金属铸造成形

第三讲金属的铸造成形液态成形(铸造)是将液态金属浇注到与所要求的毛坯或零件的形状和尺寸相适应的铸型型腔中，冷却凝固后获得毛坯或零件的一种毛坯成形工艺方法。

定义简介铸造流程示意图简介铸造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其它工艺方法相比，它具有成本低，工艺灵活性大，适合生产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。特点但它的缺点是公差较大，易产生内部缺陷。优点缺点1234本章内容铸造成形理论基础砂型铸造特种铸造铸件的结构设计铸造成形理论基础液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中凝固和冷却。实质：主要影响因素铸造的主要影响因素主要体现在二个方面：一是影响充型的主要因素和影响凝固收缩的主要因素。主要影响因素阶段主要影响因素铸造充型金属的流动性浇注温度充型压力凝固收缩凝固方式冷却速度铸造成形理论基础铸造成形理论基础熔融金属的流动能力，称为合金的流动性。合金的流动性金属流动性测试实验

实验如右图所示：合金的流动性铸造成形理论基础改善金属的流动性加快凝固中液体的补缩排除内部夹杂物和气体形成薄壁复杂的铸件有利于合金的流动性铸造成形理论基础充型能力什么是充型能力？考虑铸型及工艺因素影响的熔融金属的流动性，流动性则是指熔融金属本身的流动能力，因而它是影响充型能力的主要因素之一。其它影响充型能力的因素：铸型条件浇注温度铸造成形理论基础充型能力铸型条件的影响：铸型导热能力铸型导热能力越差，液态金属处于高温下的时间越长，有利于液态金属的流动和充型。铸型阻力铸型型腔狭窄、形状复杂或铸型材料的发气量大，型腔内气体量就显著增加，如果铸型排气又不通畅，则造成铸型内气体反压力增大，导致铸型对金属液流动阻力增加，从而降低合金流动性。铸造成形理论基础充型能力什么是浇注温度？浇注温度指的是浇注时熔融合金的温度，一般要求比它的液相线温度高，即存在过热度，推迟它的凝固时间，以保持良好的流动性。T浇注↑t凝固↑流动性↑δ粘度↓充填路径↑充型能力↑但是也不能太高，否则造成氧化，吸气，过收缩，粘砂，胀砂等不良后果。铸造成形理论基础铸造合金的收缩什么是收缩？收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。收缩是铸造合金的物理本性，也是铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷的基本原因。铸造成形理论基础铸造合金的收缩收缩分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。铸件温度降低浇注温度室温凝固终止温度开始凝固温度液态收缩凝固收缩固态收缩

体积收缩线收缩分类：铸造成形理论基础铸造合金的收缩合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金体积的缩减，常用体积收缩率表示，是形成铸件缩孔和缩松缺陷的基本原因。体积收缩率：合金的固态收缩，直观地表现为铸件轮廓尺寸的减小，因而常用铸件单位长度上的收缩量，即线收缩率来表示，是铸件产生内应力、变形和裂纹的基本原因。线收缩率：3.3～4.20.13.614003.50灰口铸铁5.4～6.34.22.414003.00白口铸铁7.863.01.616100.35碳钢固态收缩（％）凝固收缩（％）液态收缩（％）浇注温度（℃）碳含量（％）合金种类表1典型合金的收缩率εV铸造成形理论基础铸造合金的收缩铸造成形理论基础铸件中的缩孔和缩松缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。产生原因：先凝固区域堵住液体流动的通道，后凝固区域收缩所缩减的容积得不到补充。定义：缩孔形成过程示意图铸造成形理论基础铸件中的缩孔和缩松疏松（缩松）是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。定义：铸造成形理论基础铸件中的缩孔和缩松当合金的结晶温度范围很宽或铸件断面温度梯度较小时，凝固过程中有较宽的糊状凝固两相并存的区域。随着树枝晶长大，该区域被分割成许多孤立的小熔池，各部分熔池内剩余液态合金的收缩得不到补充，最后形成了形状不一的分散性孔洞缩松形成过程示意图产生原因：铸造成形理论基础铸件中的缩孔和缩松危害：显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等。缩孔：采用冒口和冷铁实现定向凝固。缩松：热节处安放冷铁；涂激冷涂料；加大结晶压力.预防措施铸造成形理论基础铸件中的缩孔和缩松顺序凝固示意图安装冒口或放置冷铁等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固（图中Ⅰ），尔后在靠近冒口的部位凝固（图中Ⅱ、Ⅲ），最后是冒口本身凝固。顺序凝固：是指通过在铸件上可能出现疏松的后大部位铸造成形理论基础铸件内应力及铸件的变形、裂纹在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力。铸造应力相变应力热应力机械应力铸件收缩受阻铸件因V冷却、温度不同，各部位收缩不一致产生铸件组织发生相变时，因温度差异出现体积变化不一致铸造应力：铸造成形理论基础铸件内应力及铸件的变形、裂纹

