第二章铸造成形机械制造基础

第2章铸呵斥形2.1液态成形实际根底

2.2砂型铸造方法2.3特种铸造方法2.4铸造工艺设计2.5铸件构造工艺性2.6铸呵斥形新开展前往浙江科技学院铸造：将液态金属浇注到与零件外形、尺寸相顺应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定外形的毛坯或零件的方法。铸造是消费机器零件毛坯的主要方法之一，其本质是液态金属逐渐冷却凝固成形。铸造的优点：1〕可以铸出内腔、外形很复杂的毛坯；2〕工艺灵敏性大。几乎各种合金，各种尺寸、外形、分量和数量的铸件都能消费；3〕本钱较低。原资料来源广泛，价钱低廉。铸造的缺陷：2〕铸件的机械性能较低。3〕铸造工序多，难以准确控制，使铸件质量不够稳定。4〕劳动条件较差,劳动强度较大。1〕铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷。机床、内燃机、重型机器机械类别风机、紧缩机迁延机农业机械汽车%70~9060~8050~7040~7020~30表2-1各类机械工业中铸件分量比铸造在机械制造业中运用非常广泛，在各种类型的机器设备中铸件占很大比重。如表2-1所示。第1节液态成形实际根底2.1.1金属的凝固2.1.2金属与合金的铸造性能2.1.3铸造性能对铸件质量的影响2.1.1金属的凝固1.液态金属的构造与性质1〕液态金属的构造：固态金属经加热变为熔融形状即得液态金属，是由呈有序陈列的游动原子集团组成，其构造与原有固体构造类似，但热运动猛烈，温度越高，热运动越猛烈，原子集团越小，游动越快。2〕液态金属的性质：具有粘度和外表张力。2.液态金属的凝固液态金属由液态转变为固态的过程，包括形核和长大两个过程。得到的凝固组织〔铸态晶粒形状、大小、分布、缺陷等〕取决于成分、冷却速度、形核条件等。3.铸件的凝固方式在铸件凝固过程中，铸件断面上存在三个区域，即固相区、凝固区和液相区。其中凝固区对铸件质量有较大影响。铸件的凝固方式也可根据凝固区的宽窄来划分，如图2-1。a)逐层凝固b)中间凝固c)糊状凝固图2-1铸件的凝固方式1〕逐层凝固：纯金属或共晶成分的合金的凝固，如图2-1a；2〕糊状凝固：结晶温度范围很宽的合金的凝固，如图2-1c；3〕中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间，大多数合金为此凝固方式，如图2-1b所示。铸件质量与凝固方式有关，逐层凝固时，合金充型才干强〔流动性好〕，便于防止缩孔、缩松。而糊状凝固时，充型才干差，易产生缩松。4.影响铸件凝固方式的要素1〕合金的结晶温度范围:结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越倾向于逐层凝固。低碳钢，近共晶成分铸铁倾向于逐层凝固，高碳钢、远共晶成分铸铁倾向于糊状凝固。2〕铸件的温度梯度：在合金的结晶温度范围已定时，假设铸件的温度梯度由小变大，那么凝固区由宽变窄，倾向于逐层凝固。如图2-2所示。图2-2温度梯度对凝固区域的影响铸件温度梯度主要取决于：a)合金的性质。合金的凝固温度越低、热导率越高、结晶潜热越大，温度梯度越小，如多数铝合金。b)铸型的蓄热才干越强，激冷才干越强，温度梯度越大，如金属型铸造易得致密组织。c)浇注温度越高，温度梯度减小。2.1.2金属与合金的铸造性能铸造性能是表示合金铸呵斥形获得优质铸件的才干；用充型才干、收缩性等来衡量。2.1.2.1充型才干充型才干：熔融金属或合金充溢铸型型腔，获得外形完好、轮廓明晰铸件的才干。主要影响要素有：图2-3螺旋形规范试样1.金属或合金的流动性流动性是熔融金属的流动才干，合金的流动性用浇注流动性试样的方法来衡量，普通采用如图2-3所示的螺旋形试样。流动间隔越长，阐明流动性越好。决议合金流动性的主要要素有：1〕合金的种类。2〕合金的成分。同种合金，成分不同，其结晶特点不同，流动性也不同。如图2-4所示铅锡合金的流动性与相图的关系；纯金属和共晶合金在恒温下结晶，为逐层凝固方式，如图2-5a所示，凝固层外表光滑，阻力小，故流动性好，同时共晶合金熔点最低，故流动性最好。