铸造技术(河南理工大学)

铸造ZhuZao《工程实训》多媒体课件主讲人：李安铭

材料科学与工程学院

1/11/20241材料科学与工程学院安全操作规程

第一部分1/11/20242AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院1、必须牢固树立“安全第一、预防为主”的思想,熟记《热加工安全规程》和《设备安全操作规程》，并严格遵照执行。2、实习学生应穿戴好工作服等劳保防护用品。3、现场教学和参观时，必须服从组织安排，注意听讲，不得随意走动。4、除在指定的设备上进行实习和操作外，其他一切设备、工具未经同意不准私自动用。5、动手前清理好操作场地，检查电源、仪表和各种开关是否正常，水源是否通畅。检查拟使用的工具与设备，并确定处于正常状态。1/11/20243AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院

6、实习过程中不要触摸尚在高温的铸件，以防烫伤。

7、实习过程中如发生事故，应立即关闭开关，并保持现场，报告指导教师。8、保持工作场所整洁，做到文明生产。实习完毕，要进行全面清扫场地。1/11/20244AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院铸造基本知识

第二部分1/11/20245AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院铸造是将金属或者合金液体浇注到与零件形状相对应的铸型空腔（型腔）中，使其冷却、凝固，获得毛坯或者零件的一种液态成型方法。1/11/20246AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院

根据生产工艺铸造可分为砂型铸造和特种铸造。特种铸造包含熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、壳型铸造和消失模铸造等。

砂型铸造工艺图1/11/20247AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院铸造工艺：以管状零件的铸造工艺为例：模型型芯盒型砂型芯砂熔化合金浇铸落砂清理造型质量检查造型芯合箱1/11/20248AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院

铸铁管离心铸造1/11/20249AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院铸造是一种古老的制造方法，在我国可以追溯到6000年前。随着工业技术的发展，铸造技术的发展也很迅速，特别是19世纪末和20世纪上半叶，出现了很多的新的铸造方法，如低压铸造、连续铸造、陶瓷型铸造等，在20世纪下半叶得到完善和实用化。由于现今对铸造质量、铸造精度、铸造成本和铸造自动化等要求的提高，铸造技术向着精密化、大型化、高质量、自动化和清洁化的方向发展，例如我国这几年在精密铸造技术、连续铸造技术、特种铸造技术、铸造自动化和铸造成型模拟技术等方面发展迅速。1/11/202410AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院鼎王：司母戊方鼎铸造是历史上最悠久的一种工艺，在我国已有6000多年历史了。从殷商时期就有灿烂的青铜器铸造技术。河南安阳出土的殷朝祭器司母戊鼎，重达700多公斤，长、高都超过1m（见右图），四周饰有精美的蟠龙纹及饕餮(古代传说中的一种凶恶的野兽)。1/11/202411AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院北京明朝永乐青铜大钟，距今已有500多年的历史。重46.5t，钟高6.75m，钟唇厚22cm，外径3.3m，钟体内外遍铸经文22.7万字，击钟时尾音长达2min以上，传距20km。永乐青铜大钟外形和内腔如此复杂、重量如此巨大、质量要求如此之高，说明我们的祖先早已具备精湛的冶炼和铸造技术。

1/11/202412AnmingLi,DeptofMSE,hpu春秋战国時期，齊國工匠總結科技經驗寫成的《考工記》一書中，提出了「金有六齊」，這是世界科技史上最早的合金规律总結。

材料科学与工程学院1/11/202413AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院明永乐大钟是采用泥范法，先在地上挖一个大坑，用草木和三合土做好内壁，上面涂上细泥，把写好经的宣纸反贴在细泥上，刻好阴字，加热烧成陶范。铸时，几十座熔炉同时开炉，炉火纯青，火焰冲天，金花飞溅，铜汁涌流，一次铸成。永乐钟铜质精良，合金纯度考究。大钟含铜80.5%,含锡16%，还有铅、锌、铁、硅、镁等元素。这种成分配比，与《考工记》中的“六齐”项下的“钟鼎之齐”的记载极其近似。

1/11/202414AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院铸造铜马车1/11/202415AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院铸造生产流水线1/11/202416AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院直径10.07米，高5.4米，净重416吨1/11/202417AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院1、适合形状复杂的箱体、机架、阀体、泵体、缸体等铸造生产的特点

1/11/202418AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院铸件零件2、成本较低（铸件与最终零件的形状相似、尺寸相近）

1/11/202419AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院

3、组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺陷产生，导致铸件力学性能差，特别是冲击性能较低。

气孔缩孔1/11/202420AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院4.

