第2章-铸造工艺基础知识

1、 铸造是获得零件或零件毛坯的重要工艺方法之一铸造是获得零件或零件毛坯的重要工艺方法之一 铸造的优缺点铸造的优缺点l适用于各种形状、大小和合金种类的零件或毛坯；适用于各种形状、大小和合金种类的零件或毛坯；l铸件与零件形状十分接近，可大量节省材料和加工费用；铸件与零件形状十分接近，可大量节省材料和加工费用；l铸造原材料来源广而价格低，铸造成本较低。铸造原材料来源广而价格低，铸造成本较低。l铸造生产过程复杂、工序较多，铸件废品率较高；铸造生产过程复杂、工序较多，铸件废品率较高；l铸件的力学性能较差；铸件的力学性能较差；l铸造生产环境较差。铸造生产环境较差。铸造可分为砂型铸造和特种铸造铸造可分为砂型铸

2、造和特种铸造一、造型材料一、造型材料型砂、芯砂和原材料统称为造型材料2.1 2.1 砂型铸造的造型工艺砂型铸造的造型工艺 砂型铸造的应用砂型铸造的应用最为广泛最为广泛，其，其基本工序基本工序是：是：l模样和芯盒制作；模样和芯盒制作；l配制型配制型( (芯芯) )砂、造型造芯、合型砂、造型造芯、合型形成铸型；形成铸型；l熔炼合金、浇注；熔炼合金、浇注；l落砂清理和检验。落砂清理和检验。二、造型方法二、造型方法造型方法可分为手工和机器造型两大类手工造型手工造型主要用于单件小批生产，机器造型机器造型主要用于大批量生产。各种手工造型方法的特点和适用范围各种手工造型方法的特点和适用范围造型方法造型方法主

3、要特点主要特点适用范围适用范围整模造型整模造型模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型缺陷。型缺陷。适用于适用于最大截面在一端最大截面在一端，且为，且为平面的铸件。平面的铸件。分模造型分模造型模样沿截面最大处分为两半，型腔位于上、下模样沿截面最大处分为两半，型腔位于上、下两个半型内，造型简单，节省工时。两个半型内，造型简单，节省工时。适用于适用于最大截面在中部最大截面在中部的铸件。的铸件。活块造型活块造型 铸件上有妨碍起模的小凸台、肋板等，制模时铸件上有妨碍起模的小凸台、肋

4、板等，制模时将它们做成活动部分。造型起模时，先起出主将它们做成活动部分。造型起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费工体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费工时，要求操作技术水平高。时，要求操作技术水平高。主要用于单件、小批生产带有主要用于单件、小批生产带有突出部分突出部分并且难以起模的铸件。并且难以起模的铸件。挖砂造型挖砂造型模样虽为整体的，但铸件的分型面为曲面。为模样虽为整体的，但铸件的分型面为曲面。为了起出模型，造型时用手工挖去阻碍起模的型了起出模型，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂。其造型费工时、生产率低，要求操作技术砂。其造型费工时、生产率低，要求操作技术水平高。水平高。

5、用于单件、小批生产用于单件、小批生产分型面不分型面不是平面的铸件是平面的铸件。假箱造型假箱造型克服上述挖砂成型的挖砂缺点，在造型前预先克服上述挖砂成型的挖砂缺点，在造型前预先作个底胎作个底胎(即假箱即假箱)，然后再在底胎上造下箱。由，然后再在底胎上造下箱。由于底胎并不参加浇注，故称假箱。此法比挖砂于底胎并不参加浇注，故称假箱。此法比挖砂造型简便，且分型面整齐。造型简便，且分型面整齐。用于成批生产需要挖砂的铸件。用于成批生产需要挖砂的铸件。此外还有此外还有三箱造型，脱箱造型三箱造型，脱箱造型( (无箱造型）等无箱造型）等在大量生产铸件时，都采用机器造型在大量生产铸件时，都采用机器造型 与手工造型

