鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝,已有約6000年的歷史。中國約在公元前1700~前1000年之間已進入青銅鑄件的全盛期,工藝上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。鑄造是指將固態(tài)金屬熔化為液態(tài)倒入特定形狀的鑄型,待其凝固成形的加工方式。被鑄金屬有:銅、鐵、鋁、錫、鉛等,普通鑄型的材料是原砂、黏土、水玻璃、樹脂及其他輔助材料。特種鑄造的鑄型包括:熔模鑄造、消失模鑄造、金屬型鑄造、陶瓷型鑄造等。(原砂包括:石英砂、鎂砂、鋯砂、鉻鐵礦砂、鎂橄欖石砂、蘭晶石砂、石墨砂、鐵砂等)
早期
中國商朝的重875公斤的司母戊方鼎,戰(zhàn)國時期的曾侯乙尊盤,西漢的透光鏡,都是古代鑄造的代表產(chǎn)品。 早期的鑄件大多是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、宗教、生活等方面的工具或用具,藝術(shù)色彩濃厚。那時的鑄造工藝是與制陶工藝并行發(fā)展的,受陶器的影響很大。
發(fā)展
中國在公元前513年,鑄出了世界上早見于文字記載的鑄鐵件-晉國鑄型鼎,重約270公斤。歐洲在公元八世紀(jì)前后也開始生產(chǎn)鑄鐵件。鑄鐵件的出現(xiàn),擴大了鑄件的應(yīng)用范圍。例如在15~17世紀(jì),德、法等國先后敷設(shè)了不少向居民供飲用水的鑄鐵管道。18世紀(jì)的工業(yè)革命以后,蒸汽機、紡織機和鐵路等工業(yè)興起,鑄件進入為大工業(yè)服務(wù)的新時期,鑄造技術(shù)開始有了大的發(fā)展。
近代
進入20世紀(jì),鑄造的發(fā)展速度很快,其重要因素之一是產(chǎn)品技術(shù)的進步 ,要求鑄件各種機械物理性能好,同時仍具有良好的機械加工性能;另一個原因是機械工業(yè)本身和其他工業(yè)如化工、儀表等的發(fā)展,給鑄造業(yè)創(chuàng)造了有利的物質(zhì)條件。如檢測手段的發(fā)展,保證了鑄件質(zhì)量的提高和穩(wěn)定,并給鑄造理論的發(fā)展提供了條件;電子顯微鏡等的發(fā)明,幫助人們深入到金屬的微觀世界,探查金屬結(jié)晶的奧秘,研究金屬凝固的理論,指導(dǎo)鑄造生產(chǎn)。
鑄造定義
(GB/T5611-1998)
鑄造-熔煉金屬,制造鑄型,并將熔融金屬澆入鑄型,凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成型方法
鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進鑄型里,經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造毛坯因近乎成形,而達(dá)到免機械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上減少了制作時間.鑄造是現(xiàn)代裝置制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。
鑄造分類
主要有砂型鑄造和特種鑄造2大類。
1 普通砂型鑄造,利用砂作為鑄模材料,又稱砂鑄,翻砂,包括濕砂型、干砂型和化學(xué)硬化砂型3類,但并非所有砂均可用以鑄造。好處是成本較低,因為鑄模所使用的沙可重復(fù)使用;缺點是鑄模制作耗時,鑄模本身不能被重復(fù)使用,須破壞后才能**成品。
1.1 砂型(芯)鑄造方法:濕型砂型、樹脂自硬砂型、水玻璃砂型、干型和表干型、實型鑄造、負(fù)壓造型。
1.2 砂芯制造方法:是根據(jù)砂芯尺寸、形狀、生產(chǎn)批量及具體生產(chǎn)條件進行選擇的。在生產(chǎn)中,從總體上可分為手工制芯和機器制芯。
2特種鑄造,按造型材料又可分為以**礦產(chǎn)砂石為主要造型材料的特種鑄造(如熔模鑄造、泥型鑄造、殼型鑄造、負(fù)壓鑄造、實型鑄造、陶瓷型鑄造等)和以金屬為主要鑄型材料的特種鑄造(如金屬型鑄造、壓力鑄造、連續(xù)鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等)兩類。
2.1 金屬模鑄造法
利用熔點較原料高的金屬制作鑄模。其中細(xì)分為重力鑄造法、低壓鑄造法和高壓鑄造法。
受制于鑄模的熔點,可被鑄造的金屬也有所限制。
2.2 脫蠟鑄造法
