铸造基础知识

1、铸铸 造造 将液态金属浇注到铸型型腔中，待其凝固后，获得所需形状、尺寸和性能的毛坯或零件的金属成形方法。1.1 1.1 合金的铸造性能合金的铸造性能流动性、收缩、氧化性、吸气性、偏析等。 一、一、流动性流动性 熔融金属填充铸型的流动能力。1合金流动性的测定：螺旋试样测定法2 2影响因素：影响因素：A 化学成分B 浇注温度C 铸型充填条件 纯金属和共晶成份合金流动性好，结晶温度范围宽的合金流动性差；Si、P提高流动性，S降低流动性。 T，流动性；易产生浇不足、冷隔等缺陷。 铸型传热速度、充型压力、排气口等。 为减少铸造缺陷，设计铸件时，尽可能选用流动性好的 合金，要求铸件的最小壁厚不小于铸造条件

2、允许的最小壁厚； 砂型铸造：小型铸铁件，允许的最小壁厚为46mm；小型铸 钢件允许的最小壁厚为8mm。几种铸造合金的流动性几种铸造合金的流动性合金种类铸型种类浇注温度()螺旋线长度（mm）铸铁：C+Si=6.2% 5.9% 5.2% 5.0% 4.2%砂 型1300180013001000800600铸钢：C=0.4% 0.4%砂型16001640100200铝硅铝明镁合金金属型（预热 300）砂型680680720700400700800400600锡青铜 ZQSn10-2 ZQSn3-7-5-1硅黄铜砂型1040980110042019510001 1体收缩率体收缩率与与线收缩率线收缩率%

3、100E00VVV体%10000LLLE线材料种类线收缩率体收缩率灰口铸铁1%58%铸造有色金属1.5%5%铸造碳钢2%1014% 二、二、收缩性收缩性铸造合金在凝固、冷却过程中，其体积或尺寸减少的现象。铸件的实际收缩率小于自由收缩率。2 2三个收缩阶段：三个收缩阶段：3 3缩孔、缩松及防止缩孔、缩松及防止 A A 定义：定义： 缩孔：在铸件的最后凝固部位因合金收缩而形成的一个倒 锥形的孔洞。 缩松：铸件中分散在某一区域内的细小缩孔。 宏观缩松、显微缩松 液态收缩（TT液） 凝固收缩（T液T固）是产生缩孔、缩松的基本原因 固态收缩（TT固）是产生内应力、变形和裂纹的基本原因B B 缩孔与缩松的

4、影响缩孔与缩松的影响 液态收缩和凝固收缩大的合金，易产生缩孔和缩松； 浇注温度愈高，液态收缩愈大，缩孔的体积也愈大； 纯金属、共晶合金和结晶温度范围窄的合金，容易产生 集中缩孔，但缩松倾向较小，如铸造铝青铜、铝硅合金； 结晶温度范围宽的合金，易于形成缩松，如锡青铜、 球墨铸铁等； 显微缩松多分布在晶粒之间；结晶温度范围越宽的合金， 越易形成显微缩松；它影响铸件的气密性。 宏观缩松多分布在铸件的中心轴线处或缩孔的下方，在 放大镜下可见密集的孔洞。C 缩孔的防止缩孔的防止-顺序凝固顺序凝固 顺序凝固是指通过控制铸件的凝固过程，使铸件上远离冒口 的部位先凝固，冒口内的金属对其补缩，冒口处最后凝固的

5、铸件凝固工艺。 设冒口对防止缩孔的效果较好，对防止缩松的效果不显著； 适当提高铸型冷却速度或对铸型内的液态金属进行振动，可 起到细化晶粒，减少铸件产生缩松的效果。 冒口和冷铁增加铸件的加工工时和成本，铸件易产生变形和 裂纹；因此冒口和冷铁通常用于必须补缩的铸件上，如铸钢 件、铸造铝青铜和铝硅合金件等。4铸造应力、变形和裂纹铸造应力、变形和裂纹 1） 铸造应力及防止铸造应力及防止A 定义：定义： 铸件在固态收缩时受到阻碍，在铸件内部产生的内应力。B 分类：分类： 机械应力、热应力a) 热应力：铸件因壁厚不均匀，或铸件中存在着较大的温差， 在同一时间内铸件各部分收缩不同，先冷却的部位阻碍了后 冷却

6、部位的收缩，在其内部产生了内应力。b) 铸件产生热应力与变形的规律： 薄壁、细小部位：冷得快，受压应力（凸出）； 厚壁、粗大部位：冷得慢，受拉应力（凹进）。2）热应力的防止）热应力的防止 设计铸件时，尽可能使铸件壁厚均匀； 采用“同时凝固”原则，减少铸件各部分的温度差；如灰口 铸铁件、锡青铜铸件或其它易裂易变形铸件。 对铸件进行自然时效处理或去应力退火处理；对一些重要的 铸件，在粗加工后还要再次进行去应力退火。如机床床身、 刀架、变速箱等。3）铸件的变形及防止）铸件的变形及防止 应力状态：厚拉薄压、后拉先压 变形方向：受拉应力的部分向材料内部凹陷，受压应力的 部分向材料外部凸起。 铸件变形的防

