铸造工艺学 第2版 课件 绪论

铸造工艺学铸造工艺学铸造工艺学4绪论1235第1章金属与铸型的相互作用第2章黏土型砂第3章有机黏结剂砂第4章浇注系统第5章冒口及冷铁67第6章铸造工艺设计铸造工艺学绪论绪论铸造工艺学

铸造是将金属或合金熔化，在大气、特殊气体保护或真空等环境下，通过重力、压力、离心力、电磁力等外场单独或耦合作用，将金属熔体充填预先制备好的铸型型腔中，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能铸件的方法。铸造成形本质属液态金属材料质量不变的成形过程。0.1铸造生产的概念、特点及其重要性绪论铸造工艺学从合金种类、壁厚和长度(轮廓)尺寸、重量到形状复杂程度都有很强的适应性。一般比锻件、焊接件尺寸精确，可节约大量金属材料和机械加工工时。铸件在一般机器生产中约占总质量的40％～80％，而成本只占机器总成本的25％～30％。

优势适应范围广尺寸精度较高成本低廉铸造生产的特点：绪论铸造工艺学形状尺寸合金种类重量适应范围广复杂程度原则上不受限制壁厚：0.2mm—1m长度：几毫米---十多米可用合金种类十分广泛

几克-------500吨形状合金重量尺寸绪论铸造工艺学

可供铸造用的金属(合金)种类十分广泛。常用的有:铸铁、铸钢、铝、镁、铜、锌合金，还有钛、镍、钴等合金。

最新研究表明，陶瓷材料不能接受塑性加工和机械加工的非金属也能用铸造的方法液态成形。绪论铸造工艺学几乎适用于所有材料镁合金手机外壳及发动机机匣、导弹壳体绪论铸造工艺学形状尺寸合金种类重量适应范围广复杂程度原则上不受限制壁厚：0.2mm—1m长度：几毫米---十多米可用合金种类十分广泛

几克-------500吨形状合金重量尺寸绪论铸造工艺学从合金种类、壁厚和长度(轮廓)尺寸、重量到形状复杂程度都有很强的适应性。一般比锻件、焊接件尺寸精确，可节约大量金属材料和机械加工工时。铸件在一般机器生产中约占总质量的40％～80％，而成本只占机器总成本的25％～30％。

优势适应范围广尺寸精度较高成本低廉铸造生产的特点：绪论铸造工艺学

因此铸造在工业生产中占有极为重要的地位：

机床、内燃机风机、压缩机拖拉机农业机械汽车0%20%40%60%80%100%18.5%60~80%50~70%40~70%20~30%70~90%

在现代工业中也有很大程度应用，如计算机，摩托车，家用电器，国防工业，甚至玩具中都有广泛应用。绪论铸造工艺学

砂型铸造在航空工业中的比重没有上述那么大，但仍是航空工业毛坯生产的一种重要方法，飞机上很多零件如：机匣（传动、压缩、尾部）、框架、轮毂、舱门等都是砂型铸件。绪论铸造工艺学缺点不足生产率低内部质量不如锻件尺寸均一性差材料利用率低工作环境差铸件尺寸均一性差:

铸件尺寸精度普遍比发达国家低1～3级，表面粗糙度也比发达国家差1～2级，如发动机铸铁材质缸体的粗糙度，我国为25～100μm，国外为12.5～25μm；绪论铸造工艺学缺点不足生产率低内部质量不如锻件尺寸均一性差材料利用率低工作环境差绪论铸造工艺学

工作环境差，粉尘多，温度高，劳动强度大，能耗高；

我国铸造行业的能耗占机械工业总耗能的25%～30%，能源平均利用率为17%，能耗约为铸造发达国家的2倍；我国每生产1t合格铸铁件的能耗为550～700kg标准煤，国外水平为300～400kg标准煤，铸件生产过程中材料和能源的投入约占产值的55%～70%。绪论铸造工艺学缺点不足生产率低内部质量不如锻件尺寸均一性差材料利用率低工作环境差绪论铸造工艺学人类进程铁器时代青铜器时代新石器时代旧石器时代合金材料化学材料复合材料纳米材料0.2我国铸造技术的发展绪论铸造工艺学人类使用石器几乎经历了300万年，进步很慢。自从掌握了金属熔炼和铸造技术后，只用了几千年便改变了人类的历史面貌。6000年2.后2000多年是以铸铁为主。1.前3000多年是以青铜铸造为主绪论铸造工艺学⑴青铜铸造

