集中于冒口中，或者把澆口開在最后凝固的地方直接補(bǔ)縮，就可以獲得健全的鑄件。 (1) 使縮松轉(zhuǎn)化為縮孔的方法 縮松轉(zhuǎn)化為縮孔的途徑可從兩方面考慮： 第一，盡量選擇凝固區(qū)域較窄的合金，使合金傾向于逐層凝固，從根本上解決縮松的生成條件； 第二，對(duì)一些凝固區(qū)域較寬的合金，可采用增大凝固的溫度梯度辦法，使合金盡可能地趨向于逐層凝固。32鑄件的凝固與收縮 (2) 防止縮孔的方法 要使鑄件在凝固過程中建立良好的補(bǔ)縮條件，主要是通過控制鑄件的凝固方向使之符合“定向凝固原則”。 鑄件的定向凝固原則，是采用

15、各種措施保證鑄件結(jié)構(gòu)上各部分，按照遠(yuǎn)離冒口的部分最先凝固，然后朝冒口方向凝固，最后才是冒口本身凝固的次序進(jìn)行，亦即使鑄件上遠(yuǎn)離冒口或澆口的部分到冒口或澆口之間建立一個(gè)遞增的溫度梯度，如圖2-7所示。鑄件按照定向凝固原則進(jìn)行凝固，能保證縮孔集中在冒口中，獲得致密的鑄件。33鑄件的凝固與收縮定向凝固方式示意圖 定向凝固的優(yōu)點(diǎn)是：冒口補(bǔ)縮作用好，可防止縮孔和縮松，鑄件致密。因此對(duì)于凝固收縮大，結(jié)晶溫度范圍較小的合金，常采用定向凝固原則以保證鑄件質(zhì)量。 定向凝固的缺點(diǎn)是：由于鑄件各部分有溫差，在凝固期間容易產(chǎn)生熱裂，凝固后也容易使鑄件產(chǎn)生應(yīng)力和變形。定向凝固原則需加冒口和補(bǔ)貼（在靠近冒口的鑄件壁上逐漸

16、增加的厚度），工藝出品率低，且切割冒口費(fèi)工。34圖2-7 定向凝固方式示意圖鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋鑄造內(nèi)應(yīng)力定義：鑄件在凝固后繼續(xù)冷卻時(shí)，若在固態(tài)收縮階段受到阻礙，則將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，稱為鑄造內(nèi)應(yīng)力。產(chǎn)生鑄件變形、裂紋等缺陷的主要原因。種類：按照內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生原因分熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。1)熱應(yīng)力 鑄造熱應(yīng)力是由于鑄件壁厚有厚薄，冷卻有先后，造成鑄件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表層受壓縮。鑄件的壁厚差別愈大，合金的線收縮率愈高，彈性模量愈大，熱應(yīng)力也就愈大。28 2)機(jī)械應(yīng)力 鑄件在固態(tài)收縮時(shí)，因受到鑄型、型芯、澆冒口、箱擋等外力阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為機(jī)械應(yīng)力，見圖2-8。機(jī)械應(yīng)力使鑄件產(chǎn)生拉應(yīng)力或切應(yīng)力。當(dāng)

17、鑄件落砂清理，障礙消除后，這種機(jī)械應(yīng)力也隨之消失。 如果在某一瞬間機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力同時(shí)作用超過了鑄件的強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件將產(chǎn)生裂紋。29鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋 2. 防止應(yīng)力和變形的方法 鑄造熱應(yīng)力是由于鑄件壁厚有大小，冷卻有先后，致使鑄件收縮不一致而形成。防止熱應(yīng)力和變形的方法就是創(chuàng)造一個(gè)凝固條件，保證鑄件結(jié)構(gòu)的溫度盡量均勻一致。 同時(shí)凝固原則 如圖所示，為使鑄件各部分溫度均勻，同時(shí)進(jìn)行凝固，將內(nèi)澆道設(shè)在薄壁處使薄壁處鑄型在澆注過程中的升溫較厚壁處高，可補(bǔ)償薄壁處的冷速快的現(xiàn)象。另外，在厚壁處設(shè)置冷鐵，使厚壁處的冷卻速度加快。鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋圖2-8 同時(shí)凝固原則示意圖 冷鐵的作用是加快

18、鑄件某處的冷卻速度，以控制或改變鑄件的凝固順序。 2. 防止應(yīng)力和變形的方法 同時(shí)凝固原則 為了實(shí)現(xiàn)定向凝固，除在鑄件的厚大部位安放冒口外，還可以在鑄件上某些厚大部位增設(shè)冷鐵。如圖所示，由于鑄件上容易產(chǎn)生縮孔的厚大部位即熱節(jié)不止一個(gè)，僅靠鑄件頂部的冒口補(bǔ)縮，難以保證鑄件底部厚大部位不出現(xiàn)縮孔。為此，在該處設(shè)置冷鐵，以加快其冷卻速度，使其最先凝固，以實(shí)現(xiàn)自下而上的順序凝固。鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋圖2-8 冷鐵的應(yīng)用 同時(shí)凝固原則的優(yōu)點(diǎn)： 凝固期間不容易產(chǎn)生熱裂，凝固后也不易引起應(yīng)力、變形；由于不用冒口或冒口很小而節(jié)省金屬，簡(jiǎn)化工藝、減少工作量。缺點(diǎn)是鑄件中心區(qū)域往往有縮松，鑄件不致密。同時(shí)凝固一

19、般用于以下情況：碳硅含量高的灰鑄鐵，其體積收縮較小甚至不收縮，合金本身不易產(chǎn)生縮孔和縮松。(2) 結(jié)晶溫度范圍大，容易產(chǎn)生縮松的合金（如錫青銅），對(duì)氣密性要求不高時(shí)，可采用同時(shí)凝固。36鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋鑄件的變形: 當(dāng)鑄件厚薄不均時(shí)，因冷卻速度不同，各處的溫度不均勻，在鑄件中將產(chǎn)生熱應(yīng)力。厚的部位受拉伸。薄的部位受壓縮。這樣處于應(yīng)力屈服的鑄件是不穩(wěn)定的，將通過變形以減少內(nèi)應(yīng)力趨于穩(wěn)定狀態(tài)因此，鑄件常發(fā)生不同程度的變形，其變形方向則是受壓縮的部位向外凸受拉伸的部位向內(nèi)凹。細(xì)而長或大而薄等剛度差的鑄件變形尤為明顯。30鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋圖2-11圖為車床床身，導(dǎo)軌部

