銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程組 銅合金鑄件鑄

　　情境三：銅合金鑄件離心鑄造 ——基礎(chǔ)知識 主講老師：張濤 造技術(shù) 精品資源共享課程 基礎(chǔ)知識 1. 離心鑄造的發(fā)展歷史 2. 離心鑄造基本原理及分類 3. 離心鑄造的優(yōu)點及局限性 4. 離心鑄造的適用范圍 造技術(shù) 精品資源共享課程 一、離心鑄造發(fā)展歷史 1.發(fā)展歷史 我國在1368-1399年,就生產(chǎn)了鑄管，用在南京武廟閘渠 。 1809年英國人埃爾恰爾特提出了個離心鑄造法的專利。 1849年英國安德魯遜克制造了臺離心鑄造機。 1914年巴西人代-拉奧德的水冷金屬型和20世紀中球墨鑄鐵在鑄管上的應(yīng)用，開始了 用離心鑄造工藝替代連續(xù)鑄造工藝、用球墨鑄鐵替代灰鑄鐵在生產(chǎn)壓力鑄管方面的過 渡。 1917年美國姆爾發(fā)明砂型離心鑄造法。 1951年，球墨鑄鐵發(fā)明后的第三年，就在歐洲首先被采用到鑄管上。它跟水冷金屬 型方法相結(jié)合，加之隨后的熱處理，給離心鑄造帶來了蓬勃的發(fā)展生機，也給供水管 線帶來了革命性的轉(zhuǎn)變。 造技術(shù) 精品資源共享課程 1952年美國鑄管采用覆膜樹脂砂替代砂型來生產(chǎn)鑄管，稱之為Mono— Cast法。此法在美日及我國臺灣得到了廣泛應(yīng)用，日本久保田在1990年用 此法生產(chǎn)出了長4500mm，直徑為2600mm的球墨鑄鐵管。 1983年邢臺鋼鐵首先在我國引進了熱模離心鑄管工藝； 1998年新興鑄管集團利用自主技術(shù)開發(fā)了特大型熱模離心球墨鑄鐵管生 產(chǎn)技術(shù)，并生產(chǎn)出了長8000mm，直徑為2000mm的球墨鑄鐵管，應(yīng)用于太原引黃 工程上。 造技術(shù) 精品資源共享課程 一、離心鑄造方法的發(fā)展歷史 2.離心鑄造的重要地位 離心鑄造即是傳統(tǒng)的、又是一種現(xiàn)代的鑄造方法。2011年我國鑄件的年 產(chǎn)量在4150萬t，而離心鑄造生產(chǎn)的鑄件，可達到320萬t以上,灰鑄鐵鑄管件約 160萬t,內(nèi)燃機缸套80萬t,各種軋輥10萬t。鑄造生產(chǎn)是獲得機械產(chǎn)品毛坯的主 要方法之一，是機械制造工業(yè)的重要基礎(chǔ)，在國民經(jīng)濟中占著相當重要的位置。 在許多機械中，鑄件重量占整機重量的比例很高，內(nèi)燃機80%，拖拉機65%— 80%，液壓件、泵類機械50%—60%。 作為我國支柱產(chǎn)業(yè)正在大力發(fā)展的船舶業(yè)、汽車工業(yè)，其心臟部分——發(fā) 動機的關(guān)鍵零件，如缸體、缸蓋、曲軸、缸套、活塞、進氣管、排氣管等八大 件幾乎全部由鑄造成而成；冶金、礦山、電站等重大關(guān)鍵設(shè)需求優(yōu)質(zhì)的重大 型鑄件；另外國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)設(shè)施和人民生活也需要大量鑄件，輸水（氣）管 道則需要各種尺寸的高韌性球墨鑄鐵管。 