铸件局部形状和尺寸产生位置偏移及形状不完整，导致铸件无法通过机械加工或直接造成报废。错型浇不到偏芯1/11/202421AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院5.

铸件表面粗糙，表面粘附着一层难以清除的砂粒。铸件表面有一层突起的金属片状物，在金属片和铸件之间夹有一层型砂。粘砂金属片状物夹砂1/11/202422AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院造型材料

第三部分1/11/202423AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院用来制造铸型和型芯的材料定义：

造型材料在铸造生产中占有重要的地位，其质量的优劣直接影响铸件的质量、生产效率和成本。铸造生产中使用的铸型除砂型之外,还有金属型、陶瓷型、石膏型、石墨型等。1/11/202424AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院型（芯）砂的组成型（芯）砂是由原砂、旧砂（回用砂）、粘结剂、附加物和水组成的。经混制后，符合造型要求的混合料。附加物砂子粘结剂膜空隙1/11/202425AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院1.原砂

原砂是型（芯）砂的主体。最常用的是二氧化硅含量较高的硅砂。还有一些不常用的特种砂(如锆砂、镁砂、橄榄石砂、铬铁矿砂、钛铁矿砂、刚玉砂等。2.粘结材料

用来粘结砂粒的材料称为粘结剂。常用的有粘土、水玻璃、油类粘结剂、合成树脂粘结剂等。目前使用最普遍的是粘土，粘土分为铸造用粘土和铸造用膨润土。3.辅助材料

所谓辅助材料是指制造砂型（芯）过程中所用各种材料中除原砂、粘结剂（如粘土、树脂、水玻璃等）、水之外的材料。常用的辅助材料有煤粉、锯屑、石墨粉、滑石粉、重油和脱模剂等。1/11/202426AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院

生产中为了获得优质的铸件和良好的技术经济效果，要求型（芯）砂应具备以下一些性能：（1）足够的强度：包括常温湿强度、干强度和硬度。（2）一定的透气性：较小的吸湿性，较低的发气量。（3）较高的耐火度，较好的热化学稳定性，较小的膨胀率与收缩率。（4）较好的退让性、溃散性和耐用性。（5）良好的成形性：包括很好的流动性、可塑性、韧性和不粘模性。

型（芯）砂的性能1/11/202427AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院粘土砂的混制设备与过程碾轮式混砂机1/11/202428AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院移动式松砂机1/11/202429AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院粘土砂的混制过程

先加入新砂、旧砂（回用砂）和附加物干混2—3分钟，再加入水湿混6—10分钟，性能符合要求后即从出砂口出砂，混制好的型砂应放置2—3小时，使粘土膜内的水份均匀，以提高粘土的湿强度和透气性，使用前用松砂机将砂松散，使之松散好用。1/11/202430AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院

粘土砂的检测方法1、仪器设备检测法使用仪器设备分别检测型（芯）砂的湿强度、含水率及透气性能等。XQY—II型（智能型）

型砂强度试验机指针直读式型砂透气测定仪砂型表面硬度计1/11/202431AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院2、手感经验检测法第一步：检验型（芯）砂的含水率。一、型砂湿度适当时，可用手捏成砂团1/11/202432AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院第二步：检验型（芯）砂的强度二、折断时断面无碎裂状，同时有足够的强度1/11/202433AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院造型过程

第四部分1/11/202434AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院型砂配制造型砂型烘干金属熔炼工装准备合型浇注落砂清理铸件检验芯砂配制造芯砂芯烘干

砂型铸造生产工艺流程图：铸造生产过程复杂，任何一道工序操作不当都会导致铸件不合格，甚至报废1/11/202435AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院（二）手工造型1、整模造型2、分模造型3、挖砂造型4、活块造型6、三箱造型7、地坑造型5、刮板造型手工造型是指全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型按模样结构和起模特点可分为：1/11/202436AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院

