1、液态成形工艺方法液态成形工艺方法1课程介绍 教材教材-毛萍莉毛萍莉,材料成形技术材料成形技术,机械工业出机械工业出版社版社,2007年年.(30学时理论，学时理论，2学时上机学时上机)考试方式考核成绩考试方式考核成绩:闭卷考试（闭卷考试（50分）分）出勤率要求：最多不能缺课出勤率要求：最多不能缺课3次，每多次，每多缺一次课，卷面成绩扣缺一次课，卷面成绩扣2分分2主要参考资料 W.Kurz and D.J.Fisher,Fundamental of solidification,Trans,Tech.Publication.LTD,1998.铸造手册铸造手册铸造工艺设计分册铸造工艺设计分册 胡汉
2、起胡汉起.金属凝固原理金属凝固原理,北京北京,机械工业出版社，机械工业出版社，2000.10.李远才，金属液态成型工艺，化学工业出版社，李远才，金属液态成型工艺，化学工业出版社，2007.7 沈其文，材料成型工艺基础，华中科技大学出沈其文，材料成型工艺基础，华中科技大学出版社，版社，2003.63内容介绍内容介绍液态成形工艺方法液态成形工艺方法;液态成形工艺基础液态成形工艺基础;液态成形工艺设计液态成形工艺设计;液态成形工艺计算机辅助设计液态成形工艺计算机辅助设计4第1章 液态成形工艺方法 Pouring Melt in MoldSolidificationCasting 铸造铸造Foundr
3、y:是一种液态金属成形的方法，即将是一种液态金属成形的方法，即将金属加热到液态，使其具有流动性，然后浇入到金属加热到液态，使其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的型腔的铸型中，液态金属在重力具有一定形状的型腔的铸型中，液态金属在重力场或外力场（压力、离心力、电磁力等）的作用场或外力场（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却并凝固成具有型腔形状的铸件。下充满型腔，冷却并凝固成具有型腔形状的铸件。1.1铸造成型工艺概述铸造成型工艺概述5 铸造历史铸造历史-中国自古代开始，中国自古代开始，铸造技术就比较发达，如下：铸造技术就比较发达，如下：立人像铸于商代晚期，人像高立人像铸于商代晚期，人像高
4、172厘米，底座高厘米，底座高90厘米，厘米，通高通高262厘米，是世界上最大厘米，是世界上最大的青铜立人像，被尊称为的青铜立人像，被尊称为“世世界铜像之王界铜像之王”。突目面具铸于商代晚期，原件突目面具铸于商代晚期，原件高高64.5厘米，宽厘米，宽138厘米，厘米，眼球柱状外突长达眼球柱状外突长达13.5厘米，厘米，其造型在世界上亦属首见。其造型在世界上亦属首见。6 司母戊鼎，商代大鼎，司母戊鼎，商代大鼎，1939年出土，鼎高年出土，鼎高133厘米，重厘米，重875公斤。為已公斤。為已知的中国古代最大的青銅知的中国古代最大的青銅器。器。铜禁，中国已知最早应用铜禁，中国已知最早应用失蜡法铸造的
5、作品，春秋失蜡法铸造的作品，春秋時代的楚国王子午墓出土時代的楚国王子午墓出土的，年代为公元前的，年代为公元前6世紀。世紀。7铸造现状铸造现状-铸造是我国国民经济的一个重铸造是我国国民经济的一个重要组成部分要组成部分,广泛应用于航海广泛应用于航海航空航空汽车汽车铁路等领域铁路等领域;我国是世界第一铸造大国我国是世界第一铸造大国(2012年全球铸件产量年全球铸件产量9000万吨，我国铸万吨，我国铸件产量达到件产量达到4250万吨。万吨。从业人员约从业人员约200万人，给国家创造了约万人，给国家创造了约5000亿元的经济收入（亿元的经济收入（2012年数据）年数据）89101)优质优质精密精密;2)
6、数字化数字化网络化网络化;虚拟生产虚拟生产-;3)高效智能化高效智能化机器人应用机器人应用;4)交叉综合化交叉综合化并行并行CAD/CAE/CAM一体化加工一体化加工,浇注系统设计浇注系统设计绘图绘图计算模数计算模数凝固过程模拟凝固过程模拟缺陷预测缺陷预测工艺过程实时控制工艺过程实时控制;5)可视化铸造可视化铸造;6)低耗清洁化低耗清洁化,绿色环保可持续发展绿色环保可持续发展铸造发展方向铸造发展方向:12铸造的优点铸造的优点:1)适用性广;2)凡能熔化材料均可铸造;3)具有一定尺寸精度;4)成本低 12液态成型的缺点液态成型的缺点工艺过程比较复杂，一些工艺工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控