而亚共晶合金，为中间凝固方式，复杂枝晶妨碍流动，故流动性差，如图2-5b所示。图2-4铅锡合金的流动性与相图的关系3〕杂质和含气量。固态夹杂物使粘度添加，流动性下降；如灰铁中的MnS；含气量越少，流动性越好。2.浇注条件1〕浇注温度越高，坚持液态的时间越长，流动性越好；温度越高，合金粘度越低，阻力越小，充型才干越强。故提高浇注温度能有效提高充型才干；但过高吸气量和总收缩大，易产生铸造缺陷。故在保证充型才干的前提下温度应尽量低。消费中薄壁件常采用较高温度，厚壁件采用较低浇注温度。2〕充型压力。压力越大，充型才干越强。3.铸型条件1〕铸型的蓄热才干越强，充型才干越差；2〕铸型温度越高，充型才干越好；3〕铸型中的气体妨碍充型；4〕铸件构造，壁厚过小、壁厚变化猛烈、构造复杂、大平面都影响充型。2.1.2.2合金的收缩1、收缩。合金从液态冷却至常温的过程中，体积或尺寸减少的景象。通常用体收缩率或线收缩率来表示：体收缩率线收缩率式中、——合金在、时的体积〔〕；、——合金在、时的长度〔〕；、——合金在至温度范围内的体收缩系数和线收缩系数〔〕合金的收缩过程可分为三个阶段：如图2-6所示。1〕液态收缩。指合金从浇注温度冷却到液相线温度过程中的收缩。2〕凝固收缩。指合金在液相线和固相线之间凝固阶段的收缩。结晶温度范围越大，收缩率越大。液态和凝固收缩时金属液体积减少，是构成缩孔和缩松的根本缘由。3〕固态收缩。指合金从固相线温度冷却到室温时的收缩。用线收缩率表示。它对铸件外形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根本缘由。图2-6铸造合金收缩过程表示图I—液态收缩II—凝固收缩III—固态收缩a)合金形状图b)一定温度范围合金c)共晶合金a)b)c)2.影响收缩的要素1〕化学成分;2〕浇注温度越高，过热度越大，收缩越大;3〕铸件构造和铸型条件，铸件构造呵斥各部分冷却速度不同，产生内部应力妨碍收缩；铸型和型芯产活力械阻力。收缩是呵斥缩孔、缩松、应力、变形和裂纹的根本缘由;充型才干不好，铸件易产生浇不到、冷隔、气孔、夹杂、缩孔、热裂等缺陷。2.1.3铸造性能对铸件质量的影响2.1.3.1缩孔和缩松凝固终了后在铸件某些部位出现的孔洞。大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称缩松。缩孔缩松可使铸件力学性能大大降低，以致成为废品。缩孔产生的根本缘由是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值，且得不到补偿。缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域，此区域也称热节。〔1〕缩孔的构成构成条件，金属在恒温或很窄的温度范围内结晶，铸件壁以逐层凝固方式凝固。构成过程如图2-7所示：动画演示1.缩孔和缩松的构成图2-7缩孔构成过程表示图〔2〕缩松的构成其根本缘由也是液态收缩和凝固收缩大于固态收缩。但主要出如今糊状凝固的合金中，或断面较大的铸件壁中。构成过程如图2-8所示。动画演示普通出如今铸件壁的轴线区域、热节处、冒口根部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方。图2-8缩松构成过程表示图〔3〕缩孔缩松的构成规律1〕合金的液态收缩和凝固收缩越大〔如铸钢、白口铁等〕，铸件越易构成缩孔。2〕合金的浇注温度越高，液态收缩越大，越易构成缩孔。3〕结晶温度范围宽的合金，倾向于糊状凝固，易构成缩松。纯金属和共晶成分合金倾向于逐层凝固，易构成缩孔。2.缩孔和缩松的防止一定成分的合金，缩孔、缩松的数量可以相互转化，但其总容积根本一定，如图2-9所示。图2-9铁碳合金成分与体积收缩率的关系防止缩孔和缩松的根本原那么是：采用合理的工艺条件，使缩松转化为缩孔，并使缩孔移至冒口中。〔1〕按照顺序凝固原那么进展凝固是指采用各种工艺措施，使铸件上从远离冒口的部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部分向冒口的方向顺序地凝固，如图2-10所示，使缩孔转移到冒口中。