第2章 铸造成形

1、机械制造基础张荣 副教授教学目标本课程是高等学校机械类、近机类专业必修的以工艺为主的综合性技术基础课。通过本课程的学习，应使学生 （1）基本掌握常用工程材料的选择及性能（2）基本掌握常用热加工成型技术和冷加工（金属切削）工艺的基础知识（3）基本掌握机械加工工艺的基础知识通过本课程的学习，使学生在机械制造工艺方面具有初步的选择能力。如合理选用材料，选择相关加工的工艺方法，制订简单的工艺规程，为将来从事相关生产技术工作奠定必要的基础，同时也起到承前启后的作用，为学习其后续专业课打下必不可少的基础。 教学要求教学要求（1）掌握常用工程材料的性能及选择；基本掌握各种热加工和冷冲压方法的实质、工艺特点、

2、应用范围和影响产品质量的因素；（2）初步掌握毛坯和零件的结构工艺性，并具有初步设计毛坯和零件结构的能力；（3）具有选择简单毛坯和零件的加工方法和制订工艺规程的初步能力；（4）初步掌握最基本的机械切削加工方法的实质、工艺过程、工艺特点和应用范围；（5）初步掌握零件的加工方法和加工方案选择；（6）了解主要加工方法所用的设备、刀具、简单夹具的基本结构和使用范围。课程特点和学习方法 1、同生产实际紧密相关，适当参观或实践 2、内容丰富，综合性强，善于全局把握 3、实际生产中应用灵活性大，因地制宜选择最佳方案。第第2 2章章 铸造成形铸造成形 2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 铸件成形理论基础铸件

3、成形理论基础2.3 2.3 造型方法造型方法 2.4 2.4 铸造工艺分析铸造工艺分析 2.5 2.5 特种铸造特种铸造2.6 2.6 常用铸造方法的比较常用铸造方法的比较返回返回2.7 2.7 铸造新工艺新技术简介铸造新工艺新技术简介2.82.8 铸造技术的发展趋势铸造技术的发展趋势返回返回结合你在金工实习中的实践体会，谈谈：结合你在金工实习中的实践体会，谈谈：1.1. 什么是铸造？什么是铸造？2.2. 你获得了哪些铸造经验？你获得了哪些铸造经验？司母戊鼎器型高大厚司母戊鼎器型高大厚重，故又称司母戊大重，故又称司母戊大方鼎，高方鼎，高133133厘米、厘米、口长口长110110厘米、口宽厘米

4、、口宽7979厘米、重厘米、重832.84832.84千千克，鼎腹长方形，上克，鼎腹长方形，上竖两只直耳（发现时竖两只直耳（发现时仅剩一耳，另一耳是仅剩一耳，另一耳是后来据另一耳复制补后来据另一耳复制补上），上有虎噬人图上），上有虎噬人图案，下有四根圆柱形案，下有四根圆柱形鼎足，是中国目前已鼎足，是中国目前已发现的最重的青铜器。发现的最重的青铜器。该鼎是商王祖庚或祖该鼎是商王祖庚或祖甲为祭祀其母所铸。甲为祭祀其母所铸。 明朝永乐大钟用青明朝永乐大钟用青铜铸成，高铜铸成，高6.946.94米，米，钟口直径钟口直径3.33.3米，钟米，钟腰最薄处为腰最薄处为9494毫米，毫米，钟唇最厚处为钟唇最厚

5、处为185185毫毫米，重量达到惊人米，重量达到惊人的的46.546.5吨！它不但吨！它不但形体巨大，而且造形体巨大，而且造型精美，历时型精美，历时50O50O多多年，至今仍音响圆年，至今仍音响圆润宏亮，钟声可传润宏亮，钟声可传四五十公里，余音四五十公里，余音达达2 2分钟之久。分钟之久。 铸造铸造：将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应：将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。铸造是生产机器零件毛坯的主毛坯或零件的方法。铸造是生产机器零件毛坯的主要方法之一，其实质是液态金属逐步冷却凝固成形

6、。要方法之一，其实质是液态金属逐步冷却凝固成形。 铸造的优点铸造的优点：1）可以铸出内腔、外形很复杂的毛坯；）可以铸出内腔、外形很复杂的毛坯；2）工艺灵活性大。几乎各种合金、各种尺寸、形状、）工艺灵活性大。几乎各种合金、各种尺寸、形状、重量和数量的铸件都能生产；重量和数量的铸件都能生产；3）成本较低。原材料来源广泛，价格低廉。）成本较低。原材料来源广泛，价格低廉。 2.1 2.1 概述概述铸造的缺点：铸造的缺点： 2 2）铸件的机械性能较低。）铸件的机械性能较低。 3 3）铸造工序多，难以精确控制，是铸件质量不够稳定。）铸造工序多，难以精确控制，是铸件质量不够稳定。 4 4）劳动条件较差）劳动

7、条件较差, ,劳动强度较大。劳动强度较大。 1 1）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、 气孔等缺陷。气孔等缺陷。 机床、内燃机、重型机器机床、内燃机、重型机器机机 械械 类类 别别风机、压缩机风机、压缩机拖拉机拖拉机农业机械农业机械汽车汽车 %70-9060-8050-70 40-7020-30表表2-1 各类机械工业中铸件重量比各类机械工业中铸件重量比 铸造在机械制造业中应用十分广泛，在各种类型的铸造在机械制造业中应用十分广泛，在各种类型的机器设备中铸件占很大比重。如表机器设备中铸件占很大比重。如表2-1所示。所示。图图2- -1

8、砂型铸造流程图砂型铸造流程图 2.2 2.2 铸件成形理论基础铸件成形理论基础液态金属充满铸型，获得尺寸精确、轮廓清晰的铸件，取液态金属充满铸型，获得尺寸精确、轮廓清晰的铸件，取决于决于充型能力充型能力。充型能力首先取决于金属液本身的流动能力（用下图螺旋充型能力首先取决于金属液本身的流动能力（用下图螺旋式样测得），同时又受铸型性质、浇注条件及铸件结构等式样测得），同时又受铸型性质、浇注条件及铸件结构等因素的影响。（铸铁最好，硅黄铜和铝硅合金次之、铸钢因素的影响。（铸铁最好，硅黄铜和铝硅合金次之、铸钢最差）最差）影响充型能力的因素，影响充型能力的因素，如表如表2-22-2所示。所示。2.2.1