7、制过程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，其力学性能比有缺陷，其力学性能比同类材料的塑性成形低同类材料的塑性成形低液态成型液态成型缺缺 点点环境污染环境污染13铸造过程：铸造过程：金属熔化；金属熔化；浇注充型；浇注充型；冷却凝固；冷却凝固；清理加工；清理加工；14典型铸造工艺示意图
8、典型铸造工艺示意图铸造工艺铸造工艺15手工造型手工造型机器造型机器造型 熔模铸造熔模铸造金属型铸造金属型铸造压力铸造压力铸造离心铸造离心铸造低压铸造低压铸造连续铸造连续铸造液态成形工艺液态成形工艺砂型铸造砂型铸造特种铸造特种铸造高压造型高压造型射压造型射压造型抛砂造型抛砂造型1.2液态成形工艺方法液态成形工艺方法161.2.1 砂型铸造砂型铸造17手工造型常用方法：手工造型常用方法：依铸型寿命分：依铸型寿命分：1）一次型：）一次型：浇注一次后铸型就损坏。(普通砂型铸造)2）半永久型：）半永久型：可浇注几十次，甚至上百次后才损坏。(泥型和石墨型)依模样特点分：依模样特点分：1）整体模造型：）整体
9、模造型：模样为一整体，用于形状简单的铸件。2）分模造型：）分模造型：模样沿分模面分开，被制成上半模、下半模等几块模样，可使造型简便。3）刮板造型：）刮板造型：依铸件断面形状将模样制成板状，可节约制模工时和木材。适用于断面一致的或形状简单的旋转体铸件。4）实型造型：实型造型：用聚苯乙烯泡沫塑料制成模样和浇冒系统，造型后不取出模样。浇注时模样受到液体金属的灼热作用而气化，液体金属占据其空间，冷却后形成铸件。18 依造型方式可分为依造型方式可分为：1）砂箱造型）砂箱造型：在砂箱中造型，操作方便，应用广泛。根据造一付铸型所用的砂箱数目，又有两箱造型和多箱造型之分。2）劈箱造型）劈箱造型：将模样和砂箱分
10、成相应的几块，分别造型然后组装成型。这种方法使造型、烘干、搬运、合箱检验都方便。但模样和砂箱的制造工作量大。3）叠箱造型）叠箱造型：将几个甚至十几个铸型重叠起来浇注。可充分利用生产面积并节约金属。4）脱箱造型）脱箱造型（无箱造型）：造型后将砂箱脱去，型块在无砂箱或加放套箱的情况下浇注。5）地坑（面）造型）地坑（面）造型：在车间地坑中或地面上造型，不用砂箱或只用一只上箱。操作麻烦，劳动量大，生产周期长，多用于单件生产的大型铸件。6）组芯造型）组芯造型：铸型由多块砂芯组装而成，可以在砂箱、地坑或用夹具组装。7）流态砂造型）流态砂造型：将混合好的流态砂灌入砂箱，铸型可自行硬化和无需紧砂。造型简便，劳
11、动量小，卫生，生产率高。但应用于厚大铸件时容易出现缩沉等缺陷。19砂型铸造砂型铸造-手工造型分型方案选定手工造型分型方案选定20砂型铸造砂型铸造-刮板造型刮板造型21常用手工造芯方法：常用手工造芯方法：1）芯盒造芯：）芯盒造芯：在芯盒腔内进行紧砂、加放芯骨及开通气道等操作。依芯砂性质可以在芯盒内硬化，也可以脱出芯盒后再烘干硬化。用芯盒造芯尺寸准确，生产率高。2）刮（车）板造芯）刮（车）板造芯：用刮板制芯，其尺寸精度和生产率都不如芯盒法，但刮板较芯盒的制造省工、省料。多用于单件生产的断面一致的或回转体砂芯。22砂型铸造砂型铸造-机器造型机器造型机器造型的实质机器造型的实质将填砂、紧实、和起模等将
12、填砂、紧实、和起模等 主要工序实现机械化主要工序实现机械化机器造型的特点机器造型的特点同手工相比，机器造型和制芯的同手工相比，机器造型和制芯的生产率高，质量稳定，工人劳动生产率高，质量稳定，工人劳动强度低。但设备和工艺装备费用强度低。但设备和工艺装备费用高，生产准备周期长。适用于高，生产准备周期长。适用于大批量生产的铸件。大批量生产的铸件。23机器造型和制芯方法机器造型和制芯方法普通机器造型普通机器造型：震实造型（砂箱顶部想型砂紧实度不够，需手工补压）;压实造型（砂型上表面紧实度高，底部则低）;震压造型（综合以上特点）高压造型高压造型机器制芯机器制芯：震实造芯（类似于震实造型）;挤芯（利用柱塞
13、式或螺旋式挤芯机）;吹芯（用压缩空气吹入芯盒并紧实）;射芯（利用压缩空气将芯砂从射砂筒中射入芯盒并紧实）24砂型铸造砂型铸造-机器造型机器造型25特种铸造特种铸造其他铸造其他铸造离心铸造离心铸造压力铸造压力铸造熔模铸造熔模铸造低压铸造低压铸造金属型铸造金属型铸造连续铸造连续铸造261.2.2熔模铸造熔模铸造 熔模铸造熔模铸造是一种精密铸造方法，通常称为是一种精密铸造方法，通常称为“精精密铸造密铸造”。它是用易熔材料制成精确的可熔性。它是用易熔材料制成精确的可熔性模型，然后在模型上涂若干层模型，然后在模型上涂若干层耐火材料耐火材料，经过，经过干燥硬化成整体型壳，对整体型壳进行加热熔干燥硬化成整体
