铸造成形的教案

铸造成形的教案第1页/共201页引子铸造技术在我国源远流长，并达到了很高的水平，形成了闻名于世的以泥范铸造(制模—翻外范—制内范—合范—浇铸)、铁范铸造和失蜡铸造为代表的中国古代三大铸造技术。据考证,早在3000年前的商周时期,我国已发明了古代失蜡铸造法；战国中期，出现了金属型铸造；隋唐以后，我国已掌握了大型铸件的生产技术。如沧州五代时期的铁狮，当阳北宋的铁塔，北京大钟寺明代的大钟。《天工开物》是世界上有关金属加工工艺最早的科学著作之一第2页/共201页司母戊鼎司母戊鼎是中国商代后期王室祭祀用的青铜方鼎，1939年3在河南省安阳市出土，因其腹部著有“司母戊”三字而得名，现藏中国国家博物馆。司母戊鼎器型高大厚重，又称司母戊大方鼎，高133厘米、口长110厘米、口宽79厘米、重832.84千克，鼎腹长方形，上竖两只直耳下有四根圆柱形鼎足，是中国目前已发现的最重的青铜器。充分显示出商代青铜铸造业的生产规模和技术水平。第3页/共201页四羊方尊

造型精致，风格独特制作技艺高超，装饰手法巧妙。经有关考证，它是用传统的分铸法制作而成的。首先铸出羊角及龙头等饰件，再经合范浇铸，使其成为整体，这里充分展示了古人的聪明智慧，杰出的铸造技巧恰到好处，匠心独具。四羊方尊是商代盛酒器，1938年出土于湖南宁乡。重34.5公斤，是现存商器大的方尊。第4页/共201页永乐大钟

重达46.5t，钟高6.75m，钟唇厚22cm，外径3.3m，钟体内遍铸经文22.7万字，击钟时尾音长达2分钟以上，传距20km。外形和内腔如此复杂、重量如此巨大、质量要求如此高的青铜大钟，正说明我国早已掌握冶炼和铸造技术。青铜，铸于1420年，为明成祖朱棣亲自设计。永乐大钟局部，上面载明大钟铸造的时间永乐大钟第5页/共201页铸造的特点可以生产出形状复杂的零件，特别是具有复杂内腔的零件。适应性广。成本低。铸件的尺寸和形状与零件非常接近。可以减少切削加工量。缺点：工序多，质量不易控制，内部组织缺陷多，力学性能低。第6页/共201页第二章铸造成形§2.1铸造工艺基础§2.2砂型铸造§2.3

特种铸造§2.4常用合金铸件的生产§2.5铸件结构设计第7页/共201页§2.1铸造工艺基础（一）液态合金的充型（二）铸件的凝固收缩（三）铸造内应力，变形和裂纹（四）铸件中的气孔（五）铸件中的偏析（六）铸件的质量控制（常见铸造缺陷）第8页/共201页§2.1.1液态合金的充型液态合金填充铸型的过程，简称充型。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，称为液态合金的充型能力。影响充型能力的因素1、合金的流动性2、浇注条件3、铸型填充能力充型能力不强，则易产生浇不足（shortrun）

、冷隔（shortrun）…等。概念第9页/共201页1、合金的流动性(fluidity)合金的流动性是指熔融合金的流动能力。流动性好，充型能力强，便于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。合金的流动性与合金的化学成份有关。第10页/共201页1、合金的流动性流动动性的测定流动性实验如右图,将合金液浇入铸型中，冷凝后测出充满型腔的式样长度。浇出的试样越长，合金的流动性越好,合金充型能力越好.第11页/共201页合金种类：灰口铸铁，硅黄铜，流动性最好，l1000mm

。铸钢的流动性最差，

l200mm；成分：共晶合金的流动性最好；结晶特征：结晶间隔越小，则流动性越好；

粘度：粘度越大，流动性越差；结晶潜热：结晶潜热越小，流动性越差。影响流动性因素：第12页/共201页Fe-C合金的流动性第13页/共201页几种不同合金流动性的比较*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。比较下面几种合金流动性能第14页/共201页2、浇注条件（pouring）浇注温度浇注温度越高，充型能力越好。但温度过高。会出现粘砂（sandadherence）、缩孔（shrinkagecavity）、气孔（blowhole）、粗晶（graincoarsening）等铸造缺陷。充型压力压力越大，充型能力越好。

浇注系统浇注系统的结构越复杂，则流动阻力越大，充型能力越差。第15页/共201页3、铸型填充条件铸型的蓄热能力散热越快的铸型，充型能力越差。铸型温度金属型铸造和熔模铸造时，铸型温度越高，充型能力越好。铸型中气体铸型中的气体压力增大，液态合金的流动困难，充型能力差。第16页/共201页§2.1.2铸件的凝固（solidification）与收缩（contraction）1、铸件的凝固方式逐层凝固糊状凝固中间凝固2、铸造合金的收缩3、缩孔与缩松第17页/共201页1、铸件的凝固方式之一逐层凝固纯金属和共晶成份的合金，结晶温度是一固定值。凝固过程由表面向中心逐步进行温度表层中心固液第18页/共201页1、铸件的凝固方式之二糊状凝固结晶温度范围很宽的合金，从铸件的表面至心部都是固液两相混存。第19页/共201页1、铸件的凝固方式之三中间凝固大多数合金属于这种方式。凝固方式与铸件质量的关系：逐层凝固有利于充型，可防止缩孔和缩松。第20页/共201页影响铸件凝固方式的因素合金的结晶温度结晶温度范围越小，糊状凝固区越小。铸件的温度梯度温度梯度越大，糊状凝固区越小。合金的性质铸型的蓄热能力浇注温度第21页/共201页三、合金的收缩性1.收缩及其影响因素合金的收缩：铸件在凝固和冷却过程中，其体积或尺寸减少的现象称为收缩。包括：