9、2.2.1 金属的充型金属的充型 螺旋形标准试样表表2- -2 影响充型能力的因素和原因影响充型能力的因素和原因序号序号影响因素影响因素定定 义义影影 响响 原原 因因1 1合金的流动合金的流动性性 液态金属本身的流液态金属本身的流动能力动能力流动性好，易于浇出轮廓清晰，薄而复杂流动性好，易于浇出轮廓清晰，薄而复杂的铸件；有利于非金属夹杂物和气体的上的铸件；有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除；易于对铸件的收缩进行补缩浮和排除；易于对铸件的收缩进行补缩2 2浇注温度浇注温度浇注时金属液的温浇注时金属液的温度度浇注温度愈高，充型能力愈强浇注温度愈高，充型能力愈强3 3充型压力充型压力金属液体在流

10、动方金属液体在流动方向上所受的压力向上所受的压力压力愈大，充型能力愈强。但压力过大或压力愈大，充型能力愈强。但压力过大或充型速度过高时，会发生喷射、飞溅和冷充型速度过高时，会发生喷射、飞溅和冷隔现象隔现象4 4铸型中的气铸型中的气体体浇注时因铸型发气浇注时因铸型发气而形成在铸型内的而形成在铸型内的气体气体能在金属液与铸型间产生气膜，减小摩擦能在金属液与铸型间产生气膜，减小摩擦阻力，但发气太大，铸型的排气能力又小阻力，但发气太大，铸型的排气能力又小时，铸型中的气体压力增大，阻碍金属液时，铸型中的气体压力增大，阻碍金属液的流动的流动5 5铸型的蓄热铸型的蓄热系数系数铸型从其中的金属铸型从其中的金属

11、吸取并存储在本身吸取并存储在本身中热量的能力中热量的能力蓄热系数愈大，铸型的激冷能力就愈强，蓄热系数愈大，铸型的激冷能力就愈强，金属液于其中保持液态的时间就愈短，充金属液于其中保持液态的时间就愈短，充型能力下降型能力下降表表2- -2 影响充型能力的因素和原因影响充型能力的因素和原因序号序号影响因素影响因素定定 义义影影 响响 原原 因因6 6铸型温度铸型温度铸型在浇注时的温铸型在浇注时的温度度温度愈高，液态金属与铸型的温差就愈温度愈高，液态金属与铸型的温差就愈小，充型能力愈强小，充型能力愈强7 7浇注系统的浇注系统的结构结构各浇道的结构复杂各浇道的结构复杂情况情况结构愈复杂，流动阻力愈大，充

12、型能力愈结构愈复杂，流动阻力愈大，充型能力愈差差8 8铸件的折算铸件的折算厚度厚度铸件体积与表面积铸件体积与表面积之比之比折算厚度大，散热慢，充型能力好折算厚度大，散热慢，充型能力好9 9铸件复杂程铸件复杂程度度铸件结构复杂状况铸件结构复杂状况结构复杂，流动阻力大，铸型充填困难结构复杂，流动阻力大，铸型充填困难图图2-6 铸造合金收缩过程示意图铸造合金收缩过程示意图I液态收缩液态收缩 II凝固收缩凝固收缩 III固态收缩固态收缩 a) 合金状态图合金状态图 b) 一定温度范围合金一定温度范围合金 c) 共晶合金共晶合金1）收缩）收缩：合金从液态冷却至常温的过程中，体积或尺寸缩合金从液态冷却至常

13、温的过程中，体积或尺寸缩小的现象。通常用体收缩率或线收缩率来表示。小的现象。通常用体收缩率或线收缩率来表示。 2.2.2 2.2.2 合金的收缩合金的收缩1、合金的收缩及影响因素、合金的收缩及影响因素 合金的收缩过程可分为三个阶段：如图合金的收缩过程可分为三个阶段：如图2-6所示。所示。 a) b) c)（1 1）液态收缩）液态收缩 指合金从浇注温度冷却到液相线温度过程指合金从浇注温度冷却到液相线温度过程中的收缩。中的收缩。（2 2）凝固收缩）凝固收缩 指合金在液相线和固相线之间凝固阶段的指合金在液相线和固相线之间凝固阶段的收缩。结晶温度范围越大，收缩率越大。收缩。结晶温度范围越大，收缩率越大

14、。液态和凝固收缩时液态和凝固收缩时金属液体积缩小，是形成缩孔和缩松的基本原因。金属液体积缩小，是形成缩孔和缩松的基本原因。 （3 3）固态收缩）固态收缩 指合金从固相线温度冷却到室温时的收指合金从固相线温度冷却到室温时的收缩。用线收缩率表示，它对铸件形状和尺寸精度影响很大，缩。用线收缩率表示，它对铸件形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因 。1 1）收缩）收缩体收缩：体收缩：合金从液态冷却到固相线的体积改变量。合金从液态冷却到固相线的体积改变量。线收缩：线收缩：合金从固相线冷却到常温的线尺寸改变量。合金从固相线冷却到常温的线

15、尺寸改变量。包括下面三个阶段：包括下面三个阶段：%100)(%10010010vttVVVV%100)(%10010010lttllll 2 2）影响收缩的因素：）影响收缩的因素：1）化学成分）化学成分 铸铁中铸铁中C，Si增加，收缩减小，增加，收缩减小，S增加，收缩增加，适量增加，收缩增加，适量MnS抵消阻碍，收缩减小，抵消阻碍，收缩减小，Mn过多，收缩增大过多，收缩增大;2）浇注温度越高）浇注温度越高 过热度越大，收缩越大过热度越大，收缩越大;3）铸件结构和铸型条件）铸件结构和铸型条件 铸件结构造成各部分冷却速度不同，产生内部应力阻碍铸件结构造成各部分冷却速度不同，产生内部应力阻碍收缩；铸