我国的铸造技术开始于夏朝初期，即偃师二里头文化早期，到了晚商和西周，青铜铸造得到蓬勃发展，此时为青铜器鼎盛时期，工艺上已达到相当高的水平，铸造出许多有名的铸件。绪论铸造工艺学1978年湖北省随县出土的曾候乙墓青铜器重达10多吨，是青铜铸件的代表作。其中64件的一套编钟，分八组，包括辅件在内用铜达５吨。绪论铸造工艺学永乐大钟铸于明代永乐19年（公元1421年）锡青铜，高6.9米，外径3.3米，内径2.9米，重46.5tωCu=80.54%,ωSn=16.4%,ωPb=1.12%及微量的Zn、Fe、Si、Mg、Ca等。绪论铸造工艺学可锻铸铁球墨铸铁我国在公元前6世纪就发明了生铁和铸铁技术，比欧州早1800多年，并完成了由低温固态还原法(块炼法)向高温液态冶炼的过渡。由于生铁工具的大量需要，发明了铁范法。由于具有快速冷却的特点而容易获得白口铸铁组织，铸件经过石墨化退火或脱碳退火就可制成黑心可锻铸铁或白心可锻铸铁，1957年和1975年分别在长沙出土的战国铁铲和在洛阳出土的空首铁镈，经金相鉴定，其石墨呈团絮状，前者是典型的黑心可锻铸铁，后者是白心可锻铸铁。过去人们都认为可锻铸铁是法国人莱翁缪尔于1722年发明的。在1978年河南巩县发现的西汉铁䦆（镢）具有球状石墨的组织。经检定，球化率相当于机械部部颁标准一类A级,在偏光下具有典型的放射状组织。现代球状是对铁水进行球化处理后直接获得铸态球状石墨的。这项技术于1947年由英国人莫洛研制成功。。我国2500多年之前(公元前513年)就铸出270kg的铸铁刑鼎。到战国中期，在农具、兵器等方面，铸铁逐渐代替了青铜。铸铁（2）铸铁技术绪论铸造工艺学河北沧州的大铁狮，高5米多，长近6米，重19.3吨,是公元9世纪五代后周时期铸造的。绪论铸造工艺学当阳铁塔，由13层叠成，高17.9米，重38吨，铸于北宋淳熙年间。绪论铸造工艺学

我国铸造历史悠久，灿烂的铸造技术对文化、经济的发展有重大影响，日常用语中的许多词汇如“模范”、“范围”、“就范”、“陶冶”、“陶铸”、“铸成大错”、“大器晚成”等，也都来自古代铸造术语。

现在，铸造已成为现代科学技术三大支柱之一的材料科学的一个重要组成部分。近代科学技术在各个领域的突破，促进了铸造技术的飞速发展。铸造技术也越来越与其他工业技术相互渗透和结合，新工艺和新方法不断出现。绪论铸造工艺学0.3砂型铸造方法的分类及发展根据不同分类标准可分：1.按铸造合金的种类分：铸钢、铸铁、铝合金、镁合金、铜合金铸造等。2.按型砂的湿分来分：湿型、干型、表面干型等。3.按维持铸型的方法分：砂箱造型和地坑造型

砂箱造型又可分为：单箱造型、两箱造型、三箱造型、多箱造型、脱箱造型。绪论铸造工艺学地坑造型绪论铸造工艺学大型铸件的干砂型铸造（地坑造型）绪论铸造工艺学脱箱造型绪论铸造工艺学

实物造型

分开模造型一般整体模造型铸造整体模造型挖砂造型

假箱造型活块造型

模型造型车板造型刮板造型导向刮板造型骨架模造型漏模造型组芯造型

4.按获得铸型型腔的方法分：绪论铸造工艺学两箱分开模造型绪论铸造工艺学一般整体模造型绪论铸造工艺学挖砂造型绪论铸造工艺学假箱造型绪论铸造工艺学绪论铸造工艺学活块造型绪论铸造工艺学绪论铸造工艺学车板造型绪论铸造工艺学绪论铸造工艺学导向刮板造型绪论铸造工艺学骨架模造型绪论铸造工艺学漏模造型绪论铸造工艺学组芯造型绪论铸造工艺学三箱造型5.按浇注时铸型重叠数量分：单箱造型、两箱造型、三箱造型、叠箱造型、劈箱造型等。绪论铸造工艺学叠箱造型绪论铸造工艺学劈箱造型绪论铸造工艺学6.按形成铸型的方法分普通黏土砂造型（第一代）