6、相比，机器造型生产率高、质量稳定、工人与手工造型相比，机器造型生产率高、质量稳定、工人劳动强度低、对工人技术水平要求不高、便于实现自动化。劳动强度低、对工人技术水平要求不高、便于实现自动化。按照紧砂方式不同，机器造型可分为：按照紧砂方式不同，机器造型可分为：震压造型震压造型 震压式造型机以压缩空气为动力，使振动活塞带动工作台振击将砂型震实。射压造型射压造型 利用压缩空气将型砂射入型腔进行初紧实，然后压实活塞将砂型再紧实。铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型内所处的位置铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型内所处的位置分型面是指两半铸型相互接触的表面分型面是指两半铸型相互接触的表面它们的选择原则主要是

7、：它们的选择原则主要是：保证铸件质量和简化造型工艺保证铸件质量和简化造型工艺 1. 1. 浇注位置的选择原则浇注位置的选择原则(1) (1) 铸件的重要加工面应朝下铸件的重要加工面应朝下 (2) (2) 铸件的大平面应朝下铸件的大平面应朝下(3) (3) 铸件薄壁部分应放在下部铸件薄壁部分应放在下部2. 2. 分型面的选择原则分型面的选择原则(1) (1) 分型面尽量采用平面分型面尽量采用平面(2) (2) 分型面数量尽量减少分型面数量尽量减少(3) (3) 尽量使铸件全部或大部尽量使铸件全部或大部分放在同一砂型内分放在同一砂型内2半环形砂芯半环形砂芯加砂芯后变成整箱造型加砂芯后变成整箱造型铸

8、造工艺的工艺参数包括铸造工艺的工艺参数包括：加工余量 ；起模斜度；铸造圆角 ；型芯头 ；收缩余量 加工余量加工余量一、合金的铸造性能一、合金的铸造性能合金的铸造性能包括：合金的铸造性能包括：流动性、收缩性、氧化性、吸气性和偏析流动性、收缩性、氧化性、吸气性和偏析合金的铸造性能不好时：容易产生合金的铸造性能不好时：容易产生浇铸不足、冷隔、缩孔、缩松、气孔浇铸不足、冷隔、缩孔、缩松、气孔、夹渣和裂纹等夹渣和裂纹等铸造缺陷铸造缺陷。 2.2 2.2 常用铸造合金常用铸造合金 常用的铸造合金有：常用的铸造合金有：铸铁、铸钢、铸造铝合金和铸造铜合金铸铁、铸钢、铸造铝合金和铸造铜合金1. 合金的流动性合金

9、的流动性 铸造时液态金属铸造时液态金属充填铸型的能力充填铸型的能力，称为流动性。，称为流动性。 流动性好流动性好，容易获得轮廓清晰的薄而复杂的铸件，避免产生，容易获得轮廓清晰的薄而复杂的铸件，避免产生浇不足和冷隔，减少气孔、夹渣和缩孔等缺陷。浇不足和冷隔，减少气孔、夹渣和缩孔等缺陷。影响流动性最主要的因素是影响流动性最主要的因素是化学成分化学成分和和铸造工艺条件铸造工艺条件2. 2. 合金的收缩合金的收缩 收缩指在金属熔液凝固冷却过程中体积和尺寸减小的现象收缩指在金属熔液凝固冷却过程中体积和尺寸减小的现象收缩过程的三个阶段：收缩过程的三个阶段：液态收缩液态收缩 从浇注温度到液相线温度间的收缩；

10、从浇注温度到液相线温度间的收缩；凝固收缩凝固收缩 从液相线到固相线温度间的收缩；从液相线到固相线温度间的收缩；固态收缩固态收缩 从固相线到室温温度间的收缩。从固相线到室温温度间的收缩。合金收缩的影响因素：合金收缩的影响因素：l不同合金的收缩率不同不同合金的收缩率不同 碳钢收缩最大，灰铸铁最小。l不同的浇注温度收缩率不同不同的浇注温度收缩率不同 合金的浇注温度越高，液态收缩越大，形成缩孔的倾向越大。缩孔和缩松的形成及防止缩孔和缩松的形成及防止 铸件在凝固过程中，内部的液态金属不断补充各部金铸件在凝固过程中，内部的液态金属不断补充各部金属的收缩，体积减小，液面下降，在铸件内部属的收缩，体积减小，液

