机械制造技术第一章

1、第一章第一章 铸造（铸造（Casting）铸造的定义、特点与发展方向铸造的定义、特点与发展方向第一节第一节 液态成型基础液态成型基础第二节第二节 常用合金铸造常用合金铸造性能性能1 1、合金铸造性能2 2、充型能力3 3、铸造性能对质量的影响1 1、铸铁2 2、铸钢一、合金的铸造性能一、合金的铸造性能第一节第一节 液态成型基础液态成型基础castability：合金在铸造的整个过合金在铸造的整个过程中，为获得程中，为获得外形正确外形正确、内部无内部无缺陷缺陷的铸件而表现出来的性能的铸件而表现出来的性能1 1）定义：）定义：液态金属本身的流动能液态金属本身的流动能力，称为合金的流动性，是合力，称

2、为合金的流动性，是合金主要铸造性能之一。金主要铸造性能之一。1、合金的流动性、合金的流动性 fluidity2 2）评价标准：）评价标准：“螺旋形试样螺旋形试样”的的长度长度3 3）影响因素：）影响因素：合金的化学成分是合金的化学成分是影响合金流动性最显著的因素影响合金流动性最显著的因素铸 铁 流 动 性铸 铁 流 动 性 / / m m流动性流动性: :灰铸铁灰铸铁 硅黄铜硅黄铜 铸钢铸钢逐层凝固逐层凝固糊状凝固糊状凝固中间凝固中间凝固Solidification range一、合金的铸造性能一、合金的铸造性能第一节第一节 液态成型基础液态成型基础1 1）定义：）定义：铸造合金从液态冷却到铸

3、造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸室温的过程中，其体积和尺寸缩小的现象，称为收缩。缩小的现象，称为收缩。2、合金的收缩、合金的收缩contraction2 2）合金收缩经历的三个阶段）合金收缩经历的三个阶段3 3）影响因素）影响因素（1 1）liquid ：01，危害？，危害？（2 2）solidification ：12 ，危害？，危害？（3 3）solid ：23 ，危害？，危害？（1 1）化学成分：铸钢的收缩最大，灰铸铁的收缩最小）化学成分：铸钢的收缩最大，灰铸铁的收缩最小 （2 2）浇注温度：温度愈高，收缩越大，缩孔、缩松及气孔的倾向愈大）浇注温度：温度愈高，收缩越大，缩孔、

4、缩松及气孔的倾向愈大（3 3）铸型条件和铸件结构：铸件的壁厚、铸型和型芯材料的退让性）铸型条件和铸件结构：铸件的壁厚、铸型和型芯材料的退让性0 01 12 23 3二、合金的充型能力二、合金的充型能力mold-filling capacity第一节第一节 液态成型基础液态成型基础1、定义、定义1 1）合金的流动性）合金的流动性2 2）铸型条件）铸型条件液态合金充满型腔，形成液态合金充满型腔，形成轮廓清轮廓清晰晰、形状完整形状完整的铸件的能力，称的铸件的能力，称作液态合金的充型能力。作液态合金的充型能力。2、影响因素、影响因素3 3）浇注条件）浇注条件4 4）铸件结构）铸件结构（1 1）铸型材料

5、：）铸型材料：导热系数和比热大，充型能力低导热系数和比热大，充型能力低（2 2）铸型温度：）铸型温度：温度高、冷却慢，充型能力高。温度高、冷却慢，充型能力高。（3 3）铸型排气能力：）铸型排气能力：排气能力差，充型能力低。排气能力差，充型能力低。（1 1）浇注温度：）浇注温度：浇注温度高，充型能力高。但过浇注温度高，充型能力高。但过 高会引起诸多缺陷，因此，不宜过高。高会引起诸多缺陷，因此，不宜过高。（2 2）充型压力：）充型压力：充型压力越高，充型能力越高。充型压力越高，充型能力越高。（1 1）铸件的壁厚：）铸件的壁厚：厚壁铸件的充型能力较高。厚壁铸件的充型能力较高。（2 2）铸件结构复杂程

6、度：）铸件结构复杂程度：结构越复杂，铸型对金结构越复杂，铸型对金 属液充型时的阻力就越大，充型能力越低。属液充型时的阻力就越大，充型能力越低。 合金的流动性：合金的流动性：流动性越好，充型能力越高。流动性越好，充型能力越高。三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响第一节第一节 液态成型基础液态成型基础1 1、缩孔和缩松、缩孔和缩松Shrinkage, dispersed 1 1）概念）概念在合金的结晶过程中，因金属液态收在合金的结晶过程中，因金属液态收缩和凝固收缩得不到金属液的及时补缩和凝固收缩得不到金属液的及时补充时，铸件在其充时，铸件在其最后凝固部位最后凝固部位处将形处将形

7、成表面粗糙、形状极不规则的孔洞，成表面粗糙、形状极不规则的孔洞，容积较大的孔洞称其为容积较大的孔洞称其为缩孔缩孔；若孔洞；若孔洞在铸件在铸件截面积截面积上弥散分布，呈细小或上弥散分布，呈细小或裂隙状，则称其为裂隙状，则称其为缩松缩松。2 2）形成过程）形成过程倒 锥 形缩孔的形成过程多而分散缩松的形成过程1 12 23 30 0三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响第一节第一节 液态成型基础液态成型基础1 1、缩孔和缩松、缩孔和缩松3 3）缩孔和缩松）缩孔和缩松的防止措施的防止措施顺序凝固顺序凝固 是指在铸件可能出现缩孔的厚是指在铸件可能出现缩孔的厚大部位（如热节、内浇道、冒

