1、第十一章第十一章 铸造铸造熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法，称为得一定形状和性能铸件的成形方法，称为铸造铸造结晶：结晶：金属溶液在凝固后一般都金属溶液在凝固后一般都以晶质状态存在。以晶质状态存在。金属的结晶过金属的结晶过程是不断形成晶核和晶核不断长程是不断形成晶核和晶核不断长大的过程，即由大的过程，即由晶核的产生和长晶核的产生和长大大两个基本过程组成的。两个基本过程组成的。11动画：金属的结晶动画：金属的结晶优点：优点：1 1）可以生产出）可以生产出形状复杂形状复杂，特别是具有复杂内腔的零件毛坯，
2、特别是具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。如各种箱体、床身、机架等。2 2）铸造生产的）铸造生产的适应性广适应性广，工艺灵活性大。，工艺灵活性大。工业上常用的金属材料均可用来进行铸造，工业上常用的金属材料均可用来进行铸造，铸件的重量可由几克到几百吨，壁厚可由铸件的重量可由几克到几百吨，壁厚可由0.5mm0.5mm到到1m1m左右左右3 3）铸造用原材料大都来源广泛，价格低廉，）铸造用原材料大都来源广泛，价格低廉，并可直接利用废机件，故铸件并可直接利用废机件，故铸件成本较低成本较低。缺点：缺点：1 1）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产
3、生缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧度气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧度低于同种材料的锻件。低于同种材料的锻件。2 2）铸件质量不够稳定。）铸件质量不够稳定。铸造的优缺点：铸造的优缺点：铸造的分类铸造的分类 铸造铸造（造型（造型方法）方法）砂型铸造砂型铸造特种铸造特种铸造（造型材料）（造型材料）化学硬化砂型化学硬化砂型湿砂型湿砂型干砂型干砂型以天然矿产砂石以天然矿产砂石为主要造型材料为主要造型材料熔模铸造、壳型铸熔模铸造、壳型铸造、负压铸造、泥造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等、陶瓷型铸造等以金属作为主以金属作为主要造型材料要造
4、型材料金属型铸造、离心金属型铸造、离心铸造、连续铸造、铸造、连续铸造、压力铸造、压力铸造、低压铸造等低压铸造等砂型铸造工艺过程砂型铸造工艺过程制造模样、芯盒制造模样、芯盒配制型砂、芯砂配制型砂、芯砂造型和造芯造型和造芯烘干、烘干、合箱合箱熔炼金属、浇注熔炼金属、浇注落砂、清理与检验等落砂、清理与检验等第一节第一节 砂型铸造工艺砂型铸造工艺一、造型材料一、造型材料制做铸型和型芯所用的材料成为造型材料。制做铸型和型芯所用的材料成为造型材料。主要分型砂与芯砂，由原砂、粘接剂、水和附加物配制而成。主要分型砂与芯砂，由原砂、粘接剂、水和附加物配制而成。（一）型（芯）砂的性能（一）型（芯）砂的性能1 1、
5、强度：、强度：应保证铸型（或型芯）受外力作用时，不易被损坏。型砂强度不应保证铸型（或型芯）受外力作用时，不易被损坏。型砂强度不 足会造成塌箱、冲砂与砂眼等缺陷。足会造成塌箱、冲砂与砂眼等缺陷。2 2、透气性：、透气性：铸型（或型芯）能允许气体通过，因为浇注时，型腔内的空铸型（或型芯）能允许气体通过，因为浇注时，型腔内的空 气及铸型产生的挥发气体要通过砂型逸出。气及铸型产生的挥发气体要通过砂型逸出。3 3、可塑性：、可塑性：型砂受力易成型且获得清晰轮廓。可塑性好，作兴方便，造型砂受力易成型且获得清晰轮廓。可塑性好，作兴方便，造 型的轮廓清晰，可铸出形状尺寸精确的铸件。型的轮廓清晰，可铸出形状尺寸
6、精确的铸件。4 4、耐火性：、耐火性：型（芯）砂在高温液态金属作用下，不软化、不熔融和不粘型（芯）砂在高温液态金属作用下，不软化、不熔融和不粘 结的能力、耐火性差的型（芯）砂，砂粒易粘附在铸件表面结的能力、耐火性差的型（芯）砂，砂粒易粘附在铸件表面 ，使清砂和切削加工困难。，使清砂和切削加工困难。5 5、退让性：、退让性：铸件凝固收缩时，型（芯）砂不阻碍铸件收缩。退让性差的铸件凝固收缩时，型（芯）砂不阻碍铸件收缩。退让性差的 型芯砂，将阻碍铸件的收缩，会使铸件产生应力，引起变形型芯砂，将阻碍铸件的收缩，会使铸件产生应力，引起变形 ，甚至开裂。，甚至开裂。型芯在浇注时，四周被液态金属包围，故要求
7、芯砂性能比型芯在浇注时，四周被液态金属包围，故要求芯砂性能比型砂高。型砂高。(二二)型（芯）砂的组成及配制过程型（芯）砂的组成及配制过程1、型（芯）砂的组成、型（芯）砂的组成原砂原砂是型砂和砂芯的主要组成部分，其主要成分是由是型砂和砂芯的主要组成部分，其主要成分是由SiO2及其及其他氧化物。砂粒均匀且呈圆形的好，一般采自山地、沙漠、河他氧化物。砂粒均匀且呈圆形的好，一般采自山地、沙漠、河滩和海滨。滩和海滨。粘结剂粘结剂其作用是江砂粒互相粘结在一起，使型（芯）砂具有一其作用是江砂粒互相粘结在一起，使型（芯）砂具有一定的强度和可塑性。种类很多，常用的有陶（高岭）土、膨润定的强度和可塑性。种类很多，
