課程簡介《機械制造工程基礎》課程是高等學校機械類專業學生必修的技術基礎課。通過對該課程的學習,使學生初步掌握各種成形方法、零件加工工藝和結構工藝性、公差及配合等基本工藝知識，具有選擇毛坯、零件加工方法及進行工藝分析和標注公差尺寸的初步能力。課程學習：堅持知識、方法、思維、能力和素質并重

獨立學習和解決問題，具有創造性思維

考核方式：理論考試（閉卷）70%

實驗、作業及課堂表現30%十五863子課題驗收匯報課程內容第一篇毛坯生產十五863子課題驗收匯報課程內容第二篇機械加工工藝

十五863子課題驗收匯報產品舉例十五863子課題驗收匯報十五863子課題驗收匯報十五863子課題驗收匯報第一篇毛坯生產

1、毛坯生產引言：

毛坯：根據機器零件所要求的工藝尺寸、形狀而制成的坯料，供進一步加工使用，以獲得成品零件。

2、毛坯生產方法：獲得毛坯的生產過程就是毛坯生產。鑄造、鍛造、沖壓、焊接等。常用的毛坯除型材外，主要有鑄件、鍛件、沖壓件和焊接件。十五863子課題驗收匯報引言第一節合金的鑄造性能第二節砂型鑄造第三節特種鑄造第四節零件結構的鑄造工藝性主要內容第1章鑄造十五863子課題驗收匯報引言1、何為鑄造？鑄造生產是機械制造工業中制做機械零件或者零件毛坯的重要方法。鑄造是指制造鑄型、熔煉金屬，并將熔融金屬液澆注到具有與零件形狀相似的鑄型型腔內，待其冷卻凝固后，獲得一定形狀和性能的金屬件（鑄件）的方法。

木模-造型造芯-合模-澆注-凝固-落砂-成型十五863子課題驗收匯報大多數鑄件毛坯需要再經過切削加工制成機械零件。在一定工藝條件下，鑄造也可以生產少削精密零件毛坯或無切削的零件。鑄造成形實質上是利用熔融金屬的流動性能實現成形的。當然，鑄造作為一種方法也可以推廣到其它材料上的成形。例如，塑料件的成形等。十五863子課題驗收匯報2、鑄造優缺點

優點：

1）可以生產出形狀復雜，特別是具有復雜內腔的零件毛坯。如各種箱體、床身、機架等。

2）鑄造生產的適應性廣，工藝靈活性大。工業上常用的金屬材料均可用來進行鑄造，鑄件的重量可由幾克到幾百噸，壁厚可由0.5mm到1m左右。

3）鑄造用原材料大都來源廣泛，價格低廉，并可直接利用廢機件，故鑄件成本較低。缺點：

1）鑄造組織疏松、晶粒粗大，內部易產生縮孔、縮松、氣孔等缺陷，因此，鑄件的力學性能，特別是沖擊韌度低于同種材料的鍛件。

2）鑄件質量不夠穩定。十五863子課題驗收匯報機床、內燃機、重型機器機械類別風機、壓縮機拖拉機農業機械汽車%70~9060~8050~7040~7020~30表1-1各類機械工業中鑄件重量比

鑄造在機械制造業中應用十分廣泛，在各種類型的機器設備中鑄件占很大比重。如表1-1所示。十五863子課題驗收匯報十五863子課題驗收匯報第一節鑄造成型理論基礎流動性和充型能力

合金的凝固與收縮

鑄造內應力及鑄件的變形、裂紋外因內因元素物性鑄型環境十五863子課題驗收匯報一、流動性和充型能力（一）合金的流動性

1.流動性流動性是指熔融金屬的流動能力。

合金流動性的好壞，通常以“螺旋形流動性試樣”的長度來衡量，將金屬液體澆入螺旋形試樣鑄型中，在相同的澆注條件下，合金的流動性愈好，所澆出的試樣愈長。

2.流動性的影響因素

1）合金的種類

不同種類的合金，具有不同的螺旋線長度，即具有不同的流動性。其中灰鑄鐵的流動性最好，硅黃銅、鋁硅合金次之，而鑄鋼的流動性最差。十五863子課題驗收匯報2）化學成分和結晶特征純金屬和共晶成分的合金，凝固是由鑄件壁表面向中心逐漸推進，凝固后的表面比較光滑，對未凝固液體的流動阻力較小，所以流動性好，見下圖a。在一定凝固溫度范圍內結晶的亞共晶合金，凝固時鑄件內存在一個較寬的既有液體又有樹枝狀晶體的兩相區。凝固溫度范圍越寬，則枝狀晶越發達，對金屬流動的阻力越大，金屬的流動性就越差，見下圖b。不同結晶特征的合金的流動性

十五863子課題驗收匯報3）合金的物理性質

與合金有關的物理性質有比熱容、密度、導熱系數、結晶潛熱和黏度。液態合金的比熱容和密度越大，導熱系數越小，凝固時結晶潛熱釋放得越多，都能使合金較長時間保持液態，因而流動性越好；液態合金的黏度越小，流動時的內摩擦力也就越小，流動性就越好。4）液態合金的溫度溫度越高，液態合金的流動性就越好，但如液態合金的溫度過高，會導致合金的氧化、吸氣非常嚴重，使鑄件產生氣孔、夾渣、縮松、縮孔等缺陷。十五863子課題驗收匯報（二）合金的充型能力

1.充型能力

概念：液態合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力。合金的流動性是金屬本身的屬性，不隨外界條件的改變而變化，而合金的充型能力不僅和金屬的流動性相關，而且也受外界因素的影響。