8、口颈等）通大部位（如热节、内浇道、冒口颈等）通过安放冒口、冷铁等工艺措施，使远离冒过安放冒口、冷铁等工艺措施，使远离冒口部位率先凝固，然后向着冒口方向逐点口部位率先凝固，然后向着冒口方向逐点先后有序地凝固，冒口则是最后凝固。先后有序地凝固，冒口则是最后凝固。(1) (1) 产生缩孔的合金及防止措施：产生缩孔的合金及防止措施：无或窄凝固温度范围的合金无或窄凝固温度范围的合金“顺序凝固顺序凝固”directional solidification (2) (2) 产生缩松的合金及防止措施：产生缩松的合金及防止措施： 宽凝固温度范围的合金宽凝固温度范围的合金 避开宽凝固范围的合金或振动避开宽凝固范围

9、的合金或振动三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响第一节第一节 液态成型基础液态成型基础2 2、铸件的应力、变形和裂纹、铸件的应力、变形和裂纹1 1）铸造应力）铸造应力Casting stress 铸件在凝固和冷却过程中铸件在凝固和冷却过程中由受阻收缩、热作用和相由受阻收缩、热作用和相变等因素引起的内应力称变等因素引起的内应力称铸造应力铸造应力。保留到室温的。保留到室温的铸造应力称为铸造应力称为残余应力残余应力( (residual stress)。(1)(1)热应力热应力 thermal stress A A、概念：、概念：由于铸件壁由于铸件壁厚不均匀，各处的冷厚不均匀，各

10、处的冷却速度有差异，致使却速度有差异，致使铸件各部固态收缩不铸件各部固态收缩不一致而产生的铸造应一致而产生的铸造应力称作热应力。力称作热应力。 B B、热应力的形成：、热应力的形成：(T0 T1)(T1 T2)(T2)(T2 T3)对于铸钢与铸铁件而言：对于铸钢与铸铁件而言：t t临临= =620= =620650650以上材料处于塑性状态以上材料处于塑性状态以下材料处于弹性状态以下材料处于弹性状态+ +（- -）拉（压）应力拉（压）应力厚拉厚拉薄压薄压塑塑 塑塑 塑塑弹弹 塑塑 弹弹弹弹 弹弹 弹弹弹弹 弹弹 弹弹三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响第一节第一节 液态成型

11、基础液态成型基础2 2、铸件的应力、变形和裂纹、铸件的应力、变形和裂纹(2)(2)机械应力机械应力 contraction stress A A、概念：、概念：铸件在铸型中冷却时，其固态线收缩受到铸型、铸件在铸型中冷却时，其固态线收缩受到铸型、型芯的阻碍而产生的铸造应力。型芯的阻碍而产生的铸造应力。 B B、性质与危害：、性质与危害：机械应力一般都是拉应力或剪切应力。该机械应力一般都是拉应力或剪切应力。该应力是暂时的，但与热应力共同作用可能引起铸件的裂纹。应力是暂时的，但与热应力共同作用可能引起铸件的裂纹。(3)(3)铸造应力的预防及减少措施：铸造应力的预防及减少措施： A A、“同时凝固同时

12、凝固”：薄壁处开浇口，厚壁处放冷铁；壁厚均匀薄壁处开浇口，厚壁处放冷铁；壁厚均匀 B B、提前打箱和减小铸型的紧实度，提高铸型的退让性、提前打箱和减小铸型的紧实度，提高铸型的退让性 C C、时效处理：自然时效：露天，风吹日晒，几个月以上、时效处理：自然时效：露天，风吹日晒，几个月以上 人工失效：铸件加热到人工失效：铸件加热到550550650650去应力退火去应力退火 振动时效：小铸件在滚筒内碰撞，大铸件共振振动时效：小铸件在滚筒内碰撞，大铸件共振“同时凝固同时凝固”simultaneous solidification三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响第一节第一节 液态

13、成型基础液态成型基础2 2、铸件的应力、变形和裂纹、铸件的应力、变形和裂纹2)2)铸件的裂纹铸件的裂纹 crack(1)(1)热裂热裂 hot tearingA A、热裂、热裂是铸件在高温（凝固末期的温度）下产生的裂纹。是铸件在高温（凝固末期的温度）下产生的裂纹。 B B、影响热裂形成的因素：、影响热裂形成的因素：v 合金性质：合金性质：宽凝固温度范围与宽凝固温度范围与S S对热裂产生显著影响。对热裂产生显著影响。v 铸型阻力：铸型阻力：铸型的退让性对热裂的形成有重要影响。铸型的退让性对热裂的形成有重要影响。 (2)(2)冷裂冷裂 cold crackA A、冷裂、冷裂是铸件在不太高的温度下产

14、生的裂纹。是铸件在不太高的温度下产生的裂纹。B B、影响冷裂形成的因素：、影响冷裂形成的因素：v 合金种类：合金种类：灰口铸铁、白口铸铁等脆性大的合金易冷裂灰口铸铁、白口铸铁等脆性大的合金易冷裂v 化学成分：化学成分：含含P P量大，冷裂倾向大。量大，冷裂倾向大。当铸造内应力没超过金当铸造内应力没超过金属的强度极限时，铸件属的强度极限时，铸件将产生将产生变形变形；超过强度；超过强度极限时，将产生极限时，将产生裂纹裂纹。热裂的特征：热裂的特征：裂纹短、裂纹短、裂缝宽、裂缝宽、形状曲折、形状曲折、缝内呈氧化色缝内呈氧化色冷裂的特征：冷裂的特征：裂纹长、裂纹长、裂缝窄、裂缝窄、形状直、形状直、缝内无

15、氧化色缝内无氧化色三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响第一节第一节 液态成型基础液态成型基础2 2、铸件的应力、变形和裂纹、铸件的应力、变形和裂纹3)3)铸件的变形铸件的变形 distortion, wraping A A、概念：、概念：铸件内存在的残余应力，使铸件厚的部分受拉伸，薄的部铸件内存在的残余应力，使铸件厚的部分受拉伸，薄的部分受压缩，引起铸件的几何形状与图样不符，称作变形。分受压缩，引起铸件的几何形状与图样不符，称作变形。B B、防止或减小变形的措施：、防止或减小变形的措施：v同减小应力的措施（同时凝固、提高退让性、加工前时效处理）同减小应力的措施（同时凝固、提