8、常用的有陶（高岭）土、膨润土、油类、合脂、树脂与水玻璃等。土、油类、合脂、树脂与水玻璃等。附加物附加物为了改善型（芯）砂某些性能而附加的物质。例如，加为了改善型（芯）砂某些性能而附加的物质。例如，加入煤粉可提高耐火性，加入水玻璃可提高强度，加入木屑可改入煤粉可提高耐火性，加入水玻璃可提高强度，加入木屑可改善透气性和退让性等。善透气性和退让性等。型砂和芯砂的组成物决定于铸造合金的种类，铸件的大小型砂和芯砂的组成物决定于铸造合金的种类，铸件的大小及结构特征等。及结构特征等。2、型（芯）砂的制备过程、型（芯）砂的制备过程烘干烘干-筛分筛分-混砂（先干混后湿混）混砂（先干混后湿混）-松砂松砂-停放（闷
9、砂）。停放（闷砂）。二、模样与芯盒的制造二、模样与芯盒的制造模样与芯盒是铸造生产的工艺装备之一，模样与芯盒是铸造生产的工艺装备之一，模样是用来形成铸型型腔的工艺装备模样是用来形成铸型型腔的工艺装备,按组合形式，可分为整按组合形式，可分为整体模和分开模。体模和分开模。芯盒是制造砂芯或其他种类耐火材料芯所用的装备。芯盒是制造砂芯或其他种类耐火材料芯所用的装备。模样和芯盒由木材、金属或其他材料制成。模样和芯盒由木材、金属或其他材料制成。（一）模样的制造（一）模样的制造一般情况，模样的外形与铸件的外形相似，其尺寸要大于一般情况，模样的外形与铸件的外形相似，其尺寸要大于铸件，这是因为金属有冷却收缩。模样
10、应有足够的强度和铸件，这是因为金属有冷却收缩。模样应有足够的强度和刚度，以及与逐渐向适应的表面粗糙度和尺寸精度。刚度，以及与逐渐向适应的表面粗糙度和尺寸精度。根据制造模样所用的材料不同，分为木模样、金属模样和根据制造模样所用的材料不同，分为木模样、金属模样和塑料模样等，可根据铸件的要求、造型方法和生产批量等塑料模样等，可根据铸件的要求、造型方法和生产批量等，经济合理的选用。，经济合理的选用。木模样木模样是模样中应用最广泛的一种，具有质轻、价廉和容是模样中应用最广泛的一种，具有质轻、价廉和容易加工等优点。但强度低，容易变形和损坏，一班用于单易加工等优点。但强度低，容易变形和损坏，一班用于单件和中
11、小批量生产。常用木材有，红木、杉木、银杏等。件和中小批量生产。常用木材有，红木、杉木、银杏等。金属模样金属模样用铸铁、铜合金和铝合金等金属材料制造的模样用铸铁、铜合金和铝合金等金属材料制造的模样。铝模最为多见。金属模样的强度高，尺寸精确，表面光。铝模最为多见。金属模样的强度高，尺寸精确，表面光洁，寿命长。但制造时生产周期长、成本高，用于大批量洁，寿命长。但制造时生产周期长、成本高，用于大批量生产。生产。（二）芯盒的制造（二）芯盒的制造芯盒的型腔与铸件的内腔孔洞相似。其尺寸应考虑铸件内腔的芯盒的型腔与铸件的内腔孔洞相似。其尺寸应考虑铸件内腔的加工余量和收缩量。根据制造芯盒的材质不同，也可以分加工
12、余量和收缩量。根据制造芯盒的材质不同，也可以分为木芯盒和金属芯盒，金属芯盒的材料一般是铸造铝合金为木芯盒和金属芯盒，金属芯盒的材料一般是铸造铝合金。三、造型与制芯工艺三、造型与制芯工艺 造型是指用型砂、模样、砂箱等工艺装备制造砂型的过程。造型是指用型砂、模样、砂箱等工艺装备制造砂型的过程。制芯是将芯砂制成符合芯盒形状的砂芯的过程。制芯是将芯砂制成符合芯盒形状的砂芯的过程。（一）手工造型（一）手工造型手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。1 1、整模造型、整模造型的模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部的模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔
13、全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型缺陷。适用于在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型缺陷。适用于铸件最大截面在一端，且为平面的铸件。铸件最大截面在一端，且为平面的铸件。整模造型整模造型2 2、分模造型、分模造型是将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下是将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下两个砂箱内，造型简单省工。常用于最大截面在中部的铸件。两个砂箱内，造型简单省工。常用于最大截面在中部的铸件。三箱造型三箱造型3 3、挖砂造型、挖砂造型的模样是整体的，但铸件分型面为曲面。的模样是整体的，但铸件分型面为曲面。为便于起模，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂、其造为便于起模，造型