16、型和型芯产生机械阻力。收缩；铸型和型芯产生机械阻力。 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩 l在铸件凝固过程中，其断面上一般存在三个区域，即固相区、凝固区和液相区。l对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的凝固区的宽窄。铸件的“凝固方式”就是依据凝固区的宽窄来划分的,如图所示。l三种凝固方式： 逐层凝固、糊状凝固和中间凝固。l影响铸件凝固方式的主要因素有合金的结晶温度范围和铸件的温度梯度 。 机械制造基础 高职高专 ppt 课件铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩 表层 中心 表层 中心 表层 中心温度温度温度成分(a) (b) (c)t铸件件t铸件件t铸件件铸件的凝固方式铸件的凝固方式(a)逐层凝

17、固 (b)中间凝固 (c)糊状凝固温度固相线液相线机械制造基础 高职高专 ppt 课件3) 3) 缩孔及缩松缩孔及缩松铸件凝固结束后常常在某些部位铸件凝固结束后常常在某些部位出现孔洞，大而集中的孔洞称为出现孔洞，大而集中的孔洞称为缩孔缩孔，细小而分散的孔洞称为，细小而分散的孔洞称为缩缩松松。A A：合金液态收缩和凝固收缩愈大合金液态收缩和凝固收缩愈大( (如铸钢、白口铸铁、铝青铜等如铸钢、白口铸铁、铝青铜等) )，收缩的容积就愈大，愈易形成缩收缩的容积就愈大，愈易形成缩孔。孔。B B：合金浇注温度愈高合金浇注温度愈高，液态收缩，液态收缩也愈大也愈大( (通常每提高通常每提高100 100 ，体

18、积，体积收缩增加收缩增加1.6%1.6%左右左右) )，愈易产生缩，愈易产生缩孔。纯金属或共晶成分的合金，孔。纯金属或共晶成分的合金，易形成集中的缩孔；结晶间隔大易形成集中的缩孔；结晶间隔大的合金，易产生缩松。的合金，易产生缩松。图图2-7 2-7 相图与缩孔、缩松和相图与缩孔、缩松和铸件致密性的关系铸件致密性的关系 缩孔形成过程示意图a)填充铸型 b) 凝固 c) 收缩 d) 缩孔 e) 轮廓尺寸减小 a) b) c) d) e)浇口 缩松形成过程示意图凝固前沿同时凝固区缩松a) b) c)3) 3) 缩孔及缩松形成过程示意图缩孔及缩松形成过程示意图宏观缩松和显微缩松4）防止产生缩孔和缩松的

19、方法）防止产生缩孔和缩松的方法防止缩孔和缩松的基本原则是：防止缩孔和缩松的基本原则是：采用合理的工艺条件，采用合理的工艺条件，使缩松转化为缩孔，并使缩孔移至冒口中。使缩松转化为缩孔，并使缩孔移至冒口中。图图2-8 2-8 定向凝固方式定向凝固方式铸造应力铸造应力: :铸件的固态收缩受到阻碍而引起的内应力。可铸件的固态收缩受到阻碍而引起的内应力。可分为热应力、收缩应力；分为热应力、收缩应力；热阻碍热阻碍：铸件各部分由于冷却速度不同，收缩量不同而铸件各部分由于冷却速度不同，收缩量不同而引起的阻碍引起的阻碍, ,由由其引起的应力称其引起的应力称热应力热应力。机械阻碍机械阻碍：铸型、型芯对铸件收缩的阻

20、碍：铸型、型芯对铸件收缩的阻碍, ,由由其引起的应其引起的应力称力称机械应力（收缩应力）机械应力（收缩应力）。思考：有些应力是临时应力，有些是残留应力。分析上思考：有些应力是临时应力，有些是残留应力。分析上述两种是属于何种应力？述两种是属于何种应力？ 2 2、铸造应力、铸造应力 2 2）收缩应力）收缩应力：由机械阻碍产生，一般都是拉应力，在形：由机械阻碍产生，一般都是拉应力，在形成应力的原因消除时，应力也随之消除。但如果临时拉成应力的原因消除时，应力也随之消除。但如果临时拉应力和残留热应力同时作用在某瞬间超过铸件的强度极应力和残留热应力同时作用在某瞬间超过铸件的强度极限时，铸件将产生限时，铸件

21、将产生裂纹裂纹。如图。如图2-42-4所示。所示。 图图2-9 2-9 法兰收缩受机械阻碍法兰收缩受机械阻碍2. 铸件的裂纹（1）热裂：l热裂是铸件在凝固后期，在接近固相线的高温下形成的。热裂的形状特征是：裂纹短，缝隙宽，形状弯曲，缝内呈氧化色。l 防止热裂的措施有：尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。合理设计浇道冒口。对于铸钢件和铸铁件，严格控制硫的含量，防止热脆性。（2）冷裂：l 冷裂是在较低温度下，由于热应力和收缩应力的综合作用，铸件内应力超过合金的强度极限而产生的。l 冷裂多出现在铸件受拉应力的部位，尤其是具有应力集中处。 l 冷裂的特征是

22、：裂纹细小，成连续直线状，缝内有金属光泽或金属氧化色。凡是减小铸件内应力或减低合金脆性的因素均能防止冷裂。3 3）减小和消除铸造应力的措施）减小和消除铸造应力的措施（1 1）合理设计铸件结构合理设计铸件结构。尽量避免牵制收缩的结构，如壁。尽量避免牵制收缩的结构，如壁厚均匀，壁之间连接均匀等。厚均匀，壁之间连接均匀等。 （2 2）选用较好的造型工艺选用较好的造型工艺：改善铸型、型芯的退让性，合：改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇口、冒口。理设置浇口、冒口。（3 3）采用合适的铸造工艺采用合适的铸造工艺：符合同时凝固的原则。如图：符合同时凝固的原则。如图2-2-5 5所示，各部分温差小，不易产生热