16、高退让性、加工前时效处理）v “反变形反变形”工艺；工艺；v设置工艺肋：在容易变形的部位设置工艺肋。设置工艺肋：在容易变形的部位设置工艺肋。当铸造内应力没超过金当铸造内应力没超过金属的强度极限时，铸件属的强度极限时，铸件将产生将产生变形变形；超过强度；超过强度极限时，将产生极限时，将产生裂纹裂纹。第一节第一节 液态成型基础液态成型基础概念：概念：在浇注过程中，液态金属和在浇注过程中，液态金属和铸型中的气体如果来不及排出而残铸型中的气体如果来不及排出而残留在铸件中所形成的孔洞，称为留在铸件中所形成的孔洞，称为防止或减少气孔的措施：防止或减少气孔的措施：1)1)减少金属液的含气量：减少金属液的含气

17、量：v使金属液与空气隔离使金属液与空气隔离v对金属液进行排气处理对金属液进行排气处理v降低浇注温度，减少气体溶解量降低浇注温度，减少气体溶解量2)2)减少造型材料的发气量减少造型材料的发气量v控制铸型中的水分和型腔表面的油污控制铸型中的水分和型腔表面的油污3)3)增加铸型的排气能力增加铸型的排气能力三、铸造性能对铸件质量的影响三、铸造性能对铸件质量的影响3 3、铸件的气孔、铸件的气孔blowhole一、铸铁一、铸铁 cast iron第二节第二节 常用铸造合金性能常用铸造合金性能v 铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于2.11%(2.82.11%(2.83.5%)3.5%)的铁碳合金的铁碳合金v

18、根据碳在铸铁中的存在形式，铸铁可分为：根据碳在铸铁中的存在形式，铸铁可分为：白口铸铁：白口铸铁：碳除微量溶于铁素体外，全部以渗碳体形式存在碳除微量溶于铁素体外，全部以渗碳体形式存在灰口铸铁：灰口铸铁：碳除微量溶于铁素体外，全部或大部以石墨形式存在碳除微量溶于铁素体外，全部或大部以石墨形式存在麻口铸铁：麻口铸铁：碳除微量溶于铁素体外，以渗碳体、石墨形式存在碳除微量溶于铁素体外，以渗碳体、石墨形式存在v根据铸铁中石墨的形态不同，根据铸铁中石墨的形态不同，灰口铸铁灰口铸铁可分为可分为灰铸铁灰铸铁 gray cast iron：石墨呈片状：石墨呈片状球墨铸铁球墨铸铁 spheroidal graphi

19、te ：石墨呈球状：石墨呈球状可锻铸铁可锻铸铁 malleable ：石墨呈团絮状：石墨呈团絮状蠕墨铸铁蠕墨铸铁 vermicular graphite ：石墨呈蠕虫状：石墨呈蠕虫状white cast irongray cast ironmottled cast iron第二节第二节 常用铸造合金性能常用铸造合金性能一、铸铁一、铸铁1 1、灰铸铁、灰铸铁1)1)组织：组织：基体（铁素体、铁素基体（铁素体、铁素 体和珠光体、珠光体）体和珠光体、珠光体） 上分布着片状石墨上分布着片状石墨2)2)性能特点：性能特点：(1)(1)力学性能：抗拉强度与弹性模量低，塑性和韧性接近于零力学性能：抗拉强度与

20、弹性模量低，塑性和韧性接近于零(2)(2)特殊性能特殊性能 A A、切削加工性能好，但不能锻造和冲压、切削加工性能好，但不能锻造和冲压 B B、减振性能好，石墨缓冲振动，阻止振动的传播、减振性能好，石墨缓冲振动，阻止振动的传播 C C、耐磨性能好、耐磨性能好 D D、缺口敏感性低，本身存在大量的石墨割裂缺口、缺口敏感性低，本身存在大量的石墨割裂缺口(3)(3)铸造性能好铸造性能好 A A、接近共晶成分，结晶温度低而恒定，故流动性好、接近共晶成分，结晶温度低而恒定，故流动性好 B B、石墨膨胀，减小了铸件体积的收缩，应力集中下降、石墨膨胀，减小了铸件体积的收缩，应力集中下降牌号铸件壁厚mm抗拉强

21、度N/mm2显 微 组 织应 用 举 例基体石 墨HTl002.5102030l02030501301009080F粗片状手工铸造用砂箱、井盖井盖、下水管、机床底座、手轮等HT1502.510203010203050175145130120F+P较粗片状机械常用铸件，如底座、手轮、刀架等；冶金业中流渣槽、渣缸、轧钢机托辊等；机车用一般铸件，如水泵壳、阀体、阀盖等；动力机械中拉钩、框架、阀门、油泵壳油泵壳等。HT2002.510203010203050220195170160P中等片状一般运输机械中的气缸体、缸盖、飞轮等；一般机床中的床身床身、机床等；通用机械承受中等压力的泵体、阀体等；动力机械

22、中的外壳、轴承座、水套筒等。HT2504.010203010203050270240220200细P较细片状运输机械中薄壁缸体、缸盖、线排气歧管；机床中立柱、横梁、床身、滑板、箱体等；冶金矿山机械中的轨道板、齿轮；动力机械中的缸体缸体、缸套、活塞。HT300102030203050290250230细P细小片状机床导轨、受力较大的机床床身、立柱机座等；通用机械的水泵出口管、吸入盖等；动力机械中的液压阀体、蜗轮、气轮机隔板、泵壳、大型发动机缸体、缸盖。HT350102030203050340290260细P细小片状大型发动机气缸体、缸盖、衬套；水泵缸体、阀体、凸轮等；机床导轨导轨、工作台等摩擦件