11、面下降，在铸件内部上表面上表面出现出现的空隙称为的空隙称为缩孔缩孔。 铸件在凝固过程中，树枝状枝晶很发达，将液体分隔铸件在凝固过程中，树枝状枝晶很发达，将液体分隔成互相不连通的小区域，导致外部金属液不能进行补缩，成互相不连通的小区域，导致外部金属液不能进行补缩，使枝晶间和枝晶内产生了使枝晶间和枝晶内产生了细小的缩孔即缩松。细小的缩孔即缩松。防止缩孔的措施：防止缩孔的措施：l 设置冒口，使缩孔集中到冒口中，最后切去冒口部分铸造内应力、变形和裂纹铸造内应力、变形和裂纹1. 1.铸造内应力铸造内应力铸造内应力铸造内应力铸件在铸件在进行固态收缩时进行固态收缩时受到阻碍，在铸件受到阻碍，在铸件内部产生的

12、应力内部产生的应力根据应力产生的原因不同，分为根据应力产生的原因不同，分为热应力和收缩应力热应力和收缩应力l热应力热应力是铸件在冷却过程中各部分冷却速度不同导致同一时间收缩量不一致而产生的应力。l收缩应力收缩应力当铸件在冷却过程中收缩不均时会产生当铸件在冷却过程中收缩不均时会产生变形。变形。二、铸铁及其工艺性能二、铸铁及其工艺性能铸铁铸铁是碳的质量分数大于是碳的质量分数大于2.11的铁碳合金的铁碳合金铸铁可分为白口铸铁、麻口铸铁和灰铸铁铸铁可分为白口铸铁、麻口铸铁和灰铸铁l白口铸铁白口铸铁断口呈银白色，性能特征是硬而脆，切削断口呈银白色，性能特征是硬而脆，切削加工很困难。加工很困难。l灰铸铁灰

13、铸铁断口呈灰色，可切削加工，工业上常用。断口呈灰色，可切削加工，工业上常用。l麻口铸铁麻口铸铁介于白口铸铁和灰铸铁之间，应用极少。介于白口铸铁和灰铸铁之间，应用极少。根据灰铸铁中石墨形态的不同，把灰铸铁分为：根据灰铸铁中石墨形态的不同，把灰铸铁分为：普通灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁普通灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁1. 普通灰铸铁普通灰铸铁(习惯上简称灰铸铁习惯上简称灰铸铁)灰铸铁的特性：灰铸铁的特性：l抗拉强度较低，塑性、韧性很差，属脆性材料；抗拉强度较低，塑性、韧性很差，属脆性材料；l具有良好的减振性和耐磨性；具有良好的减振性和耐磨性；l具有良好的铸造性能；具有良好的铸造性能； 常用常用灰铸铁：

14、灰铸铁：普通灰铸铁普通灰铸铁 HT100，HT150，HT200孕育铸铁孕育铸铁 HT200，HT250 ，HT3002. 2. 可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁的特性：可锻铸铁的特性：l具有一定塑性和韧性；具有一定塑性和韧性；l铸造性能较灰铸铁差。铸造性能较灰铸铁差。3. 3. 球磨铸铁球磨铸铁球磨铸铁的特性：球磨铸铁的特性：l力学性能与铸钢相近，特别是屈服强度高力学性能与铸钢相近，特别是屈服强度高 ；l塑性、韧性高于其他铸铁，耐磨性高于钢材；塑性、韧性高于其他铸铁，耐磨性高于钢材；l具有良好的铸造性能。具有良好的铸造性能。牌牌 号号抗拉强度抗拉强度 屈服强度屈服强度 伸长率伸长率 (%)(%)硬度

15、硬度HBSHBS基体组基体组织织应用举例应用举例QT400-18QT400-18QT400-15QT400-15QT450-10QT450-10400400400400450450250250250250310310181815151010130180130180130180130180160210160210铁铁素素体体 汽车和拖拉机底盘汽车和拖拉机底盘零件、轮毂、电动机零件、轮毂、电动机壳、闸瓦、联轴器、壳、闸瓦、联轴器、泵、阀体、法兰等。泵、阀体、法兰等。QT500-7QT500-7QT600-3QT600-35005006006003203203703707 73 3170230170

