铸件形成理论1.

1、安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT第八章第八章 铸造成形铸造成形安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学本章内容本章内容n概述概述n铸造成形基本理论铸造成形基本理论n砂型铸造砂型铸造n特种铸造特种铸造n铸件结构设计铸件结构设计安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学8.1 铸造概述一、何为铸造？一、何为铸造？ 铸造是将液态金属浇注到预先制作铸造是将液态金属浇注到预先制作的铸型型腔中，待其冷却凝固

2、后获得毛的铸型型腔中，待其冷却凝固后获得毛坯或零件的方法。坯或零件的方法。 铸造是获得零件毛坯最重要的方法，铸造是获得零件毛坯最重要的方法，在一般机械中，铸件的重量大都占总机在一般机械中，铸件的重量大都占总机重量的重量的50%50%以上。各种机械的机体、底以上。各种机械的机体、底座、机架、箱体、工作台等主体部件大座、机架、箱体、工作台等主体部件大都采用铸件。都采用铸件。安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学二、铸造的优缺点二、铸造的优缺点优点：优点： 可铸出内腔、外形复杂的毛坯；可铸出内腔、外形复杂的毛坯

3、； 工艺灵活性大；工艺灵活性大； 铸件成本低；铸件成本低；缺点：缺点： 组织易疏松，晶粒粗大；组织易疏松，晶粒粗大； 内部易产生缩松、缩孔、气孔等缺陷；内部易产生缩松、缩孔、气孔等缺陷； 铸造工序多；铸造工序多； 劳动条件差；劳动条件差；小到几克，大到几百吨。原材料来源广，可直接用废钢、废铁。造型熔炼浇注安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学三、铸造种类三、铸造种类砂型铸造砂型铸造特种铸造特种铸造熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、实型铸造安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT

4、工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学四、铸造的生产过程四、铸造的生产过程安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学中国古代三大铸造技术中国古代三大铸造技术 在我国古代金属加工工艺中，铸造占着突出的地位，具有广泛的社会影响，像“模范”、“陶冶”、“熔铸”、“就范”等习语，就是沿用了铸造业的术语。劳动人民通过世代相传的长期生产实践，创造了具有我国民族特色的

5、传统铸造工艺。其中特别是泥范、铁范和熔模铸造最重要，称古代三大铸造技术。 4,500 BC1,000 BC 青铜时代（青铜时代（Bronze Age）n从矿石中提炼铜冶金业的黎明这张埃及古墓壁画是这张埃及古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一人类冶金业的最早纪录之一商代青铜商代青铜bronze文化文化商代青铜文化商代青铜文化三星堆三星堆n立人像铸于商代晚期，人像高立人像铸于商代晚期，人像高172厘米，底座高厘米，底座高90厘米，通高厘米，通高262厘米，是世界上最大的青铜厘米，是世界上最大的青铜立人像，被尊称为立人像，被尊称为“世界铜像之世界铜像之王王”。n突目面具铸于商代晚期，原件高突目面具铸于

6、商代晚期，原件高64.5厘米，宽厘米，宽138厘米，眼球柱厘米，眼球柱状外突长达状外突长达13.5厘米，其造型在厘米，其造型在世界上亦属首见。世界上亦属首见。n铜钟通高铜钟通高6.756.75米，米，钟壁厚度不等，最钟壁厚度不等，最厚处厚处185185毫米，最毫米，最薄处薄处9494毫米，重毫米，重w w约约4646吨。钟体内外吨。钟体内外遍铸经文，共遍铸经文，共22.722.7万字。铜钟合金成万字。铜钟合金成分为：铜分为：铜80.5480.54、锡锡16.4016.40、铝、铝1.121.12，为泥范铸，为泥范铸造。造。永乐大钟中国古代铁器中带有球状石墨的金相组织湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄r

7、on Age（I）铁时 器代器代安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学铸造历史悠久安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学ACTECO全铝发动机安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学n感受铸造安徽工业大学

8、安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学现代铸造生产流水线安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成

9、成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学铸造适应范围广安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学8.2 铸造成形基本理论液态合金的流动性与充型能力液态合金的流动性与充型能力铸件的收缩铸件的收缩铸件的内应力、变形和裂纹铸件的内应力、变形和裂纹安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学一、液态合金的充型一、液态合金的充型一）合金的充型能力对铸件质量的影响一）合金的充型能力对铸件质量的影响 充型能力强充型能力强：有利于获得形

10、状完整、轮廓清晰有利于获得形状完整、轮廓清晰的铸件；的铸件； 充型能力不足充型能力不足: :易产生易产生1)1)浇不足浇不足: : 不能得到完整不能得到完整的零件的零件;2);2)冷隔冷隔: :没完整融合缝隙或凹坑没完整融合缝隙或凹坑, , 机械性能下机械性能下降降;3;3）气孔、夹渣等缺陷。）气孔、夹渣等缺陷。充型充型: : 液态合金填充铸型的过程。液态合金填充铸型的过程。充型能力充型能力: : 液态合金充满铸型型腔液态合金充满铸型型腔, ,获得获得形状完整形状完整, ,轮廓清晰的铸件的能力。轮廓清晰的铸件的能力。浇不足：铸件形状不完整浇不足：铸件形状不完整冷隔：铸件看似完整，实际有未完全融

