1、铸造高级工培训铸造高级工培训一、铸件成型工艺基础一、铸件成型工艺基础二、铸造工艺设计及劳动生产率二、铸造工艺设计及劳动生产率三、浇冒口系统三、浇冒口系统四、其他铸造设备四、其他铸造设备五、高级工造型操作技能五、高级工造型操作技能六、设备的维护保养六、设备的维护保养铸造高级工培训内容铸造高级工培训内容一、铸件成型工艺基础一、铸件成型工艺基础1. 液态成形液态成形-铸造铸造 将液态金属浇注到具有与将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸零件形状、尺寸相适应的铸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。 铸造铸造金属液态成型技术金属液
2、态成型技术 将液体金属浇铸到与零件形状、尺寸相适应的铸型空腔中,待其冷却凝固后,以获得零件或毛坯的生产方法. 称为铸造。 用铸造方法制成的毛坯或零件称为铸件。 铸造工艺过程工艺过程主要包括：金属熔炼、铸型制造、浇注凝固和落砂清理等。 铸件的材质材质有碳素钢、合金钢、铸铁、铸造有色合金等。液态成型的优点液态成型的优点适于做复杂外形，特别是复适于做复杂外形，特别是复杂内腔的毛坯杂内腔的毛坯对材料的适应性广，铸件的对材料的适应性广，铸件的大小几乎不受限制大小几乎不受限制成本低，原材料来源广泛，成本低，原材料来源广泛， 价格低廉价格低廉,一般不需要昂贵的一般不需要昂贵的设备设备是某些塑性很差的材料是某
3、些塑性很差的材料(如铸如铸铁等铁等)制造其毛坯或零件的唯制造其毛坯或零件的唯一成型工艺一成型工艺液态成型液态成型优优 点点液态成型的缺点液态成型的缺点工艺过程比较复杂，一些工艺过程工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控制还难以控制液态成形零件内部组织的均匀性、液态成形零件内部组织的均匀性、致密性一般较差致密性一般较差液态成形零件易出现缩孔、缩松、液态成形零件易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷，产品缺陷，产品 质量不够稳定质量不够稳定由于铸件内部晶粒粗大，组织不均由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴匀，且常伴 有缺陷，其力学性能有缺陷，其力学性
4、能比同类材料的塑性成形低比同类材料的塑性成形低液态成型液态成型缺缺 点点铸造方法铸造方法 手工造型手工造型 机器造型机器造型 金属型铸造熔模铸造压力铸造低压铸造陶瓷型铸造离心铸造液态成型工艺液态成型工艺砂型铸造特种铸造砂型铸造工艺流程砂型铸造工艺流程 2.铸造过程包括以下内容铸造过程包括以下内容:1）造型和制芯直到装配，得到铸型）造型和制芯直到装配，得到铸型2）金属熔炼）金属熔炼得到成分、温度合格的金属液得到成分、温度合格的金属液3）浇注，型腔内冷却凝固）浇注，型腔内冷却凝固4）清理，检验。得到不同形状、性能要求的铸件）清理，检验。得到不同形状、性能要求的铸件 铸造的基本过程：铸造的基本过程：
5、3. .铸造的优越性铸造的优越性1 1）铸造最适合于制造）铸造最适合于制造形状复杂形状复杂，特别是有，特别是有 复杂内腔复杂内腔的毛坯件。的毛坯件。 实例：汽车发动机曲轴、机床床身、飞机叶轮、实例：汽车发动机曲轴、机床床身、飞机叶轮、 航天器内精密复杂件等铸件。航天器内精密复杂件等铸件。2 2）铸造的适应范围广）铸造的适应范围广3 3）成本低）成本低 金属的成形方法可分为金属的成形方法可分为铸造、塑性成形（压铸造、塑性成形（压力加工）、切削加工、焊接和粉末冶金力加工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大类。五大类。 二、铸造工艺基础二、铸造工艺基础 金属液经浇注系统流入型腔直至充满型腔的过程称为金金
6、属液经浇注系统流入型腔直至充满型腔的过程称为金属液的属液的充型充型。基于两个前提：基于两个前提： 一是液态合金（流体）借重力或压力，充满铸型型腔，一是液态合金（流体）借重力或压力，充满铸型型腔，获得获得形状完整、轮廓清晰形状完整、轮廓清晰铸件的能力铸件的能力 充型能力（流动充型能力（流动性）性） 一是液态合金从浇注、凝固直至冷却至室温过程中，其一是液态合金从浇注、凝固直至冷却至室温过程中，其体积或尺寸体积或尺寸自然缩减的现象，称合金自然缩减的现象，称合金 收缩性。收缩性。合金的充型能力合金的充型能力 液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成
