液态成形(特种铸造)

2023/12/311第一章金属液态成形§1.1金属液态成形工艺基础§1.2砂型铸造§1.3特种铸造

§1.4常用合金铸件生产及铸造方法的选择§1.5与液态成形相关的新工艺、新技术简介2023/12/312第一章金属液态成形§1.3特种铸造一、熔模铸造（失蜡铸造）二、金属型铸造三、压力铸造四、低压铸造五、离心铸造六、陶瓷型铸造七、实型铸造八、磁型铸造九、挤压铸造§3特种铸造2023/12/313特种铸造：铸型少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造的方法，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造和实型铸造等。

特点：具有铸件精度高和表面质量好、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、材料种类往往受到限制。§3特种铸造2023/12/314§3特种铸造一、熔模铸造（失蜡铸造、精密铸造）（一）熔模铸造的工艺过程1．制造蜡模

常用50%石蜡和50%硬脂酸配制而成。为提高生产率，把数个蜡模熔焊在蜡棒上，成为蜡模组。2．制造型壳

在蜡模组表面浸挂一层以水玻璃和石英粉配制的涂料，然后在上面撒一层较细的硅砂，并放入固化剂（如氯化铵水溶液等）中硬化。使蜡模组外面形成由多层耐火材料组成的坚硬型壳（一般为4～10层），型壳的总厚度为5～7mm。2023/12/315§3特种铸造一、熔模铸造（失蜡铸造）（一）熔模铸造的工艺过程3．熔化蜡模（脱蜡）通常将带有蜡模组的型壳放在80～90℃的热水中，使蜡料熔化后从浇注系统中流出。4．型壳的焙烧把脱蜡后的型壳放入加热炉中，加热到800～950℃，保温0.5～2h，烧去型壳内的残蜡和水分，并使型壳强度进一步提高。2023/12/316§3特种铸造一、熔模铸造（失蜡铸造）（一）熔模铸造的工艺过程5．浇注将型壳从焙烧炉中取出后，周围堆放干砂，加固型壳，然后趁热（600～700℃）浇入合金液，并凝固冷却。6．脱壳和清理用人工或机械方法去掉型壳、切除浇冒口，清理后即得铸件。2023/12/317a)蜡模b)蜡模组c)壳型图1-47熔模铸造工艺过程§3特种铸造2023/12/3182023/12/319§3特种铸造2023/12/3110§3特种铸造一、熔模铸造（失蜡铸造）（二）熔模铸造的特点和应用（1）铸件精度高、表面质量好，是少、无切削加工工艺的重要方法之一，表面粗糙度为Ra12.5～1.6μm。如熔模铸造的涡轮发动机叶片，铸件精度已达到无加工余量的要求。（2）可制造形状复杂铸件，其最小壁厚可达0.3mm，最小铸出孔径为0.5mm。对由几个零件组合成的复杂部件，可用熔模铸造一次铸出。2023/12/3111§3特种铸造一、熔模铸造（失蜡铸造）（二）熔模铸造的特点和应用（3）铸造合金种类不受限制，用于高熔点和难切削合金，更具显著的优越性。（4）生产批量基本不受限制，既可成批、大批量生产，又可单件、小批量生产。2023/12/3112§3特种铸造一、熔模铸造（失蜡铸造）（二）熔模铸造的特点和应用缺点：工序繁杂，周期长，原辅材料费用高，生产成本高，铸件不宜太大、太长，一般限于25kg以下。产品：汽轮机及燃气轮机的叶片，泵的叶轮，切削刀具，飞机、汽车、拖拉机、风动工具等零件。2023/12/3113§3特种铸造一、熔模铸造（失蜡铸造）（三）熔摸铸造铸件的结构工艺性1．应便于从压型中取出蜡模和型芯

