1、第2章 液态材料铸造成形技术过程 2.12.1概述概述 液态材料成形液态材料成形(铸造铸造)是将是将液态金属液态金属浇注到浇注到与零件形状相适应的与零件形状相适应的铸型型腔铸型型腔中，待其冷却凝中，待其冷却凝固，以获得固，以获得毛坯或零件毛坯或零件的生产方法的生产方法。液态材料成形工艺过程零件图零件图铸造工艺图铸造工艺图铸铸型型型型芯芯芯盒芯盒 芯砂芯砂型砂型砂模型模型熔化熔化合合 箱箱落砂、清理落砂、清理检检 验验铸铸 件件浇注浇注冷却冷却凝固凝固图图2-1砂型铸造的工艺过程砂型铸造的工艺过程 铸造生产的特点铸造生产的特点（1）材料来源广；（2）废品可重熔；（3）设备投资低。1可生产形状任意
2、复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。如汽缸体、汽缸盖、蜗轮叶片、床身件等。（1）合金种类不受限制；（2）铸件大小几乎不受限制。2适应性强：3成本低：4废品率高、表面质量较低、劳动条件差。2.2铸造成形技术过程理论基础 2.2.1 2.2.1 液态金属的充型能力与流动性液态金属的充型能力与流动性 充型能力充型能力是指液态金属充满铸型型腔，获得是指液态金属充满铸型型腔，获得形状形状完整完整，轮廓清晰轮廓清晰的铸件的能力。的铸件的能力。实践证明，液态金属的充型能力主要取决于金属自实践证明，液态金属的充型能力主要取决于金属自身的身的流动性流动性，还受外部条件如，还受外部条件如铸件性质、浇注条件和铸件
3、性质、浇注条件和铸件结构铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。等因素的影响，是各种因素的综合反映。流动性流动性是液态合金本身的是液态合金本身的流动能力流动能力。是金属的液。是金属的液态铸造成型的性能之一，与金属的成分，温度，杂质态铸造成型的性能之一，与金属的成分，温度，杂质含量及其物理性质有关。金属的流动性通常用浇注螺含量及其物理性质有关。金属的流动性通常用浇注螺旋形式样来衡量旋形式样来衡量。0.45%C 铸钢：200出气口浇口杯4.3%C 铸铁：18002.2.12.2.1液态金属的充型能力与流动性液态金属的充型能力与流动性图2.2 螺旋形流动试样示意图2.2.12.2.1液态金属的充
4、型能力与流动性液态金属的充型能力与流动性影响液态金属充型能力的因素影响液态金属充型能力的因素1 1）金属的性质）金属的性质包括金属的种类，成分，结晶特性包括金属的种类，成分，结晶特性及其他物理性能等。决定金属自身的流动能力及其他物理性能等。决定金属自身的流动能力流动性。流动性。合金流动性主要取决于合金化学成分所决定的结晶特点。合金流动性主要取决于合金化学成分所决定的结晶特点。结晶温度范围小的金属趋近于结晶温度范围小的金属趋近于逐层凝固逐层凝固方式，凝固层内表方式，凝固层内表面面光滑光滑对未凝固液态金属阻力对未凝固液态金属阻力小小，所以流动性好；而结晶，所以流动性好；而结晶范围大的金属为范围大的
5、金属为糊状凝固糊状凝固方式，凝固层内表面方式，凝固层内表面粗糙粗糙对未凝对未凝固液态金属阻力固液态金属阻力大大，所以流动性差。，所以流动性差。2.2.12.2.1液态金属的充型能力与流动性液态金属的充型能力与流动性a）在恒温下凝固b）在一定温度范围内凝固PbSb20406080204060800流动性（cm）100200300温度（）0合金流动性主要取决于合金化学成分所决定的结晶特点结晶特点）铸型性质：）铸型性质：铸型的阻力影响金属液态的充型速度，铸型与铸型的阻力影响金属液态的充型速度，铸型与金属的热交换强度影响金属液保持流动的时间。铸金属的热交换强度影响金属液保持流动的时间。铸型蓄热系数大，
6、铸型的激冷能力就越强，充型能力型蓄热系数大，铸型的激冷能力就越强，充型能力下降。下降。（3 3）浇注系统的的结构浇注系统的的结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。3 3）浇注条件：）浇注条件：（1 1）浇注温度）浇注温度一般一般T T浇越高，液态金属的充型能力越强。浇越高，液态金属的充型能力越强。（2 2）充型压力）充型压力液态金属在流动方向上所受压力越大，充型能力越强。液态金属在流动方向上所受压力越大，充型能力越强。2.2.12.2.1液态金属的充型能力与流动性液态金属的充型能力与流动性4 4）铸件结构：）铸件结构：衡量铸件结构的因素是铸件的折算厚度衡量
