鑄造工裝基礎(chǔ)知識演講人：日期:目錄01工裝概述與功能02典型結(jié)構(gòu)組成03常用材料特性04核心設(shè)計要點05制造工藝流程06維護(hù)與管理要求01工裝概述與功能鑄造工裝定義核心概念鑄造工裝是用于金屬熔煉、成型、冷卻及后處理過程中固定、定位或輔助生產(chǎn)的專用工具與設(shè)備，涵蓋模具、夾具、澆注系統(tǒng)等組件。技術(shù)特性需具備高溫耐受性、高精度配合及耐磨性，以適應(yīng)金屬液流動、凝固等復(fù)雜工況，確保鑄件尺寸穩(wěn)定性與表面質(zhì)量。材料選擇通常采用鑄鐵、合金鋼或耐熱陶瓷等材料，依據(jù)鑄造工藝（如砂型、壓鑄）定制化設(shè)計，平衡成本與性能需求。主要作用分類成型控制類包括砂型模具、金屬型模具等，直接決定鑄件幾何形狀與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，需考慮分型面設(shè)計、拔模斜度等關(guān)鍵參數(shù)。定位夾緊類涵蓋冒口、冷鐵等組件，通過調(diào)控金屬液流動與凝固速度，避免縮孔、氣孔等缺陷，提升鑄件成品率。如夾具、卡盤等，用于固定鑄坯或半成品，保證加工基準(zhǔn)統(tǒng)一，減少裝夾誤差對精度的影響。輔助工藝類前期準(zhǔn)備安裝后需進(jìn)行空載測試與試生產(chǎn)，調(diào)整參數(shù)（如合模力、澆注速度）以匹配實際生產(chǎn)條件。工裝調(diào)試維護(hù)優(yōu)化定期檢查磨損、變形情況，通過表面處理或局部更換延長使用壽命，同時收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)迭代設(shè)計。根據(jù)鑄件圖紙設(shè)計工裝結(jié)構(gòu)，進(jìn)行三維建模與強(qiáng)度仿真，驗證可行性后進(jìn)入制造階段?；竟ぷ髁鞒?2典型結(jié)構(gòu)組成用于確保模具合模時上下模的精確對位，通常采用高硬度合金材料制造以承受反復(fù)摩擦和沖擊，公差控制在微米級以保證重復(fù)定位精度。定位系統(tǒng)部件定位銷與定位孔構(gòu)成滑動副引導(dǎo)模具開合運動，需定期潤滑以減少磨損，表面經(jīng)滲碳淬火處理提高耐磨性，配合間隙需根據(jù)鑄造材料膨脹系數(shù)進(jìn)行專項設(shè)計。導(dǎo)向柱與襯套作為工藝基準(zhǔn)面用于檢測模具裝配精度，采用花崗巖或工具鋼材質(zhì)保證穩(wěn)定性，通過不同厚度墊片組實現(xiàn)0.01mm級高度微調(diào)?；鶞?zhǔn)塊與調(diào)整墊片澆注系統(tǒng)組件負(fù)責(zé)金屬液初級整流和壓力建立，內(nèi)壁需拋光至Ra0.8以下以減少流動阻力，傾斜角度設(shè)計需考慮金屬液表面張力特性。澆口杯與直澆道控制金屬液分配和充型速度，采用梯形截面優(yōu)化散熱效率，截面尺寸通過流體力學(xué)模擬確定以平衡充型時間和溫度損失。橫澆道與內(nèi)澆口多層陶瓷過濾器可去除20μm以上夾雜物，配合渦流擋渣壩形成復(fù)合凈化結(jié)構(gòu)，安裝位置需避開金屬液湍流區(qū)域。過濾器與擋渣系統(tǒng)排氣與冷卻結(jié)構(gòu)真空排氣通道布置在型腔最后充填部位，采用蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)增大排氣面積，連接真空泵可實現(xiàn)10^-3Pa級負(fù)壓環(huán)境。梯度冷卻水道根據(jù)鑄件壁厚差異設(shè)計變徑水道網(wǎng)絡(luò)，近型腔側(cè)使用銅合金鑲件加速熱傳導(dǎo)，出口水溫差控制在±2℃以內(nèi)。熱管均溫系統(tǒng)在局部過熱區(qū)域嵌入相變熱管，通過工質(zhì)汽化-冷凝循環(huán)實現(xiàn)500W/m·K級導(dǎo)熱能力，無需外部動力即可平衡模溫。