23、应力。主要用于收缩较所示，各部分温差小，不易产生热应力。主要用于收缩较小的普通灰铸铁、结晶范围大，不易实现冒口补缩，对气小的普通灰铸铁、结晶范围大，不易实现冒口补缩，对气密性要求不高的锡青铜铸件等。密性要求不高的锡青铜铸件等。（4 4）去应力退火去应力退火。图图2- -10同时凝固原则同时凝固原则3 3、铸件的变形、铸件的变形残留铸造应力超过铸件材料的屈服极限时产生的翘曲变形残留铸造应力超过铸件材料的屈服极限时产生的翘曲变形。如图如图2-11所示的框架铸件，图所示的框架铸件，图2-12的的T型梁，当刚度不够时，型梁，当刚度不够时，将产生如图所示的变形。将产生如图所示的变形。图图2-11 框架铸

24、件的变形框架铸件的变形图图2-12 T型梁的变形型梁的变形思考题：思考题：1、何谓合金的铸造性能？它可以用那些性能来衡量？铸、何谓合金的铸造性能？它可以用那些性能来衡量？铸造性能不好，会引起哪些缺陷？造性能不好，会引起哪些缺陷？2 2、试分析图、试分析图2-132-13所示铸件：所示铸件：1 1）那些是自由收缩，哪些是）那些是自由收缩，哪些是受阻收缩？受阻收缩？2 2）受阻收缩的铸件形成哪一类铸造应力？）受阻收缩的铸件形成哪一类铸造应力？3 3）图示各点应力属什么性质（拉应力、压应力）？图示各点应力属什么性质（拉应力、压应力）？ 图图2-13 砂型铸造是应用最广的铸造方法，约占总产量的砂型铸造

25、是应用最广的铸造方法，约占总产量的80%以以上，其基本工艺过程如下：上，其基本工艺过程如下： 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2.3 2.3 造型方法造型方法 造型和制芯是砂型铸造最基本的工序，按照紧实型砂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。和

26、起模的方法，可分为手工造型和机器造型两大类。1、手工造型：、手工造型：全部用手工或手动工具完成的造型。全部用手工或手动工具完成的造型。手工造手工造型特点：操作灵活，工艺装备（模样、芯盒、砂箱）简单，型特点：操作灵活，工艺装备（模样、芯盒、砂箱）简单，生产准备时间短，适应性强，可用于各种大小形状的铸件。生产准备时间短，适应性强，可用于各种大小形状的铸件。缺点是对工人技术水平要求较高，生产率低，劳动强度大，缺点是对工人技术水平要求较高，生产率低，劳动强度大，铸件质量不稳定。用于单件、小批生产。铸件质量不稳定。用于单件、小批生产。2 2、常用手工造型特点及应用、常用手工造型特点及应用 手工造型按手工

27、造型按模样特征模样特征可分为：整模造型，分模造型、可分为：整模造型，分模造型、活块造型、挖砂造型、假箱造型、刮板造型；按活块造型、挖砂造型、假箱造型、刮板造型；按砂箱特征砂箱特征分：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型。具体特分：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型。具体特点及应用见表点及应用见表2-22-2 。2.3.1 2.3.1 手工造型手工造型为省却挖砂操作，在造型前特制一为省却挖砂操作，在造型前特制一个底胎，然后在底胎上造下箱；底个底胎，然后在底胎上造下箱；底胎可多次使用，不参与浇注。胎可多次使用，不参与浇注。表表2-2 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

28、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，型腔在一个整体模，平面分型面，型腔在一个砂箱内；造型简单，铸件精度表面砂箱内；造型简单，铸件精度表面质量较好。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。于上、下两个砂箱，造型简便。挖砂造型挖砂造型假箱造型假箱造型最大截面位于最大截面位于一端并为平一端并为平面面的简单铸件的单件、小的简单铸件的单件、小批生产。批生产。最大截面在最大截面在中部中部，一般为，一般为对称性对称性铸件，如套、管、铸件，如套、管、阀类零件单件、小批生产。阀类零件单件、小批

29、生产。模样为整体，但分型面不是平面，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，造型时手工挖去阻碍取模的型砂，生产率低，技术水平高。生产率低，技术水平高。分型面不是平面分型面不是平面的铸件的的铸件的单件、小批生产。单件、小批生产。分型面不是平面分型面不是平面的铸件的的铸件的成批生产。成批生产。活块造型活块造型对铸件上妨碍起模的小部分做成活对铸件上妨碍起模的小部分做成活动部分，起模时先取出主体部分，动部分，起模时先取出主体部分，再取出活动部分。再取出活动部分。用于妨碍起模部分的铸件用于妨碍起模部分的铸件的单件、小批生产。的单件、小批生产。采用活动砂箱造型，合型后脱出砂采用活动砂箱

30、造型，合型后脱出砂箱。箱。续续 表表2-2 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刮板造型刮板造型用刮板代替模样造型。节约木材，用刮板代替模样造型。节约木材，缩短生产周期，生产率低，技术水缩短生产周期，生产率低，技术水平高，精度较差。平高，精度较差。两箱造型两箱造型铸型由上型和下型构成，各类模样，铸型由上型和下型构成，各类模样，操作方便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用于等截面或回转体大中型铸件的单件、小批生产。型铸件的单件、小批生产。最基本的造型方法最基本的造型方法。各种。各种铸型，各种批量。铸型

31、，各种批量。铸件两端截面尺寸比中间大，必须铸件两端截面尺寸比中间大，必须有两个分型面。有两个分型面。主要用于主要用于手工造型手工造型，具两，具两个分型面的铸件的单件、个分型面的铸件的单件、小批生产。小批生产。由于小铸件的生产。由于小铸件的生产。地坑造型地坑造型在地面砂床中造型，不用砂箱或只在地面砂床中造型，不用砂箱或只用上箱。用上箱。用于要求不高的中、大型用于要求不高的中、大型铸件的单件、小批生产。铸件的单件、小批生产。3 3、两箱造型、两箱造型 1 1）两箱整模造型）两箱整模造型整模造型整模造型整模造型整模造型分模造型分模造型分模造型分模造型挖砂造型挖砂造型挖砂造型挖砂造型假箱造型假箱造型三