20、分較厚，鑄后產(chǎn)生拉應(yīng)力，側(cè)壁較薄，鑄后產(chǎn)生壓應(yīng)力。變形的結(jié)果，導(dǎo)軌面中心下凹，側(cè)壁凸起。鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋鑄件的變形與防止圖為平板形鑄件的變形，平板中心冷卻比四周慢，鑄后產(chǎn)生拉應(yīng)力，而四周產(chǎn)生壓應(yīng)力，當(dāng)平板上、下面有溫差時(shí)，就可能產(chǎn)生撓曲變形。圖 平板形鑄件的變形鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋鑄件的變形與防止圖是皮帶輪的變形。皮帶輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是輪緣和輪輻比輪轂薄，當(dāng)輪轂進(jìn)入彈性狀態(tài)時(shí)，輪緣和輪輻的溫度比輪轂低，輪轂的繼續(xù)收縮受到輪緣和輪輻的阻礙、輪緣受壓應(yīng)力，輪轂和輪輻受拉應(yīng)力。如圖（b）所示，P1為輪轂和輪輻把輪緣向里拉的力，P2是鑄型阻礙輪緣收縮的力。結(jié)果有可能把輪緣拉成波浪形。在切削加工時(shí)A處

21、可能會(huì)出現(xiàn)加工余量不足，B處加工后輪緣可能變得過薄。鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋鑄件的變形與防止 鑄件的變形往往使鑄件精度降低，嚴(yán)重時(shí)可能使鑄件報(bào)廢必須予以防止。 防止：設(shè)計(jì)鑄件時(shí)，力求壁厚均勻、形狀簡(jiǎn)單而對(duì)稱。對(duì)于細(xì)而長、大而薄等易變形鑄件，可將模樣制成與鑄件變形方向相反的形狀，待鑄件冷卻后變形正好與相反的形狀抵消，稱“反變形法” 。對(duì)不允許發(fā)生變形的機(jī)件必須進(jìn)行時(shí)效處理自然時(shí)效和人工時(shí)效鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋鑄件的裂紋與防止 定義：當(dāng)鑄件內(nèi)應(yīng)力超過合金的強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件便產(chǎn)生裂紋。按裂紋形成的溫度范圍可分為熱裂和冷裂。 1.熱裂 高溫下形成的裂紋。特征: 縫隙寬、形狀曲折、縫內(nèi)呈氧化色。沿晶粒邊

22、界產(chǎn)生和發(fā)展。合金結(jié)晶溫度愈寬，液固兩相區(qū)絕對(duì)收縮量愈大，熱裂傾向大；含硫愈高，熱裂傾向大；反之，鑄型退讓性愈好，機(jī)械應(yīng)力愈小，熱裂傾向小。 熱裂是鑄鋼件、可鍛鑄鐵件和某些輕合金鑄件生產(chǎn)中最常見的鑄造缺陷之一。防止此類缺陷的方法一般是使鑄件結(jié)構(gòu)合理（圖），提高鑄型和型芯的退讓性，減小澆，冒口對(duì)鑄件收縮的機(jī)械阻礙，內(nèi)燒口設(shè)置符合同時(shí)凝固方式，此外應(yīng)盡量降低金屬中有害雜質(zhì)硫、磷的含量，減少低熔點(diǎn)化合物，提高金屬的高溫強(qiáng)度。鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋鑄件的裂紋與防止 2.冷裂 較低溫下形成的裂紋。特征: 裂紋細(xì)小、呈連續(xù)直線狀。常發(fā)生在形狀復(fù)雜工件受拉伸部位、特別是應(yīng)力集中處。塑性好的合金，冷裂傾向小；

23、反之，脆性大，冷裂傾向大。防止冷裂的措施，消除內(nèi)應(yīng)力，控制含磷量。 冷裂常出現(xiàn)在鑄件受拉應(yīng)力部位，尤其是應(yīng)力集中的地方。圖是帶輪和飛輪鑄件的冷裂現(xiàn)象。帶輪的輪緣、輪輻比輪轂薄，冷卻速度較快，比輪轂先收縮，并對(duì)輪轂施加壓力，輪轂產(chǎn)生塑性變形。但當(dāng)輪轂溫度冷至較低溫度進(jìn)行收縮時(shí)，卻受到先已冷卻的輪緣的阻礙，輪輻中就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，拉應(yīng)力過大時(shí)輪轂發(fā)生斷裂，形成冷裂。飛輪的輪緣較厚輪輻和輪轂較薄，易在輪緣中產(chǎn)生拉應(yīng)力引起冷裂。作業(yè):P48: (2),(4),(5), (6),(7), (8).第三章 砂型鑄造鑄造方法可分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類 砂型鑄造是將熔化的金屬注入砂型，凝固后獲得鑄件的方法，

24、砂型在取出鑄件后便損壞。所以砂型鑄造也稱一次型鑄造。砂型鑄造的工序較多，其基本工藝過程如圖所示。3.1 砂型鑄造工藝過程 第三章 砂型鑄造其工藝流程如圖所示砂型鑄造鑄造工藝圖： 在零件圖上用各種工藝符號(hào)及參數(shù)表示出鑄造工藝方案的圖形。鑄造工藝圖的作用： 指導(dǎo)模樣（芯盒）設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)備、鑄型制造和鑄件檢驗(yàn)的基本工藝文件鑄造工藝圖所含內(nèi)容（9項(xiàng)） 澆注位置，鑄型分型面，型芯的數(shù)量、形狀、尺寸及其固定方法，加工余量，收縮率，澆注系統(tǒng)，起模斜度，冒口和冷鐵的尺寸和布置等。砂型鑄造砂型鑄造主要工序包括：型砂、芯砂的制備、造芯、撓注等 造型 用模樣形成砂型的內(nèi)腔，在澆注后形成鑄件外部輪廓。它是砂型鑄造的最