這方法可以為外膜鑄造法和固體鑄造法。
先以蠟復(fù)制所需要鑄造的物件,然后浸入含陶瓷(或硅溶膠)的池中并待乾,使以蠟制的復(fù)制品覆上一層陶瓷外膜,一直重復(fù)步驟直到外膜足以支持鑄造過程(約1/4寸到1/8寸),然后熔解模中的蠟,并抽離鑄模。其后鑄模需要多次加以高溫,增強硬度后方可用以鑄造。
此方法具有良好的準(zhǔn)確性,可用作高熔點金屬(如鈦)的鑄造。但由于陶瓷價格頗高,而且制作需要多次加熱和復(fù)雜,故成本頗為昂貴。
成型工藝
1.重力澆鑄:砂鑄,硬模鑄造。依靠金屬自身重力將熔融金屬液澆入型腔。
2.壓力鑄造:低壓澆鑄,高壓鑄造。依靠額外增加的壓力將熔融金屬液瞬間壓入鑄造型腔。
鑄造工藝通常包括
①鑄型(使液態(tài)金屬成為固態(tài)鑄件的容器)準(zhǔn)備,鑄型按所用材料可分為砂型、金屬型、陶瓷型、泥型、石墨型等,按使用次數(shù)可分為一次性型、半*型和*型,鑄型準(zhǔn)備的優(yōu)劣是影響鑄件質(zhì)量的主要因素;
②鑄造金屬的熔化與澆注,鑄造金屬(鑄造合金)主要有各類鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色金屬及合金;
③鑄件處理和檢驗,鑄件處理包括清除型芯和鑄件表面異物、切除澆冒口、鏟磨毛刺和披縫等凸出物以及熱處理、整形、防銹處理和粗加工等。
鑄造工藝可分為三個基本部分,即鑄造金屬準(zhǔn)備、鑄型準(zhǔn)備和鑄件處理。 鑄造金屬是指鑄造生產(chǎn)中用于澆注鑄件的金屬材料,它是以一種金屬元素為主要成分,并加入其他金屬或非金屬元素而組成的合金,習(xí)慣上稱為鑄造合金,主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金。
金屬熔煉不僅僅是單純的熔化,還包括冶煉過程,使?jié)策M鑄型的金屬,在溫度、化學(xué)成分和純凈度方面都符合預(yù)期要求。為此,在熔煉過程中要進行以控制質(zhì)量為目的的各種檢查測試,液態(tài)金屬在達(dá)到各項規(guī)定指標(biāo)后方能允許澆注。有時,為了達(dá)到高要求,金屬液在出爐后還要經(jīng)爐外處理,如脫硫、真空脫氣、爐外精煉、孕育或變質(zhì)處理等。熔煉金屬常用的設(shè)備有沖天爐、電弧爐、感應(yīng)爐、電阻爐、反射爐等。
優(yōu)點:1、可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件,尤其是復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯;
2、適應(yīng)性廣,工業(yè)常用的金屬材料均可鑄造,幾克到幾百噸;
3、原材料來源廣,價格低廉,如廢鋼、廢件、切屑等;
4、鑄件的形狀尺寸與零件非常接近,減少了切削量,屬于無切削加工;
5、應(yīng)用廣泛,農(nóng)業(yè)機械中40%~70%、機床中70%~80%的重量都是鑄件。
缺點:1、機械性能不如鍛件,如組織粗大,缺陷多等;
2、砂型鑄造中,單件、小批量生產(chǎn),工人勞動強度大;
3、鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定,工序多,影響因素復(fù)雜,易產(chǎn)生許多缺陷。
鑄造的缺陷對鑄件質(zhì)量有著重要的影響,因此,為選擇鑄造合金和鑄造方法打好基礎(chǔ),應(yīng)從鑄件的質(zhì)量入手,并結(jié)合鑄件主要缺陷的形成與防治。
鑄造熱是由于吸入在熔煉銅時產(chǎn)生的高分散度的氧化鋅煙霧所引起的一種急性發(fā)熱反應(yīng)。有人報道鉛、錫、銻、鎳等的金屬氧化物煙霧亦可引起此癥。防止金屬煙霧的逸散,是預(yù)防鑄造熱的根本辦法。在熔煉、澆鑄等操作時要加強密閉化,安裝局部排風(fēng)除塵設(shè)備,回收氧化鋅。加強全面通風(fēng)、戴防煙霧口罩可作為輔助性措施。
隨著科技的進步與鑄造業(yè)的蓬勃發(fā)展,不同的鑄造方法有不同的鑄型準(zhǔn)備內(nèi)容。以應(yīng)用廣泛的砂型鑄造為例,鑄型準(zhǔn)備包括造型材料準(zhǔn)備和造型、造芯兩大項工作。砂型鑄造中用來造型、造芯的各種原材料,如鑄造原砂、型砂粘結(jié)劑和其他輔料,以及由它們配制成的型砂、芯砂、涂料等統(tǒng)稱為造型材料,造型材料準(zhǔn)備的任務(wù)是按照鑄件的要求、金屬的性質(zhì),選擇合適的原砂、粘結(jié)劑和輔料,然后按一定的比例把它們混合成具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂設(shè)備有碾輪式混砂機、逆流式混砂機和連續(xù)式混砂機。后者是專為混合化學(xué)自硬砂設(shè)計的,連續(xù)混合,混砂速度快。
