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前言 傳統鑄造法 現代鑄造法 指導老師 : 廖鴻維 組別 : 第 5 組 PowerPoint Presentation
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前言 傳統鑄造法 現代鑄造法 指導老師 : 廖鴻維 組別 : 第 5 組

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鑄造. 前言 傳統鑄造法 現代鑄造法 指導老師 : 廖鴻維 組別 : 第 5 組 組員 :49814027 許敦皓 49814059 劉仁捷 49814081 曾凱盟 . 前言. 鑄造是其中一項重要的加工方法,尤其對金屬零組件而言,很多是以鑄造為其製造過程中的第一道加工步驟。 鑄造的方法早在西元四千多年前就開始被用來製造各種器皿、裝飾品、工具和武器等。

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鑄造
  • 前言
  • 傳統鑄造法
  • 現代鑄造法

指導老師:廖鴻維

組別:第5組

組員:49814027 許敦皓

49814059 劉仁捷

49814081 曾凱盟

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前言
  • 鑄造是其中一項重要的加工方法,尤其對金屬零組件而言,很多是以鑄造為其製造過程中的第一道加工步驟。
  • 鑄造的方法早在西元四千多年前就開始被用來製造各種器皿、裝飾品、工具和武器等。
  • 目前的鑄造技術已能適用於各種材料,大小及複雜外形的零件,得到良好的表面粗糙度及很小的尺寸公差,甚至可改進材料性質,並達到高生產率。
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鑄造的優缺點
  • 鑄造的優點:
    • 1.適用於製造形狀複雜的工件(即零件或產品)。
    • 2.適用於一些重量或體積甚大的工件 。
    • 3.可簡化加工程序或裝配步驟。
    • 4.由於材料特性上的限制,鑄造是此類金屬成形的最佳甚至是唯一的加工方法,例如鑄鐵。
    • 5.適用於大量生產,具有很高的生產效率。
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鑄造的缺點:
    • 1.鑄件的尺寸精度及表面粗糙度通常比切削或成形加工者為差,故常需再進行後續加工製程以得到工件所要求的品質。
    • 2.鑄件的表面狀態一般較差,大都需經研磨或噴砂以去除表面的毛邊或改進表面的粗糙度等,後續加工方能順利進行。
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3.鑄件的內部組織通常並不均勻,且容易出現缺陷,需經過檢驗的步驟確認品質,甚至要加以熱處理後,鑄件才能使用。3.鑄件的內部組織通常並不均勻,且容易出現缺陷,需經過檢驗的步驟確認品質,甚至要加以熱處理後,鑄件才能使用。
  • 4.鑄造工作大都在高溫及粉塵密佈的環境中進行,此種又熱又髒的狀況,對人體危害甚鉅,尤其在老舊的鑄造工廠中更為嚴重,需利用自動化設備加以改善。
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鑄造分類
  • 鑄造的方法可分為兩大類,即傳統鑄造法和現代鑄造法。
  • 傳統鑄造法(Traditional casting process)又稱為砂模鑄造法(Sand casting process)
  • 現代鑄造法(Contemporary casting processes)包含永久模鑄造法、離心鑄造法、精密鑄造法和壓鑄法等。
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鑄造程序
  • 鑄造程序進行之順序:
  • 1.製作模型(Pattern)和鑄模(Casting mold)
    • 依工件形狀、尺寸,和表面狀態之要求鑄件材料的特性,和考慮模型各種裕度等,設計並製作出模型。
    • 利用模型進行造模程序製作包括鑄模和流路系統之澆注系統。
    • 鑄模的內部為中空之模穴或可消失模型,用來容納熔融金屬。
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2.熔化(Melting)和澆注(Pouring)
    • 鑄件材料(大部份是金屬材料)在熔化爐中加熱形成熔融金屬液。
    • 在適當的高溫下,控制好流量及流速。
    • 以人工或機器協助的方式傾倒到澆注系統因而流入鑄模內。