32、箱造型三箱造型三箱造型三箱造型 机器造型：用机器全部或至少完成紧砂操作的造型。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，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，铸件质量也好。但设备和工艺装备费用高，型腔轮廓清晰，铸件质量也好。但设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长，适于中小铸件的成批或大量生产。生产准备时间较长，适于中小铸件的成批或大量生产。 2.3.1 2.3.1 机器造型机器造型1. 1. 气动微振压实造型气动微振压实造型气动微振压实造型是采用振动（频率气动微振压实造型是采用振动（频率150500Hz，振，

33、振幅幅2580mm）压实微振（频率）压实微振（频率4003000Hz，振，振幅幅510mm）紧实型砂的。气动微振压实造型的特点为：）紧实型砂的。气动微振压实造型的特点为：(1)(1)紧实效果好。可在压实同时进行微振，从而促进型砂流动，紧实效果好。可在压实同时进行微振，从而促进型砂流动，获得紧实度较高且均匀的砂型；获得紧实度较高且均匀的砂型； (2)(2)工作适应性强。可根据铸件形状特点选择不同的紧实方式；工作适应性强。可根据铸件形状特点选择不同的紧实方式； (3)(3)生产率较高。达到适宜的砂型紧实度所需的时间较短。生产率较高。达到适宜的砂型紧实度所需的时间较短。(4)(4)对机器地基要求较低

34、。对机器地基要求较低。该法的缺点是振击噪音大，砂箱、模板的定位销和销套磨损该法的缺点是振击噪音大，砂箱、模板的定位销和销套磨损较快。较快。多触头高压造型通常也配备气多触头高压造型通常也配备气动微振装置，以便增加工作适动微振装置，以便增加工作适应能力。应能力。 多触头高压造型辅机多，砂箱多触头高压造型辅机多，砂箱数量大，造价高，适用于各种数量大，造价高，适用于各种形状的中小铸件大批量生产。形状的中小铸件大批量生产。 2.2.多触头高压造型多触头高压造型图图2- -14多触头高压造型多触头高压造型3.3.垂直分型无箱造型垂直分型无箱造型 在造型、下芯、合型及浇注过程中，铸型的分型面呈垂在造型、下芯

35、、合型及浇注过程中，铸型的分型面呈垂直状态直状态( (垂直于地面垂直于地面) )的无箱造型法称为垂直分型无箱造的无箱造型法称为垂直分型无箱造型。型。其工艺过程如图其工艺过程如图2-152-15所示，由射砂、压实、起模所示，由射砂、压实、起模、合、合型、起模型、起模 、关闭造型室等过程所组成。、关闭造型室等过程所组成。图图2-15 DISA2-15 DISA垂直分型无箱造型机工艺过程垂直分型无箱造型机工艺过程 垂直分型无箱造型工艺的优点是：垂直分型无箱造型工艺的优点是：(1) (1) 采用射砂填砂又经高压压实采用射砂填砂又经高压压实 砂型硬度高且均匀、铸砂型硬度高且均匀、铸件尺寸精确、表面粗糙度

36、值低。件尺寸精确、表面粗糙度值低。(2) (2) 无需砂箱无需砂箱 节约了有关砂箱的一切费用。节约了有关砂箱的一切费用。(3) (3) 一块砂型两面成形一块砂型两面成形 既节约型砂，生产率又高。既节约型砂，生产率又高。(4) (4) 可使造型、浇注、冷却、落砂等设备组成简单的直线可使造型、浇注、冷却、落砂等设备组成简单的直线系统，占地省。系统，占地省。将造型机和其它辅机（翻转机、下芯机、合型机、压铁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）按造铸造工艺流程，用运输设备（铸型机、落砂机等）按造铸造工艺流程，用运输设备（铸型输送机或辊道）联系起来，组成一套机械化、自动化铸输送机

37、或辊道）联系起来，组成一套机械化、自动化铸造生产系统。造生产系统。如图如图2-222-22所示。所示。 2.3.3 2.3.3 造型生产线造型生产线图图2-16 自动造型生产线自动造型生产线1卸箱机卸箱机 2移箱机移箱机 3、13落砂落砂 4下箱自动造型机下箱自动造型机 5刷砂刷刷砂刷6平车平车 7放箱机放箱机 8翻转机翻转机 9合型机合型机 10辊道辊道 11换模小车换模小车12上箱自动造型机上箱自动造型机 14铸型铸型 15浇注工段浇注工段 16输送带输送带思考题：思考题：1、手工造型常用哪几种造型方法，各适用于何种零件？、手工造型常用哪几种造型方法，各适用于何种零件？2、机器造型有何优缺

38、点，有哪几种紧砂方法、起模方法？、机器造型有何优缺点，有哪几种紧砂方法、起模方法？2.4 2.4 铸造工艺分析铸造工艺分析2.4.1 2.4.1 浇注位置和分型面的确定浇注位置和分型面的确定1. 1. 浇注位置选定原则浇注位置选定原则浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。(1)(1)铸件的重要加工面或主要工作面应朝下或位于侧面，铸件的重要加工面或主要工作面应朝下或位于侧面，如图如图2-172-17所示。所示。图图2-17 2-17 主要工作面朝下原则主要工作面朝下原则(2)(2)铸件的大平面尽可能朝下或采用倾斜浇注。铸件的大平面尽可能朝下或采用倾斜