造技術(shù) 精品資源共享課程 鑄件質(zhì)量直接影響著機器的質(zhì)量和性能；機床鑄件的耐磨性和尺寸 穩(wěn)定性直接關(guān)乎到機床的精度保持壽命；各類泵的葉輪、殼體和液壓件 的內(nèi)腔尺寸和表面粗糙度影響到主機的工作效率；缸套和活塞環(huán)的質(zhì)量 影響到發(fā)動機的性能效率和工作壽命。 在生產(chǎn)鑄件的各種方法中離心鑄造方法僅次于砂型鑄造方法，具有 舉足輕重的地位。 3.未來的發(fā)展方向 機械工業(yè)和國民經(jīng)濟各部門迫切要求鑄造生產(chǎn)向優(yōu)質(zhì)、精華、高效 性、多品種、低消耗、低成本和低污染的方向發(fā)展。 造技術(shù) 精品資源共享課程 二、離心鑄造基本原理及分類 1.基本原理：金屬液澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，在離心力的作用下成型、凝固而 獲得鑄件。 2.分類 （1）按旋轉(zhuǎn)軸位置分類（我們國家） 臥式離心鑄造：水平旋轉(zhuǎn)軸和水平有較小夾角,此工藝主要用來生產(chǎn)高度小 于直徑的圓環(huán)形鑄件。有時也用來生產(chǎn)異形鑄件。 造技術(shù) 精品資源共享課程 臥式離心鑄造時，鑄型繞水平軸旋轉(zhuǎn)，主要用來生產(chǎn)長度大于直徑 的套筒、管類鑄件。 有時在生產(chǎn)壁較薄、細長的管狀鑄件時，鑄型的旋轉(zhuǎn)軸與水平線°的夾角，這是為了使金屬液能很好地均勻分布于整個鑄型長度 上，這也應(yīng)屬于臥室離心鑄造范圍。 造技術(shù) 精品資源共享課程 （2）按離心力應(yīng)用情況的分類法 真正離心鑄造：特點是鑄件軸線與旋轉(zhuǎn)軸線重合。 半真正離心鑄造：特點是鑄型形狀仍是軸對稱的，鑄件復雜，鑄型 旋轉(zhuǎn)速度低，離心力有助于充型和凝固，不起成形作用； 非真離心鑄造：零件形狀隨意，離心力僅增加金屬液凝固時的壓力， 鑄型轉(zhuǎn)速更低，鑄件中心線也不和旋轉(zhuǎn)軸線重合。 造技術(shù) 精品資源共享課程 （3）按鑄型材料分類 1）金屬型 金屬型在成批、大量生產(chǎn)時具有一系列特點（可重復使用， 成本低，冷卻速度快，鑄件質(zhì)量高，內(nèi)腔可以不噴涂料、不襯 砂層等），應(yīng)用較廣（世界上80%以上的鑄管產(chǎn)量都用此方法 生產(chǎn)）。 離心鑄造也可以使用一次性的鑄型，如砂型、組芯造型、 石膏型以及熔模鑄造型殼等一次性鑄型。 造技術(shù) 精品資源共享課程 2）砂型 離心鑄造中使用 的砂型，如砂型、組 芯造型、石膏型以及 熔模鑄造型殼都和普 通重力鑄造時所用的 制造方法相同. 造技術(shù) 精品資源共享課程 3)石墨型 石墨型的材料包括石墨和碳棒，但主要是石墨。石墨也比碳棒 具有更高的導熱能力。在鑄造為降低成本多使用廢電極做鑄型， 因為用來專制石墨型的成本很高。選用石墨棒或電極，經(jīng)機械加工 成形可使其成本大幅下降。石墨型正常的壽命在50～100件，也有少 數(shù)情況下超過100件。石墨型耐熱性能優(yōu)良，它的損壞原因是機械強 度和硬度低，在取出凝固后的鑄件時引起的磨損是影響其壽命的主 要因素。另外，如果操作者不小心提取鑄件，有時會嚴重損壞鑄型 甚至報廢，所以工藝規(guī)程應(yīng)規(guī)定出必要的操作注意事項。 