材料成形技术基础课件

材料成形技术基础第一章绪论第1节

应用背景第2节

本课程的主要内容第3节料成形技术过程形态学模型简介第4节

现代制造过程分类第5节

教材及参考书主要内容1应用背景板料成形Sheet-MetalFormingProcesses1应用背景铸造Casting焊接Welding锻造Forging非金属材料成形1应用背景2本课程的主要内容

《材料成形技术基础》是机械类或近机械类专业的一门学科基础课，学习本课程的主要目的是使学生比较全面系统的获得机械制造中铸造、压力加工、粉末成形、焊接、塑料、橡胶、陶瓷以及有关模具设计、加工、制造方面的专业知识。其主要任务是介绍以下内容：1）制定铸造过程图，了解合金的熔炼与浇注过程的基本知识以及砂型铸造、特种铸造和常见铸造缺陷等；2）制定锻造与冲压过程图，了解材料塑性变形基本规律；了解粉末成形、塑料、橡胶、陶瓷成型过程和板料冲压成形过程；3）了解常用金属材料焊接过程基本知识；4）了解有关模具设计和产品设计、加工、制造方面的专业知识，为后续课程的学习及从事机械零件设计、制造及管理工作打下必要的技术基础。第1章绪论第2章液态材料铸造成形技术过程第3章固态材料塑性成形过程第4章粉末压制和常用复合材料复合成形过程第5章固态材料的连接过程第6章非金属材料成形过程第7章模具第8章材料成形方案拟定及品质控制、再制造技术2本课程的主要内容3材料成形技术过程形态学模型成形过程：加工工件材料性能的变化，包括几何形状硬度、状态、信息（形状数据）等的变化。外形形成的基本过程：整体变形一维变形二位变形自由变形4现代制造过程分类质量不变过程质量减少过程质量增加过程材料成形技术基础第二章液态材料铸造成形技术过程第1节概述第2节液态成形技术理论基础第3节液态金属成形件的工艺过程设计第4节液态金属成形件的结构设计第5节常用铸造合金及其熔炼第6节铸造成形技术过程主要内容2.1概述

液态材料成形技术通常称之为铸造，它是指熔炼金属，制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成形方法。2.1概述其主要工序如下图所示：零件技术要求原材料造型熔化控制调整成分浇注凝固出模清理、检验等液态成形（铸造）的优缺点铸造的主要优点：投资小、生产周期短、技术过程灵活性大、能制造形状复杂的零件。铸造的缺点：铸件内部组织疏松、晶粒粗大，易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷；铸件外部易产生粘砂、夹砂、砂眼等。由此，与同样材料的锻件相比，铸件的力学性能低，特别是冲击韧性。又由于铸造工序多，难以精确控制，使铸件品质不够稳定。目前铸造成形技术的方法种类繁多。按生产方法分类，可分为砂型铸造和特种铸造。按合金分类可分为铸铁、铸钢、铝合金铸造、铜合金铸造、镁合金铸造、钛合金铸造等。各类机械工业中铸件质量所占的比率机械类别比率/％机床、内燃机、重型机器风机、压缩机拖拉机农业机械汽车70～9060～8050～7040～7020～302.2铸造成形技术过程理论基础

12345液态金属的充型能力铸件的凝固铸件的化学成分偏析金属的吸气性铸件的收缩主要内容2.2.1液态金属的充型能力

液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，称为液态金属充填铸型的能力，简称液态金属的充型能力。液态金属的充型能力主要取决于金属自身的流动能力，还受外部条件，如铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。1）金属流动性流动性定义：

液态合金充满型腔，形成轮廓清晰，形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力。流动性不好：不能充满型腔，不能形成符合要求的优质铸件。流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂物上浮和对铸件进行补缩。说明不同的合金具有不同的流动性特点。在进行铸件设计和铸造工艺制定时，必须考虑合金流动性。那么，我们怎样衡量合金的流动性呢？螺旋形流动性试样

在相同的浇注工艺条件下，将金属液浇入铸型中，测出其实际螺旋线长度。浇出的试样愈长，合金的流动性愈好！常用合金的流动性表1-1灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铸钢的流动性最差。（砂型，试样截面8㎜×8㎜）合金铸型浇注温度/℃螺旋线长度/mm铸铁：w(C+Si)=6.2%w(C+Si)=5.9%w(C+Si)=5.2%w(C+Si)=4.2%砂型1300130013001300180013001000600铸钢：w(C)=0.4%砂型16001640100200铝硅合金金属型()680～720700～800镁合金（Mg-Al-Zn）砂型700400～600锡青铜：w(Sn)=9%～11%w(Zn)=2%～4%硅黄铜：w(Si)=1.5%～4.5%砂型104011004201000合金的流动性主要取决于它本身的化学成分。纯金属和共晶成分的合金，由于是在恒温下进行结晶，液态合金从表层逐渐向中心凝固，固液界面比较光滑，对液态合金的流动阻力较小，同时，共晶成分合金的凝固温度最低，可获得较大的过热度，推迟了合金的凝固，故流动性最好；其它成分的合金是在一定温度范围内结晶的，由于初生树枝状晶体与液体金属两相共存，粗糙的固液界面使合金的流动阻力加大，合金的流动性大大下降，合金的结晶温度区间越宽，流动性越差。a）在恒温下凝固b）在一定温度范围内凝固PbSb20406080204060800流动性（cm）100200300温度（℃）0金属的流动性Fe-C合金的流动性与含碳量的关系Fe-C合金的流动性与状态图的关系(a)相同过热温度的流动性(b)相同浇注温度的流动性2）铸型性质

铸型的阻力影响金属液的充型速度，铸型与金属的热交换强度影响金属液保持流动的时间。铸型的蓄热系数b

铸型的蓄热系数表示铸型从其中的金属吸取热量并储存在本身的能力。

（3）浇注系统的的结构

浇注系统的结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。（1）浇注温度

一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。（2）充型压力

液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。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。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。所以，每种合金有自己的合理浇注温度范围。浇注温度：铸钢1520~1620℃；铸铁1230~1450℃；铝合金680~780℃3）浇注条件（1）折算厚度折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积与表面积之比。折算厚度大，热量散失慢，充型能力就好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。（2）铸件复杂程度铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的充填就困难。

4）铸件结构2.2.2铸件的凝固铸型中的合金从液态转变为固态的过程，称为铸件的凝固，或称为结晶。金属的凝固，一般均是在常温、常压(重力)情况下进行的。压铸等技术除外。金属凝固时应满足的热力学条件是：只有当体系所处的温度低于熔点温度(液相线温度)Tm时，才能发生凝固现象。液－固两相自由能差(△G＝Gl-Gs<0。)是凝固过程能保持继续进行的驱动力。金属的凝固包括晶核的形成及晶体的长大两个过程。铸件的凝固方式逐层凝固纯金属或共晶成分合金凝固过程中不存在液、固并存现象，其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开，液固界限清楚分开，称为逐层凝固。常见合金如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金及某些黄铜都属于逐层凝固的合金。2.糊状凝固合金的结晶温度范围很宽，温度分布较平坦(内外温度较小)，整个断面内均为液固并存，先呈糊状而后固化，称为糊状凝固。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄铜等都是糊状凝固的合金。