7、铸件结构的因素是铸件的折算厚度R(R=铸铸件体积件体积/铸件散热表面积铸件散热表面积=V/S)和复杂程度。如果铸和复杂程度。如果铸件体积相同，在同样的浇注条件下，件体积相同，在同样的浇注条件下，R大的铸件大的铸件，由，由于与铸型的接触于与铸型的接触表面积相对较小表面积相对较小，热量散失比较缓，热量散失比较缓慢，则充型能力较高。铸件的壁薄；慢，则充型能力较高。铸件的壁薄；R越小越小，则充型，则充型能力能力较弱较弱。2.2.12.2.1液态金属的充型能力与流动性液态金属的充型能力与流动性2.2.22.2.2铸件的凝固铸件的凝固铸型中的合金从铸型中的合金从液态转变为固态液态转变为固态的过程，称为铸件
8、的凝固。的过程，称为铸件的凝固。凝固热力学条件：体系所处的温度低于熔点温度。凝固热力学条件：体系所处的温度低于熔点温度。凝固方式：凝固方式：1 1）逐层凝固）逐层凝固 凝固过程固液界面分明凝固过程固液界面分明 2 2）体积凝固）体积凝固 液固共存区很宽液固共存区很宽 3 3）中间凝固）中间凝固 液固凝固区域介于逐层和体积凝固之间液固凝固区域介于逐层和体积凝固之间 影响凝固方式的主要因素是合金的影响凝固方式的主要因素是合金的结晶温度范围结晶温度范围和铸件的和铸件的温度梯度温度梯度。2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩1 1）收缩的基本概念）收缩的基本概念 铸件在铸件在液态液态，凝固凝固和和固
9、态固态下继续冷却过程下继续冷却过程中所产生的体积减小现象称为收缩。收缩是铸中所产生的体积减小现象称为收缩。收缩是铸件的许多缺陷，如缩孔，缩松，热烈，应力变件的许多缺陷，如缩孔，缩松，热烈，应力变形和冷裂产生的基本原因。形和冷裂产生的基本原因。（1 1）液态收缩）液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。T T浇浇 T T液液（2 2）凝固收缩凝固收缩 从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。T T液液 T T固固 2 2）收缩的）收缩的3 3个基本阶段个基本阶段2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩体收缩率是铸件产生缩孔或缩
10、松的根本原因。%100 铸件铸件铸件铸件铸型铸型VVVV%100 铸铸件件铸铸件件铸铸型型LLLL 体收缩率：线收缩率：线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因。（3 3）固态收缩固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩。从凝固终止温度到室温间的收缩。T T固固 T T室室2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩铸造合金的收缩过程示意图铸造合金的收缩过程示意图2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩3 3）铸件的实际收缩）铸件的实际收缩 前面所说的收缩为自由收缩，它只考虑了金属自前面所说的收缩为自由收缩，它只考虑了金属自身的成分，温度和相变的影响，实际铸件是受阻收缩，身的成分，温度和相变的影
11、响，实际铸件是受阻收缩，它还受到以下几种阻力：它还受到以下几种阻力：（1）铸型表面的）铸型表面的摩擦阻力摩擦阻力；（2）热阻力热阻力 铸件各部分收缩时彼此制约产生的阻力。铸件各部分收缩时彼此制约产生的阻力。（3）机械阻力机械阻力 铸件收缩时，受到铸型和型芯的阻力。铸件收缩时，受到铸型和型芯的阻力。因此，生产中采用的收缩率是铸造收缩率（或称因此，生产中采用的收缩率是铸造收缩率（或称铸件线收缩率）是包括了各种阻力在内的实际收缩率。铸件线收缩率）是包括了各种阻力在内的实际收缩率。2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩4 4）铸件的缩孔和缩松）铸件的缩孔和缩松 液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝
12、固收液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的缩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些孔洞部位形成一些孔洞 。大而集中大而集中的称为的称为缩孔缩孔，细小而细小而分散分散的称为的称为缩松缩松。（1)1)铸件的缩孔和缩松铸件的缩孔和缩松 缩孔缩孔：形成的基本条件是金属在恒温或很窄的温：形成的基本条件是金属在恒温或很窄的温度范围内结晶，铸件由表及里逐层凝固。度范围内结晶，铸件由表及里逐层凝固。缩松缩松：形成基本条件是金属的结晶温度范围较宽，：形成基本条件是金属的结晶温度范围较宽，呈体积凝固方式。呈体积凝固方式。2.2.32.2.3铸件的收缩