〔2〕合理确定内浇道位置及浇注工艺内浇道的引入位置应按照顺序凝固原那么确定；浇注温度和浇注速度应根据铸件构造、浇注系统类型确定，慢浇有利于顺序凝固，有利于补缩，消除缩孔。适用于收缩大或壁厚差别大，易产生缩孔的合金铸件，如铸钢、高强度灰铸铁、可锻铸铁等。动画演示图2-10顺序凝固原那么表示图〔3〕合理运用冒口、冷铁和补贴等工艺措施冒口，在铸件厚壁处和热节部位设置冒口，是防止缩孔、缩松最有效的措施。冷铁，用铸铁、钢、铜等资料制成的激冷物。加大冷却速度，调理凝固顺序。补贴，在铸件壁上部接近冒口处添加一个楔型厚度，使铸件壁厚变成朝冒口逐渐增厚的外形，即呵斥一个向冒口逐渐递增的温度梯度，增大补缩间隔。三者综合运用是消除缩孔缩松的有效措施，如图2-11所示。动画演示图2-11冒口冷铁的作用2.1.3.2铸造应力铸造应力:铸件的固态收缩遭到妨碍而引起的内应力。可分为热应力和收缩应力；热妨碍：铸件各部分由于冷却速度不同，收缩量不同而引起的妨碍,由其引起的应力称热应力。机械妨碍：铸型、型芯对铸件收缩的妨碍,由其引起的应力称机械应力〔收缩应力〕。1.热应力第一阶段，两者都塑性变形，无热应力；第二阶段，一塑性，一弹性，仍无热应力；第三阶段，两者均弹性变形，冷却慢的受拉，快的受压。残留热应力和合金的弹性模量、线收缩系数、铸件各部分壁厚差别及温度差成正比。动画演示图2-12热应力的构成由热妨碍引起，落砂后热应力仍存在于铸件内，是一种残留铸造应力，以框架铸件为例，阐明残留热应力的构成过程，如图2-12所示，其热应力构成过程分三阶段。2.收缩应力由机械妨碍产生，普通都是拉应力，在构成应力的缘由消除时，应力也随之消除。但假设暂时拉应力和残留热应力同时作用在某瞬间超越铸件的强度极限时，铸件将产生裂纹。如图2-13所示。3.减小和消除铸造应力的措施1〕合理设计铸件构造。尽量防止牵制收缩的构造，如壁厚均匀，壁之间衔接均匀等。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。如图2-14所示，各部分温差小，不易产生热应力。主要用于收缩较小的普通灰铸铁、结晶范围大，不易实现冒口补缩，对气密性要求不高的锡青铜铸件等。4〕设法改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇冒口。5〕对铸件进展时效处置。自然时效、热时效〔去应力退火〕和共振时效。2.1.3.3铸件的变形与裂纹1.铸件的变形残留铸造应力超越铸件资料的屈服极限时产生的翘曲变形。如图2-15所示的框架铸件，图2-16的T形梁，当刚度不够时，将产生如下图的变形。再如图2-17所示的车床床身的变形。图2-15框架铸件的变形图2-16T形梁的变形防止铸造应力的方法也是防止变形的根本方法；同时在工艺上还可以采用反变形法，提早落砂去应力退火消除机械应力。2.铸件的裂纹：当铸造应力超越金属的强度极限时，铸件便产生裂纹。可分为热裂和冷裂。1〕热裂在凝固末期高温下构成的裂纹。裂纹外表被氧化而呈氧化色，裂纹沿晶粒边境产生和开展，外形曲折而不规那么；裂纹短，缝隙宽。产生缘由：凝固末期，合金绝大部分已成固体，但强度和塑性很低，当铸件遭到机械妨碍产生很小的铸造应力就能引起热裂。分布在应力集中处或热节处。防止热裂的措施：应尽量选用凝固温度范围小、热裂倾向小的合金；提高铸型、型芯的退让性，减小机械应力；合理设计浇道、冒口；对于铸钢、铸铁件，严厉控制硫含量，防止热脆性。2〕冷裂是铸件处于弹性形状即在低温时构成的裂纹。其外表光滑，具有金属光泽或呈微氧化色，裂纹穿过晶粒而发生，外形规那么，常是圆滑曲线或直线。防止方法是尽量减少铸造应力。思索题：1.何谓合金的铸造性能？它可以用哪些性能来衡量？铸造性能不好，会引起哪些缺陷？2.试分析图2-18所示铸件：1〕哪些是自在收缩，哪些是受阻收缩？2〕受阻收缩的铸件构成哪一类铸造应力？3〕图示各点应力属于什么性质〔拉应力、压应力〕？