3.中间凝固方式

大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口铸铁等具有中间凝固方式。铸件的凝固方式液态合金的凝固及影响影响铸件凝固方式的主要因素：（1）合金的结晶温度范围合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固。如两条相线之间的距离很大，则趋于糊状凝固；如两条相线间距离较小，则趋于中间凝固方式。（2）铸件的温度梯度在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决与铸件内外层之间的温度差。增大温度梯度，可以使合金的凝固方式向逐层凝固转化；反之，铸件的凝固方式向糊状凝固转化。2.2.3铸件的收缩收缩的三个基本阶段金属由浇注温度冷却到室温经历了液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个相互关联的收缩阶段，如下图所示。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。收缩

：是在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象。

收缩过程

收缩率体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。体收缩率：线收缩率：线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因。合金种类体收缩率/%线收缩率/%碳素铸钢10～14.51.3～2.0白口铸铁12～141.5～2.0灰铸铁5～80.7～1.0表2.4铁碳合金的收缩率铸件实际收缩前面讨论收缩条件和收缩量等时，只考虑了金属自身的成分、温度和相变的影响。实际上，铸件收缩时，还受到外界阻力的影响。铸件在铸型中收缩时受到如下几种阻力：（1）铸型表面的摩擦阻力（2）热阻力（3）机械阻力

影响因素化学成分

不同成分的合金其收缩率一般也不相同。在常用铸造合金中铸刚的收缩最大，灰铸铁最小。

2.浇注温度

合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。3.铸件结构与铸型条件

铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。这种阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。1.缩孔：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。铸件的缩孔和缩松表2.5几种铁碳合金的缩孔率缩孔材料浇注温度/℃化学成分的质量分数/%缩孔率/%金属基体组织CSiMnPSMg碳

钢白口铸铁灰铸铁灰铸铁球墨铸铁154012501270129012900.242.653.233.403.220.011.102.934.123.700.050.480.450.600.510.050.160.110.090.090.040.090.030.030.01————0.066.455.702.561.655.50铁素体-珠光体莱氏体-珠光体铁素体-珠光体铁素体珠光体-铁素体缩松：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。产生原因：

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即缩松。另外，缩松还可能由凝固时被截留在铸件内的气体无法排除所致。不过，缩松内表面应该是光滑，近似球状。

缩松

缩孔缩松的防止危害：显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等。防止措施：采取定向凝固的办法避免缩孔、疏松的出现。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。定向凝固：是指通过在铸件上可能出现疏松的后大部位定向凝固浇注系统Pouringsystem型腔mouldcavity冒口Riser温度距离123缩孔shrinkagecavity

铸造应力铸造应力相变应力热应力机械应力铸件收缩受到机械阻碍铸件因V冷却、壁厚、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：铸件凝固冷却过程中，若收缩受阻，则在铸件内会产生铸造应力。它是铸件产生变形和裂纹的基本原因。+-+--++表示拉应力-表示压应力铸件因壁厚不均匀，或铸件中存在着较大的温差，在同一时间内铸件各部分收缩不同，先冷却的部位阻碍了后冷却部位的收缩，在其内部产生了内应力。热应力+框架结构+-T型梁结构内应力薄压厚拉变形方向恰相反——铸件产生热应力与变形的规律：①薄壁、细小部位：冷得快，受压应力（凸出）；②厚壁、粗大部位：冷得慢，受拉应力（凹进）。热应力相变应力铸件冷却过程中，有的合金要经历固态相变，比容发生变化。下表为钢的各种组织的比容。钢的组成相铁素体渗碳体奥氏体w(C)=0.9%珠光体马氏体比容/cm3·g-10.12710.13040.12750.12860.1310铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、箱挡等外力阻碍而产生的应力称为机械应力。收缩应力使铸件产生拉应力或切应力，并且是暂时的。但是如果在某一瞬间收缩应力和热应力同时作用超过了铸件的强度极限时，铸件将产生裂纹。机械应力防止和减小铸造应力的措施

①合理设计铸件结构铸件的形状愈复杂，各部分壁厚相差愈大，冷却时温度愈不均匀，铸造应力愈大。因此，在设计铸件时应尽量使铸件形状简单、对称、壁厚均匀。②尽量选用线收缩率小、弹性模量小的合金。③采用同时凝固的工艺所谓同时凝固是指采取一些工艺措施，使铸件各部分温差很小，几乎同时进行凝固，如下图所示。因各部分温差小，不易产生热应力和热裂，铸件变形小。

同时凝固

同时凝固的具体工艺是将内浇口开在铸件的薄壁处，以减缓其冷却；再在铸件厚壁处放置冷铁，以加快其冷却。总之，同时凝固原则可降低铸件产生应力、变形和裂纹的倾向；这种工艺因不设冒口，使工艺简化、并节约了金属材料。只是铸件的心部会产生缩孔和缩松缺陷，所以同时凝固原则只用于普通灰铸铁和锡青铜等铸造性能好的铸件的生产。防止和减小铸造应力的措施

④合理设置浇冒口，缓慢冷却，以减小铸件各部分温差；采用退让性好的型、芯砂。⑤若铸件已存在残余应力，可采用人工时效、自然时效或振动时效等方法消除。铸件变形由于内应力的存在，厚薄不均、截面不对称以及细长杆、板、轮类零件，在铸造应力超过铸件材料的屈服极限时，产生的翘曲变形。框形铸件变形示意图床身导轨面的翘曲变形铸件变形去应力退火

实践证明，铸件变形后其残余应力并未彻底消除。这种铸件经机械加工后，内应力将重新分布，使零件缓慢地变形，丧失原有的加工精度。为此，对不允许发生变形的铸件，必须进行时效处理。时效处理可分为自然时效和人工时效两种。自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，使其缓缓地发生变形，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550~650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底，故应用广泛。

发生期引发因素特征倾向防止措施热裂凝固高温机械应力(铸型阻力)短宽曲氧塑性区宽退让性，控制S冷裂凝固低温复合应力光滑穿晶脆性，大型壁厚均匀，控制P裂纹热裂：凝固后期因机械应力超强而产生。冷裂：继续冷却至室温形成的裂纹。裂纹是铸造内应力超过金属材料抗拉强度的产物热裂示意图

热裂纹是铸钢件和铝合金铸件常见的缺陷。凝固末期，结晶出来的晶体已形成完整的骨架，开始固态收缩，但晶粒之间还有少量液体金属，形成液膜，强度很低。如果固态收缩受到砂型和砂芯的阻碍，机械应力超过次时金属液膜的抗拉强度，即发生热裂。很明显，零件结构不合理、合金的收缩率高、型砂或芯砂的退让性差，合金的高温强度低等，都使铸件易于产生热裂纹。防止措施:

a．合理设计铸件结构；

b．改善铸型和型心的退让性；

c．限制铸钢和铸铁中的S含量；

d．选用结晶温度区间小的合金。冷裂示意图产生原因：温度下降，σ铸↑，σ铸>σb时，则产生裂纹；冷裂常出现在复杂铸件受拉应力的部位，特别是应力集中处（如尖角处、缩孔、气孔、夹渣等缺陷附近）。壁厚差悬殊，结构复杂的铸件易于发生冷裂。不同铸造合金冷裂倾向不同，灰口铸铁、白口铸铁、高锰铜等塑性差的合金较易产生。防止措施：

a．减少铸造应力；b．降低合金中P的含量；

c．去应力退火；d．设计铸件时应避免应力集中。

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。2.2.4金属的吸气性

金属液吸收气体的过程：（1）气体分子撞击到金属液表面；（2）在高温金属液表面上气体分子离解为原子状态；（3）气体原子根据与金属元素之间的亲和力大小，以物理吸附方式或化学吸附方式吸附在金属表面；（4）气体原子扩散进入金属液内部。前三个过程是吸附过程，最后一个是扩散过程。金属液吸收气体时，实际上这4个过程同时存在，而扩散是关键，因为它决定金属液的吸气速度。