2.充型能力的影響因素

1）鑄型條件

a）鑄型的蓄熱能力即鑄型從金屬液中吸收和儲存熱量的能力。鑄型的熱導率和質量熱容越大，對液態合金的激冷作用越強，合金的充型能力就越差。

十五863子課題驗收匯報2）澆注條件a）澆注系統的結構；b）充型壓力；c）澆注溫度。b）鑄型溫度

提高鑄型溫度，可以降低鑄型和金屬液之間的溫差，進而減緩了冷卻速度，可提高合金液的充型能力。c）鑄型中的氣體鑄型中氣體越多，合金的充型能力就越差。d)鑄件結構鑄件結構越復雜，鑄件壁厚越薄，液態金屬充型越困難。十五863子課題驗收匯報二合金的凝固與收縮（一）鑄件的凝固方式及影響因素

1.鑄件的凝固方式（1）逐層凝固方式

合金在凝固過程中其斷面上固相和液相由一條界線清楚地分開，這種凝固方式稱為逐層凝固。常見合金如灰鑄鐵、低碳鋼、工業純銅、工業純鋁、共晶鋁硅合金及某些黃銅都屬于逐層凝固的合金。（2）糊狀凝固方式

合金在凝固過程中先呈糊狀而后凝固，這種凝固方式稱為糊狀凝固。球墨鑄鐵、高碳鋼、錫青銅和某些黃銅等都是糊狀凝固的合金。十五863子課題驗收匯報（3）中間凝固方式

大多數合金的凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間，稱為中間凝固方式。中碳鋼、高錳鋼、白口鑄鐵等具有中間凝固方式。鑄件的凝固方式十五863子課題驗收匯報2.凝固方式的影響因素（1）合金凝固溫度范圍的影響（固液相線寬度）

合金的液相線和固相交叉在一起，或間距很小，則金屬趨于逐層凝固；如兩條相線之間的距離很大，則趨于糊狀凝固；如兩條相線間距離較小，則趨于中間凝固方式。（2）鑄件溫度梯度的影響

增大溫度梯度，可以使合金的凝固方式向逐層凝固轉化；反之，鑄件的凝固方式向糊狀凝固轉化。十五863子課題驗收匯報二）鑄造合金的收縮

鑄造合金從液態冷卻到室溫的過程中，其體積和尺寸縮減的現象稱為收縮。它主要包括以下三個階段：

1.液態收縮金屬在液態時由于溫度降低而發生的體積收縮。

2.凝固收縮熔融金屬在凝固階段的體積收縮。液態收縮和凝固收縮是鑄件產生縮孔和縮松的基本原因。

3.固態收縮金屬在固態時由于溫度降低而發生的體積收縮。固態收縮對鑄件的形狀和尺寸精度影響很大，是鑄造應力、變形和裂紋等缺陷產生的基本原因。十五863子課題驗收匯報（三）影響合金收縮的因素

1.化學成分

不同成分的合金其收縮率一般也不相同。在常用鑄造合金中鑄鋼的收縮最大，灰鑄鐵最小。

2.澆注溫度

合金澆注溫度越高，過熱度越大，液體收縮越大。

3.鑄件結構與鑄型條件

鑄件冷卻收縮時，因其形狀、尺寸的不同，各部分的冷卻速度不同，導致收縮不一致，且互相阻礙，又加之鑄型和型芯對鑄件收縮的阻力，故鑄件的實際收縮率總是小于其自由收縮率。這種阻力越大，鑄件的實際收縮率就越小。十五863子課題驗收匯報（四）收縮對鑄件質量的影響

1.縮孔和縮松

（1）縮孔的形成***

縮孔總是出現在鑄件上部或最后凝固的部位，其外形特征是：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，有時經切削加工才能暴露出來。縮孔形成的主要原因是液態收縮和凝固收縮。縮孔形成過程見下圖。十五863子課題驗收匯報縮孔形成過程示意圖十五863子課題驗收匯報（2）縮松的形成

宏觀縮松多分布在鑄件最后凝固的部位，顯微縮松則是存在于在晶粒之間的微小孔洞，形成縮松的主要原因也是液態收縮和凝固收縮所致。縮松形成過程見下圖。縮松形成過程示意圖十五863子課題驗收匯報（3）縮孔、縮松的防止措施

a）采用定向凝固的原則所謂定向凝固或順序凝固，是使鑄件按規定方向從一部分到另一部分逐漸凝固的過程。冒口和冷鐵的合理使用，可造成鑄件的定向凝固，有效地消除縮孔、縮松。定向凝固原則(***)見下圖。定向凝固原則：十五863子課題驗收匯報

b）合理確定鑄件的澆注位置、內澆道位置及澆注工藝

澆注位置的選擇應服從定向凝固原則；內澆道應開設在鑄件的厚壁處或靠近冒口；要合理選擇澆注溫度和澆注速度，在不增加其它缺陷的前提下，應盡量降低澆注溫度和澆注速度。十五863子課題驗收匯報

2.鑄造應力、變形和裂紋

在鑄件的凝固以及以后的冷卻過程中，隨溫度的不斷降低，收縮不斷發生，如果這種收縮受到阻礙，就會在鑄件內產生應力，引起變形或開裂，這種缺陷的產生，將嚴重影響鑄件的質量。

