金属工艺学第七章

第七章铸造成形本章重难点：合金的铸造性能铸造缺陷的防止铸造概述本节重点铸造的特点

铸造概述铸造定义铸造分类铸造的特点

历史：我国至少4000年的铸造史，较早掌握铸造技术。夏朝：铸铜；周朝：铸铁。

1.铸造的定义：金属液－－重力场或其它力（压力、离心力）－充满铸型－－毛坯或零件的工艺过程。当代：我国铸件的产量已超过3100万吨(居世界之首)；尺寸精度达到国际电工协会规定的标准，技术水平正在向国际水平接近。铸造文化的代表2、铸造工艺的分类：

砂型铸造：用型砂作为主要造型材料的铸造方法。此类铸件占铸件总重量的80％以上。特种铸造：除砂型铸造外的铸造方法。如熔模铸造、压力铸造等。适于做复杂外形，特别是复杂内腔的毛坯。适应性强，重量，壁厚，形状，材料种类几乎不受限制。成本低，原材料来源广泛，价格低廉,一般不需要昂贵的设备。脆性金属和合金(如铸铁等)，铸造是唯一可行的工艺。优点3、铸造的特点（重点）工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控制。铸件内部组织的均匀性、致密性一般较差。铸件易出现缺陷（缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹砂、裂纹等），产品质量不够稳定。铸件力学性能比同类材料的塑性成形件低.缺点第一节合金的铸造性能第一节合金的铸造性能本节重点流动性及影响因素收缩性及影响因素铸造缺陷第一节合金的铸造性能

流动性

收缩性

应力、变形和裂纹一、液态合金的流动性是指液态金属的流动能力。是衡量铸造合金铸造性能优劣的主要标志之一。1.流动性测试合金流动性的比较*铸铁的流动性*铸钢的流动性实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。2.影响因素1)铸件的凝固方式

逐层凝固糊状凝固中间凝固表层中心t铸件固相线液相线成分温度表层中心t铸件液固液表层中心St铸件温度液相线固凝固区

a)主要取决于合金成分。

a1

）在恒温下凝固a2

）在一定温度范围内凝固20406080204060800流动性（cm）共晶成分的合金（纯金属除外），流动性好。100200300温度（℃）0a1a22)影响因素b)浇注条件浇注温度一般T浇越高，粘度越小，流动性越好。充型压力在流动方向上所受的压力越大，流动性越好。铸型的结构：复杂，流动阻力越大，流动性越差c)铸型材料铸型的导热性:↑，液态金属温度↓，流动性越差铸型温度:↑，液态金属与铸型的温差↓，流动性越差铸型排气:↓，流动阻力↑，流动性越差。

二、合金的收缩性收缩的阶段

收缩的影响因素缩孔与缩松铸造应力、变形与裂纹1.合金的收缩经历三个阶段：液态收缩：T浇

—T液固态收缩：T固

—T室凝固收缩：T液

—T固缩孔或缩松的基本原因。体收缩：线收缩：应力、变形、裂纹的基本原因。体收缩线收缩

2.影响收缩的因素化学成分：C、Si↑－促进石墨化－收缩↓;Mn、S↑－阻碍石墨化－收缩↑.浇注温度：铸件结构和铸型条件：温度↑，收缩↑。对收缩的制约程度。上型下型3.缩孔与缩松

液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。a)缩孔和缩松的形成缩孔与缩松的形成铸件热节处的缩孔与缩松缩孔基本原因：液态收缩和凝固收缩。基本条件：逐层凝固。产生部位：铸件上部或最后凝固的部位。缩孔和缩松对比缩松基本原因：液态收缩和凝固收缩。基本条件：糊状凝固.产生部位：铸件的轴线区域、厚大部位或浇口部位。b)缩孔的防止

采用定向凝固原则，对铸件进行补缩。即将合金的缩孔引导到最后凝固部位，再以合金液补缩，获得组织致密的铸件。暗冒口冒口—储存补缩用金属液的空腔。冷铁热节缩孔的防止选择共晶成分的合金作铸造合金的原因：流动性

