《金属加工与实训-基础常识（第3版）》 课件 第4章 铸造

金属加工与实训—基础常识（第3版）第4章铸造第4章铸造1．了解铸造生产的工艺过程及其的特点和应用2．掌握砂型造型、模样、芯盒、造型材料、熔炼、浇铸等基本概念3.理解砂型造型的生产工艺过程4.了解特种铸造及铸造新工艺和发展方向学习目标4.1铸造基础知识1．铸造及其特点(1)铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入型腔，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法。铸件是指用铸造方法生产的金属件,如图4-1所示。图4-1铸造a)铸造过程示意图b)铸件4.1铸造基础知识(2)铸造生产特点：1）适用范围较广，能制造各种尺寸和形状复杂的铸件。绝大多数金属均能用铸造方法制成铸件，工业生产中常用的金属材料，如各种铸铁、非合金钢、合金钢、有色金属等都可用来铸造，有些材料(如铸铁)只能用铸造方法来制取零件，铸件的质量可以从几克到200吨以上。2）铸件的形状与零件尺寸较接近，可节省金属材料，减少切削加工工作量。原材料来源广泛，还可利用金属废料和报废的机件；工艺设备费用少，生产周期较短，成本较低。3）铸造工序较多，有些工艺过程难以控制，质量不够稳定，废品率较高，铸态组织晶粒粗大，力学性能较差。因此，对于承受动载荷的重要零件一般不采用铸件作为毛坯。2．铸造方法在铸造生产中最基本的方法是砂型铸造，除砂型以外的铸造方法统称为特种铸造，包括金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、挤压铸造等。4.1铸造基础知识3．铸造安全技术（1）熔炼、浇注、型砂处理、备料人员应穿戴专用的防护工作服、帽、皮鞋及防护眼镜。（2）混砂时，要严防铁块、铁钉等杂物混入砂中，以免造成处理设备损坏事故。（3）砂箱堆放要平稳，搬动砂箱时要注意轻放，以防砸伤手脚。（4）接触金属熔液、炉渣的工具和浇包，必须保持干燥。挡渣用的铁棍一定要预热，以防爆炸。（5）往浇包内注入金属熔液时，液面与浇包上沿的距离不得小于浇包内壁高度的八分之一。以防金属液外溢伤人。（6）所有抬浇包人的行动都要协调，抬起或放下的动作要一致。如果发现金属液飞溅甚至烫伤人时，不能将浇包随意乱丢，以免造成更大的事故。（7）不要用手脚去接触尚未冷却的铸件。（8）在炉料破碎或铸件清理时，要注意周围环境，防止伤人。4.2砂型铸造1.砂型铸造的工艺过程砂型铸造是指用型砂紧实成型的铸造方法。

(1)砂型铸造工艺过程如图4-2所示。图4-2砂型铸造工艺过程4.2砂型铸造(2)齿轮毛坯的砂型铸造过程，如图4-3所示。图4-3齿轮毛坯的砂型铸造过程模样是用来形成铸型型腔的工艺装备。芯盒是制造砂芯或其他种类耐火材料芯所有的装备。4.2砂型铸造2．造型材料

制造铸型或型芯用的材料，称为造型材料。造型材料包括型砂、芯砂及涂料等。

对型砂和芯砂的性能要求（1）强度指型（芯）砂抵抗外力破坏的能力。足够的强度可保证砂型在制造、搬运和浇铸过程中不至于变形毁坏。（2）耐火性型砂承受高温作用而不软化、不熔融的能力。若型砂耐火性差，易使铸件产生粘砂缺陷。（3）其它性能透气性、流动性、韧性、落砂性、溃散性、退让性等。3．造型方法

造型就是用型砂和模样制造铸型的过程。造型方法分手工造型和机器造型两大类。

一般单件和小批量生产都用手工造型。在大量生产时，主要采用机器造型。相关链接：型砂备制过程4.2砂型铸造（1）手工造型全部用手工或手动工具完成的造型工序称为手工造型。

