第一章 铸造成型

1、第一章第一章 铸造铸造课前案例分析课前案例分析变速器壳体变速器壳体1.1 1.1 概述概述铸造铸造：指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型， 凝固后获得零件毛坯的成形方法。凝固后获得零件毛坯的成形方法。其主要工序如下图所示：其主要工序如下图所示：零件技术要求零件技术要求原材料原材料造型造型熔化熔化控制调整成分控制调整成分浇注浇注凝固凝固出模出模清理、检验等清理、检验等1.1 1.1 概述概述齿圈钢锭退火罩1.1 概述概述西安秦皇陵出土的铜马车 古铜钱古代十八般武器和编钟1.1 1.1 概述概述铸造特点铸造特点：优点：优点：投资小、生产周期短、能制

2、造形状复杂零件投资小、生产周期短、能制造形状复杂零件缺点：缺点：内部组织疏松、晶粒粗大，易产生缩孔、缩松等；内部组织疏松、晶粒粗大，易产生缩孔、缩松等； 外部易产生粘砂、夹砂、砂眼等。外部易产生粘砂、夹砂、砂眼等。铸造分类铸造分类：按生产方法按生产方法砂型铸造特种铸造按合金按合金铸铁镁合金铸造铸钢铜合金铸造铝合金铸造1.1 1.1 概述概述机械类别机械类别比率比率/机床、内燃机、重型机器机床、内燃机、重型机器风机、压缩机风机、压缩机拖拉机拖拉机农业机械农业机械汽车汽车70906080507040702030各类机械工业中铸件质量所占的比率：各类机械工业中铸件质量所占的比率：1.2 1.2 砂型

3、铸造的基本工艺砂型铸造的基本工艺砂型铸造：砂型铸造：利用型砂作铸型，将液态金属在重力下浇注利用型砂作铸型，将液态金属在重力下浇注到铸型中冷却凝固成型的铸造方法。到铸型中冷却凝固成型的铸造方法。1.砂型铸造的组成及性能砂型铸造的组成及性能组成组成性能性能砂砂粘结剂粘结剂水水附加物附加物足够的强度足够的强度良好的可塑性良好的可塑性高的耐火性高的耐火性一定的透气性一定的透气性一定的退让性一定的退让性造型材料造型材料1.2 1.2 砂型铸造的基本工艺砂型铸造的基本工艺1.2 1.2 砂型铸造的基本工艺砂型铸造的基本工艺2.造型方法造型方法手工造型手工造型机器造型机器造型整模造型整模造型活块造型活块造型

4、分模造型分模造型震实式造型震实式造型震压式造型震压式造型抛砂造型抛砂造型射砂造型射砂造型造型方法造型方法三箱造型三箱造型假箱造型假箱造型挖砂造型挖砂造型砂箱砂箱刮砂板刮砂板底板底板砂舂砂舂通气针通气针 起模针起模针皮老虎皮老虎镘刀镘刀镘勺镘勺提勾提勾一、手工造型一、手工造型1.砂箱及造型工具砂箱及造型工具1.2 1.2 砂型铸造的基本工艺砂型铸造的基本工艺整模造型整模造型特点特点：模样为一整体，分型面为一平面，不会产生错型。模样为一整体，分型面为一平面，不会产生错型。应用应用：最大截面靠一端且为一平面的铸件。最大截面靠一端且为一平面的铸件。如如齿轮齿轮等。等。2.常见手工造型方法常见手工造型方

5、法轮罩轮罩上砂箱上砂箱下砂箱下砂箱浇口棒浇口棒模样模样分型面分型面整模造型整模造型1.2 1.2 砂型铸造的基本工艺砂型铸造的基本工艺分模造型分模造型特点特点：模样在最大截面处分开，模样一分二，模样在最大截面处分开，模样一分二，制作模样麻制作模样麻烦，易偏箱和错箱。烦，易偏箱和错箱。应用应用：最大截面在中部的铸件，常用于回转体类等铸件。最大截面在中部的铸件，常用于回转体类等铸件。如如套筒、水管、阀体、箱体套筒、水管、阀体、箱体等。等。套筒套筒上半模上半模下半模下半模分型面分型面1.2 1.2 砂型铸造的基本工艺砂型铸造的基本工艺分模造型分模造型1.2 1.2 砂型铸造的基本工艺砂型铸造的基本工

6、艺活块造型活块造型 特点特点：阻碍起模部分和模样做成两部分。阻碍起模部分和模样做成两部分。操作难度较大，操作难度较大，生产率低。生产率低。 应用应用：造型较复杂，用于单件小批生产，带有凸台，难造型较复杂，用于单件小批生产，带有凸台，难以起模的铸件。以起模的铸件。 模样模样模样模样可用钉子、燕尾榫（可用钉子、燕尾榫（sun）槽等方法连接槽等方法连接分型面分型面1.2 1.2 砂型铸造的基本工艺砂型铸造的基本工艺活块造型活块造型1.2 1.2 砂型铸造的基本工艺砂型铸造的基本工艺挖砂造型挖砂造型 特点特点：模样为一整体，分型面为一曲面，挖去阻碍起模模样为一整体，分型面为一曲面，挖去阻碍起模的型砂才