25、基本工序，分為手工造型和機(jī)器造型兩大類。 型芯 主要用于形成鑄件的內(nèi)腔。澆注時(shí)，型芯易受金屬液的沖擊并處于液態(tài)金屬的包圍之中，因此，型芯應(yīng)具有更高的強(qiáng)度、透氣性、耐火性和退讓性，以確保鑄件的質(zhì)量。生產(chǎn)中，通常選用新砂，以桐油、合脂或樹脂等作粘結(jié)劑。型芯需經(jīng)烘干處理，其目的是增加強(qiáng)度和透氣性，減少型芯的發(fā)氣量。 造芯 將芯砂填人芯盒，經(jīng)舂緊、修整等工序后即制成造芯。砂型鑄造造型方法的選擇手工造型 用手工或手動(dòng)工具完成緊砂、起模、修型工序。操作靈活，可按鑄件尺寸、形狀、批量與現(xiàn)場(chǎng)條件靈活選用造型方法，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，效率低，質(zhì)量穩(wěn)定性差，對(duì)工人技術(shù)要求高，勞動(dòng)強(qiáng)度大。適用范圍：?jiǎn)渭⑿∨胯T件或難

26、以用造型機(jī)械生產(chǎn)的形狀復(fù)雜的大型鑄件。砂型鑄造手工造型 （1）整模造型 整模造型過程如圖所示。整模造型的特點(diǎn)是：模樣是整體結(jié)構(gòu)，最大截面在模樣一端為平面；分型面多為平面；操作簡(jiǎn)單。整模造型適用于形狀簡(jiǎn)單的鑄件，如盤、蓋類。(a)造下砂型、添砂、舂砂 (b)刮平、翻箱 (c)造上型、扎氣孔、做泥號(hào)(d)起箱、起模、開澆口 (e)合型 (f)落砂后帶澆口的鑄件圖 齒輪整模造型過程砂型鑄造手工造型 （2）分模造型 分模造型的特點(diǎn)是：模樣是分開的，模樣的分開面（稱為分型面）必須是模樣的最大截面，以利于起模。分模造型過程與整模造型基本相似，不同的是造上型時(shí)增加放上模樣和取上半模樣兩個(gè)操作。套筒的分模造型

27、過程如圖所示。分模造型適用于形狀復(fù)雜的鑄件，如套筒、管子和閥體等。 圖 套筒分模造型過程(a)造下型 (b)造上型 (c)開箱、起模 (d)開澆口、下芯 (e)合型 (f)帶澆口的鑄件砂型鑄造手工造型 (3)活塊模造型 模樣上可拆卸或能活動(dòng)的部分叫活塊。當(dāng)模樣上有妨礙起模的側(cè)面伸出部分(如小凸臺(tái))時(shí)，常將該部分做成活塊。起模時(shí)，先將模樣主體取出，再將留在鑄型內(nèi)的活塊單獨(dú)取出，這種方法稱為活塊模造型。用釘子連接的活塊模造型時(shí)(如圖)，應(yīng)注意先將活塊四周的型砂塞緊，然后拔出釘子。圖 活塊造型零件圖 鑄件 模樣 (a)造下型、拔出釘子 (b)取出模樣主體 (c)取出活塊1-用釘子連接活塊 2-用燕尾

28、連接活塊砂型鑄造手工造型 (4)挖砂造型 當(dāng)鑄件按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)需要采用分模造型，但由于條件限制(如模樣太薄，制模困難)仍做成整模時(shí)，為便于起模，下型分型面需挖成曲面或有高低變化的階梯形狀(稱不平分型面)，這種方法叫挖砂造型。手輪的挖砂造型過程如圖所示。 零件圖 (a)造下型 (b)翻下型、挖修分型面(c)造上型、敞箱、起模 (d)合箱 (e)帶澆口的鑄件圖 手輪的挖砂造型過程砂型鑄造手工造型 (5)三箱造型 用三個(gè)砂箱制造鑄型的過程稱為三箱造型。前述各種造型方法都是使用兩個(gè)砂箱，操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛。但有些鑄件如兩端截面尺寸大于中間截面時(shí)，需要用三個(gè)砂箱，從兩個(gè)方向分別起模。圖為帶輪的三箱造型過程。

29、 鑄件圖 模樣 (a)造下箱 (b)翻箱、造中箱 (c)造上箱 (d依次取箱 (e)下芯合型圖 帶輪的三箱造型過程砂型鑄造手工造型 (6)刮板造型 尺寸大于500mm的旋轉(zhuǎn)體鑄件，如帶輪、飛輪、大齒輪等單件生產(chǎn)時(shí)，為節(jié)省木材、模樣加工時(shí)間及費(fèi)用，可以采用刮板造型。 刮板是一塊和鑄件截面形狀相適應(yīng)的木板。造型時(shí)將刮板繞著固定的中心軸旋轉(zhuǎn)，在砂型中刮制出所需的型腔，如圖所示。(a)皮帶輪鑄件 (b)刮板(c)刮制下型 (d)刮制上型 (e)合型圖 皮帶輪鑄件的刮板造型過程砂型鑄造手工造型 (7) 假箱造型 假箱造型是利用預(yù)制的成形底板或假箱來代替挖砂造型中所挖去的型砂。a) 假箱 b)成形底板1-

30、假箱 2-下砂型 3-最大分型面 4-成形底板圖 用假箱和成形底板造型砂型鑄造造型方法的選擇機(jī)器造型 將填砂、緊砂和起模等操作全部由機(jī)械完成。機(jī)器造型勞動(dòng)強(qiáng)度低、生產(chǎn)率高。鑄件質(zhì)量穩(wěn)定，且加工余量小。但由于機(jī)器造型的緊砂方式不能緊實(shí)型腔穿通中箱，故不能進(jìn)行三箱造型。效率高、鑄型和鑄件質(zhì)量好，但投資較大。應(yīng)用范圍：大量或成批生產(chǎn)的中小鑄件?；驹恚焊鶕?jù)緊砂和起模的方式不同，有各種不同造型方法。震壓式造型法射壓造型法砂型鑄造震壓式造型法的工作原理砂型鑄造射壓造型法的工作原理壓實(shí)射砂澆注位置與分型面的選擇 一、澆注位置選擇原則（1）鑄件重要工作面或主要加工面應(yīng)朝下或呈側(cè)立狀態(tài) 由于金屬液體的夾渣或