造技術(shù) 精品資源共享課程 幾種鑄型的比較 鑄型種類 比較項目 砂型 金屬型 樹脂型 初始成本 工作效率 勞力消耗 靈活性 鑄型壽命 冷卻速度 應(yīng)用 低 允許使用各種砂箱 高 高的重復性，每小時可生產(chǎn)60件 低 10次以上 多 少 少 高 無 低 一次 2000～30000 中 低，鑄鐵件無需退火 高 中，鑄鐵件需退 火 厚壁管、輥子、各種鑄件 適合于各種斷面工件 適于薄壁管 石墨型 中 好 少 高 5～100 高 不復雜件 造技術(shù) 精品資源共享課程 三、離心鑄造的優(yōu)點及局限性 1．離心鑄造的優(yōu)點 ①不用砂芯即可鑄出中空筒形和環(huán)形鑄件及不同直徑和長度 的鑄管，生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低。 ②某些件不需任何澆冒口，提高了金屬液的利用率。以離心 球墨鑄鐵管為例，1t鑄管僅消耗1040kg鐵液，即出品率超過了96%。 ③金屬液在離心力作業(yè)下凝固，組織細密。較輕的渣、氧化 物等夾雜在離心力作用下將浮出金屬液本體，留在內(nèi)表面，能用機 械加工方法除掉，從而能確保發(fā)動機缸套等鑄件的高性能要求。 造技術(shù) 精品資源共享課程 ④調(diào)整金屬型的冷卻速度，在確定的鑄件壁厚范圍內(nèi)，能獲得從 外壁到鑄件內(nèi)壁定向凝固的組織。 ⑤可澆注不同金屬的雙金屬鑄件，例如軋輥、面粉磨輥等，使 零件有外硬內(nèi)韌，具有更好的使用性能。 圖1-7 離心鑄造雙金屬鑄件 (a)鑄型 (b)雙金屬鑄件 造技術(shù) 精品資源共享課程 2．離心鑄造的局限性 ①真正離心鑄造工藝僅適用于中空的軸對稱鑄件，而這類鑄 件的品種并不很多。 ②離心鑄造要使用復雜的離心鑄造機，一般其價格比較昂貴， 故離心鑄造車間的投資要比其他鑄造方法要高。 ③由于離心力的作用，容易使某些金屬液在凝固過程中產(chǎn)生密 度偏析。離心球墨鑄鐵管在澆注時，如碳當量過高就會造成石墨 向內(nèi)偏析。 ④靠離心力形成的內(nèi)表面比較粗糙，往往不能直接應(yīng)用。 造技術(shù) 精品資源共享課程 四、離心鑄造工藝的應(yīng)用范圍 從上述離心鑄造的優(yōu)點及局限性可以看出，離心鑄造適用于特定 的、大批量生產(chǎn)的鑄件。 目前在我國，離心鑄造已成為一種應(yīng)用較廣泛的鑄造方法，特別 在生產(chǎn)一些管、筒類鑄件如鑄鐵管、銅套、缸套、雙金屬鋼背銅套等 方面，離心鑄造是一種主要的方法。此外在耐熱鋼輥道，一些特殊的 無縫鋼管的毛坯，造紙機干燥滾筒等生產(chǎn)方面，離心鑄造法很有成效。 幾乎一切鑄造合金都可用離心鑄造法生產(chǎn)鑄件，離心鑄件的小內(nèi)徑 為8mm，外徑可達3m，鑄件長度達8m，鑄件的重量范圍從幾 千克至十多噸。 造技術(shù) 精品資源共享課程 真正離心鑄造生產(chǎn)的代表性產(chǎn)品 造技術(shù) 精品資源共享課程 離心鑄造銅合金滑動軸承材料與其他方法比較 造技術(shù) 精品資源共享課程 造技術(shù) 精品資源共享課程 ？ 思考題：管子、活塞環(huán)分別可采用哪種 離心鑄造方法？ 造技術(shù)課程組
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