39、浇注。图图2-18 2-18 大平面朝上引起夹渣缺陷大平面朝上引起夹渣缺陷 (3)(3)尽量将铸件大面积的薄壁部分放在铸型的下部或垂直、尽量将铸件大面积的薄壁部分放在铸型的下部或垂直、倾斜的位置。倾斜的位置。图图2-19 2-19 大面积薄壁铸件浇注位置大面积薄壁铸件浇注位置(4)(4)热节处应位于分型面附近的上部或侧面热节处应位于分型面附近的上部或侧面 容易形成缩孔容易形成缩孔的铸件的铸件( (如铸钢、球墨铸铁、可锻铸铁、黄铜如铸钢、球墨铸铁、可锻铸铁、黄铜) )浇注时应浇注时应把厚的部位放在分型面附近的上部或侧面，以便安放冒把厚的部位放在分型面附近的上部或侧面，以便安放冒口，实现定向凝固，

40、进行补缩。口，实现定向凝固，进行补缩。图图2-20 2-20 支架的浇注位置支架的浇注位置(5)(5)便于型芯的固定和排气，能减少型芯的数量。便于型芯的固定和排气，能减少型芯的数量。图图2-17 2-17 便于型芯固定和减少型芯的浇注位置便于型芯固定和减少型芯的浇注位置 分型面分型面：指分开铸型便于取模的结合面。它决定了：指分开铸型便于取模的结合面。它决定了铸件在造型时的位置。通常造型位置和浇注位置一致。铸件在造型时的位置。通常造型位置和浇注位置一致。分型面对铸件质量及铸造工艺有很大影响。分型面对铸件质量及铸造工艺有很大影响。应考虑以下应考虑以下原则：原则：（1）分型面应选在铸件的最大截面处，

41、保证模样能从型）分型面应选在铸件的最大截面处，保证模样能从型腔中顺利取出；腔中顺利取出；（2 2）应使铸件有最少的分型面，并尽量做到只有一个分）应使铸件有最少的分型面，并尽量做到只有一个分型面；型面；2. 2. 分型面的选择原则分型面的选择原则图图2-18 2-18 外芯减少分型面外芯减少分型面图图2-19 2-19 减少活块和型芯的分型方案减少活块和型芯的分型方案2525（3 3）应使型芯和活块数量尽量减少；）应使型芯和活块数量尽量减少；2626图图2-20_1 2-20_1 使铸件全部或大部分放在同一砂型使铸件全部或大部分放在同一砂型（4 4）应使铸件全部或大部分放在同一砂型，否则错型时易

42、）应使铸件全部或大部分放在同一砂型，否则错型时易造成尺寸偏差，如图造成尺寸偏差，如图2-20_12-20_1所示。所示。2626（5 5）应尽量使加工基准面与大部分加工面在同一砂型内）应尽量使加工基准面与大部分加工面在同一砂型内 以使铸件的加工精度得以保证，如图以使铸件的加工精度得以保证，如图2-20_22-20_2所示。所示。图图2-20_22-20_2 尽量使加工基准面与大部分加工面尽量使加工基准面与大部分加工面在同一砂型内在同一砂型内 2727（6 6）应尽量使型腔及主要型芯位于下型）应尽量使型腔及主要型芯位于下型 以便于造型、下芯、以便于造型、下芯、合型及检验。但下箱型腔也不宜过深合型

43、及检验。但下箱型腔也不宜过深( (否则不宜起模、安放型否则不宜起模、安放型芯芯) )，并力求避免吊芯和大的吊砂，图，并力求避免吊芯和大的吊砂，图2-21_12-21_1。图图2-21_12-21_1尽量使型腔及主要型芯位于下型尽量使型腔及主要型芯位于下型 图图2-21_2 2-21_2 尽量使用平直分型面尽量使用平直分型面 2828（7 7）应尽量使用平直分型面，以简化模具制造及造型工艺，）应尽量使用平直分型面，以简化模具制造及造型工艺，避免挖砂，如图避免挖砂，如图2-21_22-21_2所示。所示。2828（8 8）应尽量使铸型总高度为最低。这样不仅节约型砂，）应尽量使铸型总高度为最低。这样

44、不仅节约型砂，而且还能减轻工作量，对机器造型有较大的经济意义。而且还能减轻工作量，对机器造型有较大的经济意义。2.4.2 2.4.2 浇注系统的确定浇注系统的确定1.1.浇注系统的组成及作用浇注系统的组成及作用浇口杯（盆）：缓解对砂型冲击浇口杯（盆）：缓解对砂型冲击直浇道：改善合金充型能力直浇道：改善合金充型能力横浇道：一般开在分型面上横浇道：一般开在分型面上内浇道：与型腔相连内浇道：与型腔相连28282.2.浇注系统的类型浇注系统的类型 2.4.3 2.4.3 型芯的形式型芯的形式2.4.4 2.4.4 主要工艺参数的确定主要工艺参数的确定1.1.铸件尺寸公差铸件尺寸公差铸件尺寸公差取决于铸

45、件设计要求的精度、机械加工要铸件尺寸公差取决于铸件设计要求的精度、机械加工要求、铸件大小和批量、采用的铸造合金种类、铸造设备及求、铸件大小和批量、采用的铸造合金种类、铸造设备及工装、铸造工艺方法等。工装、铸造工艺方法等。铸件公差等级由低向高递增方向为：铸件公差等级由低向高递增方向为：砂型手工造型砂型手工造型砂型机器造型及壳型铸造砂型机器造型及壳型铸造金属型铸造金属型铸造低压铸造低压铸造压力铸造压力铸造熔模铸造。熔模铸造。2.2.铸件质量公差铸件质量公差 铸件质量公差是以占铸件公称质量的百分比为单位的铸铸件质量公差是以占铸件公称质量的百分比为单位的铸件质量变动的允许范围。它取决于铸件公称质量件质

46、量变动的允许范围。它取决于铸件公称质量( (包括机包括机械加工余量和其他工艺余量械加工余量和其他工艺余量) )、生产批量、采用的铸造合、生产批量、采用的铸造合金种类及铸造工艺方法等因素。铸件质量公差金种类及铸造工艺方法等因素。铸件质量公差(MT)(MT)分为分为1616级，各级公差数值见级，各级公差数值见GB/T 11351-1989GB/T 11351-1989。公差等级由低。公差等级由低向高方向同尺寸公差。向高方向同尺寸公差。29293.3.铸件加工余量铸件加工余量铸件需要加工的表面都要留加工余量铸件需要加工的表面都要留加工余量(MA)(MA)。加工余量数值。加工余量数值根据选择的铸造方法