7、能取模。的型砂才能取模。造型麻烦、生产率低。造型麻烦、生产率低。 应用应用：适宜中小型、分型面不平的铸件。适宜中小型、分型面不平的铸件。下砂箱下砂箱模样模样挖去分型挖去分型面上的砂面上的砂放置上放置上砂箱砂箱1.2 1.2 砂型铸造的基本工艺砂型铸造的基本工艺挖砂造型挖砂造型1.2 1.2 砂型铸造的基本工艺砂型铸造的基本工艺假箱造型假箱造型特点特点：将模型置于假箱或成型底板上，直接造出曲面，代将模型置于假箱或成型底板上，直接造出曲面，代替挖砂造型，操作较简单。替挖砂造型，操作较简单。应用应用：用于小批或成批生产，分型面不平的铸件。用于小批或成批生产，分型面不平的铸件。1.2 1.2 砂型铸造

8、的基本工艺砂型铸造的基本工艺假箱造型假箱造型1.2 1.2 砂型铸造的基本工艺砂型铸造的基本工艺刮板造型刮板造型特点特点：刮板形状和铸件截面相同，代替模样，省去制模工序。刮板形状和铸件截面相同，代替模样，省去制模工序。应用应用：单件小批生产，大、中型轮类、管类铸件。如单件小批生产，大、中型轮类、管类铸件。如皮带轮皮带轮。砂砂 箱箱刮板刮板1.2 1.2 砂型铸造的基本工艺砂型铸造的基本工艺刮板造型刮板造型1.2 1.2 砂型铸造的基本工艺砂型铸造的基本工艺三箱造型三箱造型特点特点：三个砂箱，三个砂箱，中箱高度与中间模样高度相等中箱高度与中间模样高度相等，要特制。要特制。操作复杂操作复杂，生产率

9、低生产率低。 应用应用：单件小批生产，适合于中间截面小，两端截面大铸件单件小批生产，适合于中间截面小，两端截面大铸件视频视频:实际生产中手工造型用材料、工具及造型方法实际生产中手工造型用材料、工具及造型方法上砂箱上砂箱中砂箱中砂箱下砂箱下砂箱分型面分型面分型面分型面1.2 1.2 砂型铸造的基本工艺砂型铸造的基本工艺三箱造型三箱造型1.2 1.2 砂型铸造的基本工艺砂型铸造的基本工艺二、机器造型二、机器造型定义：定义：将手工造型中的紧砂和起模实现了机械化的方法。将手工造型中的紧砂和起模实现了机械化的方法。紧砂方法：紧砂方法：压实、震实、震压等，以压实、震实、震压等，以震压震压紧砂法为主。紧砂法

10、为主。起模方法：起模方法：顶箱起模；翻转起模；漏模起模等。顶箱起模；翻转起模；漏模起模等。特点：特点：生产率高，精度较高；生产率高，精度较高； 节约金属；节约金属； 改善了劳动条件；改善了劳动条件； 设备投资较大。设备投资较大。应用：应用： 1.2 1.2 砂型铸造的基本工艺砂型铸造的基本工艺定义定义：是碳质量分数大于：是碳质量分数大于2.11%、并常含有较多的硅、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。锰、硫、磷等元素的铁碳合金。（1 1）铸铁的特点）铸铁的特点n铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低。铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低。n良好的耐磨性、高的消振性、低的缺口敏感性良好的

11、耐磨性、高的消振性、低的缺口敏感性以及优良的切削加工性，铸造性能优于钢。以及优良的切削加工性，铸造性能优于钢。 1.3 1.3 铸造合金铸造合金铸造合金：铸造合金：用于生产铸件的那一部分金属材料用于生产铸件的那一部分金属材料常用：常用：铸铁、铸钢、铸造有色合金铸铁、铸钢、铸造有色合金一、铸铁一、铸铁（2 2）铸铁的分类）铸铁的分类根据碳在铸铁组织中存在形式和组织中存在形式和石墨的形状不石墨的形状不同同，可分为：1）白口铸铁）白口铸铁完全按照Fe-Fe3C 相图进行结晶而得到的铸铁。其中碳全部以渗碳体形式存在碳全部以渗碳体形式存在，断口呈银白色断口呈银白色。2）灰口铸铁）灰口铸铁碳主要以片状石墨

12、片状石墨形状存在，断口为暗暗灰色灰色，常见铸铁件多数是灰口铸铁灰口铸铁。3）球墨铸铁）球墨铸铁碳大部分或全部以球状石墨球状石墨形式存在。1.3 1.3 铸造合金铸造合金4）可锻铸铁）可锻铸铁碳大部分或全部以团状石墨团状石墨形式存在，由于塑性和韧性高于灰口铸铁，名为可锻，实不可锻名为可锻，实不可锻。5）蠕墨铸铁）蠕墨铸铁碳以蠕虫状石墨蠕虫状石墨形式存在，介于片状和球状石墨之间。根据铸铁的化学成分：根据铸铁的化学成分： 普通铸铁普通铸铁 合金铸铁合金铸铁（加入一些合金元素，如CrCr、CuCu、AlAl、B B等。1.3 1.3 铸造合金铸造合金（3）影响石墨化的因素）影响石墨化的因素化学成分的影

13、响化学成分的影响 C、Si 强烈强烈促进石墨化 S 强烈强烈阻碍石墨化 Mn 阻碍阻碍石墨化 P 微弱微弱促进石墨化冷却速度冷却速度 冷速慢冷速慢 促进促进石墨化。易得到灰口组织。冷速快冷速快 抑制抑制石墨化。原子来不急扩散，G难以进行， 易白口组织。1.3 1.3 铸造合金铸造合金1.灰铸铁灰铸铁定义：定义：指石墨呈片状分布片状分布的灰口铸铁。（1 1）灰铸铁的化学成分、组织和性能）灰铸铁的化学成分、组织和性能成分：成分：WC=2.6%3.6%；WSi=1.2%3.0%；少量Mn 、S、P 等 。组织组织：F + G （片）；（片）；F + P + G (片片)； P + G (片片)； 性