13、铸件的收缩缩孔和缩松的形成缩孔和缩松的形成2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩影响缩孔，缩松形成因素：影响缩孔，缩松形成因素：a）金属的成分；）金属的成分；结晶温度小结晶温度小缩孔缩孔 结晶温度大结晶温度大缩松缩松 b）浇注条件和铸型性质；）浇注条件和铸型性质；浇注温度御高，液态收缩愈大，愈易形成缩孔浇注温度御高，液态收缩愈大，愈易形成缩孔 c）补缩压力和铸件结构；）补缩压力和铸件结构；增大补缩压力大，缩孔和缩松的倾向越小增大补缩压力大，缩孔和缩松的倾向越小2.2铸造成形技术过程理论基础（2）缩孔和缩松的防止方法 控制凝固方式控制凝固方式 防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固次序
14、，使铸件实现“顺序凝固”。顺序凝固 铸件按照一定的次序逐渐凝固。2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩暗冒口冒口 储存补缩用金属液的空腔。冷铁热节2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩冷铁同时凝固 整个铸件几乎同时凝固。2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩合理确定合理确定内浇口位置及浇注方法内浇口位置及浇注方法顺序凝固：顺序凝固：采用高温缓慢浇注，厚大处引入采用高温缓慢浇注，厚大处引入同时凝固：同时凝固：采用低温快速浇注，薄壁处引入采用低温快速浇注，薄壁处引入合理应用冒口、补贴和冷铁等技术措施合理应用冒口、补贴和冷铁等技术措施 冒口：用于液态补缩冒口：用于液态补缩 冷铁：用于加快局部冷
15、却速度冷铁：用于加快局部冷却速度2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩5 5）铸造应力）铸造应力 铸件在凝固和随后的冷却过程中，收缩受铸件在凝固和随后的冷却过程中，收缩受到阻碍而引起的内应力，称为到阻碍而引起的内应力，称为铸造应力铸造应力。铸。铸造应力按阻碍形成的原因也就相应分为造应力按阻碍形成的原因也就相应分为热应热应力力、相变应力相变应力和和机械阻碍应力机械阻碍应力。2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩 （1）热应力：）热应力：由于形状复杂，厚薄不均，各部分的冷由于形状复杂，厚薄不均，各部分的冷却速度不同，以至在同一时刻，铸件各部位收缩不一致而却速度不同，以至在同一时刻，铸件各部位收
16、缩不一致而引起的内应力称为引起的内应力称为热应力。热应力。热应力的形成过程如下图。热应力的形成过程如下图。2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩（2 2）相变应力）相变应力 铸件冷却过程中，有的合金要经历固态相变，比铸件冷却过程中，有的合金要经历固态相变，比容发生变化。当铸件各部位温度不同时，固态相变不容发生变化。当铸件各部位温度不同时，固态相变不同时发生，新旧两相的比容差越大，相变应力越大。同时发生，新旧两相的比容差越大，相变应力越大。（3 3）机械阻碍应力）机械阻碍应力 铸件在冷却过程中因收缩受到箱带，型芯，浇注铸件在冷却过程中因收缩受到箱带，型芯，浇注系统和冒口等的机械阻碍而产生的应力
17、为机械阻碍应系统和冒口等的机械阻碍而产生的应力为机械阻碍应力。力。机械应力是暂时应力。机械应力是暂时应力。2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩上型下型受砂型和砂芯机械阻碍的铸件受砂型和砂芯机械阻碍的铸件2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩（4 4）防止和减小铸造应力的措施）防止和减小铸造应力的措施 合理设计铸件结构合理设计铸件结构 选用线收缩率小、弹性模量小的合金选用线收缩率小、弹性模量小的合金 采用同时凝固采用同时凝固 合理设计浇冒口，缓慢冷却合理设计浇冒口，缓慢冷却 可以采用人工时效、自然时效的方法消可以采用人工时效、自然时效的方法消除已有残余应力除已有残余应力 2.2.32.2.