16、230190270190270铁素体铁素体珠光体珠光体电动机架、传动轴、电动机架、传动轴、直齿轮、链轮、罩壳、直齿轮、链轮、罩壳、托架、连杆、摇臂、托架、连杆、摇臂、曲柄、离合器片等。曲柄、离合器片等。QT700-2QT700-2QT800-2QT800-27007008008004204204804802 22 2225305225305245335245335珠珠光光体体 汽车、拖拉机传动汽车、拖拉机传动齿轮、曲轴、凸轮轴、齿轮、曲轴、凸轮轴、缸体、缸套、转向节缸体、缸套、转向节等。等。QT900-2QT900-29009006006002 2280360280360贝氏体贝氏体三、三、铸

17、钢、铸造非铁合金及其工艺性能铸钢、铸造非铁合金及其工艺性能1. 铸钢及其工艺性能铸钢及其工艺性能 铸钢具有很好的综合力学性能，特别是在承受铸钢具有很好的综合力学性能，特别是在承受冲击载荷时安全可靠。冲击载荷时安全可靠。 常用来制造要求强度高、塑性和韧性好、形状复常用来制造要求强度高、塑性和韧性好、形状复杂的机器零件。杂的机器零件。l可焊性比铸铁好；可焊性比铸铁好；铸造碳钢件的主要化学成分、力学性能及用途铸造碳钢件的主要化学成分、力学性能及用途牌号牌号主要化学成分主要化学成分质量分数质量分数(%)(%)力力 学学 性性 能能用途举例用途举例 工程用工程用铸造碳铸造碳 钢钢C CSiSiMnMnP

18、 PS S S S b b (%)(%) (%)(%)A AKVKV/J/JMPaMPaZG200-400ZG200-4000.20.20.50.50.80.80.040.04200200400400252540403030 有良好的塑性、韧性有良好的塑性、韧性和焊接性能，用于受力和焊接性能，用于受力不大的机械零件，如机不大的机械零件，如机座、变速箱壳等。座、变速箱壳等。ZG230-450ZG230-4500.30.30.50.50.90.90.040.04230230450450222232322525 有一定的强度，用于有一定的强度，用于受力不太大的机械零件，受力不太大的机械零件，如砧座、

19、外壳、轴承盖、如砧座、外壳、轴承盖、阀体等。阀体等。ZG270-500ZG270-5000.40.40.50.50.90.90.040.04270270500500181825252222 有较高的强度，用于有较高的强度，用于机架、连杆、箱体、缸机架、连杆、箱体、缸体、轴承座等。体、轴承座等。ZG310-570ZG310-5700.50.50.60.60.90.90.040.04310310570570151521211515 有高的强度，用于齿有高的强度，用于齿轮、棘轮等，裂纹敏感轮、棘轮等，裂纹敏感性较大。性较大。ZG340-640ZG340-6400.60.60.60.60.90.90.

20、040.043403406406401010181810102. 2. 铸造铜合金及其工艺性能铸造铜合金及其工艺性能 铸造铜合金具有良好的导电性、导热性、耐磨性和耐腐蚀性，主要制作铸造铜合金具有良好的导电性、导热性、耐磨性和耐腐蚀性，主要制作耐腐蚀及耐磨零件。耐腐蚀及耐磨零件。 铸造铜合金可分为铸造铜合金可分为铸造黄铜和铸造青铜铸造黄铜和铸造青铜两大类两大类 合金名称合金牌号主要化学成分(%)铸造方法力 学 性 能应用举例应用举例b/MPa0.2MPa S(%)10-110-1锡青铜锡青铜ZCuSn10P1Sn:9.011.5P:0.51.0余为CuSJ22031013017032 用于耐磨零

21、件，如连用于耐磨零件，如连杆衬套、轴瓦、齿轮、杆衬套、轴瓦、齿轮、蜗轮等。蜗轮等。10-1010-10铅青铜铅青铜ZCuPb10Sn10Pb: 8.011.0P: 0.51.0余为CuSJ1802208014075 轧辊、车辆用轴承、轧辊、车辆用轴承、内燃机双金属轴瓦、活内燃机双金属轴瓦、活塞销套、摩擦片等。塞销套、摩擦片等。3838黄铜黄铜ZCuZn38Cu: 60.063.0余为ZnSJ2952953030 一般结构件和耐蚀零一般结构件和耐蚀零件，如法兰、阀座、支件，如法兰、阀座、支架、手柄、螺母等。架、手柄、螺母等。3.3.铸造铝合金及其工艺性能铸造铝合金及其工艺性能 铸造铝合金具有良好