31、鑄型中殘留的砂粒容易浮在金屬液表面使得鑄件上表面容易產(chǎn)生夾渣、氣孔等鑄造缺陷。而在鑄件下部因金屬在其重力作用下結(jié)晶，同時(shí)受上部金屬的補(bǔ)縮，故下部組織致密，機(jī)械性能也好。若某些零件的重要加工面難以朝下時(shí)則應(yīng)側(cè)立，側(cè)面雖不如下部質(zhì)量高，但比上部好。如圖機(jī)床床身的導(dǎo)軌部分是重要工作面應(yīng)朝下。 澆注位置: 澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的空間位置。分型面是指上半鑄型與下半鑄型的分界面，通常也是模樣的分模面，它確定了鑄件的造型位置。鑄件的澆注位置與造型位置通常是一致的。澆注位置與分型面的選擇是否合理，對(duì)鑄件質(zhì)量和鑄造工藝的難易度有著重要的影響。 車床床身澆注位置澆注位置與分型面的選擇 一、澆注位置選擇原則 傘齒

32、輪的零件圖、模樣圖和鑄造工藝圖, 重要加工面或工作面應(yīng)朝下或翻立.圖 大平面鑄件澆注位置澆注位置與分型面的選擇一、選擇澆注位置（2）鑄件的大平面盡可能朝下或采用傾斜澆注 鑄型的上表面除了容易產(chǎn)生砂眼、氣孔、夾渣外，大平面還常產(chǎn)生夾砂缺陷。同時(shí)也有利于排氣、減小金屬液對(duì)鑄型的沖刷力。澆注位置與分型面的選擇一、選擇澆注位置(3)盡量將鑄件大面積的薄壁部分放在鑄型的下部或垂直、傾斜 這能增加薄壁處金屬液的壓強(qiáng)，提高金屬液的流動(dòng)性，防止薄壁部分產(chǎn)生澆不足或冷隔缺陷。 容易形成縮孔的鑄件(如鑄鋼、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、黃銅)澆注時(shí)應(yīng)把厚的部位放在分型面附近的上部或側(cè)面，以便安放冒口，實(shí)現(xiàn)順序凝固，進(jìn)行補(bǔ)縮

33、。(4) 熱節(jié)處應(yīng)位于分型面附近的上部或側(cè)面49澆注位置與分型面的選擇 澆注位置與分型面的選擇 （4）易產(chǎn)生縮孔的厚大部位置于鑄型頂部或側(cè)面如圖中的卷揚(yáng)筒，其厚大部位于頂端是合理的。澆注位置與分型面的選擇 （5）便于型芯的固定和排氣，能減少型芯的數(shù)量。 分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。除了實(shí)型鑄造法外，都要選擇分型面。 分型面的選擇在很大程度上影響著鑄件的質(zhì)量(主要是尺寸精度)、成本和生產(chǎn)率。因此，分型面的選擇要在保證鑄件質(zhì)量的前提下，盡量簡(jiǎn)化工藝，節(jié)省人力物力。因此需考慮以下幾個(gè)原則：2. 分型面的選擇原則51砂型分型面的選擇原則(1) 保證模樣能從型腔中順利取出(分型面設(shè)在鑄件最大截面處

34、)。52砂型分型面的選擇原則砂型分型面的選擇原則（2）應(yīng)盡量使用平直分型面，以簡(jiǎn)化模具制造及造型工藝，避免挖砂。圖所示的起重臂零件，方案II的分型面是曲面，必須采用挖砂或假箱造型，操作不便，而方案I的分型面為平面，其合理性優(yōu)于方案II 。砂型分型面的選擇原則 (3) 應(yīng)使鑄件有最少的分型面，并盡量做到只有一個(gè)分型面 圖所示套簡(jiǎn)零件的分型方案。方案II為垂直位置澆注，有兩個(gè)分型面，需采用三箱造型在大批量生產(chǎn)用機(jī)器造型時(shí)，還需要采用外型芯造型過程復(fù)雜。而方案I是臥式澆注，采用分開模兩箱造型，生產(chǎn)過程較簡(jiǎn)便，比方案II合理。砂型分型面的選擇原則（3）分型面應(yīng)避免曲折，數(shù)量應(yīng)少，最好是一個(gè)且為平面.

35、圖所示的三通鑄件，其內(nèi)腔必須采用一個(gè)T字型芯來形成，但不同的分型方案，其分型面數(shù)量不同。當(dāng)中心線ab呈垂直時(shí)（圖b），鑄型必須有三個(gè)分型面才能取出模樣，即用四箱造型。當(dāng)中心線cd處于垂直位置時(shí)（圖c）、鑄型有兩個(gè)分型面，必須采用三箱造型。當(dāng)中心線ad與cd都處于水平位置時(shí)（圖d），因鑄型只有一個(gè)分型面，采用兩箱造型即可，此方案合理。(4) 應(yīng)使鑄件全部或大部放在同一砂箱。55砂型分型面的選擇原則砂型分型面的選擇原則 (5) 應(yīng)使型芯和活塊數(shù)量盡量減少 砂型分型面的選擇原則 (5) 應(yīng)使型芯和活塊數(shù)量盡量減少 按圖中方案I，凸臺(tái)必須采用四個(gè)活塊方可制出。而下部?jī)蓚€(gè)活塊的部位甚深，取出困難。當(dāng)改用

36、方案II時(shí)，可省去活塊,僅在A處稍加挖砂即可。砂型分型面的選擇原則(6) 應(yīng)盡量使型腔及主要型芯位于下箱，以便于造型、下芯、合箱及檢驗(yàn)。 下箱型腔也不宜過深(否則不宜起模、按放型芯) 。砂型分型面的選擇原則 型芯通常用于形成鑄件的內(nèi)腔，有時(shí)還可用它來簡(jiǎn)化鑄件的外形，以制出妨礙起模的凸臺(tái)、凹槽等。但制造型芯需要專門的芯盒，芯骨，還需烘干及下芯等工序，增加了鑄件成本。因此，選擇分型面時(shí)應(yīng)盡量避免不必要的型芯。 圖為一底座鑄件。若按圖中方案I分開模造型，其上,下內(nèi)腔均需采用型芯、若改用圖中方案II，采用整模造型，則上，下內(nèi)腔均可由砂垛形成，省掉了型芯。砂型分型面的選擇原則 上述各項(xiàng)原則，對(duì)于某一具體