铸件特殊位置的裂纹示意图铸造成形理论基础铸件内应力及铸件的变形、裂纹裂纹和变形的防止：以有利于释放铸造应力为原则；1、采用正确的铸造工艺（正确设计浇注系统、补缩系统等）；2、铸件形状设计要求简单、对称和厚薄均匀；3、对铸件进行热处理。back砂型铸造砂型铸造生产过程简介是指用砂粒制备铸型来生产铸件的铸造方法。可追溯到公元前3000～4000年，用石头和金属型做出铜器。零件图造型芯盒模型浇注熔化金属落砂清理检验入库制芯合箱砂型铸造的工艺过程砂型铸造砂型铸造砂型铸造生产过程简介常用造型方法及其选择整模造型分模造型挖砂造型活块造型三箱造型刮板造型地坑造型造型方法手工造型机器造型为了正确地选择造型方法，必须对各种造型方法的特点有所了解（视频）砂型铸造铸模设计

铸模设计：

确定浇注位置和分型面：浇注位置：

指浇注时铸件在铸型中所处的位置。分型面：指铸型的分割或装配面。正确设置浇注位置和分型面是完成造型、取模、设置浇冒系统和安装砂芯的需要。砂型铸造铸模设计

铸模设计：

确定主要工艺参数：正确选择收缩量、机械加工余量和拔模斜度等。拔模斜度砂型铸造铸模设计

浇注系统的设计：设计原则：确保液态金属能够平稳而合理地充满型腔。浇注系统示意图浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道；通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道等组成。砂型铸造铸模设计

补缩系统的设计：为消除缩孔和疏松，必须设置冒口、冷铁等补缩系统。砂型铸造铸模设计设计原则：1、冒口的凝固时间必须大于或等于铸件被补缩部分的凝固时间。2、冒口应具有足够大的体积，以保证有足够的金属液补充铸件内部的体收缩。3、在铸件凝固时，冒口与被补缩部位之间应有通畅的补缩通道。4、为增加铸件局部冷却速度，在铸型局部区域设置激冷能力强的材料（如铸铁、石墨或铸钢等）作为冷铁。砂型铸造生产准备

生产准备：

模型和芯盒的设计：模型的内轮廓应该与铸件的外轮廓的形状相一致，并且在尺寸上比铸件大出一个收缩量。对于有孔或中空的铸件，需在模腔中放置型芯来获得。型芯的尺寸设计也要考虑到收缩量的问题。砂型铸造生产准备技术要求：型（芯）砂具有一定的强度、透气性、退让性盒溃散性等。影响因素：1、造型因素：主要指砂型的紧实程度。（右图表示了几种常用的压实型砂的方法）砂型铸造生产准备

1）原砂、粘结剂和稀释剂的成分配比；型砂稀释剂原砂粘结剂铬铁矿砂水溶剂粘土水玻璃树脂石英砂锆英砂2、型砂的影响：砂型铸造生产准备一般认为：粒度在小尺寸范围呈正态分布，有利于砂型强度的提高，但透气性较差。