14、型壳，对整体型壳进行加热熔失模型，对型壳高温焙烧（失模型，对型壳高温焙烧（800-1000 ）后浇注金属液，待冷却后打掉型壳即可获得铸后浇注金属液，待冷却后打掉型壳即可获得铸件。由于熔模铸造使用最广泛的模料为石蜡，件。由于熔模铸造使用最广泛的模料为石蜡，这种方法又叫这种方法又叫“失蜡铸造失蜡铸造”。27（1）制造熔模的材料即模料一般采用）制造熔模的材料即模料一般采用蜡料、天蜡料、天然树脂和塑料然树脂和塑料（合成树脂）配制。主要用蜡料（合成树脂）配制。主要用蜡料配制的模料称为配制的模料称为蜡基模料蜡基模料（石蜡和硬脂酸配（石蜡和硬脂酸配制）制），它们的熔点较低，为，它们的熔点较低，为6070；主
15、要；主要用天然树脂配制的模料称为用天然树脂配制的模料称为树脂基模料树脂基模料（以松（以松香为主要成分）香为主要成分），熔点稍高，约，熔点稍高，约70120（2）模料配制时主要用）模料配制时主要用加热的方法加热的方法使各种原材使各种原材料熔化混合成一体，而后一边料熔化混合成一体，而后一边冷却冷却，一边将模，一边将模料料剧烈搅拌剧烈搅拌，使模料成为糊膏状态供压制熔模，使模料成为糊膏状态供压制熔模用。用。熔模制作过程熔模制作过程28 压制熔模之前，需先在压型表面涂薄层压制熔模之前，需先在压型表面涂薄层分型分型剂剂，以便从压型中取出熔模。，以便从压型中取出熔模。压制压制蜡基模料蜡基模料时，分型剂可为时
16、，分型剂可为机油、松节油机油、松节油等；压制等；压制树脂基模料树脂基模料时，常用时，常用篦麻油和酒精的混篦麻油和酒精的混合液或硅油合液或硅油作分型剂。分型剂层作分型剂。分型剂层越薄越好越薄越好，使熔，使熔模能更好地复制压型的表面，提高熔模的表面光模能更好地复制压型的表面，提高熔模的表面光洁度。洁度。熔模压制法示意图熔模压制法示意图（a）柱塞加压法 （b）活塞加压法 （c）气压法 29熔模的组装熔模的组装 （1）焊接法焊接法 用薄片状的烙铁，将熔模用薄片状的烙铁，将熔模的连接部位熔化，使熔模焊在一起。此的连接部位熔化，使熔模焊在一起。此法较普遍。法较普遍。（2）机械组装法机械组装法 在大量生产小
17、型熔模在大量生产小型熔模铸件时，采用此种模组可使模组组合和铸件时，采用此种模组可使模组组合和效率大大提高，工作条件也得到了改善。效率大大提高，工作条件也得到了改善。30型壳的制造型壳的制造 将将模组模组浸涂浸涂耐火涂料耐火涂料后，撒上料状后，撒上料状耐火材料耐火材料，再经干燥、硬化，如此反复多次，使耐火涂挂再经干燥、硬化，如此反复多次，使耐火涂挂层达到需要的厚度为止。这样便在模组上形成层达到需要的厚度为止。这样便在模组上形成了了多层型壳多层型壳，通常将型壳停放一段时间，使其，通常将型壳停放一段时间，使其充分硬化，然后充分硬化，然后熔失模组熔失模组，便得到多层型壳。，便得到多层型壳。多层壳有的需
18、要装箱填砂；有的则不需要，经多层壳有的需要装箱填砂；有的则不需要，经过焙烧后就可直接进行浇注过焙烧后就可直接进行浇注。耐火材料耐火材料为石英、刚玉、硅酸铝耐火材料等；为石英、刚玉、硅酸铝耐火材料等；其其粘结剂粘结剂为硅酸胶体溶液（透气性好，硬化快，为硅酸胶体溶液（透气性好，硬化快，润湿性好）。润湿性好）。31熔模铸造特点和应用范围熔模铸造特点和应用范围 熔模铸造的特点：熔模铸造的特点：优点：1）铸件尺寸精度和表面光洁度高；2）可以生产形状非常复杂的铸件；3）铸造合金的类型没有限制；4）生产批量没有限制缺点：1）生产工序繁多，生产周期长；2）不适合太大的铸件 熔模铸造的适用范围：熔模铸造的适用范
19、围：1）可用熔模铸造法生产的合金种类有碳素钢、合金钢、耐热合金、不锈钢、精密合金、永磁合金、轴承合金、铜合金、铝合金、钛合金和球墨铸铁等。2）熔模铸件的形状一般都比较复杂，铸件上可铸出孔的最小直径可达0.5mm，铸件的最小壁厚为0.3mm。3）熔模铸件的重量大多为几十克到几千克33熔模铸造 Investment Casting/lost wax casting33熔摸铸造与传统铸造341.2.3金属型铸造金属型铸造 金属型铸造又称金属型铸造又称硬模铸造硬模铸造，它是将金属液体浇，它是将金属液体浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。铸型是用金属制成，可以反