37、鑄件來說難以全面滿足，有時(shí)甚至相互矛盾。因此，必須抓住主要矛盾，全面分析，至于次要矛盾，則應(yīng)從工藝措施上設(shè)法解決。例如，質(zhì)量要求較高的鑄件，應(yīng)在滿足澆注位置要求的前提下再考慮造型工藝的簡(jiǎn)化。對(duì)于沒有待殊質(zhì)量要求的一般鑄件，則以簡(jiǎn)化鑄造工藝、提高經(jīng)濟(jì)效益為主要依據(jù)，不必過多地考慮鑄件的澆注位置，僅對(duì)朝上的加工表面采用稍大的加工余最即可。工藝參數(shù)的選擇工藝參數(shù)的確定 為了繪制鑄造工藝圖，當(dāng)鑄造方案確定后，還必須選定鑄件的機(jī)械加工余量、收縮率和拔模斜度等工藝參數(shù)。鑄件上為切削加工而加大的尺寸稱為機(jī)械加工余量。 機(jī)械加工余量的數(shù)值取決于鑄件的生產(chǎn)批量、合金的種類、鑄件的大小、加工面與基準(zhǔn)面的距離及加工

38、面在澆注時(shí)的位置等。 鑄件的孔槽是否鑄出，不僅取決于工藝上的可能性，還必須考慮其必要性。較大的孔、槽鑄出不加工孔、槽鑄出最小鑄孔：?jiǎn)渭?050mm，成批1520mm，大量1215mm工藝參數(shù)的選擇起模斜度在造型過程中，為了使模型易于從鑄型中取出，制造模樣時(shí)沿起模方向上需留有一定的斜度，此斜度稱為起模斜度(或拔模斜度)起模斜度大小取決于立壁的高度、造型方法、模樣材料等因素，通常為15 3。立壁愈高，斜度愈小。內(nèi)壁比外壁大，通常為 310 。圖2-36 工藝參數(shù)的選擇收縮率鑄件凝固后，從高溫冷卻至室溫其尺寸減少的現(xiàn)象稱為線收縮。由于合金的線收縮，鑄件冷卻后的尺寸將比型腔的尺寸小，為了保證鑄件的應(yīng)有

39、尺寸，模型的尺寸應(yīng)比鑄件放大一個(gè)收縮量。放大量因合金的種類而異。通常，灰鑄鐵為0.71.0，鑄造碳鋼為1.32，鋁硅合金為0.81.2。工藝參數(shù)的選擇型芯頭型芯由型芯本體和型芯頭組成的。型芯本體鑄成鑄件的內(nèi)腔，型芯頭是用來支承和固定型芯的。型芯頭的尺寸取決于型芯的大小，要便于鑄型的裝配，同時(shí)，型芯頭與型芯座之間要有一定的間隙。圖2-37第四節(jié) 綜合分析舉例軸架如圖（a）所示為一軸架零件其中兩端面及60、70內(nèi)孔需進(jìn)行機(jī)械加工，而且60孔表面加工要求較高。80孔不需加工，必須用型芯鑄出。軸架材料為HT200小批量生產(chǎn)，承受輕載荷，可用濕砂型手工分模造型。此鑄件可供選擇的主要鑄造工藝方案有兩種。綜

40、合分析舉例軸架方案1 采用分模造型，水平澆注，如圖(b)所示。鑄件軸線為水平位置，過中心軸線的縱剖面為分型面，使分型面與分模面一致有利于下芯、起模，以及型芯的固定、排氣和檢驗(yàn)等。兩端的加工面處于倒壁, 加工余量均取4mm，起模斜度取 1，鑄造圓角 R35, 內(nèi)孔采用整體芯。該方案由于將兩端加工面置于側(cè)壁位置，質(zhì)量較易得到保證。內(nèi)孔表面雖說有一側(cè)位于上面，但對(duì)鑄造質(zhì)量影響不大。此方案澆注時(shí)熔融金屬充型平穩(wěn)，但由于分模造型易產(chǎn)生錯(cuò)型缺陷 鑄件外形精度較差。第四節(jié) 綜合分析舉例軸架方案II 采用三箱造型，垂直澆注。鑄件兩端面均為分型面上凸緣的水平面為分模面，如圖(c)所示。上端面加工余量取5mm,下

41、端面取4mm。采用垂直式整體芯。優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)鑄件位于中箱，外形精度較高。但是，上端面質(zhì)量不易保證，由于采用三箱造型，多用一個(gè)砂箱，型砂耗用量和造型工時(shí)增加；上端面加工余量加大，金屬耗費(fèi)和切削工時(shí)增加，費(fèi)用明顯地高于方案I。相比之下，方案更為合理。綜合分析舉例支座的工藝方案圖所示支座為一支承件。沒有特殊質(zhì)量要求的表面，在制訂工藝方案時(shí)，不必考慮澆注位置要求，主要著眼于工藝上的簡(jiǎn)化支座雖屬簡(jiǎn)單件，但底板上四個(gè)10mm孔的凸臺(tái)及兩個(gè)軸孔的內(nèi)凸臺(tái)可能妨礙起模。同時(shí)，軸孔如若鑄出，還必須考慮下芯的可能性。 該件可供選擇的分型面主要是： 綜合分析舉例支座的工藝方案 （1）方案沿底板中心線分型，即采用分開模造

42、型。其優(yōu)點(diǎn)是底面上110mm凹槽容易鑄出，軸孔下芯方便，軸孔內(nèi)凸臺(tái)不妨礙起模。缺點(diǎn)是底板上四個(gè)凸臺(tái)必須采用活塊，同時(shí)，鑄件易產(chǎn)生錯(cuò)型缺陷，飛翅清理的工作量大。 （2）方案沿底面分型，鑄件全部位于下箱，為鑄出 110mm凹槽必須采用挖砂造型。方案克服了方案的缺點(diǎn)，但軸孔內(nèi)凸臺(tái)妨礙起模，必須采用兩個(gè)活塊或下型芯。當(dāng)采用活塊造型時(shí)，30mm軸孔難以下芯。 （3）方案沿110mm凹槽底面分型。其優(yōu)缺點(diǎn)與方案類同，僅是將挖砂造型改用分開模造型或假箱造型，以適應(yīng)不同的生產(chǎn)條件。上下 綜合分析舉例 支座的工藝方案 方案、的優(yōu)點(diǎn)多于方案。但在不同生產(chǎn)批量下，具體方案可選擇如下；（1）單件、小批生產(chǎn) 由于軸孔直