气体在金属液中的溶解度

在一定温度和压力条件下，金属吸收气体的饱和浓度，称为该条件下气体的溶解度。常用每100g金属含有的气体在标准状态下的体积来表示(cm3／100g)，有时也用溶解气体对金属的质量分数表示。影响气体在金属液中的溶解度的因素是：温度、金属的化学成分和气体在金属液面上的平衡分压。如温度对气体在金属中溶解度的影响随温度升高而增大。气体的析出溶解于金属液中的气体，随温度下降则不断析出。气体析出主要通过3种方式：（1）气体以原子态扩散到金属表面，然后脱离吸附(蒸发)。（2）与金属内某元素形成化合物，以非金属夹杂物形式排出；（3）以气泡形式从金属液中逸出。若金属液温度较高，气泡能上浮到液面，气体逸出。气孔侵入气孔析出气孔反应气孔析出气孔特征是多而分散，产生这类气孔的主要原因是熔炼过程中金属液吸收了较多的气体而形成。液态时，能吸溶过量的氢、氮、氧等。在金属冷凝过程中，其中大部分气体会逐渐析出，但在金属液凝固阶段，气体析出最为剧烈，这时金属液流动性已经很差，析出的气体所形成的气泡又很小。2.2.5铸件的化学成分偏析1）微观偏析

（1）晶内偏析(2)晶界偏析固溶体无扩散结晶固溶体有扩散结晶树枝晶各截面的溶质等浓度线铸件的化学成分偏析晶界偏析晶粒相碰形成的晶界偏析晶粒平行生长形成的晶界偏析2）宏观偏析（1）正偏析铸件或铸锭凝固时，由于型壁强烈地定向散热，在进行凝固的合金内形成一个温度梯度。凝固不是在整个截面同时进行，而是从与铸型壁相接触的外层开始。

如果是溶质的分配系数k>1的合金，固液界面的液相中溶质减少，因此愈是后来结晶的固相，溶质的浓度愈低。这种成分偏析称之为正偏析。利用溶质形成正偏析的规律，通过控制金属的凝固过程使有害的杂质偏析到指定部位．提高金属的纯度和品质，可以使金属达到精练提纯的目的。2）宏观偏析（2）逆偏析当溶质的分配系数k<1的合金进行凝固时，凝固界面上将有一部分溶质排向液相，随着温度的降低，溶质的浓度在固浓界面处的液相中逐渐增加。越是后来结晶的固相，溶质浓度越高，这种成分偏析称之为逆偏析。液态成形件的质量与控制

常见铸件缺陷及特征

名称特征名称特征气孔主要为梨形、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。缩孔缩松1．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。2．所松：铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。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。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。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。化学成分及力学性能不合格铸件的化学成分和硬度、强度、伸长率、冲击韧度、耐热、耐蚀及耐磨等性能不符合技术条件要求。白口灰铸铁件断面全部或表面出现亮白色组织，常在铸件薄的断面，棱角及边缘部分。铸件工艺过程设计就是根据铸造零件的结构特点、技术、要求、生产批量和生产条件等，确定铸件方案和技术参数，绘制工艺过程图、编制工艺过程卡等技术文件的过程。铸件工艺设计的有关文件，是生产准备、管理和铸件验收的依据，并用于直接指导生产操作。因此，铸件工艺过程设计的好坏，对铸件品质、生产率和成本起着重要的作用。2.3液态金属成形件的工艺过程设计

2.3.1铸造工艺设计内容与步骤铸造工艺过程设计的内容铸造工艺过程设计的内容主要决定于批量大小、生产要求和生产条件。一般包括：铸造工艺过程图、铸件图、铸型装配图、工艺过程卡、操作技术规程。广义地讲，凡铸造技术装备的设计内容，诸如模样图、模板图、芯盒图、砂箱图、压铁图、专用检具图、专用量具图及组芯夹具图等，均属于铸造工艺过程设计的内容。铸造工艺过程设计的步骤铸造工艺方案的内容2.工艺方案的确定1.铸件结构工艺性分析4.型芯设计3.工艺参数确定6.出气冒口补缩冒口5.浇注系统设计8.绘制铸件图7.绘制铸造工艺图铸造方法的选择造型及造芯方法的选择浇注位置的选择分型面的选择工艺方案的确定2.3.2工艺方案的确定

1）浇注位置选择原则

重要加工面应朝下或位于侧面浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。保证卷筒周围质量均匀

铸件的大平面尽可能朝下或采用倾斜浇注铸型的上表面除了容易产生砂眼、气孔、夹渣外，大平面还常产生夹砂缺陷。同时也有利于排气、减小金属液对铸型的冲刷力。

1）浇注位置选择原则

大面积薄壁置铸型下部或位垂直/倾斜,防止浇不到和冷隔缺陷；大平面倾斜

1）浇注位置选择原则

易缩孔件的厚大部分分型面附近的上部或侧面热节处应位于分型面附近的上部或侧面容易形成缩孔的铸件(如铸钢、球墨铸铁、可锻铸铁、黄铜)浇注时应把厚的部位放在分型面附近的上部或侧面，以便安放冒口，实现顺序凝固，进行补缩。

1）浇注位置选择原则

1-冒口；2、3-砂芯图2-29铸钢链轮的浇注位置

2）分型面的选择原则便于起模，使造型工艺简化。考虑分型面形状和数目，活块，型芯。分型面（Partingline）是指两半铸型相互接触的表面。除了实型铸造法外，都要选择分型面。（1）应尽可能使全部或大部分铸件，或者加工基准面与重要的加工面处于同一半型内。以避免因合型不准产生错型，保证铸件尺寸精度。

2）分型面的选择原则图2-30管子堵头分型方案尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件精度。

2）分型面的选择原则增加外芯凸台妨碍起模方案B易产生错箱。可用于单件生产。（2）应尽量减少分型面的数目分型面数量少，既能保证铸件精度，又能简化造型操作。

2）分型面的选择原则

2）分型面的选择原则

(3)分型面应尽量选用平面

平直的分型面可简化造型工艺过程和模板制造，容易保证铸件精度（图2-32b），这对于机器造型尤为重要。

水平分型面----便于造型操作，适宜批量生产！挖砂造型费时、费工，尽量避免。单件生产时可用此法！

2）分型面的选择原则4）尽量使型腔及主要型芯位于下型。型芯、型腔大部分位于下箱，方案合理上箱太高

2）分型面的选择原则

3）确定工艺参数机加工余量最小铸出孔起模斜度铸造圆角收缩率（1）

机加工余量造型方式；合金种类；铸件尺寸；加工面与基准面距离；浇注位置等。一般查手册。孔处理：最小孔直径和经济性原则。在铸件上为切削加工而加大的尺寸称为机械加工余量。加工余量必须认真选取，余量过大，切削加工费工，且浪费金属材料；余量过小，制品会因残留黑皮而报废，或者，因铸件表层过硬而加速刀具磨损。