①液态收缩（体收缩率）浇注温度—液相线②凝固收缩（体收缩率）液相线—固相线③固态收缩（线收缩率）固相线—室温缩孔，缩松应力，变形，裂纹成分(%)

T

①②③第22页/共201页2、铸造合金的收缩合金种类含碳量（%）浇注温度液态收缩凝固收缩固态收缩总收缩（%）铸造碳钢0.3516101.637.812.46白口铸铁3.0014002.44.25.4~6.312~12.9灰口铸铁3.5014003.50.13.3~4.26.9~7.8第23页/共201页影响铸件收缩的主要因素：化学成分：铸钢和白口铸铁收缩率大，灰铸铁、球铁小；浇注温度：T↑→收缩率大；铸件结构：壁厚不均匀→收缩受阻→收缩率小；铸型条件：铸型、型芯阻碍收缩→收缩率小

收缩导致的铸件缺陷（1）缩孔与缩松（体积缩减得不到补充）缩孔：出现在铸件上部或最后凝固部位,倒锥形,容积较大.

缩松：铸件最后凝固区未得到补缩形成分散细小的孔洞.

逐层凝固合金易形成缩孔，糊状凝固合金易产生缩松。

缩松严重影响铸件的气密性。第24页/共201页3、铸件中的缩孔与缩松缩孔和缩松的形成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容积的得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞缩孔

它是集中在铸件上部或最后凝固的部位容积较大的孔洞缩松

分散在铸件某区域内的细小孔洞，称为缩松第25页/共201页4、顺序凝固原则（定向凝固）所谓顺序凝固，就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。实现顺序凝固的措施。合理设计冒口和安放冷铁。第26页/共201页铸件上可能产生缩孔或缩松的部位凝固等温线法内切圆法等温线未画到的部位内切圆大的部位可能产生缩孔或缩松第27页/共201页§2.1.3铸造内应力、变形

及裂纹1、铸造内应力（internalstress）2、铸件的变形（distortion）3、铸件的裂纹（crack）第28页/共201页1、铸造内应力内应力的形成热应力它是由于铸件的壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。薄壁处受压应力，厚壁处受拉应力。机械应力它是合金的线收缩受到铸型或型芯机械阻碍而形成的内应力。第29页/共201页同时凝固原则尽量减少铸件各处的温度差，使铸件不同壁厚各处在同一时间内凝固。浇口开在薄壁处，在厚壁处安放冷铁，力求使铸件各处同时冷却。同时凝固原则与顺序凝固原则对比第30页/共201页2、铸件的变形铸件冷却到室温后，热应力保留在铸件中

残余应力薄壁处受压力，厚壁处受拉力变形第31页/共201页防止变形的措施设计铸件时尽可能壁厚均匀，形状对称。采取同时凝固。设计“反变形”量。时效处理：有内应力的铸件在加工前置于露天半年以上，或550~650ºC去应力退火。第32页/共201页3、铸件的裂纹与防止热裂

热裂是铸件在高温下产生的裂纹。其形状特征是：裂纹短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化色。合金性质铸造合金的结晶特点和化学成分对热裂的产生均有明显的影响铸型阻力铸型(包括型芯)的退让性对热力的形成有重要影响。冷裂冷裂是在低温下行成的裂纹。其形状特征是:裂纹细小，呈连续直线状，有时缝内呈轻微氧化色。第33页/共201页§2.1.4铸件中的气孔气孔的来源1、侵入气孔侵入气孔是由于砂型表面层聚集的气体侵入金属液中而形成的。2、析出气孔溶解于金属液中的气体在冷凝过程中，因气体溶解度下降而析出，在铸件中形成的气孔。3、反应气孔浇入铸型中的金属液与铸型材料、型芯撑、冷铁或熔渣之间，因化学反应产生气体而形成的气孔。第34页/共201页§2.1.5铸件中的偏析铸件内部化学成份不均匀的现象，称为偏析。偏析类型1、晶内偏析结晶温度宽的合金易产生晶内偏析2、区域偏析合金中各成份因熔点的不同，引起不同时凝固。第35页/共201页§2.1.6常见的铸造缺陷

（JB302-62简化）类别名称类别名称类别名称孔眼气孔形状、尺寸和重量不合格多肉表面缺陷粘砂缩孔浇不足夹砂缩松落砂冷隔渣眼抬箱成份组织和性能不合格化学成份不合格砂眼错箱金相不合格铁豆偏芯偏析裂纹热裂变形过硬（白口）冷裂物理、机械性能不合格第36页/共201页常见铸造缺陷的特征及产生的原因（P11）名称特征主要原因气孔主要为梨形、圆形、椭圆形的孔洞，表面较光滑，一般不在铸件表面露出，大孔独立存在，小孔则成群出现1、型砂太紧，透气性太差。2、型砂太湿，水份过多。3、砂芯通气堵塞或未烘干。缩孔形状为不规则的封闭或敞露的空洞，孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固部位。1、冒口设置不正确2、合金成分不合格，收缩过大3、浇注温度过高4、铸件浇注系统设计不合理渣眼孔内充满熔渣，孔形不规则1、浇注温度太低熔渣不易上浮2、浇注时没有挡住熔渣3、浇注系统不合理，挡渣作用差第37页/共201页常见铸造缺陷的特征及产生的原因名称特征主要原因砂眼铸件内部或表面有充满砂粒的孔眼1、型砂强度不够或局部没舂紧2、型腔、浇口内散砂未吹干净3、合箱时砂型局部挤坏，掉砂4、浇注系统不合理，冲坏砂型冷隔铸件上有未完全融合的缝隙，接头处边缘圆滑。1、浇注温度过低2、浇注速度太慢3、浇口位置不当或浇口太小粘砂铸件的部分或整个表面粘附着一层金属和砂粒的机械混和物，多发生在铸件厚壁和热节处。1、未刷涂料或涂料太薄2、浇注温度过高3、型砂耐火隆不够。第38页/共201页常见铸造缺陷的特征及产生的原因名称特征主要原因夹砂