（1）鑄造應力的產生

鑄造應力按其產生的原因可分為三種：

a）熱應力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。

b）固態相變應力鑄件由于固態相變，各部分體積發生不均衡變化而引起的應力。

c）機械應力鑄件在固態收縮時，因受到鑄型、型芯、澆冒口、箱擋(箱帶）等外力的阻礙而產生的應力。

鑄件鑄出后存在于鑄件不同部位的內應力稱為殘留應力。十五863子課題驗收匯報鑄造應力以應力框為例(圖),討論瞬時應力的發展過程。

應力框由桿I，桿Ⅱ以及橫梁Ⅲ（剛性體）組成十五863子課題驗收匯報第一階段(τ0～τ1)：桿Ⅱ開始線收縮，而桿I仍處于凝固初期，枝晶骨架尚未形成。顯然，此時鑄件的變形由桿Ⅱ確定，桿Ⅱ帶動桿I一起收縮。到τ1時，兩桿具有同一長度，溫差為ΔtH，鑄件不產生應力。線收縮開始溫度第二階段(τ１～τ２)：此時桿I溫度也已降到ty以下，開始線收縮，在τ１時兩桿具有相同長度。在以后的冷卻過程中，兩桿的溫差沿圖c中ab變化，到τ２時兩桿溫差最大，為Δtmax。從τ1到τ2，兩自由線收縮量的差為：

桿Ⅱ要比桿I多收縮

l1，但兩桿彼此相連，始終具有相同的長度。因此，桿Ⅱ被拉長，桿I被壓縮。這樣在桿Ⅱ內產生拉應力，在桿I內產生壓應力。到τ２時，應力達極大值，該階段為應力增長階段。

十五863子課題驗收匯報線收縮開始溫度

第三階段(τ2～τ3)：兩桿的溫差逐漸減小，到τ2時，溫差又減小到Δt

H。在此階段，桿I的冷卻速度大于桿Ⅱ，即桿I的自由線收縮速度大于桿Ⅱ。從τ2到τ3，兩桿自由線收縮量的差值為：

從上式可以看出，從τ1到τ3，兩桿的自由線收縮量相等。因為假定鑄件只產生彈性變形，所以到達τ3時，兩桿中的應力值均為零。這樣，在第三階段，兩桿中的應力逐漸減小，到τ3時，鑄件處于完全卸載狀態。十五863子課題驗收匯報線收縮開始溫度

第四階段(τ3～τ4)：桿I的冷卻速度仍然比桿Ⅱ快，即桿I的自由線收縮速度大于桿Ⅱ。從τ3到τ4兩桿自由線收縮的差值為：

在此階段，桿I被拉長，故產生拉應力，桿Ⅱ則相反，產生壓應力。到τ4時(室溫)，鑄件內存在殘余應力，桿Ⅱ內為壓應力，桿I內為拉應力。十五863子課題驗收匯報第三階段(τ2～τ3)：兩桿的溫差逐漸減小，兩桿中的應力逐漸減小，到τ3時，鑄件處于完全卸載狀態。第一階段(τ0～τ1)：兩桿具有同一長度，溫差為ΔtH，鑄件不產生應力。第二階段(τ１～τ２)：在桿Ⅱ內產生拉應力，在桿I內產生壓應力。到τ２時，應力達極大值，該階段為應力增長階段。

第四階段(τ3～τ4)：桿I被拉長，故產生拉應力，桿Ⅱ則相反，產生壓應力。到室溫時，鑄件內存在殘余應力，桿Ⅱ內為壓應力，桿I內為拉應力。

下面以簡要的動畫概括合金瞬時應力的發展過程，以加深同學們的理解。十五863子課題驗收匯報（2）鑄造應力的防止和消除措施

a）采用同時凝固的原則

同時凝固是指通過設置冷鐵、布置澆口位置等工藝措施，使鑄件溫差盡量變小，基本實現鑄件各部分在同一時間凝固。如下圖所示。

b）提高鑄型溫度

c）改善鑄型和型芯的退讓性

d）進行去應力退火同時凝固原則：十五863子課題驗收匯報（3）鑄件的裂紋及防止

a)鑄件裂紋的分類及其形貌

鑄件一般有熱裂和冷裂兩種開裂方式。熱裂是在凝固后期高溫下形成的，主要是受到機械阻礙作用而產生的，熱裂裂紋一般沿晶界產生和發展，其外形曲折短小，裂紋縫內表面呈氧化色；冷裂是在較低溫度下形成的，常出現在鑄件受拉伸部位，特別是有應力集中的地方，冷裂常常是穿晶斷裂，裂紋細小，外形呈連續直線狀或圓滑曲線狀，裂紋縫內干凈，有時呈輕微氧化色。

b）鑄件裂紋的防止

應盡可能采取措施減小鑄造應力；同時金屬在熔煉過程中，應嚴格控制有可能擴大金屬凝固溫度范圍元素的加入量及鋼鐵中的硫、磷含量，選用收縮率小的合金，改善合金的退讓性。縮小凝固溫度范圍十五863子課題驗收匯報鑄造常見缺陷P17表1-4十五863子課題驗收匯報小結重點要求合金的流動性和充型能力；鑄造合金的收縮；鑄造內應力及鑄件的變形、裂紋。一般要求影響合金流動性的因素；影響收縮的因素；縮孔和縮松的形成過程；縮孔位置的確定；鑄件裂紋的防止。十五863子課題驗收匯報第二節砂型鑄造砂型鑄造造型方法的選擇鑄造工藝設計木模要方便從砂箱中取出十五863子課題驗收匯報一、砂型鑄造用型砂緊實成型的鑄造方法稱為砂型鑄造。砂型鑄造是應用最廣泛的一種鑄造方法，其主要工序包括：制造模樣，制備造型材料、造型、造芯、合型、熔煉、澆注、落砂、清理與檢驗等。十五863子課題驗收匯報二、造型方法的選擇用造型材料及模樣等工藝裝備制造鑄型的過程稱為造型。造型是砂型鑄造的最基本工序，通常分為手工造型和機器造型兩大類。