2023/12/3114§3特种铸造一、熔模铸造（失蜡铸造）（三）熔摸铸造铸件的结构工艺性2．避免过小和过深的孔槽

否则涂料和砂粒很难进入腊模的空洞内，一般铸孔应大于2mm。2023/12/3115§3特种铸造一、熔模铸造（失蜡铸造）（三）熔摸铸造铸件的结构工艺性3．避免有过大平面因熔模型壳的高温强度较低，易变形，而平板型壳的变形更为严重。若铸件必须有大平面时，可在其上开设工艺孔或增加工艺肋，以增加平板型壳的刚度。2023/12/3116§3特种铸造一、熔模铸造（失蜡铸造）（三）熔摸铸造铸件的结构工艺性4．避免壁厚有分散热节熔模铸造工艺一般不用冷铁，少用冒口，多用直浇口直接补缩，因此壁厚应尽可能满足（向直浇口的）定向凝固要求。5．铸件壁厚不可太薄

一般为2～8mm。2023/12/3117§3特种铸造二、金属型铸造

金属型铸造：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，可以反复使用几百次到几千次。2023/12/3118§3特种铸造二、金属型铸造1、金属型的结构与材料

根据分型面位置的不同，金属型可分为垂直分型式、水平分型式和复合分型式三种结构制造金属型的材料熔点一般应高于浇注合金的熔点如浇注锡、锌、镁等低熔点合金，可用灰铸铁制造金属型；浇注铝、铜等合金，则要用合金铸铁或钢制金属型。2023/12/3119图1-50垂直分型式金属型

§3特种铸造2023/12/3120图1-51铝合金活塞的金属型简图

金属型用材料：熔点一般应高于浇注合金的熔点。如浇注锡、锌、镁等低熔点合金，可用灰铸铁制造金属型；浇注铝、铜等合金，则要用合金铸铁或钢制金属型。§3特种铸造2023/12/3121§3特种铸造二、金属型铸造

2、金属型的铸造工艺措施

金属型导热快，无退让性和透气性，为确保获得优质铸件和延长金属型使用寿命，工艺措施如下：（1）加强金属型的排气设排气孔、通气槽（2）表面喷刷防粘砂涂料陪刷耐火材料保护，厚度0.1-0.5mm（3）预热金属型200-300℃2023/12/3122§3特种铸造二、金属型铸造

2、金属型的铸造工艺措施

（4）开型时间因金属型无退让性，除在浇注时正确选定浇注温度和浇注速度外，浇注后，如果铸件在铸型中停留时间过长，易引起过大的铸造应力而导致铸件开裂。因此，铸件冷凝后，应及时从铸型中取出。通常铸铁件出型温度为780～950℃左右，开型时间为10～60s。2023/12/3123§3特种铸造二、金属型铸造

3、金属型铸造的特点及应用范围

金属型铸造的特点是：（1）尺寸精度高（IT12～IT16）、表面粗糙度小（Ra12.5～6.3μm），机械加工余量小。（2）导热性好，冷却速度快，铸件的晶粒较细，力学性能好。（3）实现一型多铸，提高了劳动生产率，且节约造型材料。2023/12/3124§3特种铸造二、金属型铸造

3、金属型铸造的特点及应用范围

金属型成本高，不宜生产大型、形状复杂和薄壁铸件；由于冷却速度快，铸铁件表面易产生白口，切削加工困难；受金属型材料熔点的限制，熔点高的合金不适宜用金属型铸造。

用途：铜、铝合金等铸件的大批量生产，活塞、连杆、汽缸盖等；铸铁件的金属型铸造尺寸限制在300mm以内，质量不超过8kg，如电熨斗底板等。2023/12/3125§3特种铸造二、金属型铸造

4、金属型铸件的结构工艺性（1）应便于铸件顺利出型和抽芯，铸件结构斜度应较砂型铸件为大。2023/12/3126§3特种铸造二、金属型铸造

4、金属型铸件的结构工艺性（1）应便于铸件顺利出型和抽芯，铸件结构斜度应较砂型铸件为大。（2）铸件壁厚要均匀，壁厚不能过薄（Al-Si合金2～4mm，Al-Mg合金为3～5mm）。2023/12/3127§3特种铸造2023/12/3128§3特种铸造2023/12/3129§3特种铸造三、压力铸造