43、徑較小、勿需鑄出 而手工造型便于進(jìn)行挖砂和活塊造型，此時(shí)依靠方案分型較為經(jīng)濟(jì)合理。（2）大批量生產(chǎn) 由于機(jī)器造型難以使用活塊，故應(yīng)采用型芯制出軸孔內(nèi)凸臺(tái)。同時(shí)。應(yīng)采用方案從110mm凹槽底面分型，以降低模板制造費(fèi)用。圖為其鑄造工藝圖，由圖可見，方型芯的寬度大于底板，以便使上箱壓住該型芯，防止?jié)沧r(shí)上浮。若軸孔需要鑄出，采用組合型芯即可實(shí)現(xiàn)。 鑄造缺陷分析與鑄件質(zhì)量控制 金屬液體澆入鑄型中，待其冷卻凝固后,需落砂取出鑄件、清理鑄件并進(jìn)行缺陷分析。 1.落砂 用手工或機(jī)械使鑄件和型砂、砂箱分開的操作稱為落砂。落砂是鑄件在鑄型中凝固并適當(dāng)冷卻到一定溫度后進(jìn)行的。 2.清理 落砂后從鑄件上清除表面粘砂

44、、型砂、多余金屬（包括澆冒口、飛邊和氧化皮）等的過程稱為清理、澆冒口可用鐵錘、鋸子和氣割等工具清理，粘砂用清理滾筒、噴砂器、噴丸設(shè)備等清理。 3.鑄件的缺陷分析 鑄件清理后應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。檢驗(yàn)鑄件質(zhì)量最常用的方法是宏觀法。它是通過肉眼觀察（或借助工具）找出鑄件的表面缺陷和皮下缺陷，如氣孔、砂眼、粘砂、縮孔、澆不足、冷隔等、對(duì)于鑄件內(nèi)部缺陷可用耐壓試驗(yàn)、磁粉探傷、射線探傷、超聲波探傷等方法檢測(cè)。必要時(shí) 還可進(jìn)行解剖檢驗(yàn)、金相檢驗(yàn)、力學(xué)性能檢驗(yàn)和化學(xué)成分分析等。 由于鑄造生產(chǎn)過程工序繁多，因而產(chǎn)生鑄造缺陷的原因相當(dāng)復(fù)雜。常見的鑄件缺陷特征及產(chǎn)生的主要原因有: 鑄件缺陷特征及產(chǎn)生的原因特征：縮孔多分

45、布在鑄件厚斷面處，形狀不規(guī)則，孔內(nèi)粗糙主要原因：鑄件結(jié)構(gòu)不合理，如壁厚相差過大，造成局部金屬聚集；澆注系統(tǒng)和冒口的位置不對(duì)，或冒口過小；澆注溫度太高，或金屬化學(xué)成分不合格，收縮過大 鑄件缺陷特征及產(chǎn)生的原因特征：在鑄件內(nèi)部或表面有大小不等的光滑孔洞主要原因：型砂含水過多、透氣性基差；起模和修型時(shí)刷水過多；型芯烘干不良或型芯通氣孔堵塞；澆注溫度過低或澆注速應(yīng)太快等 鑄件缺陷特征及產(chǎn)生的原因特征：鑄件上有未完全融合的縫隙或洼坑，其交接處是圓滑的主要原因：澆注溫度太低；澆注速度太慢或澆注有過中斷；澆注系統(tǒng)位置開設(shè)不當(dāng)；內(nèi)澆道橫截面積太小 鑄件缺陷特征及產(chǎn)生的原因特征：鑄件不完整主要原因：澆注時(shí)金屬液

46、不夠；澆注時(shí)液態(tài)金屬從分型面流出；鑄件太?。粷沧囟忍?，澆注速度太慢 鑄件缺陷特征及產(chǎn)生的原因特征：鑄件開裂，開裂處金屬表面有輕微氧化色主要原因：鑄件結(jié)構(gòu)不合理，壁厚相差太大；砂型和型芯的退讓性差，落砂過早 鑄件缺陷特征及產(chǎn)生的原因特征：鑄件沿分型面有相對(duì)位置錯(cuò)主要原因：模樣的上半模和下半模未對(duì)好，合型時(shí)上下砂型未對(duì)準(zhǔn) 鑄件缺陷特征及產(chǎn)生的原因特征：鑄件內(nèi)部或表面帶有砂粒的空洞主要原因：型砂和芯砂的強(qiáng)度不夠；砂型和型芯的緊實(shí)度不夠；合型時(shí)局部損壞，澆注系統(tǒng)不合理沖壞了砂型 鑄件缺陷特征及產(chǎn)生的原因特征：鑄件表面粗糙，粘有砂粒主要原因：型砂和芯砂的的耐火度不夠澆注溫度太高；未刷涂料或涂料太薄作

47、業(yè)P7375: (1),(3),(4),(5),(6),(7)第四章 砂型鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)鑄件時(shí)，不僅要保證使用性能的要求，還要滿足鑄件在制造過程中工藝性的要求。即考慮鑄造生產(chǎn)工藝和合金鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求。應(yīng)盡量使生產(chǎn)工藝中的制模、造型、制芯、裝配、合型和清理等各個(gè)環(huán)節(jié)簡(jiǎn)化，節(jié)約工時(shí)，防止廢品產(chǎn)生，符合合金鑄造性能的要求。 1. 鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求 在滿足零件使用要求的前提下，鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量使制模、造型、造芯、合箱和清理過程簡(jiǎn)化節(jié)省工時(shí)防止廢品，以利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)。因此，必須考慮以下幾個(gè)問題。 在設(shè)計(jì)鑄件外形時(shí)，應(yīng)充分考慮其生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，避免那些不必要的、使制模和造型過程復(fù)

48、雜化的結(jié)構(gòu)。如鑄件外形上沿起模方向的外凸及內(nèi)凹部分都將增加造型難度，應(yīng)力求簡(jiǎn)化這種結(jié)構(gòu)，方便造型。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免不必要的型芯和盡量少用活塊 圖所示的鑄件帶有凸臺(tái)，造型時(shí)影響起模，只能采用活塊造型，工藝較復(fù)雜。如果將凸臺(tái)向上延伸到頂部，則起模不受阻礙，避免了采用活塊。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免不必要的型芯和盡量少用活塊 圖所示的箱體鑄件，原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖(a)在箱體側(cè)面有兩個(gè)凹坑，造型時(shí)需增加兩個(gè)較大的外型芯才能成形，工藝較復(fù)雜。若改成圖(b)結(jié)構(gòu)，將側(cè)面的凹坑改為通到底部的凹槽后，則省去了外型芯，造型時(shí)模樣能順利起出。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鑄件上的凸臺(tái)、筋條設(shè)計(jì)不應(yīng)妨礙起模，避免不必要的型芯或活塊 鑄件上的筋條和凸

