热加工工艺--铸造 (3)

1、复旦大学四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering 四川大学制造科学与工程学院制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛高档高档6缸小轿车的内部结构缸小轿车的内部结构制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛高档高档6缸小轿车的发动机壳体缸小轿车的发动机壳体制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛核电泵壳核电泵壳制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛三峡三峡70

2、0MW机组的水轮机转轮体机组的水轮机转轮体制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛风力发电机主轴风力发电机主轴制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛自由锻件自由锻件大型锻件大型锻件制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛核电汽轮机半转速转子核电汽轮机半转速转子制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛1100MW核电半速转子核电半速转子制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛焊接机器人及焊件焊接机器人及焊件制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛奥运鸟

3、巢奥运鸟巢奥运鸟巢焊接顺序示意图奥运鸟巢焊接顺序示意图制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛不同规格铝合金不同规格铝合金/不锈钢管高频感应钎焊接头件不锈钢管高频感应钎焊接头件制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛兆瓦级风力发电机主轴兆瓦级风力发电机主轴离心复合大型轧辊离心复合大型轧辊大型柴油机机体铸件大型柴油机机体铸件镁合金管接头镁合金管接头制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛汽车发动机摇臂工作示意图汽车发动机摇臂工作示意图汽车发动机的摇臂镶块汽车发动机的摇臂镶块制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工

4、工艺楊剛楊剛薄膜生产线上卷芯辊用定位套薄膜生产线上卷芯辊用定位套塑料薄膜生产线塑料薄膜生产线制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛金属液态成形金属液态成形(铸造铸造)（第一篇）（第一篇）金属塑性成形金属塑性成形(锻造锻造)（第二篇）（第二篇）金属连接成形金属连接成形(焊接焊接)（第三篇）（第三篇）热加工工艺热加工工艺制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛课程简介p本课程是研究工程材料和机械制造的基础课程，也是了解机器零件常用材料和加工方法的综合性课程p本课程是高等工科院校材料成型专业必修的技术基础课，主要学习铸造、锻造、焊接相关的工艺理论、工

5、艺方法和基础知识p本课程是培养材料成型专业高层次工程技术人才、高层次复合人才和构建多学科知识结构的重要课程制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛教学安排p学 时：32 p学 分：2p周 次：9-16p成绩计算：n平时成绩（平时成绩（1515）n结业考试（结业考试（8585）n考试方式：闭考试方式：闭 卷卷制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛金属液态成形将液态金属浇入与零件形状相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固后，以获得毛坯或零件的工艺方法，亦称铸造金属液态成形示意图金属液态成形示意图一第一章 金属液态成形基础第一篇第一篇 金属液态成形金属液态

6、成形铸造铸造制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛适合做复杂外形，特别是复杂内腔的毛坯对材料的适应性广，铸件的大小几乎不受限制成本低，原材料来源广泛，价格低廉，一般不需要昂贵的设备是某些塑性很差的材料(如铸铁等)制造毛坯或零件的唯一成型工艺液态成形优点制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛工艺过程比较复杂，工序较多，一些工艺过程还难以控制液态成形零件内部组织的均匀性、致密性一般较差液态成形零件易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷，产品质量不够稳定铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴有缺陷，其力学性能比同类材料的塑性成形低液态成

7、形缺点劳动条件较差，劳动强度较大制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛常用金属材料黑色金属有色金属粉末冶金铸 钢铸 铁铜及铜合金铝及铝合金硬 质 合 金粉末高速钢制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛液态成形零件(铸件)合金的铸造性能液态合金充型能力铸件的凝固与收缩合金的铸造缺陷 气孔 应力、变形和裂纹缩孔和缩松 制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛砂型铸砂型铸造造(产量占90%以上)特种铸造特种铸造铸造分类铸造分类金属型铸造熔模铸造离心铸造压力铸造制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛砂

8、型铸造过程制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛液态合金的铸造性能是指合金在铸造成形过程中，获得外形正确、内部无缺陷铸件的性能合金的铸造性能是选择铸造金属材料、确定铸造工艺方案、进行铸件结构设计的依据合金的流动性合金的流动性合金的收缩性合金的收缩性合金的吸气性合金的吸气性合金的偏析性合金的偏析性合金的铸造性能合金的铸造性能第一节 液态合金的铸造性能制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰、形状完整的成型件的能力流动性 简而言之简而言之 液态合金本身的流动能力！液态合金本身的流动能力！一、液态合金的流动

9、性制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛流动性不良流动性不良浇不足浇不足冷冷 隔隔夹夹 砂砂气气 孔孔夹夹 渣渣流动性的决定因素流动性的决定因素合金流动性铸型的性质浇注的条件铸件的结构流动性优良流动性优良 容易浇注出轮廓清晰、薄而复杂的零件容易浇注出轮廓清晰、薄而复杂的零件 有利于夹杂物和气体的上浮与排除有利于夹杂物和气体的上浮与排除 有利于补缩有利于补缩浇不足浇不足 冷隔现象冷隔现象制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 合金的流动性用浇注螺旋形试样的方法来衡量 将合金液浇入铸型中，冷凝后测量充满型腔的试样长度 浇出的试样越长，合金的流动性

10、越好，合金的充型能力就越好合金流动性的测定方法出气口浇口杯制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛浇注的螺旋形试样的截面为等截面的梯形，试样上隔50mm长度有一个凸点，便于计量长度制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛铸铁的流动性铸钢的流动性铸铁的流动性好，铸钢的流动性差 0.45%C 铸钢：200 4.30%C 铸铁：1800铸钢和铸铁流动性的比较制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛合金流动性的影响因素合金种合金种类类合金不同，流动性不同化学成分化学成分成分不同的合金具有不同的 结晶特点，流动性也不同结晶特性结晶特

11、性恒温下结晶，流动性较好； 两相区内结晶，流动性较差合金流动性合金流动性的影响因素的影响因素制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛不同种类合金流动性的比较不同种类合金流动性的比较1）合金的种类。合金的熔点、热导率、粘度等物理性能影响流动性。熔点越高，热导率越大，粘度越大，其流动性越差合金种类铸型种类浇注温度/螺旋线长度/铸铁 wC+Si=6.2% wC+Si=5.9% wC+Si=5.2% wC+Si=4.2% 砂型 砂型 砂型 砂型 1300 1300 1300 1300 1800 1300 1000 600 铸钢 wC=0.4% 铝硅合金（硅铝明） 镁合金（含Al

12、和Zn） 锡青铜(wSn10%，wZn2%) 硅黄铜（wSi=1.5%4.5%） 砂型 砂型 金属型/300 砂型 砂型 砂型 1600 1640 680720 700 1040 1100 100 200 700800 400600 420 1000 制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛流动性与含碳量的关系流动性与含碳量的关系亚共晶铸铁随含碳量的增加，结晶温度范围减小，流动性提高2）合金的成分。同种合金，成分不同，其结晶特点不同，流动性也不同制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛结晶特性对流动性的影响结晶特性对流动性的影响3）结晶的特性 纯

13、金属和共晶合金在恒温下结晶，为逐层凝固方式，凝固层表面光滑，阻力小，流动性好(如图a所示)；共晶合金熔点最低，流动性最好 亚共晶合金，为中间凝固方式，复杂枝晶阻碍流动，流动性差(如图b所示)制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛浇注浇注条件条件浇注温度充型压力浇注系统浇注温度越高，液态金属的粘度越小，过热度高，金属液内含热量多，保持液态的时间长，充型能力强液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力。充型压力越大, 充型能力越强浇注系统的结构越复杂，则流动阻力越大，充型能力越差浇注条件对流动性的影响制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 浇注温

14、度高，液态金属在铸型中保持液态的时间长，可改善合金的流动性(薄壁铸件)；浇注温度过高，铸件易产生气孔、缩孔、缩松、粘砂等缺陷 生产中常采用“高温出炉、低温浇注”的原则 灰铸铁浇注温度为1200-1380；铸钢为1520-1620；铝合 金为680-780。薄壁复杂件取上限温度值，厚件则取下限 制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 常采取加高直浇道、扩大内浇道截面、增设出气孔、烘干铸型等工艺，以延长液态合金的流动时间，改善铸型的填充条件制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛铸型温度铸型温度不能过高铸型蓄热系数铸型蓄热系数从金属中吸取热量并储存