3）确定工艺参数与铸件尺寸公差配套使用的铸件加工余量（2）最小铸出孔

铸孔及铸槽铸件上的孔和槽类这部分结构是否铸出，取决于工艺的可行性和必要性。一般来说，尺寸较小的孔不铸出反而经济。设计时查手册。注---零件图上没有要求加工的孔必须铸出。因此，设计时必须注意这类孔的尺寸不可太小！小孔不铸出，留待机加工。不铸出孔的表示灰铸铁件铸孔尺寸（最小铸出孔）

铸钢件最小铸出孔（槽）的尺寸取决于孔壁厚度和深度。需要时，查手册。灰铁铸件铸钢件大量生产成批生产单件、小批量生产12～1515～3030～5030～5050（3）起模斜度

取决于立壁高度；造型方法和模样材料等因素，一般15’-3

。内外壁有分（内壁3-10

）。为了使模样(或型芯)便于从砂型(或芯盒)中取出，凡垂直于分型面的立壁在制造模样时，必须留出一定的倾斜度,此倾斜度称为起模斜度。立壁愈高，斜度愈小。（4）铸造圆角

制造模样时，壁的连接和转角处要做成圆弧过度，即铸造圆角。它既可使转角处不产生脆弱面，又可减少应力集中，还可避免产生冲砂、缩孔和裂纹。一般小型铸件，外圆角半径取2～8mm，内圆角半径取4～16mm。（5）铸造收缩率模样尺寸放大率K=（L0-L1）/L0*100%。经验数据（0.7-1%灰铸铁）由于合金的线收缩,铸件冷却后的尺寸将比型腔尺寸略为缩小,为保证铸件的应有尺寸,模样尺寸必须比铸件放大一个该合金的收缩量。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％。2.3.3浇注系统及其设计浇注系统是引导金属液进入铸型的系列通道的总称，是铸型充填系统的组成部分。浇注系统的主要功能是：将铸型型腔与浇包连接起来，平稳地导入液态金属；挡渣及排除铸型型腔中的空气及其他气体；调节铸型与铸件各部分的温度分布以控制铸件的凝固顺序；保证液态金属在最合适的时间范围内充满铸型，不使金属过度氧化，有足够的压力头，并保证金属液面在铸型型腔内有必要的上升速度等。1-浇口杯；2-直浇道；3-横浇道；4-内浇道2.3.3浇注系统及其设计(a)顶部注入式(b)中间注入式(c)底部注入式(d)阶梯注入式2.3.3浇注系统及其设计2.3.3浇注系统的设计对设计合理的浇注系统的要求是：尽可能阻止熔渣、气体、氧化物及非金属夹杂物吸附或夹附进入铸型型腔；防止铸型型腔和型芯被冲蚀；降低浇注温度；在正确部位以合适的速度把金属液引入铸型型腔，减少铸件的缩孔(松)和变形；减少浇注系统占用的金属，节约液态金属。

设计浇注系统，首先应该正确地选择浇注系统的类型及其开设的位置，要根据具体情况认真研究，对各种方案进行反复比较，要保证有足够的空间开设浇口和冒口系统。在此基础上还要确定浇注系统各组元的合理尺寸及其之间的比例关系。计算浇注系统要考虑的主要问题是控制金属液流经浇注系统进入型腔的速度和流量。2.3.3浇注系统及其设计2.3.4冒口、冷铁的设计

冒口的设计铸型中能储存一定金属液（同铸件相连接在一起的液态金属熔池）补偿铸件收缩，防止产生缩孔和缩松缺陷的专门技术“空腔”称为冒口。冒口的主要作用是补缩铸件。此外还有集渣和通、排气作用。1-明顶冒口；2-暗顶冒口3-铸件；4-边冒口(a)铸钢件(b)铸铁件冷铁的设计冷铁是用来加大铸件局部冷却速度最常用的一种激冷物，钢材、铜等金属材料也可以用作激冷物。其主要作用为：加快铸件某一部分的冷却速度，调节铸件的凝固顺序，与冒口配合使用，可扩大冒口的有效补缩距离。冷铁分为外冷铁和内冷铁2.3.5铸造工艺过程图的绘制铸造工艺过程图是在零件图上用规定的技术符号表示出铸造工艺过程内容的图形，它决定了铸件的形状、尺寸、生产方法和工艺过程，是制造模样、芯盒、造型、造芯和检验铸件的依据。名称技术符号和表示方法名称技术符号和表示方法分型面用红色线表示，并用红色写出“上、中、下”字样分型分模面用红色线表示分模面用红色线表示，在任一端画“<”号不铸出孔和槽不铸出孔和槽用红色线打叉铸造工艺过程图的绘制名称技术符号和表示方法名称技术符号和表示方法机械加工余量用红色线表示在加工符号附近注明加工余量数值，凡带斜度的加工余量应注明斜度浇注系统位置与尺寸用红色线或红色双线表示，并注明各部尺寸型芯用蓝色线表示，并注明斜度和间隙数值;有两个以上型芯时，用数字号“1＃，2＃”等标注铸造工艺过程图的绘制铸造工艺过程图的绘制铸造工艺对铸件结构设计的要求合金铸造性能对铸件结构工艺性的要求铸件最小壁厚设计设计核心：铸件结构工艺性当采用铸造来做零件毛坯或直接成形时，除形状和尺寸设计以外，还必须进行结构设计。