图2-18铸件砂型铸造是运用最广的铸造方法，约占总产量的80%以上，其根本工艺过程如下：第2节砂型铸造方法零件图铸造工艺图容貌图、芯盒图、铸型装配图制造容貌及芯盒混制芯砂预处置外型资料混制型砂外型制芯预备炉料熔炼金属浇注化验落砂、清理检验热处置合格铸件合型烘干铸型烘干芯子外型和制芯是砂型铸造最根本的工序，按照紧实型砂和起模的方法，可分为手工外型和机器外型两大类。2.2.1手工外型1.手工外型全部用手工或手开工具完成的外型。手工外型特点：操作灵敏，工艺配备〔容貌、芯盒、砂箱〕简单，消费预备时间短，顺应性强，可用于各种大小外形的铸件。缺陷是对工人技术程度要求较高，消费率低，劳动强度大，铸件质量不稳定，用于单件、小批消费。2.常用手工外型特点及运用手工外型按容貌特征可分为：整模外型，分模外型、活块外型、挖砂外型、假箱外型、刮板外型；按砂箱特征分：两箱外型、三箱外型、脱箱外型、地坑外型。详细特点及运用见表2-2。为省却挖砂操作，在外型前特制一个底胎，然后在底胎上造下箱；底胎可多次运用，不参与浇注表2-2常用手工外型方法的特点及运用外型方法主要特点适用范围整模外型整体模，平面分型面，型腔在一个砂箱内；外型简单，铸件精度外表质量较好分模外型容貌沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱，外型简便挖砂外型假箱外型最大截面位于一端并为平面的简单铸件的单件、小批消费最大截面在中部，普通为对称性铸件，如套、管、阀类零件单件、小批消费容貌为整体，但分型面不是平面，外型时手工挖去妨碍取模的型砂，消费率低，技术程度高分型面不是平面的铸件的单件、小批消费分型面不是平面的铸件的成批消费活块外型对铸件上妨碍起模的小部分做成活动部分。起模时先取出主体部分，再取出活动部分用于妨碍起模部分的铸件的单件、小批消费采用活动砂箱外型，合型后脱出砂箱表2-2常用手工外型方法的特点及运用外型方法主要特点适用范围刮板外型用刮板替代容貌外型。节约木材，缩短消费周期，消费率低，技术程度高，精度较差两箱外型铸型由上型和下型构成，各类容貌，操作方便三箱外型脱箱外型用于等截面或回转体大中型铸件的单件、小批消费最根本的外型方法。各种铸型，各种批量铸件两端截面尺寸比中间大，必需有两个分型面主要用于手工外型，具有两个分型面的铸件的单件、小批消费用于小铸件的消费。地坑外型在地面砂床中外型，不用砂箱或只用上箱用于要求不高的中、大型铸件的单件、小批消费续机器外型：用机器全部或至少完成紧砂操作的外型。消费效率高，劳动条件好，砂型质量好〔紧实度高而均匀，型腔轮廓明晰，铸件质量也好。但设备和工艺配备费用高，消费预备时间较长，适于中小铸件的成批或大量消费。2.2.2机器外型1.机器外型的紧砂方法机器外型的紧砂方法主要有压实、振实、振压、抛砂四种根本方式。1〕振压紧砂：以紧缩空气为动力，任务原理如图2-19所示。2〕抛砂紧实：任务原理如图2-20所示。2.机器外型的起模方法1〕顶箱起模：如图2-21a所示。机构简单，但易漏砂，用于型腔简单、高度小的铸型，多用于上型，以省却翻箱。2〕漏模起模：如图2-21b所示。普通用于外形复杂或高度较大的铸型。3〕翻转起模：如图2-21c所示。机构较复杂，但不易掉砂，适用于型腔较深，外形复杂的铸型，常用于下型。三、外型消费线将外型机和其它辅机〔翻转机、下芯机、合型机、压铁机、落砂机等〕按照铸造工艺流程，用运输设备〔铸型保送机或辊道〕联络起来，组成一套机械化、自动化铸造消费系统，如图2-22所示。思索题：1.手工外型常用哪几种外型方法，各适用于何种零件？2.机器外型有何优缺陷，有哪几种紧砂方法和起模方法？第3节特种铸造方法与普通砂型铸造不同的其他铸造方法统称为特种铸造，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、挤压铸造、实型铸造等。2.3.1熔模铸造在易熔容貌外表包覆假设干层耐火涂料，待其硬化枯燥后，将容貌熔去后而制成型壳，经浇注而获得铸件的一种方法。容貌资料多为蜡质，故又称失蜡铸造。1.熔模铸造的工艺过程熔模铸造的工艺过程如图2-23所示，主要有以下过程：制造压型、制造熔模、制外型壳、脱模、焙烧、浇注、清理。2.熔模铸造的特点和适用范围熔模铸造适用于制造外形复杂，难以加工的高熔点合金及有特殊要求的精细铸件；主要用于汽轮机、燃汽轮机叶片、切削刀具、仪表元件、汽车、迁延机及机床等零件的消费。