材料成型工艺课件第一章

1、第一篇金属的铸造成形工艺金属的铸造成形工艺 第3章 金属的铸造成形工艺方法3.1 3.1 砂型铸造砂型铸造砂型铸造：砂型铸造：液态金属在重力作用下充填于用型砂紧实的铸型，凝固后形成铸件的方法 。概念：分型面：分型面：为了顺利起出模样而不致破坏型腔，一般为了顺利起出模样而不致破坏型腔，一般应将砂型剖分成两个或多个部分。应将砂型剖分成两个或多个部分。简言之，为砂型简言之，为砂型的剖分面的剖分面。目的目的是将模样的最大截面暴露在分型面是将模样的最大截面暴露在分型面上。上。分模面：分模面：为了顺利起出模样，将整体模样从中间分为了顺利起出模样，将整体模样从中间分成两块或多块的面成两块或多块的面。1 手工

2、造型 操作方便灵活，适应性强，模样生产准备时间短。但生产率低，劳动强度大，铸件质量不易保证。只适用于单件小批量生产。各种常用手工造型方法造型方法的特点及其适用范围见表3.1。 1.1.按砂箱特征区分按砂箱特征区分 造型方法主要特点适用范围铸型由上型和下型组成，造型、起模、修型等操作方便 适用于适用于各种各种生产生产批量，批量，各种各种大、大、中、小铸件中、小铸件 铸型由上、中、下三部分组成铸型由上、中、下三部分组成，中型的高度须与铸件两个分型中型的高度须与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型费面的间距相适应。三箱造型费工，应尽量避免使用工，应尽量避免使用 主要用于主要用于单件、单件、小批量生产

3、小批量生产具有具有两个分型面两个分型面的铸的铸件件 在车间在车间地坑内造型地坑内造型，只要一个，只要一个上砂箱，可减少砂箱的投资。上砂箱，可减少砂箱的投资。但造型费工，要求操作者的技但造型费工，要求操作者的技术水平较高术水平较高 常用于砂箱数量常用于砂箱数量不足，制造批量不足，制造批量不大的大、中型不大的大、中型铸件铸件 两箱造型 三箱造型 地坑造型 脱箱造型 铸型合型后，将铸型合型后，将砂箱脱出砂箱脱出，重，重新用于造型。浇注前，新用于造型。浇注前， 在砂型在砂型上加套箱上加套箱 主要用于生产小铸件，砂箱尺寸较小 造型方法主要特点适用范围模样是整体的，多数情况下，模样是整体的，多数情况下，型

4、腔全部在下半型内，型腔全部在下半型内，上半上半型无型腔。型无型腔。造型简单，铸件造型简单，铸件不会产生错型缺陷不会产生错型缺陷 适用于适用于一端为最一端为最大截面，且为平大截面，且为平面面的铸件的铸件模样是整体的，但铸件的模样是整体的，但铸件的分型面是曲面分型面是曲面。为了起模。为了起模方便，造型时用手工挖去方便，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂。费工、阻碍起模的型砂。费工、生产率低生产率低 用于单件或小批用于单件或小批量生产量生产分型面不分型面不是平面是平面的铸件的铸件 为了克服挖砂造型的缺点，为了克服挖砂造型的缺点，先将先将模样放在一个预先作好模样放在一个预先作好的假箱的假箱上，然后放在假箱

5、上上，然后放在假箱上造下型，造下型，省去挖砂操作省去挖砂操作。操。操作简便，分型面整齐作简便，分型面整齐用于成批生产用于成批生产分分型面不是平面型面不是平面的的铸件铸件2.2.按模样特征区分按模样特征区分整模造型 挖砂造型 假箱造型 1.1.按砂箱特征区分按砂箱特征区分 造型方法主要特点适用范围将模样沿最大截面处分将模样沿最大截面处分为两半，型腔分别位于为两半，型腔分别位于上、下两个半型内。造上、下两个半型内。造型简单，节省工时型简单，节省工时常用于常用于最大截面最大截面在中部在中部的铸件的铸件铸件上有妨碍起模的小凸台、铸件上有妨碍起模的小凸台、肋条等肋条等。制模时将此部分作成。制模时将此部分

6、作成活块，在主体模样起出后，从活块，在主体模样起出后，从侧面取出活块。造型费工，要侧面取出活块。造型费工，要求操作者的技术水平较高求操作者的技术水平较高 主要用于单件、主要用于单件、小批量生产带有小批量生产带有突出部分、难以突出部分、难以起模的铸件起模的铸件用用刮板代替模样刮板代替模样造型。可大造型。可大大降低模样成本，节约木材，大降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，缩短生产周期。但生产率低，要求操作者的技术水平较高要求操作者的技术水平较高 主要用于有等截主要用于有等截面的或回转体的面的或回转体的大、中型铸件的大、中型铸件的单件或小批量生单件或小批量生产产 分模造型 活块造型 刮