（一）手工造型

手工造型是全部用手工或手動工具完成的造型工序。手工造型操作靈活、適應性廣、工藝裝備簡單、成本低，但其鑄件質量差、生產率低、勞動強度大、技術水平要求高，所以手工造型主要用于單件小批生產，特別是重型和形狀復雜的鑄件。

1.手工造型方法分類

根據砂型的不同特征，手工造型方法可分為：兩箱造型、三箱造型、脫箱造型、組芯造型；根據模樣的不同特征，手工造型方法可分為：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活塊造型、刮板造型。

2.各種手工造型方法的主要特征及其適用范圍十五863子課題驗收匯報a)搗砂錘b)直澆道棒c)通氣針d)起模針e)墁刀：修平面及挖溝槽用f)秋葉:修凹的曲面用g)砂勾:修深的底部或側面及鉤出砂型中散砂用h)皮老虎常用的造型工具十五863子課題驗收匯報兩箱造型兩箱造型是造型的最基本方法，鑄型由成對的上型和下型構成，操作簡單。適用于各種生產批量和各種大小的鑄件。十五863子課題驗收匯報整模造型整模造型的模樣是整體的，分型面是平面，鑄型型腔全部在半個鑄型內，其造型簡單，鑄件不會產生錯型缺陷。適用于鑄件最大截面在一端，且為平面的鑄件。齒輪坯十五863子課題驗收匯報三箱造型

三箱造型的鑄型由上、中、下三型構成。中型高度需與鑄件兩個分型面的間距相適應。三箱造型操作費工。主要適用于具有兩個分型面的單件、小批生產的鑄件。十五863子課題驗收匯報挖砂造型挖砂造型的模樣是整體的，但鑄件分型面為曲面。為便于起模，造型時用手工挖去阻礙起模的型砂、其造型費工、生產率低，工人技術水平要求高。用于分型面不是平面的單件、小批生產鑄件。

挖到分型線十五863子課題驗收匯報手輪十五863子課題驗收匯報假箱造型假箱造型是為克服挖砂造型的挖砂缺點，在造型前預先做個底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不參予澆注，故稱假箱。比挖砂造型操作簡單，且分型面整齊。適用于成批生產中需要挖砂的鑄件。十五863子課題驗收匯報分模造型分模造型是將模樣沿最大截面處分成兩半，型腔位于上、下兩個砂箱內，造型簡單省工。常用于最大截面在中部的鑄件。十五863子課題驗收匯報活塊造型

活塊造型是在制模時將鑄件上的妨礙起模的小凸臺，肋條等這些部分作成活動的（即活塊）。起模時，先起出主體模樣，然后再從側面取出活塊。其造型費時，工人技術水平要求高。主要用于單件、小批生產帶有突出部分、難以起模的鑄件。十五863子課題驗收匯報刮板造型

刮板造型是用刮板代替實體模樣造型，它可降低模樣成本，節約木材，縮短生產周期。但生產率低，工人技術水平要求高。用于有等載面或回轉體的大、中型鑄件的單件、小批生產、如帶輪、鑄管、彎頭等。十五863子課題驗收匯報（二）機器造型機器造型是指用機器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序。機器造型鑄件尺寸精確、表面質量好、加工余量小，但需要專用設備，投資較大，適合大批量生產。

機器造型方法分類：

常用的機器造型方法有：壓實緊實、高壓緊實、震擊緊實、震壓緊實、微震緊實、拋砂緊實、射壓緊實、射砂緊實。

十五863子課題驗收匯報特種鑄造所謂特種鑄造，是指有別于砂型鑄造方法的其他鑄造工藝。特種鑄造一般能至少實現以下一種性能：鑄造方法公差等級(CT)GB6414-86手工砂型11～13機器砂型8～10金屬型6～9低壓6～9熔模5～7提高鑄件的尺寸精度和表面質量提高鑄件的物理及力學性能提高金屬的利用率(工藝出品率)減少原砂消耗量適宜高熔點、低流動性、易氧化合金鑄造改善勞動條件，便于實現機械化和自動化砂型鑄造-特種鑄造十五863子課題驗收匯報特種鑄造

與普通砂型鑄造不同的其他鑄造方法統稱為特種鑄造，如熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、擠壓鑄造、實型鑄造等。1.3.1

熔模鑄造（又稱失蠟鑄造）

在易熔模樣（蠟模）表面包覆若干層耐火涂料，待其硬化干燥后，將模樣熔去后而制成型殼，經澆注而獲得鑄件的一種方法。模樣材料多為蠟質，故又稱失蠟鑄造。

1.熔模鑄造的工藝過程

熔模鑄造的工藝過程如圖1-23所示，主要有以下過程：制造壓型、制造熔模、制造型殼、脫模、焙燒、澆注、清理。十五863子課題驗收匯報圖1-23熔模鑄造工藝過程a）壓型

b）壓制蠟模

c）焊蠟模組

d）結殼脫模

e）澆鑄

f）帶有澆鑄系統的鑄件

不存在起模問題優點？十五863子課題驗收匯報熔模鑄造十五863子課題驗收匯報2.