18、3铸件的收缩铸件的收缩6 6）铸件的变形和裂纹）铸件的变形和裂纹 铸造应力是铸件产生变形和裂纹的根本铸造应力是铸件产生变形和裂纹的根本原因。当残余应力的总和超过金属的原因。当残余应力的总和超过金属的屈服强屈服强度极限度极限时，铸件将发生时，铸件将发生塑性变形塑性变形，当铸造应，当铸造应力的总和超过金属的力的总和超过金属的抗拉强度极限抗拉强度极限时，铸件时，铸件便产生便产生裂纹裂纹。2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩+-铸件变形示意图铸件变形示意图2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩（1 1）铸件的变形与防止）铸件的变形与防止a a）使铸件壁厚尽可能均匀；）使铸件壁厚尽可能均匀；b b
19、）采用同时凝固的原则；）采用同时凝固的原则；c c）采用反变形法。）采用反变形法。2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩热裂的防止：热裂的防止：a)a)应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。b)b)应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。c)c)对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量，对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量，防止热脆性。防止热脆性。（2 2）铸件的裂纹与防止）铸件的裂纹与防止 热裂热裂热裂的形状特征是：热裂的形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈
20、氧化色。内呈氧化色。2.2.32.2.3铸件的收缩铸件的收缩冷裂冷裂 冷裂的特征是：冷裂的特征是：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。属光泽或轻微氧化色。冷裂的防止：冷裂的防止：1 1）使铸件壁厚尽可能均匀；）使铸件壁厚尽可能均匀；2 2）采用同时凝固的原则；）采用同时凝固的原则；3 3）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的 含量，防止冷脆性。含量，防止冷脆性。2.2.42.2.4金属的吸气性金属的吸气性 金属在熔炼过程中溶解气体，在浇注过金属在熔炼过程中溶解气体，在浇注过程中因浇包未烘干，铸型浇注系统设计不
21、当，程中因浇包未烘干，铸型浇注系统设计不当，铸型透气性差以及浇注速度控制不当，或型铸型透气性差以及浇注速度控制不当，或型腔内气体不能及时排出，都会使气体进入金腔内气体不能及时排出，都会使气体进入金属液，增加金属中气体的含量，这就构成了属液，增加金属中气体的含量，这就构成了金属的吸气性。金属的吸气性。2.2.42.2.4金属的吸气性金属的吸气性1 1）金属液吸收气体的过程）金属液吸收气体的过程 气体分子撞击到金属液表面；气体分子撞击到金属液表面；在高温金属液表面上气体分子理解为原子状态；在高温金属液表面上气体分子理解为原子状态；气体原子根据与金属元素之间的亲和力大小，以物气体原子根据与金属元素之
22、间的亲和力大小，以物理吸附方式或化学吸附方式吸附在金属表面；理吸附方式或化学吸附方式吸附在金属表面；气体原子根据扩散进入金属液内部。气体原子根据扩散进入金属液内部。2.2.42.2.4金属的吸气性金属的吸气性2 2）气体在金属液中的溶解度）气体在金属液中的溶解度 在一定温度和压力条件下，金属吸收气体的饱和在一定温度和压力条件下，金属吸收气体的饱和浓度，称为该条件下气体的溶解度。常用每浓度，称为该条件下气体的溶解度。常用每100100克金克金属含有的气体在标准状态下的体积来表示，有时也属含有的气体在标准状态下的体积来表示，有时也用溶解气体对金属的质量分数来表示。用溶解气体对金属的质量分数来表示。
23、影响气体在金属液中的溶解度的因素：温度、影响气体在金属液中的溶解度的因素：温度、金属化学成分和气体在金属液面上的平衡分压。金属化学成分和气体在金属液面上的平衡分压。2.2.42.2.4金属的吸气性金属的吸气性3 3）气体的析出与气孔）气体的析出与气孔 溶解于金属液中的气体，随温度下降则不断析出，溶解于金属液中的气体，随温度下降则不断析出，其方式有其方式有3 3种：种：气体以原子态扩散到金属表面，然后脱离吸附。气体以原子态扩散到金属表面，然后脱离吸附。与金属内某些元素形成化合物，以非金属夹杂物形与金属内某些元素形成化合物，以非金属夹杂物形式排除；式排除；以气泡形式从金属液中逸出。当铸件表面已凝固
24、，以气泡形式从金属液中逸出。当铸件表面已凝固，气泡来不及排出而保留，致使铸件产生析出性气孔。气泡来不及排出而保留，致使铸件产生析出性气孔。2.2.42.2.4金属的吸气性金属的吸气性4 4）气孔）气孔 按气孔的产生的原因，可分为：按气孔的产生的原因，可分为：侵入气孔侵入气孔、析出气孔析出气孔和和反应气孔反应气孔。侵入气孔侵入气孔 气孔侵入金属液而不上浮逸出的气孔气孔侵入金属液而不上浮逸出的气孔析出气孔析出气孔 由于溶解度下降而从合金中析出的气孔由于溶解度下降而从合金中析出的气孔反应气孔反应气孔 由化学反应生成的气孔由化学反应生成的气孔 2.2.42.2.4金属的吸气性金属的吸气性5 5）气体对