20、复使用多次（几百铸型是用金属制成，可以反复使用多次（几百次到几千次），因此有人又称它为次到几千次），因此有人又称它为永久型铸造永久型铸造。35金属型铸造工艺金属型铸造工艺 铸型在浇注之前需要铸型在浇注之前需要预热预热，预热的温度根据合金，预热的温度根据合金种类、铸件结构和大小而定。种类、铸件结构和大小而定。在浇铸之前需要在铸型表面在浇铸之前需要在铸型表面喷涂料喷涂料，主要是调节，主要是调节铸件的冷却速度、保护金属型和利用涂料层排气。铸件的冷却速度、保护金属型和利用涂料层排气。根据所浇注合金种类的不同，涂料可有多种配方。根据所浇注合金种类的不同，涂料可有多种配方。浇注温度浇注温度一般比砂型铸造时
21、高，可根据合金种类、一般比砂型铸造时高，可根据合金种类、化学成分、铸件大小和壁厚等，通过试验确定。化学成分、铸件大小和壁厚等，通过试验确定。金属金属型芯型芯在铸件中在铸件中停留的时间停留的时间越长，由于铸件收越长，由于铸件收缩产生的抱紧型芯的力就越大，所需的缩产生的抱紧型芯的力就越大，所需的抽芯力抽芯力也也就越大。最佳的就越大。最佳的抽芯时机抽芯时机是当铸件冷却到塑性变是当铸件冷却到塑性变形温度范围，并有足够的强度时。形温度范围，并有足够的强度时。铸件铸件在铸型中在铸型中停留的时间停留的时间过长时，型壁温度升高，过长时，型壁温度升高，需要更多的冷却时间，也会降低铸型的生产率。需要更多的冷却时间
22、，也会降低铸型的生产率。合适的铸件出型及抽芯时间，一般要通过试验加合适的铸件出型及抽芯时间，一般要通过试验加以确定。以确定。36金属型铸造的特点金属型铸造的特点 优点：优点：冷却速度较快冷却速度较快，所以铸件组，所以铸件组织致密，晶粒细小，使金属织致密，晶粒细小，使金属型铸件的机械性能比砂型铸型铸件的机械性能比砂型铸件高。件高。铸件的铸件的精度和表面光洁度精度和表面光洁度比比砂型铸件高，而且质量和尺砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定；寸稳定；铸件的铸件的工艺收得率工艺收得率高，一般高，一般可节约金属可节约金属1530；金属型铸造的金属型铸造的生产效率高生产效率高，使铸件产生缺陷的原因减少，使铸件产
23、生缺陷的原因减少，工序简单，易实现机械化和工序简单，易实现机械化和自动化自动化 不足不足:l金属型金属型制造成本制造成本高；高；l金属型金属型不透气不透气，而且，而且无无退让性退让性，易造成铸件浇不，易造成铸件浇不足、开裂或铸铁件白口等足、开裂或铸铁件白口等缺陷；缺陷；l金属型铸造时，金属型铸造时，铸件的铸件的质量质量对铸型的工作温度、对铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等时间，以及所用的涂料等的变化比较敏感，生产时的变化比较敏感，生产时需要严格控制。需要严格控制。37金属型铸造的适用范围金属型铸造的适用
24、范围 金属型材料一般为金属型材料一般为铸铁或铸铁或45#钢钢。金属型铸造目前所能生产的铸件，在金属型铸造目前所能生产的铸件，在重量和形重量和形状方面还有一定的限制，状方面还有一定的限制，如对黑色金属只能是如对黑色金属只能是形状简单的铸件；铸件的重量不可太大；壁厚形状简单的铸件；铸件的重量不可太大；壁厚也有限制，较小的铸件壁厚无法铸出。因此，也有限制，较小的铸件壁厚无法铸出。因此，在决定采用金属型铸造时，必须综合考虑下列在决定采用金属型铸造时，必须综合考虑下列各因素：铸件形状和重量大小必须合适；要有各因素：铸件形状和重量大小必须合适；要有足够的批量；完成生产任务的期限许可。足够的批量；完成生产任
25、务的期限许可。381.2.4 压力铸造压力铸造 压力铸造（简称压铸）的实质是在压力铸造（简称压铸）的实质是在高压高压作用下，使液作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型型腔，并在态或半液态金属以较高的速度充填压铸型型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。压力下成型和凝固而获得铸件的方法。39压力铸造的特点压力铸造的特点:高压高压和和高速充填高速充填压铸型是压铸的两大特点。压铸型是压铸的两大特点。它常用的压射比压是从几个至几十个它常用的压射比压是从几个至几十个MPa，甚至高达甚至高达2102MPa。充填速度约在。充填速度约在1050ms，有些时候甚至可达，有些时候甚至可达100ms以