熔模鑄造的特點和適用范圍

熔模鑄造適用于制造形狀復雜，難以加工的高熔點合金及有特殊要求的精密鑄件；主要用于汽輪機、燃汽輪機葉片、切削刀具、儀表元件、汽車、拖拉機及機床等零件的生產。主要特點如下：1）鑄件的精度和表面質量高；尺寸公差IT11～IT14，12.5～1.6；2）可制造形狀較復雜的鑄件；3）適用于各種合金鑄件，尤其是高熔點和難以加工的高合金鋼，如耐熱合金、不銹鋼、磁鋼等。4）工藝過程較復雜，生產周期長，使用費和消耗的材料費較貴，多用于小型零件。

十五863子課題驗收匯報

1.3.2

金屬型鑄造永久型鑄造1.金屬型的構造

金屬型的材料一般采用鑄鐵，鑄件內腔可用金屬型芯或砂芯得到。結構有整體式、水平分型式如圖1-24a

、垂直分型式如圖1-24b、復合分型式如圖1-24c等。

金屬型鑄造是在重力作用下將金屬液體澆入金屬鑄型以獲得鑄件的方法。鑄型用金屬制成，可反復使用，故又稱永久型鑄造。

2.金屬型鑄造的工藝特點

1）金屬型預熱：未預熱的金屬型導熱性好，使金屬液冷卻過快，鑄件易出現冷隔、澆不足、夾雜、氣孔等缺陷；鑄型受強烈熱在澆注前必須預熱。預熱溫度應根據合金種類沖擊，應力倍增，極易損壞。故依鑄件結構而定。

十五863子課題驗收匯報圖2-24金屬型結構簡圖a)水平分型式c)復合分型式b)垂直分型式1一型芯2一上型

3—下型4—模底板5—動型

6—定型

十五863子課題驗收匯報金屬型鑄造十五863子課題驗收匯報

2）刷涂料：金屬型表面應噴刷一層耐火涂料，以保護型壁表面，免受直接沖蝕和熱擊。還可改變冷卻速度（防冷隔、澆不足），蓄氣和排氣。不同合金采用不同涂料，鋁合金常用含氧化鋅粉、滑石粉和水玻璃的涂料；灰鑄鐵用石墨、滑石粉、耐火粘土、桃膠和水。

3）澆注溫度：澆注溫度應比砂型鑄造高20～300C。

4）開型時間:在型內停留時間越長，溫度越低，收縮量越大，取出鑄件越困難，產生內應力和裂紋的傾向越大；同時金屬型的溫度越高，冷卻時間越長，生產率下降。因此合適的開型時間十分重要。鑄件凝固后應及時開型、取出鑄件，以防鑄件開裂或取出鑄件困難。十五863子課題驗收匯報

3.金屬型鑄造的特點和應用范圍

金屬型鑄造適用于大批生產的有色合金鑄件（非鐵），如鋁合金的活塞，汽缸體、氣缸蓋、液壓泵殼體、及銅合金軸瓦、軸套等。（低熔點）1）金屬型鑄件冷卻快，組織致密，機械性能較高；2）鑄件的精度和表面質量較高；尺寸公差IT13～IT16，12.5～6.3；3）實現了“一型多鑄”，提高了生產率，改善了勞動條件；4）金屬型不透氣且無退讓性，鑄件易產生澆不到、裂紋或白口等缺陷。

十五863子課題驗收匯報

1.3.3

壓力鑄造

壓力鑄造：將熔融金屬在壓鑄機中以高速壓射入金屬鑄型內，并在壓力下結晶的鑄造方法。

1、壓鑄設備和壓鑄工藝過程

壓鑄過程主要由壓鑄機來實現。常用壓鑄機分為熱壓室和冷壓室兩大類。壓室與坩堝相連的為熱壓室，適于低熔點合金；壓室與熔化設備分開的為冷壓室，廣泛用于壓鑄鋁、鎂、銅等合金。如臥式冷壓室壓鑄機，其工作原理如圖2-25，包括合型、澆注，壓射、開型、頂出鑄件幾個過程。

十五863子課題驗收匯報圖2-25臥式冷壓室式壓鑄機工作原理圖a)合型b)壓鑄c)開型1—澆道2—型腔3—澆入液態金屬處4—液態金屬5—壓射沖頭6—動型7—定型8—頂桿9—鑄件及余料十五863子課題驗收匯報臥式冷室式壓鑄機十五863子課題驗收匯報壓力鑄造十五863子課題驗收匯報

2.壓力鑄造的特點和應用范圍

缺點：1）壓鑄時，高速液流會包住大量空氣，凝固后在鑄件表皮下形成許多氣孔，故不能太多加工和熱處理。優點：1）鑄件的尺寸精度高，表面粗糙度小，尺寸公差IT11～IT15，3.2～0.8；

2）可壓鑄形狀復雜的薄壁精密鑄件，如可直接鑄出螺紋、齒形；3）壓鑄件在高壓下結晶，組織致密，力學性能好，其強度比砂型鑄件提高25%～40%；4）生產率很高，生產過程易于機械化和自動化。

十五863子課題驗收匯報

2）設備投資大，生產準備周期長，只適于大量生產。

壓力鑄造主要用于生產鋁、鋅、鎂等有色合金鑄件，如發動機缸體、缸蓋、箱體、支架等。十五863子課題驗收匯報十五863子課題驗收匯報1.3.4

低壓鑄造

低壓鑄造：用較低壓力將金屬液由鑄型底部注入型腔，并在壓力下凝固以獲得鑄件的方法。

1.低壓鑄造的工藝過程：

低壓鑄造的工藝過程如圖1-26所示，包括如下過程：1）準備合金液和鑄型。合金液倒入保溫坩堝中，裝上密封蓋，升液管及鑄型。2）升液，澆注。合金在較低壓力下從升液管平穩上升，注入型腔。十五863子課題驗收匯報圖2-26低壓鑄造示意圖十五863子課題驗收匯報3）增壓凝固，型內合金在較高壓力下結晶、凝固。4）減壓、降液，坩堝上部與大氣連通，升液管內合金液流回坩堝。5）開型取出鑄件。2.低壓鑄造的特點和應用范圍