7、型件的能力成型件的能力充型能力的概念充型能力的概念:充型能力不足充型能力不足浇不足浇不足冷冷 隔隔夹夹 砂砂气气 孔孔夹夹 渣渣充型能力的决定因数充型能力的决定因数合金的流动性合金的流动性浇注条件浇注条件铸型性质铸型性质铸件结构等铸件结构等1. 金属液的流动性金属液的流动性 流动性是指金属液在型腔内的流动能力。流动性好，铸件流动性是指金属液在型腔内的流动能力。流动性好，铸件成形容易，表面质量好，成形容易，表面质量好， 形状、尺寸精度高。流动性差，铸件形状、尺寸精度高。流动性差，铸件会产生浇不到、冷隔等缺陷。会产生浇不到、冷隔等缺陷。 在相同的浇注条件下，在相同的浇注条件下，合金的合金的流动性愈
8、好流动性愈好，所浇，所浇注出的注出的试样愈长试样愈长。 试验得出：试验得出：灰口铸铁灰口铸铁、硅黄铜硅黄铜流动性最好，铸钢流动性最好，铸钢流动性最差流动性最差n流动性： 液态合金本身的流动能力，称为流动性。 流动性好的合金易得优质铸件，且有利于将杂质气体上浮并排除，还有利于补缩。 铸铁：当C+Si=6.2%，砂型，1300，螺旋线长度 1500mm； 4.3%C铸铁（1300） ：1800mm 铸钢：当C=0.4%，砂型，1600，螺旋线长度100mm ；0.45%C铸钢（1600）：200mm 铸铁和硅黄铜的流动性最好，铝硅合金次之，铸钢最差。 几种不同合金流动性的比较几种不同合金流动性的比
9、较铸铁的流动性铸铁的流动性铸钢的流动性铸钢的流动性实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。比较下面几种合金流动性能比较下面几种合金流动性能合金流动性对充型能力的影响合金流动性对充型能力的影响合金流动性的决定因数合金流动性的决定因数n合金的种类合金的种类: 合金不同，流动性不同合金不同，流动性不同.n化学成分：化学成分：同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特点，流动也不同。液态合金中高熔点固态物质，增大了金点，流动也不同。液态合金中高熔点固态物质，增大了金属液体的黏度，降低了合金的流动性。属液体的黏度，降低了合金的
10、流动性。 n结晶特性结晶特性: 恒温下结晶，流动性较好；两相区内结晶，流恒温下结晶，流动性较好；两相区内结晶，流动性较差动性较差. 2、影响合金流动性、影响合金流动性 的因素的因素n 合金种类及合金成分合金种类及合金成分； n 浇注温度；浇注温度；n 充型压力；充型压力；n 铸型内流动阻力等。铸型内流动阻力等。影响影响流动性的流动性的因素：因素： 纯金属和共晶成份合金流动性好，结晶温度范围宽的合金流动性差；Si、P提高流动性，S降低流动性。1、 化学成分 1) 纯金属流动性好：一定温度下结晶，凝固层表面平滑， 对液流阻力小. 2) 共晶成分合金流动性好：恒温凝固，固体层表面光滑， 且熔点低，过
11、热度大，推迟了合金凝固. 3) 非共晶成分流动性差：结晶在一定温度范围内进行，初 生数枝状晶阻碍液体流动影响影响流动性流动性的主要因素因素是化学成分: 为减少铸造缺陷，设计铸件时，尽可能选用流动性好的合金， 要求铸件的最小壁厚不小于铸造条件允许的最小壁厚； 砂型铸造：小型铸铁件，允许的最小壁厚为46mm；小型 铸钢件允许的最小壁厚为8mm。2、铸型条件、铸型条件 （1）铸型的导热能力：）铸型的导热能力： 导热性越好，热量越容易散失，流动性越差。导热性越好，热量越容易散失，流动性越差。 （2）浇注系统：）浇注系统： 直浇道越低，浇口截面小或分布不合理，流动性差。直浇道越低，浇口截面小或分布不合理
12、，流动性差。 （3）排气能力）排气能力 ，即透气性，即透气性， 充型能力充型能力。（4）铸型温度）铸型温度 ，液态金属与铸型的温差，液态金属与铸型的温差， 充型能力充型能力。3、浇注条件、浇注条件 （1）浇注温度：）浇注温度： 一般一般T浇浇越高，充型能力越强。越高，充型能力越强。 但过高，但过高， 易产生缩孔、粘砂、气孔等。易产生缩孔、粘砂、气孔等。 不宜过高。不宜过高。 （2）液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。）液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。 4、铸件结构、铸件结构 铸件厚度太小，铸件厚度太小， 厚薄变化大、多，厚薄变化大、多， 结构复杂，结构复杂， 有
13、大水平面结构时，有大水平面结构时， 充型能力充型能力浇注条件对充型能力的影响浇注条件对充型能力的影响浇注浇注条件条件浇注温度浇注温度充型压力充型压力浇注系统浇注系统浇注温度越高，液态金属的粘度越小，浇注温度越高，液态金属的粘度越小，过热度高，金属液内含热过热度高，金属液内含热 量多，保持量多，保持液态的时间长，充型液态的时间长，充型 能力强。能力强。液态金属在流动方向上所受的压力液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力。充型压力越大称为充型压力。充型压力越大, 充充型能力越强。型能力越强。浇注系统的结构越复杂，则流动浇注系统的结构越复杂，则流动 阻力越大，充型能力越差。阻力越大，充型能力越差