25、铸件品质的影响）气体对铸件品质的影响气孔不仅会减少铸件的有效截面积，而且气孔不仅会减少铸件的有效截面积，而且能使局部造成能使局部造成应力集中应力集中，成为零件断裂的，成为零件断裂的裂纹裂纹源源，尤其是形状不规则的气孔，如裂纹状气孔，尤其是形状不规则的气孔，如裂纹状气孔和尖角形气孔不仅增加缺口的敏感性，使金属和尖角形气孔不仅增加缺口的敏感性，使金属强度下降，而且会降低零件的疲劳强度。强度下降，而且会降低零件的疲劳强度。2.2.52.2.5铸件的化学成分偏析铸件的化学成分偏析 铸件的凝固后，截面上不同部位，以至晶粒内部产生铸件的凝固后，截面上不同部位，以至晶粒内部产生化学成分不均匀化学成分不均匀的
26、现象，称为的现象，称为偏析。偏析。偏析形成原因主要是由于合金在结晶过程中偏析形成原因主要是由于合金在结晶过程中溶质再分溶质再分配的结果配的结果。晶体在生产过程中，由于结晶速度大于溶质。晶体在生产过程中，由于结晶速度大于溶质的扩散速度，使得初次析出的固相与液相的浓度不同，的扩散速度，使得初次析出的固相与液相的浓度不同，先析出的晶体与后析出的晶体的化学成分也不同，甚至先析出的晶体与后析出的晶体的化学成分也不同，甚至同一个晶粒内先结晶出来的部分和后结晶出来的部分也同一个晶粒内先结晶出来的部分和后结晶出来的部分也有差异，这样就形成了铸件各部分化学成分的不均匀性。有差异，这样就形成了铸件各部分化学成分的
27、不均匀性。2.2.52.2.5铸件的化学成分偏析铸件的化学成分偏析 偏析可大体分为两大类：偏析可大体分为两大类：微观偏析微观偏析和和宏观偏析宏观偏析。1 1）微观偏析微观偏析指微小范围内的化学成分不均匀现象，一指微小范围内的化学成分不均匀现象，一般在一个晶粒尺寸范围左右，包括晶内偏析和晶界偏析。般在一个晶粒尺寸范围左右，包括晶内偏析和晶界偏析。2 2）宏观偏析宏观偏析也称为区域，其成分不均匀现象表现在较也称为区域，其成分不均匀现象表现在较大的尺寸范围，主要包括正偏析和逆偏析。大的尺寸范围，主要包括正偏析和逆偏析。实际上铸件在凝固时，由于合金的类型不同，冷却条实际上铸件在凝固时，由于合金的类型不
28、同，冷却条件的差异，等轴晶的产生，结晶游离的存在，使铸件断面件的差异，等轴晶的产生，结晶游离的存在，使铸件断面成分变的极为复杂，因此对具体的铸件应做具体分析。成分变的极为复杂，因此对具体的铸件应做具体分析。2.32.3液态金属成形的工艺设计液态金属成形的工艺设计2.3.12.3.1铸造工艺设计内容与步骤铸造工艺设计内容与步骤 1)1)铸造工艺过程设计的内容铸造工艺过程设计的内容 一般包括：一般包括：铸造工艺过程图铸造工艺过程图、铸件图铸件图、铸型装配铸型装配图、工艺过程图图、工艺过程图、工艺过程卡工艺过程卡、操作技术操作技术规程。广规程。广义的讲，凡铸造技术装备的设计内容诸如模样图、义的讲，凡
29、铸造技术装备的设计内容诸如模样图、模板图、芯盒图、砂箱图、压铁图、专用检具图、模板图、芯盒图、砂箱图、压铁图、专用检具图、专用量具图及组芯夹具图等，均属于铸造工艺的内专用量具图及组芯夹具图等，均属于铸造工艺的内容。容。2.3.12.3.1铸造工艺设计内容与步骤铸造工艺设计内容与步骤2）铸造工艺过程设计的步骤零件图结构工艺过程分析铸造工艺过程方案的拟定砂芯设计浇注系统设计冒口、冷铁的设计绘制铸造工艺过程图一般产品铸造过程设计过程示意图一般产品铸造过程设计过程示意图2.3.22.3.2铸造成形方案的拟定铸造成形方案的拟定1 1）确定浇注位置）确定浇注位置 确定浇注系统的原则：铸件的重要面朝下或处于
30、侧面，以避免缺陷的产生。铸件的重要面朝下或处于侧面，以避免缺陷的产生。铸件的宽大平面朝下或倾斜浇注铸件的宽大平面朝下或倾斜浇注铸件的薄壁部分朝下，可保持铸件易于充型铸件的薄壁部分朝下，可保持铸件易于充型铸件的厚大部分朝上，便于补缩铸件的厚大部分朝上，便于补缩2.3.22.3.2铸造成形方案的拟定铸造成形方案的拟定2.3.22.3.2铸造成形方案的拟定铸造成形方案的拟定2 2）选择分型面）选择分型面1.1.分型面应选在铸件的最大截面处。分型面应选在铸件的最大截面处。2.2.应尽量使铸件的全部或大部置于同一砂箱，以保应尽量使铸件的全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件的尺寸精度。证铸件的尺寸精度。上下