主要特点如下：1〕铸件的精度和外表质量高；尺寸公差IT11∼IT14，12.5∼1.6；2〕可制造外形较复杂的铸件；3〕适用于各种合金铸件，尤其是高熔点和难以加工的高合金钢，如耐热合金、不锈钢、磁钢等。4〕工艺过程较复杂，消费周期长，运用费和耗费的资料费较贵，多用于小型零件。2.3.2金属型铸造1.金属型的构造金属型的资料普通采用铸铁，铸件内腔可用金属型芯或砂芯得到。构造有整体式、程度分型式如图2-24a、垂直分型式如图2-24b、复合分型式如图2-24c等。金属型铸造是在重力作用下将金属液体浇入金属铸型以获得铸件的方法。铸型用金属制成，可反复运用，故又称永久型铸造。2.金属型铸造的工艺特点1〕金属型预热：未预热的金属型导热性好，使金属液冷却过快，铸件易出现冷隔、浇缺乏、夹杂、气孔等缺陷；铸型受剧烈热冲击，应力倍增，极易损坏。故在浇注前必需预热。预热温度应根据合金种类和铸件构造而定。2〕刷涂料：金属型外表应喷刷一层耐火涂料，以维护型壁外表，免受直接冲蚀和热击。还可改动冷却速度，蓄气和排气。不同合金采用不同涂料，铝合金常用含氧化锌粉、滑石粉和水玻璃的涂料；灰铸铁用石墨、滑石粉、耐火粘土、桃胶和水。3〕浇注温度：浇注温度应比砂型铸造高20∼300C。4〕开型时间:在型内停留时间越长，温度越低，收缩量越大，取出铸件越困难，产生内应力和裂纹的倾向越大；同时金属型的温度越高，冷却时间越长，消费率下降。因此适宜的开型时间非常重要。3.金属型铸造的特点和运用范围金属型铸造适用于大批消费的有色合金铸件，如铝合金的活塞，汽缸体等。1〕金属型铸件冷却快，组织致密，机械性能较高；2〕铸件的精度和外表质量较高；尺寸公差IT13∼IT16，12.5∼6.3；3〕实现了“一型多铸〞，提高了消费率，改善了劳动条件；4〕金属型不透气且无退让性，铸件易产生浇不到、裂纹或白口等缺陷。

2.3.3压力铸造压力铸造：将熔融金属在压铸机中以高速压射入金属铸型内，并在压力下结晶的铸造方法。1、压铸设备和压铸工艺过程压铸过程主要由压铸机来实现。常用压铸机分为热压室和冷压室两大类。压室与坩埚相连的为热压室，适于低熔点合金；压室与熔化设备分开的为冷压室，广泛用于压铸铝、镁、铜等合金。如卧式冷压室压铸机，其任务原理如图2-25，包括合型、浇注，压射、开型、顶出铸件几个过程。2.压力铸造的特点和运用范围缺陷：1〕压铸时，高速液流会包住大量空气，凝固后在铸件表皮下构成许多气孔，故不能太多加工和热处置。优点：1〕铸件的尺寸精度高，外表粗糙度小，尺寸公差IT11∼IT15，3.2∼0.8；2〕可压铸外形复杂的薄壁精细铸件，如可直接铸出螺纹、齿形；3〕压铸件在高压下结晶，组织致密，力学性能好，其强度比砂型铸件提高25%∼40%；4〕消费率很高，消费过程易于机械化和自动化。2〕设备投资大，消费预备周期长，只适于大量消费。压力铸造主要用于消费铝、锌、镁等有色合金铸件，如发动机缸体、缸盖、箱体、支架等。1.低压铸造的工艺过程：低压铸造的工艺过程如图2-26所示，包括如下过程：1〕预备合金液和铸型。合金液倒入保温坩埚中，装上密封盖，升液管及铸型。2〕升液，浇注。合金在较低压力下从升液管平稳上升，注入型腔。2.3.4低压铸造低压铸造：用较低压力将金属液由铸型底部注入型腔，并在压力下凝固以获得铸件的方法。3〕增压凝固，型内合金在较高压力下结晶、凝固。4〕减压、降液，坩埚上部与大气连通，升液管内合金液流回坩埚。5〕开型取出铸件。2.低压铸造的特点和运用范围1〕充型平稳且易控制，减少了冲击、飞溅景象，不易产生夹渣、砂眼、气孔等缺陷，提高了产品合格率。2〕金属液上升速度和结晶压力可调整，低压铸造适用于各种铸型、各种合金和各种大小的铸件。3〕浇注系统简单，金属利用率高。4〕与重力铸造〔砂型、金属型〕比较，铸件的轮廓明晰，力学性能较高，劳动条件改善，易于机械化和自动化。低压铸造主要用于质量要求高的铝、镁合金铸件，如气缸体、气缸盖、铝活塞等。2.3.5离心铸造离心铸造：将金属液浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下成形并凝固的铸造方法。