14、。铸型充填条件对充型能力的影响铸型充填条件对充型能力的影响铸型温度铸型温度(不能过高不能过高)铸型蓄热系数铸型蓄热系数:即从金属中吸取热即从金属中吸取热量并储存的能力量并储存的能力铸型的发气和透气能力：铸型的发气和透气能力：浇铸时产生气体能在金属液与铸浇铸时产生气体能在金属液与铸型间形成气膜，减小摩擦阻力，型间形成气膜，减小摩擦阻力，有利于充型。但发气能力过强有利于充型。但发气能力过强,透气能力又差时透气能力又差时,若浇铸速度太若浇铸速度太快快,则型腔中的气体压力增大，则型腔中的气体压力增大，充型能力减弱。充型能力减弱。 铸型条件对充型能力的影响铸型条件对充型能力的影响 1、铸型蓄热能力、铸型
15、蓄热能力: 金属材料导热系数激冷能力 液态金属降温快,充型能力 (蓄热能力：铸型从金属中吸收储存热量的能力) 2、铸型温度、铸型温度: t 充型 (在金属型中浇注铝合金铸件，铸型温度由340提高到520 ，同在760 时浇注，螺旋线长度则由525mm增加到950mm 3、铸型中气体、铸型中气体: 排气能力 充型 减少气体来源，提高透气性, 少量气体在铸型与金属液之间形成一层气膜，减少流动阻力，有利于充型 铸件结构对充型能力的影响铸件结构对充型能力的影响n折算厚度：折算厚度：n折算厚度也叫当量厚度或模折算厚度也叫当量厚度或模数，是铸件体积与铸件表面数，是铸件体积与铸件表面积之比。积之比。n折算厚
16、度越大，热量散失越折算厚度越大，热量散失越慢，充型能力就越好。慢，充型能力就越好。n铸件壁厚相同时，垂直壁比铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。水平壁更容易充填。 (大平面铸件不易成形大平面铸件不易成形)复杂程度：复杂程度： 铸件结构越复杂，流动铸件结构越复杂，流动阻力就越大，铸型的充阻力就越大，铸型的充填就越困难。填就越困难。改善金属改善金属的流动性的流动性加快凝固中液体的补缩加快凝固中液体的补缩排除内部夹杂物和气体排除内部夹杂物和气体 形成薄壁复杂的铸件形成薄壁复杂的铸件有利于有利于 流动性对铸件质量影响流动性对铸件质量影响：1) 流动性好,易于浇出轮廓清晰浇出轮廓清晰, ,薄而复杂
17、的铸件薄而复杂的铸件. .2) 流动性好,有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上非金属夹杂物和气体上 浮、排除浮、排除. .3) 流动性好,易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补补 缩缩. .金属液在浇注系统中的流动 1、金属液在浇口杯中的流动n作用：用来承受来自浇包的金属液流并引入直浇道，防止过浇而溢出； 避免流股直冲直浇道，减少液流对铸型的冲击； 有一定的挡渣作用； 当砂箱高度低、压头不够时，又可用以增加金属液的静压头。 浇口杯n漏斗形浇口杯：结构简单，制作方便，容积小，消耗金属液少；只能用来接纳和缓冲浇注的金属流股，挡渣能力小；主要用在小型铸铁件及铸钢件，广泛用于机器造型。漏斗口的直径应
18、该比直浇道大一倍以上。可用带滤网的漏斗形浇口杯。n池盆形浇口杯：挡渣作用明显，但是制作程序复杂，消耗的金属较多，主要用于中大型铸铁件。浇口盆的深度应该大于直浇道上端直径的5倍。n在浇口杯底部加设凹坑有利于形成垂直涡流及增强挡渣能力，可有效的吸收金属液的冲击，并在浇注时阻止缓慢浇入的金属液进入直浇道。待包嘴对准，才快速浇注和充满直浇道，使渣子进入的最少。液态金属在浇口杯中的流动n液态金属在平底的浇口杯中流动时易出现水平涡流。n流量分布不均匀造成流速方向偏斜。水平分速度对直浇道中心线偏斜，形成水平涡流运动。在涡流中心区形成一个漏斗形充满空气的等压自由液面的空穴。容易将空气和渣子带入直浇道。图 浇口
19、杯中涡流运动vrrv常 数液 流 至 涡 流 中 心 的 距 离 ；液 流 切 线 速 度 。n浇口杯中液体要有必要的深度，并在整个浇注过程中连续供给金属液，保持液面不变，浇包嘴尽可能接近和迅速浇满浇口杯。图 浇注状态对液流运动的影响(a)合理 (b)、(c)不合理n浇口杯还应有合理的形状和结构，以防止产生水平涡流，提高浇口杯的挡渣能力。浇口杯的挡渣作用n金属液沿斜壁流下，其流速的减低和流向的改变，形成垂直方向的涡流，有利于杂质的上浮。图 浇口杯的挡渣作用n纵向顺浇方便浇注工作，不易产生垂直涡流，轻质点夹杂物进入直浇道的可能性大；纵向逆浇易形成垂直涡流，有助于夹杂物上浮。侧向浇注形成垂直涡流的