铸件表面上有凸起的金属片状物，表面粗糙，边角锐利，有小部分与铸件本体相连。1、型砂强度太低2、浇注温度过高3、内浇口过于集中，使局部型砂烘烤厉害。裂纹1．热裂：断面严重氧化，无金属光泽，断口沿晶界产生和发展，外形曲折而不规则的裂纹。

2．冷裂：穿过晶体而不沿晶界断裂，断口有金属光泽或有轻微氧化色。1、铸件设计不合理，壁厚差别太大2、砂型（芯）退让性差阻碍铸件收缩3、浇注系统不当，使铸件各部分冷却收缩不均匀，造成过大的内应力第39页/共201页小结合金工艺性能充型能力凝固方式应力与变形流动性浇注条件铸型条件逐层凝固糊状凝固中间凝固收缩性能液态收缩凝固收缩固态收缩第40页/共201页本节复习与思考题1、铸件的常见缺陷有哪些？产生的原因是什么？怎样防止？2、什么是同时凝固原则？什么是顺序凝固原则？下例两图哪个是同时凝固？哪个是顺序凝固？为了防止铸件产生内应力，应采取哪种凝固方式？同时凝固顺序凝固第41页/共201页本节复习与思考题3、区分下列名词：逐层凝固与定向凝固出气口与冒口浇不足与冷隔4、下列哪种情况易产生气孔，为什么？舂砂过紧型芯撑生锈起模时刷水过多5、为什么灰口铸铁的收缩比碳钢小？第42页/共201页本节习题6、分析如图所示轨道铸件热应力的分布？并用虚线表示出铸件的变形方向。7、试分析下图所示铸件（1）哪些是自由收缩？哪些是受阻收缩？（2）受阻收缩的铸件形成哪一类铸造应力（3）各部分应力属于拉应力还是压应力？第43页/共201页第44页/共201页本节结束第45页/共201页§2.2

砂型铸造（SandCasting）§2.2.1造型材料与造型方法§2.2.2铸造工艺设计§2.2.3铸造工艺图第46页/共201页§2.2.1造型材料与造型方法型（芯）砂的组成：石英砂+粘土+水+附加物。型（芯）砂的性能：强度、透气性（permeability）、耐火性（refractoriness）、退让性（collapsibility）。

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。§2.2.1.1造型材料第47页/共201页§2.2.1.2基本术语介绍铸型：用型砂、金属或其他耐火材料制成；包括形成铸件形状的空腔、型芯和浇冒系统的组合整体。型腔：铸型中造型材料所包围的空腔部分。铸件：用铸造方法制成的金属件，一般作毛坯用。分型面：铸型组元间的接合面。分模面：模样组元间的接合面。第48页/共201页模样：由木材、金属或其他材料制成，用来形成铸型型腔的工艺装备。零件：铸件经切削加工制成的金属件。砂芯：为获得铸件的内孔或局部外形，用芯砂或其他材料制成的，安放在型腔内部的铸型组元。芯盒：制造砂芯或其他耐火材料所用的装备。第49页/共201页§2.2.1.3造型方法造型方法：Ⅰ、手工造型（HandMolding）手工造型操作灵活，大小铸件均适应；用于单件、小批量生产。Ⅱ、机器造型（MachineMolding）主要用于成批大量生产。第50页/共201页Ⅰ手工造型方法按砂箱特征两箱造型三箱造型地坑造型脱箱造型第51页/共201页手工造型方法按模型特征整模造型分模造型挖砂造型活块造型刮板造型假箱造型第52页/共201页手工造型方法介绍--1.整模造型第53页/共201页整模造型的特点及应用特点：

分型面为平面，铸型型腔全部在一个砂箱内，造型简单，铸件不会产生错箱缺陷。应用范围：铸件最大截面在一端，且为平面。第54页/共201页手工造型方法介绍--

2.分模造型第55页/共201页分模造型的特点及应用特点：

模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱内。造型方便，但制作模样较麻烦。应用范围： 最大截面在中部，一般为对称性铸件。第56页/共201页手工造型方法介绍--

3.挖砂造型第57页/共201页挖砂造型的特点及应用特点：

模样为整体模，造型时需挖去阻碍起模的型砂，故分型面是曲面。造型麻烦，生产率低。应用范围： 单件小批生产模样薄、分模后易损坏或变形的铸件。第58页/共201页手工造型方法介绍--

