机械制造基础铸造第二章

机械制造基础铸造第二章第1页，共94页，2023年，2月20日，星期五

第2页，共94页，2023年，2月20日，星期五三箱造型分模造型活块造型第3页，共94页，2023年，2月20日，星期五第4页，共94页，2023年，2月20日，星期五用于核反应堆的大型铸件，重量达60多吨。第5页，共94页，2023年，2月20日，星期五第6页，共94页，2023年，2月20日，星期五§2-1金属凝固铸件的凝固与收缩

一.铸件的凝固与收缩凝固过程中，铸件断面上有三个区域：液相区、固相区、凝固区。凝固区越窄铸造性能越好第7页，共94页，2023年，2月20日，星期五液态合金的充型能力

——

液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。§2-1.2金属与合金的铸造性能充型能力不足容易出现浇不足、冷隔缺陷，尤其对于薄壁铸件第8页，共94页，2023年，2月20日，星期五影响充型能力的因素：

1.合金的流动性——液态合金本身的流动能力。(1).流动性的测试

螺旋形试样法第9页，共94页，2023年，2月20日，星期五(2).影响流动性的因素：

合金的种类：灰口铸铁、硅黄铜流动性最好，铸钢的流动性最差。

灰口铸铁：l1000mm

硅黄铜：

l1000mm

铸钢：

l200mm第10页，共94页，2023年，2月20日，星期五合金的成分：共晶合金的流动性最好。结晶温度范围越小，则流动性越好。

AB成分(%)ab第11页，共94页，2023年，2月20日，星期五2.浇注条件(1).浇注温度：T浇，粘度，充型能力

(2).充型压力：压力，充型能力第12页，共94页，2023年，2月20日，星期五3.铸型条件(1).铸型的蓄热能力

，T液

，充型能力(2).铸型温度

，充型能力

，所以金属型

要预热后再浇注合金液。(3).铸型的排气能力，流动阻力，充型能

力，所以铸型要留出气口。第13页，共94页，2023年，2月20日，星期五①

液态收缩阶段②

凝固收缩阶段③

固态收缩阶段2.1.2.2铸件的收缩成分(%)

T

①②③液态收缩和凝固收缩表现为合金的体积缩小是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。

合金的固态收缩，尽管也是体积变化,但它只引起铸件各部分尺寸的变化。固态收缩是铸件产生内应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。第14页，共94页，2023年，2月20日，星期五影响收缩的因素化学成分浇注温度铸件结构第15页，共94页，2023年，2月20日，星期五(1)缩孔与缩松的形成

缩孔产生的位置：铸件最后凝固的部位，一般是铸件的厚大部位。2.1.3铸造性能对铸件质量的影响2.1.3.1.

缩孔与缩松第16页，共94页，2023年，2月20日，星期五结晶温度范围窄的合金易产生缩孔结晶温度范围宽的合金易产生缩松第17页，共94页，2023年，2月20日，星期五缩孔缩松形成规律合金的液态收缩和凝固收缩越大，越容易缩孔。合金的浇注温度越高，结晶温度范围宽的合金，倾向于糊状凝固，易形成缩松，纯金属、共晶合金，易形成缩孔。第18页，共94页，2023年，2月20日，星期五采用定向凝固：

生产中多采用顺序凝固，特别是对收缩率较大的合金，如铸钢等。

应用冒口和冷铁可以实现顺序凝固。顺序凝固可以将缩孔移至冒口中，从而消除铸件中的缩孔。（2）缩孔与缩松的防止措施第19页，共94页，2023年，2月20日，星期五定向凝固（顺序凝固）第20页，共94页，2023年，2月20日，星期五铸造内应力、变形和裂纹------内应力、变形、裂纹2.1.3.2

铸造应力

第21页，共94页，2023年，2月20日，星期五一.