14、能性能：抗压不抗拉；耐磨、消振性好；缺口敏感性低、抗压不抗拉；耐磨、消振性好；缺口敏感性低、切削加工性好等。切削加工性好等。1.3 1.3 铸造合金铸造合金牌号牌号：用“HT+数字数字”表示。“HT”表示“灰铁”，后后面的数字面的数字表示最低抗拉强度。如HT150、HT250等。用途：用途：利用灰铸铁的减震和抗压性能减震和抗压性能，常用于制作机床底机床底座、床身、工作台、导轨、箱体座、床身、工作台、导轨、箱体等。 机床底座机床底座1.3 1.3 铸造合金铸造合金孕育目的孕育目的：促进非自发核心，获得细小均匀的石墨片，促进非自发核心，获得细小均匀的石墨片，并细化基体组织等。并细化基体组织等。应用

15、：应用：孕育铸铁具有较高的强度和硬度，可用来制造力学性能要求较高的铸件，如汽缸、曲轴、机床床身汽缸、曲轴、机床床身等。（2 2）灰铸铁的孕育处理）灰铸铁的孕育处理常用的孕育剂常用的孕育剂：硅铁和硅钙合金。孕育铸铁孕育铸铁：经孕育处理的灰铸铁。 孕育后组织孕育后组织：细珠光体细珠光体 + 细石墨片，强度、硬度细石墨片，强度、硬度。 1.3 1.3 铸造合金铸造合金2.球墨铸铁球墨铸铁（1）组织和性能）组织和性能定义定义：在金属液中加入球化剂和孕育处理使G变为球状。 组织组织：F + G （球）；（球）； F + P + G (球球)； P + G (球球)性能性能：突出特点是屈强比屈强比（0.2

16、/b）高。良好的抗拉强度，良好的抗拉强度，塑性、韧性、铸造性、可切削加工性等。可热处理化。塑性、韧性、铸造性、可切削加工性等。可热处理化。F基体球墨铸铁基体球墨铸铁 P基体球墨铸铁基体球墨铸铁 F+P基体球墨铸铁基体球墨铸铁 成分成分：3.84.0%C；2.02.8%Si ；0.030.05% Re 1.3 1.3 铸造合金铸造合金（2 2）牌号和应用）牌号和应用牌号：牌号：用“QT+ 数字数字-数字数字”表示。其中“QT”表示球铁的汉语拼音字头，其后两组数值两组数值表示最低抗拉强度极限和最低延伸率。如QT400-18。应用：应用：承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮。承受震动、载荷大的零

17、件，如曲轴、传动齿轮。铸铁曲铸铁曲轴轴1.3 1.3 铸造合金铸造合金3.可锻铸铁可锻铸铁（1）成分、组织和性能）成分、组织和性能成分成分： 2.42.8%C； 1.22.0%Si；少量 Mn、S、P等元素。 组织组织： F + 团絮状团絮状G ， P + 团絮状团絮状G 性能性能：介于灰铸铁和球铁之间，具介于灰铸铁和球铁之间，具有较高的强度，以及较好的较高的强度，以及较好的塑性和韧性。塑性和韧性。名为可锻，实不可锻名为可锻，实不可锻。定义定义：由白口铸铁经石墨化白口铸铁经石墨化退火获得，其石墨呈团絮状。团絮状。（2 2）牌号和应用）牌号和应用 牌号牌号：用“KT+ H、Z+三位数字三位数字+

18、二位数字二位数字”表示，H代表“黑心可锻铸铁”，Z代表珠光体可锻铸铁，两组数字两组数字分别表示最低抗拉强度(Mpa)和最低延伸率(%)。如KTH300-06。1.3 1.3 铸造合金铸造合金应用：应用：用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。1.3 1.3 铸造合金铸造合金4.合金铸铁（特殊性能铸铁）合金铸铁（特殊性能铸铁）（1 1）耐磨铸铁）耐磨铸铁常加入的合金元素为Cu、Mn、Cr、Mo等。抗磨铸铁抗磨铸铁：在干摩擦干摩擦条件下使用，要求硬度高。有:冷冷硬铸铁、抗磨白口铸铁硬铸铁、抗磨白口铸铁。 减摩

19、铸铁减摩铸铁：在润滑条件润滑条件下工作，要求耐磨、减摩、贮油性。有高磷铸铁、磷铜钛铸铁。高磷铸铁、磷铜钛铸铁。1.3 1.3 铸造合金铸造合金（2 2）耐热铸铁）耐热铸铁常见元素：常见元素： 加入Al、Si、Cr等元素。应用：应用：在高温下工作的铸铁，如炉底板、换热器、坩埚、热处理炉内的运输链条等。（3）耐蚀铸铁）耐蚀铸铁常见元素：常见元素： Si、Cr、Al、Mo、Cu、Ni等应用：应用：主要用于化工部件，如阀门、管道、泵、容器等。耐磨铸铁做的弯管耐磨铸铁做的弯管耐热铸铁做的托架耐热铸铁做的托架1.3 1.3 铸造合金铸造合金二、铸钢二、铸钢定义定义：具有适当的铸造性能，用于生产铸件的钢材称