造型工装准备分模模样芯盒整模模样直浇道棒各种形式的芯骨造型平板砂箱定位销棒1/11/202437AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院造型工具准备起模针通气针刮砂板砂舂砂铲平锤1/11/202438AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院修型工具手风器（皮老虎）墁刀（刮刀）秋叶（双头压勺）提钩（砂钩）竹排梗（半圆）法兰梗1/11/202439AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院手工造型基本操作工艺流程模样砂箱平板安放模样砂箱准备填砂紧实开型扎气孔、打定位孔或做合型线起模合型修型开设浇注系统1/11/202440AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院1、整模造型主要特点：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。适用范围：适用于一端为最大截面，且为平面的铸件。常用的手工造型方法1/11/202441AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院2、分模造型主要特点：将模样从最大截面处分开，并用销钉定位，这种模样称为分模。用此模样进行造型称为分模造型，造型时，型腔分别位于上、下两个半型内。适用范围：常用于最大截面在中部且形状复杂的铸件，如套筒、三通管和阀体等。常用的手工造型方法1/11/202442AnmingLi,DeptofMSE,hpu型芯的形式·##########水平型芯

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###垂直型芯##############

###悬臂型芯########

######悬吊型芯##################引伸型芯##########外型芯1/11/202443AnmingLi,DeptofMSE,hpu型芯名称、特点及适用场合型芯的形状型芯名称型芯特点适用场合垂直型芯水平型芯垂直放置水平放置适用于回转体、箱体、管子类零件适用于箱体、套管类零件。悬臂型芯水平悬臂放置适用于箱体、缸体零件侧面壁上的盲孔。外型芯垂直侧面放置适用于零件侧壁上有妨碍起模的凸台或沟槽，也可用于组芯造型。盖板型芯垂直悬吊放置适用于中大型铸件，方便型芯落入型腔，同时便于测量铸件壁厚。1/11/202444AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院三箱造型1/11/202445AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院浇铸系统

第五部分1/11/202446AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院浇注系统的组成与分类：浇注系统通常由四部分组成，包括外浇口、直浇口、横浇口和内浇口。1/11/202447AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院冒口冒口的作用：从金属液浇入铸型到获得铸件，发生体积收缩，若留在铸件中，就产生了缩孔、缩松铸造缺陷。铸造生产中，防止缩孔、缩松缺陷的有效措施是放置冒口。冒口的主要作用是补缩，此外，还有出气和集渣的作用。

冒口的位置：

(1)冒口应尽量放在铸件被补缩部位上部或最后凝固的地方。(2)冒口应尽量放在铸件最高最厚的地方，以便利用金属液的自重力进行补缩(3)冒口应尽可能不阻碍铸件的收缩。(4)冒口最好布置在铸件需要机械加工的表面上，以减少精整铸件的工时。1/11/202448AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院合金熔铸第六部分1/11/202449AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院

熔炼是指由固态通过加热转变成熔融状态的过程。熔炼是铸造生产过程中的一个重要环节，要获得高质量的铸件，首先必须要有高质量的金属液，当金属液温度过低时，容易产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣等铸造缺陷，往往造成铸件报废，当金属液的化学成份不符合要求时，即使铸件没有宏观铸造缺陷，但因力学性能不符合要求，也同样会造成废品，因此，熔炼出温度和化学成份都合乎要求的金属液是保证铸件质量的关键。铸造生产中常用的金属液有：铸铁、铸钢、铸造非铁合金。

1/11/202450AnmingLi,DeptofMSE,hpu1、铸铁的熔炼铸造生产中用量最多的合金：铸铁

冲天炉、非焦（煤粉、油、天然气）冲天炉、反射炉、坩埚炉等。目前冲天炉仍然是主要的熔炼设备。

冲天炉的大小是以每小时熔化金属液的多少来定的，一般厂家都用每小时熔化1.5～10t金属液的冲天炉。熔炼铸铁的炉子有：1/11/202451AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院1110987651131223144（1）冲天炉的构造主要有以下几部分组成：

①支撑部分；

②炉体；

③送风系统；

④炉顶部分。（2）冲天炉的辅助设备

①鼓风机；

②加料系统；1/11/202452AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科学与工程学院（3）冲天炉的炉料①金属炉料；金属炉料包括：新生铁、废钢、回炉铁及铁合金（硅铁、锰铁、铬铁、钛铁、钒铁和钼铁等）。②燃料冲天炉的燃料主要是焦炭。焦炭是由配有一定量具有结焦性的炼焦煤。③熔剂主要是石灰石（CaCO3），必要时也可加入氟石（CaF2）。1/11/202453AnmingLi,DeptofMSE,hpu⒉