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3.凝固(Solidification)和鑄件(Casting) 的取得:
    • 熔融金屬液在鑄模內,逐漸冷卻而凝固。
    • 若鑄模為使用一次即廢棄者如砂模和殼模等,則將之破壞,取出鑄件。
    • 若鑄模為可反覆使用多次者如金屬模和壓鑄模等,則常需借助頂出桿(Ejector)將鑄件頂出。
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4.清理(Fettling)和檢驗(Inspection)
    • 取出之鑄件,需將不屬於工件本身的流路系統及冒口等切除,並把其它之異物如模砂等除去,稱此為清理操作。
    • 完成清理之鑄件,尚需經檢驗其形狀、尺寸及內部有否缺陷等步驟,才算完成全部的鑄造程序。
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砂模鑄造
  • 鑄模(Mold)的內部包含與欲生產之鑄件形狀及尺寸相近之中空模穴或可消失模型。
  • 外部實體構造所使用的材料主要有模砂、金屬、陶瓷或石膏等,其中以模砂為材料所製作的鑄模稱為砂模(Sand mold),如圖所示。
  • 砂模鑄造的經濟利益往往優於其他鑄造方法,在鑄件總生產量中佔有極高的比例。
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要得到砂模鑄造的優良鑄件,需先了解影響此製程的重要因素,包括模型的製作、模砂的性質、砂模的種類、造模的工具及機器設備、鑄件材料的特性、熔化及澆注的過程,和鑄件的清理及檢驗等。要得到砂模鑄造的優良鑄件,需先了解影響此製程的重要因素,包括模型的製作、模砂的性質、砂模的種類、造模的工具及機器設備、鑄件材料的特性、熔化及澆注的過程,和鑄件的清理及檢驗等。
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模砂(Molding sand)
  • 模砂的品質直接影響到鑄件的好壞,在砂模鑄造中扮演著很重要的角色。
  • 來源不同(如陸砂、河砂、湖砂等)。
  • 顆粒形狀不同(如圓形、橢圓形、多角形等)
  • 用途不同(如鑄鐵用、鑄鋼用、鑄鋁合金用等)。
  • 化學成分不同(如天然模砂、合成模砂、特殊模砂等)加以分類。
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一般模砂需具備以下的性質:
  • 1.透氣性(Permeability)
    • 當金屬熔液澆注入砂模後,熔液的高溫會將模砂中的水分蒸發成氣體。
    • 若模砂的透氣性良好,能讓這些氣體順利逸出,則可使鑄件避免氣孔等瑕疵的產生。
  • 2.強度(Strength)
    • 當金屬熔液流入砂模時,砂模受熱變為乾燥,此時的砂粒結合強度亦需能抵抗金屬熔液的沖刷及壓力。
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3.耐熱性(Refractoriness)
    • 模砂再高溫時需能保有原來之物理和化學性質,不致發生變形或熔融的現象。
  • 4.細密性(Fineness )
    • 為了得到表面光滑度較佳的鑄件,模砂需有適當的細密度以防止金屬熔液滲入模砂之間形成不良的鑄件表面。
  • 5.崩潰性(Collapsibility)
    • 模砂的崩潰性良好,可使鑄件的清理和模砂的回收再處理上較為容易。
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砂模種類
  • 砂模依模砂的情況和結合劑的不同可分為:
  • 1.溼砂模(Green sand mold)
    • 由含有水分的模砂和添加的黏土或結合劑配製成造模材料,使用可取出模型或可消失模型。
    • 造模完成後,即可直接進行澆注金屬熔液。
    • 鑄件凝固後,將砂模破壞,模砂可回收使用。
    • 溼砂模為砂模鑄造中使用最多的方法,主要原因是造模成本最低。
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2.乾面模(Skin-dried mold)
    • 製作的方法有兩種 :
      • 其一為先舖一層硬砂在模型的周圍,乾燥後即形成一層硬殼,硬殼層下仍為溼砂。
      • 其二為先做好溼砂模,然後在模穴外表噴上一層塗料,經加熱硬化後即形成具有硬殼的砂模。
  • 3.乾砂模(Dry sand mold)
    • 把較粗的模砂和結合劑混合之後,使用金屬砂箱製作鑄模,再將之送入烘爐內烘乾至完全不含水分而得。
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4.泥土模(Loam mold)