20、可能介于上述两者之间，液流从一侧流向直浇道，易形成水平涡流。图 平底浇口杯中浇注方向对液流流向的影响a) 侧向浇注 b)纵向顺浇 c) 纵向逆浇n纵向逆浇时排渣、排气效果最好；纵向顺浇时效果较差；侧向浇注虽然金属液从浇口杯一侧越过底坎流向直浇道时会出现水平涡流，但涡流的旋转速度也因底坎的限制而小得多。图 底坎和浇注方向对液流流向的影响a) 纵向逆浇 b)纵向顺浇 c)侧向浇注n在池形浇口杯中增设隔板和在浇口杯出口处又有底坎，就能把浇包落入浇口杯中流股的紊乱搅拌作用限制在浇注去范围内，且能急剧改变流股方向，形成使轻质点杂质上浮的流向。图 带隔板和底坎的浇口杯a)合理 b)不合理拔塞浇口杯a)熔化
21、铁隔片浇口杯 b)扒塞浇口杯 c)浮动闸门浇口杯n即使带隔板和底坎（或凹坑）的浇口杯，也不能完全阻挡浇注开始时液流带入的气体和夹杂物，故浇注重要铸件时，常在浇注前用各种方法将直浇道堵住，等浇口杯充满后再打开，并一直保持浇口杯的液面高度。 直浇道n直浇道多为圆形或方形断面的锥形管道，作用是从浇口杯向下引导金属液进入浇注系统的其他组元或直接导入型腔，并提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服流动过程中的各种阻力，充满型腔的各个部分。n直浇道一般不能挡渣，而且金属液通过时容易带入气体。当气体被卷入时容易带入气体。当气体被卷入型腔时而又不能顺利逸出时，就会在铸件中形成气孔。 入口处的连接 采用圆角
22、，其 半径为直浇道上端直径的0.25 倍。这样可以减少气体的卷入 和冲砂的危险。直浇道的结构设计n在机器造型机上使用的直浇道多被固定在模板上，其形状必须是圆柱形或上小下大的倒锥形，这时要靠增加直浇道出口以后的阻力，如在横浇道上加设滤网、阻流片等。 图 液流在有机玻璃模型的直浇道内的流动情况a) 圆柱形直浇道，入口为尖角，呈不充满的状态 b) 圆柱形直浇道，入口为圆角，充满且吸气 c) 上大下小的圆锥形直浇道，入口为尖角，呈不充满状态 d) 上大下小的圆锥形直浇道，入口为圆角，充满且三排小孔有液体流出 n直浇道的形状上大下小的锥形。特例：机器造型机上使用直浇道多是上小下大的倒锥形，这时要靠增加直
23、浇道的出口阻力，如在直浇道中增加滤网，阻流片使充满；直浇道的结构设计n直浇道与横浇道的连接要增设直浇道窝的结构防止冲砂和卷气，使金属液的紊乱程度降低。n窝座的直径一般为横浇道宽的2倍左右面，最好接近横浇道的高度，直浇道与横浇道的连接也应做成圆角。直浇道的结构设计直浇道窝n直浇道窝的作用：减小金属液的紊流和对铸型的冲蚀作用，减小局部阻力和压头损失，有利于渣、气与金属液分离并上浮。n湿型砂强度低，必要时可在直浇道底放一干芯片（或耐火砖片）以承受金属液的冲击。 横浇道n横浇道用以连接直浇道与内浇道，并将金属平稳而均匀的分配给各个内浇道；n主要作用是捕集、保留由浇道流入的夹杂物，所以又称“捕渣器”，是
24、浇注系统最后一道挡渣关口。n要求横浇道平稳、缓慢地输送金属液，而低速流动又可减少充填时对型腔时的冲击，利于渣粒在横浇道中上浮并滞留在其顶部而不进入型腔。横浇道中液流分配n金属液从直浇道进入横浇道初期，他以较大速度沿长度方向向前运动，等到达横浇道末端冲击该处型壁后，金属液的动能转变为势能，横浇道末端附近液面升高，形成金属浪，并开始返回移动，使横浇道内液面向直浇道方面逐渐升高，直到全部充满。图 液流分配比例1-直浇道 2-横浇道 3-内浇道撇渣原理横浇道内向前流动的金属液，在内浇道附近除了有继续向前的运动速度外，还有一个向内浇道流动的速度，于是内浇道会将横浇道中的金属液“吸”进去，即“吸动作用”。
25、撇渣原理n吸动区范围大小与内浇道中的液流速度成正比例，还随内浇道断面的增大及内浇道、横浇道高度比值得增大而增大。n生产中常将横浇道做成高梯形，内浇道制成扁平梯形，内浇道置于横浇道之下，使横浇道高度为内浇道高度的56倍。n为了使从直浇道急转弯进入横浇道的金属液的流动比较平稳，以及使渣来得及浮到横浇道顶部。n直浇道中心到第一个内浇道的距离为L5h横，浇道末端要加长一段距离，以减少最后一个内浇道的吸动作用，甚至加上冒渣口，及使聚集在加长段中的夹杂物不再随液流返回到横浇道的工作段中去。横浇道断面形状n内浇道的断面形状有梯形，圆形和圆顶梯形三种。n梯形和圆顶形主要用于浇注灰铸铁和有色金属合金铸件，n圆形