内应力的形成（1）

热应力的形成：

铸件壁厚不均匀各部位冷却速度不同收缩不一致相互阻碍而产生内应力。热应力分布是

厚拉薄压铸造内应力、变形和裂纹固态收缩阶段产生第22页，共94页，2023年，2月20日，星期五第23页，共94页，2023年，2月20日，星期五时效处理才能去除热应力(去应力退火)。

由机械阻碍作用产生的，落砂后即可自行消失是一种临时应力。(2).机械应力（收缩应力）：(3).降低内应力的措施：b.减少铸件各部位的间的温差，使其均匀冷却，即同时凝固原则。常表现为拉应力。a.合理地设计铸件的结构

应尽量使铸件形状简单、对称、壁厚均匀。第24页，共94页，2023年，2月20日，星期五二.

铸件的变形与防止

内应力足够大时，将造成铸件变形。变形方向：应力释放的方向第25页，共94页，2023年，2月20日，星期五防止铸件变形的措施：

a.设计

——铸件壁厚要尽可能均匀，

采用对称结构b.工艺措施

——反变形法,

采用同时凝固原则三.

铸件的裂纹及其防止A.热裂纹：

特征

——裂纹短、宽、曲折、缝内呈氧化

色，沿晶界开裂；高温时产生。第26页，共94页，2023年，2月20日，星期五B.冷裂纹：

特征

——裂纹细、直、无或有轻微氧化色；

铸件冷却到后期时产生。裂纹产生的原因：裂纹的预防措施：

降低钢铁中杂质S的含量可减轻热裂纹倾向，降低杂质P的含量可减轻冷裂纹倾向。降低内应力，适时落砂可减轻机械应力的作用。内应力

>b(金属的强度)第27页，共94页，2023年，2月20日，星期五第三章砂型铸造

砂型铸造是传统的铸造方法，适用于各种形状、大小以及各种合金铸件的生产。第28页，共94页，2023年，2月20日，星期五§2.2

砂型造型方法

一.手工造型手工造型操作灵活，大小铸件均适应，适用于单件、小批生产整模造型、分模造型、挖砂造型、活块造型、三箱造型、地坑造型、刮板造型等手工造型方法：二.机器造型机器造型生产效率高，工人劳动强度小，适用于大批量生产，两箱造型第29页，共94页，2023年，2月20日，星期五2.2.1砂型铸造☆砂型铸造的特点:（1）生产周期短，产品成本低；（2）产品批量、大小不受限制；（3）劳动强度大，劳动条件较差；（4）铸件质量不稳定，易产生缺陷。第30页，共94页，2023年，2月20日，星期五☆砂型铸造生产过程演示：第31页，共94页，2023年，2月20日，星期五型砂由以下四部分组成即：原砂、粘结剂、水和附加物.1—砂粒2—空隙3—附加物4—粘土膜第32页，共94页，2023年，2月20日，星期五1.常用的砂型

表2－2常用砂型的主要特点和适用范围铸型种类铸型特征主要特点适用范围湿砂型以粘土做粘结剂，不经烘干可直接进行浇注的砂型生产周期短、效率高，易于实现机械化、自动化，设备投资和能耗低；但铸型强度低、发气量大，易于产生铸造缺陷单件或批量生产，尤其是大批量生产。广泛用于铝合金、镁合金和铸铁件干砂型经过烘干的高粘土含量的砂型铸型强度和透气性较高，发气量小，故铸造缺陷较少；但生产周期长，设备投资较大，能耗较高，且难于实现机械化和自动化单件、小批生产质量要求较高，结构复杂的中、大型铸件第33页，共94页，2023年，2月20日，星期五续上表铸型种类铸型特征主要特点适用范围表面烘干型浇注前用适当方法将型腔表层进行干燥的砂型兼有湿砂型和干砂型的优点单件、小批量生产中、大型铝合金铸件和铸铁件自硬砂型常用水玻璃或合成树脂作粘结剂，靠型砂自身的化学反应硬化，一般不需烘烤，或只经低温烘烤铸型强度高，能耗低，生产效率高，粉尘少；但成本较高，有时易产生粘砂等缺陷单件或批量生产各类铸件，尤其是大、中型铸件第34页，共94页，2023年，2月20日，星期五2.常用的造型方法按使用的工具不同，分为手工造型和机器造型。（1）手工造型：指全部用手工或手动工具完成的造型工序。1）特点：操作灵活，适应性强，成本低，生产准备时间短，铸件质量差，劳动强度大，生产率低。2）应用：单件、小批量生产，各种大、小型铸件。第35页，共94页，2023年，2月20日，星期五2.2铸造的方法