20、为（或为含碳量0.2%0.60之间）。 应用：应用：主要用于制造形状复杂，需要一定强度、塑性和韧性的零件，例如机车车辆、重型机械齿轮、轴、外壳、阀体机车车辆、重型机械齿轮、轴、外壳、阀体等。轧辊轧辊外壳外壳重型机械齿轮重型机械齿轮1.3 1.3 铸造合金铸造合金1.铸钢的分类、性能与应用铸钢的分类、性能与应用分类分类：按化学成分可分为铸造碳钢和铸造合金钢铸造碳钢和铸造合金钢。（1）铸造碳钢）铸造碳钢1）牌号）牌号：用“ZG+数字数字-数字数字”表示。ZG为铸钢的汉语拼音字头，两组数字两组数字分别表示屈服强度和抗拉强度。如如ZG200-400。2）分类）分类按含碳量可分为按含碳量可分为低碳铸钢低

21、碳铸钢（0.25%）中碳铸钢中碳铸钢（0.250.45%）高碳铸钢高碳铸钢（0.50.6%）1.3 1.3 铸造合金铸造合金3）应用）应用：中碳铸钢ZG230-450、ZG310-570具有良好的性能，应用最多。如铁路车辆上的摇枕、车轮及车钩、如铁路车辆上的摇枕、车轮及车钩、大齿轮等大齿轮等。 （2）铸造合金钢）铸造合金钢定义定义：为改善性能（耐蚀、耐磨、耐热耐蚀、耐磨、耐热等）而在碳钢中添加合金元素的铸钢。 1）牌号）牌号：用“ZG+两位数字两位数字+元素符号元素符号+数字数字”表示，两位数字两位数字表示平均含碳量的万分数，数字表示元素含量的百分数。如如ZG40Cr。1.3 1.3 铸造合金

22、铸造合金2 2）分类）分类按含合金元素量分按含合金元素量分低合金铸钢低合金铸钢（3.5%）高合金铸钢高合金铸钢（10%）3 3）应用）应用：主要用来制造在干摩擦条件下工作的机器零件在干摩擦条件下工作的机器零件，如挖掘机的抓斗前壁及抓斗齿、拖拉机和坦克的履带板等。挖掘机的抓斗前壁及抓斗齿、拖拉机和坦克的履带板等。（3）铸钢的工艺特点）铸钢的工艺特点 铸钢的综合性能优于铸铁，但铸造性不如铸铁。主要原主要原因：铸钢熔点高、流动性差、因：铸钢熔点高、流动性差、收缩性大。收缩性大。（4）铸钢件的热处理）铸钢件的热处理 为消除铸态晶粒粗大、常出现过热组织和存在内应力过热组织和存在内应力。故铸钢件铸后一般要

23、进行退火和正火退火和正火。1.3 1.3 铸造合金铸造合金牌号牌号：三、铸造铝合金三、铸造铝合金例如例如：ZL102 表示第表示第2号铝硅铸造铝合金号铝硅铸造铝合金.ZL405表示第表示第5号铝锌铸造铝合金号铝锌铸造铝合金.1.3 1.3 铸造合金铸造合金1.AlSi1.AlSi系铸造铝合金（系铸造铝合金（ZL102）特点：特点：铸造性、焊接性、抗蚀性好铸造性、焊接性、抗蚀性好，但致密度较小。但致密度较小。应用应用：制造质量轻、形状复杂、耐蚀、但强度要求一般的结构件。如汽车发动机活塞、气缸头及油泵壳体汽车发动机活塞、气缸头及油泵壳体。活塞活塞( (裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金) )新宝马新宝马

24、V10引擎的引擎的铝硅合金气缸盖铝硅合金气缸盖 1.3 1.3 铸造合金铸造合金2.AlCu2.AlCu系铸造铝合金系铸造铝合金特点：特点：强度、耐热性好，但铸造性、耐蚀性差强度、耐热性好，但铸造性、耐蚀性差 。应用应用：形状简单，承受载荷的零件，如内燃机缸头、活形状简单，承受载荷的零件，如内燃机缸头、活塞等。塞等。常见的牌号常见的牌号ZL201ZL203。汽缸头汽缸头3.AlMg3.AlMg系铸造铝合金系铸造铝合金特点：特点：密度最小、耐蚀性最密度最小、耐蚀性最好、强度最高。好、强度最高。铸造性较差。铸造性较差。 应用应用：承受冲击载荷、耐蚀承受冲击载荷、耐蚀形状简单的零件。形状简单的零件。

25、例如例如舰船配舰船配件、氨用泵体件、氨用泵体等等。常见的有。常见的有ZL301-303。 东芝东芝硬盘硬盘1.3 1.3 铸造合金铸造合金4.AlZn4.AlZn合金合金( ZL401、ZL402 )特点：特点：强度，铸造性较好，是最便宜的一种铸造铝合金，强度，铸造性较好，是最便宜的一种铸造铝合金，但抗蚀性差。但抗蚀性差。 应用应用：发动机零部件，形状复杂的仪器元件，发动机零部件，形状复杂的仪器元件，也可用于也可用于制造日用品。制造日用品。 扫路刷扫路刷1.3 1.3 铸造合金铸造合金大型空压机活塞大型空压机活塞(ZL401)(ZL401)1.4 1.4 合金的铸造性能合金的铸造性能铸造性能铸

26、造性能:合金在铸造生产中所表现出来的性能。合金在铸造生产中所表现出来的性能。一、流动性一、流动性 1.合金的流动性及试验方法合金的流动性及试验方法 流动性：流动性：熔融金属本身的流动能力。熔融金属本身的流动能力。试验方法：试验方法：螺旋形试样法。螺旋形试样法。*铸铁的流动性铸铁的流动性*铸钢的流动性铸钢的流动性1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能2.流动性对铸件质量的影响流动性对铸件质量的影响 3.影响合金流动性的因素影响合金流动性的因素（1）化学成分）化学成分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