4.假箱造型挖砂造型生产的铸件有一定批量时，为了避免每型挖砂，可采用假箱造型。

特点是：先预制好一半型，其上承托模样，用其造下型，然后在此下型上再造上型。开始预制的半型不用来浇注，故称假箱。第59页/共201页

手工造型方法介绍--

5.活块造型第60页/共201页活块造型的特点及应用特点：

将模样上妨碍起模的部分，做成活动的活快，便于起模。造型和制作模样都很麻烦，生产率低。应用范围：

单件小批生产带有突起部分的铸件。第61页/共201页手工造型方法介绍--6.三箱造型第62页/共201页三箱造型的特点及应用特点：

铸件两端截面尺寸比中间部分大，采用两箱无法起模，将铸型放在三个砂箱中，组合而成。三箱造型的关键是选配合适的中箱。造型复杂，易错箱，生产率低。应用范围：

单件小批生产具有两个分型面的铸件。第63页/共201页手工造型方法介绍--7.刮板造型对有些旋转体或等截面形状的铸件，当产量小，属单件或小批量生产时，为了节省模样费用，缩短模样制造时间，可以采用刮板造型。刮板是一块和铸件截面形状相适应的木板。第64页/共201页手工(紧实)造型造型时填砂第65页/共201页Ⅱ、机器造型填砂、紧实、起模等操作由机器来完成。

特点：生产率高，铸型质量好；但投资大，生产周期长，主要用于成批大量生产。分类：

震压造型、抛砂造型、射砂造型。

震压造型第66页/共201页第67页/共201页砂团填砂、紧实叶片执砂紧实第68页/共201页射砂紧实第69页/共201页§2.2.2铸造工艺设计Ⅰ、浇注位置（pouringposition）浇注位置是浇注时铸件在铸型中所处的位置。Ⅱ、分型面（moldparting）Ⅲ、铸造工艺参数的确定1、加工余量（machiningallowance）2、收缩余量（shrinkageallowance）3、拔模斜度（起模斜度patterndraft）4、型芯头（coreprint）5、最小铸出孔第70页/共201页Ⅰ、浇注位置的选择原则1）铸件的重要加工表面和主要工作面应朝下或呈侧立。第71页/共201页Ⅰ、浇注位置的选择原则2)铸件的大平面应朝下。不合理合理第72页/共201页Ⅰ、浇注位置的选择原则3)为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔等缺陷，应将面积较大的薄壁部分朝下。第73页/共201页Ⅰ、浇注位置的选择原则4)容易形成缩孔的铸件，应将截止面较厚的部分放在分型面附近的上部或侧面，以便安放冒口。第74页/共201页Ⅱ、分型面的选择原则1）尽量使铸件的大部分或全部置于同一砂箱中，或使加工面和加工基准面在同一砂箱中，以保证铸件的精度，便于造型、型芯的安放和检验及合箱等操作。大批量小批量第75页/共201页1.应尽量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。

①②上下中第76页/共201页Ⅱ、分型面的选择原则1）尽量使铸件的大部分或全部置于同一砂箱中A合理B不合理第77页/共201页Ⅱ、分型面的选择原则(2)应使铸件的加工面和加工基准面处于同砂箱中.(a)可能产生错箱,导致不同轴第78页/共201页Ⅱ、分型面的选择原则3)应尽量减少分型面的数量，尽可能选平直的分型面，最好只有一个分型面。这样可以简化操作，提高铸件精度。第79页/共201页Ⅱ、分型面的选择原则2）尽量减少分型面的数量，最好只有一个分型面。不好不好好第80页/共201页Ⅱ、分型面的选择原则4）分型面的选择应尽力减少型芯和活块的数量，以便简化制模、造型、合箱等操作。第81页/共201页Ⅱ、分型面的选择原则5）为了便于造型、安放型芯、合箱及检查型腔尺寸，应尽量使型腔和主要型芯置于下箱中。Ⅱ型腔及型芯大部分位于下型有得利于起模及翻箱第82页/共201页Ⅲ、工艺参数的确定1、加工余量2、收缩余量3、拔模斜度4、型芯头5、最小铸出孔第83页/共201页1、加工余量加工余量值与铸件大小、合金种类及造型方法等有关。单件小批生产的铸铁件的加工余量为4.5~5.5mm。第84页/共201页2、收缩余量收缩余量：由于冷却收缩铸件的实际尺寸要比模样小，为了保证铸件尺寸必须按合金收缩率放大模样尺寸。收缩率指铸件自高温冷却到室温的尺寸收缩率。灰口铸件为0.7~1.0%铸钢为1,3~2.0%铝硅合金为0.8~1.2%第85页/共201页3、拔模斜度拔模斜度是指平行于起模方向的模样壁的斜度。通常为15´~3º。第86页/共201页4、型芯头分为垂直芯头和水平芯头。垂直芯头高度取决于芯头的截面尺寸。下芯头的斜度3~10º，上芯头的斜度6~15º。芯头与铸型之间的间隙1~4mm。第87页/共201页5、最小铸出孔小孔可不铸出。单件小批生产时：<30~50mm的孔；成批生产时：<15~30mm的孔：大批量生产时:<12~15mm的孔。不加工孔必须铸出第88页/共201页§2.2.3铸造工艺图