砂型铸造按工艺方法

特种铸造第36页，共94页，2023年，2月20日，星期五3）手工造型分类①按砂箱特征分两箱造型适用各种批量、大小铸件三箱造型用于有两个分型面的单件、小批量生产脱箱造型用于小型铸件地坑造型用于生产批量小的大中型铸件第37页，共94页，2023年，2月20日，星期五

手工造型的分类②按模型特征分整模造型用于铸件最大截面靠一端且为平面的铸件，不会错箱挖砂造型用于分型面是曲面的单件、小批量生产的铸件假箱造型用于成批生产需要挖砂的铸件活块造型用于单件、小批量生产带有凸出部分、难以起模的铸件刮板造型用于有等截面或回转体的大、中型铸件，单件、小批生产第38页，共94页，2023年，2月20日，星期五（2）机器造型

指用机器完成全部或至少完成紧砂操作的造型工序。

1）特点：①提高了生产率，铸件尺寸精度较高；②节约金属，降低成本；③改善了劳动条件；④设备投资较大。2）应用：成批、大量生产各类铸件。第39页，共94页，2023年，2月20日，星期五3）机器造型方法①震压造型：先震击紧实，再用较低的比压（0.15－0.4MPa）压实。紧实效果好，噪音大，生产率不够高。②微震压实造型：对型砂压实的同时进行微震。紧实度高、均匀，生产率高，噪音仍较大。第40页，共94页，2023年，2月20日，星期五震实造型工作原理示意图第41页，共94页，2023年，2月20日，星期五微震压实造型机工作原理示意图第42页，共94页，2023年，2月20日，星期五⑥先进的造型方法●负压造型（真空密封造型）

采用无水无粘结剂的型砂，用高弹性的塑料薄膜将砂箱密封后抽成真空，利用抽真空后形成的压差使型砂紧实、成型，并在负压状态下起模、下芯、合型浇注，冷凝后恢复常压，砂子即自行潰散，则可取出铸件。第43页，共94页，2023年，2月20日，星期五2.3特种铸造概述：一.特种铸造：是指与砂型铸造有显著区别的一些铸造方法。例如：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、壳型铸造和连续铸造等。第44页，共94页，2023年，2月20日，星期五二.特点：（1）不用砂或少用砂，改善了劳动条件，减轻了劳动强度。（2）铸件精度较高、性能较好。（3）生产率高，工艺简单。（4）成本高，生产周期长，在工艺上和应用上各有一定的局限性。第45页，共94页，2023年，2月20日，星期五1.熔模铸造（1）熔模铸造：即用易熔材料制成模样，用造型材料将其包覆，制成型壳，熔出模样，经高温焙烧，浇注获得铸件的方法。第46页，共94页，2023年，2月20日，星期五（2）熔模铸造的特点1）铸件精度和表面质量较高。2）可以铸造形状复杂的薄壁铸件。3）生产批量不受限制。4）原材料价格贵，铸件成本高。5）工艺过程繁杂，生产周期长。6）铸件尺寸不能太大，质量一般小于25Kg。（3）应用：

各种铸造合金，特别适于高熔点、难加工合金的小型铸件的成批、大量生产。第47页，共94页，2023年，2月20日，星期五融模浇注工艺第48页，共94页，2023年，2月20日，星期五

（4）熔模铸造的工艺过程脱模制造母模制造压型压制蜡模焙烧结壳组成蜡模组铸件清理浇注第49页，共94页，2023年，2月20日，星期五1.金属型铸造

（1）金属型铸造:

将金属液浇入金属铸型获得铸件的方法。（2）特点:1）铸件力学性能比砂型铸件高。2）铸件精度和表面质量好。3）可节约金属，生产率较高。4）不用砂或少用砂，改善了劳动条件。5）铸件成本高，易产生浇不足、开裂等缺陷。6）铸造工艺要求严格。第50页，共94页，2023年，2月20日，星期五（3）应用：