1）充型平穩且易控制，減少了沖擊、飛濺現象，不易產生夾渣、砂眼、氣孔等缺陷，提高了產品合格率。2）金屬液上升速度和結晶壓力可調整，低壓鑄造適用于各種鑄型、各種合金和各種大小的鑄件。3）澆注系統簡單，金屬利用率高。4）與重力鑄造（砂型、金屬型）比較，鑄件的輪廓清晰，力學性能較高，勞動條件改善，易于機械化和自動化。

十五863子課題驗收匯報

低壓鑄造主要用于質量要求高的鋁、鎂合金鑄件，如氣缸體、氣缸蓋、鋁活塞、汽車輪芯、螺旋槳、內燃機的大型球墨鑄鐵曲軸等。

低壓鑄造與壓力鑄造十五863子課題驗收匯報1.3.5

離心鑄造離心鑄造：將金屬液澆入高速旋轉的鑄型中，使其在離心力作用下成形并凝固的鑄造方法。可用金屬型也可用砂型

1.離心鑄造的類型

根據鑄型旋轉軸的空間位置，離心鑄造可分為立式和臥式兩大類。1）立式離心鑄造：鑄型繞垂直軸旋轉，如圖2-27a,b所示。在離心力和重力的共同作用下，內表面為回轉拋物面，因此用于高度小于直徑的圓環類或成形鑄件。十五863子課題驗收匯報圖2-27離心鑄造示意圖a)立式離心鑄造

b)立式離心澆注成形鑄件

c)臥式離心鑄造1，16—澆包2，14—鑄型3，13—液體金屬4—帶輪和帶5—旋轉軸6—鑄件7—電動機8—澆注系統9—型腔10—型芯11—上型12—下型15—澆注槽17—端蓋十五863子課題驗收匯報2）臥式離心鑄造：鑄型繞水平軸旋轉，如圖2-27c所示，鑄件壁厚均勻，適于長度較大的管、套類零件。2、離心鑄造的特點和應用范圍

1）鑄件組織致密，無縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷，力學性能好。2）鑄造中空鑄件時，可不用型芯和澆注系統，大大簡化了生產過程，節約金屬。3）便于制造雙金屬鑄件，如鋼套鑲銅軸承。4）離心力作用下，金屬液的充型能力得到提高，可澆注流動性較差的合金鑄件和薄壁鑄件，如渦輪、葉輪等。優點：十五863子課題驗收匯報

離心鑄造主要用于管、套類零件。如鑄鐵管、銅套、氣缸套等。

缺點：鑄件易偏析，內孔不準確，內表面較粗糙。

1.3.8

各種鑄造方法比較

各種常用鑄造方法特點比較如表1-3所示。十五863子課題驗收匯報十五863子課題驗收匯報陶瓷型鑄造陶瓷型鑄造是在砂型熔模鑄造基礎上發展的新工藝，是用質地較純、熱穩定性較高的耐火材料作造型材料，用硅酸乙酯水解液作粘結劑，在催化劑作用下，經灌漿、結膠、起模、焙燒等工序制成的。母模準備→砂套造型→灌漿→稍硬→起模→噴燒→合箱→澆注→清理十五863子課題驗收匯報工藝過程十五863子課題驗收匯報

制殼材料制殼方法硬化方法起模方法應用范圍熔模鑄造硅酸乙酯水解液、剛玉等涂掛法氨硬法（慢）熔模大批陶瓷型鑄造硅酸乙酯水解液、剛玉等灌漿法附加硬化劑（快）拔模（硬后拔，精度高）單件小批

陶瓷型鑄造與熔模鑄造比較異同點與熔模鑄造比較異同點十五863子課題驗收匯報1.鑄件精度，表面光潔度高①

高質量的（耐火度高，化學穩定性好）耐火材料；硅酸乙酯—剛玉②

膠凝后拔模（所以質量高）2.可鑄大型精鑄件熔模由于蠟的原因，不能制大件（蠟變形、蠕變），陶瓷型彌補了此不足

陶瓷型鑄造特點

3.投資少，生產準備周期短陶瓷型鑄造生產準備簡單，不需要復雜設備，準備一些必要的工藝裝備4

生產成本低與機械加工方法相比，生產模具時，節省材料，成本生產各種模具鑄造大型厚壁精密鑄件，如鑄造沖模、鍛模、玻璃器皿金屬型、壓鑄模等十五863子課題驗收匯報

表1-6各種常用鑄造方法比較p38項目砂型鑄造金屬型鑄造壓力鑄造低壓鑄造離心鑄造熔模鑄造鑄件特征材質各種合金非鐵合金非鐵合金各類合金各類合金各類合金尺寸大小各種尺寸中小件為主中、小件中、小件各種尺寸小件為主結構復雜一般較復雜較復雜一般復雜鑄件質量尺寸精度（ＣＴ）７～１３６～９４～８６～９６～９４～７內部質量組織較松，晶粒較粗組織致密，晶粒細小組織致密，晶粒細組織致密，晶粒細小組織致密，晶粒細小組織較松，晶粒較粗技術經濟指標生產效率低或一般較高很高較高較高低或一般設備費用低或中中高中中或高低或中生產準備周期短較長長較長較長較長砂型鑄造金屬型鑄造壓力鑄造低壓鑄造離心鑄造熔模鑄造十五863子課題驗收匯報思考題：簡述熔模鑄造、壓力鑄造的工藝過程、特點和適用范圍。2.下列鑄件在大批量生產時，采用什么鑄造方法為宜？鋁活塞、大模數齒輪滾刀、鑄鐵污水管、摩托車氣缸體、車床床身。