根据铸件的特点、批量大小、生产方法确定铸造工艺，并将各项工艺设计内容用不同符号和颜色描绘在零件图上，辅以文字说明，构成铸件工艺图。

铸造工艺图是进行生产准备、指导生产的基本工艺文件。在零件图上，把上述工艺内容用红色铅笔画出来，芯子、芯头、冷铁用蓝色铅笔画出来第89页/共201页铸造成工艺图示例1—支座普通支承件无特殊质量要求HT150主要考虑简化工艺第90页/共201页铸造成工艺图示例1—支座分析：底板上Φ10的孔处有四个凸台、两侧Φ30轴孔处有凸台，凸台妨碍起模。大批量生产时，轴孔要铸出，要考虑下芯小批批量生产时，轴孔不铸出。方案Ⅰ分模造型优点：轴孔下芯方便。缺点：必须采用活块造型，易产生错箱，飞边清理工作量大。方案Ⅱ整模造型优点：不会产生错箱，铸件清理简便。缺点：轴孔凸台妨碍起模，必须采用活块或下芯来克服，当采用活块时，Φ30轴孔处难以下芯。小批生产：轴孔不铸出，采用方案Ⅱ进行活块造型较合理。大批生产：轴孔铸出，采用组合型芯第91页/共201页上下Ⅱ下Ⅰ上方案Ⅱ适合于各种批量，是合理的工艺方案收缩率：1%拔模斜度：30´~1°第92页/共201页铸造成工艺图示例2——气缸套大批生产不得有裂纹、气孔、缩孔和缩松等缺陷组织致密，需作水压试验。第93页/共201页铸造成工艺图示例2——气缸套铸造工艺方案的选择：方案Ⅰ型腔较浅，造型简便，但铸件质量难保证方案Ⅱ造型较方便，不会出现错型现象，采用雨淋式烧口，铸件由下至上定向凝固，铸件质量好，第94页/共201页铸造成工艺图示例2——气缸套第95页/共201页铸造成工艺图示例3——C6140车床进给箱

第96页/共201页铸造成工艺图示例3——C6140车床进给箱方案Ⅰ

分型面在轴孔中心线凸台A用型芯来完成,槽C可用型芯可活块制出。优点：适于铸出轴孔。缺点：D面朝上。方案Ⅱ

从基准面D分型，铸件绝大部分位于下箱凸台A

不妨碍起模，凸台E和槽C妨碍起模，缺点：轴孔不易铸出。方案Ⅲ

从B面分型，铸件全部置于下箱，全部凸台都要采用活块或型芯，轴孔不易铸出。第97页/共201页铸造成工艺图示例3——C6140车床进给箱大批量生产：九个轴孔需要铸出，只能用方案Ⅰ单件或小批生产：三个方案均右考虑第98页/共201页本节复习与思考题1、型砂的组成？性能？2、浇注系统的组成及作用3、手工造型方法有哪些？4、铸造工艺的内容包括哪些？5、挖砂造型、活块造型、三箱造型适用于哪几种场合？6、图示零件为单件生产，试确定其造型方法，浇注位置和分型面（P28）。第99页/共201页第100页/共201页7、分析图示三种铸件采用何种手工造型方法。第101页/共201页造型材料型（芯）砂的组成?型（芯）砂应具备哪些主要性能？型砂是砂、粘结剂附加物和水组成可塑性、强度、透气性、耐火性、退让性涂料的组成？作用？扑料？石墨（石英粉）+粘土+水第102页/共201页浇注系统的组成及作用引导金属液流入铸型型腔的一系列通道的总称。外浇口：承接金属液并将其平稳地导入直浇道。直浇道：产生静压力、调速。横浇道：分配金属液，阻挡熔渣。内浇道：控制金属液的速度与方向。冒口：储存金属液，补缩、聚渣、冒气、观察第103页/共201页本节结束第104页/共201页§2.3

特种铸造方法1、熔模铸造2、金属型铸造3、压力铸造4、低压铸造5、离心铸造6、陶瓷铸造7、实型铸造第105页/共201页基本概念特种铸造是指除砂型铸造以外的铸造方法。从铸造工艺角度来看，铸件的尺寸精度及表面粗糙度主要取决于铸型的质量。因此，为了提高铸件的表面质量，应以改进铸型材料或造型工艺入手。而为了提高铸件的内部质量，则主要依靠改善液态金属充填及随后的冷却条件。当然，改善液态金属的充填条件，提高液态金属的充型能力，也有利于改善铸件的表面粗糙度及精度。为了克服砂型铸造的缺点，人们在生产实践中，不断探求新的铸造方法。第106页/共201页1、熔模铸造（investmentcasting）蜡模制造压型制造蜡模的压制蜡模组装焙烧和浇注脱蜡和造型—脱蜡—造型结壳—浸涂料—撒砂—硬化落砂和清理第107页/共201页熔模铸造的特点与应用铸件精度高（IT11~14）、表面粗糙度低（Ra6.3~1.6）。一般不再进行切削加工。适应于各种铸造合金，特别是形状复杂的耐热合金铸件。因为型壳材料是高温的。可做出形状复杂、难于切削加的铸件。如汽轮机叶片。工艺过程复杂，生产成本高，不能生产大型铸件。主要用航空、电器、仪器和刀具。第108页/共201页2、金属型铸造

（permanentmouldcasting

）金属型铸造是将液态合金浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。工艺要求：喷刷涂料。使金属铸型保持一定的工作温度。合适的出型时间。防止铸铁件产生白口。第109页/共201页金属型铸造的特点一型多铸生产率高冷却速度快，铸件组织致密，机械性能高。表面光洁，尺寸准确。缺点：金属型成本高，加工费用大金属型没有退让性，不宜生产形状复杂的铸件。金属型冷却速度快，易产生裂纹。用于大批量生产有色铸件。第110页/共201页3、压力铸造（PressureDieCasting

）

将熔融的金属在高压下，快速压入金属型，并在压力下凝固，以获得铸件的方法。

卧式压铸机第111页/共201页压力铸造的特点铸件的精度及表面质量较高（IT11~13、Ra6.3~1.6），因此压铸件可不经机械加工。可压出形状复杂的薄壁件或镶嵌件。铸件的强度和表面硬度都较高。生产率高。缺点：成本高。不适于压高熔点金属。铸件内部常有气孔、缩孔等。不能进行热处理。第112页/共201页4、低压铸造（lowpressdiecasting）特点：充型平稳，适用于不同的铸型；铸件力学性能好；投资少，易操作，自动化程度高。应用：大批量生产铝合金和镁合金铸件。如发动机的气缸盖、曲轴、叶轮、活塞等。介于金属型和压力铸造之间的一种铸造方法。第113页/共201页5、离心铸造（centrifugalcasting）