31、中2.3.22.3.2铸造成形方案的拟定铸造成形方案的拟定4.4.为便于造型、下芯、合箱及检验铸件壁厚，应尽量使型为便于造型、下芯、合箱及检验铸件壁厚，应尽量使型 腔及主要型芯位于下箱。腔及主要型芯位于下箱。上下上下上下上下2.3.22.3.2铸造成形方案的拟定铸造成形方案的拟定3 3）确定主要工艺过程参数）确定主要工艺过程参数生产批量最小铸出孔直径灰口铸铁件铸钢件大量生产成批生产单件、小批生产121515303050305050（1）机械加工余量 机加工时被切去的金属层厚度机加工时被切去的金属层厚度成为加工余量成为加工余量（2 2）最小铸出孔）最小铸出孔2.3.22.3.2铸造成形方案的拟定
32、铸造成形方案的拟定（3 3）起模斜度）起模斜度 为便于起模，在平行于模样或芯盒起为便于起模，在平行于模样或芯盒起模方向的侧壁上留有的斜度称为起模斜度。模方向的侧壁上留有的斜度称为起模斜度。2.3.22.3.2铸造成形方案的拟定铸造成形方案的拟定（4 4）铸造圆角）铸造圆角 (5)(5)铸造收缩率铸造收缩率(6)(6)型芯及芯头型芯及芯头圆角半径一般约为相交两壁平均厚度的1/31/2。通常灰铸铁为0.71.0%，铸造碳钢为1.32.0%，铝硅合金为0.81.2%，锡青铜为1.21.4%。型芯的功用是形成铸件的内腔、孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形。芯头的作用：芯头的作用：1 1）定位作用；）定位
33、作用；2 2）固定作用；）固定作用；3 3）排气作用。）排气作用。2.3.22.3.2铸造成形方案的拟定铸造成形方案的拟定2.3.32.3.3浇注系统及其设计浇注系统及其设计1 1）浇注系统概述）浇注系统概述 引导金属液流入铸型型引导金属液流入铸型型腔的一系列通道的总称。腔的一系列通道的总称。1 1）浇注系统的组成及作用）浇注系统的组成及作用交口杯：承接金属液并将其平交口杯：承接金属液并将其平稳地导入直浇道。稳地导入直浇道。直浇道：产生静压力、调速。直浇道：产生静压力、调速。横浇口：分配金属液，阻挡熔横浇口：分配金属液，阻挡熔渣。渣。内浇口：控制金属液的速度与内浇口：控制金属液的速度与方向。方
34、向。2.3.32.3.3浇注系统及其设计浇注系统及其设计 封闭式浇注系统封闭式浇注系统 F直直F横横F内内 F直直 F横横 F内内=1.15 1.1 1 开放式浇注系统开放式浇注系统 F直直F横横F内内 F直直 F横横：F内内=1 2 42）浇注系统的常见类型）浇注系统的常见类型 2.3.32.3.3浇注系统及其设计浇注系统及其设计2.3.4 2.3.4 冒口、冷铁设计冒口、冷铁设计1 1）冒口设计）冒口设计冒口是在铸型中设置的一个储存金属液的空腔。冒口是在铸型中设置的一个储存金属液的空腔。冒口普通冒口特种冒口明冒口暗冒口保温冒口发热冒口大气压力冒口易割冒口2 2）冷铁设计）冷铁设计2.3.5
35、2.3.5铸造工艺过程图的绘制铸造工艺过程图的绘制 铸造工艺过程图把一确定的工艺设计内容用各种工艺符号描铸造工艺过程图把一确定的工艺设计内容用各种工艺符号描绘在零件图上的图样。绘在零件图上的图样。1 1、在零件图上找出加工表面，绘红色平行线以示加工余量，并、在零件图上找出加工表面，绘红色平行线以示加工余量，并标注出加工余量数值。标注出加工余量数值。2 2、尺寸小于、尺寸小于3030 5050的不铸出孔或其他结构，剖面涂红以的不铸出孔或其他结构，剖面涂红以表示实体，投影视图画表示实体，投影视图画“”，表示不铸出。，表示不铸出。3 3、取分型面投影为线的视图一端适当延长，绘出分型、分模符、取分型面
36、投影为线的视图一端适当延长，绘出分型、分模符号，标注浇注位置。号，标注浇注位置。4 4、标注出浇口、冒口位置，其结构另画图。画冷铁形状与尺寸、标注出浇口、冒口位置，其结构另画图。画冷铁形状与尺寸示意图。示意图。5 5、画出型芯轮廓、芯头形状、标注尺寸、间隙。型芯数量多事、画出型芯轮廓、芯头形状、标注尺寸、间隙。型芯数量多事要编号，复杂型芯标注出填砂、吊芯、出气方向。要编号，复杂型芯标注出填砂、吊芯、出气方向。6 6、审查机械加工或铸造工艺要求，绘出工艺凸台、工艺肋等结、审查机械加工或铸造工艺要求，绘出工艺凸台、工艺肋等结构。构。7 7、以上内容完成后进行复查。、以上内容完成后进行复查。2.3.
37、52.3.5铸造工艺过程图的绘制铸造工艺过程图的绘制铸造工艺设计过程铸造工艺设计过程1 1）结构技术分析）结构技术分析2 2）铸造工艺过程方案拟定）铸造工艺过程方案拟定3 3）砂芯的设计）砂芯的设计4 4）浇注系统设计）浇注系统设计5)5)冒口、冷铁的设计冒口、冷铁的设计6)6)绘制铸造工艺过程图绘制铸造工艺过程图2.42.4液态金属成形件的结构设计液态金属成形件的结构设计2.4.1 2.4.1 保证铸件的质量的铸件结构设计保证铸件的质量的铸件结构设计1 1）铸件的最小壁厚）铸件的最小壁厚2 2）铸件的临界壁厚）铸件的临界壁厚3 3）铸件的内壁厚度）铸件的内壁厚度4 4）铸件的过渡和连接）铸件