可用金属型也可用砂型1.离心铸造的类型根据铸型旋转轴的空间位置，离心铸造可分为立式和卧式两大类。1〕立式离心铸造：铸型绕垂直轴旋转，如图2-27a,b所示。在离心力和重力的共同作用下，内外表为回转抛物面，因此用于高度小于直径的圆环类或成形铸件。2〕卧式离心铸造：铸型绕程度轴旋转，如图2-27c所示，铸件壁厚均匀，适于长度较大的管、套类零件。2、离心铸造的特点和运用范围1〕铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好。2〕铸造中空铸件时，可不用型芯和浇注系统，大大简化了消费过程，节约金属。3〕便于制造双金属铸件，如钢套镶铜轴承。4〕离心力作用下，金属液的充型才干得到提高，可浇注流动性较差的合金铸件和薄壁铸件，如涡轮、叶轮等。优点：离心铸造主要用于管、套类零件。如铸铁管、铜套、气缸套等。缺陷：铸件易偏析，内孔不准确，内外表较粗糙。2.3.6挤压铸造挤压铸造：用铸型的一部分直接挤压金属液，使金属在压力作用下成形、凝固而获得零件或毛坯的方法；又称液态模锻。1.挤压铸造的原理及工艺过程挤压铸造原理如图2-28所示，铸型中浇入金属液，上型向下运动挤压金属液而成形。挤压铸造的压力和速度较低，无涡流飞溅景象，成形时伴有部分塑性变形，铸件致密无气孔。2、挤压铸造的特点及运用范围挤压铸造多采用金属型，挤压的工艺过程包括铸型预备、浇注、合型加压、完成等过程。如大型薄壁铝合金铸件的挤压工艺过程如图2-29所示。挤压铸造与压力铸造、低压铸造都是利用压力作用使铸件成形而获得致密铸件。其特点如下：1〕挤压铸件的尺寸精度和外表质量高，尺寸公差IT11∼IT13，6.3∼1.6；2〕无需开设浇冒口，金属利用率高；3〕顺应性强，大多数合金都可采用挤压铸造；4〕工艺简单、节省能源和劳力，易于实现机械化和自动化，消费率比金属型高1倍。挤压铸造主要用于消费强度较高、气密性好的铸件及薄板类铸件，如阀体、活塞、机架、铸铁锅等。2.3.7实型铸造实型铸造又称气化模铸造和消逝模铸造，它是采用泡沫塑料替代木模或金属模进展外型。外型后容貌不取出，浇入金属液后，容貌熄灭气化消逝，金属液填充容貌的位置，冷却凝固成铸件的消费方法。1.实型铸造的工艺过程实型铸造的工艺过程如图2-30所示，包括容貌制造、外型、浇注、清理等过程。2.实型铸造的特点和适用范围1〕工序简单、消费周期短、效率高，劳动强度低；2〕铸件尺寸精度高；3〕可采用无粘结剂型砂，铸件清理方便；4〕零件设计自在度大，即构造工艺性好。实型铸造适用范围较广，几乎不受铸件构造、尺寸、分量、资料和批量的限制，特别适于消费外形复杂的铸件。2.3.8各种铸造方法比较各种常用铸造方法特点比较如表2-3所示。思索题：1.简述熔模铸造、压力铸造的工艺过程、特点和适用范围。2.以下铸件在大批量消费时，采用什么铸造方法为宜？铝活塞、大模数齿轮滚刀、铸铁污水管、摩托车气缸体、车床床身。

第4节铸造工艺设计铸造工艺设计是根据铸件构造特点、技术要求、消费批量、消费条件，确定铸造方案和工艺参数，绘制工艺图，编制工艺卡和工艺规范。铸造工艺包括：铸件的浇注位置和分型面位置，加工余量、收缩率和拔模斜度等工艺参数，型芯和芯头构造，浇注系统、冒口和冷铁的布置等。2.4.1.1浇注位置的选择浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的空间位置；浇注位置对铸件质量及铸造工艺都有很大影响。选择时应思索如下原那么：1〕铸件的重要加工面应朝下或位于侧面，以保证获得较好质量。如图2-31的机床床身和锥齿轮，导轨和锥面为重要加工面，应朝下。图2-32为吊车卷筒，采用立位以保证侧面的质量均匀。2.4.1铸造工艺设计的内容3〕面积较大的薄壁部分应置于铸型下部或垂直、倾斜位置。如图2-34的箱盖铸件，如图2-35的双排链轮。2〕铸件宽大平面应朝下，否那么易呵斥夹砂结疤缺陷。如图2-33所示。4〕构成缩孔的铸件，应将截面较厚的部分置于上部或侧面，便于安顿浇冒口补缩。如图2-36的支架。5〕应尽量减少型芯的数量，且便于安放、固定和排气。