22、的导电性、导热性和耐腐蚀性，而且铸造铝合金具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，而且密度小、熔点低，在工业生产中应用比较广泛。密度小、熔点低，在工业生产中应用比较广泛。 铸造铝合金分为铸造铝合金分为: : 铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金 几种铝合全的牌号、成分、性能和用途见表几种铝合全的牌号、成分、性能和用途见表2-82.3 2.3 铸件结构工艺性铸件结构工艺性 铸件结构工艺性是指所设计的铸件结构铸件结构工艺性是指所设计的铸件结构:l能保证零件使用性能的要求能保证零件使用性能的要求;l能适应铸造工艺和合金铸造性能的要求。能适应铸造工艺和合金铸造性能的

23、要求。一、铸造工艺对铸件结构的要求一、铸造工艺对铸件结构的要求铸件结构设计是否合理，对铸件质量、铸造成本和铸件结构设计是否合理，对铸件质量、铸造成本和生产率有很大的影响。生产率有很大的影响。从以下从以下3个方面考虑：个方面考虑：外形、外形、1. 铸件外形的设计铸件外形的设计(1) 分型面尽量减少并尽可能为平面分型面尽量减少并尽可能为平面分型面容易使铸件产生错型，影响铸件外形和尺寸精度分型面容易使铸件产生错型，影响铸件外形和尺寸精度尽量避免两个以上的分型面；尽量避免两个以上的分型面；对于机器造型，只允许一个分型面。对于机器造型，只允许一个分型面。 设计铸件侧壁上的凸台、凹槽时，要考虑到起模方便，

24、尽设计铸件侧壁上的凸台、凹槽时，要考虑到起模方便，尽量避免使用活块和型芯。量避免使用活块和型芯。 2.2.铸件内腔的设计铸件内腔的设计 尽量避免不必要的型芯尽量避免不必要的型芯悬臂砂芯悬臂砂芯一体砂芯一体砂芯有支撑砂芯有支撑砂芯悬臂砂芯悬臂砂芯二、合金铸造性能对铸件结构的要求二、合金铸造性能对铸件结构的要求铸件结构的设计应考虑到合金的铸造性能的要求，铸件结构的设计应考虑到合金的铸造性能的要求，避免产生避免产生缩孔、缩松、浇注不足、变形和裂纹缩孔、缩松、浇注不足、变形和裂纹等铸造缺陷。等铸造缺陷。l合理设计铸件壁厚合理设计铸件壁厚从以下从以下5个方面考虑：个方面考虑：2.4 特种铸造特种铸造常用

25、的特种铸造方法有：常用的特种铸造方法有：熔模铸造熔模铸造- -用低熔点摸料制成与用低熔点摸料制成与铸件相同的蜡模铸件相同的蜡模金属型铸造金属型铸造- -金属铸型金属铸型代替砂型代替砂型压力铸造压力铸造- -将液态或半液态金属高速压入铸型，并在将液态或半液态金属高速压入铸型，并在高压高压下凝固下凝固低压铸造低压铸造- -加加低压低压使铸件使铸件凝固凝固离心铸造离心铸造- -用铸件自身的用铸件自身的离心力离心力加压加压砂型铸造主要缺点：砂型铸造主要缺点：生产率低；铸件精度低；表面生产率低；铸件精度低；表面粗糙；内部缺陷较多；质量差；力学性能不高等。粗糙；内部缺陷较多；质量差；力学性能不高等。特种铸造特种铸造: : 砂型铸造砂型铸造以外的以外的其他铸造方法其他铸造方法 可克服或减少砂型铸造的缺陷可克服或减少砂型铸造的缺陷后后3种都属于种都属于压力铸造压力铸造复复 习习 思思 考考 题题2-1 2-1 砂型铸造的型砂由哪些物质组成？型砂的基本性能要求有哪些？砂型铸造的型砂由哪些物质组成？型砂的基本性能要求有哪些？2-2 2-2 手工造型和机器造型的各种造型方法各有什么特点？手工造型和机器造型的各种造型方法各有什么特点？2-3 2-3 铸件浇注位置