11、合的接缝冷隔：铸件看似完整，实际有未完全融合的接缝冷隔形成示意图冷隔形成示意图安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学二）影响合金充型能力的因素二）影响合金充型能力的因素1.1.合金的流动性合金的流动性2.2.浇注条件浇注条件3.3.铸型条件铸型条件4.4.铸件结构铸件结构安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学1.1.合金的流动性合金的流动性合金的流动性合金的流动性：液态合金本身的流动能力液态合金本身的流动能力 显然，

12、流动性好，充型能力高。显然，流动性好，充型能力高。 （1）流动性对铸件质量影响）流动性对铸件质量影响 1 1）流动性好）流动性好, ,易于浇出轮廓清晰易于浇出轮廓清晰, ,薄而复杂的铸件；薄而复杂的铸件； 2 2）流动性好）流动性好, ,有利于液态金属中的非金属夹杂物和有利于液态金属中的非金属夹杂物和 气体上浮、排除；气体上浮、排除； 3 3）流动性好）流动性好, ,易于对液态金属在凝固中产生的收缩易于对液态金属在凝固中产生的收缩 进行补缩；进行补缩；安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学（2 2）测定流

13、动性的方法）测定流动性的方法: :以螺旋形试件的长度来测定以螺旋形试件的长度来测定: :如如 灰口铁灰口铁: :浇铸温度浇铸温度1300 1300 试件长试件长1800mm.1800mm. 铸铸 钢钢: : 1600 1600 100mm 100mm安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学（3 3）影响流动性的因素）影响流动性的因素主要是化学成分主要是化学成分: : 1) 纯金属流动性好纯金属流动性好:一定温度下结晶一定温度下结晶,凝固凝固层表面平滑层表面平滑,对液流阻力小对液流阻力小; 2)共晶成分流动性

14、好共晶成分流动性好:恒温凝固恒温凝固,固体层表面固体层表面光滑光滑,且熔点低且熔点低,过热度大过热度大; 3)非共晶成分流动性差非共晶成分流动性差: 结晶在一定温度范结晶在一定温度范围内进行围内进行,初生树枝状晶阻碍液流。初生树枝状晶阻碍液流。（1）共晶成分合金的）共晶成分合金的凝固温度最低凝固温度最低，相对来说，合金的过热度大，相对来说，合金的过热度大，推迟了合金的凝固，故流动性好。推迟了合金的凝固，故流动性好。（2）共晶成分合金的）共晶成分合金的结晶区间窄结晶区间窄。一般合金是在一定温度范围内。一般合金是在一定温度范围内逐步凝固的，即经过液固并存的两相区。此时，结晶是在截面上逐步凝固的，即

15、经过液固并存的两相区。此时，结晶是在截面上一定宽度的凝固区内同时进行的，由于初生的树枝状晶体使已结一定宽度的凝固区内同时进行的，由于初生的树枝状晶体使已结晶固体层内表面粗糙，故合金的流动性变差。晶固体层内表面粗糙，故合金的流动性变差。安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学2.2.浇注条件浇注条件（1 1）浇注温度）浇注温度t t浇浇 -t t浇浇充型能力充型能力原因：原因：t t浇浇合金粘度合金粘度内摩擦阻力内摩擦阻力t t浇浇过热度过热度流动时间流动时间（2 2）充型压力）充型压力充型压力充型压力 -充

16、型能力充型能力但过高但过高, ,易产生缩孔易产生缩孔, ,粘砂粘砂, ,气孔等气孔等, ,故不宜过高，在保证故不宜过高，在保证流动性的前提下，尽量采用流动性的前提下，尽量采用“高温熔炼、低温浇注高温熔炼、低温浇注”。安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学3.3.铸型填充条件铸型填充条件充型能力充型能力（2 2）铸型中的气体）铸型中的气体（1 1）铸型温度）铸型温度充型能力充型能力安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学

17、4.4.铸件结构铸件结构铸件结构若不合理铸件结构若不合理, ,如壁厚小如壁厚小, , 直浇口低直浇口低, , 浇口小等浇口小等 ，充型，充型能力能力安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学二、二、铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩1 1、铸件的凝固方式、铸件的凝固方式2 2、铸件的收缩、铸件的收缩 1、铸件的凝固方式：、铸件的凝固方式：层状、糊状、中间层状、糊状、中间安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学2、铸件的收缩、

18、铸件的收缩收缩的概念：收缩的概念： 液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的过程中的过程中, ,体积和尺寸减少的现象体积和尺寸减少的现象-称为收称为收缩。缩。 收缩是铸件许多缺陷收缩是铸件许多缺陷( (缩孔缩孔, ,缩松缩松, ,裂纹裂纹, ,变形变形, ,残余应力残余应力) )产生的基本原因。产生的基本原因。收缩的三阶段：收缩的三阶段： (1)(1)液态收缩液态收缩 (2)(2)凝固收缩凝固收缩 (3)(3)固态收缩固态收缩前两个阶段是形成前两个阶段是形成缩孔和缩松缩孔和缩松的主要原因，后一的主要原因，后一个阶段是产生个阶段是产生铸件应力、变形和裂纹铸件应力、变