如图2-37所示的机床床脚铸件。分型面：指分开铸型便于取模的结合面。它决议了铸件在外型时的位置。通常外型位置和浇注位置一致。分型面对铸件质量及铸造工艺有很大影响。首先应保证铸件质量要求，其次应使操作尽量简化，再思索详细消费条件。应思索以下原那么：2.4.1.2铸型分型面的选择〔1〕便于起模，使外型工艺简化。1〕分型面应选在铸件的最大截面处；2〕应尽量减少型芯和活块的数量，以简化制模、外型、合型工序；3〕分型面应尽量平直，如图2-38起重臂分型面的选择。4〕尽量减少分型面，机器外型只能有一个分型面，如图2-39所示可采用外芯，减少分型面。〔3〕使型腔和主要型芯位于下箱，以便于下芯、合型和检查型腔尺寸。如图2-41所示的机床床脚的铸造工艺。〔2〕尽量使铸件重要加工面或大部分加工面、加工基准面放在一个砂型内，减少错箱、披缝和毛刺，提高铸件精度。如图2-40所示箱体采用II分型面。2.4.1.3铸造工艺参数确定铸造工艺参数是与铸造工艺过程有关的某些工艺数据，包括收缩余量、加工余量、起模斜度、铸造圆角、芯头芯座等，它直接影响容貌、芯盒的尺寸和构造，选择不当会影响铸件的精度、消费率和本钱。1.收缩余量：为补偿收缩，容貌比铸件图样尺寸增大的数值。其大小与铸件尺寸大小、构造、壁厚、铸造合金的线收缩率及收缩时受妨碍情况有关。常以铸件线收缩率表示。即2.加工余量：指在铸件外表上留出的预备切削去的金属层厚度。影响加工余量的要素有合金种类、铸造方法、铸件构造、尺寸及加工面在型内的位置等。3.起模斜度：为便于取模，在平行于起模方向的容貌外表上所添加的斜度称起模斜度。普通用角度或宽度表示，如图2-42所示。起模斜度应根据容貌高度及外型方法来确定。对有加工余量的侧面应加上加工余量再给起模斜度，普通按添加厚度法或加减厚度法。非加工面用减小厚度法。4.芯头：芯头起定位和支撑型芯、排除型芯内气体的作用，不构成铸件轮廓。有垂直和程度两种方式。1〕垂直芯头：上下都有芯头；只需下芯头，无上芯头；上下都无芯头。如图2-43所示。2〕程度芯头：两个芯头；结合芯头；加长加大芯头，型芯撑，如图2-44所示。2.4.1.4铸造工艺图的绘制铸造工艺图是在零件图上以规定的红、蓝等色符号表示铸造工艺内容所得到的图形。它决议了铸件的外形、尺寸、消费方法和工艺过程。其绘制步骤如下：1〕分析铸件质量要求、构造特点和消费批量；2〕选择外型方法；3〕选择浇注位置和分型面；4〕确定工艺参数。如加工余量、起模斜度、不铸孔、铸造收缩率；5〕设计型芯；6〕设计浇冒口系统；7〕绘制铸造工艺图。2.4.2铸造工艺实例铸造工艺设计的内容，就是在对零件图进展工艺分析的根底上，绘制铸造工艺图。如图2-45所示的车床进给箱体零件图，其工艺分析如下：该铸件在质量上没有特殊要求，故应尽量简化外型工艺，同时保证基准面的质量，可有如图2-46a所示的三种方案。方案I——分型面在轴孔轴线上，凸台A和槽C采用型芯，便于铸出轴孔，飞边少，易清理，下芯头尺寸大，稳定性好；但基准面D朝上，易产生缺陷；型芯数量较多。适于大批量消费。铸造工艺图如图2-46b所示。方案II——分型面在基准面D处；凸台E和槽C分别采用活块和型芯，基准面朝上，易产生缺陷，轴孔如铸出因无芯头而易产生飞边，难清理。适于单件小批量不铸出孔时采用。方案III——分型面在B处；铸件全部位于下箱；凸台A、E和槽C分别采用活块和型芯，基准面朝下；易于保证铸件质量；但内腔型芯稳定性差；轴孔如铸出因无芯头而易产生飞边，难清理；适于单件小批量不铸出孔时采用。第5节铸件构造工艺性铸件构造工艺性指铸件构造应符合铸造消费要求，满足铸造性能和铸造工艺对铸件构造的要求。2.5.1铸造合金性能的影响铸件构造，必需满足合金铸造性能的要求，不然能够产生浇缺乏、冷隔、缩松、气孔、裂纹和变形等缺陷。1.铸件壁厚的设计1〕铸件的最小壁厚：在各种工艺条件下，铸造合金能充溢型腔的最小厚度。它主要取决于合金的种类、铸件的大小及外形。2〕铸件的临界壁厚：厚壁铸件，易产生缩孔、缩松、晶粒粗大等缺陷，力学性能下降，故存在一个最大壁厚。普通取最小壁厚的三倍。3〕铸件壁厚应均匀，防止厚大截面，并防止壁厚的突变。如图2-47，图2-48所示。2.