7、板造型 2.2.按模样特征区分按模样特征区分由上可见，由上可见，造型方法主要是根据铸件外形轮廓中的最大截面在造型方法主要是根据铸件外形轮廓中的最大截面在铸件形体构成中的位置而决定的铸件形体构成中的位置而决定的，并不涉及铸件的内腔形状。2. 2.型芯型芯 铸件的内腔多是在铸型中装配一个或多个型芯来形成的。由图32，型腔中除了增加型芯及固定型芯的芯头（有垂直型腔中除了增加型芯及固定型芯的芯头（有垂直和水平两类）外，其造型方法基本没有改变。和水平两类）外，其造型方法基本没有改变。（1 1）内型芯）内型芯: : 形成铸件的内腔轮廓形状。形成铸件的内腔轮廓形状。 图3.2 带空腔铸件的造型方法 （2 2

8、）外型芯：）外型芯：形成铸件外形上有些局部妨碍起模的凹坑、凸形成铸件外形上有些局部妨碍起模的凹坑、凸台、肋、耳等，从而简化分型面、模样结构及造型工艺。台、肋、耳等，从而简化分型面、模样结构及造型工艺。图3.3 用环形型芯将三箱改为两箱 图3.4 用侧壁外型芯取消活块 （一）、手工造型（一）、手工造型（二）、机器造型（二）、机器造型 适用于单件、小批量生产适用于单件、小批量生产1 1) )生产效率高生产效率高; ; 2)2)铸型质量好铸型质量好（紧实度高而均匀、型腔轮廓清晰）;3)3)设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长。设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长。 适用于适用于中、小型中、小型铸

9、件的铸件的成批、大批量生产成批、大批量生产。 4.4.机器造型机器造型图3.12 砂型铸造造型生产线（1 1 ）机器造型的造型方法：机器造型的造型方法：1 1）压实式）压实式2 2）震）震实式实式3 3）震压式）震压式4 4）抛砂式）抛砂式（2 2）机器造型的起模方式）机器造型的起模方式顶箱式起模顶箱式起模适用于形状简单、高度不大的砂型漏模式起模漏模式起模适用于有肋或较深的凹凸形状、起模困难的模样翻转式起模翻转式起模适用于型腔中有较深吊砂或砂台的砂型。（3 3）机器造型的工艺特点）机器造型的工艺特点采用模板造型（双面模板、单面模板）采用模板造型（双面模板、单面模板）模板：模板：将模样、浇注系统

10、沿分型面与底板连接成一体的专用模具。机器造型不适合于三箱造型及活块造型机器造型不适合于三箱造型及活块造型震压式造芯机震压式造芯机射芯机射芯机（4 4）机器造型的造芯方法：）机器造型的造芯方法：n砂型铸造的优点：砂型铸造的优点：n应用最广泛、最灵活的方法。应用最广泛、最灵活的方法。n 既可用于既可用于单件、小批单件、小批生产的生产的手工造型手工造型，也可用于，也可用于成批成批、大量大量生生产的产的机器造型和自动生产线机器造型和自动生产线；n 既能浇注既能浇注低熔点低熔点非铁金属及合金，又能浇注非铁金属及合金，又能浇注高熔点高熔点的铁液及钢的铁液及钢液液n 铸件铸件尺寸可大可小尺寸可大可小，形状可

11、简单也可复杂形状可简单也可复杂等。等。n缺点：缺点：n 砂型铸造一型只能浇注一次，生产工序较多，影响铸件品质的因砂型铸造一型只能浇注一次，生产工序较多，影响铸件品质的因素多。素多。第第1 1节节 熔模铸造成形工艺熔模铸造成形工艺 熔模成型工艺熔模成型工艺是液态金属在重力作用下浇入由蜡模熔是液态金属在重力作用下浇入由蜡模熔失后形成的失后形成的中空型壳中空型壳中成型，从而获得精密铸件的方法，中成型，从而获得精密铸件的方法，常称为常称为熔模铸造熔模铸造或或失蜡铸造失蜡铸造。一、熔模铸造的工艺过程一、熔模铸造的工艺过程3.2 3.2 特种铸造特种铸造母模压型蜡模组结壳脱蜡单个蜡模焙烧、浇注（1 1）蜡