47、、合金种类、生产批量和铸件基本尺根据选择的铸造方法、合金种类、生产批量和铸件基本尺寸大小来确定，其等级由精到粗分为寸大小来确定，其等级由精到粗分为A A、B B、C C、D D、E E、F F、G G、H H、和、和J J共共9 9个等级，与铸件尺寸公差配合使用。铸件顶面需个等级，与铸件尺寸公差配合使用。铸件顶面需比底面、侧面的加工余量等级降级选用。比底面、侧面的加工余量等级降级选用。3030铸造收缩率铸造收缩率K K定义如下：定义如下：件件模100LLLK式中：式中： L L模模模样尺寸；模样尺寸； L L件件铸件尺寸。铸件尺寸。 铸造收缩率主要取决于合金的种类，同时与铸件的结构、铸造收缩率

48、主要取决于合金的种类，同时与铸件的结构、大小、壁厚及收缩时受阻碍情况有关。大小、壁厚及收缩时受阻碍情况有关。4.4.铸造收缩率铸造收缩率3131为了起模方便又不损坏砂型，凡垂直于分型面的壁上留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，如图有起模斜度，如图2-282-28所示。所示。5.5.铸型模样起模斜度铸型模样起模斜度 图图2-28 2-28 铸型起模斜度铸型起模斜度31316.6.最小铸出孔最小铸出孔( (不铸孔不铸孔) )和槽和槽 铸件中较大的孔、槽应当铸出，以减少切削量和热节，提铸件中较大的孔、槽应当铸出，以减少切削量和热节，提高铸件力学性能。较小的孔和槽不必铸出，留

49、待以后加工高铸件力学性能。较小的孔和槽不必铸出，留待以后加工更为经济。当孔深与孔径比更为经济。当孔深与孔径比L L/ /D D 4 4时，也为不铸孔。正方时，也为不铸孔。正方孔、矩形孔或气路孔的弯曲孔，当不能机械加工时原则上孔、矩形孔或气路孔的弯曲孔，当不能机械加工时原则上必须铸出。正方孔、矩形孔的最短加工边必须大于必须铸出。正方孔、矩形孔的最短加工边必须大于30 mm30 mm才才能铸出。能铸出。表表2-4 2-4 铸件最小铸出孔尺寸铸件最小铸出孔尺寸批量批量单件小批单件小批中等批量中等批量大批生产大批生产尺寸尺寸/mm/mm303050501515303012121515 铸造生产时，首先

50、要根据铸件的结构特征、技术要求、生产批量、生产条件等因素，确定铸造工艺方案。 其主要内容包括浇注位置、分型面、铸造工艺参数（机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、收缩率、芯头等）的确定，然后用规定的工艺符号或文字绘制成铸造工艺图。铸造工艺图是指导铸造生产的技术文件，也是验收铸件的主要依据。2.4.5 2.4.5 铸造工艺图的制定铸造工艺图的制定 铸造工艺图是利用红、蓝两色铅笔，将各种简明的工艺符铸造工艺图是利用红、蓝两色铅笔，将各种简明的工艺符号，标注在产品零件图上的图样。可从以下几方面进行分号，标注在产品零件图上的图样。可从以下几方面进行分析：析： 分型面和分模面；浇注位置、浇冒口的位置、形状、

51、分型面和分模面；浇注位置、浇冒口的位置、形状、尺寸和数量；工艺参数；型芯的形状、位置和数目，尺寸和数量；工艺参数；型芯的形状、位置和数目，型芯头的定位方式和安装方式；冷铁的形状、位置、尺型芯头的定位方式和安装方式；冷铁的形状、位置、尺寸和数量；其他。寸和数量；其他。2.4.5 2.4.5 铸造工艺图的制定铸造工艺图的制定3232 铸造工艺设计实例铸造工艺设计实例(1)(1)铸件结构及铸造工艺性分析铸件结构及铸造工艺性分析 图图2-232-23是支承轮铸造工艺图。材料是支承轮铸造工艺图。材料HT200HT200，轮廓尺寸，轮廓尺寸300 mm300 mm100 mm100 mm，铸件质量约，铸件

52、质量约19 kg19 kg，生产批量为单件。，生产批量为单件。从图纸上可以看出，该铸件外形结构为旋转体，辐板下从图纸上可以看出，该铸件外形结构为旋转体，辐板下有三根加强肋并与有三根加强肋并与4040孔形成六等分均布，外形较为简单。孔形成六等分均布，外形较为简单。主要壁厚为主要壁厚为35 mm35 mm。虽然轮缘略厚些，但主要热节处是轮毂。虽然轮缘略厚些，但主要热节处是轮毂。另外轮毂部位另外轮毂部位4040的孔加工精度高，轮毂孔需一个型芯。的孔加工精度高，轮毂孔需一个型芯。该铸件应注意防止轮毂部位产生缩孔和气孔。该铸件应注意防止轮毂部位产生缩孔和气孔。3333采用定向凝固顶注法，则工艺简便易行。

53、采用顶注引入，采用定向凝固顶注法，则工艺简便易行。采用顶注引入，如果把内浇道设置在轮毂部位，工艺虽可更为简单，但不如果把内浇道设置在轮毂部位，工艺虽可更为简单，但不妥。因为轮廓处于铸件的中心部位，散热慢，同时轮毂又妥。因为轮廓处于铸件的中心部位，散热慢，同时轮毂又是铸件在图样上的主要几何热节处，从此处引入内浇道，是铸件在图样上的主要几何热节处，从此处引入内浇道，将造成热节叠加，使凝固时间延长，出现缩孔、气孔的倾将造成热节叠加，使凝固时间延长，出现缩孔、气孔的倾向增加。因此内浇道设置的位置，应开设在下分型面上，向增加。因此内浇道设置的位置，应开设在下分型面上，沿轮毂外周边并分散引入。沿轮毂外周边