26、断面的横浇道散热最少，但撇渣效果差，用于浇注铸钢件。横浇道具有撇渣作用的条件：n横浇道必须呈充满状态；n液流的流动速度低于渣粒的悬浮速度（渣粒能在横浇道中浮起）；n液流的紊流搅拌作用要尽量小；n应使夹杂物有足够的时间上浮至顶面，横浇道的顶面应该高出内浇道区一定距离，末端应加长；n内浇道和横浇道应有正确的相对位置。 横浇道能起撇渣作用的条件：横浇道能起撇渣作用的条件： （）渣粒能浮起； （）能够滞留渣粒（夹杂物能与顶面接触，因磨擦增大而停留，充满液态合金是必要条件） （）夹杂物有足够时间上浮，不被吸入内浇道。横浇道到第一个内浇道的长度应为其高度的倍，横浇道的高度最好是内浇道高度的倍。横浇道多为长
27、梯形，内浇道多扁而宽。 （）延长横浇道的长度：为储存进入横浇道的杂物，应设延长段，其最小距离一般在50以上。增强横浇道挡渣能力的措施n缓流式浇注系统1-直浇道 2-横浇道 3-内浇道n阻流式浇注系统a) 垂直式 b) 水平式n带滤网式浇注系统1-滤渣网 2-直浇道 3-横浇道 4-内浇道n集渣包式 内浇道n内浇道的作用是引导金属液进入型腔。n内浇道比较短，本身不能挡渣，但是合理的结构尺寸与与横浇道的连接方式将有利于横浇道的挡渣。n内浇道可以调节铸型与铸件各部分的温差和凝固顺序；分配金属液；控制金属液流的充型速度与方向，使之平稳充型。内浇道在铸件上开设位置的选择n对壁厚均匀的铸件，应当采用同时凝
28、固的方式，可选用多个内浇口分散引入金属液。壁厚不均匀的铸件，可从薄壁处引入，这样可以平衡铸型各部分的温差，使铸件大体在相同时间凝固，当需要顺序凝固时； n对需要采用冒口补缩的铸件，应获得顺序凝固的条件，从厚壁处引入金属液，形成从薄壁到厚壁最后到冒口的先后凝固顺序；内浇道对凝固顺序的影响及其位置选择n同时凝固能使铸件中内应力最小，因而铸件变形量也小，但不能防止缩孔、缩松，故主要适用于液态和凝固收缩不大的合金(灰铸铁)及壁厚均匀的其他合金的薄壁铸件。n顺序凝固时内应力大，变形也大，易造成裂纹缺陷。但收缩大的合金如铸钢、可锻铸铁及大多数有色金属铸件，防止产生缩孔和缩松常是工艺上首要考虑的问题，故需采
29、用顺序凝固的原则，将缩松、缩孔集中并移入冒口。n对于结构复杂的铸件，往往采用同时凝固和顺序凝固相结合的解决方法。即对每一个补缩区按顺序凝固的需要安放内浇道，但对整个铸件，则需要按照同时凝固的方式采用多个内浇道分散充型；n在铸件壁厚相差悬而又必须从薄壁处导入金属时，则应同时使用冷铁使厚壁处先凝固及加大冒口等工艺措施；n内浇道应使液流顺壁流入，不冲刷型壁，不冲击型芯，且不阻碍收缩；n内浇道应该避开铸件的重要加工面部分，防止出现晶粒粗大，降低耐磨性等；n内浇道的位置应使造型清理方便，且不阻碍铸件的收缩。内浇道与横浇道的连接n内浇道与横浇道的交界处角度不应小于90。内浇道与横浇道的连接方式n对于封闭式
30、浇注系统内浇道应在横浇道底部，内浇道和横浇道的底面最好在同一平面上，否则浇注之初内浇道不能很好地保持空位而过早地起作用。内浇道与横浇道的连接方式n对于开放式浇注系统，内浇道开在横浇道顶部，内浇道的顶面不能和横浇道顶面在同一平面上，而要置于横浇道的顶上，以防止整个（或大部分）浇注期中，当横浇道还还未充满时杂质就进入内浇道而不滞留在横浇道顶部。内浇道个数与断面形状n充填型腔的高温金属如集中通过一个内浇道，常会使内浇道附近的铸型局部过热，一起铸件局部晶粒粗大，粘砂、缩孔、缩松等缺陷。所以一般采用两个或更多内浇道。但太多也会使金属冷却过度及氧化。内浇道个数和断面形状2. 铸件凝固与收缩铸件凝固与收缩
31、（1） 液态合金从浇注、凝固直至冷却至室温过程中，其液态合金从浇注、凝固直至冷却至室温过程中，其体体积或尺寸积或尺寸自然缩减的现象自然缩减的现象收缩性。收缩性。 （2）合金的收缩性及其对）合金的收缩性及其对铸件质量铸件质量的影响取决于铸件的的影响取决于铸件的凝凝固方式。固方式。 根据凝固区的宽窄根据凝固区的宽窄“S”分分: 逐层凝固；中间凝固逐层凝固；中间凝固; 糊状凝固；糊状凝固；三种含碳量的铸铁的凝固方式 纯金属和共晶成分的合纯金属和共晶成分的合金在凝固中因为不存在固液金在凝固中因为不存在固液两相并存的凝固区，所以固两相并存的凝固区，所以固体与液体分界面清晰可见，体与液体分界面清晰可见，一
32、直向铸件中心移动。一直向铸件中心移动。 铸件在结晶过程中，当结晶温铸件在结晶过程中，当结晶温度范围很宽，且铸件截面上的温度度范围很宽，且铸件截面上的温度梯度较小，则不存在固相层，固液梯度较小，则不存在固相层，固液两相共存的凝固区贯穿整个区域。两相共存的凝固区贯穿整个区域。 大多数合金的凝固是介于逐层大多数合金的凝固是介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固。固。影响凝固的主要因素影响凝固的主要因素n合金的结晶温度范围：合金的结晶温度范围： 合金的结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固。在铁碳合金中普通灰铸铁为逐层凝固，高碳钢、球铁为糊状凝固。n铸件的温度