26、上。充填时间很短，一般在以上。充填时间很短，一般在0.010.2s范围内。范围内。41 压铸优点压铸优点:1.产品质量好：铸件尺寸精度高，表面光洁度好，强产品质量好：铸件尺寸精度高，表面光洁度好，强度和硬度较高，强度一般比砂型铸造提高度和硬度较高，强度一般比砂型铸造提高2530，但，但延伸率降低约延伸率降低约70；尺寸稳定，互换性好；可压铸薄壁；尺寸稳定，互换性好；可压铸薄壁复杂的铸件。复杂的铸件。2.在压铸件中可嵌铸其他材料，以节省贵重材料和加在压铸件中可嵌铸其他材料，以节省贵重材料和加工工时。工工时。压铸的不足：压铸的不足：1.压铸时由于液态金属充填型腔速度高，流态不稳定，压铸时由于液态金
27、属充填型腔速度高，流态不稳定，故采用一般压铸法，铸件易产生气孔，不能进行热处理；故采用一般压铸法，铸件易产生气孔，不能进行热处理；2.对内凹复杂的铸件，压铸较为困难；对内凹复杂的铸件，压铸较为困难；3 对高熔点合金（如铜，黑色金属），压铸型寿命较对高熔点合金（如铜，黑色金属），压铸型寿命较低；低；4 不宜小批量生产，其主要原因是压铸型制造成本高，不宜小批量生产，其主要原因是压铸型制造成本高，压铸机生产效率高，小批量生产不经济。压铸机生产效率高，小批量生产不经济。41压力铸造工艺：压力铸造工艺：压铸时的压力和速度对铸件的质量有极大的压铸时的压力和速度对铸件的质量有极大的影响。影响。压力压力是获得
28、轮廓清晰和组织致密铸件的是获得轮廓清晰和组织致密铸件的主要因素。主要因素。压射比压压射比压影响金属液的充填和铸件影响金属液的充填和铸件的强度和延伸率。当提高比压时，能提高铸件的强度和延伸率。当提高比压时，能提高铸件的致密性和提高强度，但使延伸率下降。当比的致密性和提高强度，但使延伸率下降。当比压超过一定数值时，不仅强度开始下降，而且压超过一定数值时，不仅强度开始下降，而且延伸率会显著下降。延伸率会显著下降。压射比压的选择，应根压射比压的选择，应根据合金种类和铸件结构特性确定。据合金种类和铸件结构特性确定。42P压射比压（牛/米2）P压射压力（牛）F压射冲头截面积（米2）d压射冲头直径（米）F冲
29、压射冲头截面积（米2）V充充填速度（米/秒）F内内浇口截面积（米2）V冲压射冲头速度（米/秒）D压室内径（米）P压射比压（牛/米2）r重度（牛/米3）43 1充填速度充填速度 2浇注温度浇注温度 3压型温度压型温度 4充填、持压和开型时间充填、持压和开型时间充填速度应根据压铸合金和铸件结构来确定.如果充填速度偏低，会造成铸件轮廓不清晰。当充填速度过高时，型腔中的空气难以排除使铸件产生气孔.一般充填速度在1040m/s之间可获得优质铸件。浇注温度过高，收缩大，使铸件容易产生裂纹、且铸件晶粒粗大；浇注温度过低，易产生冷隔、表面花纹和浇不足等缺陷。浇注温度应与压力、压铸型温度及充填速度同时考虑。（4
30、20-940）压型在使用前要预热到一定温度，作用有两个方面：其一是避免高温液态金属对冷压型的热冲击，以延长压铸型的使用寿命；其二是避免液态金属“激冷”造成浇不足、冷隔等缺陷。（130-350 ）自液态金属开始进入型腔起到充满型腔止，所需的时间称为充填时间。充填时间长短取决于铸件的体积大小和复杂程度。从液态金属充填型腔到内浇口完全凝固时，继续在压射冲头作用下的持续时间，称为持压时间。持压时间的长短取决于铸件的材质和壁厚。持压后应开型取出铸件。从压射终了到压铸型打开的时间，称为开型时间，开型时间应控制准确。开型时间过短，由于合金强度尚低，可能在铸件顶出和自压铸型落下时引起变形；但开型时间太长，则铸
31、件温度过低，收缩大，对抽芯和顶出铸件的阻力亦大。一般开型时间按铸件壁厚1毫米需3秒钟计算，然后经试验调整。44 压力铸造的应用范围压力铸造的应用范围 目前压铸合金不再局限于有色金属的目前压铸合金不再局限于有色金属的锌、铝、锌、铝、镁和铜合金镁和铜合金，而且也逐渐扩大用来压铸铸铁和，而且也逐渐扩大用来压铸铸铁和铸钢件。涂料主要为石墨。铸钢件。涂料主要为石墨。压铸件的压铸件的尺寸和重量尺寸和重量，取决于压铸机的功，取决于压铸机的功率。由于压铸机的功率不断增大，铸件尺寸可率。由于压铸机的功率不断增大，铸件尺寸可以从几以从几mm到到12m；重量可以从几；重量可以从几g到数十到数十kg。国外可压铸直径为