共晶成分的合金，结晶温度低，保持液态的时间长，流动性好。收缩性

共晶合金在恒温下结晶，通常是逐层凝固，倾向于形成集中缩孔，缩孔易于检查和修补，便于采取工艺措施来防止。4.铸造应力、变形与裂纹

铸造应力

铸件的变形铸件的裂纹（1）铸造应力

热应力

收缩应力

相变应力热应力由于铸件壁厚不均匀---各部分冷却速度不同---铸件各部分收缩不一致而引起的应力。

tT12t0t1t2t3THT临T室t0~t1:塑性状态弹性状态12+-12t1~t2：t2~t3：+-1212-+12

热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。

热应力是剩余（或永久）应力。相变应力

合金的固态相变带来各部分体积发生不均衡变化引起的应力。

收缩应力

合金的线收缩受到铸型、型芯、浇注系统的机械阻碍而形成的内应力。是暂时应力。上型下型减小和消除铸造应力的方法用自然时效、人工时效（去应力退火）、振动时效来消除。

减小措施a、同时凝固原则将内浇道开在薄壁处，厚壁部位加冷铁，减少温差，但此时易导致缩松

。C、在满足使用性能的前提下，尽量选择弹性模量和收缩系数小的铸造合金。b、提高铸型和型芯的退让性消除机械阻碍，将铸件放入保温坑中缓冷，减少应力。

消除措施（2）铸件的变形与防止

+-防止变形的方法：减少应力的措施。消除：时效（人工时效、自然时效、振动时效）（3）铸件的裂纹与防止

热裂：（凝固的末期，固相线附近）

形状特征是：

裂纹短、缝隙宽、形状曲折、断口呈氧化色。防止：①应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。②应提高铸型和型芯的退让性，以减小收缩应力。③对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量，防止热脆性。

冷裂：（弹性状态时铸造应力大于抗拉强度）特征是：裂纹细小，呈连续直线状，断口有金属光泽或轻微氧化色。

防止：1）使铸件壁厚尽可能均匀；2）采用同时凝固的原则；3）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的含量，防止冷脆性。

铸造裂纹本节小结合金铸造性能凝固方式应力与变形逐层凝固、糊状凝固、中间凝固收缩阶段液态收缩、凝固收缩、固态收缩缩孔、缩松原因、材质、措施（定向凝固）原因、措施（同时凝固）第二节砂型铸造本节重点了解砂型铸造的工艺特点第二节砂型铸造型砂和芯砂造型方法砂型铸造工艺设计零件图铸造工艺图铸型型芯芯盒芯砂型砂模型熔化合箱落砂、清理检验铸件一、砂型铸造的工艺过程浇注冷却凝固看一下实际操作吧！熔化金属浇注金属看一下实际操作吧！看一下实际操作吧！清砂1.铸型结构图二、砂型和型芯2、型（芯）砂的性能对铸件质量的影响：透气性－－－让气体透过并逸出的能力；强度－－－单位面积上承受的最大的力；耐火性－－－抵抗高温热作用的能力；退让性－－－减少应力。2、机器造型机器造型的实质机器造型的特点将填砂、紧实和起模等主要工序实现机械化生产效率高，产品质量稳定适用于中、小型铸件的成批、大批量生产三、造型方法1、手工造型：播放视频适用于单件、小批量生产，特别是重型和形状复杂的铸件以及新产品试制。3.造芯型芯的制造可用手工制造，也可用机器制造；在大批量生产中广泛应用机器造芯。在单件、成批生产中，多用手工造芯。作用：形成铸件内腔，或外形上妨碍起模的凸台，凹槽等。对砂芯的技术要求

1）在型芯上开通气孔和气道

2）在型芯里放置芯骨

3）上涂料及烘干

四、砂型铸造工艺设计工艺方案的确定，包括铸造工艺图、铸件图、铸型装配图、工艺卡等技术文件的确定。砂型铸造工艺图的绘制浇注位置的选择分型面的选择铸造工艺参数的确定砂芯的设计举例1、浇注位置的选定

1）重要加工面和受力面应朝下或位于侧面，图7-17。

2）有利于补缩，图7-183）铸件的大平面应朝下，图7-19

4）应将薄壁部位置于铸型下面或侧面2、分型面的选择

a)两箱造型

b)三箱造型1）选用较少的分型面。分型面应选择平面，尽量在铸件的最大截面处2）使铸件的全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件的尺寸精度。①②3）应尽量减少砂芯数目，尽量使型腔及主要型芯位于下箱。3、型芯的设计型芯功用：形成铸件的内腔,孔洞和形状复杂阻碍起模

部分的外形。包括：型芯的数量、形状、模样及芯盒的斜度、芯头结构、尺寸及下芯顺序等。4、铸造工艺参数的确定加工余量；线收缩率；起模斜度；最小铸造孔和槽的尺寸；工艺参数1）铸造线收缩率ε=[(L模-L铸)/L模]×100%（查表）通常灰铸铁为0.7～1.0%，铸造碳钢为1.3～2.0%，

铝硅合金为0.8～1.2%，锡青铜为1.2～1.4%2）加工余量

3）起模斜度4．铸孔

生产批量最小铸出孔直径(mm)灰口铸铁件铸钢件大量生产成批生产单件、小批生产12～1515～3030～50～30～50505．铸造圆角铸造工艺举例：支撑座零件图铸造工艺举例确定浇铸位置和分型面铸造工艺举例确定浇铸位置和分型面铸造工艺举例确定加工余量铸造工艺举例确定拔模斜度铸造工艺举例确定型芯第三节特种铸造本节重点特种铸造工艺的选择第三节特种铸造熔模铸造金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造陶瓷型铸造消失模铸造一、熔模铸造