主要用于有色金属件的大批量生产。例如：铝活塞、汽缸体等。（4）金属型的结构:

1）整体型；

2）水平分型；

3）垂直分型；4）综合分型。（5）工艺特点：

1）金属型要预热

2）喷刷涂料

3）及时开型取件第51页，共94页，2023年，2月20日，星期五金属型铸造演示第52页，共94页，2023年，2月20日，星期五2.压力铸造（1）压力铸造：指熔融金属在高压下快速压入型腔，并在压力下结晶，获得铸件的方法。（2）应用：主要用于大量生产非铁合金中、小型铸件。（铝合金、锌合金等）例如：汽缸体、化油器、离合器等。第53页，共94页，2023年，2月20日，星期五（3）压力铸造的特点1）铸件尺寸精度高，表面质量好；2）铸件力学性能好；3）可压铸形状复杂的薄壁铸件；4）可嵌铸其它材料，节省贵重材料；5）生产率高，易于实现机械化和自动化；6）铸件料质受限制；7）设备投资大，不宜小批量生产；8）压铸件不能进行大余量的机械加工和热处理。（压铸件易产生小气孔）第54页，共94页，2023年，2月20日，星期五（4）压力铸造的工艺过程闭合压型压入金属液

打开压型、抽芯、顶出铸件第55页，共94页，2023年，2月20日，星期五压力铸造演示第56页，共94页，2023年，2月20日，星期五3.低压铸造（1）低压铸造：将合金液在压力下由铸型底部注入型腔，并在压力（60－150kPa）下结晶，获得铸件的方法。（2）应用：铝、镁合金中、小型件的成批大量生产。例如：汽缸体、缸盖、活塞等。第57页，共94页，2023年，2月20日，星期五（3）低压铸造的特点1）充型压力和速度便于控制；2）铸件组织致密，力学性能高；3）铸件形状可较复杂，精度较高；4）金属利用率高，一般在90%以上；5）但升液管寿命较短，生产率低于压力铸造。第58页，共94页，2023年，2月20日，星期五

（4）低压铸造的工艺过程铸型准备加压充型开箱落砂放气卸压第59页，共94页，2023年，2月20日，星期五4.离心铸造（1）离心铸造：将金属液浇入高速旋转的铸型中，在离心力的作用下凝固成铸件的方法。（2）应用：主要用于大批量生产空心回转体铸件。例如：铸铁管、汽缸套、铜套等。第60页，共94页，2023年，2月20日，星期五（3）离心铸造的特点1）简化了套筒、管类铸件的生产过程；2）离心铸件力学性能高，缺陷较少；3）可生产流动性较差的薄壁及双金属铸件；4）铸件的形状和尺寸受限制；5）内表面粗糙，易产生偏析；6）设备投资大，不宜单件、小批量生产。第61页，共94页，2023年，2月20日，星期五2.2.3常用铸造方法的比较各种铸造方法都有其优点和不足,各适用于一定范围,选择铸造方法时,要根据铸件精度、生产批量、材质、结构、铸造方法的基本特点及现场条件等综合分析来确定。常见的铸造方法的特点和适用范围见下页表。第62页，共94页，2023年，2月20日，星期五常用铸造方法的特点和适用范围项目砂型铸造金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造熔模铸造实型铸造连续铸造铸件特征材质各种合金非铁合金为主非铁合金各类合金各类合金各类合金各类合金各类合金尺寸大小各种尺寸中、小件为主中、小件中、小件各种尺寸小件为主各种尺寸各种尺寸结构复杂一般较复杂较复杂一般复杂较复杂简单第63页，共94页，2023年，2月20日，星期五续上表项目砂型铸造金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造熔模铸造实型铸造连续铸造铸件质量尺寸精度（ＣＴ）７～１３６～９４～８６～９６～９４～７７～９７～９内部质量组织较松，晶粒较粗组织致密，晶粒细小组织致密，晶粒细组织致密，晶粒细小组织致密，晶粒细小组织较松，晶粒较粗组织较松，晶粒较粗组织致密，晶粒细小技术经济指标生产效率低或一般较高很高较高较高低或一般一般设备费用低或中中高中中或高低或中中中或较高生产准备周期短较长长较长较长较长较长较长第64页，共94页，2023年，2月20日，星期五§2-4铸造工艺设计