15、的能力铸型发气和透气能力铸型发气和透气能力浇铸时产生的气体能在金属液与铸型间形成气膜，减小摩擦阻力，有利于充型。若发气能力过强而透气能力差时，浇铸速度太快则型腔中的气体压力增大，充型能力减弱充填条件对流动性的影响制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 折算厚度：折算厚度：折算厚度也称当量厚度或模数，是铸件体积与铸件表面积之比折算厚度越大，热量散失越慢，充型能力就越好铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填，而大平面铸件则不易成形 复杂程度：复杂程度：铸件结构越复杂，流动阻力就越大，铸型的充填就越困难铸件结构对流动性的影响制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热

16、加工工艺楊剛楊剛 液态金属由液态转变为固态的过程，从结晶学的角度，就是原子由无序排列经过生核、核心长大成为规则排列的晶体的过程，因此合金凝固又称一次结晶得到的凝固组织称为铸态组织，其晶粒形态、大小、分布、缺陷等取决于成分、冷却速度、形核条件等二、液态金属的凝固制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛铸件断面上的温度分布曲线称为铸件铸件的温度场的温度场（右图所示的T曲线是某圆柱形铸件的温度场）制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛铸件的凝固过程在铸件的凝固过程中，其截面一般存在三个区域液相区、凝固区、固相区对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存

17、的凝固区的宽窄铸件的凝固方式依据凝固区的宽窄进行划分铸件的凝固方式逐层凝固糊状凝固中间凝固制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛逐层凝固：逐层凝固：纯金属和共晶成分合金，不存在凝固区糊状凝固：糊状凝固：结晶温度范围很宽的合金，不存在固相区中间凝固：中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间a)逐层凝固b)中间凝固c)糊状凝固制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛逐层凝固时，合金的充型能力强，便于防止缩孔和缩松，可获得致密的铸件，如灰铸铁、铝硅合金糊状凝固时，充型能力差，易产生缩松，难以获得致密铸件。如球铁、锡青铜、铝铜合金的凝固，需采取适当工艺进行

18、补缩大多数合金均为中间凝固方式制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛合金的结晶温度范围 合金的结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固。在铁碳合金中普通灰铸铁为逐层凝固，高碳钢为糊状凝固铸件的温度梯度 在合金结晶温度范围一定的前提下，凝固区的宽窄取决于铸件内外层之间的温度差 若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其凝固区相应由宽变窄影响凝固的主要因素制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛合金的收缩体收缩率%100VVVV铸件铸件铸型体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因 线收缩率%100LLLL铸件铸件铸型线收缩率是铸件产生应力、变形、

19、裂纹的根本原因 合金从液态冷却至室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象合金从液态冷却至室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许多铸造缺陷，如缩孔、缩松、裂纹、变形等通常用体收缩率或线收缩率来表示三、液态金属的收缩制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛合金收缩的三个阶段合金收缩的三个阶段合金的收缩过程制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛合金合金收缩收缩固态合金冷却固态合金冷却液态合金冷却液态合金冷却液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩缩孔缩孔恒温下结晶恒温下结晶缩松缩松两相区结晶两相区结晶线收缩线收缩裂纹裂

20、纹变形变形应力应力制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 液态收缩(浇注温度-液相线) 凝固收缩 (液相线-结晶结束) 固态收缩 (结晶结束-室温)特点：体积收缩； 浇注温度升 高，液态收缩增加 特点：体积收缩；结晶温度范 围增大，凝固收缩增加 特点：线收缩；只引起铸件外 部尺寸变化，用线收缩 率表示制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛1）液态收缩 浇注温度越高，收缩系数越大，液态收缩率增加。液态时的体积收缩仅表现为型腔内液面的降低，可以从浇注系统中获得液体补充，以保持型腔充满。浇注温度应控制在高于液相线温度50-1502）凝固收缩 合金在