54、并分散引入。为加强排气和防止缩孔，应在内浇道对面的轮缘边，开为加强排气和防止缩孔，应在内浇道对面的轮缘边，开设一个排气兼有限补缩的冒口。在轮毂上设置一个出气冒设一个排气兼有限补缩的冒口。在轮毂上设置一个出气冒口（兼有冷肋冒口的作用，加速轮毂凝固）。浇冒口位置，口（兼有冷肋冒口的作用，加速轮毂凝固）。浇冒口位置，形状和大小如图形状和大小如图2-232-23所示。所示。实例2例：下图为衬套零件图，材料为例：下图为衬套零件图，材料为HT200，采用砂型铸造，年生产量，采用砂型铸造，年生产量200件，试绘出铸造件，试绘出铸造工艺图。工艺图。 (1)结构分析、确定造型方法、浇注位置和分型面。结构分析、确

55、定造型方法、浇注位置和分型面。零件上 48mm的孔要铸出，但内孔的小台阶不铸出，故采用简单的圆棒型芯；为简化铸造工艺，8mm的小孔和铸件侧壁的小台阶和小凹槽均不铸出。铸件高度不大，可采用两箱整体模造型、垂直浇注。分型面选在160mm的端面处，采用二箱整体模造型。 (2)工艺参数确定。工艺参数确定。加工余量加工余量 铸件各个面都要加工，故都应有余量。砂型铸造灰铸铁件的公差及配套的加工余量等级为14/H。顶面和孔的加工余量等级降一级（取J级），加工余量数值可查GB/T11350-1989选取，160mm和104mm圆周面双侧加工，每侧余量为6.0mm，底面的加工余量为6.0mm，顶面的加工余量为7

56、.0mm，内孔的每侧的加工余量为6.0mm。 起模斜度起模斜度 在垂直于分型面处（平行于起模方面），按增厚法确定起模斜度。取宽度a=1.0mm。图9-21b中“7/6”表示考虑了加工余量和起模斜度后，上端与下端的余量。 线收缩率线收缩率 由于是小批生产，铸件各尺寸方向的铸造收缩率可取相同的数值，取铸造收缩率为1%。 芯头芯头该芯头为垂直芯头。查有关手册（本书略）得芯头尺寸，如铸造工艺图所示。 铸造圆角铸造圆角 铸造圆角按（1/31/5）壁厚的方法，取R内为8mm；R外为4mm。 (3)绘出铸造工艺图。如下图所示（不含浇注系统）。绘出铸造工艺图。如下图所示（不含浇注系统）。 【铸件图】是反映铸件

57、实际尺寸、形状和技术要求的图形，是铸造生产验收和检验的主要依据。铸件图应在完成铸造工艺图的基础上绘制，下图为衬套的铸件图。 零件图 铸造工艺图 铸件图铸件图与普通砂型铸造不同的其他铸造方法统称为特种铸造，如与普通砂型铸造不同的其他铸造方法统称为特种铸造，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、挤压铸造、实型铸造等。挤压铸造、实型铸造等。2.5 2.5 特种铸造特种铸造2.5.1 2.5.1 金属型铸造金属型铸造思考：思考：1. 1. 什么是金属型铸造？什么是金属型铸造？2. 2. 金属型铸造特点及应用范围？金属型铸造特点及应用范

58、围？5656种类种类整体型整体型垂直分型垂直分型水平分型水平分型综合分型综合分型示意示意图图特点特点结构简单、制造结构简单、制造方便，尺寸精确，方便，尺寸精确，操作便利操作便利铸型排气条件好，铸型排气条件好，便于设置浇冒口便于设置浇冒口和采用金属型芯，和采用金属型芯，易于实现机械化易于实现机械化作业，但安放砂作业，但安放砂芯较麻烦芯较麻烦安放砂芯方便，但安放砂芯方便，但不便于设置浇冒口，不便于设置浇冒口，铸型排气较困难，铸型排气较困难，不宜实现机械化作不宜实现机械化作业业金属型制造较困金属型制造较困难难用途用途起模斜度较大的起模斜度较大的简单件简单件铝镁合金铸件铝镁合金铸件平板状铸件，如盘、平

59、板状铸件，如盘、板、轮类铸件板、轮类铸件较复杂的铸件较复杂的铸件表表2-7 2-7 金属型种类及特点金属型种类及特点表表2-8 2-8 金属型铸造特点金属型铸造特点 5757金属型特点金属型特点铸件成形过程特点铸件成形过程特点对铸件的影响对铸件的影响无退让性无退让性铸件在凝固过程中，受阻较大，铸件在凝固过程中，受阻较大，难以自由收缩难以自由收缩铸件内应力大，易产生铸件内应力大，易产生裂纹裂纹无透气性无透气性液在充填过程中，受型内气体阻液在充填过程中，受型内气体阻碍，不易充满碍，不易充满在金属液汇合处、对流在金属液汇合处、对流处或铸型凹入的死角，处或铸型凹入的死角，易产生浇不足缺陷易产生浇不足缺

60、陷导热快导热快速度快，在金属型传热系统中，速度快，在金属型传热系统中，中间层是控制冷却速度的关键中间层是控制冷却速度的关键铸件晶粒细小，组织致铸件晶粒细小，组织致密，表面光洁，力学性密，表面光洁，力学性能好能好2.5.2 2.5.2 离心铸造离心铸造思考：思考：1. 1. 什么是离心铸造？什么是离心铸造？2. 2. 离心铸造特点及应用范围？离心铸造特点及应用范围？5858离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，在离心力作用下离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，在离心力作用下填充铸型而凝固成形的一种铸造方法。填充铸型而凝固成形的一种铸造方法。1.离心铸造的分类离心铸造的分类根据铸型旋转轴线在空间的位