7、止： 铸件壁厚均匀对称、同时凝固、反变形法、加拉筋、 时效处理（稳定变形）等。4）裂纹）裂纹 热裂纹：多发生在固相线温度附近，在拉应力作用下，沿晶 界开裂； 冷裂纹：在较低温度下形成，具有穿晶断裂的特点。 若铸件设计不合理、合金高温强度低、收缩率大或铸造工艺 不合理以及钢和铸铁的含硫量高，均易产生热裂纹。 塑性低、脆性大的合金如白口铁、高碳钢和一些合金钢等易 产生冷裂纹；铁碳合金中含磷较多也会引起冷裂纹；机械碰撞 和结构上的缺陷也会产生冷裂纹。A 产生原因： 当铸件中的内应力超过合金的强度极限时，会在铸件中产生裂纹。B 分类：热裂纹、冷裂纹C 裂纹的防止： 设计铸件时，要求壁厚均匀，转角处采用

8、圆角过渡； 选择收缩倾向小的合金，严格控制S、P含量； 提高铸型退让性，控制落砂或开型温度，减少机械应力。合金在熔炼和浇注过程中吸收气体的特性，称为吸气性。 温度； 合金的种类和气体的成份；三、吸气性三、吸气性1影响吸气性的因素影响吸气性的因素2危害：危害： 可导致铸件产生气孔，甚至可达整个铸件截面，而气孔尺寸 小；如铝合金中析出气孔多而小，称为“针孔”，既影响铝合 金的机械性能，又严重影响铸件的气密性。 使金属氧化； 钢中过量的氢易使钢塑性降低（氢脆），甚至产生裂缝。3防止气孔的措施：防止气孔的措施： 严格控制气体来源，或对液态金属进行保护； 冶金脱气和机械脱气； 适当浇注温度，让气体排出。

9、四、成份偏析四、成份偏析1. 定义：定义：2. 分类：分类：晶内偏析、比重偏析铸件中化学成份不均匀的现象。 晶内偏析（枝晶偏析）： 晶粒内各部分化学成分不均匀的现象。它对铸件质量 影响不大，重要铸件可以通过扩散退火来减小晶内偏析的 倾向。 区域偏析： 因合金组元的比重不同或因合金组元的熔点不同，导 致铸件区域性化学成分不均匀的现象。它可以通过浇注时 充分搅拌或加快合金冷却速度来防止。1.2 砂型铸造工艺砂型铸造工艺主要铸造设备与仪器设备类别举例合金熔化及浇注冲天炉，电弧炉，感应电炉，坩埚炉，反射炉，装料机械，金属输送机械，浇注装置造型与制芯混砂机，筛砂机，旧砂再生机，型砂输送及贮存装置落砂清理

10、及后处理各种造型机，制芯机，烘干炉落砂清理及后处理捅箱机，振动落砂机，抛丸、喷丸清理机，浇冒口切割机，机械手，热处理炉，浸渗装置特种铸造压铸机，低压铸造机，差压铸造机，金属型铸造机，离心铸造机，熔模铸造设备，连续铸造设备等检验型砂试验仪器，材料分析仪器，无损检测仪器环境保护与 劳动卫生除尘与空气净化装置，噪声控制装置，污水处理装置砂型(芯)的种类及应用范围种类特点应用范围干型以粘土为粘结剂，铸型烘干后强度高，透气性好，但效率低，耗能高，劳动条件差，不易实现机械化单件小批生产的中大铸件，有被自硬砂取代的趋势湿型以粘土为粘结剂，铸型无需干燥，应用现代造型机械可低成本高效率获得优质铸型成批、大量生产

11、的中小铸件自 硬型铸型无需烘干，经度高，铸件精度高，表面光洁。水玻璃自硬砂成本低，无污染，但溃散性较差；树脂自硬砂溃散性好，但造型成本较高，对环境有污染单件小批生产的大中型铸件热 硬(树脂砂)芯加热硬化成形，硬化速度快，强度高，铸件尺寸精度高，表面光洁，易实现机械化、自动化，生产率高，但对环境有污染大批生产的砂芯冷 硬(树脂砂)芯在催化剂作用下，常温硬化成形，硬件速度快，强度高，铸件尺寸精度高，表面光洁，易实现机械化、自动化，节能，但对环境有污染大批生产的砂芯无( 少 )粘 结剂 砂型不用或少用粘结剂，铸件尺寸精度高，表面光洁，劳动强度低， 节省砂处理设备， 真空密封处理设备，真空密封砂型浇注