将液态合金浇入高速旋转的铸型中，使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶。用于大批量生产管、套类铸件。第114页/共201页省去型芯和浇注系统，降低铸件成本；离心力的作用，铸件由外向内的顺序凝固，铸件组织致密；便于制造双金属铸件；铸件易产生偏析，内表面较粗糙，尺寸不易控制。

离心铸造已广泛用于制造铸铁管、气缸套铜套、双金属轴承、特殊的无缝管坯、造纸机滚筒等大批量生产。工艺特点：应用：第115页/共201页6、陶瓷型铸造（ceramicmoldcasting）陶瓷型铸造是以陶瓷作为铸型材料的一种铸造方法.基本工艺过程：(1)砂套造型(2)灌浆与胶结(3)起模与喷烧(4)烘烧与合箱(5)浇注第116页/共201页6、陶瓷型铸造第117页/共201页6、陶瓷型铸造特点及适用范围（1）陶瓷型铸造具有熔模铸造的许多优点.（2）陶瓷型铸件的大小几乎不受限制,如铸件重量可从几千克到数吨,而熔模铸件最大仅几千克.（3）在单件,小批量生产条件下,需要的投?资少，生产周期短,在一般铸造车间较容易实现.第118页/共201页7、实型铸造

（expendablepatterncasting）用泡沫模型代替金属或木模，造型后模样不取出，呈实体型腔，模样气化得到铸件。第119页/共201页7、实型铸造的特点1、无需起模，无分型面，无型芯，因而无飞边毛刺，铸件的尺寸精度接近熔模铸造，但尺寸可大于熔模铸造。2、可生产形状复杂的铸件3、造型效率比砂型铸造高。4、对环境有污染。主要用于不易起模等复杂铸件的生产。第120页/共201页常用铸造方法的比较

铸造种类比较项目砂型铸造熔模铸造陶瓷型铸造金属型铸造低压铸造压力铸造离心铸造适用合金的范围不限制不限以高熔点合金为主以有色金为主以有色金为主用于有色合金多用于黑色金属,铜合金适用铸件的大小及重量范围不限制一般<25kg大中型件，最大达数吨中小件，铸钢可达数吨中小件最重可达数百千克一般中小型铸件中小件适用铸件的最小壁厚范围(mm)灰铸件3，铸钢件5，有色合金3通常0.7，孔Φ1.5～2.0通常>1，孔>Φ2铝合金2～3,铸铁>4铸钢>5通常壁厚2～5最小壁厚0.7铜合金<2其它0.5～1孔Φ0.7最小内孔为ΦΦ7表面粗糙度(um)粗糙6.3～1.66.3～1.612.5～6.312.5～1.63.2～0.8尺寸公差(mm)CT11～13CT4CT6CT6CT6CT4金属利用率70909070809570～90铸件内部质量结晶粗结晶粗结晶粗结晶细结晶细结晶细结晶细生产率(在适当机械化、自动化后)可达240箱/h中等低中等中等高高应用举例各类铸件刀具、机械叶片、测量仪表、电风设备等各类模具发动机、汽车、飞机、拖拉机、电器零件等发动机、电器零件；叶轮；壳体；箱体等汽车、电器仪表、照相器材、国防工业零件等各种套、环、筒、辊、叶轮等常用铸造方法与砂型铸造方法的比较第121页/共201页本节复习题下例铸件在大批量生产时采用什么铸造方法为宜？铝活塞摩托车汽缸体国床床身铸铁水管气缸套汽轮机叶片缝纫机头大模数齿轮滚刀第122页/共201页本节结束第123页/共201页§2.4

常用铸造合金的生产§2.4.1铸铁件的生产§2.4.2铸钢件的生产§2.4.3非铁合金铸件的生产第124页/共201页§2.4.1.1铸铁件的概述铸铁具有优良的铸造性能，且资源丰富，冶炼方便，价格低廉，铸铁件占液态成形件中相当大的份额。

铸铁通常是C%=2.5%~4.0%的铁碳合金。碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体和石墨

根据碳在铁碳合金中的存在形式铸铁可以分为：

白口铸铁：渗碳体

灰口铸铁：石墨

麻口铸铁：渗碳体和石墨

普通灰口铸铁可锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁第125页/共201页

灰口铸铁可以看成是在钢的基体上分布着不同形态的石墨。而石墨的形态、大小和分布直接影响着铸铁的性能。根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁可以分为：普通灰口铸铁：石墨呈片状可锻铸铁：石墨呈团絮状蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状球墨铸铁：石墨呈球状第126页/共201页影响铸铁组织和性能的因素1、化学成分1）碳和硅碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的素。含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。硅是强烈促进石墨化的元素，随着含硅量的增加，石墨显著增多。所以：当铸铁中碳、硅含量均高

时，析出的石墨就愈多、愈粗大，而金属基体中铁素体增多，珠光体减少。第127页/共201页3）锰所以：硫含量限制在0.1-0.15%以下，高强度铸铁则应更低。

使铸铁铸造性能恶化（如降低流动性，增大收率）。锰是弱阻碍石墨化元素，具有稳定珠光体，提高铸铁强度和硬度的作用。MnS一般控制在0.6~1.2%之间4）磷磷对铸铁的石墨化影响不显著。含磷过高将增加铸铁的冷脆性。限制在0.5%以下，高强度铸铁则限制在0.2~0.3%以下。2）硫硫是强烈阻碍石墨化元素。硫量高易促使碳以Fe3C