    • 造模方式是用磚塊或鐵皮做成鑄模的基本形狀,內部先填上溼砂再塗以厚泥漿形成所要的模穴,待完全乾燥後即可使用。
  • 5.呋喃模(Furan mold)
    • 在模砂中加入呋喃樹脂經均勻混合形成造模材料。
    • 此種材料在遇到酸性催化劑時會產生反應開始硬化,需注意掌握造模時效。呋喃模尤其適用於可消失模型的造模。
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6.二氧化碳模
    • 將模砂與矽酸鈉混合後製作鑄模。
    • 當二氧化碳氣體通過時,矽酸鈉會與二氧化碳產生化學反應,可使鑄模硬化而增加強度。
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砂心
  • 當鑄件有孔洞,內部凹穴或缺口時,常需製作砂心(Core),裝置在砂模內成為鑄模的一部份。
  • 砂心的形式有溼砂心和乾砂心兩種 :
  • 溼砂心:
    • 直接由模型製成,使用的材料和砂模的砂一樣。
  • 乾砂心:
    • 需要另外製作,於模型取出後再裝入砂模中。
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砂心必須具備的性質有:
  • 1.良好的透氣性:
    • 因砂心只有端部與砂模接觸,其餘則被金屬熔液所包圍,故必須有良好的透氣性。
  • 2.良好的潰散性:
    • 在金屬凝固的同時,砂心必須立刻潰散,如此才不會對金屬產生抵抗作用,避免鑄件產生熱裂現象。
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3.高強度
    • 砂心的尺寸及厚度可能甚小,要能承受修整加工及金屬熔液的沖刷等,所以要有較高的強度。
  • 乾砂心的製作可利用砂心盒(Core box),填入已混合黏結劑的砂,成形後烘乾而得。
  • 亦可利用製作呋喃模或二氧化碳模的方式,即不需烘烤的步驟來製作砂心。
  • 將乾砂心裝入砂模時,必須注意支撑的問題。
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造模程序(Mold making process)
  • 砂模的製造方法可分為:
  • 1.人工造模(Hand molding)
    • 指以人力配合各種造模設備和工具來製造砂模。
    • 人工造模不僅費力、效率低且品質也不穩定,目前使用的機會不多。
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2.機器造模(Machine molding)
    • 以機器取代人工方式造模,不僅可節省人力,提高效率,使砂模品質穩定。
  • 機器造模的方法有:
    • (1)震動法(Jolting)
      • 模型置入砂箱後,利用震搗機連續幾次地將砂箱上舉再放下,此作用可使砂被震搗而密實接合形成砂模。
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(2)壓擠法(Squeezing)
    • 利用擠壓機施力於壓板之方式將砂壓緊接合。
    • 震搗擠壓機則是結合震動和壓擠作用生產砂模。
  • (3)拋砂法(Sand slinging)
    • 利用拋砂機高速旋轉盤之拋摔,把砂以高速拋入砂箱中,藉其動能迫使砂被擠壓成密實狀態。
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現代鑄造法
  • 重力鑄造法(Gravity casting)
  • 又稱為永久模鑄造法屬於金屬模鑄造法的一種 。
  • 以鑄鐵或合金鋼材料製作鑄模,可重覆使用幾千次。
  • 鑄模形式大多為兩片式,可以做左右開閉。
  • 使用前需先經清理、預熱及噴刷塗料於模壁等步驟。
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重力鑄造法的優點:
  • 1.鑄模可重覆使用,省略造模所需的程序,生產效率高,適合於機械化及自動化生產。
  • 2.模壁表面光滑,模穴不易變形,故鑄件有較精良的尺寸及表面性質。
  • 3.鑄件冷卻速率較快,可得到細晶粒組織,且無偏析現象,故鑄件的機械性質良好。
  • 4.工作環境較砂模鑄造好。
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重力鑄造法的缺點:
  • 1.金屬鑄模製造及維護成本高,生產準備時間長,不適合少量生產。
  • 2.金屬鑄模導熱快,容易使只靠本身重量流動的熔融金屬在未充滿模穴之前,即凝固而失去流動性,故不適於生產太厚或太薄的鑄件。
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壓鑄法(Die casting)