38、的过渡和连接5 5）肋）肋6 6）铸造斜度）铸造斜度7 7）凸台）凸台2.42.4液态金属成形件的结构设计液态金属成形件的结构设计2.4.2适应铸造工艺过程的铸件结构设计1）简化或减少分型面2）尽量不用或少用型芯3）铸件结构应方便起模4）有利于型芯的固定和排气5）避免变形和裂纹6）有利于防止夹渣、气孔7）有利于铸件清理2.5常用铸造合金及其熔炼本节内容为自学2.6铸造成形技术过程铸造成形技术过程2.6.12.6.1砂型铸造砂型铸造 以型砂为主要造型造型材料制备铸型的铸造技以型砂为主要造型造型材料制备铸型的铸造技术方法叫砂型铸造。常用的砂型有湿型，干型，术方法叫砂型铸造。常用的砂型有湿型，干型，
39、表面干型和各种化学自硬砂。表面干型和各种化学自硬砂。特点：特点：适应性广，技术灵活性大，不受零件的形状、适应性广，技术灵活性大，不受零件的形状、大小、复杂程度及金属合金种类的限制，生产准备大小、复杂程度及金属合金种类的限制，生产准备过程简单。过程简单。按照紧实型砂和起模方法分为按照紧实型砂和起模方法分为:手工造型和机械造型手工造型和机械造型2.6.12.6.1砂型铸造砂型铸造1 1）手工造型和制芯）手工造型和制芯整体模造型整体模造型 分模模造型分模模造型挖砂造型挖砂造型活块造型活块造型三箱造型三箱造型特点：适用于单件、小批量生产特点：适用于单件、小批量生产2.6.12.6.1砂型铸造砂型铸造2
40、.6.12.6.1砂型铸造砂型铸造2）机械造型 机器造型主要将繁重的紧砂和精细的起模等主要机器造型主要将繁重的紧砂和精细的起模等主要操作实现机械化操作实现机械化、机器造型基本原理、机器造型基本原理1 1）紧砂方法：）紧砂方法：压实式、震实式、震压式、抛砂式、射压式压实式、震实式、震压式、抛砂式、射压式2 2）起模方式：）起模方式：顶箱式起模、漏模式起模、翻转式起模顶箱式起模、漏模式起模、翻转式起模 优点：生产率高、尺寸精度、表面质量好，劳动条件改善。优点：生产率高、尺寸精度、表面质量好，劳动条件改善。缺点：投资大，不适合三箱、活块造型。缺点：投资大，不适合三箱、活块造型。2.6.12.6.1砂
41、型铸造砂型铸造2.6.2特种铸造特种铸造1 1）熔模铸造）熔模铸造 在易熔模样表面包覆若干层耐火材料，待其硬化干在易熔模样表面包覆若干层耐火材料，待其硬化干燥后，将模样熔去制成中空型壳，经浇注而获得铸件燥后，将模样熔去制成中空型壳，经浇注而获得铸件的一种成形工艺方法。的一种成形工艺方法。压型蜡模组结壳脱蜡单个蜡模焙烧、浇注熔模铸造工艺过程流程图熔模铸造工艺过程流程图1 1）熔模铸造）熔模铸造1 1）熔模铸造）熔模铸造熔模铸造的特点和适用范围熔模铸造的特点和适用范围1铸件的精度和表面质量较高，公差等级可达IT11IT13IT11IT13，表面粗糙度Ra值达1.612.5m1.612.5m。2合金
42、种类不受限制，尤其适用于高熔点及难加工的高合 金钢，如耐热合金、不锈钢、磁钢等。3可铸出形状较复杂的铸件，如铸件上宽度大于3mm的 凹槽、直径大于2mm的小孔均可直接铸出。4生产批量不受限制，单件、成批、大量生产均可适用。5工艺过程较复杂，生产周期长；原材料价格贵，铸件成本高；铸件不能太大、太长，否则熔模易变形，丧失原有精度。2)金属型铸造 金属型铸造又称硬模铸造，永久型铸造。其铸型是金属型铸造又称硬模铸造，永久型铸造。其铸型是采用金属材料制成的。采用金属材料制成的。金属型的铸造工艺金属型的铸造工艺1 1喷刷涂料喷刷涂料 金属型的型腔和金属表面必须喷刷涂料金属型的型腔和金属表面必须喷刷涂料2
43、2金属型应保持一定的工作温度金属型应保持一定的工作温度 通常铸铁件为通常铸铁件为250250350350度度,非铁金属件非铁金属件100100250250度度3 3合的出型时间合的出型时间 通常小型铸铁出型时间为通常小型铸铁出型时间为101060S,60S,铸铸件温度约为件温度约为780780950C950C2)金属型铸造2)金属型铸造1金属型铸件冷却速度快，组织致密，力学性能高。2铸件的尺寸精度和表面质量均优于砂型铸造件。尺寸精 度达IT12IT14IT12IT14，Ra值平均可达6.312.5m6.312.5m。3 生产率高，劳动条件得到改善。金属型铸造的特点及适用范围金属型铸造的特点及适