49、臺(tái)妨礙起模，造型時(shí)需采用外型芯或活塊，較為費(fèi)工且易出現(xiàn)廢品。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使鑄件分型面最少圖(a)所示的端蓋鑄件，上、下部位均有凸綠，造型時(shí)鑄型要設(shè)兩個(gè)分型面，需要采用三箱造型。由于機(jī)器造型不能采用三箱造型所以大批、大量生產(chǎn)中，必須增設(shè)外型芯，才能采用兩箱造型。無論三相造型或增設(shè)外型芯，工藝都很復(fù)雜。如改為圖(b)設(shè)計(jì)則僅有一個(gè)分型面便可采用兩箱造型。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)垂直于分型面非加工表面應(yīng)設(shè)置結(jié)構(gòu)斜度 在鑄件分型面確定后，應(yīng)使垂直于分型面的非加工表面留有一定斜度這種斜度稱為結(jié)構(gòu)斜度，如圖所示。鑄件設(shè)有結(jié)構(gòu)斜度，可使起模方便，起模時(shí)型腔表面不易損壞，模樣松動(dòng)量減少，從而提高了鑄件的尺寸精度和模樣壽命

50、。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)斜度鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡量避免曲面分型，避免挖砂造型鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免水平放置較大的平面 鑄件上過大的水平面不利于金屬液的充型，不利于氣體和夾雜物的排除，容易使鑄件產(chǎn)生冷隔、澆不足、氣孔、夾渣等缺陷。同時(shí)水平壁型腔的上表面長時(shí)間受灼熱的熔融金屬烘烤，極易造成夾砂缺陷；而且大的水平壁也不利于氣體、非金屬雜物的排除 使鑄件產(chǎn)生氣孔、夾渣等。將水平壁改成傾斜壁，就可防止上述缺陷產(chǎn)生（圖）。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防止細(xì)長件或大薄平板件彎曲 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量不用或少用型芯 圖所示的軸承座結(jié)構(gòu)，若按圖(a)設(shè)計(jì)成閉式結(jié)構(gòu)，需使用型芯。由于懸臂且型芯固定不穩(wěn)，需用型芯撐支撐，且排氣不暢，清理也不方便

51、。如改用圖(b)開式結(jié)構(gòu)后，不僅省去型芯，造型方便，而且還可節(jié)省金屬。 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡可能減少活塊和型芯數(shù)，以簡(jiǎn)化制模和造型工藝。 圖a因出口處尺寸小， 要用型芯形成內(nèi)腔。圖b擴(kuò)大了出口，且DH ，故可用砂垛（自帶型芯）形成內(nèi)腔從而省掉型芯。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)型芯必須安裝方便、穩(wěn)固可靠，排氣通暢 型芯在鑄型中應(yīng)能可靠地固定和便于排氣，以避免偏芯、氣孔等缺陷。型芯通?？啃绢^來固定，如果僅靠芯頭支承不能穩(wěn)固時(shí)，需要采用芯撐輔助支承。但芯撐常因表面氧化或鑄件薄而不能與澆入金屬很好地熔合，影響鑄件的氣密性和力學(xué)性能，所以，一般情況下應(yīng)盡可能避免使用。 將軸承支架的原設(shè)計(jì)圖(a）改為圖(b）的結(jié)構(gòu)，型芯為具有

52、三個(gè)芯頭的整體結(jié)構(gòu)，避免了原設(shè)計(jì)中型芯難以固定、排氣和清理的問題。鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖33活塞結(jié)構(gòu)實(shí)例鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于型芯的固定、排氣和清理 圖（a）所示鑄件在結(jié)構(gòu)上不需要鑄出孔，型芯只能用型芯撐支承，型芯的穩(wěn)定性不夠，排氣性不好,且鑄件清理困難。 在不影響鑄件使用性能的前提下，將其改為圖（b）的結(jié)構(gòu)，在鑄件底部增設(shè)兩個(gè)工藝孔，可簡(jiǎn)化鑄造工藝、若零件不允許有此孔,可在機(jī)械加工時(shí)用螺釘或柱塞堵死,如為鑄鋼件可用鋼板焊死。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮清砂便利鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 大件和形狀復(fù)雜件可采用組合結(jié)構(gòu) 在不影響鑄件精度、剛度和強(qiáng)度的前提下，大件和形狀復(fù)雜件可采用組合結(jié)構(gòu)，即將其分為若干件分別鑄造，再通過焊

53、接或機(jī)械連接等方法組合為一體 以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于合金流動(dòng)性的限制鑄件的壁不能太薄否則會(huì)產(chǎn)生撓不足、冷隔等缺陷，鑄件還可能產(chǎn)生白口。但鑄件壁亦不能過厚，因厚壁中心部分冷卻速度饅，晶粒粗大易產(chǎn)生縮孔和縮松，機(jī)械性能降低。所以，在同樣滿足鑄件承載能力的前提下，可選擇合理的截面代替厚壁結(jié)構(gòu)。 鑄件的最小壁厚應(yīng)根據(jù)合金的性質(zhì)、鑄件的大小和鑄造方法而定。一般砂型鑄造的最小壁厚如表所示。表2-13 砂型鑄造條件下鑄件的最小壁厚值 mm鑄件尺寸/mm合 金 種 類鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鋁合金銅合金500500152010151220101261012鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在確定鑄件的壁厚

54、時(shí)，不僅保證鑄件的強(qiáng)度和剛度等機(jī)械性能，而且應(yīng)使鑄件的壁厚大于所用合金的“最小壁厚值”，以免產(chǎn)生澆不足和冷隔缺陷。但鑄件壁太厚，又易產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷。因此，一般鑄件的最大壁厚應(yīng)不超過最小壁厚的三倍。尤其是鑄鐵件，其強(qiáng)度并非按壁厚的增大而成比例地增加，表2-14為灰鑄鐵件的壁厚參考值。 表2-14 灰鑄鐵件壁厚的參考值 鑄件質(zhì)量最大尺寸外壁厚度內(nèi)壁厚度筋的厚度零 件 舉 例5610116061100101500501800 8011200300 500 750 1250 1700 2500 30007 8 10 12 14 16 186 7 8 10 12 14 165 5 6 8 8 10