21、液相线和固相线之间凝固阶段的收缩；由状态改变和温度下降两部分组成。结晶温度范围越大，凝固收缩率越大。在凝固阶段如果合金的体积收缩得不到及时补充，则会形成缩孔和缩松液态收缩和凝固收缩都使合金体积减小，表现为铸型内液面的降低，这两个阶段的收缩是铸件中产生缩孔或缩松的基本原因制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛3）固态收缩 指合金从固相线温度冷却到常温时的收缩，通常直接表现为铸件外形尺寸的减小，用线收缩率表示。固态收缩是铸件中产生应力、变形和裂纹的主要原因制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛铸型条件铸型条件铸件结构铸件结构浇注温度浇注温度化学成

22、分化学成分（c含量）含量）合金收缩合金收缩影响收缩的因素制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛铸件结构和铸型铸件在铸型中不是自由收缩，而是限制收缩化学成分在常用铸造合金中，铸钢的收缩最大，灰铸铁最小制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛液态合金在凝固过程中，若液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞按孔洞的大小和分布，可将其分为缩孔和缩松 缩孔缩孔四、缩孔与缩松制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛缩孔产生原因合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩

23、值，且得不到补偿收缩值，且得不到补偿出现部位出现在铸件最后凝固区域，即热节区域，在铸件最后凝固区域，即热节区域，用画圆方法确定用画圆方法确定形成条件金属在恒温或很窄的温度范围内结晶，金属在恒温或很窄的温度范围内结晶，铸件壁成逐层凝固方式铸件壁成逐层凝固方式制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛缩孔形成过程示意图缩孔形成过程示意图制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛v合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件的壁越厚，缩孔的容积就越大v缩孔多集中在铸件最后凝固的部位，其特征是形状不规则，多数呈倒锥形，内表面粗糙v纯金属和共晶成分合金易形

24、成缩孔制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛缩孔出现的部位阶梯形试块阶梯形试块制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛判断缩孔出现的方法制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛缩松v缩松形成的基本原因是液态收缩和凝固收缩大于固态收缩，主要出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件壁中，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致v缩松大多分布在铸件中心轴线处、热节处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛制造科学与工程

25、学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 合金成分：共晶点附近的合金易形成缩孔，反之易形成缩松 浇注条件：合金的浇注温度越高，液态收缩越大，越易形成缩孔 铸型条件：铸型材料冷却能力愈大，愈有利于减少缩松 铸件结构：铸件断面过厚，若补缩不良易形成缩孔；铸件壁厚不 均匀，在厚壁热节处易产生缩孔或缩松缩孔缩松的影响因素制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛定向凝固原则定向凝固原则让远离铸件冒口的地方首先凝固、靠近冒口的地方随后凝固、冒口本身最后凝固，实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去原理原理合理布置内浇道及确定浇铸工艺方法方法合理应用冒口、冷铁和补缩等工艺措施消除

26、缩孔和缩松的方法缩孔与缩松减小了铸件受力的有效面积，且缩孔处易产生应力集中，使铸件的力学性能下降，应予以防止制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛解决缩孔的方法冒口和冷铁采用冒口、冷铁的顺序凝固 使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固，从而可有效消除缩孔、缩松制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 冒口：在铸件厚壁处和热节部位设置冒口，是防止缩孔、缩松最有效的措施 冷铁：用铸铁、铸钢、铜等材料制成的激冷物，加大冷却速度，调节凝固顺序 补贴：在铸件壁上部靠近冒口处增加一个楔型厚度，使铸件壁厚变成朝冒口逐渐增厚的形状，即造成一个向冒口逐渐递增

27、的温度梯度，增大补缩距离三者综合应用是消除缩孔和缩松的有效措施！制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛冒口与冷铁共用法冒口与冷铁共用法制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛冷铁的作用是加快铸件某处的冷却速度，以控制或改变铸件的凝固顺序，本身并不起补缩作用对于一些壁厚均匀的铸件，采用顶部设冒口和底部安放冷铁的工艺措施，也难以保证其垂直壁上不出现缩孔和缩松，此时需在其立壁上增加一个楔形厚度，才能实现该铸件的顺序凝固 制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛内应力内应力热热 应应 力力机械应力机械应力变 形变 形铸件在冷却和