27、铸件形成薄壁复杂的铸件有利于有利于1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能p纯金属、共晶合金流动性好纯金属、共晶合金流动性好（恒温下结晶）。（恒温下结晶）。p亚、过共晶合金流动性差亚、过共晶合金流动性差（在一定温度范围内结晶）。（在一定温度范围内结晶）。（2）充型条件）充型条件（3）浇注温度）浇注温度1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能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（）0l一般，一般，T浇，流动性，流动性，超过某一界限后，合金吸气多，超过某一界限后，合金吸气多，氧化严重，流动性氧化严重，流动性。

28、lT浇：铸钢铸钢15201620；铸铁；铸铁12301450；铝合金；铝合金680780。 二、合金的收缩性二、合金的收缩性 1.合金的凝固合金的凝固1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能定义定义：铸型中的合金从：铸型中的合金从液态液态转变为转变为固态固态的过程的过程凝固条件凝固条件：只有当体系所处的温度低于熔点温度：只有当体系所处的温度低于熔点温度(液相线液相线 温度温度)Tm时，才能发生。时，才能发生。凝固过程：凝固过程：晶核的形成及晶体的长大。晶核的形成及晶体的长大。凝固方式：凝固方式：逐层凝固，糊状凝固和中间凝固。逐层凝固，糊状凝固和中间凝固。1.3 1.3 合金的铸造性能合金的

29、铸造性能p逐层凝固：逐层凝固：纯金属或共晶成分合金，凝固过程中液固界限清纯金属或共晶成分合金，凝固过程中液固界限清楚分开。常见有楚分开。常见有灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝等。等。p糊状凝固糊状凝固：合金结晶温度范围很宽，液固并存，先呈糊状合金结晶温度范围很宽，液固并存，先呈糊状而后固化。常见有而后固化。常见有球墨铸铁、高碳钢球墨铸铁、高碳钢等合金。等合金。 p中间凝固：中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间。常见有介于逐层凝固和糊状凝固之间。常见有中碳中碳钢、高锰钢、白口铸铁钢、高锰钢、白口铸铁等。等。 2.合金的收缩合金的收缩定义：定义：凝固和冷却过程中

30、，体积和尺寸减少的现象。凝固和冷却过程中，体积和尺寸减少的现象。 分类分类液态收缩：液态收缩：产生缩孔产生缩孔凝固收缩：凝固收缩：产生缩孔、缩松产生缩孔、缩松固态收缩：固态收缩：产生内应力、裂纹和变形产生内应力、裂纹和变形铸件温度降低铸件温度降低浇注温度浇注温度室室温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1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能%100 铸件铸件铸件铸件铸型铸型LLLL 体收缩率体收缩率：线收缩率线收缩率：%100 铸铸件件铸铸件件铸铸型型V

31、VVV 合金种类合金种类体收缩率体收缩率/%线收缩率线收缩率/%碳素铸钢碳素铸钢1014.51.32.0白口铸铁白口铸铁12141.52.0灰铸铁灰铸铁580.71.0 铁碳铁碳合金的收缩率合金的收缩率4. 收缩性对铸件质量的影响收缩性对铸件质量的影响u收缩率收缩率：尺寸愈精确、组织愈致密。尺寸愈精确、组织愈致密。u收缩率收缩率：易产生铸造缺陷易产生铸造缺陷。3.影响收缩的因素影响收缩的因素p化学成分：化学成分：化学成分不同，收缩率不同。化学成分不同，收缩率不同。在常用铸造在常用铸造合金中铸刚的收缩最大，灰铸铁最小。合金中铸刚的收缩最大，灰铸铁最小。p浇注温度：浇注温度：浇注温度浇注温度，收缩

32、率，收缩率。p铸件结构和铸型条件铸件结构和铸型条件：型腔形状复杂或结构设计不型腔形状复杂或结构设计不合理，铸件会因收缩受阻合理，铸件会因收缩受阻铸造应力铸造应力 裂纹。裂纹。1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能（1）缩孔和缩松）缩孔和缩松缩孔：缩孔：凝固过程中，由于补缩不良产生的孔洞凝固过程中，由于补缩不良产生的孔洞部位：部位：铸件上部或最后凝固的部位。铸件上部或最后凝固的部位。特征特征：倒锥形，内表面不光滑。倒锥形，内表面不光滑。原因原因体积减小得不到液态金属的补充体积减小得不到液态金属的补充条件条件：逐层凝固。逐层凝固。1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能5.5.收缩导致的

33、铸件缺陷收缩导致的铸件缺陷缩孔缩孔动画动画缩松：缩松：铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。部位：部位：铸件的轴线区域、厚大部位或浇口附近铸件的轴线区域、厚大部位或浇口附近 。特征特征：细小的空洞。细小的空洞。原因：原因：凝固区域被分割成许多孤立熔池，收缩得不到补充。凝固区域被分割成许多孤立熔池，收缩得不到补充。条件条件：糊状凝固。糊状凝固。1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能缩松缩松动画动画防止措施防止措施：定向凝固（顺序凝固）定向凝固（顺序凝固）主要措施：主要措施：”。定向凝固定向凝固：使远离冒口部位最先凝固，而后是靠近使远离冒口部位最先凝固，而后是靠