14、时用手工挖去阻碍起模的型砂、其造型费工、生产率低，工人技术水平要求高。用于分型面型费工、生产率低，工人技术水平要求高。用于分型面不是平面的单件、小批生产铸件。不是平面的单件、小批生产铸件。挖砂造型挖砂造型4 4、活块造型、活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，肋条等是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，肋条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出主体模样，这些部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费时，工人技术水平要求高。然后再从侧面取出活块。其造型费时，工人技术水平要求高。主要用于单件、小批生产带有突出部分、难以起模的铸件。主要用于单件、
15、小批生产带有突出部分、难以起模的铸件。活块造型活块造型5 5、刮板造型、刮板造型是用刮板代替实体模样造型，它可降低模样成是用刮板代替实体模样造型，它可降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，工人技术水本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，工人技术水平要求高。用于有等载面或回转体的大、中型铸件的单件、平要求高。用于有等载面或回转体的大、中型铸件的单件、小批生产、如带轮、铸管、弯头等。小批生产、如带轮、铸管、弯头等。刮板造型刮板造型6 6、组芯造型、组芯造型是用若干块砂芯组合成铸型，而无需砂箱。它可提是用若干块砂芯组合成铸型，而无需砂箱。它可提高铸件的精度，但成本高。适用于大批量生产形
16、状复杂的铸件。高铸件的精度，但成本高。适用于大批量生产形状复杂的铸件。7 7、地坑造型、地坑造型在地平面以下的沙坑中或特制的地坑中制造下型的在地平面以下的沙坑中或特制的地坑中制造下型的造型方法，特点是省掉了下砂箱，但造型操作麻烦。用于中型、造型方法，特点是省掉了下砂箱，但造型操作麻烦。用于中型、大型铸件单件或小批量生产。大型铸件单件或小批量生产。8 8、假箱造型、假箱造型是为克服挖砂造型的挖砂缺点，在造型前预先是为克服挖砂造型的挖砂缺点，在造型前预先做个底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不参予做个底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不参予浇注，故称假箱。比挖砂造型操作简单，且分型
17、面整齐。适浇注，故称假箱。比挖砂造型操作简单，且分型面整齐。适用于成批生产中需要挖砂的铸件。用于成批生产中需要挖砂的铸件。假箱造型假箱造型（二）机器造型（二）机器造型 机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。机器造型铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小，但需要专用机器造型铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小，但需要专用设备，投资较大，适合大批量生产。设备，投资较大，适合大批量生产。常用的机器造型方法有：压实紧实、高压紧实、震击紧实、常用的机器造型方法有：压实紧实、高压紧实、震击紧实、震压紧实、微震紧实、抛砂紧实、射压紧实、
18、射砂紧实。震压紧实、微震紧实、抛砂紧实、射压紧实、射砂紧实。（三）造芯（三）造芯芯的主要作用是形成铸件的内腔或局部外形。芯的主要作用是形成铸件的内腔或局部外形。单件、小批生产时采用手工制芯，大批生产时采用机器制单件、小批生产时采用手工制芯，大批生产时采用机器制芯。芯。手工制芯常采用芯盒制芯。手工制芯常采用芯盒制芯。（四）浇铸系统与冒孔（四）浇铸系统与冒孔在造型过程中，开设浇铸系统与冒口是非常重要的操作。在造型过程中，开设浇铸系统与冒口是非常重要的操作。浇铸系统浇铸系统将液态金属平稳的导入、填充型腔与冒口的通道，将液态金属平稳的导入、填充型腔与冒口的通道，称为浇注系统。通常由浇口杯、直浇道、横浇
19、道和内浇道组称为浇注系统。通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。除导入液态金属外，浇注系统还起到挡渣、补缩与调节成。除导入液态金属外，浇注系统还起到挡渣、补缩与调节铸件的冷却顺序等作用。铸件的冷却顺序等作用。冒口冒口在铸型中，储在铸型中，储存和供补缩铸件用存和供补缩铸件用熔融金属的空腔，熔融金属的空腔，也指该空腔中充填也指该空腔中充填的金属。其作用是的金属。其作用是补缩、排气和除渣补缩、排气和除渣。冒口设置于铸件。冒口设置于铸件的顶部或的顶部或“热节热节”处。处。（五）铸型、型芯的烘干及合箱（五）铸型、型芯的烘干及合箱铸型、型芯的烘干铸型、型芯的烘干目的是提高铸型与型芯的目的是提高铸型与型