造型、造芯是根據(jù)鑄造工藝要求,在確定好造型方法,準(zhǔn)備好造型材料的基礎(chǔ)上進行的。鑄件的精度和全部生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效果,主要取決于這道工序。在很多現(xiàn)代化的鑄造車間里,造型、造芯都實現(xiàn)了機械化或自動化。常用的砂型造型造芯設(shè)備有高、中、低壓造型機、氣沖造型機、無箱射壓造型機、冷芯盒制芯機和熱芯盒制芯機、覆膜砂制芯機等。
鑄件自澆注冷卻的鑄型中取出后,帶有有澆口、冒口、金屬毛刺、披縫,砂型鑄造的鑄件還粘附著砂子,因此必須經(jīng)過清理工序。進行這種工作的設(shè)備有磨光機、拋丸機、澆冒口切割機等。砂型鑄件落砂清理是勞動條件較差的一道工序,所以在選擇造型方法時 ,應(yīng)盡量考慮到為落砂清理創(chuàng)造方便條件。有些鑄件因特殊要求,還要經(jīng)鑄件后處理,如熱處理、整形、防銹處理、粗加工等。
鑄造工藝可分為三個基本部分,即鑄造金屬準(zhǔn)備、鑄型準(zhǔn)備和鑄件處理。鑄造金屬是指鑄造生產(chǎn)中用于澆注鑄件的金屬材料,它是以一種金屬元素為主要成分,并加入其他金屬或非金屬元素而組成的合金,習(xí)慣上稱為鑄造合金,主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金。
鑄件自澆注冷卻的鑄型中取出后,有澆口、冒口及金屬毛刺披縫,砂型鑄造的鑄件還粘附著砂子,因此必須經(jīng)過清理工序。進行這種工作的設(shè)備有拋丸機、澆口冒口切割機等。砂型鑄件落砂清理是勞動條件較差的一道工序,所以在選擇造型方法時,應(yīng)盡量考慮到為落砂清理創(chuàng)造方便條件。有些鑄件因特殊要求,還要經(jīng)鑄件后處理,如熱處理、整形、防銹處理、粗加工等。
鑄造是比較經(jīng)濟的毛坯成形方法,對于形狀復(fù)雜的零件能顯示出它的經(jīng)濟性。如汽車發(fā)動機的缸體和缸蓋,船舶螺旋槳以及精致的藝術(shù)品等。有些難以切削的零件,如燃汽輪機的鎳基合金零件不用鑄造方法無法成形。
另外,鑄造的零件尺寸和重量的適應(yīng)范圍很寬,金屬種類幾乎不受限制;零件在具有一般機械性能的同時,還具有、耐腐蝕、吸震等綜合性能,是其他金屬成形方法如鍛、軋、焊、沖等所做不到的。因此在機器制造業(yè)中用鑄造方法生產(chǎn)的毛坯零件,在數(shù)量和噸位上迄今仍是多的。
鑄造生產(chǎn)經(jīng)常要用的材料有各種金屬、焦炭、木材、塑料、氣體和液體燃料、造型材料等。所需設(shè)備有冶煉金屬用的各種爐子,有混砂用的各種混砂機,有造型造芯用的各種造型機、造芯機,有清理鑄件用的落砂機、拋丸機等。還有供特種鑄造用的機器和設(shè)備以及許多運輸和物料處理的設(shè)備。
鑄造生產(chǎn)有與其他工藝不同的特點,主要是適應(yīng)性廣、需用材料和設(shè)備多、污染環(huán)境。鑄造生產(chǎn)會產(chǎn)生粉塵、有害氣體和噪聲對環(huán)境的污染,比起其他機械制造工藝來為嚴(yán)重,需要采取措施進行控制。
鑄造產(chǎn)品發(fā)展的趨勢是要求鑄件有好的綜合性能,高的精度,少的余量和光潔的表面。此外,節(jié)能的要求和社會對恢復(fù)自然環(huán)境的呼聲也越來越高。為適應(yīng)這些要求,新的鑄造合金將得到開發(fā),冶煉新工藝和新設(shè)備將相應(yīng)出現(xiàn)。
鑄造生產(chǎn)的機械化自動化程度在不斷提高的同時,將多地向柔性生產(chǎn)方面發(fā)展,以擴大對不同批量和多品種生產(chǎn)的適應(yīng)性。節(jié)約能源和原材料的新技術(shù)將會得到**發(fā)展,少產(chǎn)生或不產(chǎn)生污染的新工藝新設(shè)備將受到重視。質(zhì)量控制技術(shù)在各道工序的檢測和無損探傷、應(yīng)力測定方面,將有新的發(fā)展。
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