03常用材料特性鑄鐵類材料應(yīng)用具有優(yōu)良的鑄造性能和切削性能，常用于制造機(jī)床床身、發(fā)動機(jī)缸體等承受中等載荷的部件，其石墨片狀結(jié)構(gòu)能有效吸收振動能量?；诣T鐵（HT200/HT250）通過鎂或稀土元素球化處理獲得，兼具高強(qiáng)度與韌性，適用于曲軸、齒輪等動態(tài)載荷零件，抗拉強(qiáng)度可達(dá)600MPa以上。球墨鑄鐵（QT400-18/QT600-3）石墨呈蠕蟲狀分布，導(dǎo)熱性接近灰鑄鐵而強(qiáng)度接近球墨鑄鐵，專用于高溫工況下的制動盤、鋼錠模等部件。蠕墨鑄鐵（RuT300/RuT450）含碳量0.2%-0.5%，焊接性和機(jī)械加工性良好，多用于礦山機(jī)械鏈輪、軋鋼機(jī)架等結(jié)構(gòu)件，需通過正火處理細(xì)化晶粒。鑄鋼類材料選擇碳素鑄鋼（ZG200-400/ZG270-500）添加錳、鉻等元素提升淬透性，適用于大型水輪機(jī)葉片或風(fēng)電軸承座，屈服強(qiáng)度可超過350MPa且耐低溫沖擊。低合金鑄鋼（ZG20Mn/ZG35CrMo）經(jīng)水韌處理后獲得超高耐磨性，專用于破碎機(jī)顎板、鐵道道岔等強(qiáng)磨損環(huán)境，工作時表面會形成硬化層而芯部保持韌性。高錳鋼（ZGMn13）非金屬材料使用呋喃樹脂砂陶瓷型芯（氧化鋁/硅酸鋯）導(dǎo)熱系數(shù)超過100W/(m·K)，作為銅合金連續(xù)鑄造的結(jié)晶器，使用壽命可達(dá)金屬模具的3-5倍，但需防氧化涂層保護(hù)。耐高溫達(dá)1600℃且化學(xué)穩(wěn)定性極佳，用于渦輪葉片空心腔道精密成型，需配合專用脫芯劑溶解去除。采用磺酸類固化劑，硬化速度快且潰散性好，適合批量生產(chǎn)中大型鑄件的砂型制作，發(fā)氣量需控制在15mL/g以下以防氣孔缺陷。123石墨模具（等靜壓成型）04核心設(shè)計要點尺寸公差控制確保工裝設(shè)計基準(zhǔn)與鑄造工藝基準(zhǔn)一致，避免因基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的累積誤差，提高尺寸傳遞精度。工藝基準(zhǔn)統(tǒng)一原則通過CAE軟件模擬鑄造過程，預(yù)測收縮變形量并提前在工裝設(shè)計中補(bǔ)償，減少后期修模次數(shù)。模擬仿真驗證對鑄件裝配面、密封面等關(guān)鍵功能區(qū)域采用IT7-IT8級公差，非關(guān)鍵區(qū)域可放寬至IT9-IT10級以降低成本。關(guān)鍵部位嚴(yán)控公差010302設(shè)計專用檢具或三坐標(biāo)測量路徑，確保公差檢測覆蓋所有關(guān)鍵尺寸，避免漏檢風(fēng)險。測量方案匹配04拔模斜度設(shè)置鋁合金鑄件推薦1°~3°拔模角，鑄鐵件需2°~5°以克服高摩擦阻力，樹脂砂型可適當(dāng)減小角度。材料特性適配對深腔或復(fù)雜筋板結(jié)構(gòu)采用分段變角度拔模，頂部角度大于底部，確保脫模順暢且不影響功能。對內(nèi)部倒扣結(jié)構(gòu)采用滑塊或可拆模芯設(shè)計，結(jié)合液壓頂出機(jī)構(gòu)實現(xiàn)零拔模角度成型。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計電鍍或噴涂工藝需額外增加0.5°~1°拔模余量，補(bǔ)償涂層厚度導(dǎo)致的型腔尺寸變化。表面處理影響01020403逆向拔模應(yīng)用冷卻收縮補(bǔ)償收縮率數(shù)據(jù)庫構(gòu)建建立不同合金（如A356、HT250）的實測收縮率曲線，包含從液相線到室溫的全階段數(shù)據(jù)。01梯度補(bǔ)償技術(shù)對厚大部位采用非線性放大系數(shù)（如1.8%~2.2%），薄壁區(qū)按1.5%~1.7%補(bǔ)償，平衡整體變形。模溫場調(diào)控在工裝中集成分區(qū)冷卻水道，通過差異化的水溫控制（20℃~80℃）主動調(diào)節(jié)局部收縮速率。后處理余量預(yù)留對精密鑄件預(yù)留0.1~0.3mm機(jī)加工余量，補(bǔ)償不可預(yù)測的微觀收縮變形。