白口组织；硫量高

热脆性；第128页/共201页2．冷却速度在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的壁厚），选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所需要的组织。由此可知：随着壁厚的增加，石墨片的数量和尺寸都增大，铸铁强度、硬度反而下降。这一现象称为壁厚（对力学性能的）敏感性。1）铸型材料2）铸件壁厚

铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁素体基体。第129页/共201页铸铁的性能

铸铁之所以用得如此广泛,是因为石墨的存在，石墨的存在，使铸铁具有铸钢所不具备的性能。铸铁的优点

良好的铸造性能，如流动性好、收缩小良好的切削加工性能；高的耐磨性；

良好的吸振缓冲性能；

低的缺口敏感性能。第130页/共201页石墨形态对铸铁性能的影响

石墨片越圆整、越细小、分布越均匀对基体割裂作用越小。第131页/共201页影响石墨化的因素：壁厚第132页/共201页§2.4.1.2灰口铸铁基体：F、P、F+P生产：铁水熔炼好后直接浇铸牌号：HTXXXHT:表示灰口铸铁中文拼音的代号XXX:

三位数字表示最抵抗拉强度(MPa)石墨形态：片状问题1）灰口铸铁牌号为什么不用含碳量多少表示，而用力学性能表示？2）有一铸件当其强度不够时，可否通过增大截面解决？第133页/共201页灰口铸铁的孕育处理提高和改善灰口铸铁的性能的途径改善基体组织改变石墨形态、数量、大小和分布灰口铸铁的孕育处理是提高和改善灰口铸铁的性能的途径行之有效的方法。常用的孕育剂是含Si量为75%的硅铁。灰口铸铁的孕育处理方法即将熔炼出的铁水在浇铸前加入质量分数为0.25%~0.60%的孕育剂，孕育剂在铁水中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化作用显著提高，从而得到在细珠光体上均匀分布着细片状石墨的组织。第134页/共201页灰口铸铁的孕育处理选用碳、硅量低的铁水：原铁水含碳量越低，石墨越细小，铸铁

的强度、硬度就越高。冷却速度:对其组织和性能影响较小。如下面的图：第135页/共201页第136页/共201页第137页/共201页§2.4.1.3球墨铸铁件的生产

向高温铁水中加入一定量的球化剂和孕育剂，直接得到球状石墨的铸造合金。球化剂：金属镁或稀土镁

孕育剂：含Si量为75%或95%的硅铁第138页/共201页球墨铸铁件主要特点：石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最低，力学性能比灰铸铁有显著提高。可通过热处理改善金属基体，进一步提高性能。这一点与灰铸铁不同。球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷。石墨析出时，发生膨胀，应适当提高铸型刚度。球墨铸铁件生产中应注意的问题控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相同；具有高C高Si,中Mn,低S、P特点。较高的铁液温度，以防止球化处理、孕育处理后铁液温度过低，产生浇不足等缺陷球化处理、孕育处理。第139页/共201页球墨铸铁的牌号、性能及用途第140页/共201页§2.4.1.4可锻铸铁可锻铸铁生产：将白口铸铁件经长时间的高温石墨化退火，使白口铸铁中的渗碳体分解，获得在铁素体或珠光体的基体分布着团絮状石墨的铸铁。黑心可锻铸铁(KTH,铁素体基体)珠光体可锻铸铁(KTZ)

白心可锻铸铁(KTB，很少用)种类特点：强度高σb=300-400Mpa，塑性（δ≤12%）和韧性（αk≤30J/Cm2)好。石墨化退火周期长，40-70h,铸件成本高。适用于制造承受震动和冲击、形状复杂的薄壁小件。第141页/共201页第142页/共201页§2.4.1.5蠕墨铸铁蠕墨铸铁的性能特点：（1）力学性能（强度和韧性）比灰铸铁高，与铁素体球墨铸铁相近。（2）壁厚敏感性比灰铸铁小得多。（3）导热性和耐疲劳性比球墨铸铁高得多，与灰口铸铁相近。（4）耐磨性比灰口铸铁好，为HT300的2.2倍以上。（5）减振性比球墨铸铁高，但比灰口铸铁低。（6）工艺性能良好，铸造性能近于灰口铸铁，切削加工性能近于球墨铸铁。第143页/共201页蠕墨铸铁的用途蠕墨铸铁主要用来代替高强度灰铸铁、合金铸铁、铁素体球墨铸铁和铁素体可锻铸铁生产复杂的大型铸件。如大型柴油机机体、大型机床立柱等，更适合制造在热循环作用下工作的零件，如大型柴油机汽缸盖、排汽管、制动盘、钢锭模及金属型等第144页/共201页牌号组织用途举例RuT260F+G蠕汽车、拖拉机底盘类零件、驱动桥壳、阀体等RuT300F+P+G蠕