压力铸造（简称压铸）是将熔融合金在高压条件下高速充型，并在压力下凝固成形获得铸件的精密铸造方法。比压30～70MPa，压射速度为0.5～50m/s，充型时间0.01～0.2s。高压和高速充填铸型是压力铸造的重要特征。2023/12/3130§3特种铸造三、压力铸造（一）压铸机和压铸工艺过程

压铸机分类：冷压室；热压室

压铸铸型：定型、动型，将定量金属液浇入压室，柱塞向前推进，金属液经浇道压入压铸模型腔中，经冷凝后开型，由推杆将铸件推出。冷压室压铸机，可用于压铸熔点较高的非铁金属，如铜、铝和镁合金等。2023/12/3131图1-53卧式冷压室压铸机工作原理

§3特种铸造2023/12/3132§3特种铸造三、压力铸造（二）压力铸造的特点及其应用

压铸有如下特点：（1）压铸用压型精密，在压力下充型、凝固，因此尺寸精度高，表面质量好，尺寸公差等级为IT11～IT13，表面粗糙度Ra值为6.3～1.6μm，可不经机械加工直接使用，而且互换性好。（2）高温下高速高压充型，极大提高了合金液的充型能力，可以压铸壁薄、形状复杂以及具有很小孔和螺纹的铸件，如锌合金的压铸件最小壁厚可达0.8mm，最小铸出孔径可达0.8mm、最小可铸螺距达0.75mm。2023/12/3133§3特种铸造三、压力铸造（二）压力铸造的特点及其应用

压铸有如下特点：（3）压铸件的强度和表面硬度较高。压力下结晶，加上冷却速度快，铸件表层晶粒细密，其抗拉强度比砂型铸件高25%～40%。（4）生产率高，可实现半自动化及自动化生产。（5）可采用嵌铸工艺制出形状复杂、赋予局部有特殊性能要求（耐磨、导电、导磁和绝缘等）和简化装配工艺2023/12/3134§3特种铸造三、压力铸造

（二）压力铸造的特点及其应用不足：气体难以排出，压铸件易产生皮下气孔，不能进行热处理，不宜高温工作；金属液凝固快，厚壁处来不及补缩，易产生缩孔和缩松；设备投资大，铸型制造周期长、造价高，不宜小批量生产。应用：锌、铝、镁和铜合金等铸件；汽车、拖拉机制造业、仪表和电子仪器工业、在农业机械、国防工业、计算机、医疗器械等制造业等。2023/12/3135§3特种铸造三、压力铸造（三）压铸件的结构工艺性1．尽量消除内侧凹，以保证压铸件顺利取出。2023/12/3136§3特种铸造三、压力铸造（三）压铸件的结构工艺性2．壁厚应薄而均匀。因浇注和冷速很快，厚壁处易形成缩孔、缩松。适宜的壁厚：锌合金为1～4mm，铝合金为1.5～5mm，铜合金为2～5mm。3．充分利用并合理设计镶嵌件，为使嵌件在铸件中连接牢靠，应将嵌见镶入铸件的部分制出凹槽、凸台或滚花等。

2023/12/3137§3特种铸造2023/12/3138§3特种铸造四、低压铸造

低压铸造是液体金属在较低的压力（0.02～0.06MPa）作用下由下而上充填型腔、并在压力下凝固形成铸件的生产方法。2023/12/3139§3特种铸造四、低压铸造（0.02～0.06MPa）（一）低压铸造的工艺过程

缓慢地向坩埚炉内通入干燥的压缩空气，金属液受气体压力的作用，由下而上沿着升液管和浇注系统充满型腔，如图1-38b所示。开启铸型，取出铸件，如图1-38c所示。2023/12/3140§3特种铸造四、低压铸造（0.02～0.06MPa）（二）低压铸造的特点及应用