23、；需经表面淬火的铸件。注意：铸件壁厚越大，其力学性能越差注意：铸件壁厚越大，其力学性能越差第二节第二节 常用铸造合金性能常用铸造合金性能一、铸铁一、铸铁2 2、球墨铸铁、球墨铸铁1)1)组织：组织：基体（铁素体、铁素体和珠光体、珠光体、下贝氏基体（铁素体、铁素体和珠光体、珠光体、下贝氏 体）上分布着球状石墨体）上分布着球状石墨2)2)性能特点：性能特点： (1)(1)机械性能相当于钢机械性能相当于钢 (2)(2)特殊性能相当于灰铸铁特殊性能相当于灰铸铁 (3)(3)铸造性能好，但比灰铸铁差铸造性能好，但比灰铸铁差 A A、球化处理和孕育处理使铁水温度下降，流动性变差、球化处理和孕育处理使铁水温

24、度下降，流动性变差 B B、球状石墨析出时的膨胀使缩孔与缩松易于产生、球状石墨析出时的膨胀使缩孔与缩松易于产生牌号基体组织力学性能应 用 举 例b/MPa0.2/MPa / HBS不小于QT400-18铁素体 400 25018130180承受冲击、振动的零件，如汽车、拖拉机轮毂、驱动桥壳体、差速器壳、拨叉，中低压阀门，管道，齿轮箱等QT400-15铁素体 400 25015130180QT450-10铁素体 450 31010160210QT500-7铁素体+珠光体 500 3207170230机座、传动轴、飞轮、电动机架，油泵齿轮、机车轴瓦等QT600-3珠光体+铁素体 600 37031

25、90270载荷大、受力复杂的零件，如汽车、拖拉机的曲轴、连杆、凸轮轴、气缸套，部分机床的主轴、机床蜗杆、蜗轮，轧钢机轧辊、大齿轮，小型水轮机主轴，气缸体， 起重机大小滚轮等QT700-2珠光体 700 4202225305QT800-2珠光体或回火组织 8004302245335QT900-2贝氏体或回火马氏体 900 6002280360高强度齿轮，如汽车后桥螺旋锥齿轮、大减速器齿轮，内燃机曲轴，凸轮轴等第二节第二节 常用铸造合金性能常用铸造合金性能一、铸铁一、铸铁3 3、可锻铸铁、可锻铸铁1)1)组织：组织：基体（铁素体、珠光体）上分布着团絮状石墨，分基体（铁素体、珠光体）上分布着团絮状石

26、墨，分 别称为黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁别称为黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁2)2)性能特点性能特点(1)(1)力学性能高于灰铸铁，低于球墨铸铁力学性能高于灰铸铁，低于球墨铸铁(2)(2)黑心可锻铸铁的塑性、韧性较好，而强度、硬度低些，黑心可锻铸铁的塑性、韧性较好，而强度、硬度低些， 珠光体可锻铸铁与之相反珠光体可锻铸铁与之相反(3)(3)铸造性能好铸造性能好 A A、为亚共晶成分，铸造性能好、为亚共晶成分，铸造性能好 B B、浇注成型后无石墨析出，收缩量大，应注意补缩、浇注成型后无石墨析出，收缩量大，应注意补缩种类牌号试样直径/mm力学性能应 用 举 例b/MPa0.2/MPa/HBS不小于

27、黑心可锻铸铁KTH300-0612或153006150弯头，三通管件，中低压阀门等KTH330-083308扳手，犁刀，车轮壳等KTH350-1035020010汽车、拖拉机前后轮壳、减速器壳、转向节壳、制动器及铁道零件等KTH370-1237012珠光体可锻铸铁KTZ450-0612或154502706150200载荷较高的耐磨损零件，如曲轴、凸轮轴，连杆、齿轮、活塞环、轴套、耙片、万向接头、棘轮、扳手、传动链条等KTZ550-045503404180250KTZ650-026504302210260KTZ700-027005302240290第二节第二节 常用铸造合金性能常用铸造合金性能二

28、、铸钢二、铸钢 cast steel1 1、铸造用钢的种类、铸造用钢的种类2 2、铸钢的铸造工艺特点、铸钢的铸造工艺特点1)1)铸造性能差：铸造性能差：熔点高、流动性差、收缩量大、易氧化熔点高、流动性差、收缩量大、易氧化2)2)结构设计及铸造工艺上采取的措施结构设计及铸造工艺上采取的措施 (1) (1) 合理设计结构：壁匀且大于合理设计结构：壁匀且大于8 8毫米，平滑过渡，避免热节毫米，平滑过渡，避免热节 (2) (2) 合理设计冒口、冷铁，实现合理设计冒口、冷铁，实现“顺序凝固顺序凝固”或或“同时凝固同时凝固” (3) (3) 保证砂型性能，耐火性、退让性、强度、透气性要好保证砂型性能，耐火

29、性、退让性、强度、透气性要好 (4) (4) 严格控制浇注温度严格控制浇注温度3 3、铸钢件的热处理、铸钢件的热处理退火或正火，以消除应力，细化晶退火或正火，以消除应力，细化晶粒均匀化组织粒均匀化组织1)1)铸造碳钢：铸造碳钢：ZG15ZG15、ZG25ZG25、ZG35ZG35 carbon ZG45 ZG45、ZG55ZG552)2)铸造低合金钢：铸造低合金钢：ZG40MnZG40Mn、ZG40CrZG40Cr low alloy 3)3)铸造高合金钢：铸造高合金钢：ZGMn13ZGMn13钢号钢号化学成分化学成分热处热处理理性能性能应用应用CMnSibsZG15退火退火或或正火正火400

30、20025机座、机座、变速箱壳体变速箱壳体ZG2545024020机座、锤轮、箱体机座、锤轮、箱体ZG3550028016飞轮飞轮、蒸汽锤、蒸汽锤ZG4558032012联轴器联轴器、齿轮、齿轮ZG5565035010联轴器、齿轮联轴器、齿轮本次课小结本次课小结第一节第一节 液态成型基础液态成型基础第二节第二节 常用合金铸造常用合金铸造性能性能1 1、合金的铸造性能2 2、合金的充型能力3 3、铸造性能对质量的影响4 4、铸件的气孔1 1、铸铁2 2、铸钢“顺序凝固顺序凝固”防缩孔防缩孔“同时同时凝固凝固”防应力防应力本次课内容本次课内容第三节第三节 砂型铸造工艺砂型铸造工艺 1 1、造型方法