12、时，金属流动性好，但难以实现全部机械化，生产率较低真空密封砂型适用于生产大型薄壁扁平铸件和形状简单铸件一、砂型铸造的特点：一、砂型铸造的特点： 可以制造形状复杂的毛坯或零件； 加工余量小，金属利用率高； 适应性强，应用面广，用于制造常用金属及合金的铸铁件； 铸件的成本低； 铸件的晶粒比较粗大，组织疏松，常存在气孔、夹渣等铸造 缺陷，机械性能比锻件差； 铸造生产工序多，铸件质量不够稳定，废品率较高； 铸件表面较粗糙，多用于制造毛坯。二、造型方法对铸造工艺的影响二、造型方法对铸造工艺的影响 以手工操作为主，劳动强度大，劳动生产率低，铸件缺陷 率较高； 适用于重型铸件和形状复杂铸件的单件、小批量生产

13、。 生产效率高，劳动条件得到改善； 精度比手工造型铸件高； 设备投资较大，适于形状不太复杂但生产批量较大的铸件 的生产。2机器造型机器造型1手工造型手工造型机器造型的各种方法对比种 类主 要 特 点适 用 范 围压实式用较低的比压压实铸型。机器结构简单，噪音较小，生产率较高用于成批生产的小铸件震实式靠造型机的震击来紧实铸型。机器结构简单，制造成本低。但噪音大，生产率低，对厂房基础要求高，劳动繁重用于成批生产的中、小铸件震压式在震击后加压，紧实铸型。机器的制造成本较低，生产率较高，噪音大。型砂紧实度较均匀，能量消耗少用于成批生产的小铸件抛砂造型用抛砂方法填实和紧实铸型。机器的制造成本较低，生产率

14、较高，能量消耗少，型砂紧实度较均匀用于成批生产的大型铸件微震压实式在微震的同时加压紧实铸型。生产率较高，机器较易损坏用于成批生产中、小铸件高压造型用较高的比压来压实铸型。生产率高，铸件尺寸准确，易于自动化。但机器结构复杂，制造成本高用于大批生产中、小铸件射压式用射砂填实砂箱，再用高比压压实铸型，生产率高，易于自动化，型砂紧实度高而均匀用于大批生产中、小铸件三、砂型铸造的工艺分析三、砂型铸造的工艺分析1浇注位置的确定原则浇注位置的确定原则 铸件的重要加工面、基准面和耐磨面应朝下； 体收缩大的合金铸件，应尽量使需要补缩的部位朝上，便于设 置明冒口，防止产生缩孔； 铸件最宽大的平面应朝下或位于侧面，

15、防止大平面产生夹砂、 气孔； 尽量减少型芯个数，并使型芯在铸型中安放稳固。2分型面的确定原则分型面的确定原则 分型面应选在铸件最大截面处； 尽量减少分型面数量，最好只用一个分型面； 尽量使铸件的主要加工面和加工基准面在同一个砂箱内； 应使型腔和主要型芯位于下箱； 尽量选择平直面为分型面。3型芯和活块的应用型芯和活块的应用 手工造型时，合理采用型芯、活块，可减少分型面数（由 三箱造型改为两箱造型）； 机器造型时，则应尽量少用型芯，不用活块。 通过选择适当的浇注位置和分型面，减少型芯和活块的使用； 型芯头应安放稳固4工艺参数的确定工艺参数的确定 机械加工余量 铸件上的加工面为进行机械加工而增大的尺

16、寸部分。 铸铁件直径30mm，铸钢件上直径501201202602605005008008001250120顶面底面、侧面3.54.52.53.54.04.53.03.5120260顶面底面、侧面4.05.03.04.04.55.03.54.05.05.54.04.5260500顶面底面、侧面4.56.03.54.55.06.04.04.56.07.04.55.06.57.05.06.0500800顶面底面、侧面5.07.04.05.06.07.04.55.06.57.04.55.07.08.05.06.07.59.05.57.08001250顶面底面、侧面6.07.04.05.57.07.55.05.57.08.05.06.07.58.05.56.08.09.05.57.08.510.06.57.5 拔模斜度（铸造斜度） 铸件垂直于分型面的不加工表面应设计结构斜度；铸件上垂直于分型面上的加工表面，在制模时应考虑0.53的拔模斜度。 铸造圆角 铸造圆角可防止铸件转角处粘砂或由于应力集中而产生裂纹。 根据铸造合金的流动性和铸型的特性，确定铸件的最小壁厚和孔径及沟槽。 铸件的最小壁厚和孔径及沟槽 收缩余量 为保证铸件尺寸，制作模样时应放大一定尺寸（相当于合金的线收缩部分）。 灰口铸铁的线收缩率为0.71%，铸钢的为1.52%，有色