28、凝固过程中，由于壁厚不均匀使得冷却速度不同，导致不同部位不均衡收缩引起的应力铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生的应力残余热应力的存在，使铸件处于一种非稳定状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应力，以回到稳定的平衡状态。当热应力大到一定程度时，将出现裂纹液态成形的内应力与变形五、应力与变形液态成形液态成形制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛1）热应力固态金属在再结晶温度以上为塑性状态，应力产生塑性变形后自行消失金属在再结晶温度以下为弹性状态，内应力产生弹性变形后继续存在残留热应力和合金的弹性模量、线收缩系数、铸件各部分壁厚差及温度差成正比

29、热应力是由于铸件壁厚不均或各部分冷却速度不同，使铸件各部分的收缩不同步而引起的。它在铸件落砂后仍然存在于铸件内部，是一种残留应力 制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛热应力产生的规律冷却较慢的厚部或心部存在拉应力；冷却较快的薄壁或表层存在压应力预防铸件产生热应力的基本措施是减小铸件各部分之间的温度差，使其均匀冷却 设计：壁厚尽量均匀一致 工艺：采取同时凝固原则 方法：将内浇口开在铸件的薄壁处，以减缓其冷却速度；在铸件的厚壁处放置冷铁，以加快其冷却速度 制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛优点：可减小产生应力、变形和裂纹的倾向；不必设置冒口

30、，使工艺简化；可节约金属材料缺点：铸件的心部会产生缩孔或缩松缺陷，故一般只用于普通灰铸铁和锡青铜铸件的生产采用同时凝固的优点与缺点：u灰铸铁产生缩孔和缩松的倾向小u锡青铜倾向于糊状凝固，采用顺序凝固也难于避免缩松缺陷 制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛v机械应力是一种临时应力，在形成应力的原因消除时，应力也随之消除防止产生机械应力的措施：提高铸型和型芯的退让性2) 机械应力机械应力产生过程机械应力产生过程v机械应力由机械阻碍产生，一般都是拉应力v如果临时拉应力和残留热应力同时作用，某瞬间超过铸件的强度极限时，铸件将产生裂纹制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工

31、工艺热加工工艺楊剛楊剛铸件结构铸件各部分能自由收缩 铸造工艺采用同时凝固，各部分温差小，不易产生热应力工艺设计设法改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇冒口时效处理自然时效；人工时效(去应力退火、共振时效等)铸件的结构尽可能对称铸件的壁厚尽可能均匀应力的消除方法制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛铸件产生内应力后，将通过自由的变形释放应力，当残留铸造应力超过铸件材料的屈服极限时将产生变形心部散热慢，受拉应力；边缘处受压应力。上表面比下表面冷却得快 导轨部分厚受拉应力；床壁部分较薄受压应力，床身发生朝着导轨方向的弯曲，使导轨下凹 铸件的变形 厚部、心部受拉应力，出现内凹变

32、形 薄部、表面受压应力，出现外凸变形制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛铸件壁厚尽量均匀、对称 图c由于其截面对称、铸造应力平衡，不产生变形 采用同时凝固工艺，降低热应力 反变形 适用于细长易变形铸件 床身导轨面的挠曲变形及反变形床身导轨面的挠曲变形及反变形 防止铸件变形的措施制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛去应力退火 铸件变形后残余应力并未彻底消除，铸件经机械加工后内应力将重新分布，使零件缓慢地变形。对于不允许发生变形的重要铸件，必须进行去应力退火v 去应力退火有自然时效和人工时效两种：自然时效将铸件置于露天场地，使其缓缓地发生变形

33、，从而使残余应力消除或减少人工时效将铸件加热到550-650消除应力，应用广泛 制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛当铸件内应力超过金属的强度极限时，铸件中便产生裂纹。裂纹是严重的铸造缺陷，多使铸件报废，必须设法防止u铸件一般有热裂和冷裂两种开裂方式1）热裂纹 产生原因：在铸件凝固末期，固体的骨架已经形成，但枝晶间仍残留少量液体，此时的强度、塑性极低。当固态合金的线收缩受到铸型、芯子或其它因素阻碍，产生的应力超过该温度下合金的强度时，即会出现热裂铸件的裂纹六、裂纹及其预防制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛防止热裂的措施 合理设计铸件结构