由耐火材料包覆易熔模样，待其硬化干燥后，将模样熔去制成中空型壳，经浇注而获得铸件的一种成形工艺方法。

1、工艺过程熔模铸造2、熔模铸造的特点和适用范围

特点（1）铸件精度高，表面光洁。（2）能够铸造各种合金铸件。（3）铸件形状可以比较复杂。（4）铸件质量不宜太大（25kg以下）。

适用范围主要用于制造形状复杂、精度要求较高的小型零件，如涡轮机叶片和叶轮、高速钢刀具等。二、金属型铸造液态金属浇入金属型铸件获得1、金属型的材料及结构金属型材料：一般用铸铁，要求较高时，可用碳钢或低合金钢。金属型铸造2、金属型铸造的特点及适用范围

特点：1）实现了一型多铸；2）铸件的力学性能高；3）铸件的精度较高；4）局限性：铸型成本高；透气性差，无退让性，铸件易产生缺陷；铸造合金的熔点不能太高，质量不能太大。应用：主要用于铜、铝、镁等有色合金铸件的大批量生产，如铝活塞。三、压力铸造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，以获得铸件的成形工艺方法。1、压铸工艺过程卧式压铸机压力铸造常见的压铸件特点：1）铸件尺寸精度高；2）铸件的强度和表面硬度高；3）可压铸形状复杂的薄壁铸件，可嵌铸其他材料；4）生产效率高。5）局限性：不适宜单件、小批生产。

不适宜铸铁、钢等高熔点合金。不适宜制造承受冲击的制件。压铸件存在缩孔、缩松、气孔。2、压力铸造的特点和适用范围应用：有色金属的薄壁小件的大批量生产，

如照相机壳体，汽车喇叭等。四、低压铸造是在低压（0.02－0.06MPa）下将金属液注入型腔，并在压力下凝固成形，以获得铸件的方法。1、低压铸造的工艺过程低压铸造特点：1）适用于各种铸型；2）铸件质量好：顺序凝固，缺陷少；3）劳动条件较好，金属的利用率高；应用：用于铸造质量要求较高的铝合金和镁合金铸件，如摩托车气缸体等。2、低压铸造的特点及应用范围四、离心铸造液态金属浇入旋转的铸型铸件离心力1、离心铸造的工艺过程卧式离心铸造机铸铁管的离心铸造离心铸造特点：1）工艺过程简单；2）铸件力学性能高；3）便于铸造双金属铸件；4）铸件内表面质量差，孔的尺寸不易控制。应用

目前主要用于制造铁管、缸套和滑动轴承。2、离心铸造的特点及使用范围六、陶瓷型铸造1、陶瓷型铸造的工艺过程：砂套造型灌浆与胶结起模与喷烧焙烧与合箱陶瓷型铸造特点：（1）铸件表面光洁，尺寸精确，（2）设备投资少，准备周期短，对铸件大小无限制。（3）铸型材料价格昂贵，不适宜大批量生产。应用：用于厚壁精密铸件的生产，冲模、锻模、压铸型、模板、热芯盒等铸件2、陶瓷型铸造的特点及使用范围七、消失模铸造

1、工艺过程涂有耐火材料的泡沫塑料模样置入砂箱，将型砂间的空气抽走模样消失，获得铸件浇注模样是一次性的；铸件精度高；适应性好（材质，大小，结构等）；生产成本低；污染小；易产生与泡沫有关的缺陷，设备造价高。2、消失模铸造的特点：应用：汽车铝铸件的大批量生产。典型零件铸造方法的选择首先选择砂型铸造。其次综合考虑以下因素：合金种类－－铸型的耐热情况，熔模耐火度最高，其次是砂型、金属型铸造、压力铸造。形状－－砂型铸造——复杂＋内腔熔模铸造——更复杂＋无内腔离心铸造——中空管套类大小－－砂型铸造——不限制熔模铸造——小型金属型、压力铸造——中小型铸件精度－－砂型铸造——低特种铸造——高

第四节铸件结构设计第四节铸件结构设计铸造工艺铸造性能了解设计铸件结构的原则铸件结构工艺性1.铸件的外形设计一、砂型铸造工艺对铸件结构的要求

2.铸件的内腔设计3、结构斜度1.铸件的外形设计原则：外形设计应便于起模，简化造型工艺一、砂型铸造工艺对铸件结构的要求1）避免外部侧凹、凸起；2）分型面应尽量为平直面；

活块造型3）凸台、肋条的设计应便于造型。1）减少砂芯的数量，避免不必要的砂芯实例分析：

2.铸件的内腔设计原则：减少砂芯数量，利于型芯的固定、排气和清理。2）便于砂芯的稳定、排气和铸件的清理实例分析：图7－49轴承架铸件图7－40增设工艺孔结构3、结构斜度垂直于分型面的非加工面上设计出结构斜度，斜度较大。结构斜度：由设计者做出。在零件图就已标出，不再被加工掉。拔模斜度：由工艺员做出。在铸造工艺图上标出，要被加工掉。