32、。国外可压铸直径为2m，重量为，重量为50kg的铝的铝铸件铸件。454647压铸件压铸件Die Casting481.2.5 离心铸造离心铸造Verticalhorizontal Centrifugal Casting 离心铸造的第一个专利是在离心铸造的第一个专利是在1809年由英国人年由英国人爱尔恰尔特（爱尔恰尔特（Erchardt）提出的。直到二十）提出的。直到二十世纪初才开始被采用。世纪初才开始被采用。离心铸造离心铸造是将液体金属浇入旋转的铸型中，是将液体金属浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力的作用下充填铸型和凝固使液体金属在离心力的作用下充填铸型和凝固成形的一种铸造方法。成形的一种铸
33、造方法。49立式和卧式离心铸造机立式和卧式离心铸造机 立式：铸型绕垂直轴旋转立式：铸型绕垂直轴旋转 卧式铸型绕水平轴旋转卧式铸型绕水平轴旋转5052离心铸造的特点离心铸造的特点 1）液体金属能在铸型中形成）液体金属能在铸型中形成中空的圆柱形自由中空的圆柱形自由表面表面，这样便可不用型芯就能铸出中空的铸件，这样便可不用型芯就能铸出中空的铸件，大大简化了套筒，管类铸件的生产过程；大大简化了套筒，管类铸件的生产过程；2）由于旋转时液体金属所产生的离心力的作用，）由于旋转时液体金属所产生的离心力的作用，使金属充填铸型的能力提高使金属充填铸型的能力提高，因此一些流动性，因此一些流动性较差的合金和薄壁铸件
34、都可用离心铸造法生产；较差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造法生产；3）由于离心力的作用，）由于离心力的作用，改善了补缩条件改善了补缩条件，气体，气体和非金属夹杂也易于自液体金属中排出，因此和非金属夹杂也易于自液体金属中排出，因此离心铸件的组织较致密，缩孔（缩松）、气孔、离心铸件的组织较致密，缩孔（缩松）、气孔、夹杂等夹杂等缺陷较少缺陷较少；4）消除或大大）消除或大大节省节省浇注系统和冒口方面的金属浇注系统和冒口方面的金属消耗；消耗；5）铸件易产生）铸件易产生偏析偏析，铸件内表面较粗糙。内表，铸件内表面较粗糙。内表面尺寸不易控制。面尺寸不易控制。铸件断面组织：铸件断面组织：1）倾斜柱状晶）倾斜柱状
35、晶2）层状偏析）层状偏析52离心铸造工艺离心铸造工艺 1）离心铸型）离心铸型转速转速的选择的选择 （1）离心铸型的转速应保证液体金属在进入铸型）离心铸型的转速应保证液体金属在进入铸型后立刻能形成圆筒形，绕轴线旋转；（后立刻能形成圆筒形，绕轴线旋转；（2）充分利用）充分利用离心力的作用，使铸件致密，避免铸件内产生缩孔、离心力的作用，使铸件致密，避免铸件内产生缩孔、缩松、夹杂和气孔。缩松、夹杂和气孔。2）离心铸造时使用的）离心铸造时使用的铸型铸型有两大类，即金属型和非有两大类，即金属型和非金属型。非金属型有砂型、壳型、熔模壳型等，但在金属型。非金属型有砂型、壳型、熔模壳型等，但在离心铸造时广泛采用
36、的是金属型。离心铸造时广泛采用的是金属型。3）金属型离心铸造时，常需在金属型的工作表面喷）金属型离心铸造时，常需在金属型的工作表面喷刷刷涂料涂料（石英粉，石墨等）。刷涂料的目的：一是保（石英粉，石墨等）。刷涂料的目的：一是保护金属型，二是为防止铸件与金属型粘合和铸铁件产护金属型，二是为防止铸件与金属型粘合和铸铁件产生白口。在离心金属型上的涂料层有时生白口。在离心金属型上的涂料层有时较厚较厚。4）浇注）浇注 离心铸造时，由于铸件的内表面是自由表面，而铸离心铸造时，由于铸件的内表面是自由表面，而铸件件厚度厚度的控制全由所的控制全由所浇注液体金属的数量浇注液体金属的数量决定，故离决定，故离心铸造浇注
37、时，对所浇注金属的定量要求较高。心铸造浇注时，对所浇注金属的定量要求较高。531.2.6低压铸造低压铸造 低压铸造低压铸造是使液体金属在是使液体金属在压力压力作用下充填型腔，以形成铸件作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法。由于所用的压力的一种方法。由于所用的压力较低，所以叫做低压铸造。在较低，所以叫做低压铸造。在密封的坩埚（或密封罐）中，密封的坩埚（或密封罐）中，通入干燥的通入干燥的压缩空气压缩空气，金属液，金属液在气体压力的作用下，沿升液在气体压力的作用下，沿升液管上升，通过浇口平稳地进入管上升，通过浇口平稳地进入型腔，并保持坩埚内液面上的型腔，并保持坩埚内液面上的气体压力，一直到铸件完全凝
38、气体压力，一直到铸件完全凝固为止。然后解除液面上的气固为止。然后解除液面上的气体压力，使升液管中未凝固的体压力，使升液管中未凝固的金属液流回坩埚，再由气缸开金属液流回坩埚，再由气缸开型并推出铸件。型并推出铸件。5455 低压铸造的优点低压铸造的优点 1）液体金属液体金属充型比较平稳充型比较平稳。这是由于低压铸。这是由于低压铸造采取底注式充型，其金属液的上升速度容易造采取底注式充型，其金属液的上升速度容易控制；控制；2）铸件成形性好铸件成形性好，有利于形成轮廓清晰、表，有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件，对于大型薄壁铸件的成形更为面光洁的铸件，对于大型薄壁铸件的成形更为有利；有利；3）铸件铸件组
39、织致密组织致密，机械性能高。，机械性能高。4）提高了金属液的提高了金属液的工艺收得率工艺收得率，一般情况下，一般情况下不需要冒口，使金属液的收得率大大提高，收不需要冒口，使金属液的收得率大大提高，收得率一般可达得率一般可达90；此外，劳动条件好；设备简单，易实现机此外，劳动条件好；设备简单，易实现机械化和自动化，也是低压铸造的突出优点。械化和自动化，也是低压铸造的突出优点。56低压铸造工艺低压铸造工艺 低压铸造的工艺规范包括的工艺规范包括充型、增压、铸型预充型、增压、铸型预热温度、浇注温度，以及铸型的涂料热温度、浇注温度，以及铸型的涂料等。等。低压铸造过程中低压铸造过程中压力压力需要经历几个阶
40、段的变化：需要经历几个阶段的变化：升液压力、充型压力和结晶压力。升液压力、充型压力和结晶压力。低压铸造可采用各种铸型，对非金属型的工作低压铸造可采用各种铸型，对非金属型的工作温度温度一般都为室温，无特殊要求，而对金属型一般都为室温，无特殊要求，而对金属型的工作温度就有一定的要求。在保证铸件成型的工作温度就有一定的要求。在保证铸件成型前提下，浇注温度愈低愈好前提下，浇注温度愈低愈好.涂料涂料应均匀，涂料厚度要根据铸件表面光洁度应均匀，涂料厚度要根据铸件表面光洁度及铸件结构来决定。及铸件结构来决定。低压铸造所用的铸型主要有低压铸造所用的铸型主要有三种三种，即湿砂型、，即湿砂型、干砂型和金属型。干砂
41、型和金属型。571.2.7挤压铸造挤压铸造 挤压铸造挤压铸造也叫也叫液态模锻液态模锻，是金属液在，是金属液在压力压力下充型下充型及凝固而获得铸件的一种铸造方法及凝固而获得铸件的一种铸造方法 挤压铸造与其它铸造方法相比具有下列优点：挤压铸造与其它铸造方法相比具有下列优点：铸件精度高，加工余量小；铸件精度高，加工余量小；由于铸件是在压力下充型和凝固的；由于铸件是在压力下充型和凝固的；组织致密，晶粒细小组织致密，晶粒细小，铸件的机械性能好；，铸件的机械性能好；生产率高，工序简单；生产率高，工序简单；挤压铸造常用来生产挤压铸造常用来生产形状比较简单形状比较简单的铝合金、锌的铝合金、锌合金、铜合金、钢、
42、铁等铸件，比如高压锅、阀合金、铜合金、钢、铁等铸件，比如高压锅、阀体、活塞、铁锅等。体、活塞、铁锅等。58601.2.7陶瓷型铸造陶瓷型铸造 陶瓷型铸造陶瓷型铸造是在砂型熔模铸造的基础上发展起来是在砂型熔模铸造的基础上发展起来的一种新工艺。陶瓷型是利用质地较纯、热稳定的一种新工艺。陶瓷型是利用质地较纯、热稳定性较高的性较高的耐火材料耐火材料作造型材料；用硅酸乙酯水解作造型材料；用硅酸乙酯水解液作粘结剂，在催化剂的作用下，经灌浆、结胶、液作粘结剂，在催化剂的作用下，经灌浆、结胶、起模、焙烧等工序而制成的。起模、焙烧等工序而制成的。陶瓷型铸造兼有陶瓷型铸造兼有砂型铸造和熔模铸造砂型铸造和熔模铸造的
43、优点，其的优点，其主要有：主要有：1）铸件的表面光洁度高；）铸件的表面光洁度高；2）铸件的尺寸精度高；）铸件的尺寸精度高；3）可以铸出大型精密铸件）可以铸出大型精密铸件 4）投资少，投产快，生产准备周期短。）投资少，投产快，生产准备周期短。缺点是原材料价格昂贵，由于有灌浆工序，不缺点是原材料价格昂贵，由于有灌浆工序，不适于浇注批量大，重量轻，形状较复杂的铸件，适于浇注批量大，重量轻，形状较复杂的铸件，且生产工艺过程难于实现机械化和自动化且生产工艺过程难于实现机械化和自动化 601.2.8连续铸造连续铸造 原理原理是将熔融的金属，不断浇入一种叫做是将熔融的金属，不断浇入一种叫做结晶器的特殊金属型
44、中，凝固（结壳）了结晶器的特殊金属型中，凝固（结壳）了的铸件，连续不断地从结晶器的另一端拉的铸件，连续不断地从结晶器的另一端拉出，它可获得任意长或特定长度的铸件。出，它可获得任意长或特定长度的铸件。连续铸造和普通铸造法比较有下述连续铸造和普通铸造法比较有下述优点：优点：（1）由于金属被迅速冷却，结晶致密，组）由于金属被迅速冷却，结晶致密，组织均匀，机械性能较好；织均匀，机械性能较好；（2）连续铸造时，铸件上没有浇注系统和）连续铸造时，铸件上没有浇注系统和冒口，故连续铸锭在轧制时不用切头去尾，冒口，故连续铸锭在轧制时不用切头去尾，节约了金属，提高了收得率；节约了金属，提高了收得率；（3）简化了工
45、序，免除造型及其它工序，）简化了工序，免除造型及其它工序，因而减轻了劳动强度；所需生产面积也大因而减轻了劳动强度；所需生产面积也大为减少；为减少；（4）连续铸造生产易于实现机械化和自动）连续铸造生产易于实现机械化和自动化，铸锭时还能实现连铸连轧，大大提高化，铸锭时还能实现连铸连轧，大大提高了生产效率。了生产效率。61621.2.9真空吸铸真空吸铸 真空吸铸是一种借助真空系统在是一种借助真空系统在结晶器结晶器内造成内造成负压负压，吸入金属而，吸入金属而生产铸件的一种方法。真空吸铸生产铸件的一种方法。真空吸铸的的原理原理如图所示：将与真空系统如图所示：将与真空系统相连的结晶器侵入到金属液中，相连的
46、结晶器侵入到金属液中，由于负压作用，金属液被吸入到由于负压作用，金属液被吸入到结晶器中，待金属液凝固到一定结晶器中，待金属液凝固到一定厚度时，切断真空，多余的金属厚度时，切断真空，多余的金属液流回坩埚。铸件的长度取决于液流回坩埚。铸件的长度取决于结晶器的长度，厚度取决于凝固结晶器的长度，厚度取决于凝固时间。时间。6364真空吸铸真空吸铸优点优点 真空吸铸时由于结晶器内的空气压力小，所以真空吸铸时由于结晶器内的空气压力小，所以减少了铸件在充型时吸气的可能性。减少了铸件在充型时吸气的可能性。铸件的组织致密，晶粒细化，从而提高了铸件铸件的组织致密，晶粒细化，从而提高了铸件的机械性能。的机械性能。铸件
47、不用浇冒口，减少了金属消耗，提高了金铸件不用浇冒口，减少了金属消耗，提高了金属的收得率。属的收得率。真空吸铸主要用于铸造内燃机铜合金轴套或铸真空吸铸主要用于铸造内燃机铜合金轴套或铸造铝合金锭坯。造铝合金锭坯。651.2.10 磁型铸造磁型铸造 磁型铸造磁型铸造是采用是采用钢丸或铁钢丸或铁丸丸代替代替型砂型砂，以，以磁力磁力代替代替粘结剂粘结剂造型，模型采用造型，模型采用气气化模化模，浇注时直接在模型，浇注时直接在模型上浇注金属液，模型在高上浇注金属液，模型在高温下气化，腾出空间由金温下气化，腾出空间由金属液充填而生产铸件的一属液充填而生产铸件的一种铸造方法。种铸造方法。66 磁型铸造具有以下特
48、点：磁型铸造具有以下特点：由于铁丸可以反复使用，由于铁丸可以反复使用，所以节省了造型材料，降低了产品的成本。所以节省了造型材料，降低了产品的成本。用气化模造型不用起模，铸件尺寸精度高，加工用气化模造型不用起模，铸件尺寸精度高，加工余量小。余量小。但磁型铸造也有很大的局限性：但磁型铸造也有很大的局限性：磁型铸造不适合铸造厚大复杂的铸件；磁型铸造不适合铸造厚大复杂的铸件；浇注时气化模燃烧放出大量烟气，造成空气污染，浇注时气化模燃烧放出大量烟气，造成空气污染，并易造成铸钢件增碳和夹渣等缺陷。并易造成铸钢件增碳和夹渣等缺陷。磁型铸造可用来铸造厚度在磁型铸造可用来铸造厚度在40mm以下的中小铸以下的中小
49、铸件。件。671.2.11实型铸造实型铸造 实型铸造实型铸造也称消失模铸造也称消失模铸造(Lost Foam Casting)是将与铸件尺寸形状相似的是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。后形成铸件的新型铸造方法。69铸造方法铸件材质铸件重量表面光洁度铸件复杂程度生产成本适用范围工艺特点砂型铸造各种材质几十克很大差简单低最常用的铸
50、造方法。手工造型:单件、小批量和难以使用造型机的形状复杂的大型铸件。机械造型：适用于批量生产的中、小铸件手工：灵活、易行，但效率低，劳动强度大，尺寸精度和表面质量低机械：尺寸精度和表面质量高，但投资大金属型铸造有色合金几十克20公斤好复杂铸件金属模的费用较高小批量或大批量生产的非铁合金铸件，也用于生产钢铁铸件铸件精度、表面质量高，组织致密，力学性能好，生产率高熔模铸造铸钢及有色合金几克几公斤很好任何复杂程度各种批量的铸钢及高熔点合金的小型复杂精密铸件，特别适合铸造艺术品、精密机械零件尺寸精度高、表面光洁，但工序繁多，劳动强度大70铸造方法铸件材质铸件重量表面光洁度铸件复杂程度生产成本适用范围工