34、及浇冒口，采取同时凝固原则 改善铸型和型芯的退让性，减小机械应力 限制铸钢和铸铁中的S含量 ，防止热脆性热裂纹形态：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内金属呈氧化色；裂纹沿晶界产生，外形曲折热裂纹位置：热裂纹在凝固末期高温下形成，裂纹沿晶粒边界产生和发展，常分布在应力集中处或热节处制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛2）冷裂纹 冷裂是铸件冷却到低温处于弹性状态时，铸造应力超过合金的强度极限而产生的。冷裂常出现在复杂铸件受拉应力的部位，特别是应力集中处裂纹形态：裂纹细小，表面光滑，外形呈连续直线状或圆滑曲线状，裂纹缝内干净，具有金属光泽或呈微氧化色，裂纹穿过晶粒而发生u壁厚

35、差别较大、形状复杂的铸件，特别是大而薄的铸件，容易出现冷裂制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛防止冷裂的措施 减少铸造内应力壁厚均匀、增加退让性 降低合金的脆性降低合金中P的含量 去应力退火 设计铸件时减少应力集中，避免产生裂纹的轮辐设计制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛气体以固溶体和化合物存在时，会大幅度降低铸件的韧性气体以气孔形式存在时将减小有效截面积、降低强度；会造成局部应力集中，成为零件断裂的裂纹源气孔是最常见的一种铸造缺陷七、铸件中的气体制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛气孔的种类气孔气孔侵入性气

36、孔析出性气孔反应性气孔砂型和砂芯在高温浇注时产生的气体侵入金属液内所形成的气孔。多出现在铸件浇注位置的上表面附近金属液高温熔炼时溶解的大量气体在凝固过程中溶解度急剧下降而析出，部分留在铸件内形成析出性气孔。主要是氢气孔，其次是氮气孔；铝合金铸件中最常见，其次是铸钢件，铸铁件偶尔出现金属液与铸型之间发生化学反应而产生的气孔。常分布在铸件皮下1-3mm处，表面加工后就暴露出来，又称皮下气孔，分为氢气孔、氮气孔和一氧化碳气孔制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛气孔的特征气孔气孔侵入性气孔析出性气孔反应性气孔多位于铸件上表面附近，尺寸较大，呈椭圆形或梨形，孔的内表面被氧化大

37、面积分布于铸件断面上，气孔尺寸较小，形状呈团球形或裂纹状多角形铸钢中的皮下气孔多呈细长状，垂直于铸件表面；铸铁中多呈球状或梨状。气孔表面光滑，呈银白色或金属光亮色制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛气孔的预防气孔气孔侵入性气孔析出性气孔反应性气孔减少型砂的水分和砂芯的发气量；增加型砂和砂芯的通气能力；适当提高浇注温度减少金属液原始含气量，对炉料、与金属接触的添加剂、浇注用具等充分烘干；减低铸型水分；熔炼中进行出气处理；铝合金铸件尽量用金属型以提高铸件冷却速度，阻止气体析出尽量减少金属液的含气量；严格控制合金中氧化性较强的元素的用量(如球墨铸铁中的球化剂); 严格控制

38、铸型的水分；提高铸型的透气性制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛常用合金铸件的生产铸 铁可锻铸铁熔炼铸钢件的热处理铸钢的铸造工艺铸钢的铸造特性铸 钢蠕墨铸铁球墨铸铁灰 铸 铁铸造普通灰铸铁孕育铸铁铸造工艺特点第二节 铸件的生产工艺制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛零件图零件图铸造工艺图铸造工艺图模样图、芯盒图、铸型装配图模样图、芯盒图、铸型装配图制造模样及芯盒制造模样及芯盒混制芯砂混制芯砂预处理造型材料预处理造型材料混制型砂混制型砂造型造型制芯制芯准备准备炉料炉料熔炼熔炼金属金属浇注浇注化验化验落砂、清理落砂、清理检验检验热处理热处理合