31、、造型方法2 2、浇注位置与分型面、浇注位置与分型面3 3、铸造、铸造工艺参数工艺参数第四节第四节 特种铸造特种铸造1 1、熔模（失腊）铸造、熔模（失腊）铸造2 2、金属型铸造、金属型铸造3 3、压力铸造、压力铸造4 4、低压铸造、低压铸造5 5、离心铸造、离心铸造第五节第五节 铸件结构设计铸件结构设计1 1、考虑砂型铸造工艺的、考虑砂型铸造工艺的 铸件结构铸件结构2 2、考虑合金铸造性能的、考虑合金铸造性能的 铸件结构铸件结构 第六节第六节 铸造技术发展（自学）铸造技术发展（自学）v砂型铸造的种类：砂型铸造的种类： 按按紧实型砂紧实型砂和和起模起模的方法不同，分手工造型与机器造型两种的方法不

32、同，分手工造型与机器造型两种v铸造工艺设计的内容包括：铸造工艺设计的内容包括： 造型方法、浇注位置、分型面、工艺参数的确定等。造型方法、浇注位置、分型面、工艺参数的确定等。第三节第三节 砂型铸造工艺砂型铸造工艺 sand casting process v生产工序包括：生产工序包括：制模：制模：pattern配砂：配砂：formulation of sand mixture 制芯：制芯：core造型：造型：molding合型：合型：mold assembling熔炼：熔炼：smelting 浇注：浇注：pouring 落砂：落砂：knock out清理：清理：cleaning 检验：检验：in

33、spectioncupola第三节第三节 砂型铸造工艺砂型铸造工艺 sand casting process 一、造型方法的选择一、造型方法的选择1 1、手工造型、手工造型 hand molding1)1)特点：特点：v设备简单、操作灵活、方法多样设备简单、操作灵活、方法多样v效率低、强度大、技术水平要求高效率低、强度大、技术水平要求高造型方法造型方法特特 点点应用范围应用范围合合 型型 示示 意意 图图整模造型整模造型solid patternmolding整体模，分型面为平面，型整体模，分型面为平面，型腔全部在一个砂箱内。造型腔全部在一个砂箱内。造型简单，不会产生错箱缺陷简单，不会产生错箱

34、缺陷铸件最大截面铸件最大截面在一端，且为在一端，且为平面。平面。分模造型分模造型split patternmolding模样沿最大截面分为两半，模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下砂箱内。造型腔位于上、下砂箱内。造型方便。但制作模样较麻烦型方便。但制作模样较麻烦最大截面在中最大截面在中部，一般为对部，一般为对称性铸件。称性铸件。挖砂造型挖砂造型manualmolding整体模，造型时需挖去阻碍整体模，造型时需挖去阻碍起模的型砂，故分型面是曲起模的型砂，故分型面是曲面。造型麻烦、生产率低。面。造型麻烦、生产率低。单件小批量生单件小批量生产，模样薄，产，模样薄，分模后易损坏分模后易损坏或变形的铸

35、件或变形的铸件假箱造型假箱造型oddside molding利用特制的假箱或型板进行利用特制的假箱或型板进行造型，自然形成曲面分型。造型，自然形成曲面分型。可免去挖砂操作，造型方便可免去挖砂操作，造型方便成批生产需要成批生产需要挖砂的铸件。挖砂的铸件。第三节第三节 砂型铸造工艺砂型铸造工艺 sand casting process 一、造型方法的选择一、造型方法的选择1)1)特点：特点：v设备简单、操作灵活、方法多样设备简单、操作灵活、方法多样v效率低、强度大、技术水平要求高效率低、强度大、技术水平要求高造型方法造型方法特特 点点应用范围应用范围合合 型型 示示 意意 图图活块造型活块造型lo

36、ose piecemolding将模样上妨碍起模的部分，做成活将模样上妨碍起模的部分，做成活动的活块便于造型起模。造型和动的活块便于造型起模。造型和制作模样都麻烦。制作模样都麻烦。单件小批量生产单件小批量生产带有突起部分的带有突起部分的铸件。铸件。刮板造型刮板造型sweepmolding用特制的刮板代替实体模样造型，用特制的刮板代替实体模样造型，可显著降低模样成本。但操作复杂，可显著降低模样成本。但操作复杂，要求工人技术水平高。要求工人技术水平高。单件小批量生产单件小批量生产等截面或回转体等截面或回转体大、中型铸件。大、中型铸件。三箱造型三箱造型three-partmolding铸件两端截面尺

37、寸比中间部分大，铸件两端截面尺寸比中间部分大，用两箱造型无法起模时铸型可由三用两箱造型无法起模时铸型可由三箱组成，关键是选配高度合适的中箱组成，关键是选配高度合适的中箱。造型麻烦，易错箱。箱。造型麻烦，易错箱。单件小批量生产单件小批量生产具有两个分型面具有两个分型面的铸件。的铸件。地坑造型地坑造型pitmolding在地面以下的砂坑中造型，一般只在地面以下的砂坑中造型，一般只用上箱，可减少砂箱投资。造型劳用上箱，可减少砂箱投资。造型劳动量大，要求工人技术较高。动量大，要求工人技术较高。生产批量不大的生产批量不大的大、中型铸件，大、中型铸件，可节省下箱。可节省下箱。1 1、手工造型、手工造型 h