55、12蓋、撥叉、軸套、端蓋擋板、支架、箱體、悶蓋箱體、電動(dòng)機(jī)支架、溜板箱箱體、液壓缸體、溜板箱油盤、帶輪、鏜模架箱體、床身、蓋、滑座小立柱、床身、箱體、油盤鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鑄件壁厚應(yīng)盡可能均勻 鑄件的壁厚不能相差過大，否則，鑄造時(shí)金屬液在肥厚處積集較多容易形成縮孔、縮松等缺陷。同時(shí)還會(huì)因壁厚不均勻、冷卻速度不一致而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，出現(xiàn)裂紋。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能使鑄件壁厚均勻，避免金屬的聚集。設(shè)計(jì)中采用加強(qiáng)筋是解決鑄件壁厚不均的有效辦法。為了提高鑄件承載能力而不增加壁厚，鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)選用合理的截面形狀，如圖所示。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鑄件壁厚應(yīng)盡可能均勻 鑄件各部分壁厚若相差過大，厚壁處會(huì)產(chǎn)生金屬局部積聚形

56、成熱節(jié)，凝固收縮時(shí)在熱節(jié)處易形成縮孔、縮松等缺陷，如圖（a）所示。此外，各部分冷卻速度不同，易形成熱應(yīng)力，致使鑄件薄壁與厚壁連接處產(chǎn)生裂紋。因此，在設(shè)計(jì)鑄件時(shí)，應(yīng)盡可能使壁厚均勻以防止上述缺陷產(chǎn)生，如圖（b）所示。圖 25 壁厚均勻?qū)嵗T件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鑄件壁厚應(yīng)盡可能均勻鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鑄件壁厚應(yīng)盡可能均勻 如圖頂蓋鑄件的壁厚有兩種設(shè)計(jì)方案。方案(a)的厚壁處易產(chǎn)生縮孔，在連接處易產(chǎn)生裂紋。方案(b)則可以避免這些缺陷。 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鑄件壁厚應(yīng)盡可能均勻 當(dāng)壁厚不相等時(shí)，應(yīng)力求平緩過渡，避免突變，以減少應(yīng)力集中，防止產(chǎn)生裂紋。如圖所示、當(dāng)H/h2時(shí)，可用圓角過渡；H/h 2時(shí)，可用楔形過渡。鑄件

57、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鑄件壁厚應(yīng)盡可能均勻 內(nèi)壁厚應(yīng)小于外壁厚 鑄件內(nèi)部的筋、壁等，散熱條件差，冷卻速度較慢，故內(nèi)壁應(yīng)比外壁薄 以使整體均勻冷卻，從而減少應(yīng)力和防止裂紋產(chǎn)生。圖所示為內(nèi)壁的示例。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鑄件各壁之間應(yīng)均勻過渡，兩個(gè)非加工表面所形成內(nèi)角應(yīng)設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)圓角。 鑄件壁的連接 鑄件壁與壁的連接是否合理對(duì)鑄件質(zhì)量也有很大影響，通常應(yīng)考慮下列問題 (1)結(jié)構(gòu)圓角 鑄件壁酌轉(zhuǎn)角或兩壁相交處，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)圓角。這樣可使相交處散熱條件好，冷卻均勻，不會(huì)產(chǎn)生縮孔。另外，鑄造因角有利于造型和提高鑄型強(qiáng)度(應(yīng)力集中)，避免了鑄型尖角處損壞而形成的缺陷，如圖所示。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鑄件壁的連接 鑄件的內(nèi)圓角半徑如表2-1

58、5所示。8 812 1216 1620 2027 2735 3545 4560 鑄鐵 鑄鋼 4 6 6 8 10 12 16 20 6 6 8 10 12 16 20 25 鑄造內(nèi)圓角的大小與鑄件壁厚相適應(yīng)，通常應(yīng)使轉(zhuǎn)角處內(nèi)接圓直徑小于相鄰壁厚的1.5倍，過大則增大了轉(zhuǎn)角處縮孔的傾向。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鑄件壁的連接 (2)避免十字交叉和銳角連接 為了減少熱節(jié)和防止鑄件產(chǎn)生縮孔與縮松，鑄件壁應(yīng)避免交叉連接和銳角連接。中、小鑄件可采用交錯(cuò)接頭，大鑄件宜用環(huán)形接頭，如圖所示。銳角連接宜采用圖(c)中的過渡形式。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鑄件壁的連接 (3)厚壁與薄壁間連接要逐步過渡 為了減少鑄件中的應(yīng)力集中現(xiàn)象，防止產(chǎn)

59、生裂紋，鑄件的厚壁和薄壁連接時(shí)，應(yīng)采取逐步過渡的方法防止壁厚的突變。R(a+b)/L4(b-a) R(1/61/3)(a+b)/2；R1R+(a+b)/2 C3(b-a)1/2，h（45）C 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鑄件壁的連接 (4)鑄壁的類型 鑄壁有類型各異的接頭。大致分為L型，T型, V型, Y型和十字型等五種。在接頭處，因凝固速度慢, 容易產(chǎn)生應(yīng)力集中、裂紋、變形、縮孔、縮松等缺陷。所以，在設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)各種接頭連接形式進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鑄件壁的連接 (4)鑄壁的類型 在設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)各種接頭連接形式進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防裂筋的應(yīng)用 （1）筋的作用 1.增加鑄件的剛度和強(qiáng)度防止鑄件變形

60、圖14（a）所示薄而大的平板收縮時(shí)易發(fā)生翹曲變形，加上幾條筋之后便可避免翹曲變形，如圖14（b）所示。 2.消除鑄件的大截面 防止鑄件產(chǎn)生縮孔、裂紋 圖15(a)所示鑄件壁較厚,容易出現(xiàn)縮孔；鑄件厚薄不均，易產(chǎn)生裂紋。采用加強(qiáng)筋后，可防止以上缺陷，如圖15(b)所示。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防裂筋的應(yīng)用 （1）筋的作用 為了防止熱裂，可在鑄件易裂處設(shè)計(jì)防裂筋（圖）。防裂筋的方向與收縮應(yīng)力方向一致而且筋的厚度應(yīng)為連接壁厚的1/41/3。由于防裂筋很薄，在冷卻過程中迅速凝固，冷卻至彈性狀態(tài)，具有防裂效果。防裂筋通常用于鑄鋼、鑄鋁等易發(fā)生熱裂的合金。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量減少鑄件收縮受因防止變形和裂紋 （l