常用手工造型材料和工具4.2砂型铸造常用手工造型方法特点及应用1）整模造型特点：模样为一整体，分型面为一平面，型腔在同一砂箱中，不会产生错型缺陷，操作简单。应用：最大截面在端部且为一平面的铸件，应用较广。2）分模造型特点：模样在最大截面处分开，型腔位于上、下型中，操作较简单。应用：造型较复杂，用于单件、小批生产，带有凸台，难以起模的铸件。相关链接：连杆的整体模造型相关链接：支承台的分模造型过程4.2砂型铸造3）挖砂造型特点：整体模样，分型面为一曲面，需挖去阻碍起模的型砂才能取出模样，对工人的操作技能要求高，生产率低。应用：适宜中小型、分型面不平的铸件单件、小批生产。

5）活块造型特点：将模样上阻碍起模的部分做成活动的，取出模样主体部分后，小心将活块取出。应用：造型较复杂，用于单件、小批生产，带有凸台，难以起模的铸件。4）三箱造型特点：采用上、中、下三个砂箱，有两个分型面，铸件的中间截面小，用两个砂箱时取

不出模样，必须分开，操作复杂。应用：单件小批生产，适合于中间截面小，两端截面大的铸件。相关链接：手轮挖砂造型过程相关链接：法兰座的三箱造型过程相关链接：短导轨活块造型过程

1)紧砂方法常用的紧砂方法有：振实、压实、振压、抛砂、射压等几种型式，其中以振压式应用最广。机器造型4.2砂型铸造2)起模方法常用的起模方法有顶箱、漏模、翻转三种。上图(d）为顶箱起模方法。随着生产的发展，新的造型设备将会不断出现，使整个造型和造芯过程逐步地实现自动化。震压式造型机结构示意图4.2砂型铸造4.典型浇冒系统（1）浇注系统浇注系统是铸型上供液体金属填充型腔和冒口而开的一系列通道。

浇注系统通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成，见下图。

其作用是承接和导入金属液，控制金属液流动方向和速度，使金属液平稳地充满型腔；调节铸件各部分的温度分布；阻挡夹杂物进入型腔。浇注系统典型浇冒系统（2）冒口对于易产生缩孔的铸件，还需开设冒口。它是铸型内储存供补缩铸件用的熔融金属的空腔。它有时还起排气、集渣等作用。冒口一般开设在铸件容易产生缩孔部位的上方。4.2砂型铸造5.熔炼金属熔炼质量的好坏对能否获得优质铸件有着重要的影响。如果金属液的化学成分不合格，就会降低铸件的力学性能和物理性能。

金属液的温度过低，会使铸件产生冷隔、浇不足、气孔和夹渣等缺陷；

金属液的温度过高会导致铸件总收缩量增加、吸收气体过多、粘砂等缺陷；

铸造生产常用的熔炼设备有冲天炉(适于熔炼铸铁)、电弧炉(适于熔炼铸钢)、坩埚炉(适于熔炼有色金属)、感应加热炉(适于熔炼铸钢和铸铁等)。相关链接：冲天炉铸铁的熔炼6．合型、浇注、落砂、清理和检验

(1)合型是指将铸型的各个组元，如上型、下型、型芯、浇口杯等组合成一个完整铸型的操作过程。右图是两箱造型合型后的铸型结构。一个完整的铸型主要由砂箱、型砂、型腔、浇注系统、冒口、定位销和浇口杯组成。4.2砂型铸造相关链接：铸件落砂、清理与检验实录(4)清理落砂后，从铸件上清除表面粘砂、型砂(芯砂)、多余金属等操作称为清理。(5)检验清理后对铸件进行检验，检验合格后成为铸件。(2)浇注将金属液从浇包注入铸型的操作，称为浇注。操作时应控制浇注温度和速度。铸铁的浇注温度一般为1250◦C~1470◦C(3)落砂是指用手工或机械使铸件和型砂(芯砂)、砂箱分开的操作过程。浇注后，必须经过充分的凝固和冷却才能落砂。浇注相关链接：砂型铸造主要生产工序4.2砂型铸造7.砂型铸造的缺陷(1)气孔特征：在铸件内部呈梨形、圆形和椭圆形的孔洞，表面一般较光滑，大孔常孤立存在，小孔则成群出现。产生原因：型砂含水量过多，透气性差；起模和修型时刷水过多；芯子烘干不良或芯子的通气孔堵塞；浇注温度过低或浇注速度太快。

