铸造工艺,吉大材料专业复试科目

1、 参考教材材料成形工艺学、吉林大学出版社、张长春、2002.12铸造工艺学、机械工业出版社、曹文龙、1989.10材料成形学、机械工业出版社、李新成、2000铸造工艺铸造工艺第一节 概述基本概念将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其凝固冷却，以获得毛坯或零件的生产方法，叫液态金属成形（或铸造生产）分 类砂型铸造方法：用型砂制作铸型。特种铸造方法：改变铸型的制作材料或改变金属充填铸型的方式或金属的冷却方式优 点1、能制作形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯；2、适应性广，即可单件小批生产，又可大批量生产；铸件的大小不受限制；3、成形成本低，所用原材料来源广泛，价格低廉；4、铸件的

2、形状和尺寸与零件相近，减少机械加工。缺 点成形过程比较复杂，一些工艺过程难以控制，容易出现缺陷，产品质量不稳定。由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴有缩孔、缩松、气孔、砂眼等缺陷，零件的力学性能比同类材料的锻件低。二、液态金属成形方法熔模铸造压力铸造离心铸造低压铸造连续铸造材料设计合金成分熔 化液态金属成形方法确定造型设备制芯设备造型制芯型砂配制芯砂配制下芯、合箱浇 注充 型凝固、冷却落砂、清理铸 件三、液态金属成形生产过程三、液态金属成形生产过程四、液态成形工艺的内容零件图确定造型、制芯方法零件结构分析零件铸造工艺分析铸造工艺方案确定铸造工艺参数设计浇注系统设计补缩系统设计铸造工装设计模

3、样设计模板设计砂箱设计芯盒设计砂芯设计第二节 液态金属成形原理及铸件的质量l液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，叫做液态金属充填铸型的能力，简称液态金属的充型能力。 充型能力、平均流速、流动时间影响金属与铸型之间的热交换条件，改变金属液的流动时间；影响金属液在铸型中的水力学条件、改变金属液的流速。影响充型能力的因素影响充型能力的因素 :金属性质方面的因素 -合金的成分 、结晶潜热 、热物理参数、铸型性质方面的因素 铸型种类、热物理参数浇注条件方面的因素浇注温度、充型压力、浇注系统结构铸件结构方面的因素 复杂性、壁厚、浇注方案合金从液态转变为固态的状态变化，称为一次结晶或凝

4、固结晶或凝固。二、液态金属的凝固凝固区域固相区、凝固区、液相区 逐层凝固方式逐层凝固方式 体积凝固（糊状凝固方式体积凝固（糊状凝固方式） 中间凝固方式中间凝固方式 三、液态金属成形质量及控制1、铸件化学成分的不均匀性、铸件化学成分的不均匀性铸件凝固以后，截面上不同部位，以至晶粒内部，产生化学成分不均匀的现象，称为“偏析”微观偏析微观偏析指微小范围内的化学成分不均匀现象，一般在一个晶粒尺寸范围内；晶内偏析（枝晶偏析）、晶界偏析宏观偏析宏观偏析“区域偏析”成分不均匀表现在较大的尺寸范围内。正偏析、逆偏析、V型偏析和逆V型偏析、带状偏析、重力偏析2、铸件中的气体三种形态：三种形态：固溶体、化合物、气

5、孔气体的来源气体的来源：熔炼过程、浇注过程、凝固过程气体对铸件质量的影响气体对铸件质量的影响v以固溶体形态存在的气体-降低铸件的韧性；v以气孔形态存在的气体-减少铸件的有效面积、降低机械性能、降低气密性；v当金属中的气体过多时-影响铸件的补缩气孔的类型：气孔的类型：析出性气孔、反应性气孔、侵入性气孔3、铸件中的非金属夹杂物夹杂物的组成夹杂物的组成：氧化物、硫化物、硅酸盐、氮化物、磷化物、碳化物夹杂物对铸件质量的影响：夹杂物对铸件质量的影响：对机械性能有一定影响，对材料的塑性、冲击韧性影响很大，尤其对材料的疲劳强度影响更严重。夹杂物的排除：夹杂物的排除：金属液静止处理、真空浇注，加溶剂，过滤法4

6、、铸件的收缩5、铸造应力、变形及冷裂6、金属与铸型的界面作用及对铸件质量的影响 机械作用：冲击、冲刷 物理作用：压力 化学作用：液态成形件的质量与控制由于液态成形工序繁多，影响铸件质量的因素即复杂又难以控制，因此铸件缺陷几乎难以避免，废品率比其它加工方法多。常见的铸件缺陷如下：铸件缺陷的产生与铸造工艺、造型材料、模具、合金的熔炼与浇注、铸造合金的选择、铸件结构设计、技术要求的设计是否合理等各个环节密切相关。因此，应从多方面控制。气气 孔孔-1侵入性气孔反应性气孔气气 孔孔-2粘 砂-1机械粘砂粘 砂-2化学粘砂 金属氧化物与造型材料（包括耐火填料、粘结剂、附加物、水蒸汽等）发生化学反应形成。