十五863子課題驗收匯報鑄造工藝設計十五863子課題驗收匯報鑄造工藝圖上的工藝符號見書末插頁表4-1十五863子課題驗收匯報十五863子課題驗收匯報

十五863子課題驗收匯報澆注系統和冒口90

設點要計工藝參數的確定鑄造工藝圖的繪制鑄造工藝方案的確定鑄造工藝設計包括：選擇鑄造方法或造型方法鑄件的澆注位置和分型面位置，型芯和芯頭結構；加工余量、收縮率和拔模斜度等工藝參數；澆注系統、冒口和冷鐵的布置等；將所確定的工藝方案用文字和鑄造工藝符號在零件圖上表示出來，繪制鑄造工藝圖。十五863子課題驗收匯報一、澆注位置及分形面的選擇澆注位置：澆注時鑄件在鑄型中所處的空間位置；可采用：立澆、臥澆、斜澆等澆注位置。分型面：是指兩半鑄型（上、下型）或多個鑄型（多箱造型）相互接觸、配合的表面。鑄件的造型位置由分型面決定，而鑄件的澆注位置與造型位置通常是一致的。

澆注位置和分型面對鑄件質量及鑄造工藝都有很大影響。選擇原則：著眼于控制鑄件的凝固順序

估計到鑄件發生缺陷的可能十五863子課題驗收匯報1.澆注位置的選擇原則鉗工平板因為鑄件的上表面容易產生砂眼、氣孔、夾渣等缺陷，組織也不如下表面致密。如果這些加工面難以朝下，則應盡力使其位于側面。當鑄件的重要加工面有數個時，則應將較大的平面朝下。

(1)鑄件的重要加工面或主要工作面應朝下或位于側面，避免砂眼、氣孔和夾渣

十五863子課題驗收匯報上下車床床身鑄件的澆注位置方案由于床身導軌面是關鍵表面，不容許有明顯的表面缺陷，而且要求組織致密，因此通常都將導軌面朝下澆注。十五863子課題驗收匯報卷揚筒的澆注位置方案因為卷揚筒的圓周表面質量要求高，不允許存有明顯的鑄造缺陷。若采用臥鑄，圓周的朝上表面的質量難以保證；若采用立鑄，由于全部圓周表面均處于側立位置，其質量均勻一致，較易獲得合格鑄件。十五863子課題驗收匯報(2)鑄件的大平面應朝下，減少輻射防開裂夾渣。

鑄件的大平面若朝上，容易產生夾砂缺陷。這是由于在澆注過程中金屬液對型腔上表面有強烈的熱輻射，型砂因急劇熱膨脹和強度下降而拱起或開裂，于是鑄件表面形成夾砂缺陷。因此，平板、圓盤類鑄件的大平面應朝下。大平面朝上引起夾渣缺陷十五863子課題驗收匯報(3)面積較大的薄壁部分置于鑄型下部或使其處于垂直或傾斜位置，防止產生澆不足冷隔。

為防止鑄件薄壁部分產生澆不足或冷隔缺陷，應將面積較大的薄壁部分置于鑄型下部或使其處于垂直或傾斜位置。圖為油盤鑄件的合理澆注位置。大面積薄壁鑄件澆注位置十五863子課題驗收匯報(4)對于容易產生縮孔的鑄件，應使厚的部分放在鑄型的上部或側面，以便在鑄件厚壁處直接安置冒口，使之實現自下而上的定向凝固鑄鋼卷揚筒，澆注時厚端放在上部是合理的；反之，若厚端放在下部，則難以補縮。十五863子課題驗收匯報23圖4-2-1有熱節的澆注位置

十五863子課題驗收匯報(5).芯子數量力求少，砂垛代芯省又好。盡量減少型芯的數目，最好使型芯位于下型以便下芯和檢查，同時應保證型芯在鑄型中安放牢靠、排氣通暢十五863子課題驗收匯報2.分型面的選擇原則

分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。

除了消失模鑄造外，都要選擇分型面。

一般說來，分型面在確定澆注位置后再選擇。但是，分析各種分型面的利、弊之后，可能再次調整澆注位置。在生產中澆注位置和分型面有時是同時確定的。

分型面的選擇在很大程度上影響著鑄件的質量、成本和生產率。

分型面的選擇要在保證鑄件質量的前提下，盡量簡化工藝，節省人力物力。十五863子課題驗收匯報十五863子課題驗收匯報（1）便于起模，使造型工藝簡化。1）分型面應選在鑄件的最大截面處；2）分型面應盡量平直平直分型面可采用簡便的分模造型。大批量生產單件小批時：耐用彎曲分型面則需采用挖砂或假箱造型。起重臂分型面的選擇。十五863子課題驗收匯報28盡量使用平直分型面十五863子課題驗收匯報3)避免活塊和型芯支架分型方案按圖中方案Ⅰ，凸臺必須采用四個活塊方可制出，而下部兩個活塊的部位甚深，取出困難。當改用方案Ⅱ時，可省去活塊，僅在A處稍加挖砂即可。十五863子課題驗收匯報選擇分型面時應盡量避免不必要的型芯。