浇注位置——指浇注时铸件所处的空间位置一.浇注位置的选择原则——保证铸件质量1.铸件的重要加工面应朝下或侧立

金属液中的杂质、气体上浮，底部金属更致密，质量好。第65页，共94页，2023年，2月20日，星期五3.铸件的大平面应朝下

可保证质量，避免产生夹砂缺陷。2.面积较大的薄壁部位

应朝下

可避免浇不足、冷隔缺陷。4.需安放冒口的部位应放在分型面附近的

上部或侧面

为了便于安放冒口，以实现自下而上的顺序凝固。第66页，共94页，2023年，2月20日，星期五大平面的浇注位置第67页，共94页，2023年，2月20日，星期五箱盖浇注位置的比较第68页，共94页，2023年，2月20日，星期五卷扬筒浇注位置第69页，共94页，2023年，2月20日，星期五二.铸型分型面的选择原则

——简化造型工艺1.应便于起模，尽量减少分型面

采用外型芯减少分型面(大批量可行)第70页，共94页，2023年，2月20日，星期五三通的分型面的选择第71页，共94页，2023年，2月20日，星期五2.尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱（一般

在下箱），以保证尺寸精度上图

分型面I更合理

左图

(上)分型面更合理

第72页，共94页，2023年，2月20日，星期五箱盖的分型面的选择第73页，共94页，2023年，2月20日，星期五床身铸件分型面的选择第74页，共94页，2023年，2月20日，星期五起重臂的分型面的选择第七章铸造第75页，共94页，2023年，2月20日，星期五接头的分型面的选择第76页，共94页，2023年，2月20日，星期五§2-4.1.3工艺参数的选择

一.机械加工余量和最小铸孔

加工余量过大切削加工费工，浪费金属；过小则加工达不到要求而造成报废。5mm左右。

浇注时朝上的表面，其加工余量应比底面和侧面大；

铸件尺寸越大，其加工余量应随之增大；

手工造型的加工余量应

比机器造型的大。最小铸孔：单件生产30~50mm成批生产15~20mm大批连量生产12~15mm第77页，共94页，2023年，2月20日，星期五二.拔模斜度

垂直于分型面的侧壁均应留一定斜度，以便于起模。第78页，共94页，2023年，2月20日，星期五三.收缩率(收缩余量）

因收缩，铸件冷却后的尺寸比模型尺寸略微缩小，故模型尺寸必须比铸件放大一个该合金的收缩量。

铸件的线收缩率因合金的种类不同而异：四.型芯头作用：安放、稳定

型芯，排气灰口铸铁：0.7~1.0%铸造碳钢：1.3~2.0%垂直芯头和水平芯头第79页，共94页，2023年，2月20日，星期五§2-4。2综合分析举例

第80页，共94页，2023年，2月20日，星期五第81页，共94页，2023年，2月20日，星期五支座的铸造工艺(如下图)：

型芯安放稳固，凸台可避免活块，全部在下箱，适宜各种批量的生产。第82页，共94页，2023年，2月20日，星期五第五章铸件结构设计

设计应满足：制造工艺要求使用要求经济性要求§2.5铸件结构与铸造工艺的关系

一.铸件的外形——应便于起模1.避免外部侧凹侧凹需用型芯才能形成，使用型芯将增加生产工序，增大生产成本。第83页，共94页，2023年，2月20日，星期五第84页，共94页，2023年，2月20日，星期五2.分型面应尽量平直左图a需要挖砂造型，否则不能起模。第85页，共94页，2023年，2月20日，星期五3.凸台、筋条的设置应便于起模第86页，共94页，2023年，2月20日，星期五第87页，共94页，202