铸件结构工艺性设计目的，就是在结构设计上，力求使铸造，以及后续的切削加工容易进行。

2.4液态金属成形件的结构设计在一定铸造条件下，铸造合金液能充满铸型的最小厚度称为该铸造合金的最小壁厚。为了避免铸件的浇不足和冷隔等缺陷，铸件的设计壁厚不应小于最小壁厚。最小壁厚主要由合金种类和铸件尺寸大小决定1）最小壁厚2.4.1保证铸件质量的铸件结构设计砂型铸造铸铁件的最小壁厚／mm铸件种类铸件最大轮廓尺寸<200200~400400~800800~12501250~2000灰铸铁3~44~55~66~88~10孕育铸铁5~66~88~1010~1212~16球墨铸铁3~44~88~1010~12－碳素钢89111416~18低合金结构钢8~99~10121620高锰钢8~910121620不锈钢8~1010~1212~1616~2020~25耐热钢8~1010~1212~1616~2020~25由于厚壁铸件易产生缩孔、缩松、晶粒粗大、偏析等缺陷，铸件的力学性能下降。这对于各种铸造合金来说，均存在一个临界壁厚，如果铸件的壁厚超过临界壁厚，铸件的承载能力并不按比例随铸件厚度的增加而增加，而是显著下降。所以，设计厚大铸件时，要避免以增加壁厚的方式提高强度。砂型铸造各种铸造合金铸件的临界壁厚可按其最小壁厚的3倍考虑。2)铸件的临界壁厚3)铸件的内壁厚度砂型铸造时，散热条件差的铸件内壁，即使内壁厚度与外壁厚度相等，由于它的凝固速度比外壁慢，力学性能往往比外壁低。同时在铸造过程中易在内、外壁交接处产生热应力，使铸件产生裂纹，对于凝固收缩大的铸造合金还易在此处产生缩孔和缩松。因此，设计时应使铸件内壁厚度小于外壁厚度。其内、外壁厚度相差值可参考表2-16。合金类别铸铁铸钢铸铝铸铜铸件内壁比外壁厚度应减少的相对值/%10~2020~3010~2015~20表2-16砂型铸造各种铸造合金件之内、外壁厚相差值注：铸件内腔尺寸大的取下限值。注：铸件内腔尺寸大的取下限值。3)铸件的内壁厚度4)铸件壁的过渡和连接通常情况下，铸件壁的厚度并不完全一致。因此，在壁的过渡处应参考表2-17中壁的过渡形式和尺寸进行设计。示意图壁厚比示意图壁厚比b≤b＞铸壁有类型各异的接头，大致分为L型、T型、v型、Y型和十字型等５种。在接头处，因凝固速度慢，容易产生应力集中，在铸件上可能会产生裂纹、变形、缩孔、缩松等缺陷。所以，设计中应选用L型接头，减少和分散热节点，避免交叉连结。图2-39十字型连接形式（a）不合理(b)合理(c)不合理(d)合理4)铸件壁的过渡和连接图2-40K型连接形式(a)不合理(b)合理(c)不合理(d)合理4)铸件壁的过渡和连接表2-18铸件壁的连接形式示意图4)铸件壁的过渡和连接壁间连接应避免交叉和锐角为了减小热节和防止铸件产生缩孔和缩松，铸件的壁应避免交叉连接和锐角连接。中、小铸件可采用交错接头，锐角连接宜采用过渡形式，大件宜采用环形接头。交错接头

环形接头壁间连接应避免交叉和锐角5)肋为了增加铸件的力学性能和减轻铸件的质量，消除缩孔和防止裂纹、变形、夹砂等缺陷，在铸件结构设计中大量采用肋。设计肋时，要尽量分散和减少热节点，避免多条肋互相交叉(图2-39)，肋与肋和肋与壁的连接处要有圆角过渡，垂直于分型面的肋应有铸造斜度(见表2-19)。除此之外，还应考虑：应用肋提高铸件品质和载荷性能。图2-43所示的大平面铸件，按原设计(图2-43(a))，在浇注时因金属液的烘烤，平面A处砂型膨胀较大易裂开脱落，产生夹砂类缺陷。增加肋后不易产生夹砂类缺陷。表2-19肋的分布情况简图5)肋图2-43壳体铸件 图2-44铸铁件(支架)加强肋的布置(a)容易产生夹砂(b)不易产生夹砂(a)肋受拉应力(b)肋受压应力5)肋薄而大的平板，收缩易发生翘曲变形，加上几条筋之后便可避免。如下图所示铸件壁较厚，容易产生缩孔。将壁厚减薄，采用加强筋，可防止以上的缺陷。5)肋5)肋5)肋6)铸造斜度非加工面上的铸件壁的内、外两侧，沿起模方向应设计适当的斜度，即结构斜度，可参考表2-20进行设计。简图斜度a：h使用范围1：5h<的铸钢和铸铁件1：10～1：20H＝25～的铸钢和铸铁件1：50h>的铸钢和铸铁件1：100非铁合金铸件非加工面上的铸件壁的内、外两侧，沿起模方向应设计适当的斜度，即结构斜度。简图斜度a：h使用范围1：5h<的铸钢和铸铁件1：10～1：20H＝25～的铸钢和铸铁件1：50h>的铸钢和铸铁件1：100非铁合金铸件6)铸造斜度6)铸造斜度铸件上由于需要安装螺栓、压力表、排气塞、排油塞、黄油杯、测温计等，结构设计时就须在安装位置设置凸台。然而，凸台会在零件上造成金属堆积。对于凝固收缩大的金属，在凸台内易形成缩孔、缩松，有损铸件品质。因此，设计凸台时要选择正确的形状和尺寸。凸台之间的中心距较小时，应将凸台连成整体，以便于铸造和切削加工。凸台与铸件垂直壁距离小时，为便于造型，应与垂直壁相连。7)

凸台凸台设计便于起模图2－45摇臂铸件的结构(a)要用曲面分型面的结构(b)分型面为平面的结构

1）简化或减少分型面2.4.2适应铸造工艺过程的铸件结构设计

1）简化或减少分型面(a)两个分型面的结构(b)一个分型面的结构图2-46容筒铸件的结构2）应尽量不用或少用型芯铸件结构设计要求不合理的结构合理的结构原结构带加强肋的外形要用砂芯形成。结构改进后，取消了外形砂芯，铸件的强度甚至比原结构还好。2）应尽量不用或少用型芯铸件结构设计要求不合理的结构合理的结构

与分型面垂直的铸壁，应有铸造斜度

与分型面垂直的肋条，应与分型面垂直。3）铸件结构应方便起模(a)不合理的结构(b)合理的结构4）有利于型芯的固定和排气5）避免变形和裂纹铸件结构设计要求(a)不合理的(b)合理的1、细长易挠曲的铸件应设计为对称截面。由于对称截面的相互抵消作用，变形大大减小。2、合理设置加强肋，提高平板铸件的刚度，防止变形。3、较大的带轮、飞轮、齿轮的轮辐可做成弯曲的、奇数的或带孔辐板。可借轮辐或轮缘的微量变形自行减缓铸造应力，防止开裂。(a)有较大的水平面(易产生夹渣、气孔，清理困难)(b)倾斜面(不易产生夹渣、气孔)(c)阶梯面(不易产生夹渣、气孔)6）有利于防止夹渣、气孔铸件的清理工作包括清砂、切割浇冒口、去除飞边毛刺、打磨修正等。这部分工作量大、劳动条件差。因此，铸件轮廓设计要考虑利于清砂、利于切割冒口，也可减少设置冒口的结构(a)合理结构(K部不易粘砂)(b)不合理结构(K部易粘砂)7）有利于铸件清理(a)不合理的结构(切割冒口与除芯因难)(b)合理结构(切割冒口与除芯容易)7）有利于铸件清理常用铸造合金

铸铁铸钢有色金属：Al、Cu合金等2.5常用铸造合金及其熔炼1）铸铁

铸铁——wc

2.11%的Fe-C合金。常用成分：wc=2.4～4.0。

其它元素：C，Si，Mn，S，P。按碳在铸铁中存在形式的不同分类：白口，灰口，麻口铸铁。灰口铸铁——灰铸铁；球墨、蠕墨、可锻铸铁。

铸铁的基体组织是铁素体（F）和珠光体（P）白口铸铁碳-碳化物（Fe3C）灰口铸铁碳-片状石墨可锻铸铁碳-絮状石墨球墨铸铁碳-球状石墨铸铁灰铸铁的工艺性能①铸造性能特别好，不能锻、冲，焊接性能较差；流动性好，收缩小，缩孔、缩松倾向很小；吸气性、