02030405制造工藝流程利用多刃刀具對工件進(jìn)行平面、溝槽或曲面的切削，可完成輪廓加工、鉆孔及螺紋銑削等復(fù)合工序。銑削加工采用砂輪對工件表面進(jìn)行微量切削，達(dá)到Ra0.1μm以下的超高表面光潔度，常用于淬硬鋼件的精加工。磨削加工01020304通過工件旋轉(zhuǎn)與刀具相對運動，實現(xiàn)圓柱面、端面等復(fù)雜幾何形狀的高精度成型，適用于軸類、盤類零件的批量生產(chǎn)。車削加工通過脈沖放電腐蝕金屬材料，可加工高硬度合金或復(fù)雜型腔模具，不受材料機(jī)械性能限制。電火花加工機(jī)加工成型方法表面處理技術(shù)熱噴涂技術(shù)通過自催化反應(yīng)在金屬表面沉積均勻鎳磷合金層，提升耐腐蝕性及硬度，適用于復(fù)雜內(nèi)腔零件的全表面防護(hù)?；瘜W(xué)鍍鎳陽極氧化噴丸強(qiáng)化將熔融或半熔融狀態(tài)的涂層材料高速噴射至基體表面，形成耐磨、防腐或隔熱的功能性涂層，如等離子噴涂氧化鋁陶瓷層。對鋁合金進(jìn)行電解氧化處理，生成多孔氧化膜后可實現(xiàn)染色或密封，顯著提高表面硬度和耐候性。利用高速彈丸沖擊工件表面引入殘余壓應(yīng)力，有效提升疲勞壽命，廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)葉片處理。裝配調(diào)試規(guī)范尺寸鏈分析通過計算零件公差累積對裝配功能的影響，制定補(bǔ)償措施，確保關(guān)鍵配合尺寸如軸承過盈量符合設(shè)計要求。動平衡校正對旋轉(zhuǎn)部件進(jìn)行離心力測試與配重調(diào)整，將振動值控制在ISO1940標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的G2.5級以內(nèi)。液壓系統(tǒng)調(diào)試采用階梯升壓法測試管路密封性，同步調(diào)整溢流閥壓力與流量分配，消除執(zhí)行機(jī)構(gòu)爬行現(xiàn)象。功能聯(lián)調(diào)測試模擬實際工況運行設(shè)備，驗證傳感器信號反饋、執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作時序等控制邏輯的匹配性。06維護(hù)與管理要求定期清潔與潤滑每日作業(yè)前需確認(rèn)螺栓、銷釘?shù)染o固件是否松動或變形，確保工裝裝配精度。對于高頻振動環(huán)境下的工裝，建議采用防松墊片或螺紋膠增強(qiáng)穩(wěn)定性。檢查緊固件狀態(tài)表面防護(hù)處理對易銹蝕部位（如分型面、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)）噴涂防銹油或覆蓋專用保護(hù)膜，尤其在潮濕環(huán)境下需縮短防護(hù)周期。若發(fā)現(xiàn)涂層剝落，需重新進(jìn)行電鍍或氮化處理。工裝使用后需及時清除殘留金屬屑、砂粒等雜質(zhì)，并對活動部件涂抹高溫潤滑脂，防止卡滯或磨損。清潔時應(yīng)避免使用腐蝕性溶劑，以免損傷工裝表面涂層或材質(zhì)。日常保養(yǎng)要點尺寸超差與形變當(dāng)工裝關(guān)鍵定位尺寸超出公差范圍（如上模與下模合模間隙超過設(shè)計值的30%），或檢測到工裝主體發(fā)生塑性變形（如彎曲、扭曲），需立即停用并返修。失效判定標(biāo)準(zhǔn)功能性損傷若工裝出現(xiàn)裂紋（尤其是應(yīng)力集中區(qū)域）、嚴(yán)重磨損（如導(dǎo)柱直徑減小5%以上）或熱疲勞導(dǎo)致的龜裂，均視為不可逆失效，需報廢處理。性能衰退指標(biāo)對于壓鑄模等高溫工裝，當(dāng)產(chǎn)品毛刺率連續(xù)增加、脫模力顯著上升或表面粗糙度惡化至Ra3.2以上時，表明工裝已進(jìn)入衰退期，需評估修復(fù)或更換。存儲環(huán)境控制溫濕度調(diào)控存儲區(qū)域需保持恒溫（建議15-25℃）及相對濕