特点：（1）充型压力和速度便于调节，故可适用于各种不同铸型（如金属型、砂型等），铸造各种合金及各种大小的铸件。（2）采用底注式充型，金属液充型平稳，无飞溅现象，可避免卷入气体及对型壁和型芯的冲刷，提高了铸件的合格率。2023/12/3141§3特种铸造四、低压铸造（0.02～0.06MPa）（二）低压铸造的特点及应用

特点：（3）铸件在压力下充型和凝固，组织致密、轮廓清晰、表面光洁，力学性能高，对大薄壁件的铸造尤为有利。（4）浇注系统简单，浇口兼冒口省去补缩冒口，金属利用率提高到90～98%。（5）劳动条件好，设备简，易实现机械和自动化。

应用：汽车发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等。2023/12/3142§3特种铸造2023/12/3143§3特种铸造五、离心铸造

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铸造方法。（一）离心铸造的类型

铸型：金属型或砂型。

分类：离心铸造机通常可分为立式和卧式两大类，如图1-39所示。2023/12/3144图1-56离心铸造原理图

a)立式离心铸造

b)卧式离心铸造

§3特种铸造2023/12/31452023/12/3146§3特种铸造五、离心铸造

（二）铸型的转速

根据铸件直径的大小来确定离心铸造的铸型转速，一般在250～1500r/min范围内。2023/12/3147§3特种铸造五、离心铸造

（三）离心铸造的特点及应用范围

离心铸造的特点：（1）不用型芯即可铸出中空的回转体铸件，而且可省去浇注系统和冒口，简化了套筒、管类铸件的生产过程，节约了金属。（2）在离心力作用下，液体金属由表向内定向凝固，改善了补缩条件，气体和非金属夹杂物（密度小）易于自金属液中排出，因此铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔和夹杂等缺陷。2023/12/3148§3特种铸造五、离心铸造

（三）离心铸造的特点及应用范围

离心铸造的特点是：（3）离心力的作用提高了金属液的充型能力，因此可用于流动性较差的合金和薄壁铸件生产。（4）便于制造双金属铸件，如钢套镶铸铜衬，外表强度高，内表耐磨，且节约贵重金属。2023/12/3149§3特种铸造五、离心铸造

（三）离心铸造的特点及应用范围不足：金属中的气体、熔渣等，因密度较轻而集中在铸件的内表面上，所以内孔的尺寸不精确，质量也较差；铸件易产生成分偏析和密度偏析。应用：铸铁管、汽缸套、铜套、双金属轴承、特殊钢的无缝管坯、造纸机滚筒等铸件的生产。2023/12/3150§3特种铸造五、离心铸造

（三）离心铸造的特点及应用范围一切铸造合金几乎都可用于离心铸造法生产，离心铸件的最小内径可达8毫米，最大直径可达3m，铸件的最大长度可达8m，离心铸件的重量范围为几牛至几万牛（零点几公斤至十多吨）离心铸造的第一个专利是在1809年由英国人爱尔恰尔特（Erchardt）提出的。2023/12/3151§3特种铸造六、挤压铸造

挤压铸造：是将定量金属液浇入铸型型腔内并施加较大的机械压力，使其凝固、成形后获得毛坯或零件的一种工艺方法。

2023/12/3152§3特种铸造六、挤压铸造

（一）挤压铸造的工艺过程1．铸型准备

对铸型清理、型腔内喷涂料和预热等，使铸型处于待注状态。2．浇注

将定量的金属液浇入型腔。3．合型加压

锁紧上、下型，依靠冲头压力使金属液充满，升压在预定压力下保持，使金属液凝固。4．取出铸件

卸压、开型、取出铸件。2023/12/3153图1-57三种挤压铸造原理图§3特种铸造2023/12/3154图1-58型板挤压铸造原理图§3特种铸造2023/12/3155§3特种铸造六、挤压铸造

（二）挤压铸造的特点及应用范围

挤压铸造的特点：（1）尺寸精度高(IT11～13)，粗糙度小(Ra6.3～1.6μm)，加工余量小。（2）需设浇冒口，金属利用率高。（3）铸件组织致密，晶