33、梯度：铸件的温度梯度： 在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区的宽窄取决于铸件内外层之间的温度差。 若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其凝固区相应由宽变窄。影响铸件凝固方式的因素影响铸件凝固方式的因素1) 合金的结晶温度范围 范围小： 凝固区窄，愈倾向于逐层凝固 如：砂型铸造， 低碳钢 逐层凝固；高碳钢 糊状凝固2) 铸件的温度梯度 合金结晶温度范围一定时，凝固区宽度取决于铸件内外层的温度梯度。温度梯度愈小，凝固区愈宽.(内外温差大，冷却快，凝固区窄) 温度梯度取决于： 合金性质； 铸型蓄热能力； 浇注温度。 按铸件按铸件壁厚壁厚分布均匀程度不同（即冷却快慢不同）分为：分布均匀程度不同（即冷
34、却快慢不同）分为：123 同时凝固同时凝固同时凝固同时凝固（厚薄不同部位趋近同时凝固，金属液从薄部引入）。（厚薄不同部位趋近同时凝固，金属液从薄部引入）。 顺序凝固顺序凝固（或称定向凝固（或称定向凝固)；薄部先凝固，厚部后凝固，冒口；薄部先凝固，厚部后凝固，冒口 最后凝固。最后凝固。合金的收缩合金的收缩n合金的收缩的过程合金的收缩的过程: 合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。合金的合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许多铸造缺陷。（如：缩收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许多铸造缺陷。（如：缩孔、缩松、裂纹、变
35、形等）孔、缩松、裂纹、变形等）液态收缩、凝固收缩和固态收缩三类。液态收缩、凝固收缩和固态收缩三类。铸件温度降低铸件温度降低 浇注温度浇注温度室温室温凝固终止温度凝固终止温度开始凝固温度开始凝固温度液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩固态收缩固态收缩 体积收缩体积收缩线收缩线收缩（3） 液态合金收缩过程液态合金收缩过程 三个阶段：三个阶段：液态收缩；液态收缩； 凝固收缩；固态收缩凝固收缩；固态收缩 液态收缩与凝固收缩液态收缩与凝固收缩主要表现为主要表现为体积体积的的缩减，缩减，产生产生缩孔缩孔、缩松；缩松；固态收缩固态收缩导致导致尺寸减小，尺寸减小，产生产生内应力内应力和出现和出现裂纹裂纹。 灰铸铁
36、灰铸铁收缩性最好收缩性最好.金属从浇注温度冷却到室温要经历三个收缩阶段：金属从浇注温度冷却到室温要经历三个收缩阶段： （1）液态收缩液态收缩是金属在液体状态时的收缩。其原因是是金属在液体状态时的收缩。其原因是由于气体排出；空穴减少，原子间间距减小所致。由于气体排出；空穴减少，原子间间距减小所致。 （2）凝固收缩凝固收缩是金属在凝固过程时的收缩。其原因是是金属在凝固过程时的收缩。其原因是由于空穴减少，原子间间距减小所致。由于空穴减少，原子间间距减小所致。 液态收缩和凝固收缩在外部表现皆为体积减小，一般液态收缩和凝固收缩在外部表现皆为体积减小，一般表现为液面降低，因此称为体积收缩。是缩孔或缩松形成
37、表现为液面降低，因此称为体积收缩。是缩孔或缩松形成的基本原因。的基本原因。 （3）固态收缩固态收缩是金属在固态过程中的收缩。其原因在是金属在固态过程中的收缩。其原因在于空穴减少；原子间间距减小所致。于空穴减少；原子间间距减小所致。 固态收缩还引起铸件外部尺寸的变化故称尺寸收缩或固态收缩还引起铸件外部尺寸的变化故称尺寸收缩或线收缩。线收缩对铸件形状和尺寸精度影响很大，是铸造线收缩。线收缩对铸件形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。合金的收缩合金的收缩合金收缩合金收缩固态合金冷却固态合金冷却液态合金冷却液态合金冷却液态收缩液态收缩
38、凝固收缩凝固收缩缩孔缩孔: 恒温下结晶恒温下结晶缩松缩松: 两相区结晶两相区结晶线形收缩线形收缩裂纹裂纹变形变形应力应力影响收缩的因素影响收缩的因素铸型条件铸型条件铸件结构铸件结构浇注温度浇注温度化学成分化学成分(c含量含量)合金收缩合金收缩 影响收缩的因素影响收缩的因素1) 化学成分 铸铁中促进石墨形成的元素增加，收缩减少。 如：灰口铁 C、Si,收；S 收。因石墨比容大，体积膨胀，抵销部分凝固收缩。2) 浇注温度 温度 液态收缩3) 铸件结构与铸型条件 铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍，实际收缩小于自由收缩。 铸型要有好的退让性。是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。是指单位体积的收缩量