12、模制造）蜡模制造制造压型：制造压型：用钢或铝，经机械加工后组装而成；或者用低熔点合金翻模制造。压制蜡模：压制蜡模：蜡模材料可用蜡料、硬脂酸等配制而成。常用的蜡料是50%石蜡和50%硬脂酸，其熔点为5060。在45左右将糊状蜡料压入压型中，获得单个蜡模。装配蜡模组：装配蜡模组：将单个蜡模焊接在一个浇注系统上。（2）结壳浸挂涂料：浸挂涂料：将蜡模组浸入由细耐火粉料和粘结剂配成的涂料中（粉液比约为1 1）,使蜡模表面均匀覆盖涂料层。撒砂：撒砂：将浸有涂料的蜡模撒上面砂（粒度200目）。 固化、风干：固化、风干：将撒砂的蜡模放入NH4Cl的水溶液中固化，取出通风干燥。（3 3）脱蜡）脱蜡：将蜡模组浸入

13、8590热水中，脱除蜡料并回收之。（4 4）焙烧和浇注）焙烧和浇注：将型壳送入800950的加热炉中焙烧，以彻底去除型壳中的水分、残余蜡料和硬化剂等，出炉后立即浇注。二、熔模铸造的特点和适用范围二、熔模铸造的特点和适用范围1铸型精密又无分型面，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1.612.51.612.5mm。 2合金种类不受限制，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2.5mm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

14、适用。 缺点：缺点：工序较复杂，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。 应用：应用：它最适合它最适合2525kgkg以下形状复杂、难以切削加工的高以下形状复杂、难以切削加工的高熔点合金熔点合金 及有特殊要求的精密铸件。及有特殊要求的精密铸件。 第第2 2节节 金属型铸造（永久型铸造）金属型铸造（永久型铸造）液态金属液态金属浇入浇入金属型金属型铸件铸件获得获得一、金属型的材料及结构一、金属型的材料及结构材料一般采用铸铁铸铁，要求较高时，可选用碳钢或低合金钢碳钢或低合金钢 。金属型的结构有整体式、水平分型式、垂直分型式和复合分型式等 。金属型多

15、采用底注式或侧注式浇注系统。金属型多采用底注式或侧注式浇注系统。型芯型芯有金属型芯金属型芯（常用组合式）和砂芯砂芯两种二、金属型的铸造工艺措施二、金属型的铸造工艺措施1 1 加强金属型的排气加强金属型的排气2 2 在金属型的工作表面上喷刷涂料在金属型的工作表面上喷刷涂料3 3 预热金属型并控制其温度预热金属型并控制其温度4 4 及时开型及时开型三三. .金属型铸造的特点及适用范围金属型铸造的特点及适用范围（1）金属型铸造的）金属型铸造的优点优点： 金属型可金属型可“一型多铸一型多铸”，节省了大量的造型材料和生产场，节省了大量的造型材料和生产场地，提高了生产率，易于实现地，提高了生产率，易于实现

16、机械化和自动化生产机械化和自动化生产。 铸件铸件尺寸精度和表面粗糙度尺寸精度和表面粗糙度（IT1214，Ra6.312.5m）均均优优于砂型铸件，其加工余量小。于砂型铸件，其加工余量小。力学性能提高力学性能提高。 劳动条件好劳动条件好。（2）金属型铸造的）金属型铸造的缺点缺点： 金属型的制造成本高，周期长，金属型的制造成本高，周期长，不适合单件、小批生产不适合单件、小批生产。 不适宜铸造形状复杂、薄壁和大型铸件不适宜铸造形状复杂、薄壁和大型铸件。 用于铸钢等高熔点合金时，金属型用于铸钢等高熔点合金时，金属型寿命低寿命低，同时，还易使，同时，还易使铸铁件产生硬、脆的铸铁件产生硬、脆的白口组织白口

17、组织。 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。3-4 3-4 压力铸造成形工艺压力铸造成形工艺 液态金属在高压作用高压作用下快速压入快速压入金属铸型金属铸型中，并在压力下在压力下结晶结晶，以获得铸件的成形工艺方法。 所用压力一般为303070MPa,70MPa,充填速度为5050100m/s,100m/s,充型时间为0.050.050.2s0.2s。一、压铸机和压铸工艺过程一、压铸机和压铸工艺过程二、压力铸造的特点和适用范围二、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 IT11IT13IT11IT1

18、3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。 5便于采用镶嵌法。 6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。3-5 3-5 低压铸造成形工艺低压铸造成形工艺 低压铸造是在0.20.7大气压的低压下将金属液注入 型腔，并在压力下凝固成形，以获得铸件的方法。一、低压铸造的工艺过程一、低压铸造的工艺过程二、低压铸造的特点及应用范围二、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浇注压力和速度便于调节，可适应不同材料的铸型。 2铸件的气孔、夹渣等缺陷较少。 3便于实