排气管、变速箱体、汽缸盖、纺织零件、液压件等RuT340F+P+G蠕重型机床件、大型齿轮箱体、盖、刹车鼓、玻璃模具、飞轮等RuT380P+G蠕

活塞环、气缸套、制动盘、玻璃模具、刹车鼓、钢珠研磨盘吸泥泵体等RuT420P+G蠕第145页/共201页§2.4.1.6铸铁的熔炼熔炼——获得成分和温度合格的铁水。熔炼设备：冲天炉、反射炉、电弧炉和感应炉等。常用冲天炉。第146页/共201页§2.4.2铸钢件的生产一、铸钢的分类、性能、牌号及应用2．合金钢1）低碳钢2）中碳钢3）高碳钢C<0.25%C=0.25~0.45%C=0.50~0.601）低合金钢2）高合金钢Me<5%Me>5%ZGMn13ZG1Cr18Ni9铸造性能差、应用较少。铸造性能较好、应用广泛。铸造性能差、应用较少。1．碳钢第147页/共201页钢号旧钢号化学成分的质量分数（%）用途举例CSiMnP、S≤ZG200~400ZG150.200.500.800.04用于受力不大、要求韧性高的各种机械零件，如机座、箱体等ZG230~450ZG250.300.500.900.04用于受力不大、要求韧性较高的各种机械零件，如外壳、轴承盖、阀体、砧座等ZG270~500ZG350.400.500.900.04用于轧钢机机架、轴承座、连杆、曲轴、缸体、箱体等ZG310~570ZG450.500.600.900.04用于负荷较高的零件，如大齿轮、缸体、制动轮、棍子等ZG340~640ZG550.600.600.900.04用于齿轮、棘轮、联接器、叉头等第148页/共201页二、铸钢的熔铸工艺特点

1.铸钢的铸造性能差流动性差、收缩大。1）铸件要安放冒口和冷铁；2）必须严格控制浇注温度；3）铸件的壁不能太薄；2.铸钢的热处理退火：C0.35%正火：C0.35%3.铸钢的熔炼电炉第149页/共201页§2.4.3铸造有色合金一、铸造铜合金1．铸造黄铜

2．铸造青铜

(Cu-Zn)铸造黄铜有相当高的力学性能，如σb=250~450Mpa，δ=7~30%，HBS=60~120。因其含铜量低，价格低于铸造青铜，而且它的凝固温度范围小，有优良的铸造性能。所以铸造黄铜常用于生产重载低速下或一般用途下的轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门及大型螺旋桨等耐蚀件等。青铜是指除了铜锌合金以外的其它铜合金。第150页/共201页铸造锡青铜的力学性能虽低于黄铜，但其耐磨、耐蚀性优于黄铜，锡青铜特别适合制造高速滑动轴承和衬套。除锡青铜外，还有铝青铜、铅青铜、铍青铜等，其中铝青铜有优良的力学性能和耐磨、耐蚀性，但铸造性能较差，仅用于重要用途的耐磨、耐蚀件。

二、铸造铝合金1．铝硅合金（Al-Si）铝硅合金流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，又有足够的强度，所以应用最广。常用于制造形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件，如内燃机缸体、化油器、仪表外壳等。第151页/共201页2．铝铜合金（Al-Cu）3．铝镁合金（Al-Mg）4．铝锌合金（Al-Zn）铝铜合金的铸造性能差，热裂倾向大、气密性和耐蚀性较差，但耐热性较好，主要用于制造活塞、汽缸头等。铝镁合金是所有铝合金中比强度最高的，主要用于航天、航空或长期在大气、海水中工作的零件等。第152页/共201页本节复习思考题(P63)影响铸铁石墨化的因素是什么?为什么铸铁不用化学成份来表示为什么球墨铸铁的强度和塑性比灰铸铁高,而铸造性能比灰铸铁差?为什么可锻铸铁只适宜生产薄壁小铸件?壁厚过大会出现什么问题?某产品上的灰铸铁相比壁厚设计有5、20、52mm三种，力学性能全部要求抗拉强度为150MPa，若全部采用HT150是否正确？为什么？冲天炉化铁时加入废钢、硅铁、锰钢的作用是什么？第153页/共201页本节复习思考题(P63)下列铸件宜选用哪类合金铸造？为什么？火车轮空压机曲轴缝纫机头摩托车气缸体气缸套减速器蜗轮车床床身自来水管弯头第154页/共201页本节复习思考题(P63第4题)类别石墨形状简述制造过程适用范围第155页/共201页本节结束第156页/共201页§2.5铸件结构设计§2.5.1铸造工艺对铸件结构的要求；§2.5.2合金的铸造性能对铸件结构的要求；

§2.5.3后续工艺对铸件结构的要求；第157页/共201页§2.5.1铸造工艺对铸件结构的要求1、铸件结构与砂型铸造工艺的关系（1）铸件的外形设计（2）铸件的内腔设计（3）铸件结构斜度2、铸件结构与其他铸造方法的关系第158页/共201页（1）铸件外形的设计铸件外形的设计应考虑便于起模在设计铸件外形时，应从简化铸造工艺的要求出发，使其便于起模，尽量避免操作费时的三箱造型、挖砂造型、活块造型及不必要的外部型芯。第159页/共201页铸造工艺对铸件结构的要求

铸件外形的设计之一避免外部侧凹以便于造型。不好好第160页/共201页避免外部侧凹以便于造型

（减少分型面数目）第161页/共201页第162页/共201页铸造工艺对铸件结构的要求

铸件外形的设计之二分型面要尽量平面（注意去掉不必要的外圆角）不合理合理第163页/共201页分型面要平直第164页/共201页铸造工艺对铸件结构的要求

铸件外形的设计之三凸台、筋条的设计要方便造型不好好第165页/共201页铸造工艺对铸件结构的要求

铸件外形的设计之三凸台、筋条的设计要方便造型不好好第166页/共201页（2）铸件内腔的设计

良好的内腔设计，既可减少型芯数量，又有利于型芯的固定、排气和清理，因而可防止偏芯、气孔等缺陷，并降低成本。第167页/共201页铸件内腔的设计之一应尽量减少和避免型芯第168页/共201页铸件内腔的设计之一应尽量减少和避免型芯用吊砂代替型芯第169