《加工工艺学》2-1成型工艺1

第二章成形工艺成形工艺在制造中的位置毛坯零件产品原材料成型加工切削加工特种加工装配一、铸造将液态金属浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的工艺叫铸造。制造木模配制型砂用木模、型砂制成砂型，浇注，凝固液态金属上砂型（上箱）浇口落砂后铸件下砂型(下箱）

型腔分型面

铸造工艺分类铸造方法有很多种，常用的有，砂型铸造，金属型铸造，压力铸造，熔模铸造，壳型铸造，离心铸造等。由于砂型铸造应用最广，产量最大，所以，通常把它做为一种基本的铸造方法，其余方法归为一类，称为特种铸造。根据铸造合金不同，可将铸造分为铸铁、铸钢、有色金属铸造等。根据铸型材料不同，可分为永久型铸造和非永久型铸造。也可按浇注力分为重力铸造、低压铸造、压力铸造、离心铸造等。铸造的特点铸造时铸件在液态下整体成形。与切削加工的逐步成形和锻压等的固态成形相比有许多突出的特点。1.能制造形状复杂的铸件由于液态金属有很好的充型能力,因而能制造形状复杂的铸件,特别是具有复杂内腔。如空心涡轮叶片，整体轴流转子，各种阀门壳体，各种工艺品等。2.生产率高铸件不论大小和复杂程度，均一次成形，铸件生产率高；铸件与零件形状、尺寸相近，减少了后续加工，使零件生产效率提高。3.成本低廉铸造所用原材料便宜，如铸铁锭钢锭，废旧金属等，金属利用率高，废料少。对于贵重金属制品就更为突出。4.适应性广适用于几乎所有金属材料，如塑性极差不能锻造的铸铁，切削性很差的高温合金等，都可以铸造。对铸件的大小没有限制，小到几克，大到几百吨的铸件都能生产，也是特大金属件的最常用的制造方法。5.铸造的缺点铸造温度较高，温度变化大，因此铸件易产生晶粒粗大，夹渣，缩孔，缩松，收缩变形裂纹等缺陷。铸件的机械性能低于锻件，最常用的砂型铸造尺寸精度和表面质量较低。铸造生产环境较差，劳动强度大。铸造的特点砂型铸造

砂型铸造是以型砂做为铸型材料，采用重力浇注的铸造方法。(1)手工造型(2)机器造型a.适于铸造各种金属：b.不受铸件大小，形状限制：c.不受批量限制：d.设备投资少，成本低：e.铸件尺寸精度低，表面粗糙：尺寸精度为IT16-IT15级，表面粗糙度为Ra100-12.5，是几乎所有加工方法中尺寸精度最低，表面最粗糙的加工方法。f.缺陷多，质量不稳定：g.生产率低：应用

砂型铸造在机械制造中应用广泛，约有80%的铸件是用砂型铸造的。砂型铸造是生产特大零件的唯一方法。几乎所有的铸铁件和绝大部分铸钢件是用砂型铸造生产的。航空工业中砂型铸造应用也较多。形状复杂的铝合金和镁合金零件，尤其是大型零件，一般都是用砂型铸造的，如发动机附件传动机匣、进气机匣、离心机匣、轮毂、各种复杂壳体、盖等。金属型铸造

金属型铸造是用铸铁、钢或其他金属材料做铸型，在重力下将液态金属浇入铸型获得铸件的工艺方法。金属型铸造既可用金属型芯，也可以用砂芯取代难以抽拔的金属型芯形成铸件上的空腔和孔。

金属型铸造的特点(1)生产率高金属型可重复使用，属于永久铸型，铸型可使用几百次至几万次。铸型散热快，铸件冷凝时间短，易于实现机械化、自动化生产。(2)铸件尺寸精度高，表面光洁，一致性好钢铁铸件尺寸精度为IT7-IT9级，有色金属铸件为IT6-IT8级。表面粗糙度为Ra12.5-6.3，最高可达Ra3.2。钢铁铸件上大于φ12的孔和铝、镁、锌等合金铸件上大于φ10的孔都可以铸出。(3)节约金属，减少切削加工量(4)铸件机械性能好(5)金属型制造周期长，费用高(6)难以生产复杂的铸件应用金属型铸造主要应用于有色金属铸件的大批量生产。如内燃机铝活塞，汽缸盖，铜轴瓦，轴套等。飞机和航空发动机上的铝、镁合金铸件，生产批量较大时用金属型铸造，如发动机放气活门壳体、主滑油泵上盖、油雾分离器壳体、安装座等。压力铸造压力铸造是用金属做铸型，在高压下浇注并凝固成形的铸造工艺。型芯顶杆型腔腔活塞浇口定模动模压室铸件(a)合型.浇料(b)压射(c)开模.顶出动型静型型芯压力铸造(1)压铸机：压铸是在压铸机上进行的。压铸机分为冷室和热室两大类。热室压铸机用于生产锌、铅、铝等低熔点合金，冷室压铸机用于生产锌、铝、铜等较高熔点的合金。压铸机的规格按合型力大小分，从几吨到上万吨。(2)铸型：压铸用铸型也叫压铸模。压铸模主要由定模，动模，型芯，顶出机构等组成。模具的尺寸精度很高，表面光洁。动、定模靠导柱定位，定位精度很高，因而具有很高的合型精度。压射的压力为十几MPa到上百MPa，甚至高达几百MPa；压射速度为0.5-120米/秒；充填时间只有0.2-0.01秒。