38、and molding一、造型方法的选择一、造型方法的选择2 2、机器造型、机器造型machine molding1)1)特点：特点：与手工造型相反与手工造型相反2)2)造型过程：造型过程：见下图。见下图。3)3)工艺特点：工艺特点：(1)(1)常采用模板造型。常采用模板造型。v模板是将模型、浇注系统沿分型面模板是将模型、浇注系统沿分型面 与底板联结成一个整体的专用模具与底板联结成一个整体的专用模具(2)(2)只适用于两箱造型。只适用于两箱造型。(3)(3)不宜用活块。不宜用活块。第三节第三节 砂型铸造工艺砂型铸造工艺 sand casting process 震压式造型机震压式造型机( (j

39、olt- squeeze molding machine) )造型过程示意图造型过程示意图ingaterunnerspruemold-fillingjolt compactingSqueeze compactingstripping二、浇注位置与分型面二、浇注位置与分型面1 1、浇注位置的选择原则、浇注位置的选择原则v浇注位置浇注位置(pouring position) 是指金属浇注时铸件所处是指金属浇注时铸件所处 的空间位置。的空间位置。v分型面分型面(parting face) 是指砂箱间的接触表面。是指砂箱间的接触表面。1)1)铸件的重要加工表面或主要铸件的重要加工表面或主要 工作面应朝

40、下或处于侧面。工作面应朝下或处于侧面。2)2)铸件的宽大薄壁面应朝下。铸件的宽大薄壁面应朝下。3)3)铸件的厚大部分应朝上。铸件的厚大部分应朝上。1)1)分型面应选择在铸件的最大截面处，以便于起模。分型面应选择在铸件的最大截面处，以便于起模。2)2)尽量减少分型面的数量。尽量减少分型面的数量。3)3)尽量使型腔及主要型芯位于下箱。尽量使型腔及主要型芯位于下箱。机床床身机床床身伞齿轮伞齿轮柴油机油底壳柴油机油底壳起重机钢绳滚筒起重机钢绳滚筒2 2、分型面的选择原则、分型面的选择原则三通铸件的分型面三通铸件的分型面第三节第三节 砂型铸造工艺砂型铸造工艺 sand casting process p

41、art drawing foundry molding drawing pattern drawing core box 三、铸造工艺参数三、铸造工艺参数v 铸造工艺图铸造工艺图 (foundry molding drawing)：用各种符号表示出用各种符号表示出铸造工艺方案的图形。包括：铸件的浇注位置、铸型分型面、铸造工艺方案的图形。包括：铸件的浇注位置、铸型分型面、型芯的数量、形状及固定方法、加工余量、拔模斜度、收缩型芯的数量、形状及固定方法、加工余量、拔模斜度、收缩率、浇注系统、冒口、冷铁的尺寸及布置等。率、浇注系统、冒口、冷铁的尺寸及布置等。(JB 2435-78)(JB 2435-7

42、8)铸件图铸件图drawing of rough casting第三节第三节 砂型铸造工艺砂型铸造工艺 sand casting process 三、铸造工艺参数三、铸造工艺参数1) 1) 加工余量加工余量 (machining allowance)1 1、铸件工艺参数、铸件工艺参数(1)(1)定义：定义：预先在铸件上为切削加工而预先在铸件上为切削加工而加大的尺寸称为加工余量。加大的尺寸称为加工余量。(2)(2)影响因素：影响因素：表表1-51-5。2)2)起模斜度起模斜度 (pattern draft)灰口铸铁件的机械加工余量（灰口铸铁件的机械加工余量（mm）铸件最铸件最大尺寸大尺寸/mm浇

43、注位浇注位置置加工面与基准面的距离加工面与基准面的距离/mm5050120120260101040401 110101 125251001001601600 030300 040401601602502500 025250 030303)3)铸孔和槽铸孔和槽（1 1）毛坯孔径：）毛坯孔径： 单件生产：单件生产：30mm30mm； 成批生产：成批生产：15mm15mm； 大量生产：大量生产：12mm12mm。（2 2）对零件图上无机械加工要求的孔、槽均）对零件图上无机械加工要求的孔、槽均 要铸出。要铸出。第三节第三节 砂型铸造工艺砂型铸造工艺 sand casting process 4)4)铸

44、造圆角铸造圆角三、铸造工艺参数三、铸造工艺参数2 2、模型工艺参数、模型工艺参数v 合金的线收缩使铸件冷却后的合金的线收缩使铸件冷却后的尺寸比型腔尺寸略小，为保证尺寸比型腔尺寸略小，为保证铸件的应有尺寸，模型尺寸必铸件的应有尺寸，模型尺寸必须在铸件尺寸的基础上放大一须在铸件尺寸的基础上放大一个该合金的收缩量。个该合金的收缩量。1)1)收缩余量收缩余量 (shrinkage allowance)2)2)型芯头型芯头 (core print)(1) (1) 作用：作用：支撑和固定型芯，防止支撑和固定型芯，防止型芯在浇注时的漂浮、偏斜和移动型芯在浇注时的漂浮、偏斜和移动(2)(2)垂直芯头垂直芯头A

45、 A、一般有上、下芯头，短而粗的、一般有上、下芯头，短而粗的型芯可省去上芯头型芯可省去上芯头B B、高度取决于型芯头直径，芯头、高度取决于型芯头直径，芯头必须留有斜度必须留有斜度 。C C、上芯头斜度大、上芯头斜度大(6(61515) )，高度，高度小；下芯头斜度小小；下芯头斜度小(5(51010) )，高度大。高度大。(3)(3)水平芯头水平芯头A A、水平芯头的长度取决于型芯头、水平芯头的长度取决于型芯头的直径和型芯长度。的直径和型芯长度。B B、一般不留斜度，只在上型芯座、一般不留斜度，只在上型芯座的端部留出一定斜度和空间。的端部留出一定斜度和空间。 C C、悬臂型芯头必须长而大。、悬臂

46、型芯头必须长而大。铸件图铸件图第三节第三节 砂型铸造工艺砂型铸造工艺 sand casting process 第四节第四节 特种铸造特种铸造 special casting process一、熔模铸造一、熔模铸造(investment casting)1 1、熔模铸造工艺、熔模铸造工艺2 2、熔模制造特点及应用、熔模制造特点及应用1)1)铸件尺寸精度高。铸件尺寸精度高。CT7CT74 4，表，表 面粗糙度低，面粗糙度低，Ra=12.5Ra=12.5 1.61.6 m m。2)2)可浇注复杂的薄壁铸件，最小可浇注复杂的薄壁铸件，最小 壁厚壁厚0.3mm0.3mm，最小孔径，最小孔径0.5mm0

47、.5mm3)3)特别适合于高熔点合金及难切特别适合于高熔点合金及难切 削加工合金。削加工合金。4) 4) 材料昂贵、过程繁杂、周期材料昂贵、过程繁杂、周期 长、一次性使用、成本高。长、一次性使用、成本高。 5)5)仅适用于中、小铸件。仅适用于中、小铸件。v 制造压型制造压型压制蜡模压制蜡模组装蜡模组装蜡模结壳（浸涂结壳（浸涂料、撒砂、硬化）料、撒砂、硬化）脱脱蜡蜡焙烧焙烧填砂填砂浇注浇注落砂落砂清理清理v 用易熔材料（如蜡质材用易熔材料（如蜡质材料及添加剂等）制成模料及添加剂等）制成模样，在模样上包覆多层样，在模样上包覆多层耐火材料，然后将模样耐火材料，然后将模样熔去，制成熔去，制成无分型面无

48、分型面的的型壳，经高温焙烧、浇型壳，经高温焙烧、浇注而获得铸件的方法称注而获得铸件的方法称为熔模铸造。为熔模铸造。二、金属型铸造二、金属型铸造 (metal mold casting)v 在重力作用下，把金属在重力作用下，把金属液浇入金属铸型中，冷液浇入金属铸型中，冷却成形而获得铸件的方却成形而获得铸件的方法称为金属型铸造。法称为金属型铸造。1 1、金属型铸造工艺、金属型铸造工艺金属型、芯设计制造金属型、芯设计制造金属型、芯金属型、芯预热预热喷刷涂料喷刷涂料配涂料配涂料冷却冷却清理、质检、入库清理、质检、入库合型合型浇注浇注顶出、取出铸件顶出、取出铸件安放型芯、清型安放型芯、清型金属型、芯金属

49、型、芯预热预热金属液金属液第四节第四节 特种铸造特种铸造 special casting process二、金属型铸造二、金属型铸造 (metal mold casting)1 1、金属型铸造工艺、金属型铸造工艺直直注意事项：注意事项：(1)(1)喷刷涂料：喷刷涂料：减缓冷速；防冲刷；蓄气、排气减缓冷速；防冲刷；蓄气、排气(2)(2)金属型预热：金属型预热：减缓激冷作用，减少铸件缺陷减缓激冷作用，减少铸件缺陷(3)(3)浇注温度：浇注温度：比砂型铸造高比砂型铸造高20203030(4)(4)合适的出型时间：合适的出型时间：时间长了脱模及抽芯困难时间长了脱模及抽芯困难2 2、金属型铸造特点及应用

50、、金属型铸造特点及应用 1) 1) 尺寸精度高。尺寸精度高。CT9CT97 7级，级， Ra=12.5Ra=12.5 3.23.2 m m。 2 2）排气能力差，需要设置专门的排气口。）排气能力差，需要设置专门的排气口。 3) 3) 冷却速度快，不宜生产薄壁铸件。冷却速度快，不宜生产薄壁铸件。 4) 4) 铸件组织致密，力学性能好。铸件组织致密，力学性能好。 5) 5) 一型多铸，生产率高，成本低，适于有色金属的大批量生产。一型多铸，生产率高，成本低，适于有色金属的大批量生产。 6) 6) 铸型加工困难，铸件尺寸与形状受限制。铸造工艺要求高。铸型加工困难，铸件尺寸与形状受限制。铸造工艺要求高。

51、第四节第四节 特种铸造特种铸造 special casting process三、压力铸造三、压力铸造 (die casting)v 压 力 铸 造 是 在 高 压 （ 约 为压 力 铸 造 是 在 高 压 （ 约 为5150MPa）作用下，以极高的）作用下，以极高的速度将液态或半液态金属压入金速度将液态或半液态金属压入金属铸型型腔中，并在压力作用下属铸型型腔中，并在压力作用下结晶，以获得铸件的铸造方法。结晶，以获得铸件的铸造方法。1 1、压力铸造工艺、压力铸造工艺制备压铸型制备压铸型预热预热/ /喷刷涂料喷刷涂料合型浇注合型浇注持压持压开型、顶出铸件开型、顶出铸件质检质检成品成品金属液金属液

52、第四节第四节 特种铸造特种铸造 special casting process1)1)铸件尺寸精度高。铸件尺寸精度高。 CT8CT84 4级，级， Ra= 3.2Ra= 3.20.8 0.8 m m。2)2)高压高速充型，可铸形状复杂的薄壁件。高压高速充型，可铸形状复杂的薄壁件。3)3)组织致密，力学性能好。组织致密，力学性能好。4)4)只适于低熔点合金。高熔点合金使压型寿命大幅下降。只适于低熔点合金。高熔点合金使压型寿命大幅下降。5)5)排气困难，易产生气孔，故一般不能热处理和机加工。排气困难，易产生气孔，故一般不能热处理和机加工。6)6)生产率极高。最高生产率极高。最高500500次次/

53、/小时。小时。三、压力铸造三、压力铸造 (die casting)v 压 力 铸 造 是 在 高 压 （ 约 为压 力 铸 造 是 在 高 压 （ 约 为5150MPa ）作用下，以极高的）作用下，以极高的速度将液态或半液态金属压入金速度将液态或半液态金属压入金属铸型型腔中，并在压力作用下属铸型型腔中，并在压力作用下结晶，以获得铸件的铸造方法。结晶，以获得铸件的铸造方法。2 2、压力铸造特点及应用、压力铸造特点及应用大型压铸机及压铸模大型压铸机及压铸模第四节第四节 特种铸造特种铸造 special casting process四、低压铸造四、低压铸造 (low pressure castin