铸件壁间衔接的设计为减少热节、防止缩孔，减少应力，防止裂纹，壁间应圆角衔接并逐渐过渡。如图2-49所示。3.防止铸件收缩受阻的设计铸件收缩受阻时，易产生内应力，从而产生裂纹，故应尽量防止受阻收缩。如图2-50的轮辐可采用奇数轮辐或采用弯曲轮辐。4.防止铸件翘曲变形的设计细长形或平板类铸件收缩时由于内应力易产生翘曲变形，可采用对称构造或采用加强筋。如图2-51所示。2.5.2铸造工艺的影响铸件构造设计，除应满足零件的运用要求外，还应使铸造工艺过程简化，以提高消费和质量。1.铸件外形设计设计时应尽量防止侧凹、窄槽和不用要的曲面。如图2-52的箱盖铸件，图2-53的箱体铸件，图2-54的托架构造，图2-55的凸台。2.铸件内腔设计尽量减少不用要的型芯；需求型芯时应思索支撑、排气、清砂要求。对薄壁和耐压零件尽量不用芯撑，可采用工艺孔。如图2-56的内腔设计；图2-57的轴承架构造。3.思索构造斜度垂直于分型面的非加工面应设计构造斜度，以便于起模。2.5.3铸造方法的影响对于特种铸造方法，根据其工艺特点，还需思索一些特殊要求。1.熔模铸件的构造特点1〕便于从压型中取出蜡模和型芯，如图2-58所示。2〕铸孔的直径不要太小和太深，应大于2mm，通孔深度不大于直径的4-6倍，不通孔不大于2倍；铸槽的宽度不要太小和太深，宽度应大于2mm，深度为2∼6倍；铸件壁厚不要太薄，普通为2∼8mm。3〕熔模铸造工艺上普通不用冷铁，少用冒口，多用直浇口直接补缩，故壁厚要均匀，或是壁厚分布满足顺序凝固要求，无分散热节。4〕可铸出各种复杂外形的铸件，故可将几个零件合铸为一个，以减少加工和装配。如图2-59所示的车床手轮手柄。2.金属型铸件的构造特点1〕铸件的外形和内腔应尽量简单，尽量采用大的构造斜度，防止采用过小过深的孔，以便于抽芯，并尽量采用金属芯。如图2-60所示。2〕铸件壁厚差别不能太大，以防止缩松和裂纹；壁厚不能太薄。3.压铸件的构造特点1〕压铸件的外形应使铸件能从压型中取出，内腔便于抽芯。如图2-61所示。2〕压铸件壁厚应尽量均匀，且不宜太厚。3〕充分发扬镶铸的优越性，以便制出复杂件，并改善部分性能、简化装配。4.离心铸件的构造特点内外直径不宜相差太大，立式离心铸造直径应大于高度的3倍。第6节铸呵斥形新开展2.6.1凝固实际推进的铸造新开展1.定向凝固和单晶、细晶铸造；2.半固态铸造；3.快速凝固铸造；4.其他凝固铸造。如悬浮铸造、旋转震荡结晶法和分散铸造。5.差压铸造。2.6.2外型技术的新开展1.气体冲压外型；2.静压外型；3.真空密封外型；4.冷冻外型。2.6.3计算机技术推进铸造的新开展1.铸造过程的数值模拟；2.铸造工艺CAD；3.铸造过程的计算机控制。思索题：1.铸造工艺设计的主要内容有哪些？2.试修正以下图所示铸件的不合理构造，并阐明修正理由，选择其分型面并画出铸造工艺图。前往文档图2-5结晶特性对流动性的影响a)恒温下b)一定温度范围图2-13收缩应力的构成前往文档前往文档图2-14同时凝固原那么前往文档图2-17车床床身导轨面的变形前往文档图2-19振压紧砂机构原理图前往文档图2-20抛砂紧实机构原理图前往文档图2-21起模方法表示图图2-22自动外型消费线1—卸箱机2—移箱机3、13—落砂4—下箱自动外型机5—刷砂刷6—平车7—放箱机8—翻转机9—合型机10—辊道11—换模小车12—上箱自动外型机14—铸型15—浇注工段16—保送带前往文档图2-23熔模铸造工艺过程前往文档a〕压型b〕压制蜡模c〕焊蜡模组d〕结壳脱模e〕浇铸f〕带有浇铸系统的铸件前往文档图2-24金属型构造简图a)程度分型式c)复合分型式b)垂直分型式1一型芯2一上型3—下型4—模底板5—动型6—定型前往文档图2-25卧式冷压室式压铸机任务原理图a)合型b)压铸c)开型1—浇道2—型腔3—浇入液态金属处4—液态金属5—压射冲头6—动型7—定型8—顶杆9—铸件及余料前往文档图2-26低压铸造表示图前往文档图2-27离心铸造表示图a)立式离心铸造b)立式离心浇注成形铸件c)卧式离心铸造1，16—浇包2，14—铸型3，13—液体金属4—带轮和带5—旋转轴6—铸件7—电动机8—浇注系统9—型腔10—型芯11—上