7、常见的说法：FeO与粘土分解时产生的SiO2 反应生成铁橄榄石，造成粘砂。夹 砂-2缩孔、缩松1、改进妨碍起模的凸台、凸缘、筋板的结构；2、尽量取消铸件外表侧凹；3、改进铸件内腔结构，减少砂芯数量；4、减少和简化分型面；5、有利于砂芯的固定和排气；6、去除不必要的圆角；7、复杂铸件的分体铸造以及简单小铸件的联合铸造。二、确定浇注位置浇注位置的选择与分型面的选择是密切相关的，对保证铸件的质量、简化铸造工艺、减少清理工作量等有密切的关系。浇注位置的选择应根据铸件的大小、结构特点、合金性能、生产批量、现场条件及综合效益等方面加以确定 1、铸件的重要加工面应朝下或是倒立面；2、尽可能使铸件的大平面朝下

8、，以避免形成夹砂和夹杂缺陷；3、应保证铸件能充满；4、应有利于实现顺序凝固；5、应尽可能避免适用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯；6、应使合箱位置、浇注位置和铸件的冷却位置相一致。三、分型面确定1、应尽量使铸件全部或大部置于同一半铸型内；2、应尽量减少分型面的数目；3、分型面应尽量选用平面；4、便于下芯、合箱及检查型腔尺寸；5、不使砂箱过高；6、对受力件，分型面的选择不应削弱铸件结构强度；7、应注意减轻落砂、和理和机械加工的工作量。四、砂芯设计砂芯用来形成铸件的内腔、各种成形孔及外形不易起模的部分。砂芯要满足的基本要求是：砂芯的形状、尺寸和在砂型中的位置应与铸件的要求相适应，有足够的强度和刚度，在浇注后

9、铸件凝固过程中砂芯所产生的气体能及时排出型外，铸件收缩时砂芯不给予大的阻力，容易清砂。砂芯设计的主要内容：确定砂芯的形状和个数（砂芯分块）、下芯顺序、芯头结构、核算芯头大小等1、砂芯的分块原则1、保证铸件的精度 2、3、4、芯头结构铸造工艺参数的确定1、铸造收缩率%100件件模LLLk铸造工艺设计时，通过铸造收缩率K来确定模样和芯盒的工作尺寸。合 金收 缩 率（%）自由收缩受阻收缩灰铸铁：中小铸件 中大铸件 特大铸件铸钢：碳钢及低合金钢 含铬高合金钢1.00.90.81.62.01.31.70.90.80.71.31.71.01.4砂型铸造普通合金的铸造收缩率2、机械加工余量在铸件加工表面上留

10、出的、准备切去的金属层厚度，称为机械加工余量。加工余量过大，浪费金属和机械加工工时，增加零件成本。但过小，则不能完全去除铸件表面的缺陷，甚至露出铸件表皮，达不到设计要求。影响机械加工余量的主要因素有。铸造合金及铸造方法所能达到的铸件精度，加工表面所处的浇注位置（上面、侧面、底面），铸件尺寸和结构，公称尺寸大小等几方面。 为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。这个在铸造工艺设计时所规定的斜度，称为拔模斜度。 拔模斜度应在铸件上没有结构斜度的、垂直于分型面（分盒面）的表面上应用。其大小应依模样的拔模高度、光洁度以及造型（芯）方法而定。拔模斜度的设置方法如图所示。3、

11、拔模斜度4、最小铸出孔及槽生产批量最小铸出孔直径灰铁铸件铸钢件大量生产成批生产单件、小批生产 1215153030503050505、工艺补正量6、分形负数7、反变形量8、砂芯负数9、非加工壁厚的负余量10、分芯负数第四节 浇注系统设计浇注系统的基本概念浇注系统对铸件质量的影响q金属液在浇注系统中为紊流流动q金属液进入型腔时的速度q金属液对砂型（芯）壁的冲击q均匀铸型温度方面q金属液在浇注系统内的吸气一、对浇注系统的基本要求根据铸件结构和合金凝固特点考虑浇注系统的结构，使金属液能以合理的充填速度或上升速度、尽可能平稳地（紊流程度低）、无喷射、飞溅地充填型腔；金属流股不冲蚀砂型或砂芯，也不在型内

12、相互冲击，防止卷入气体和吸收气体，防止金属氧化。能提供金属液充填型腔时所需的压力头，以保证在规定时间内将型腔充满，并使铸件赋形良好（铸件轮廓清晰）。内浇道的分布（包括位置、方向和个数）有利于铸件实现合理的凝固原则，而且对铸件的收缩影响最小。浇注系统应有较强的挡渣能力，阻止金属液中的夹杂、渣滓等进入铸型型腔。浇注系统的结构与分布应方便造型，占用位置小，金属消耗小和易于从铸件上清除掉。二、液态金属在浇注系统中流动的水力学现象1、液态金属在浇口杯中的流动2、液态金属在直浇道中的流动 直浇道的主要作用是：引导金属液充型，建立足够的压头，控制金属液的充型速度。直浇道与横浇道的连接3、液态金属在横浇道中的