若按圖中方案1分開模造型，其上、下內腔均需采用型芯。圖中方案Ⅱ，采用整模造型，則上、下內腔均可由砂垛形成，省掉了型芯。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。十五863子課題驗收匯報①多一個分型面多一份誤差，使精度下降；

②分型面多，造型工時多，生產率下降；③機器造型只能兩箱造型，分型面多，不能進行大批量生產。244）盡量減少分型面，并盡量做到只有一個分型面十五863子課題驗收匯報雙聯齒輪毛坯的造型方案十五863子課題驗收匯報應盡量使鑄型只有一個分型面，以便采用工藝簡便的兩箱造型十五863子課題驗收匯報四箱三箱兩箱十五863子課題驗收匯報三通鑄件的澆注位置和分型面十五863子課題驗收匯報床身鑄件，其頂部平面為加工基準面。圖中方案a在妨礙起模的凸臺處增加了外部型芯，因采用整模造型使加工面和基準面在同一砂箱內，鑄件精度高，是大批量生產時的合理方案。若采用方案b，鑄件若產生錯型將影響鑄件精度，但在單件、小批生產條件下，鑄件的尺寸偏差在一定范圍內可用劃線來矯正，故在相應條件下方案b仍可采用。（2）盡量使鑄件重要加工面或大部分加工面、加工基準面放在一個砂型內，減少錯箱、披縫和毛刺，提高鑄件精度。十五863子課題驗收匯報25方案1要考慮采用活塊造型或加外型芯才能鑄造；方案2則省去了活塊造型或加外型芯。十五863子課題驗收匯報26使鑄件全部或大部分放在同一砂型十五863子課題驗收匯報應使鑄件的加工面和加工基準面處于同一砂箱中。

a)不合理b)合理螺栓塞頭的分型面基準面加工面十五863子課題驗收匯報盡量使加工基準面與大部分加工面在同一砂型內十五863子課題驗收匯報

a)不合理b)合理分型面數目的確定側芯（3）盡量減少分型面數目，最好只有一個分型面（減小模樣數量）十五863子課題驗收匯報（4）鑄件的非加工表面上，盡量避免有披縫。

a)不正確b)正確分型面的位置應能避免披縫十五863子課題驗收匯報抓住主要矛盾、全面考慮

上述諸原則，對于具體鑄件來說多難以全面滿足，有時甚至互相矛盾。例如，質量要求很高的鑄件(如機床床身、立柱、鉗工平板、造紙烘缸等)，應在滿足澆注位置要求的前提下考慮造型工藝的簡化。沒有特殊質量要求的一般鑄件，則以簡化工藝、提高經濟效益為主要依據，不必過多地考慮鑄件的澆注位置。機床立柱、曲軸等圓周面質量要求很高、又需沿軸線分型的鑄件，在批量生產中有時采用“平作立澆”法，此時，采用專用砂箱，先按軸線分型來造型、下芯，合箱之后，將鑄型翻轉90度，豎立后進行澆注。十五863子課題驗收匯報小結重點要求鑄造工藝設計（澆注位置和分型面的選擇）。一般要求砂型鑄造及造型方法的選擇。十五863子課題驗收匯報鑄件結構設計一、鑄件結構的合理性不合理可能產生澆不足、冷隔、縮松、氣孔。裂紋和變形缺陷二、鑄件結構的工藝性三、鑄造方法對鑄件結構的特殊要求十五863子課題驗收匯報一、鑄造性能對鑄件結構的要求l）鑄件壁厚的設計（l）鑄件的壁厚應合理：（2）鑄件的壁厚應均勻：（3）鑄件壁的連接：①鑄件壁間的轉角處設計出結構圓角②厚壁與薄壁間的連續要逐步過渡③避免十字交叉和銳角連接十五863子課題驗收匯報一、鑄件結構的合理性（1）鑄件應有合理的壁厚

每一種鑄造合金都有其適宜的鑄件壁厚范圍，鑄件壁厚過大或過小都會對鑄件產生不良影響。若選定合金的適宜壁厚不能滿足零件力學性能的要求，則應改選高強度的材料或選擇合理的截面形狀以及增設加強肋等措施，見右圖。鑄件的壁厚應合理十五863子課題驗收匯報（2)鑄件壁厚應力求均勻。所謂壁厚均勻，是指鑄件的各部分具有冷卻速度相近的壁厚，見右圖。鑄件的內壁厚度應略小于外壁厚度。十五863子課題驗收匯報(3)鑄件壁的聯接形式要合理

1.鑄件如果因為結構需要不能做冷壓室式壓鑄到壁厚均勻，則不同壁厚的聯接應采用逐漸過渡的形式，見下圖。鑄件壁厚的過渡形式十五863子課題驗收匯報對于鑄件結構中有兩個或三個甚至更多個壁相連的情況，可采用交錯接頭或環形接頭的形式，見下圖。（避免十字交叉和銳角連接）鑄件壁聯結應盡量避免金屬積聚十五863子課題驗收匯報為了減小熱節和防止鑄件產生縮孔和縮松，鑄件的壁應避免交叉連接和銳角連接。中、小鑄件可采用交錯接頭，銳角連接宜采用過渡形式，大件宜采用環形接頭。

交錯接頭環形接頭接頭的合理聯結方式十五863子課題驗收匯報鑄造性能對鑄件結構的要求

2）對鑄件加強筋的設計（l）筋的作用：①增加鑄件的剛度和強度，防止鑄件變形。②減小鑄件壁厚，防止鑄件產生縮孔與變形。

(2)加強筋的設計：①加強筋的厚度適當，加強筋的厚度不宜過大,一般取為被加