39、格铸件合格铸件合型合型烘干铸型烘干铸型烘干芯子烘干芯子铸造的主要工序制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛造型和制芯是砂型铸造最基本的工序。按照紧实型砂和起模的方法，可分为手工造型和机器造型两大类制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛为省却挖砂操作，在造型前特制一个底为省却挖砂操作，在造型前特制一个底胎，然后在底胎上造下箱；底胎可多次胎，然后在底胎上造下箱；底胎可多次使用，不参与浇注使用，不参与浇注常用手工造型方法的特点及应用常用手工造型方法的特点及应用造型方法造型方法主要特点主要特点适用范围适用范围整模造型整模造型整体模，平面分型面，型腔在

40、一个砂箱内；整体模，平面分型面，型腔在一个砂箱内；造型简单，铸件精度表面质量较好造型简单，铸件精度表面质量较好分模造型分模造型模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱，造型简便下两个砂箱，造型简便假箱造型假箱造型最大截面位于一端并为平面的最大截面位于一端并为平面的简单铸件的单件、小批量生产简单铸件的单件、小批量生产最大截面在中部，一般为对称最大截面在中部，一般为对称性铸件，如套、管、阀类零件性铸件，如套、管、阀类零件单件、小批量生产单件、小批量生产模样为整体，但分型面不是平面，造型模样为整体，但分型面不是平面，造型时手工挖去阻碍取模的型砂，生产率低，时

41、手工挖去阻碍取模的型砂，生产率低，技术水平高技术水平高分型面不是平面的铸件的单件、分型面不是平面的铸件的单件、小批量生产小批量生产分型面不是平面的铸件的成批分型面不是平面的铸件的成批量生产量生产活块造型活块造型铸件上妨碍起模的部分做成活动的，起铸件上妨碍起模的部分做成活动的，起模时先取出主体部分，再取出活动部分模时先取出主体部分，再取出活动部分用于妨碍起模部分的铸件的单用于妨碍起模部分的铸件的单件、小批量生产件、小批量生产挖砂造型挖砂造型手工造型制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛采用活动砂箱造型，合型后脱出砂箱采用活动砂箱造型，合型后脱出砂箱常用手工造型方法的特点

42、及应用常用手工造型方法的特点及应用(续上表续上表) 造型方法造型方法主要特点主要特点适用范围适用范围用刮板代替模样造型。节约木材，缩短用刮板代替模样造型。节约木材，缩短生产周期，生产率低，技术水平高，但生产周期，生产率低，技术水平高，但精度较差精度较差两箱造型两箱造型铸型由上型和下型构成，适用于各类铸型由上型和下型构成，适用于各类模样，操作方便模样，操作方便三箱造型三箱造型脱箱造型脱箱造型用于等截面或回转体大中型用于等截面或回转体大中型铸件的单件、小批量生产铸件的单件、小批量生产最基本的造型方法，适用于最基本的造型方法，适用于各种铸型、各种批量各种铸型、各种批量铸件两端截面尺寸比中间大，必须有

43、铸件两端截面尺寸比中间大，必须有两个分型面两个分型面主要用于手工造型、具有两主要用于手工造型、具有两个分型面铸件的单件或小批个分型面铸件的单件或小批量生产量生产用于小铸件的生产用于小铸件的生产地坑造型地坑造型在地面砂床中造型，不用砂箱或只用在地面砂床中造型，不用砂箱或只用上箱上箱用于要求不高的中、大型铸用于要求不高的中、大型铸件的单件或小批量生产件的单件或小批量生产刮板造型刮板造型制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛机器造型机器造型机器造型用机器全部或至少完成紧砂操作的造型 生产效率高，劳动条件好，砂型质量好 紧实度高而均匀，型腔轮廓清晰，铸件质量好 设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长，适于中 小铸件的批量生产机器造型分类机器造型分类 震压造型 微震压实造型 高压造型 射压造型 空气冲击造型 抛砂造型制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛造型生产线造型生产线是将造型机和其它辅机(翻转机、下芯机、合型机、压铁机、落砂机等)按照铸造工艺流程，用运输设备(铸型输送机或辊道)联系起来，组成一套机械化、自动化的铸造生产系统制造科学与工程学院制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛铸