机械工程材料

1、第八章 铸 造概概 述述1 1第一节第一节 合金的铸造性能合金的铸造性能2 2第二节第二节 砂型铸造砂型铸造3 3第三节第三节 特种铸造特种铸造4 4第四节第四节 铸件的结构设计铸件的结构设计3 31、何为铸造？熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法，称为铸造。 砂型铸造 概概 述述 铸造的基本过程：铸造的基本过程：铸造生产在机械制造业中的地位概概 述述砂型铸造概述概概 述述铸造产品铸造产品概概 述述铸铝件球铁铸件铸铜1、灵山大佛通高88米，佛体79米，莲花瓣9米。2、灵山大佛佛体（不含莲花瓣）由1560块6-8毫米厚的铜壁板构成，焊缝长达30余公里。

2、3、灵山大佛铸铜约700吨，铜板面积达九千多平方米，约一个半足球场大小。4、由于高科技的运用，灵山大佛能抵御14级台风和8级地震的侵袭。优点：优点： 1 1）可以生产出）可以生产出形状复杂形状复杂，特别是具有复杂内腔，特别是具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。的零件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。2 2）铸造生产的）铸造生产的适应性广适应性广，工艺灵活性大。，工艺灵活性大。工业上常用的金属材料均可用来进行铸造，铸工业上常用的金属材料均可用来进行铸造，铸件的重量可由几克到几百吨，壁厚可由件的重量可由几克到几百吨，壁厚可由0.5mm0.5mm到到1m1m左右左右3 3）铸造用原材料大

3、都来源广泛，价格低廉，并）铸造用原材料大都来源广泛，价格低廉，并可直接利用废机件，故铸件可直接利用废机件，故铸件成本较低成本较低。2 2、铸造的优缺点：、铸造的优缺点：概概 述述缺点：缺点：1 1）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性孔、缩松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧度低于同种材料的锻件。能，特别是冲击韧度低于同种材料的锻件。2 2）铸件质量不够稳定。）铸件质量不够稳定。概概 述述二、二、 铸件的凝固方式铸件的凝固方式2 2四、铸造应力、变形与裂纹四、铸造应力、变形与裂纹4 4一、一、 合金的流

4、动性及充型能力合金的流动性及充型能力3 3 1 1三、三、 铸造合金的收缩铸造合金的收缩3 3 3 3第一节合金的铸造性能一、一、 合金的流动性及充型能力合金的流动性及充型能力( (一一) )流动性流动性螺旋形标准试样螺旋形标准试样 流动性是熔融金属流动性是熔融金属的流动能力，的流动能力，合金的流合金的流动性是动性是以螺旋形流动试以螺旋形流动试样的长度样的长度来衡量。试样来衡量。试样越长，流动性越好。越长，流动性越好。第一节合金的铸造性能铸件的主要缺陷及产生原因如图所示。铸件的主要缺陷及产生原因如图所示。第一节合金的铸造性能第一节合金的铸造性能常用合金的流动性（砂型，试样截面88mm）合金种类

5、铸型种类浇注温度（）螺旋线长度（mm）铸铁C+Si=6.2% C+Si=5.9% C+Si=5.2% C+Si=4.2%砂型砂型砂型砂型1300130013001300180013001000600铸钢C=0.4%砂型砂型16001640100200铝硅合金（铝硅明）镁合金（含Al及Zn）锡青铜（Sn=10%,Zn=2%）硅黄铜（Si=1.54.5%）金属型（300）砂型砂型砂型680720700104011007008004006004201000第一节合金的铸造性能（二）影响合金流动性的因素（二）影响合金流动性的因素1.不同结晶特征的合金的流动性第一节合金的铸造性能（二）影响合金流动性的因

6、素（二）影响合金流动性的因素2.化学成分对合金流动性的影响 铁碳合金的流动性与相图的关系第一节合金的铸造性能（三）充型能力及其影响因素（三）充型能力及其影响因素 充型能力是指液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的合格铸件的能力 .1浇注条件(1) 浇注温度。 T浇注浇注t凝固凝固流动性流动性粘度粘度充填路径充填路径充型能力充型能力第一节合金的铸造性能(2) 充型压力。 (3) 浇注系统。结构复杂，流动阻力大2铸型条件 蓄热系数、温度以及铸型中的气体等均影响流动性P充型充型V流动流动充型能力充型能力第一节合金的铸造性能二、铸件的凝固方式二、铸件的凝固方式 大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊

7、状凝固之间，称为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口铸铁等具有中间凝固方式。一般将铸件的凝固方式分为三种类型：逐层凝固方式、体积凝固（或称糊状凝固）方式和中间凝固方式。体积凝固体积凝固 第一节合金的铸造性能三、三、 铸造合金的收缩铸造合金的收缩( (一一) )收缩的概念收缩的概念把液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象称为合金的合金的收缩收缩。它是铸造合金本身的物理性质。收缩是铸件中许多缺陷如缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等产生的基本原因。 图9-4 温度梯度对凝固区域的影响合金的收缩经历如下3个阶段 第一节合金的铸造性能分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。分为三类，液态收缩、凝固

8、收缩和固态收缩。铸件温度降低铸件温度降低浇注温度浇注温度室温室温凝固终止温度凝固终止温度开始凝固温度开始凝固温度液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩固态收缩固态收缩 体积收缩体积收缩线线收缩收缩第一节合金的铸造性能（二）影响收缩的因素（二）影响收缩的因素1. 化学成分的影响化学成分的影响 常用合金中，铸钢的收缩率最大，灰铸铁最小。常用合金中，铸钢的收缩率最大，灰铸铁最小。碳素钢随合碳量的增加凝固收缩率增加，而固态收缩碳素钢随合碳量的增加凝固收缩率增加，而固态收缩率略减；灰铸铁中碳、硅含量越高，硫含量越低，收率略减；灰铸铁中碳、硅含量越高，硫含量越低，收缩率越小缩率越小 。2 2浇注温度的影响浇注温

9、度的影响3 3铸件结构与铸型条件的影响铸件结构与铸型条件的影响 浇注温度主要影响液态收缩。合金的浇注温度愈高，浇注温度主要影响液态收缩。合金的浇注温度愈高，过热度愈大，液态收缩量愈大，则总收缩量相应增加。过热度愈大，液态收缩量愈大，则总收缩量相应增加。 铸件的实际收缩率比自由收缩率小。铸件的实际收缩率比自由收缩率小。 第一节合金的铸造性能（三）铸件的缩孔和缩松（三）铸件的缩孔和缩松1缩孔和缩松的形成缩孔和缩松的形成 纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金，浇浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程注后在型腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中，如得不

10、到合金液的补充，在铸件最后凝固的地中，如得不到合金液的补充，在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔方就会产生缩孔. .图8-5 缩孔的形成过程示意图第一节合金的铸造性能1缩孔和缩松的形成缩孔和缩松的形成 铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，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枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所到补缩所 致。致。 (a) 锯齿形凝固前沿(b) 形成液体小区(c) 形成缩松图8-6缩松的形成过

11、程第一节合金的铸造性能（三）铸件的缩孔和缩松（三）铸件的缩孔和缩松 一定成分的合金，缩孔、缩松的数量可以相互转一定成分的合金，缩孔、缩松的数量可以相互转化，但化，但 其总容积基本一定，如图所示。其总容积基本一定，如图所示。铁碳合金成分与体积收缩率的关系铁碳合金成分与体积收缩率的关系防止缩孔和缩防止缩孔和缩松的基本原则松的基本原则是：是：采用合理采用合理的工艺条件，的工艺条件，使缩松转化为使缩松转化为缩孔，并使缩缩孔，并使缩孔移至冒口中。孔移至冒口中。（三）铸件的缩孔和缩松（三）铸件的缩孔和缩松2 2缩孔和缩松的防止缩孔和缩松的防止第一节合金的铸造性能（1 1）按照顺序凝固原则进行凝固）按照顺序

12、凝固原则进行凝固 是指采用各种工艺措施，使铸件上从远离冒口的部分是指采用各种工艺措施，使铸件上从远离冒口的部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，从而实现由远到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口的方向顺序地凝固，离冒口的部分向冒口的方向顺序地凝固， 如图所示，使缩如图所示，使缩孔转移到冒口中。孔转移到冒口中。 适用于收缩大或壁厚差别适用于收缩大或壁厚差别大，易产生缩孔的合金铸件，大，易产生缩孔的合金铸件，如铸钢、高强度灰铸铁、可锻如铸钢、高强度灰铸铁、可锻铸铁等。铸铁等。顺序凝固原则示意图顺序凝固原则示意图（三）铸件的缩孔和缩松（三）铸件的缩孔和缩松2 2缩孔

13、和缩松的防止缩孔和缩松的防止第一节合金的铸造性能（2 2）合理确定内浇道位置及浇注工艺）合理确定内浇道位置及浇注工艺 内浇道的引入位置应按照顺序凝固原内浇道的引入位置应按照顺序凝固原则确定；浇注温度和浇注速度应根据铸件则确定；浇注温度和浇注速度应根据铸件结构、浇注系统类型确定，慢浇有利于顺结构、浇注系统类型确定，慢浇有利于顺序凝固，有利于补缩，消除缩孔。序凝固，有利于补缩，消除缩孔。（三）铸件的缩孔和缩松（三）铸件的缩孔和缩松2缩孔和缩松的防止缩孔和缩松的防止第一节合金的铸造性能（3 3）合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施）合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施 冒口冷铁的作用冒口冷铁的作用 冒口

14、冒口，在铸件厚壁，在铸件厚壁处和热节部位设置冒口，处和热节部位设置冒口，是防止缩孔、缩松最有是防止缩孔、缩松最有效的措施。效的措施。 冷铁冷铁，用铸铁、钢、，用铸铁、钢、铜等材料制成的激冷物。铜等材料制成的激冷物。加大冷却速度，调节凝加大冷却速度，调节凝固顺序。固顺序。2 2缩孔和缩松的防止缩孔和缩松的防止第一节合金的铸造性能（三）铸件的缩孔和缩松（三）铸件的缩孔和缩松补贴：补贴：对于板件和壁后均匀的薄对于板件和壁后均匀的薄壁件，由于冒口的有效补缩距离壁件，由于冒口的有效补缩距离所限，往往在铸铁的内部仍产生所限，往往在铸铁的内部仍产生缩孔和缩松。若在铸件壁上部靠缩孔和缩松。若在铸件壁上部靠近冒

15、口处增加一个近冒口处增加一个楔楔形厚度，使形厚度，使铸件壁厚变成朝冒口铸件增厚的铸件壁厚变成朝冒口铸件增厚的形状，即造成一个向冒口逐渐递形状，即造成一个向冒口逐渐递增的温度梯度。所增加的楔形部增的温度梯度。所增加的楔形部分，称为分，称为“补贴补贴”。（3 3）合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施）合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施 （三）铸件的缩孔和缩松（三）铸件的缩孔和缩松2缩孔和缩松的防止缩孔和缩松的防止第一节合金的铸造性能铸件的缩孔和缩松录像铸件的缩孔和缩松录像第一节合金的铸造性能四、铸造应力、变形与裂纹四、铸造应力、变形与裂纹内应力内应力热应力热应力机械应力机械应力变形变形裂纹裂纹铸件在

16、凝固和冷却的过程中，由于铸件的壁厚不均匀，导致不同部位不均衡的收缩而引起的应力。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，使铸件处在一种非稳定状态，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会导致出现裂纹。第一节合金的铸造性能热应力的形成过程演示热应力的形成过程演示第一节合金的铸造性能机械应力形成过程分析机械应力形成过程分析 机械应力：机械应力：机械应力会导致形成机械应力会导致形成裂纹裂纹, , 应适时开箱加以解决应适时开箱加以解决。第一节合金的铸造性能铸件的结构：铸件的结构：铸件各部分能自由收缩铸件各部分能自

17、由收缩 工艺方面：工艺方面：采用同时凝固原则采用同时凝固原则时效处理：时效处理：人工时效；自然时效人工时效；自然时效铸件的结构尽可能对称铸件的结构尽可能对称铸件的壁厚尽可能均匀铸件的壁厚尽可能均匀热应力的消除方法热应力的消除方法第一节合金的铸造性能二、砂型铸造的工艺过程二、砂型铸造的工艺过程2 2四、浇注系统的确定四、浇注系统的确定4 4一、造型材料一、造型材料3 3 1 1三三 、砂型铸造造型方法、砂型铸造造型方法3 3 3 3五、砂型铸造工艺设计五、砂型铸造工艺设计3 3 5 5第二节砂型铸造制做铸型和型芯所用的材料成为造型材料。制做铸型和型芯所用的材料成为造型材料。主要分型砂与芯砂，由原

18、砂、粘接剂、水和附加物配制而成。主要分型砂与芯砂，由原砂、粘接剂、水和附加物配制而成。（一）型（芯）砂的性能（一）型（芯）砂的性能1 1、强度：、强度：应保证铸型（或型芯）受外力作用时，不易被损坏应保证铸型（或型芯）受外力作用时，不易被损坏。型砂强度不足会造成塌箱、冲砂与砂眼等缺陷。型砂强度不足会造成塌箱、冲砂与砂眼等缺陷。2 2、透气性：、透气性：铸型（或型芯）能允许气体通过，因为浇注时，铸型（或型芯）能允许气体通过，因为浇注时，型腔内的空气及铸型产生的挥发气体要通过砂型逸出。型腔内的空气及铸型产生的挥发气体要通过砂型逸出。3 3、可塑性：、可塑性：型砂受力易成型且获得清晰轮廓。可塑性好，作

19、型砂受力易成型且获得清晰轮廓。可塑性好，作兴方便，造型的轮廓清晰，可铸出形状尺寸精确的铸件。兴方便，造型的轮廓清晰，可铸出形状尺寸精确的铸件。一、造型材料一、造型材料第二节砂型铸造4 4、耐火性：、耐火性：型（芯）砂在高温液态金属作用下型（芯）砂在高温液态金属作用下，不软化、不熔融和不粘结的能力、耐火性差，不软化、不熔融和不粘结的能力、耐火性差的型（芯）砂，砂粒易粘附在铸件表面，使清的型（芯）砂，砂粒易粘附在铸件表面，使清砂和切削加工困难。砂和切削加工困难。5 5、退让性：、退让性：铸件凝固收缩时，型（芯）砂不阻铸件凝固收缩时，型（芯）砂不阻碍铸件收缩。退让性差的型芯砂，将阻碍铸件碍铸件收缩。

20、退让性差的型芯砂，将阻碍铸件的收缩，会使铸件产生应力，引起变形，甚至的收缩，会使铸件产生应力，引起变形，甚至开裂。开裂。 型芯在浇注时，四周被液态金属包围，故型芯在浇注时，四周被液态金属包围，故要求芯砂性能比型砂高。要求芯砂性能比型砂高。第二节砂型铸造( (二二) )型（芯）砂的组成及配制过程型（芯）砂的组成及配制过程1 1、型（芯）砂的组成、型（芯）砂的组成原砂原砂 是型砂和砂芯的主要组成部分，其是型砂和砂芯的主要组成部分，其主要成分是由主要成分是由SiOSiO2 2及其他氧化物。砂粒均及其他氧化物。砂粒均匀且呈圆形的好，一般采自山地、沙漠、匀且呈圆形的好，一般采自山地、沙漠、河滩和海滨。河

21、滩和海滨。粘结剂粘结剂 其作用是江砂粒互相粘结在一起，其作用是江砂粒互相粘结在一起，使型（芯）砂具有一定的强度和可塑性。使型（芯）砂具有一定的强度和可塑性。种类很多，常用的有陶（高岭）土、膨润种类很多，常用的有陶（高岭）土、膨润土、油类、合脂、树脂与水玻璃等。土、油类、合脂、树脂与水玻璃等。第二节砂型铸造附加物附加物 为了改善型（芯）砂某些性能而为了改善型（芯）砂某些性能而附加的物质。例如，加入煤粉可提高耐火附加的物质。例如，加入煤粉可提高耐火性，加入水玻璃可提高强度，加入木屑可性，加入水玻璃可提高强度，加入木屑可改善透气性和退让性等。改善透气性和退让性等。 型砂和芯砂的组成物决定于铸造合金的

22、型砂和芯砂的组成物决定于铸造合金的种类，铸件的大小及结构特征等。种类，铸件的大小及结构特征等。 2 2、型（芯）砂的制备过程、型（芯）砂的制备过程烘干烘干-筛分筛分-混砂（先干混后湿混）混砂（先干混后湿混）-砂砂-停放（闷砂）。停放（闷砂）。第二节砂型铸造（1 1）模样的制造）模样的制造 一般情况，模样的外形与铸件的外形相似，其尺一般情况，模样的外形与铸件的外形相似，其尺寸要大于铸件，这是因为金属有冷却收缩。模样应有寸要大于铸件，这是因为金属有冷却收缩。模样应有足够的强度和刚度，以及与逐渐向适应的表面粗糙度足够的强度和刚度，以及与逐渐向适应的表面粗糙度和尺寸精度。和尺寸精度。 根据制造模样所用

23、的材料不同，分为根据制造模样所用的材料不同，分为木模样、金木模样、金属模样和塑料模样属模样和塑料模样等，可根据铸件的要求、造型方法等，可根据铸件的要求、造型方法和生产批量等，经济合理的选用。和生产批量等，经济合理的选用。 第二节砂型铸造 木模样木模样 是模样中应用最广泛的一种，具有质轻是模样中应用最广泛的一种，具有质轻、价廉和容易加工等优点。但强度低，容易变形和损、价廉和容易加工等优点。但强度低，容易变形和损坏，一班用于单件和中小批量生产。常用木材有，红坏，一班用于单件和中小批量生产。常用木材有，红木、杉木、银杏等。木、杉木、银杏等。 金属模样金属模样用铸铁、铜合金和铝合金等金属材料用铸铁、铜

24、合金和铝合金等金属材料制造的模样。铝模最为多见。金属模样的强度高，尺制造的模样。铝模最为多见。金属模样的强度高，尺寸精确，表面光洁，寿命长。但制造时生产周期长、寸精确，表面光洁，寿命长。但制造时生产周期长、成本高，用于大批量生产。成本高，用于大批量生产。（二）芯盒的制造（二）芯盒的制造 芯盒的型腔与铸件的内腔孔洞相似。其尺寸应考虑铸件芯盒的型腔与铸件的内腔孔洞相似。其尺寸应考虑铸件内腔的加工余量和收缩量。根据制造芯盒的材质不同内腔的加工余量和收缩量。根据制造芯盒的材质不同，也可以分为木芯盒和金属芯盒，金属芯盒的材料一，也可以分为木芯盒和金属芯盒，金属芯盒的材料一般是铸造铝合金般是铸造铝合金第二

25、节砂型铸造（三）造型与制芯工艺（三）造型与制芯工艺 造型是指用造型是指用型砂、模样、砂型砂、模样、砂箱等工艺装备制箱等工艺装备制造砂型的过程。造砂型的过程。 制芯是将芯砂制芯是将芯砂制成符合芯盒形制成符合芯盒形状的砂芯的过程。状的砂芯的过程。 图 砂型铸造工艺流程第二节砂型铸造第二节砂型铸造二、砂型铸造的工艺过程二、砂型铸造的工艺过程 将液体金属浇入用型砂紧实成的铸型中，待凝固冷却后，将液体金属浇入用型砂紧实成的铸型中，待凝固冷却后，将铸型破坏，取出铸件的铸造方法称为砂型铸造。将铸型破坏，取出铸件的铸造方法称为砂型铸造。 砂型铸造工艺过程砂型铸造工艺过程制造模样、芯盒制造模样、芯盒配制型砂、芯

26、砂配制型砂、芯砂造造型和造芯型和造芯烘干、合箱烘干、合箱熔炼金属、浇熔炼金属、浇注注落砂、清理与检验等落砂、清理与检验等第二节砂型铸造三三 、砂型铸造造型方法、砂型铸造造型方法（一）手工造型（一）手工造型 单件、小批量生产单件、小批量生产（二）机器造型（二）机器造型 中、小件大批量生产中、小件大批量生产（三）机器造芯（三）机器造芯 中、小件大批量生产中、小件大批量生产（四）柔性造型单元（四）柔性造型单元 各种形状与批量生产各种形状与批量生产套筒的砂型铸造过程：套筒的砂型铸造过程：第二节砂型铸造造型方法造型方法特点特点整模造型整模造型 整体模型，分型面为平面整体模型，分型面为平面分模造型分模造型

27、 分开模型，分型面多是平面分开模型，分型面多是平面活块造型活块造型 将模样上有妨碍取摸的部分做成活动的将模样上有妨碍取摸的部分做成活动的挖沙造型挖沙造型 造型时须挖去阻碍取模的型砂造型时须挖去阻碍取模的型砂刮板造型刮板造型 和铸件截面形状相适应的板状模样和铸件截面形状相适应的板状模样三箱造型三箱造型 铸件两端截面尺寸较大，需要三个沙箱铸件两端截面尺寸较大，需要三个沙箱第二节砂型铸造（一）手工造型（一）手工造型1 1、整模造型、整模造型的模样是整体的，分型面是平面，铸型的模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产型腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型

28、缺陷。适用于铸件最大截面在一端，且为平生错型缺陷。适用于铸件最大截面在一端，且为平面的铸件。面的铸件。第二节砂型铸造2 2、分模造型、分模造型是将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于是将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下两个砂箱内，造型简单省工。常用于最大截面在上、下两个砂箱内，造型简单省工。常用于最大截面在中部的铸件。中部的铸件。第二节砂型铸造支承台的分块模造型实例第二节砂型铸造三箱造型三箱造型第二节砂型铸造法兰座的三箱造型实例第二节砂型铸造3 3、挖砂造型、挖砂造型的模样是整体的，但铸件分型面为曲的模样是整体的，但铸件分型面为曲面。为便于起模，造型时用手工挖去阻碍起模的型面。为便于起模

29、，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂、其造型费工、生产率低，工人技术水平要求砂、其造型费工、生产率低，工人技术水平要求高。用于分型面不是平面的单件、小批生产铸件。高。用于分型面不是平面的单件、小批生产铸件。 第二节砂型铸造手轮的挖砂造型实例第二节砂型铸造4 4、活块造型、活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，肋条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时，先起肋条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费时，工出主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费时，工人技术水平要求高。主要用于单件、小批生产带有突出人技术水

30、平要求高。主要用于单件、小批生产带有突出部分、难以起模的铸件。部分、难以起模的铸件。 第二节砂型铸造5 5、刮板造型、刮板造型是用刮板代替实体模样造型，它可降低是用刮板代替实体模样造型，它可降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，工人技术水平要求高。用于有等载面或回转体的大、工人技术水平要求高。用于有等载面或回转体的大、中型铸件的单件、小批生产、如带轮、铸管、弯头等。中型铸件的单件、小批生产、如带轮、铸管、弯头等。刮板造型实刮板造型实例例第二节砂型铸造6 6、地坑造型、地坑造型在地平面以下的沙坑中或特制的地坑中制造在地平面以下的沙坑中或特

31、制的地坑中制造下型的造型方法，特点是省掉了下砂箱，但造型操作麻下型的造型方法，特点是省掉了下砂箱，但造型操作麻烦。用于中型、大型铸件单件或小批量生产。烦。用于中型、大型铸件单件或小批量生产。第二节砂型铸造平板的地坑造型实例第二节砂型铸造7 7、假箱造型、假箱造型是为克服挖砂造型是为克服挖砂造型的挖砂缺点，在造型前预先的挖砂缺点，在造型前预先做个底胎（即假箱），然后做个底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不在底胎上制下箱，因底胎不参予浇注，故称假箱。比挖参予浇注，故称假箱。比挖砂造型操作简单，且分型面砂造型操作简单，且分型面整齐。适用于成批生产中需整齐。适用于成批生产中需要挖砂的铸件。要挖

32、砂的铸件。假箱造型实例假箱造型实例第二节砂型铸造（二）机器造型（二）机器造型 机器造型是将机器造型是将填砂、紧实和起模填砂、紧实和起模等主要工序实现了机械等主要工序实现了机械化，并组成生产流水线。机器造型生产率高，铸型质量好，铸化，并组成生产流水线。机器造型生产率高，铸型质量好，铸件质量高，适用于中小型铸件的大批量生产。件质量高，适用于中小型铸件的大批量生产。 自动造型生产线自动造型生产线1 1卸箱机卸箱机 2 2移箱机移箱机 3 3、1313落砂落砂 4 4下箱自动造型机下箱自动造型机 5 5刷砂刷刷砂刷6 6平车平车 7 7放箱机放箱机 8 8翻转机翻转机 9 9合型机合型机 10 10辊

33、道辊道 1111换模小车换模小车1212上箱自动造型机上箱自动造型机 14 14铸型铸型 15 15浇注工段浇注工段 1616输送带输送带第二节砂型铸造机器造型方法一机器造型方法一1 1、振压造型工作原理、振压造型工作原理 机器造型方法：振压造型、高压造型、抛砂造型。机器造型方法：振压造型、高压造型、抛砂造型。 a) a) 填砂填砂 b) b) 振实振实 c) c) 压实压实 d) d) 起模起模图8-11振压式造型机工作原理第二节砂型铸造震压式造型录像第二节砂型铸造 （三）机器造芯（三）机器造芯 在大批量生产中，常用型芯制作设备是射芯机和壳（吹）芯机。在大批量生产中，常用型芯制作设备是射芯机

34、和壳（吹）芯机。第二节砂型铸造射砂挤压造型录像 射芯机工作原理第二节砂型铸造四、浇注系统的确定四、浇注系统的确定图图 浇注系统的组成浇注系统的组成1 1外浇口外浇口 2 2直浇口直浇口 3 3横浇口横浇口 4 4内浇口内浇口 5 5冒口冒口浇注系统指液态浇注系统指液态金属流入铸型型金属流入铸型型腔的通道腔的通道 , ,浇注浇注系统一般包括外系统一般包括外浇口、直浇道、浇口、直浇道、横浇道、内浇口横浇道、内浇口等，等， 第二节砂型铸造 浇注系统的组成1外浇口 2直浇口 3横浇口 4内浇口 5冒口 浇注系统应浇注系统应保证液保证液态金属平稳地引入铸型，态金属平稳地引入铸型，要有利于排渣和排气，要有

35、利于排渣和排气，并能控制铸件的凝固顺并能控制铸件的凝固顺序序. . 冒口的作用是冒口的作用是补缩、补缩、集渣、通气、排气集渣、通气、排气。对。对冒口的要求是：金属液冒口的要求是：金属液足够补缩量；补缩通道足够补缩量；补缩通道畅通，且保证冒口的凝畅通，且保证冒口的凝固时间要大于铸件的凝固时间要大于铸件的凝固时间。固时间。第二节砂型铸造 浇口位置的确定对铸件质量影响很大，依据铸件的具体结构、合金种类等有以下几种： 第二节砂型铸造五、砂型铸造工艺设计五、砂型铸造工艺设计铸造工艺图包括：铸造工艺图包括： 铸件的浇注位置铸件的浇注位置 铸型分型面铸型分型面 铸造工艺参数铸造工艺参数支座的零件图、铸造工艺

36、图、模样图及合型图支座的零件图、铸造工艺图、模样图及合型图第二节砂型铸造（一）浇注位置的选择（一）浇注位置的选择铸件的重要加工面应朝下或位于侧面；铸件的重要加工面应朝下或位于侧面；浇注位置浇注位置浇注时铸件在铸型中的空间位置。浇注时铸件在铸型中的空间位置。浇注位置的选择原则：浇注位置的选择原则：第二节砂型铸造 铸件的大平面应朝下；面积较大的薄铸件的大平面应朝下；面积较大的薄壁部分置于铸型下部或侧面；壁部分置于铸型下部或侧面； 铸件厚大部分应放在上部或侧面。铸件厚大部分应放在上部或侧面。浇注位置的选择原则：浇注位置的选择原则：第二节砂型铸造 铸件厚大部分应放在上部或侧面。铸件厚大部分应放在上部或

37、侧面。（二）铸型分型面的选择（a a）铸件铸件 （b b）四箱造型四箱造型 （c c）三箱造型三箱造型 （d d）两箱造型两箱造型 三通类铸件的分型面的选择三通类铸件的分型面的选择 第二节砂型铸造选择原则选择原则应保证模样能顺利的从铸型中取出；应保证模样能顺利的从铸型中取出；应尽量减少分型面的数量；应尽量减少分型面的数量；应尽量使分型面是一个平直的面；应尽量使分型面是一个平直的面； 应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱；应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱； 应使铸件的全部或大部分置入下箱；应使铸件的全部或大部分置入下箱；应尽量使型芯和活块的数量减少。应尽量使型芯和活块的数量减少。 分型面分型面指

38、铸型中相互结合的表面指铸型中相互结合的表面第二节砂型铸造应保证模样能顺利从铸型中取出应保证模样能顺利从铸型中取出 (a) 不合理 (b) 合理分型面应选在最大截面处示意图 第二节砂型铸造应尽量减少分型面的数量应尽量减少分型面的数量第二节砂型铸造应尽量使分型面是一个平直的面应尽量使分型面是一个平直的面第二节砂型铸造应使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱应使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱, ,易于保证铸件的尺寸精度易于保证铸件的尺寸精度第二节砂型铸造 应使铸件的全部或大部分置入下箱应使铸件的全部或大部分置入下箱；第二节砂型铸造应尽

39、量使型芯和活块的数量减应尽量使型芯和活块的数量减少少 图为一侧凹铸件，图中的分型方案图为一侧凹铸件，图中的分型方案1 1要考虑采用要考虑采用活块造型或加外型芯才能铸造；采用图中的方案活块造型或加外型芯才能铸造；采用图中的方案2 2则则省去了活块造型或加外型芯。省去了活块造型或加外型芯。第二节砂型铸造（三）工艺参数的确定加工余量；加工余量；收缩率；收缩率；拔模斜度；拔模斜度；铸造圆角；铸造圆角；型芯及型芯头。型芯及型芯头。工艺参数工艺参数第二节砂型铸造1 1、加工余量、加工余量孔的铸出：孔的铸出：要考虑铸出的可能性、必要性、要考虑铸出的可能性、必要性、和经济性。一般大孔用下芯的方式铸出，而和经济

40、性。一般大孔用下芯的方式铸出，而小孔则用机加工完成。小孔则用机加工完成。第二节砂型铸造2 2、铸造收缩率、铸造收缩率 铸件在凝固和冷却过程中会发生收缩而造成各部铸件在凝固和冷却过程中会发生收缩而造成各部分体积和尺寸缩小。分体积和尺寸缩小。为了使铸件的实际尺寸符合图样为了使铸件的实际尺寸符合图样要求，在制作模样和芯盒时，模样和芯盒的制造尺寸要求，在制作模样和芯盒时，模样和芯盒的制造尺寸应比铸件放大一个该合金的收缩率。应比铸件放大一个该合金的收缩率。 合金收缩率的大小取决于铸造合金的种类及铸件合金收缩率的大小取决于铸造合金的种类及铸件的结构、尺寸等因素。的结构、尺寸等因素。通常灰通常灰铸铁铸铁的铸

41、造收缩率是的铸造收缩率是0.7%0.7%-1.0%-1.0%，铸钢铸钢的铸造收缩率为的铸造收缩率为1.3%1.3%-2.0%-2.0%，铝合金铝合金的铸造收缩率为的铸造收缩率为0.8%0.8%-1.2%-1.2%，锡青铜锡青铜铸造收缩率为铸造收缩率为1.2%1.2%-1.4%-1.4%。件件模100LLLK式中： L模模样尺寸； L件铸件尺寸。 第二节砂型铸造3 3、铸型起模斜度、铸型起模斜度 为了起模方便又不损坏砂型，凡垂直于分型面的为了起模方便又不损坏砂型，凡垂直于分型面的壁上留有起模斜度，如图所示。起模斜度值见壁上留有起模斜度，如图所示。起模斜度值见JB/T JB/T 510551051

42、9911991。第二节砂型铸造4 4、铸造圆角、铸造圆角凝固特性凝固特性热节、充型热节、充型不同转角不同转角处的热节处的热节第二节砂型铸造5 5、型芯及型芯头、型芯及型芯头型芯型芯是铸件的一个重要的组成部分，型芯的功用是是铸件的一个重要的组成部分，型芯的功用是形成铸件的内腔形成铸件的内腔, ,孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形第二节砂型铸造1、支座（四）实例分析方案 沿底版中心分型。轴孔下芯方便，但底版上四个凸台必须采用活块且铸件在上、下箱各半。方案沿底面分型，铸件全部在下箱，不会产生错箱，铸件易清理。但轴孔内凸台必须采用活块或下芯且轴孔难以铸出。第二节砂型铸造（

43、五）铸造工艺图的绘制（五）铸造工艺图的绘制 为了获得健全的合格铸件，减小铸型制造的工为了获得健全的合格铸件，减小铸型制造的工作量，降低铸件成本，在砂型铸造的生产准备过程作量，降低铸件成本，在砂型铸造的生产准备过程中，必须合理地制订出铸造工艺方案，并绘制出铸中，必须合理地制订出铸造工艺方案，并绘制出铸造工艺图。造工艺图。 a联轴节零件图 b铸造工艺图 c模样图（收缩率1%） 第二节砂型铸造（六）铸造工艺设计的一般程序（六）铸造工艺设计的一般程序表9-8 铸造工艺设计的内容和一般程序项目项目内容内容用途及应用范围用途及应用范围设计程序设计程序铸造工艺图铸造工艺图在零件图上用规定的在零件图上用规定的

44、红、蓝等各色符号表示出：红、蓝等各色符号表示出：浇注位置和分型面，加工浇注位置和分型面，加工余量，收缩率，起模斜度，余量，收缩率，起模斜度，反变形量，浇、反变形量，浇、冒口系统，内外冷铁冒口系统，内外冷铁，铸肋，砂芯形状、数量，铸肋，砂芯形状、数量及芯头大小等及芯头大小等制造模样、模底板、制造模样、模底板、芯盒等工装以及进行生产芯盒等工装以及进行生产准备和验收的依据。适用准备和验收的依据。适用于各种批量的生产于各种批量的生产产品零件的技术条件和产品零件的技术条件和结构工艺性分析结构工艺性分析选择铸造及造型方法选择铸造及造型方法确定浇注位置和分型面确定浇注位置和分型面选用工艺参数选用工艺参数设计

45、浇冒口、冷铁和铸设计浇冒口、冷铁和铸肋肋型芯设计型芯设计铸件图铸件图把经过铸造工艺设计后，把经过铸造工艺设计后，改变了零件形状、尺寸的改变了零件形状、尺寸的地方都反映在铸件图上地方都反映在铸件图上铸件验收和机加工夹具设铸件验收和机加工夹具设计的依据。适用于成批、计的依据。适用于成批、大量生产或重要铸件的生大量生产或重要铸件的生产产在完成铸造工艺图的基在完成铸造工艺图的基础上，画出铸件图础上，画出铸件图铸型装配图铸型装配图表示出浇注位置，型芯数表示出浇注位置，型芯数量、固定和下芯顺序，浇量、固定和下芯顺序，浇冒口和冷铁布置，砂箱结冒口和冷铁布置，砂箱结构和尺寸大小等构和尺寸大小等生产准备、合箱、

46、检验、生产准备、合箱、检验、工艺调整的依据。适用于工艺调整的依据。适用于成批、大量生产的重要件成批、大量生产的重要件，单件的重型铸件，单件的重型铸件通常在完成砂箱设计后通常在完成砂箱设计后画出画出铸造工艺卡片铸造工艺卡片说明造型、造芯、浇注、说明造型、造芯、浇注、打箱、清理等工艺操作过打箱、清理等工艺操作过程及要求程及要求生产管理的重要依据。根生产管理的重要依据。根据批量大小填写必要条件据批量大小填写必要条件综合整个设计内容综合整个设计内容第二节砂型铸造特种铸造特种铸造金属型铸造离心铸造压力铸造熔模铸造低压铸造挤压铸造陶瓷型铸造第三节特种铸造 与砂型铸造相比，特种铸造具有铸件精度和表面质量高、

47、铸件内在性能好、原材料消耗低、工作环境好等优点。但铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定限制。第三节特种铸造 模铸造是在易熔模样表面包覆若干层耐火材料，待其硬化后，将模样熔去制成中空型壳，经浇注而获得铸件的成形方法。熔模铸造工艺过程熔模铸造工艺过程： 制造熔模、制模组、上涂料（及撒砂）、脱模、焙烧、浇注、落砂、切浇口。一、熔模铸造第三节特种铸造 图8-26 熔模铸造的工艺过程a）母模 b）压型 c）熔蜡 d）制造蜡模 e）蜡模 f）蜡模组 g）结壳，脱蜡 h）填砂，浇注熔模铸造的生产工序第三节特种铸造熔模铸造的特点：熔模铸造的特点： 铸件的精度和表面质量较高铸件的精度和表面质量较高