44、用范围4 金属型不透气、无退让性、铸件冷却速度快，易产生 气孔、应力、裂纹、浇不到、冷隔、白口气孔、应力、裂纹、浇不到、冷隔、白口等铸造缺陷。应用应用：主要用于铜、铝、镁等有色合金铸件的大批量生产。主要用于铜、铝、镁等有色合金铸件的大批量生产。3 3）压力铸造）压力铸造 液态金属在液态金属在高压作用高压作用下下快速压入快速压入金属铸型金属铸型中，并中，并在压在压力下结晶力下结晶，以获得铸件的成形工艺方法。，以获得铸件的成形工艺方法。在压铸件的设计和使用中，应注意的问题在压铸件的设计和使用中，应注意的问题1.1.应使铸件壁厚均匀，并以应使铸件壁厚均匀，并以3 34mm4mm壁厚为宜，最大壁厚应小
45、壁厚为宜，最大壁厚应小于于6 68mm8mm，以防止缩孔、缩松等缺陷。，以防止缩孔、缩松等缺陷。2.2.压铸件不能进行热处理或在高温下工作，以免压铸件内压铸件不能进行热处理或在高温下工作，以免压铸件内气孔中的气体膨胀，导致铸件表面鼓泡或变形。气孔中的气体膨胀，导致铸件表面鼓泡或变形。3.3.压铸件应尽量避免切削加工，以防止内部孔洞外露。压铸件应尽量避免切削加工，以防止内部孔洞外露。4.4.由于压铸件内部疏松，塑性、韧性相对较差，因此不适由于压铸件内部疏松，塑性、韧性相对较差，因此不适宜制造承受冲击的制件。宜制造承受冲击的制件。3 3）压力铸造）压力铸造3 3）压力铸造）压力铸造压力铸造的特点和
46、适用范围压力铸造的特点和适用范围 1铸件的尺寸精度和表面质量最高。公差等级一般为 IT11IT13IT11IT13级，Ra为3.20.83.20.8m。2铸件的强度和表面硬度高。抗拉强度可比砂型铸造 提高2530%2530%，但伸长率有所下降。3可压铸出形状复杂的薄壁件。4生产率高。国产压铸机每小时可铸50150次，最高可达500次。3 3）压力铸造）压力铸造5压铸设备投资大，压铸型制造成本高，工艺准备时间 长，不适宜单件、小批生产不适宜单件、小批生产。6由于压铸型寿命的原因，目前压铸尚不适宜铸铁、钢 等高熔点合金的铸造。7压铸件内部存在缩孔和缩松，表皮下形成许多气孔。应用应用：有色薄壁小件的
47、大批量生产。有色薄壁小件的大批量生产。4)低压铸造 低压铸造是在低压铸造是在0.020.020.07MPa0.07MPa的低压的低压下将金属液注下将金属液注入型腔，并在压力下凝固成形，以获得铸件的方法。入型腔，并在压力下凝固成形，以获得铸件的方法。低压铸造的特点及应用范围低压铸造的特点及应用范围应用：应用：目前广泛应用于铸造铝合金铸件，目前广泛应用于铸造铝合金铸件，如汽车发动机缸如汽车发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等，体、缸盖、活塞、叶轮等，也可用于球墨铸铁、铜合金等也可用于球墨铸铁、铜合金等浇注较大的铸件，如球铁曲轴、铜合金螺旋桨等。浇注较大的铸件，如球铁曲轴、铜合金螺旋桨等。1 1浇注压力和
48、速度便于调节，可适应不同材料的铸型。浇注压力和速度便于调节，可适应不同材料的铸型。2 2铸件的气孔、夹渣等缺陷较少。铸件的气孔、夹渣等缺陷较少。3 3便于实现顺序凝固，使铸件组织致密、力学性能高。便于实现顺序凝固，使铸件组织致密、力学性能高。4 4由于省去了补缩冒口，使金属的利用率提高到由于省去了补缩冒口，使金属的利用率提高到909098%98%。4)低压铸造5 5）离心铸造）离心铸造 将液态合金浇入高速旋转的铸型将液态合金浇入高速旋转的铸型,使金属液在使金属液在离心离心力作用下力作用下充填铸型并结晶充填铸型并结晶,这种铸造方法称作离心铸造这种铸造方法称作离心铸造.离心铸造必须在离心铸造必须在
49、离心铸造机离心铸造机上进行上进行.根据铸型旋转空根据铸型旋转空间位置的不同间位置的不同,离心铸造机可分为离心铸造机可分为立式和卧式立式和卧式两大类两大类:立立式离心铸造机上的铸型是绕垂直轴旋转的式离心铸造机上的铸型是绕垂直轴旋转的;卧式离心铸卧式离心铸造机上铸型是绕水平轴旋转的造机上铸型是绕水平轴旋转的.5 5）离心铸造）离心铸造5 5）离心铸造）离心铸造离心铸造的特点离心铸造的特点:(1)(1)利用自由表面生产圆筒形或环形铸件时利用自由表面生产圆筒形或环形铸件时,可省去型可省去型芯和浇注系统芯和浇注系统,因而省工因而省工,省料省料,降低了铸件成本降低了铸件成本.(2)(2)在离心力的作用下在
50、离心力的作用下,铸件呈由外向内的定向凝固铸件呈由外向内的定向凝固,而而气体和熔渣因密度较金属小气体和熔渣因密度较金属小,则向铸件内腔则向铸件内腔 (即自由即自由表面表面)移动而排除移动而排除,故铸件极少有缩孔故铸件极少有缩孔,缩松缩松,气孔气孔,夹夹渣等缺陷渣等缺陷.(3)(3)便于制造双金属铸件便于制造双金属铸件.6 6）实型铸造）实型铸造 实型铸造是利用实型铸造是利用泡沫塑料模泡沫塑料模制造铸型后不取出模制造铸型后不取出模样，浇注时模样汽化样，浇注时模样汽化消失消失获得铸件的铸造方法。获得铸件的铸造方法。1 1、泡沫塑料模、泡沫塑料模发泡成型发泡成型 加工成型加工成型2 2、铸造工艺、铸造