特点(1)压铸件质量好：尺寸精度能达到切削加工的一般水平，达IT12-IT11级，表面粗糙度可达到，甚至超过切削加工的一般水平，达Ra3.2-0.8μm。可生产出薄壁复杂铸件，如螺纹、小孔、文字及花纹图案等。最小壁厚锌合金可达0.3mm，铝合金可达0.5mm，最小螺距0.75mm，最小孔径小于1mm。一致性好，尺寸稳定。(2)生产率高：在所有铸造方法中，压铸所能达到的生产率是最高的。压铸生产的主要工作都由机械完成，只有向压室勺料，取铸件等少量工作由人工完成，自动化程度高的可全部由机械完成。压铸还可节省大量机械加工时间。提高零件的生产率。压铸件有气孔。因此压铸件不能在高温下使用，也不能进行热处理。否则，气体受热膨胀，使铸件表面起泡。切削加工时要严格控制切削量，以免把表面致密层切掉，露出气孔。压铸模型制造周期长，费用高，压铸机投资也较大，不适合小批量生产。

应用压铸主要用于有色金属，中小型薄壁复杂铸件的大批量生产。在汽车、摩托车、航空航天、农机、建筑装饰、医疗器械、电机电器、仪表、计算机等行业得到广泛应用。如果摩托车发动机缸体、缸盖、变速箱壳体，汽车化油器壳体及零件，电机壳、端盖、转子，电扇底座，照像机主体，电唱机唱片盘，打印机打印头壳体等等。熔模铸造熔模铸造是用蜡或塑料制成可熔性模型，用石英砂和粘接剂做成壳型，用重力浇注的铸造工艺。熔模铸造也称失蜡铸造。特点及应用(1)尺寸精度高，表面光洁蜡模成型性好，模型精确，壳型无分型面，不需起模、合型，造型误差小，烧结后的壳型强度高。铸件精度可达IT10～IT8级，Ra6.4～1.6mm。可实现少切削，无切削精密铸造。(2)可铸形状复杂的，薄壁铸件蜡模易于成型，不用考虑取模，复杂内腔可用可熔型芯。(3)能生产各种合金，特别适合于耐热合金、贵重金属等。(4)批量不受限制：单件、小批量生产时可用手工方法，生产准备时间短，操作灵活；大批生产可用机械化方法，成组生产，效率高。一个模组可达数百件铸件。(5)熔模铸造工艺复杂，生产周期较长，成本较高，不宜生产大铸件。尊盘是春秋战国时期最复杂、最精美的青铜器件。尊盘通体用陶范浑铸而成，尊足等附件为另行铸造，然后用铅锡合金与尊体焊在一起。尊颈附饰是由繁复而有序的镂空纹样构成，属于熔模铸件。由此可知，早在公元前5世纪，失蜡铸造法在中国已有很高的技艺。离心铸造

离心铸造是将液体浇入旋转着的铸型中，在离心力作用下充型并凝固的铸造方法。铸型通常用金属型，也可用砂型。1.工艺方法离心铸造是在离心铸造机上进行的。离心铸造机分为立式和卧式两种，如图8-17。立式离心铸机主要用来生产圆盘、类圆环类铸件；卧式离心铸机主要用于生产圆管类件。实型铸造实型铸造用发泡聚苯乙稀做模型，干砂做铸型，不用起模。浇注时模型气化消失，金属液填充、成型。实型铸造也称消失模铸造，气化模铸造。5.消失模铸造泡沫塑料模浇注时气化消失工件各种铸造方法精度比较工艺名称尺寸精度表面粗糙度砂型铸造IT14-16100-12.5熔模铸造IT7-106.4-1.6金属型铸造IT8-IT1012.5-6.3压力铸造IT7-93.2-0.8本章主要内容成形工艺基础理论金属的铸造性金属的锻压性能：金属滑移理论金属的焊接性成形工艺设计铸造工艺设计锻压工艺设计2.1成形工艺基础理论2.1.1合金的铸造性能将液态金属浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固后，获得毛坯或零件的工艺叫铸造。其基本特点是液态成型。合金在铸造过程中所表现出来的工艺性能称作合金的铸造性能。铸造性能是保证铸件质量的主要因素，是衡量铸造合金的主要指标。流动性是指熔融合金的流动能力，它是影响充型能力的主要因素。

合金的流动性通常用螺旋试样来测定。1.合金的流动性合金的成分纯金属、共晶合金流动性好；(2)浇注条件提高浇注温度，可提高流动性；浇注压力加大，流动性提高；铸型散热越快，流动性越差。预热铸型可以提高流动性。另外，铸型的透气性、铸件的结构对充型能力也有较大影响。影响合金流动性的因素⑴合金的收缩过程

铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸的减小称为收缩。其中体积的减小称为体收缩，尺寸的减小称为线收缩。铸造合金的收缩包括：液态收缩、凝固收缩、固态收缩。收缩大小受化学成分，浇注温度和浇铸工艺等影响。2.合金的收缩性⑵缩孔、缩松

⑶铸造应力铸件的固态收缩受到阻碍而产生的应力称为铸造应力。分为机械应力和热应力。

加冒口和冷铁⑷防止缩孔、缩松的方法⑸防止变形、裂纹的方法防止铸件产生变形、裂纹最根本的方法是防止应力产生。★壁厚均匀一致，力求铸件各部位冷却速度一致；★铸件中的热应力可用去应力退火、时效等方法消除；★在工艺上采取改善型、芯砂的退让性，及时落砂消除对收缩的阻碍等措施。吸气性是