偏析性均较小，可用于制造各种薄壁复杂铸件。一般用同

时凝固，不加冒口和冷铁，即可获得优质铸件。②熔炼工艺特点：熔点低，对化学成份的要求不很严格，普通冲天炉即

可满足熔炼要求。原材料（生铁、回炉料、废钢铁、石灰

石、萤石等）价格低，来源广，铸铁成本低。③铸型特点：

普通砂型（湿砂型、少量铸件用干型）即可满足要求。球墨铸铁的显微组织a）铁素体球墨铸铁b）铁素体+珠光体球墨铸铁c）珠光体球墨铸铁性能球墨铸铁的石墨呈球状，它对基体的割裂作用减至最低限度，基体强度的利用率可达70%~90%，因此球墨铸铁具有比灰铸铁高得多的力学性能，抗拉强度可以和钢媲美，塑性和韧度大大提高。通常σb=（400～900）MPa，δ=2%～18%，同时，仍保持灰铸铁某些优良性能，如良好的耐磨性和减震性，缺口敏感性小，切削加工性能好等。球墨铸铁的焊接性能和热处理性能都优于灰铸铁。

球墨铸铁的生产特点

（1）铁液要有足够高的含碳量，低的硫、磷含量，有时还要求低的含锰量。高碳（3.6%~4.0%）可改善铸造性能和球化效果，低的锰、磷可提高球墨铸铁的塑性与韧度。硫易与球化剂化合形成硫化物，使球化剂的消耗量增大，并使铸件易于产生皮下气孔等缺陷。

球化和孕育处理使铁水温度要降低50~100℃，为防止浇注温度过低，出炉的铁水温度必须高达1400℃以上。（2）球化处理和孕育处理球化处理和孕育处理是制造球墨铸铁的关键，必须严格控制。球墨铸铁的用途球墨铸铁具有较高的强度和塑性，尤其是屈强比（

0.2/

b）优于锻钢，用途非常广泛，如汽车、拖拉机底盘零件，阀体和阀盖，机油泵齿轮，柴油机和汽油机曲轴、缸体和缸套，汽车拖拉机传动齿轮等。目前，球墨铸铁在制造曲轴方面正在逐步取代锻钢。球墨铸铁的热处理铸态球墨铸铁的基体多为珠光体-铁素体混合组织，有时还有自由渗碳体，形状复杂件还存在残余内应力。因此，多数球墨铸铁件要进行热处理，以保证应有的力学性能。常用的热处理为退火和正火。退火的目的是获得铁素体基体，以提高球墨铸铁件的塑性和韧度。正火的目的是获得珠光体基体，以提高材料的强度和硬度。4.1.3可锻铸铁

可锻铸铁通过石墨化退火处理得到的一种高强韧铸铁。有较高的强度、塑性和冲击韧度，可以部分代替碳钢。可锻铸铁分为铁素体基体（黑心）可锻铸铁和珠光体基体可锻铸铁。

可锻铸铁显微组织a)铁素体可锻铸铁b）珠光体可锻铸铁：金属基体和团絮状石墨组成，蠕墨铸铁1．蠕墨铸铁的生产在一定成分的铁液中加入适量的蠕化剂进行蠕化处理而成的。所谓蠕化处理是将蠕化剂放入经过预热的堤坝或铁液包内的一侧，从另一侧冲入铁液，利用高温铁液将蠕化剂熔化的过程。蠕化剂为镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁钙合金等。2．蠕墨铸铁的性能及应用蠕墨铸铁中的石墨片比灰铸铁中的石墨片的长厚比要小，端部较钝、较圆，介于片状和球状之间的一种石墨形态。钢基体+蠕虫状石墨组织

性能：力学性能较高，强度接近于球墨铸铁，具有一定的韧度，较高的耐磨性，同时又兼有良好的铸造性能和导热性。应用：生产汽缸盖、汽缸套、钢锭模、轧辊模、玻璃瓶模和液压阀等铸件。铸铁组织铸铁性能铸钢具有良好的综合机械性能，常用于制造形状复杂，要求具有高强度、塑性、韧性或其它特殊性能的机器零件。

2）铸钢分类使用性能用途碳素铸钢低碳铸钢导磁性好铸造电机壳体、电磁吸盘中碳铸钢综合机械性能好机车车架、轧辊、轧钢机架、曲轴连杆等重要的机器零件高碳铸钢韧性差很少应用合金铸钢低合金铸钢合金总含量<5%，比同类碳钢有更高的机械性能中合金铸钢合金总含量5～10%高合金铸钢合金总含量>10%，具有耐酸、耐热、耐磨、抗冲击等特殊性能高锰钢：

颚式破碎机颚板、拖拉机履带耐热钢：

汽轮机叶片、加热炉炉撑不锈钢：

耐酸泵体等工艺措施（1）提高型砂质量：强度，耐火度和透气性；（2）采用定向凝固原则，设置冒口和冷铁；（3）控制浇注温度，1500-1650。

铸钢的工艺性能①焊接性能比铸铁好，可采用铸-焊复合工艺，制造大型复杂铸件；②铸钢的熔点高（约1500℃），流动性差，在熔炼过程中易吸气和氧化，因而铸造性能差。要求铸钢件壁厚≥8mm（砂型铸造）；要适当提高浇注温度和浇注速度。③收缩率大，E体约为10～14%，E线约为1.8～2.5%，缩孔、缩松倾向大，应采用顺序凝固加冒口补缩，要求铸钢件壁厚尽可能均匀，避免热节，适当增大转角处的圆角半径。①流动性好②线收缩较小，但有一定的缩孔倾向，多采用顺序凝固，加冒口补缩。③易氧化，吸气。2Al+O2→Al2O3，

Al2O3的熔点为2050℃，比重大于铝，易形成氧气夹杂；降低铝铸件的机械性能。液态铝可溶解大量氢，凝固时，氢的溶解度下降15倍左右；过饱和的氢来不及析出，以分子态聚集在铸件内部，形成许多小针孔(

<1mm),降低铸件的机械性能和致密性。3）

铸造铝合金4）铸造铜合金黄铜的铸造性能①流动性好②收缩大，易形成缩孔。应采用顺序凝固加冒口补缩③铜易形成Cu2O夹杂物。熔炼时加入硼砂、玻璃作熔剂，覆盖在合金液面上，可隔离空气，防止氧化；黄铜中的锌元素是良好的脱氧剂，锌的蒸发可把铜液中的杂质带出而排除。熔剂层可减少锌的过量蒸发损失。

锡青铜(Cu-Sn)：机械性能，致密性均比黄铜差；结晶间隔大，流动性差，不易产生缩孔，但易产生显微缩松。对轴承等零件，有利于储润滑油，提高耐磨性。当厚度不大时，采用同时凝固，可细化晶粒，使缩松均匀分布。锡青铜很容易被氧化。烤炼时，在加入熔剂隔离空气的同时，还要加入磷进行脱氧。