39、（体积收缩率）。是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。 %100110VVVV%100110LLLL 其中其中 V V0 0，L L0 0表示铸件在高温表示铸件在高温T T0 0时的体积和一维方向的长度；时的体积和一维方向的长度； V V1 1，L L1 1表示铸件在高温表示铸件在高温T T1 1时的体积和一维方向的长度。时的体积和一维方向的长度。 在铸模尺寸设计时必须考虑铸件的收缩因素。即利在铸模尺寸设计时必须考虑铸件的收缩因素。即利用每种材料特定的收缩率和实际铸件的尺寸，来换算成铸用每种材料特定的收缩率和实际铸件的尺寸，来换算成铸模型腔的尺寸。模型腔的尺寸
40、。 合金的收缩给铸模的设计和铸件的精密成形等带来较合金的收缩给铸模的设计和铸件的精密成形等带来较大困难，是多数铸造缺陷产生的根源。大困难，是多数铸造缺陷产生的根源。 ） 表表2-1 2-1 典型合金的收缩率典型合金的收缩率V V（4）收缩对铸件质量的影响）收缩对铸件质量的影响 体积收缩导致铸件内部体积收缩导致铸件内部缩孔和缩松缩孔和缩松的产生的产生。n缩孔缩孔与与缩松缩松 液体合金在冷凝过程中，如果其液体合金在冷凝过程中，如果其液态收缩液态收缩和和凝固凝固收缩收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一个部位形成一个孔洞孔洞。 大而集中的称
41、为缩孔，细小而分散的称缩松。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称缩松。缩缩孔、缩松可使铸件力学性能、气密性和物化性大大降孔、缩松可使铸件力学性能、气密性和物化性大大降低，以致成为废品。低，以致成为废品。缩孔的形成缩孔的形成 集中性，位于上部，呈倒锥形，内表面粗糙。集中性，位于上部，呈倒锥形，内表面粗糙。缩孔的形成: 纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金,浇注后浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中，如在型腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中，如得不到合金液的补充，在铸件最后凝固的地方就会产得不到合金液的补充，在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔生缩
42、孔.缩孔是指金属液在铸型中冷却和凝固时，在铸件缩孔是指金属液在铸型中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。 缩松是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件缩松是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。当合金的结晶温度范围很宽或铸件断面温当合金的结晶温度范围很宽或铸件断面温度梯度较小时，凝固过程中有较宽的度梯度较小时，凝固过程中有较宽的糊状凝固糊状凝固两相并存两相并存的区域。随着树枝晶长大，该区域被分割成许多孤立的小的区域。随着树枝
43、晶长大，该区域被分割成许多孤立的小熔池，各部分熔池内剩余液态合金的收缩得不到补充，最熔池，各部分熔池内剩余液态合金的收缩得不到补充，最后形成了形状不一的分散性孔洞后形成了形状不一的分散性孔洞即即缩松缩松。 另外，缩松还可能由凝固时被截留在铸件内的气体无另外，缩松还可能由凝固时被截留在铸件内的气体无法排除所致。不过，缩松内表面应该是光滑，近似球状。法排除所致。不过，缩松内表面应该是光滑，近似球状。 缩松的形成缩松的形成 分散在铸件某区间的细小孔称为分散在铸件某区间的细小孔称为缩松缩松。缩松的形成的。缩松的形成的原因也是由于铸件最后凝固区域的液态收缩和凝固收缩得原因也是由于铸件最后凝固区域的液态收
44、缩和凝固收缩得不到补充，当合金以糊状凝固的方式凝固时就易形成分散不到补充，当合金以糊状凝固的方式凝固时就易形成分散性的缩孔导致缩松。性的缩孔导致缩松。 缩松一般出现在铸件壁的轴线区域、热节处、冒口根缩松一般出现在铸件壁的轴线区域、热节处、冒口根部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方。部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方。 缩松特征：缩松特征：分散性，为细小缩孔，位于铸件壁的轴线区域。分散性，为细小缩孔，位于铸件壁的轴线区域。B B 缩孔与缩松的影响缩孔与缩松的影响 液态收缩和凝固收缩大的合金，易产生缩孔和缩松； 浇注温度愈高，液态收缩愈大，缩孔的体积也愈大； 纯金属、共晶合金和结晶温度范