54、g)1 1、低压铸造工艺、低压铸造工艺2 2、低压铸造特点及应用、低压铸造特点及应用v 低压铸造是介于重力铸造低压铸造是介于重力铸造和压力铸造之间的一种铸和压力铸造之间的一种铸造方法。它是使液态合金造方法。它是使液态合金在压力（一般为在压力（一般为0.020.06MPa）作用下，自下）作用下，自下而上地充填型腔，并在压而上地充填型腔，并在压力下结晶，以形成铸件的力下结晶，以形成铸件的工艺过程。工艺过程。1)1)充型平稳，型腔中液流与气流方向一致，冲刷充型平稳，型腔中液流与气流方向一致，冲刷 力小，气孔、夹渣等缺陷少。力小，气孔、夹渣等缺陷少。2)2)压力使金属液流动性增加，有利获得轮廓清晰、压

55、力使金属液流动性增加，有利获得轮廓清晰、 表面光洁的铸件。对于大型薄壁铸件尤为有利。表面光洁的铸件。对于大型薄壁铸件尤为有利。3)3)金属液在压力下结晶，组织致密，力学性能好。金属液在压力下结晶，组织致密，力学性能好。4)4)充型压力和速度便于控制，适应各种金属，且充型压力和速度便于控制，适应各种金属，且 易于机械化和自动化。易于机械化和自动化。5)5)省去了补缩冒口，金属利用率高达省去了补缩冒口，金属利用率高达909098%98%。v升液升液 充型充型 增压增压 保压保压 卸压卸压 冷却。冷却。第四节第四节 特种铸造特种铸造 special casting process五、离心铸造五、离心

56、铸造 (centrifugal casting)1 1、离心铸造工艺、离心铸造工艺2 2、离心铸造特点及应用、离心铸造特点及应用v 将金属液浇入旋转速度为将金属液浇入旋转速度为(250(250 1500)rpm1500)rpm的铸型中，的铸型中，使金属液在离心力的作用使金属液在离心力的作用下充填型腔并结晶，这种下充填型腔并结晶，这种铸造方法称为离心铸造。铸造方法称为离心铸造。1) 1) 可不用型芯及浇注系统，金属液利用率高。可不用型芯及浇注系统，金属液利用率高。2 2）铸件由外向内顺序凝固，气体和熔渣因比重轻向内腔移动而排）铸件由外向内顺序凝固，气体和熔渣因比重轻向内腔移动而排 除，故组织致密

57、，极少有气孔、夹渣和缩孔等。除，故组织致密，极少有气孔、夹渣和缩孔等。3) 3) 金属液的充型能力强，便于流动性差的合金及薄壁件的生产。金属液的充型能力强，便于流动性差的合金及薄壁件的生产。4) 4) 便于铸造双金属铸件。如钢衬套内便于铸造双金属铸件。如钢衬套内镶铸镶铸(insert casting)轴承合金。轴承合金。5) 5) 比重大的合金成分易产生比重大的合金成分易产生偏析偏析(segregation)。如铅青铜中的铅。如铅青铜中的铅。6) 6) 内孔尺寸偏差大而内孔表面粗糙。内孔尺寸偏差大而内孔表面粗糙。7) 7) 立式离心铸造时，金属液内表面呈抛物线状，上薄下厚。立式离心铸造时，金属

58、液内表面呈抛物线状，上薄下厚。第四节第四节 特种铸造特种铸造 special casting process六、主要铸造方法的比较六、主要铸造方法的比较比较项目砂 型 铸 造熔 模铸 造金 属 型铸 造离 心铸 造压 力铸 造低压铸造砂型金属型铸件材料各种铸造合金各种铸造合金，以铸钢为主常用铸造合金，以有色合金为主各种铸造合金铸造有色合金（铝、锌、镁）常用铸造合金铸造有色合金铸件大小几乎不受限制中、小铸件中、小铸件大、中、小小铸件大、中铸件中、小铸件复杂程度复杂复杂一般一般或简单较复杂较复杂较复杂最小壁厚(mm)30.3（孔0.5）铝合金3铸铁5决定于铸型材料铜合金2其它0.5-1.0231.

59、52.0尺寸精度CT117CT74CT108同上CT84CT98CT86Ra5012.512.51.612.53.23.20.812.512.53.2内部质量晶粒粗、组织松、力学性能差、铸造缺陷较多采用重力浇注时与砂型铸造相近晶粒细、组织致密、力学性能高、气密性好组织致密、力学性能较高晶粒细、力学性能较高、但易产生气孔且不能热处理组织致密、力学性能较高晶粒细、组织致密、力学性能较高、气密性好生产批量各种批量成批、大量成批、大量成批、大量大量小批、成批成批、大量生产率随机械化程度的提高而增高较高较高很高一般较高生产准备周期短较长较长较长长较长较长设备费用随机械化程度的提高而增高中等中等高中等中等

60、工装费用同上较高中等一般高低中等第四节第四节 特种铸造特种铸造 special casting process拨 杆 铸 件拨 杆 铸 件一、考虑砂型铸造工艺的一、考虑砂型铸造工艺的 铸件结构铸件结构第五节第五节 铸件结构设计铸件结构设计( (casting design) )1 1、简化铸件外形、简化铸件外形v 铸件设计时，不仅要保证铸件设计时，不仅要保证其工作性能和机械性能要其工作性能和机械性能要求，还必须认真考虑求，还必须认真考虑铸造铸造工艺工艺和合金和合金铸造性能铸造性能对铸对铸件结构的要求。件结构的要求。1) 1) 减少分型面的数量，且使分型面为平面。减少分型面的数量，且使分型面为平