铜合金的铸造性能

铝青铜：是以铝和铜为主要成为的合金。用铝代锡可节省锡资源，降低成本，并具有良好的机械性能和耐磨损，耐大气、海水、有机酸腐蚀的性能。铝青铜的收缩大，缩孔倾向大，铸造工艺上多采用顺序凝固加冒口补缩的方案。铜合金的铸造性能2.5.2铸造合金的熔炼熔炼目的：高生产率、低成本地熔炼出预定成分和温度的铁液。熔炼设备：冲天炉、电弧炉、工频炉等，其中以冲天炉的应用最为广泛1）铸铁的熔炼冲天炉冲天炉是最普遍应用的铸铁熔炼设备。它用焦炭作燃料，焦炭燃烧产生的热量直接用来熔化炉料和提高铁液温度，在能量消耗方面比电孤炉和其它熔炉节省。而且设备比较简单，大小工厂皆可采用。但冲天炉的缺点，主要是由于铁液直接与焦炭接触，故在熔炼过程中会发生铁液增碳和增硫的过程。图2-52冲天炉工作过程原理图铁液化学成分的控制在熔化过程中铁料与炽热的焦炭和炉气直接接触，铁料的化学成分将发生某些变化。化学成分的如下变化：（1）硅和锰炉气氧化使铁液中的硅、锰产生熔炼损耗，通常的熔炼损耗为：硅10%~20%，锰15%~25%。（2）碳铁料中的碳，一方面可被炉气氧化熔炼损耗，使含碳量减少；另一方面，由于铁液与炽热焦炭直接接触吸收碳分，使含碳量增加。含碳量的最终变化是炉内渗碳与脱碳过程的综合结果。实践证明，铁液含碳量变化总是趋向于共晶含碳量（即饱和含碳量），当铁料含碳量低于3.6%时，将以增碳为主；高于3.6%时，则以脱碳为主。鉴于铁料的含碳量一般低于3.6%，故多为增碳（3）硫铁料因吸收焦炭中的硫，使铸铁含硫量增加50%左右。（4）磷基本不变。

铸钢熔点高，对化学成份要求严格。故不能用冲天炉熔炼，多采用电弧炉或感应电炉进行熔炼。由于钢水温度高，流动性差，收缩应力大，要求型砂和芯砂的耐火性、强度、透气性、退让性都要好。为防止粘砂，型腔表面要涂以石英粉或锆砂粉等耐高温涂料。为减少气体来源，提高流动性，增加强度，大件多采用干型或水玻璃砂快干型。对小而复杂的铸钢件，可采用熔模精密铸造。2）铸钢熔炼

铸钢铸型特点（1）电弧炉炼钢图2-53三相电孤炉炼钢示意图图2-54无芯感应电炉加热原理图1-水泥石棉盖板

2-坩埚

3-感应线圈

4-水泥石棉防护板

5-耐火砖底座6-铝制边框2）感应电炉炼钢

目的：消除内应力，细化晶粒，提高机械性能。①低碳钢：可用正火代替退火；②中、高碳钢：

用退火处理。铸钢的热处理：焦碳坩埚炉坩埚垫板焦碳炉体炉盖空气炉箅烟道特点：金属炉料与燃料隔离。3）有色合金熔炼石棉板耐火砖托板耐热板坩埚电阻坩埚炉电阻丝3）有色合金熔炼砂型铸造的特点①可以制造形状复杂的毛坯或零件；②加工余量小，金属利用率高；③适应性强，应用面广，用于制造常用金属及合金的铸铁件；④铸件的成本低；⑤铸件的晶粒比较粗大，组织疏松，常存在气孔、夹渣等铸造缺陷，机械性能比锻件差；⑥铸造生产工序多，铸件质量不够稳定，废品率较高；⑦铸件表面较粗糙，多用于制造毛坯。2.6铸造成形技术过程铸型种类铸型特征主要特点适用范围湿型砂（湿型）以粘土作粘结剂，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（干型）经过烘干的高粘土含量（粘土质量分数为12％～14％）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，且难于实现机械化与自动化单件、小批生产品质要求较高，结构复杂的中、大型铸件表面烘干型浇注前用适当方法将型腔表层（厚15～）进行干燥的砂型兼有湿砂型和干砂型的优点单件、小批生产中、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，靠砂型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、中型铸件常用砂型的主要特点和适用范围砂型铸造工艺流程1）造型造芯方法简介手工造型①以手工操作为主，劳动强度大，劳动生产率低，铸件缺陷率较高；②适用于重型铸件和形状复杂铸件的单件、小批量生产。机器造型①生产效率高，劳动条件得到改善；②精度比手工造型铸件高；③设备投资较大，适于形状不太复杂但生产批量较大的铸件的生产。零件木模砂箱分模面两箱造型模样是整体的，多数情况下，型腔全部在下半型内，上半型无型腔。造型简单，铸件不会产生错型缺陷铸件最大截面在一端，且为平面。两箱造型三箱造型铸型由上、中、下三部分组成，中型的高度须与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型费工，应尽量避免使用地坑造型在车间地坑内造型，用地坑代替下砂箱，只要一个上砂箱，可减少砂箱的投资大型铸件单件生产时,降低铸型高度,便于浇注操作。但造型费工，而且要求操作者的技术水平较高。模样是整体的，但铸件的分型面是曲面。为了起模方便，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂。每造一件，就挖砂一次，费工、生产率低。挖砂造型

用刮板代替模样造型。可大大降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，要求操作者的技术水平较高.

刮板造型铸件上有妨碍起模的小凸台、肋条等。制模时将此部分作成活块，在主体模样起出后，从侧面取出活块。单件小批生产带有突起部分的铸件。活块造型造型方法主

要

特

点适

应

范

围两箱造型

用两个砂箱制造砂型。可采用多种模样（整体模、分块模、刮板模等）和多种造型方法（挖砂、假箱等），操作一般较简便

单件或批量生产各种尺寸的铸件，是最基本的造型方法多箱造型

用三个或以上砂箱制造砂型，须采用分块模，操作费工，生产效率低

单件、小批生产需两个以上分型面的铸件或高大、复杂的铸件脱箱造型

在可脱砂型内造型，合型后脱去砂箱。操作简便灵活，生产效率高，适应性较强

单件或批量生产湿型铸造的中、小型铸件刮板造型

不用模样或芯盒而用刮板造型，可节省制造模样的材料和工时、但操作技术要求高，生产效率低，铸件精度低

单件、小批量生产等截面或回转体类的大、中型铸件地坑造型

在砂坑或地坑中制造下型，可省去下砂箱，也可不用上型，但技术要求高，生产效率低单件生产大、中型铸件常用的手工造型方法的主要特点和适用范围2）机器造型机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序，常用的机器造型方法有震实造型、微震实造型、高压造型、抛砂造型、气冲造型等造型机填砂→震击紧砂→辅助压实→起模工艺特点:机器造型工艺是采用模底板进行两箱造型。模底板是将模样、浇注系统沿分型面与底板联结成一个整体的专用模具。造型后，底板形成分型面，模样形成铸型空腔。（1）震实造型（1）震实造型（2）微震实造型

（3）高压造型（4）抛砂造型抛砂机的抛砂机头的电动机驱动高速叶片，连续地将传送带运来的型砂在机头内初步紧实，并在离心力的作用下，型砂呈团状被高速（30－60m/s）抛到砂箱中，使型砂逐层地紧实。

抛砂紧实同时完成填砂与紧实两个工序，生产效率高、型砂紧实密度均匀。抛砂机适应性强，可用于任何批量的大、中型铸型或大型芯的生产。（5）气流冲击造型一种气流冲击方法的原理1-压缩空气包；2-气冲阀；3-阀盘；4-辅助框；5-模板；6-砂箱；7-升降夹紧机构常用的机器造型方法的原理、主要特点和适用范围造型方法原理主要特点和适用范围震压造型