2、型砂的影响：2）原砂的形状、粒度状况砂型铸造工艺过程

工艺过程砂型铸造特点及应用

特点及应用：1、不受铸件材质、尺寸、质量和生产批量的限制；2、属于一次性铸造成形，造型工作量大；3、铸件精度和表面质量差；4、砂型铸造缺陷多，废品率高，机械性能较差；5、设备简单、投资少，价格低廉，应用广泛。back特种铸造定义及分类为获得高质量、高精度的铸件，提高生产率，人们在砂型铸造的基础上，创造了多种其它的铸造方法；通常把这些有别于砂型铸造的其他铸造方法通称为特种铸造。特种铸造金属型铸造熔模铸造消失模铸造连续铸造离心铸造低压铸造压力铸造七种常见的特种铸造方法特种铸造金属型铸造

金属型铸造：

定义：金属型铸造是指利用金属材料制成铸型，在重力作用下将熔融金属浇注到铸型中制造铸件的一种铸造方法，也称永久型铸造。

工艺过程(视频)：特种铸造金属型铸造

特点和应用：

1、可重复使用，生产效率高，劳动条件好，但成本高；

2、铸件精度高，表面粗糙度较低；

3、金属散热性能好，晶粒细化，机械性能好；

4、不透气且无退让性，易造成铸件浇不足或开裂。

5、适于生产大批量有色金属铸件。特种铸造熔模铸造

熔模铸造：

定义：是指利用易熔材料制成模型，并在模型表面粘结一定厚度的耐火材料，然后将模型熔化而使金属液充满型腔的一种铸造方法。特种铸造熔模铸造

工艺过程（视频）特种铸造熔模铸造

特点和应用：

1、铸件尺寸精度高，表面光洁；

2、可铸造形状复杂零件；

3、工艺过程复杂，生产周期长，成本高；

4、适于铸造小尺寸的各类合金铸件，特别是少切削或无切削精密铸件。特种铸造熔模铸造

应用实例：航空发动机等轴晶叶片的制备

航空发动机叶片早期采用变形高温合金材料，随着合金材料强度要求的提高，人们采用合金化的方法来提高强度，效果明显，但同时也增加了材料的加工难度。特种铸造压力铸造

定义：是指将液态或半液态合金浇入压铸机的压室中，使之在高压和高速下充填型腔，并在高压下成形结晶而获得铸件的一种铸造方法。

压力铸造：特种铸造压力铸造

工艺过程：（视频）压力铸造：特种铸造压力铸造

大型压铸机及压铸模特种铸造压力铸造

特点和应用：

1、浇注时间短，易于机械化、自动化作业；

2、铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好；

3、铸件尺寸精度高，表面光洁；

4、凝固速度快，排气困难，易形成疏松和缩孔；

5、模具成本高，铸件尺寸受限；

6、适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产。特种铸造低压铸造

低压铸造：

定义：是指液态金属在低的气体压力作用下从坩埚中自下而上地充填型腔并凝固而获得铸件的一种铸造方法。特种铸造低压铸造

工艺过程：（视频）特种铸造低压铸造

低压铸造火车车轮示意图特种铸造低压铸造

特点和应用：

1、充型压力和充型速度易于控制，气孔、夹渣较少；

2、铸型散热快，组织致密，机械性能好；

3、无需冒口设置，金属利用率高；

4、铸件尺寸精度高，表面光洁；

5、适于生产质量要求高的铝镁等有色金属铸件。特种铸造离心铸造

离心铸造：

定义：是指将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填型腔并凝固成形的铸造方法。

工艺过程：（视频）如右图所示。连续铸造工艺过程示意图特种铸造离心铸造连续铸造工艺过程示意图

特点和应用：

1、冷却速度快，组织致密，机械性能好；

2、工艺简单，生产效率高；

3、适于横截面一定的钢材、铝材和铸铁管等铸件的生产。特种铸造消失模铸造连续铸造工艺过程示意图

消失模铸造：

定义：是指用泡沫塑料聚苯乙烯制成带有浇冒系统的模型，覆上涂料，用干砂造型，不需取模，直接浇注的铸造生产方法。特种铸造消失模铸造连续铸造工艺过程示意图

消失模铸造：

工艺过程：（视频）特种铸造消失模铸造连续铸造工艺过程示意图

特点和应用：

1、不分型，不起模，工艺简化，精度提高；

2、能制造形状复杂的铸件和工艺品；