13、流动 横浇道的主要作用是：分配金属液进入各内浇道，并起挡渣作用。 4、液态金属在内浇道中及进入型腔时的流动q控制金属液进入型腔的速度和方向；q调整铸件的凝固方式三、浇注系统的分类四、浇注系统位置的选择五、浇注系统各组元截面尺寸的确定hgpgpH202220内内外外确定浇注时间 一般说来，浇注速度小时，金属液充填铸型时较平稳，对砂型的冲击力小，能减少发生冲砂或胀砂的危险，并有利于型腔内气体的排出和铸件的自补缩，从而减小冒口体积。但慢浇时，金属液对型壁的辐射加剧，易使内浇道附近局部过热，从而可能产生夹砂、粘砂之类的缺陷并降低生产率。浇注速度大，易发生冲砂、胀砂现象，但充满型腔快，辐射时间短而且砂型

14、局部过热不严重。多用来浇注薄壁、复杂、易产生夹砂缺陷的铸件和流动性较低的合金铸件。确定平均静压头Hp确定流量系数 流量系数是浇注系统内沿程摩擦损耗和涡流损失的函数。它随流道的形状、尺寸、铸型的性质、金属液的材质、流速等的不同而变化。浇注系统各组元截面比例关系计算浇注系统时先要确定包孔直径，再按比例确定其他组元断面尺寸，最后根据经验核算浇注重量速度和型内液而上升速度。第五节、补缩系统设计 生产中，防止缩孔和缩松缺陷的有效措施是设计补缩系统，补缩系统包括冒口和冷铁。 冒口是指在铸型型腔中设置一能储存一定量金属液的空腔，在液态金属收缩时，对铸件进行补缩，可防止产生缩孔和缩松缺陷。冒口的主要作用是补缩

15、铸件，此外，还有出气和集渣作用。 冒口设计的内容主要是：选择冒口的形状及安放位置，确定冒口的数量，计算冒口的尺寸，校核冒口的补缩能力。一、冒口的分类二、冒口的位置冒口应尽量放在铸件被补缩部位上部冒口应尽量放在铸件被补缩部位上部或最后凝固的热节旁边；或最后凝固的热节旁边；冒口应尽量放在铸件最高最厚的地方冒口应尽量放在铸件最高最厚的地方，以便利用金属液的自重力进行补缩，以便利用金属液的自重力进行补缩；在铸件的不同高度上有热节需要补缩在铸件的不同高度上有热节需要补缩时，可按不同水平面安放冒口。但由时，可按不同水平面安放冒口。但由于不同高度上冒口的补缩压力是不平于不同高度上冒口的补缩压力是不平衡的，应

16、采用冷铁使各个冒口的补缩衡的，应采用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开。范围隔开。冒口应尽可能不阻碍铸件的收缩，冒口应尽可能不阻碍铸件的收缩，冒口不应放在铸件应力集中处，以冒口不应放在铸件应力集中处，以免引起裂纹。免引起裂纹。力求用一个冒口同时补缩一个铸件力求用一个冒口同时补缩一个铸件的几个热节，或者几个铸件的热节的几个热节，或者几个铸件的热节。冒口最好布置在铸件需要进行机械冒口最好布置在铸件需要进行机械加工的表面上，以减少精整铸件的加工的表面上，以减少精整铸件的工时。工时。为了加强铸件的顺序凝固，应尽可为了加强铸件的顺序凝固，应尽可能使内浇道靠近冒口或通过冒口。能使内浇道靠近冒口或通过冒口。三、冒

17、口的补缩条件凝固时间应大于或等于铸件（或铸件被补缩部分凝固时间应大于或等于铸件（或铸件被补缩部分）的凝固时间；）的凝固时间；与铸件上被补缩部位之间必须存在补缩通道；与铸件上被补缩部位之间必须存在补缩通道；有足够的金属液补充铸件（或铸件被补缩部分）有足够的金属液补充铸件（或铸件被补缩部分）的收缩。的收缩。冒口补缩条件-1、杆的宽度为厚度倍以内，M=(11.125)M主2、板的T形接头，当n1.23时，M=(11.145)M主、“”，当n时M=(11. 25)M主、“L”，M=(11. 151)M主冒口补缩条件-2冒口补缩条件-3)(件冒冒终冒VVVV%100冒冒终冒VVV铸件毛重270Kg，浇注金属300Kg铸件毛重28Kg，浇注金属80Kg四、冒口尺寸的确定、模数法计算冒口尺寸缩管法计算冒口的尺寸铸钢件比例法计算冒口的尺寸铸钢件比例法冒口尺寸计算应用举