48、（IT11-13,Ra1.6-12.5IT11-13,Ra1.6-12.5） 合金种类不受限制，钢铁及有色金属均可适用合金种类不受限制，钢铁及有色金属均可适用 可铸出形状复杂的铸件可铸出形状复杂的铸件 生产批量不受限制生产批量不受限制 工艺过程较复杂，生产周期长，成本高铸件尺寸不能工艺过程较复杂，生产周期长，成本高铸件尺寸不能太大太大 熔模铸造是一种少、无切削的先进精密成形工艺，最熔模铸造是一种少、无切削的先进精密成形工艺，最适合适合2525kgkg以下的高熔点、难加工合金铸件的批量生产。如以下的高熔点、难加工合金铸件的批量生产。如汽轮机叶片、泵轮、复杂刀具、汽车上小型精密铸件。汽轮机叶片、泵

49、轮、复杂刀具、汽车上小型精密铸件。第三节特种铸造第三节特种铸造二、金属型铸造二、金属型铸造 金属型的结构可分为：水平分型式、垂直分型式及金属型的结构可分为：水平分型式、垂直分型式及复合分型式等。金属型一般用铸铁、铸钢；铸件的内腔复合分型式等。金属型一般用铸铁、铸钢；铸件的内腔可用金属型芯或砂芯来形成。可用金属型芯或砂芯来形成。 金属型铸造是在重力作用下将液态金属浇入金属铸金属型铸造是在重力作用下将液态金属浇入金属铸型的成形方法。型的成形方法。水平分型式第三节特种铸造金属型铸造生产过程第三节特种铸造 金属型优点：金属型优点： 一型多铸，生产效率高一型多铸，生产效率高 铸件尺寸精度高，表面质铸件尺

50、寸精度高，表面质量好量好 ( (IT12-14, Ra6.3-IT12-14, Ra6.3-12.5)12.5) 铸件冷却快，组织致密，铸件冷却快，组织致密，机械性能好机械性能好 金属型缺点：金属型缺点： 金属型成本高金属型成本高 没有退让性，不宜生没有退让性，不宜生 产形状复杂的铸件产形状复杂的铸件 铸件冷却快，组织致铸件冷却快，组织致密，机械性能好密，机械性能好 金属型铸造主要用于铜、铝、镁等有色金属铸件的金属型铸造主要用于铜、铝、镁等有色金属铸件的大批量生产。如内燃机活塞、汽缸盖、油泵壳体、轴瓦、大批量生产。如内燃机活塞、汽缸盖、油泵壳体、轴瓦、轴套等。轴套等。第三节特种铸造第三节特种铸

51、造三、压力铸造 压力铸造是将液态金属在高压作用下快速压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的方法。 a） b） c） 图8-28 立式压铸机工作过程示意图 a）浇注 b）压射 c）开型l定型2-压射活塞3-动型4下活塞5余料6-压铸件7-压室第三节特种铸造第三节特种铸造卧式压铸机第三节特种铸造压力铸造的特点：压力铸造的特点： 铸件的尺寸精度高（铸件的尺寸精度高（IT8-12,Ra3.2-0.4IT8-12,Ra3.2-0.4） 铸件的强度和表面硬度都较高铸件的强度和表面硬度都较高 生产效率高（一般为生产效率高（一般为5050-150-150次次/ /小时小时） 铸件表皮下有气孔，不能多余量

52、加工和热处理铸件表皮下有气孔，不能多余量加工和热处理 设备投资大，压铸型制造成本高，适宜大量生产设备投资大，压铸型制造成本高，适宜大量生产 压力铸造主要用于铝合金、锌合金和铜合金铸件。压力铸造主要用于铝合金、锌合金和铜合金铸件。压铸件广泛应用与汽车、仪器仪表、计算机、医疗器械压铸件广泛应用与汽车、仪器仪表、计算机、医疗器械等制造业，如发动机汽缸体、汽缸盖、仪表和照相机的等制造业，如发动机汽缸体、汽缸盖、仪表和照相机的壳体与支架、管接头、齿轮等。壳体与支架、管接头、齿轮等。第三节特种铸造四、低压铸造低压铸造工艺过程第三节特种铸造低压铸造第三节特种铸造低压铸造的特点：低压铸造的特点： 浇注时的压力

53、和速度可以调节浇注时的压力和速度可以调节 采用底注式冲型，金属液冲型平稳采用底注式冲型，金属液冲型平稳 铸件在压力下结晶，铸件组织致密、轮廓清晰，铸件在压力下结晶，铸件组织致密、轮廓清晰，机械性能高机械性能高 浇注系统简单，金属利用率可达浇注系统简单，金属利用率可达90%90%以上。以上。 低压铸造目前广泛应用于铝合金铸件的生低压铸造目前广泛应用于铝合金铸件的生产，如汽车发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等产，如汽车发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等形状复杂的薄壁铸件。形状复杂的薄壁铸件。第三节特种铸造五、离心铸造五、离心铸造 离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，使其在离心力作用下成形并凝固的铸造方法。使其在离心力作用下成形并凝固的铸造方法。(a) 立式离心铸造(b) 卧式离心铸造图8-30离心铸造机原理图第三节特种铸造离心铸造工艺过程第三节特种铸造离心铸造的特点：离心铸造的特点： 铸