(2)缩孔、缩松特征：多分布于铸件厚断面处，形状不规则，孔内粗糙。产生原因：铸件结构不合理，局部尺寸过大，形成热节；浇注系统和冒口的位置不对，或冒口过小；浇注温度过高或化学成分不合格，收缩率过大。4.2砂型铸造(3)砂眼特征：铸件内部或表面带有砂粒的孔。产生原因：型砂和芯砂的强度不够；砂型和砂芯的紧实度不够；合型时砂型局部损坏；浇注系统不合理，冲坏了砂型。(4)粘砂特征：铸件表面或内腔粘附着的难以清除的砂粒。产生原因：型砂和芯砂的耐火度不够；浇注温度太高；未刷涂料或涂料太薄。

(5)冷隔特征：铸件上未完全熔合的边缘呈圆角的缝隙。产生原因：浇注温度太低；浇注速度太慢或浇注时曾断流，浇注系统开设不当或内浇道截面积太小。4.2砂型铸造

(7)裂纹（热裂和冷裂）热裂特征：铸件开裂，开裂表面氧化，外形曲折而不规则。冷裂特征：铸件开裂处无氧化，裂口常穿过晶粒延伸至整个断面。产生原因：硫和磷的含量高；铸件壁厚不均匀；型砂的退让性差；落砂过早。

(6)浇不到特征：铸件残缺或轮廓不完整，常出现在薄壁处。产生原因：浇注温度太低；浇注金属量不够；浇注时金属液从分型面处流出；铸件太薄；浇注速度太慢。相关链接：无损探伤检测法相关链接：磁粉探伤检测录像4.3特种铸造相关链接：特种铸造概述

特种铸造是指与砂型铸造不同的其他铸造方法。

常用的有金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造等。金属型铸造是指在重力的作用下将熔融金属浇入金属型获得铸件的方法。请看金属型铸造动画演示。1.金属型铸造相关链接：金属型铸造动画演示2．压力铸造压力铸造是将熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。相关链接：压铸机与压力铸造4.3特种铸造相关链接：离心铸造与动画演示3.离心铸造离心铸造是将金属浇人绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型，在离心力作用下凝固成铸件的铸造方法。离心铸造多用于简单的圆筒体，不用芯子形成圆筒内孔。也用于生产异形铸件。4.熔模铸造熔模铸造是用易熔材料如蜡料制成模样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成型壳，熔出模样后经高温焙烧即可浇注的铸造方法。相关链接：熔模铸造动画演示4.3特种铸造4.4铸造新技术、新工艺1．造型技术的新进展

（1）气体冲压造型这是近年来发展迅速的低噪声造型方法。它包括空气冲击造型和燃气冲击造型两类。

（2）静压造型静压造型的特点是消除了震压造型机的噪声污染，型砂紧实效果好，铸件尺寸精度高。（3）真空密封造型(V法造型)2．快速成形技术(RPT)T技术集成了现代数控技术，CAD／CAM技术、激光技术和新型材料科学成果于一体，突破了传统的加工模式，大大缩短了产品的生产周期。目前正在应用与开发的快速成形技术(RPT)有：SLA(激光立体光刻成形技术)SLS(激光粉末选区烧结成形技术)FDM(熔丝沉积成形工艺)LOM(分层叠纸制造成形工艺)DSPC(直接制壳生产铸件的工艺)等4.4铸造新技术、新工艺3、计算机在铸造中的应用

当前，计算机在铸造过程中的管理、设计、制造、测控、工艺、凝固模拟等方面得到了广泛的应用。与传统的铸造工艺设计方法相比，用计算机设计铸造工艺有如下特点：（1）计算准确、迅速，消除了人为的计算误差。（2）可同时对几个系统