34、近 冒口的部位凝固，冒口本身最后凝固。冒口的部位凝固，冒口本身最后凝固。1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等。显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等。冒口冒口：在铸型内储存供补缩铸件用熔融金属的空腔。在铸型内储存供补缩铸件用熔融金属的空腔。 作用作用是是冷铁冷铁： 冒口、冷铁共用法冒口、冷铁共用法1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能（2）铸造应力）铸造应力 铸件凝固冷却过程中，若收缩受阻，则会产生铸造铸件凝固冷却过程中，若收缩受阻，则会产生铸造应力。它是铸件产生应力。它是铸件产生变形和裂纹变形和裂纹的基本原因。的基本原因。铸造应力铸造应力相

35、变应力相变应力热应力热应力机械应力机械应力1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能机械应力：机械应力： 固态收缩时，因受到固态收缩时，因受到铸型、型芯等外力阻碍铸型、型芯等外力阻碍而产生的应而产生的应力。是暂时的。与热应力同时作用时，铸件将产生裂纹。力。是暂时的。与热应力同时作用时，铸件将产生裂纹。1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能相变应力：相变应力：铸件冷却过程中，有的合金要经历固态相变，比容发生变化。铸件冷却过程中，有的合金要经历固态相变，比容发生变化。钢的各种组织的比容钢的各种组织的比容钢的组成相钢的组成相铁素体铁素体渗碳体渗碳体

36、奥氏体奥氏体w(C)=0.9%珠光体珠光体 马氏体马氏体比容比容/cm3g-10.12710.13040.12750.12860.13101.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能+-+-+表示拉应力表示拉应力 -表示压应力表示压应力铸件产生热应力与变形的规律：铸件产生热应力与变形的规律： 薄壁：冷得快，受压应力薄壁：冷得快，受压应力（凸出）；（凸出）； 厚壁：冷得慢，受拉应力厚壁：冷得慢，受拉应力（凹进）。（凹进）。框架结构框架结构+热应力产生原因：热应力产生原因：防止和减小铸造应力的措施防止和减小铸造应力的措施尽量使铸件形状简单、对称、壁厚均匀尽量使铸件形状简单、对称、壁厚均匀同时凝固原

37、则同时凝固原则：心部会产生心部会产生缩孔和缩松缩孔和缩松，用于灰铸铁和锡青铜。，用于灰铸铁和锡青铜。 可采用时效等方法消除。可采用时效等方法消除。 时效处理可分为时效处理可分为自然时效自然时效和和人工时效人工时效。尽量选用线收缩率小、弹性模量小的合金。尽量选用线收缩率小、弹性模量小的合金。1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能（3）变形）变形变形变形：指铸件的尺寸与图样不符的现象。指铸件的尺寸与图样不符的现象。 规律规律：厚大受拉易内凹；薄外受压易外凸。厚大受拉易内凹；薄外受压易外凸。 l壁厚设计均匀、形状对称；壁厚设计均匀、形状对称；l铸造工艺上用铸造工艺上用“同时凝固原则同时凝固原则

38、”； 1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能框形铸件变形示意图框形铸件变形示意图原因：原因：铸造应力超过铸件材料的屈服极铸造应力超过铸件材料的屈服极 限时，产生变形限时，产生变形变形的防止与消除变形的防止与消除分类：分类：根据产生温度的不同，分为根据产生温度的不同，分为热裂热裂和和冷裂冷裂。l细长易变形件运用细长易变形件运用“反变形法反变形法”；l重要件人工时效（去应力退火）加自然时效重要件人工时效（去应力退火）加自然时效。（4）裂纹）裂纹裂纹裂纹：铸造内应力超过金属材料抗拉强度的产物。铸造内应力超过金属材料抗拉强度的产物。热裂热裂：高温下形成的裂缝高温下形成的裂缝。铸钢件和铝合金常见缺

39、陷。铸钢件和铝合金常见缺陷。特征特征：。1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能防止措施防止措施: a合理设计铸件结构；合理设计铸件结构； b改善铸型和型芯的退让性；改善铸型和型芯的退让性； c限制铸钢和铸铁中的限制铸钢和铸铁中的S含量；含量； d选用结晶温度区间小的合金。选用结晶温度区间小的合金。冷裂：冷裂：低温形成的裂纹。低温形成的裂纹。特征：特征：外形呈连续直线状或圆滑曲线状，断口具有金属光泽外形呈连续直线状或圆滑曲线状，断口具有金属光泽 原因：原因：出现在复杂铸件受拉应力部位，特别是出现在复杂铸件受拉应力部位，特别是应力集中应力集中处处防止措施防止措施: a减少铸造应力；减少铸造应

40、力； b降低合金中降低合金中P的含量；的含量； c去应力退火。去应力退火。1.3 1.3 合金的铸造性能合金的铸造性能1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计定义：定义：依据依据铸件技术要求，生产批量及生产条件等，铸件技术要求，生产批量及生产条件等，确定确定铸铸造方案和工艺参数，造方案和工艺参数，绘制绘制铸件工艺图和铸件图等技术文件过程。铸件工艺图和铸件图等技术文件过程。铸造工艺设计内容铸造工艺设计内容1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计铸造方铸造方法选择法选择造型及造型及造芯方法造芯方法选择选择浇注位浇注位置选择置选择分型面分型面选择选择工艺方案的确定工艺方案的确定一、绘制铸件工艺图一、

41、绘制铸件工艺图1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计1.浇注位置的选择浇注位置的选择浇注位置选择原则浇注位置选择原则：保证质量保证质量重要的加工面应朝下，避免砂眼气孔和夹渣。重要的加工面应朝下，避免砂眼气孔和夹渣。定义定义：浇注时铸件在铸型中所处的浇注时铸件在铸型中所处的空间位置空间位置。伞齿轮伞齿轮1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计厚大部分在上或侧面；考虑安放冒口利补缩厚大部分在上或侧面；考虑安放冒口利补缩起重机卷筒起重机卷筒1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计平板圆盘大面应朝下，减少辐射防开裂夹渣。平板圆盘大面应朝下，减少辐射防开裂夹渣。1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计