物理方法造型（第三代）化学方法造型（第二代）分为手工造型高压造型机器造型射压造型

气冲造型

演变历程1958年实型铸造（F法）1968年磁型铸造（M法）真空密封造型（V法）1973年实型真空密封造型（FV法）

演变历程水玻璃砂树脂砂CO2硬化壳型（芯）流态热芯（温芯）自硬冷芯（自硬）绪论铸造工艺学①普通黏土砂造型（第一代）

最早是手工造型，20世纪40~50年代出现了普通机器造型，并很快在发达国家普及。60~80年代，为进一步提高劳动生产率，逐步向自动化和半自动化发展，广泛采用高压造型、射压造型。机器造型新发展，摆脱传统的机械压实、震实、或抛砂等紧实方式，利用气体压力，以正压直接作用在型砂上进行紧实，如气冲造型：一次紧实，无需补压、紧实均匀、型腔表面紧实度可达95。绪论铸造工艺学压实造型绪论铸造工艺学绪论铸造工艺学绪论铸造工艺学绪论铸造工艺学绪论铸造工艺学

震击式造型绪论铸造工艺学震动紧实造型机绪论铸造工艺学微震－压实造型绪论铸造工艺学射压造型过程绪论铸造工艺学气流冲击造型机的原理1.一次压缩空气室2.二次压缩空气室3.快开阀盘4.砂箱5.垫板绪论铸造工艺学气冲造型机绪论铸造工艺学②化学方法造型（第二代）

黏土砂强度低，水分高，有时不得不烘干。为此，到上世纪40年代末出现了化学法造型。最早采用水玻璃砂，用水玻璃代替黏土，吹入CO2气体，使铸型硬化，不用烘干，节省能源，改善劳动条件。我国50年代开始推广，以后又发展了流态砂和自硬砂，但水玻璃砂溃散性差，难以清理。后又发展了树脂砂，开始为壳芯，后又有热芯、冷芯、温芯等。优点：铸型质量好、节约能源。缺点：成本高、环境污染。CO2硬化壳型（芯）水玻璃流态树脂砂热芯（温芯）

自硬冷芯（自硬）绪论铸造工艺学③物理方法造型（第三代）ⅰ）实型铸造（F法）：1958年，美国发明了利用聚苯乙烯泡沫塑料模（气化模）造型的实型造型法（FullMold）。优点：造型过程简单，无需拔模和分模分型，铸件尺寸偏差小。缺点：模样只使用一次即被消耗，污染空气、铸件表面粗糙度大。舂砂时模样有可能发生变形。绪论铸造工艺学③物理方法造型（第三代）ⅱ）磁型铸造（M法）：1968年，当时的西德出现了磁型铸造。造型时，采用铁丸代替原砂，采用泡沫聚苯乙烯塑料模，利用磁场力紧实铸型，浇注凝固后，断电，铁丸散开。优点：除具有F法的优点外，还具有下列优点：无硅尘危害；造型材料稍加处理即可即可复用，因此占地面积小；劳动强度减轻。1975年有人提出“翻砂不用砂”。

实际后来未大量使用，主要是因为M法除具有F法的缺点外，还有以下缺点：复杂件难以成形；铁丸易生锈，灰尘毒性更大；需专门的磁型机且需固定位置，灵活性差。绪论铸造工艺学ⅲ）真空密封造型（V法）

该法是将模板改成具有抽气箱和抽气孔的结构，实心变空心，在模样表面铺一层EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物塑料）膜（预热到50~60摄氏度），抽气、放置砂箱（与模板之间橡胶密封）、填砂、造型抽真空、气模浇注。优点：不用任何黏结剂和水，原砂可回用，污染少，砂处理设备简化。缺点：造型操作较复杂，造型机械要求高，塑料薄膜成形性和延伸率有限。绪论铸造工艺学绪论铸造工艺学ⅳ）实型真空密封造型（FV法）1973年出现，实为F法与V法结合，FV法吸取了F、M、V三种方法的长处。气化模产生的烟气、粉尘被抽走，净化了车间空气，改善了劳动条件，容易组成机械化流水线，投资小。但不能用于大型铸件的生产。绪论铸造工艺学

后来又发展了干型气化模铸造，只需将干砂填在铸型中，将气化模包裹住即可，经一种三维微震造型机振实后，即可浇注。再振松铸型，取出铸件，干砂可回用。1989年在德国杜塞尔多夫进行的第56届国际铸造年会上受到好评。

从总的趋势看，第一代造型法已由手工造型发展为机器造型、高压造型；第二代造型法中，冷硬树脂砂已有较大发展，且仍有很大潜力；第三代造型法，竞相争艳，层出不穷，仍有发展空间。绪论铸造工艺学0.4本课程的内容及要求

铸造工艺学是主要专业课之一，学习本课程时应特别注意理论联系实际，以便为今后开发新的造型材料，研究新的铸造工艺方法和拟定合理的铸造工艺方案，奠定良好的基础。

本课程主要内容：1)金属-铸型界面相互作用的基本机理和规律及其对铸件质量的影响。2)型(芯)砂用原材料的基本性能及其对型(芯)砂性能的影响，型(芯)砂性能及其对铸件质量影响的基本规律