先以机械震击紧实型砂，再用较低的比压（0.15～0.4MPa）压实

设备结构简单，造价低，效率较高，紧实度较均匀；但紧实度较低，噪声大。适用于成批大量生产中、小型铸件微震压实造型

在高频率、小振幅震动下，利用型砂的惯性紧实作用并同时或随后加压紧实型砂

砂型紧实度较高且均匀，频率较高，能适应各种形状的铸件，对地基要求较低；但机器微震部分磨损较快，噪声较大。适用于成批、大量生产各类铸件高压造型

用较高的比压（0.7～1.5MPa）紧实型砂

砂型紧实度高，铸件精度高、表面光洁；效率高，劳动条件好，易于实现自动化；但设备造价高，维护保养要求高。适用于成批、大量生产中、小型铸件抛砂造型

利用离心力抛出型砂，使型砂在惯性力作用下完成填砂和紧实

砂型紧实度较均匀，不要求专用模板和砂箱，噪声小，但生产率较低，操作技术要求高，适用于单件、小批生产中、大型铸件气冲造型

用燃气或压缩空气瞬间膨胀所产生的冲击波紧实型砂

砂型紧实度高，铸件精度高；设备结构较简单，易维修且能耗低，散落砂少，噪声小。适用于成批、大量生产中、小型铸件，尤其适于形状较复杂的铸件3）机器造芯震实－—类似于震实造型，利用震动动能，使芯盒内的芯砂紧实。一般芯盒上表面需要手工补加紧实，并刮去多余芯砂；挤芯——利用柱塞式或螺旋式挤芯机挤制砂芯，只能制造断面形状规则，简单直棒砂芯。如图2-65所示；射芯——利用压缩空气将芯砂从砂筒中射入芯盒并紧实。如图2-66所示。吹芯一—利用压缩空气将芯砂吹入芯盒并紧实机器造芯

图2-65挤芯示意图2-66射芯紧实示意图1-砂斗；2-射砂筒；

3-芯盒；4-压缩空气入口机器造芯图2-67顶吹法制壳芯技术过程示意图（a）喷分离剂，关门(b)芯盒关闭(c)吹砂斗上升(d)翻转1800，吹砂，结壳(e)摇摆倒砂(f）吹砂斗下降，固化(g)开盒(h)旋转开门，出芯造型方法的选用原则在选择造型方法时应充分考虑铸件的尺寸、质量和结构形式，除此之外，还应参照如下选择原则：

(1)造型方法应和生产批量相适应。机器造型的生产效率较高，对环境的污染小，所生产的铸件的尺寸精度较高，但设备和技术装备的费用高，生产准备时间长，因而适用于中，小型铸件成批或大量生产；单件小批生产的重型铸件，手工造型仍是重要的方法。

(2)湿型造型是应用广泛的造型方法。砂型铸造时优先选用湿砂型。当湿砂型不能满足要求时，再考虑选样表面烘干型、干型或自硬砂型。

(3)造型方法应适合工厂的实际生产条件，兼顾铸件的技术要求和成本等因素。

2.6.2特种铸造

熔模铸造金属型铸造消失模铸造陶瓷型铸造磁型铸造压力铸造低压铸造离心铸造挤压铸造特种铸造：铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造的方法两类特点：1.充型力变更2.型模革新特点：特种铸造具有铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好、原材料消耗低、工作环境好等优点。但铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定限制。

1）熔模铸造(失蜡铸造)熔模铸件的结构工艺性

（1）铸孔不能太小和太深，一般铸孔应大于2mm。否则涂料和砂粒很难进入腊模的空洞内,只有采用陶瓷芯或石英玻璃管芯，工艺复杂，清理困难。一般铸孔应大于2mm。（2）

逐渐壁厚不可太薄，一般2-8mm。（3）

铸件壁厚尽量均匀。

（4）熔摸铸造工艺一般不用冷铁，少用冒口，多用直浇口直接补缩，故不能有分散的热节。

（5）便于取出型芯和腊模。熔模铸造的特点和应用

（1）铸件精度高，表面质量好，属少，无切削工艺。尺寸精度IT11-14，表面粗糙度Ra12.5-1.6

m。（2）可铸造形状复杂铸件，最小壁厚可达0.3mm，最小铸孔直径0.5mm。可一次铸出组合体。（3）铸造合金种类不受限制，尤其适合高熔点和难切削合金。（4）生产批量不受限制，可单件或成批生产。（5）工序繁杂，生产周期长，原辅材料费用高，生产成本较高，铸件限于25kg。2）金属型铸造（永久型铸造）

将液体金属在重力作用下浇入金属铸型，以获得铸件的一种方法。铸型用金属制成，可以反复使用。金属型冷速快一型多用金属型铸造结构工艺性

（1）

铸件结构斜度比砂型铸造大。（2）

壁厚要均匀，不能过薄。最小壁厚：铝硅合金2-4mm；铝镁合金3-5mm；铸铁2.5-4mm。（3）

铸孔不能过小，过深。

金属型铸造特点及应用范围（1）机加工余量小，尺寸精度IT12-IT16;

表面粗糙度Ra12.5-6.3

m。（2）冷却速度快，铸件晶粒较细，力学性能提高。金属型生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25％，屈服强度平均提高约20％，其抗蚀性能和硬度亦显著提高；

（3）一型多铸，提高生产率，节约造型材料，减轻环境污染，改善劳动条件。

金属型铸造特点及应用范围(4)成本高，不宜大型，形状复杂和薄壁铸件；铸铁件易白口化，切削困难，尺寸限制在300mm，重量8kg以下。(5)铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定;(6)铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约15～30％；用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80～100％；产品

3）压力铸造压力铸造是将熔融合金在高压作用下，以高速充填铸型型腔，并在高压下结晶凝固而获得铸件的特种铸造工艺。两个特点高压：比压30-70MPa高速：充型时间0.01-0.2秒压铸技术流程图压铸技术流程图压铸机分类按压室是否浸在熔融金属中，分冷室压铸机热室压铸机按压室位置，分卧式压铸机立式压铸机主要构成：合型机构、压射机构、机座、液压传动系统、控制系统、润滑冷却系统等。热压铸卧式冷室压铸机压铸特点精度高（IT11-14级；3.2-0.8

m）、组织致密；适应形状复杂、轮廓清晰、薄壁深腔铸件；可组合压铸或镶嵌压铸；生产率高、材料利用率提高60-70%、实现少切削和零切削，经济效益好。压铸模具图2-73压铸模总体结构示意图1-铸件；2-导柱；3-冷却水管；4-定模；5-动模；6-顶杆板7-顶杆；8-型腔；9-排气槽；10-浇注系统压缩气体坩埚炉铸型熔化黄铜水主要步骤通气充型加压凝固放气开模4）低压铸造低压铸造是液体金属在压力作用下，自下而上充填型腔以形成铸件的成形工艺。

4）低压铸造

低压铸造特点浇注压力和速度可调，适应各种铸型、合金和铸件大小；底注式平稳充型，无飞溅、气体卷入和型壁冲刷等弊病，铸件合格率提高；压力下结晶，组织致密，轮廓清晰，表面光洁，少切削或零切削，机械性能高，对薄壁件铸造尤其有利；节省补缩冒口，金属利用率高达90-98%；劳动强度低，劳动条件好，容易数控自动化。5）离心铸造离心铸造是指将熔融金属浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力作用下充填铸型并凝固成形的一种