42、薄壁大面朝下或垂直，防止产生浇不足冷隔。薄壁大面朝下或垂直，防止产生浇不足冷隔。摩托车曲轴箱摩托车曲轴箱1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计2.分型面的选择分型面的选择选择原则选择原则：简化工艺求经济。：简化工艺求经济。尽量平直数量少尽量平直数量少,且选择最大截面处，减少活块用型芯且选择最大截面处，减少活块用型芯起重臂起重臂1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计分型面：分型面：铸型间铸型间相互接触相互接触的表面。的表面。以砂芯代替活块以砂芯代替活块 1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计绳轮采用砂芯使三箱造绳轮采用砂芯使三箱造型变为两箱造型型变为两箱造型电梯绳轮电梯绳轮1.4 1.4

43、铸造工艺设计铸造工艺设计20全部大部同一箱，保证精度利加工全部大部同一箱，保证精度利加工管子堵头管子堵头1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计举例举例确定零件的分型面浇注位置确定零件的分型面浇注位置（a）（b）1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计p在保障质量前提下，先选浇注位置、再选分型面。在保障质量前提下，先选浇注位置、再选分型面。p在考虑经济性和加工条件下，先选分型面，再选在考虑经济性和加工条件下，先选分型面，再选浇注位置。浇注位置。p在实际中，具体问题具体分析，抓主要矛盾，次在实际中，具体问题具体分析，抓主要矛盾，次要矛盾从工艺措施方面解决。

44、要矛盾从工艺措施方面解决。p平做立浇。平做立浇。浇注位置与分型面的关系浇注位置与分型面的关系3.确定铸造工艺参数确定铸造工艺参数加工余量加工余量收缩率收缩率拔模斜度拔模斜度铸造圆角铸造圆角型芯及型芯头型芯及型芯头工艺参数工艺参数铸件的孔、槽铸件的孔、槽1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计1)加工余量加工余量定义定义：指铸件上预先增加为机械加指铸件上预先增加为机械加工时切去的金属层厚度。工时切去的金属层厚度。单件、小批生产的小铸铁件的加工余量为单件、小批生产的小铸铁件的加工余量为4.55.5mm。1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计加工余量必须认真选取：加工余量必须认真选取：l余量过大，

45、切削加工费工，且浪费金属材料；余量过大，切削加工费工，且浪费金属材料；l余量过小，制品会因残留黑皮而报废。余量过小，制品会因残留黑皮而报废。2)铸件的孔、槽铸件的孔、槽 要考虑铸出的要考虑铸出的可能性、必要性和经济性可能性、必要性和经济性。一般大孔。一般大孔用下芯的方式铸出，而小孔则用机加工完成。用下芯的方式铸出，而小孔则用机加工完成。单件、小批生产的小铸铁件上直径小于单件、小批生产的小铸铁件上直径小于30 mm的孔一的孔一般不铸出。般不铸出。1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计3)起模斜度起模斜度定义：定义：指平行于起模方向的模样壁的斜度。指平行于起模方向的模样壁的斜度。12H1/2起模

46、斜度起模斜度1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计注意：起模斜度与结构斜度的区分！注意：起模斜度与结构斜度的区分！1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计4)铸造收缩率铸造收缩率定义：定义：指铸件自高温冷却至室温时，尺寸的缩小值与指铸件自高温冷却至室温时，尺寸的缩小值与 铸件名义尺寸的百分比。铸件名义尺寸的百分比。1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计5）铸造圆角）铸造圆角定义定义：指设计铸件时，在璧间的连接和拐角处，应设指设计铸件时，在璧间的连接和拐角处，应设计处圆弧过渡，此圆弧称为铸造圆角。计处圆弧过渡，此圆弧称为铸造圆角。凝固特性凝固特性热节、充热节、充型型作用作用：可避免热节形成；

47、改善应力分布；避免砂型损可避免热节形成；改善应力分布；避免砂型损坏和产生砂眼。坏和产生砂眼。1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计6）型芯头）型芯头 型芯：型芯：功用是形成铸件内腔，孔洞和阻碍起模部分的外形。功用是形成铸件内腔，孔洞和阻碍起模部分的外形。芯头：芯头：指伸出铸件以外不与金属液接触的砂芯部分，其功用指伸出铸件以外不与金属液接触的砂芯部分，其功用是定位、支撑和排气。是定位、支撑和排气。 1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计铸造工艺图绘制举例：4- 26180502080800.81.6连接盘零件图连接盘零件图连接盘连接盘1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计确定浇铸位置和分型

48、面确定浇铸位置和分型面12341.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计确定浇铸位置和分型面确定浇铸位置和分型面上下1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计上下确定加工余量确定加工余量1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计上下确定拔模斜度确定拔模斜度1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计上下确定型芯确定型芯1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计绘制工艺图绘制工艺图1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计二、铸件结构工艺性二、铸件结构工艺性定义定义：满足使用要求前提下，铸造成形可行性和经济性。满足使用要求前提下，铸造成形可行性和经济性。 1.铸造工艺对铸件结构设计的要求铸造工艺对铸件结构设计