  • 為永久模鑄造法中使用最多的方法。利用壓力將熔融金屬壓入金屬鑄模內,並保持壓力至鑄件凝固成形後,再開模取出鑄件。
  • 壓鑄法的優點:
  • 1.鑄件精度很高,表面光滑,可不必再做後續加工即可直接使用。
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2.複雜形狀或薄壁鑄件均可適用。
  • 3.生產效率高,適用於大量生產,易於實現自動化。
  • 4.鑄件組織細密,抗拉強度和表面硬度等性質都比砂模鑄件高很多。
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壓鑄法的缺點
  • 1.熔融金屬進入模穴速度快,又有壓力作用,氣體不容易排出,易產生氣孔等缺陷。
  • 2.壓鑄設備和金屬鑄模製作所需的費用較高,製模時間較長,只適合大量生產的鑄件。
  • 3.目前在實際生產上仍以用於熔點較低的非鐵系合金為主。
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離心鑄造法(Centrifugal casting)
  • 利用鑄模旋轉時所產生的離心力,迫使模穴內熔融金屬緊貼在模穴內壁上,直到凝固後停止轉動得到所要的鑄件。
  • 離心鑄造法的優點:
  • 1.不需要澆道、冒口等流路系統,故可較節省鑄件材料。且不需要造模時之準備工作及鑄件凝固後之清理工作,故較其它鑄造法經濟。
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2.鑄件的結晶組織可較細密,具優良的機械性質和物理性質。2.鑄件的結晶組織可較細密,具優良的機械性質和物理性質。
  • 3.因熔融金屬其中的雜質之比重不同,對離心力的反應有所差異,故在鑄模旋轉時產生分離,可減少鑄件內部的缺陷。
  • 4.因有離心力的作用,澆注溫度比其他鑄造法低時,仍然可使熔融金屬保持流動狀態。
  • 5.生產效率很高。
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離心鑄造法的缺點:
  • 1.只適用於製造外形與旋轉軸對稱的鑄件。
  • 2.若合金中含有比重較大的金屬成分,則可能因離心作用而產生偏析,使鑄件成為非均質體。
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瀝鑄法(Slush casting)
  • 指不必使用砂心即可製造出中空鑄件的方法。
  • 鑄件的強度不高,內部尺寸無法精確控制。
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精密鑄造法(Precision casting)
  • 使用非金屬材料做成鑄模,可大幅提高鑄造溫度,可用於高熔點之鑄件材料。
  • 適用於形狀複雜或無法切削加工之零件。
  • 所得之鑄件尺寸精確及表面光度均極為優良,可直接裝配使用。
  • 缺點則為只適合於製造小型鑄件及生產成本較高。
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1.包模鑄造(Investment casting)
  • 因模型材料最常見的是蠟,故又稱為脫蠟法。
  • 包模鑄造法對鑄件材料幾乎沒有限制,所得產品尺寸精確且表面光滑,可用於形狀複雜的鑄件。
  • 缺點為人工需求較多,製程繁雜,成本較高,產品數量不夠多時即不合經濟效益。
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2.陶瓷模鑄造法(Ceramic mold casting)
  • 此方法和包模鑄造法類似,但使用的模型材料可以是木材或鋁合金 。
  • 鑄模的耐高溫特性極佳,適合於鑄造合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼及低碳鋼等材料。
  • 此法的綜合評估是介於砂模鑄造法和包模鑄造法之間。
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3.石膏模鑄造法(Plaster mold casting)
  • 將加入強化及凝結劑的石膏加水攪拌成濃漿,倒在可取出模型上,等凝固後取出模型,再加熱烘乾得到鑄模。
  • 所得產品之尺寸及表面精確度極佳。
  • 鑄模只能使用一次,故成本較高。
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4.殼模鑄造法(Shell mold casting)
  • 製模用砂量少,殼模堅固且輕,易於搬運且耐久存 。
  • 鑄件尺寸及表面精度良好,清理成本低,極薄斷面鑄件也可鑄造和自動化程度高。
  • 鑄件太大或太重時不適用,加熱之能源成本及金屬模板模型的製造成本較高。