19、形和裂纹的主要原因。的主要原因。缩孔缩孔缩松缩松应力应力变形变形裂纹裂纹安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学收缩对铸件质量的影响收缩对铸件质量的影响缩孔和缩松缩孔和缩松（1）缩孔的形成）缩孔的形成 在铸件在铸件最后凝固的地方最后凝固的地方出现一些空洞出现一些空洞,容容积积大而集中大而集中的孔洞的孔洞-缩孔，缩孔总是出现缩孔，缩孔总是出现在铸件在铸件上部或最后凝固上部或最后凝固的部位。的部位。 外形特征外形特征：内表面粗糙，形状不规则，多：内表面粗糙，形状不规则，多近于倒圆锥形。通常缩孔隐藏于铸件的内部，

20、近于倒圆锥形。通常缩孔隐藏于铸件的内部，有时经切削加工才能暴露出来。有时经切削加工才能暴露出来。 形成原因形成原因：铸件在凝固冷却期间：铸件在凝固冷却期间,金属的金属的液态及凝固收缩之和远远大于固态收缩。液态及凝固收缩之和远远大于固态收缩。 形成过程形成过程：见下图。：见下图。铸件缩孔的形成过程示意图铸件缩孔的形成过程示意图已经产生缩孔的铸件继续冷却到室温时，因固态收已经产生缩孔的铸件继续冷却到室温时，因固态收缩使铸件的缩使铸件的轮廓尺寸略有缩小轮廓尺寸略有缩小。合金的液态收缩和凝固收缩愈大、浇注温度愈高、合金的液态收缩和凝固收缩愈大、浇注温度愈高、铸件愈厚，缩孔的容积愈大。铸件愈厚，缩孔的容

21、积愈大。安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学判断缩孔出现的方法判断缩孔出现的方法A等温线法等温线法 B内截圆法内截圆法安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学缩松的形成缩松的形成由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足, ,或者或者, ,因合金呈糊状凝固因合金呈糊状凝固, ,被树枝状晶体分隔开的小液体区难被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所至的以得到补缩所至的小而分散小而分散

22、的孔洞缩松。的孔洞缩松。缩松的类型缩松的类型：1)宏观缩松宏观缩松：肉眼可见。往往出现在缩孔：肉眼可见。往往出现在缩孔附近附近,或铸件截面的中心。或铸件截面的中心。2)微观缩松微观缩松：凝固过程中：凝固过程中,晶粒之间形成微晶粒之间形成微小孔洞。小孔洞。 对气密性对气密性,机械性能等要求较高的铸件机械性能等要求较高的铸件,则则必须设法减少。必须设法减少。 安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学缩孔与缩松的防止措施：缩孔与缩松的防止措施：缩孔与缩松的防止方法：缩孔与缩松的防止方法：冒口、冷铁安徽工业大学安徽

23、工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学顺序（定向）凝固顺序（定向）凝固顺序（定向）凝固就是在铸件上可能出现缩孔顺序（定向）凝固就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口、冷铁等工艺措施，使铸的厚大部位通过安放冒口、冷铁等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口部位件上远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。凝固，最后才是冒口本身的凝固。顺序凝固主要用于铸钢等收缩大的合金铸件顺序凝固主要用于铸钢等收缩大的合金铸件安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工

24、程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学冒口与冷铁冒口与冷铁冒口：冒口：指在铸型中能储存一定金属液的，并指在铸型中能储存一定金属液的，并对铸件进行补缩以防止产生缩孔和缩对铸件进行补缩以防止产生缩孔和缩松的专门工艺松的专门工艺“空腔空腔”。冷铁：冷铁：用来控制铸件凝固的一种激冷物。用来控制铸件凝固的一种激冷物。安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大学安徽工业大学三、铸件的内应力、变形和裂纹三、铸件的内应力、变形和裂纹（1 1）铸造应力的产生）铸造应力的产生 铸造应力按其产生的原因可分为：铸造应力按

25、其产生的原因可分为： a a）热应力）热应力：铸件在凝固和冷却过程中，不同部：铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。位由于不均衡的收缩而引起的应力。 b b）机械应力）机械应力：铸件在固态收缩时，因受到铸型、：铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、箱挡等外力的阻碍而产生的应力。型芯、浇冒口、箱挡等外力的阻碍而产生的应力。 在铸件凝固以后的冷却过程中，随温度在铸件凝固以后的冷却过程中，随温度的不断降低，收缩不断发生，如果这种收缩的不断降低，收缩不断发生，如果这种收缩受到阻碍，就会受到阻碍，就会在铸件内产生应力在铸件内产生应力，引起变，引起变形或开裂，这种缺陷的产生，将严重影响铸形或开裂，这种缺陷的产生，将严重影响铸件的质量。件的质量。 安徽工业大学安徽工业大学安徽工业大学AHUTAHUTAHUT工工程程材材料料与与成成形形技技术术基基础础安徽工业大