49、的要求（1）外形设计）外形设计尽量使分型面少且平尽量使分型面少且平 总的原则：总的原则：保证质量、降低成本、条件可能。保证质量、降低成本、条件可能。 1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计外形力求简单、平直外形力求简单、平直 1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计避免活块和凸台避免活块和凸台 1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计铸件要有结构斜度铸件要有结构斜度1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计（2）内腔设计）内腔设计尽量减少型芯尽量减少型芯 轴承支架轴承支架1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计有利于砂芯的固定和排气有利于砂芯的固定和排气轴承架轴承架1.4 1.4 铸造工艺设计

50、铸造工艺设计增设工艺孔增设工艺孔1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计2. 铸造性能对铸件结构的要求铸造性能对铸件结构的要求（1）铸件的壁厚）铸件的壁厚1）铸件壁厚应合理。）铸件壁厚应合理。最小壁厚：最小壁厚：在工艺条件下，铸造合金能充满型腔最小厚度。在工艺条件下，铸造合金能充满型腔最小厚度。临界壁厚：临界壁厚：铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的3倍。倍。缺陷分析：缺陷分析：铸件壁厚太小，易产生浇不足、冷隔等缺陷；铸件壁厚太小，易产生浇不足、冷隔等缺陷； 壁厚太大，易产生缩孔、壁厚太大，易产生缩孔、 缩松等缺陷。缩松等缺陷。结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁

51、厚之间结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计2）铸件壁厚应均匀）铸件壁厚应均匀 缺陷分析缺陷分析：铸件如果壁厚过大会出现集中的缩孔：铸件如果壁厚过大会出现集中的缩孔1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计（2）壁的连接）壁的连接1）应有结构圆角，避免热节形成；改善应力分布）应有结构圆角，避免热节形成；改善应力分布 1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计2）应避免交叉、锐角接头）应避免交叉、锐角接头 1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工

52、艺设计3）不同壁厚连接应逐渐过渡）不同壁厚连接应逐渐过渡 1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计（3）避免变形和开裂的结构）避免变形和开裂的结构1）减缓肋、辐收缩的阻碍）减缓肋、辐收缩的阻碍（a）（b）（c）1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计2）避免出现过大的水平面）避免出现过大的水平面1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计3）合理设置加强肋）合理设置加强肋 作用作用： 增加铸件的刚度和强度，防止变形。增加铸件的刚度和强度，防止变形。 减小铸件壁厚，防止产生缩孔、裂纹。减小铸件壁厚，防止产生缩孔、裂纹。设计设计： 加强筋厚度适当。一般为被加强壁厚度的加强筋厚度适当。一般为被加强壁厚度

53、的0.6-0.8。 加强筋布置要合理。加强筋布置要合理。1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计薄而大的平板，收缩易发生翘曲变形，加上几条薄而大的平板，收缩易发生翘曲变形，加上几条筋之后便可避免。筋之后便可避免。 1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计（4）组合铸件的应用）组合铸件的应用 对于大型或形状复杂的铸件，将其以大化小，对于大型或形状复杂的铸件，将其以大化小，经机加工后，再用焊接或螺栓将其组合成整体。经机加工后，再用焊接或螺栓将其组合成整体。 1.4 1.4 铸造工艺设计铸造工艺设计定义定义：铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造。铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸

54、造。金属型金属型铸造铸造熔模铸造熔模铸造消失模消失模铸造铸造连续铸造连续铸造离心铸造离心铸造低压铸造低压铸造压力铸造压力铸造常见的特种铸造方法常见的特种铸造方法1.5 1.5 特种铸造特种铸造一、金属型铸造一、金属型铸造定义定义：在重力作用下将金属液浇注入在重力作用下将金属液浇注入金属铸型金属铸型获得铸件获得铸件 的方法。的方法。 也称也称永久型铸造永久型铸造。应用应用：主要用于有色金属件的大批量生产。如铝活塞。主要用于有色金属件的大批量生产。如铝活塞。特点：特点：u生产效率高，但成本高；生产效率高，但成本高；u铸件精度高；铸件精度高；u机械性能好；机械性能好；u易造成铸件浇不足或开裂。易造成

55、铸件浇不足或开裂。1.5 1.5 特种铸造特种铸造金属型铸造金属型铸造1.5 1.5 特种铸造特种铸造二、压力铸造二、压力铸造定义定义：应用范围应用范围:目前主要用于大量生产的非铁合金中小型铸件。目前主要用于大量生产的非铁合金中小型铸件。特点：特点：n易于机械化；易于机械化；n耐磨、耐蚀性好；耐磨、耐蚀性好；n适于形状复杂，薄壁铸件；适于形状复杂，薄壁铸件；n易形成疏松和缩孔；易形成疏松和缩孔；n模具成本高，模具成本高，。1.5 1.5 特种铸造特种铸造压力铸造压力铸造1.5 1.5 特种铸造特种铸造三、离心铸造三、离心铸造定义定义：将金属液浇入高速旋转铸型中，在离心力作用下充将金属液浇入高速旋转铸型中，在离心力作用下充型和凝固的铸造方法。型和凝固的铸造方法。 应用应用：主要用于大批量生产主要用于大批量生产空心回转体铸件空心回转体铸件。例如铸铁管、。例如铸铁管、汽缸套、铜套等。汽缸套、铜套等。特点特点u缩孔等缺陷减少；缩孔等缺陷减少；u可获形状复杂的薄壁铸件；可获形状复杂的薄壁铸件；u精度高，不须再加工；精度高，不须再加工；u设备投资大。设备投资大。1.5 1.5 特种铸造特种铸造离心铸造离心铸造1.5 1.5 特种铸造特种铸造四、熔模铸造四、熔模铸造定义定义：指用易熔材料（如蜡料）制成模样，在模样上涂指用易