20、芯的强度、透气性，以及减少其挥发性气体。通常，强度、透气性，以及减少其挥发性气体。通常，型芯都要进行烘干，而铸型实在不能保证铸件质型芯都要进行烘干，而铸型实在不能保证铸件质量时，才进行烘干。量时，才进行烘干。合箱合箱把铸型的各部分以及型芯装配在一起的把铸型的各部分以及型芯装配在一起的操作，称为合箱。其工艺要点是要保证铸型型腔操作，称为合箱。其工艺要点是要保证铸型型腔的尺寸与形状，以及型芯相对位置的稳固。的尺寸与形状，以及型芯相对位置的稳固。四、铸造工艺图四、铸造工艺图铸造工艺图铸造工艺图是表示铸型分型面、浇冒口系统、浇注位置、是表示铸型分型面、浇冒口系统、浇注位置、型芯结构尺寸、控制凝固措施（
21、冷铁、保温衬板）等的型芯结构尺寸、控制凝固措施（冷铁、保温衬板）等的图样。图样。图中应表示出图中应表示出：铸件的浇注位置、分型面、型芯的数量、：铸件的浇注位置、分型面、型芯的数量、形状、尺寸及固定方法、加工余量、起模斜度、浇口、形状、尺寸及固定方法、加工余量、起模斜度、浇口、冒口、冷铁的尺寸和位置。冒口、冷铁的尺寸和位置。（一）浇注位置及分型面的选择（一）浇注位置及分型面的选择浇注位置浇注位置是指浇注时铸件所处的位置。是指浇注时铸件所处的位置。分型面分型面是指两是指两半个铸型相互接触的表面。一般先从保证铸件的质量半个铸型相互接触的表面。一般先从保证铸件的质量出发来确定浇注位置，然后从工艺操作方
22、便出发确定出发来确定浇注位置，然后从工艺操作方便出发确定分型面。分型面。1 1、浇注位置的选择、浇注位置的选择浇注位置的选择应考虑以下原则：浇注位置的选择应考虑以下原则：1 1）一般情况，铸件浇注位置的上面比下面铸造缺陷多，一般情况，铸件浇注位置的上面比下面铸造缺陷多，所以所以重要加工面、耐磨表面等质量要求较高部位应置重要加工面、耐磨表面等质量要求较高部位应置于下面或侧面。于下面或侧面。图图11-17 11-17 机床床身浇注时的位置机床床身浇注时的位置2 2）浇注位置的选择应有利于铸型的充填和型腔中气体的浇注位置的选择应有利于铸型的充填和型腔中气体的排出，所以排出，所以具有大面积的薄壁铸件，
23、应将薄壁部分放在具有大面积的薄壁铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部，同时要尽量使薄壁部分处于垂直位置或倾铸型的下部，同时要尽量使薄壁部分处于垂直位置或倾斜位置斜位置，以防止出现浇不足和冷隔等缺陷。见，以防止出现浇不足和冷隔等缺陷。见图图11-20 11-20 箱盖浇注时的位置箱盖浇注时的位置平板浇注时的位置平板浇注时的位置3 3）体积收缩大的合金及壁厚差较体积收缩大的合金及壁厚差较大的铸件，应按顺序凝固的原则，大的铸件，应按顺序凝固的原则，将将壁厚较大的部位和铸件的热节壁厚较大的部位和铸件的热节部置于上部或侧部部置于上部或侧部，以便设置冒，以便设置冒口进行补缩。口进行补缩。4 4）尽量减少型芯的
24、数目尽量减少型芯的数目，最好使型芯位于下型以便下芯和，最好使型芯位于下型以便下芯和检查，同时应保证型芯在铸型中安放牢靠、排气通畅。检查，同时应保证型芯在铸型中安放牢靠、排气通畅。2 2、分型面的确定选择、分型面的确定选择 1 1）分型面应）分型面应尽量采用平面尽量采用平面分型，避免曲面分型，并分型，避免曲面分型，并应尽量应尽量选在最大截面上选在最大截面上，以简化模具制造和造型工艺。，以简化模具制造和造型工艺。不正确分型面应选在最大截面处分型面应选在最大截面处正确动画：分型面选择原则520目录目录2 2）应使）应使铸件的加工面和加工基准面处于同一砂型中铸件的加工面和加工基准面处于同一砂型中，而且
25、而且尽可能放在下型，以便保证铸件尺寸的精确。尽可能放在下型，以便保证铸件尺寸的精确。3 3）尽量）尽量减少分型面的数目减少分型面的数目，最好只有一个分型面，减少，最好只有一个分型面，减少活块的数目。活块的数目。不合理 合理图11-24 绳轮采用砂芯使三箱造型变为两箱造型4 4）尽量）尽量将铸件全部或大部放在同一砂箱将铸件全部或大部放在同一砂箱以防止错型、飞以防止错型、飞翅、毛刺等缺陷，保证铸件尺寸的精确。见图翅、毛刺等缺陷，保证铸件尺寸的精确。见图9 95 5。不合理不合理 合理合理分型面的位置应能减少错型、飞翅分型面的位置应能减少错型、飞翅5 5）应尽量）应尽量减少砂芯的数目减少砂芯的数目6
26、 6）分型面的选择应尽量与铸型浇注时位置一致分型面的选择应尽量与铸型浇注时位置一致。（二）铸造工艺参数的选择（二）铸造工艺参数的选择铸造工艺参数铸造工艺参数通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些工艺数据。工艺数据。（1 1）收缩余量收缩余量为了补偿件收缩，模样比铸件图样尺为了补偿件收缩，模样比铸件图样尺寸增大的数值。寸增大的数值。（2 2）起模斜度（拔模斜度）起模斜度（拔模斜度）为使模样容易从铸型中取出或为使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒中脱出，平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度称型芯自芯盒中脱出，平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度称为起模斜度。凡垂直于
27、分型面（分盒面）的没有结构斜度的壁均为起模斜度。凡垂直于分型面（分盒面）的没有结构斜度的壁均应设起模斜度。起模斜度的大小，应根据模壁测量面高度、模样应设起模斜度。起模斜度的大小，应根据模壁测量面高度、模样材料及造型方法确定。材料及造型方法确定。（3）加工余量加工余量为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸件工艺设计时预先为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸件工艺设计时预先增加而在机械加工时切去的金属层厚度。零件上需要加工的表面，应需有适当的增加而在机械加工时切去的金属层厚度。零件上需要加工的表面，应需有适当的加工余量。铸件加工余量的大小取决于铸件的材料、铸造方法、铸件尺寸与复杂加工余量。铸件加工余
28、量的大小取决于铸件的材料、铸造方法、铸件尺寸与复杂程度、生产批量、加工面与基准面的距离及加工面在铸型中的位置、加工精度要程度、生产批量、加工面与基准面的距离及加工面在铸型中的位置、加工精度要求等。求等。灰铸铁件较铸钢件线收缩率小、熔点低，铸件表面较光洁、灰铸铁件较铸钢件线收缩率小、熔点低，铸件表面较光洁、平整，故其加工余量小；平整，故其加工余量小；非铁合金铸件表面光洁、且材料昂贵、加工余量应比铸铁件小非铁合金铸件表面光洁、且材料昂贵、加工余量应比铸铁件小铸件的尺寸愈大或加工面与基准面的距离愈大，铁件的尺寸误铸件的尺寸愈大或加工面与基准面的距离愈大，铁件的尺寸误差也愈大，故余量也应随之加大；差也
29、愈大，故余量也应随之加大；大量生产时，因采用机器造型，铸件精度高，故余量可减小；大量生产时，因采用机器造型，铸件精度高，故余量可减小；反之，手工造型误差大，余量应加大；反之，手工造型误差大，余量应加大；浇注时朝上的表面，因产生缺陷的机率大，其加工余量应比底浇注时朝上的表面，因产生缺陷的机率大，其加工余量应比底面和侧面大。面和侧面大。加工余量的具体数值应根据加工余量国家标准和铸件尺寸公差标准配套使用选取加工余量的具体数值应根据加工余量国家标准和铸件尺寸公差标准配套使用选取。（4 4）最小铸出孔及槽最小铸出孔及槽零件上的孔、槽、台阶等应从铸件质量及经济零件上的孔、槽、台阶等应从铸件质量及经济方面考
30、虑。较大的孔、槽等应铸出来，以便节约金属和机构加工工时，同方面考虑。较大的孔、槽等应铸出来，以便节约金属和机构加工工时，同时还避免铸件局部过厚所造成的热节，提高铸件的质量，较小的孔槽，则时还避免铸件局部过厚所造成的热节，提高铸件的质量，较小的孔槽，则不宜铸出，直接加工反而方便；如有特殊要求，且无法实行机加工的孔如不宜铸出，直接加工反而方便；如有特殊要求，且无法实行机加工的孔如弯曲孔，则一定要铸出。弯曲孔，则一定要铸出。（5 5）型芯头型芯头芯头芯头是指伸出铸件以外不与是指伸出铸件以外不与金属液接触的砂芯部分，金属液接触的砂芯部分，其功用是定位、支撑和其功用是定位、支撑和排气。为了承受砂芯本排气
31、。为了承受砂芯本身重力及浇注时液体金身重力及浇注时液体金属对砂芯的浮力，芯头属对砂芯的浮力，芯头的尺寸应足够大才不致的尺寸应足够大才不致破坏；浇注后，砂芯所破坏；浇注后，砂芯所产生的气体，应能通过产生的气体，应能通过芯头排至铸型以外，在芯头排至铸型以外，在设计芯头时，处理要满设计芯头时，处理要满足上面的要求，还应做足上面的要求，还应做到下芯、合型方便，应到下芯、合型方便，应留有适当斜度，芯头与留有适当斜度，芯头与芯座之间要留有间隙芯座之间要留有间隙一、合金的铸造性能一、合金的铸造性能流动性、收缩性等流动性、收缩性等（一）合金的流动性及影（一）合金的流动性及影响因素响因素1 1、流动性、流动性是
32、指液态是指液态金属本身的流动能力。金属本身的流动能力。合金流动性的好坏，通常合金流动性的好坏，通常以以“螺旋形流动性试样螺旋形流动性试样”的长度来衡量，将金属液的长度来衡量，将金属液体浇入螺旋形试样铸型中体浇入螺旋形试样铸型中，在相同的浇注条件下，在相同的浇注条件下，合金的流动性愈好，所浇合金的流动性愈好，所浇出的试样愈长。出的试样愈长。2 2、流动性的影响因素、流动性的影响因素（1 1）合金的成分合金的成分 1 1）合金的种类合金的种类 不同种类的合金，具有不同的螺旋线长度，不同种类的合金，具有不同的螺旋线长度，即具有不同的流动性。其中灰铸铁的流动性最好，硅黄铜、即具有不同的流动性。其中灰铸
33、铁的流动性最好，硅黄铜、铝硅合金次之，而铸钢的流动性最差。铝硅合金次之，而铸钢的流动性最差。2 2）化学成分和结晶特征化学成分和结晶特征 纯金属和共晶成分的合金是在恒温纯金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶，是由铸件壁表面向中心逐渐推进，凝固后的表面比下结晶，是由铸件壁表面向中心逐渐推进，凝固后的表面比较光滑，对未凝固液体的流动阻力较小，所以流动性好。较光滑，对未凝固液体的流动阻力较小，所以流动性好。其它成分的合金是在一定温度范围内进行结晶，凝固时铸件其它成分的合金是在一定温度范围内进行结晶，凝固时铸件内存在一个较宽的既有液体又有树枝状晶体的两相区。凝固内存在一个较宽的既有液体又有树枝状晶体的两
34、相区。凝固温度范围越宽，则枝状晶越发达，对金属流动的阻力越大，温度范围越宽，则枝状晶越发达，对金属流动的阻力越大，金属的流动性就越差。金属的流动性就越差。纯铁和共晶铸铁的流动性最好，亚共晶铸铁和碳素钢随凝固温度范围的增加，其流动性变差。（2 2）浇注条件）浇注条件 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，液态金属的粘度越浇注温度越高，液态金属的粘度越小，合金液的流动性越好。但温度小，合金液的流动性越好。但温度过高，氧化严重，流动性降低过高，氧化严重，流动性降低液态金属在流动方向上所受的压液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力。充型压力越大力称为充型压力
35、。充型压力越大,流动性越好。流动性越好。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，流动性越低。阻力越大，流动性越低。铸铸型型铸型的蓄铸型的蓄热能力热能力 铸型温度铸型温度铸型中铸型中的气体的气体 铸型从金属液中吸收和储存热量的能铸型从金属液中吸收和储存热量的能力。铸型的热导率和质量热容越大，力。铸型的热导率和质量热容越大，对液态合金的激冷作用越强，合金液对液态合金的激冷作用越强，合金液的流动性就越差。的流动性就越差。提高铸型温度，可以降低铸型和提高铸型温度，可以降低铸型和金属液之间的温差，进而减缓了金属液之间的温差，进而减缓了冷却速度，可提高合金液的流动冷却速度，可提高
36、合金液的流动能力。能力。铸型中气体越多，合金液的流动铸型中气体越多，合金液的流动能力就越差。能力就越差。1 1）折算厚度）折算厚度铸件体积与铸件表面积之比。铸件体积与铸件表面积之比。折算厚度越大，热量散失越慢，流动性就越好。折算厚度越大，热量散失越慢，流动性就越好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。(大平大平面铸件不易成形面铸件不易成形)2 2）复杂程度）复杂程度铸件结构越复杂，流动阻力就越大，流动性就越差。铸件结构越复杂，流动阻力就越大，流动性就越差。铸件的凝固方式及影响因素铸件的凝固方式（1 1）逐层凝固方式）逐层凝固方式合金在凝固过程中其
37、断面上固相和液相由一条界线清楚地分开，合金在凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开，这种凝固方式称为逐层凝固。常见合金如灰铸铁、低碳钢、工这种凝固方式称为逐层凝固。常见合金如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金及某些黄铜都属于逐层凝固业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金及某些黄铜都属于逐层凝固的合金。的合金。（2 2）糊状凝固方式）糊状凝固方式 合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固，这种凝固方式称为糊状合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固，这种凝固方式称为糊状凝固。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄铜等都是糊状凝固凝固。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄铜等都是糊状凝固的合金。的合金。（3
38、 3）中间凝固方式）中间凝固方式 大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口铸铁等具有中间凝固方式。固方式。中碳钢、高锰钢、白口铸铁等具有中间凝固方式。合合金金收收缩缩的的三三个个阶阶段段（二）合金的收缩（二）合金的收缩合金从液态冷却至室温的过程中，其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，称为收缩。体积或尺寸缩减的现象，称为收缩。1.1.液态收缩液态收缩 金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。2.2.凝固收缩凝固收缩 熔融金属在凝固阶段的体
39、积收缩。液态收缩和凝固收缩是铸件产生熔融金属在凝固阶段的体积收缩。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。缩孔和缩松的基本原因。3.3.固态收缩固态收缩 金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。固态收缩对铸件的金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。固态收缩对铸件的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。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。合金收缩合金收缩固态收缩固态收缩液态收缩液态收缩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裂纹裂纹变形变形应力应力线形收缩线形收缩影响合金收缩的因素影
40、响合金收缩的因素 化学成分化学成分 不同成分的合金其收缩率一般也不相同。不同成分的合金其收缩率一般也不相同。在常用铸造合金中铸刚的收缩最大，灰铸铁最小。在常用铸造合金中铸刚的收缩最大，灰铸铁最小。浇注温度浇注温度 合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。铸件结构与铸型条件铸件结构与铸型条件 铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加之铸型和型芯对铸度不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故件收缩的阻力，故铸件的实际收
41、缩率总是小于其自由收缩率铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。这。这种阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。种阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。1 1、缩孔的形成、缩孔的形成:纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金合金，浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固浇注后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生缩孔方就会产生缩孔.2 2、缩松的形成原因、缩松的形成原因:铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围宽的铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围
42、宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。3 3、影响缩孔、缩松形成的因素、影响缩孔、缩松形成的因素（1 1）合金的成分）合金的成分缩孔缩孔:结晶温度范围越小的合金，产生缩孔的倾向越大结晶温度范围越小的合金，产生缩孔的倾向越大缩松缩松:结晶温度范围越大的合金，产生缩松的倾向越大结晶温度范围越大的合金，产生缩松的倾向越大（2 2）浇注过程）浇注过程浇注温度、浇注速度等均影响合金的总体积收缩。浇注温度高，浇注温度、浇注速度
43、等均影响合金的总体积收缩。浇注温度高，形成缩孔的倾向大；浇注慢，缩孔的容积小。形成缩孔的倾向大；浇注慢，缩孔的容积小。（3 3）铸型条件）铸型条件 表现在铸型对铸件冷却速度的影响。表现在铸型对铸件冷却速度的影响。铸型的激冷能力大，缩孔铸型的激冷能力大，缩孔的容积越小的容积越小。湿型比干型的冷却能力强，金属型比砂型的冷却。湿型比干型的冷却能力强，金属型比砂型的冷却能力强。能力强。（4 4）铸件结构）铸件结构1 1、原理、原理顺序凝固原则顺序凝固原则 即远离冒口处的金属先凝固，靠近冒口处的金属后凝固，冒即远离冒口处的金属先凝固，靠近冒口处的金属后凝固，冒口处的金属最后凝固，形成一条畅通的补缩通道，
44、如下图所示。口处的金属最后凝固，形成一条畅通的补缩通道，如下图所示。182 2、方法、方法1 1）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。浇注系统的不同引入位置即浇注系统的不同引入位置即内浇道内浇道，与铸件各部分的温度分布，与铸件各部分的温度分布有直接关系。有直接关系。浇注位置的选择应服从顺序凝固原则；浇注位置的选择应服从顺序凝固原则；内浇道应开设在铸件的厚壁处或靠近冒口；内浇道应开设在铸件的厚壁处或靠近冒口；要应根据铸件结构、浇注系统类型来选择浇注温度和浇注要应根据铸件结构、浇注系统类型来选择浇注温度和浇注速度。用高的浇注温度缓慢地浇注，有利于速度。用高的浇注温度缓慢地
45、浇注，有利于“顺序凝固顺序凝固”；通；通过多个内浇到低温快浇，有利于实现同时凝固原则。过多个内浇到低温快浇，有利于实现同时凝固原则。2 2）合理应用冒口、冷铁和补）合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。贴等工艺措施。冒口：冒口：在铸件厚壁处和热节在铸件厚壁处和热节部位设置冒口，是防止缩孔、部位设置冒口，是防止缩孔、缩松最有效的措施。冒口的缩松最有效的措施。冒口的尺寸应保证冒口比铸件被补尺寸应保证冒口比铸件被补缩部位凝固的晚，并有足够缩部位凝固的晚，并有足够的金属液供给。的金属液供给。冷铁：冷铁：由金属材料制成的激由金属材料制成的激冷物称激铁，包括铸铁、钢冷物称激铁，包括铸铁、钢材、铜等金属材料。
46、将冷铁材、铜等金属材料。将冷铁放入铸型某一特定部位，用放入铸型某一特定部位，用以加速铸件某局部热节的冷以加速铸件某局部热节的冷却，是消除铸件中缩孔和缩却，是消除铸件中缩孔和缩松的有效措施。松的有效措施。补贴：补贴：对于板件和壁后均匀的对于板件和壁后均匀的薄壁件，由于冒口的有效补缩薄壁件，由于冒口的有效补缩距离所限，往往在铸铁的内部距离所限，往往在铸铁的内部仍产生缩孔和缩松。若在铸件仍产生缩孔和缩松。若在铸件壁上部靠近冒口处增加一个壁上部靠近冒口处增加一个楔楔形厚度，使铸件壁厚变成朝冒形厚度，使铸件壁厚变成朝冒口铸件增厚的形状，即造成一口铸件增厚的形状，即造成一个向冒口逐渐递增的温度梯度。个向冒
47、口逐渐递增的温度梯度。所增加的楔形部分，称为所增加的楔形部分，称为“补补贴贴”。铸铸造造应应力力热应力热应力收缩应力收缩应力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、砂箱等外力阻碍型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生的应力。而产生的应力。相变应力相变应力铸件在冷却过程中会产生固态相铸件在冷却过程中会产生固态相变，由于铸件各部分冷却速度不变，由于铸件各部分冷却速度不同，导致相变不同时发生，则会同，
48、导致相变不同时发生，则会产生相变应力。产生相变应力。结论：结论：厚部、心部厚部、心部受拉应力，受拉应力，出现内出现内凹变形凹变形。薄部、表面薄部、表面受压应力，受压应力，出现出现外凸变形外凸变形。铸件的结构：铸件的结构：铸件各部分能自由收缩铸件各部分能自由收缩 工艺方面：工艺方面：采用同时凝固原则采用同时凝固原则（同时凝固是指通过设置冷铁、布置浇口（同时凝固是指通过设置冷铁、布置浇口位置等工艺措施，使铸件温差尽量变小，基本实现铸件各部分在同一时间位置等工艺措施，使铸件温差尽量变小，基本实现铸件各部分在同一时间凝固）凝固）时效处理：时效处理：人工时效；自然时效人工时效；自然时效铸件的结构尽可能对
49、称铸件的结构尽可能对称铸件的壁厚尽可能均匀铸件的壁厚尽可能均匀3 3、铸件的裂纹与防止、铸件的裂纹与防止裂纹裂纹当铸造应力大到一定程度，超过金属的强度极限时，当铸造应力大到一定程度，超过金属的强度极限时，铸件便将产生裂纹。铸件便将产生裂纹。是严重的铸造缺陷，必须防止是严重的铸造缺陷，必须防止。按裂纹形。按裂纹形成的温度范围分为成的温度范围分为热裂热裂和和冷裂冷裂。（1 1）热裂热裂铸件在合金凝固末期的高温下形成的。铸件在合金凝固末期的高温下形成的。外观外观形形状曲折而不规则，裂口表面呈氧化色，裂口沿晶粒边界通过。状曲折而不规则，裂口表面呈氧化色，裂口沿晶粒边界通过。防止：防止：铸件结构合理，改
50、善铸型和型芯的退让性，减小浇冒口对铸件收缩的机械阻铸件结构合理，改善铸型和型芯的退让性，减小浇冒口对铸件收缩的机械阻碍，内浇道设置应符合同时凝固原则；此外，减少合金中有害杂质硫、磷含量，可碍，内浇道设置应符合同时凝固原则；此外，减少合金中有害杂质硫、磷含量，可提高合金高温强度，特别是硫是合金的热脆性增加，导致热裂倾向增大。提高合金高温强度，特别是硫是合金的热脆性增加，导致热裂倾向增大。防止：防止：铸件结构合理，改善铸型和型铸件结构合理，改善铸型和型芯的退让性，减小浇冒口对铸件收缩芯的退让性，减小浇冒口对铸件收缩的机械阻碍，内浇道设置应符合同时的机械阻碍，内浇道设置应符合同时凝固原则；凝固原则；