45、围窄的合金，容易产生 集中缩孔，但缩松倾向较小，如铸造铝青铜、铝硅合 金；结晶温度范围宽的合金，易于形成缩松，如锡青铜、 球墨铸铁等； 显微缩松多分布在晶粒之间；结晶温度范围越宽的合 金，越易形成显微缩松；它影响铸件的气密性。 宏观缩松多分布在铸件的中心轴线处或缩孔的下方，在 放大镜下可见密集的孔洞。 缩松：缩松：分散性，位于铸件壁的轴线区域。为细小缩孔，分散性，位于铸件壁的轴线区域。为细小缩孔， 比较缩孔和缩松的特征比较缩孔和缩松的特征 缩孔：缩孔：集中性，位于上部，呈倒锥形，内表面粗糙。集中性，位于上部，呈倒锥形，内表面粗糙。缩孔易出现的部位缩孔易出现的部位判断缩孔出现的方法判断缩孔出现的
46、方法A等温线法等温线法 B内截圆法内截圆法消除缩孔和缩松的方法消除缩孔和缩松的方法定向凝固原则定向凝固原则是铸件让远离冒口的地方先是铸件让远离冒口的地方先凝固，靠近冒口的地方次凝凝固，靠近冒口的地方次凝固，最后才是冒口本身凝固。固，最后才是冒口本身凝固。实现以厚补薄，将缩孔转移实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去。到冒口中去。原理原理合理布置内浇道及确定浇铸工艺。合理布置内浇道及确定浇铸工艺。方法方法合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。 特点：特点：冒口浪费金属，且铸件的温差大、热应力大、变形大，容易引起冒口浪费金属，且铸件的温差大、热应力大、变形大，容易引起
47、裂纹。但组织致密。裂纹。但组织致密。 危害：缩孔和缩松减小铸件有效承载面积，降低力学危害：缩孔和缩松减小铸件有效承载面积，降低力学 性能，性能， 缩松导致铸件渗漏。缩松导致铸件渗漏。缩孔与缩松的防止方法：缩孔与缩松的防止方法： A 选用选用逐层凝固逐层凝固的铸造合金（趋近的铸造合金（趋近共晶共晶成份）；成份）； B 对于壁厚不匀的铸件，采用对于壁厚不匀的铸件，采用定向凝固定向凝固，控制凝固次序，控制凝固次序， 让薄部先凝固，厚部后凝固；让薄部先凝固，厚部后凝固； C 在铸件最后凝固的部位，在铸件最后凝固的部位，设置冒口，设置冒口，在热节处在热节处放置冷放置冷 铁铁，把缩孔引入冒口中，最后割去冒
48、口。，把缩孔引入冒口中，最后割去冒口。冒口冒口液态成形内应力、变形与裂纹液态成形内应力、变形与裂纹内应力内应力热应力热应力机械应力机械应力变形变形裂纹裂纹铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件的壁厚不均匀，导致不同部位铸件的壁厚不均匀，导致不同部位不均衡的收缩而引起的应力。不均衡的收缩而引起的应力。铸件在固态收缩时，因受到铸型、铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生的应力。产生的应力。残余热应力的存在，使铸件处在一种非残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定状态，将自发地通过铸件的变形来稳定状态，将自发地通过铸件的
49、变形来缓解其应力，以回到稳定的平衡状态。缓解其应力，以回到稳定的平衡状态。当热应力大到一定程度会导致出现裂纹。当热应力大到一定程度会导致出现裂纹。（5）铸造内应力、变形与）铸造内应力、变形与 裂纹裂纹 由由固态收缩固态收缩受到阻碍而引起受到阻碍而引起+a) 热应力： 铸件因壁厚不均匀，或铸件中存在着较大的温差，在同一时间内铸件各部分收缩不同，先冷却的部位阻碍了后冷却部位的收缩，在其内部产生了内应力。b) 铸件产生热应力与变形的规律： 薄壁、细小部位：冷得快，受压应力（凸出）； 厚壁、粗大部位：冷得慢，受拉应力（凹进）。 热应力热应力由于铸件由于铸件壁厚不均匀壁厚不均匀，冷速不一冷速不一，致使，
50、致使同时期内同时期内线收缩不一致线收缩不一致而相互牵制所引起。而相互牵制所引起。+-+-+-热应力分布规律热应力分布规律：厚部（缓冷）：厚部（缓冷）拉应力拉应力 薄部（先冷）薄部（先冷）压应力压应力 两杆的固态冷却曲线图两杆的固态冷却曲线图 (a) (b) (c) (d)a) 凝固开始，粗细处都为塑性状态，无内应力 两杆冷速不同，细杆快，收缩大, 受粗杆限制, 不能自由收缩，相对被拉长，粗杆相对被压缩, 结果两杆等量收缩.b) 细杆冷速大，先进入弹性阶段，而粗杆仍为塑性 阶段，随细杆收缩发生塑性收缩，无应力.c) 细杆收缩先停止，粗杆继续收缩，压迫细杆，而 细杆又阻止粗杆的收缩，至室温，粗杆受
