《制造工程基础》课件 第一章 金属的液态成形

第一章金属的液态成形什么是铸造：液态材料成形技术通常称之为铸造。铸造（casting）：将熔融的液态金属（合金）平稳浇注到具有与零件形状相当的铸型空腔中，待其凝固后获得一定形状和性能铸件的一种成形方法。适合形状复杂铸件铸件大小不受限制使用的材料范围广1.1铸造成形技术的特点、分类充填型腔凝固冷却

工艺灵活生产率高手工造型的两箱造型图解型芯Core上箱flask

下箱分型面P/L型腔Cavatity浇注系统gatingsystem排气孔铸造工艺特点：（1）适应性广。适应铸铁、碳钢、有色金属等材料；铸件大小、形状和重量几乎不受限制；壁厚1mm到1m，质量零点几克到数百吨。（2）可复杂成形。适合形状复杂，尤其是有复杂内腔的毛坯或零件。（3）成本较低。可直接利用成本低廉的废机件和切屑，设备费用较低。（4）存在不足。如组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等组织缺陷产生，导致铸件力学性能，特别是冲击性能较低，质量不稳定。（5）污染环境，工作环境较差。铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染。1.1合金的充型能力

充型概念：液态合金填充铸型的过程。充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力，称为液态金属充填铸型的能力，简称液态金属的充型能力。合金的铸造性能

金属的流动性铸型性质影响因素：充型能力不足的后果：浇不足即是铸件未能获得完整的形状；冷隔即是铸件虽可获得完整的外形，但存有未完全熔合的垂直接缝，铸件的机械性能严重受损。浇注条件铸型条件

在相同浇注工艺条件下，将金属液浇入铸型中，测出其实际螺旋线长度。浇出的试样愈长，合金的流动性愈好。金属的流动性：流动性测试：浇注螺旋形标准试样流动性

充型能力易薄壁复杂铸件气孔、夹渣、缩孔①浇注温度高,流动性好，充型能力强温度过高，液态合金的收缩增大，氧化、吸气严重，铸件易产生缩孔、缩松、气孔、粘砂、粗晶等缺陷。②浇注压力

大,流动速度越快，充型能力强。浇注压力过高，发生喷射和飞溅现象，金属易氧化，气体来不及排出。浇注条件：铸型性质（导热能力）：铸型与金属的热交换强度影响金属液保持流动时间。铸型的蓄热系数愈大，金属液于其中保持液态的时间就愈短，充型能力下降。如液态金属在金属铸型中的流动性比在砂铸型中差。铸型的温度较高，就能减少金属液与铸型的温差，从

而提高金属液的充型能力。如在金属型中浇注铝合金铸件，将铸型温度由340℃提高到520℃，在相同的浇注温度（760℃）下，螺旋线长度则由525mm增加到950mm。铸件结构（阻力）：衡量铸件结构的因素是铸件的折算厚度R（R=V/S，其中V为铸件体积，S为铸件散热表面积）和复杂程度，它们决定着铸型型腔的结构特点。如果铸件体积相同，在同样的浇注条件下：

R大的铸件由于与铸型的接触的表面积相对较小，热量散失比较缓慢，则充型能力较高。铸件的壁越薄，R越小，则充型能力较弱。1.2铸造合金的收缩性1.2.1收缩的概念1.2.2收缩的三个阶段1.2.4铸件的缩孔和缩松1.25铸造内应力1.2.6铸件的变形和裂纹1.2.3影响收缩的三个因素

1.2.1收缩的概念收缩的概念：合金在浇注、凝固直至冷却到室温的过程中，体积和尺寸减小的现象。可用体收缩率和线收缩率定量表示：

①液态收缩②凝固收缩（包括状态改变和温度下降）③固态收缩铸件产生缩孔和缩松的根本原因。铸件产生内应力、变形、裂纹的主要原因。

1.2.2收缩的三个阶段

1.2.3影响收缩的三个因素

碳、硅含量高，收缩率越小；

硫含量高，收缩率越大。化学成分几种阻力

（1）铸型表面的摩擦阻力（2）热阻力：铸件各部分收缩时彼此制约产生的阻力。（3）机械阻力：铸型和型芯的阻力浇注温度铸件结构和铸型条件

1.2.3影响收缩的三个因素凝固过程中，由液态收缩和凝固收缩引起的体积缩减如得不到金属液的补充，会在铸件最后凝固部分形成孔洞。集中孔洞成为缩孔，细小分散的孔洞称为缩松。

1.2.4铸件的缩孔和缩松充满铸型形成外壳液面下降继续下降形成缩孔缩孔和缩松的概念：缩孔形成的条件：金属在恒温或很小的温度范围内结晶，如纯金属、共晶成分的合金，浇注后在型腔内是由表及里的以逐层凝固方式进行凝固。缩孔产生的基本原因：合金的液态收缩和凝固收缩值远大于固态收缩值。缩孔产生的部位：一般在铸件的最后凝固区域，上部或中心部，以及铸件两壁相交处，即热节。缩松形成的基本原因也是金属的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩。缩松形成过程示意图形成缩松的基本条件：金属的结晶温度范围较宽，呈糊状凝固方式。缩松产生的部位：大多分布在铸件中心轴线处、热节处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方。缩孔形成机理：逐层凝固方式下最后凝固部位得不到补充而形成的空隙。

缩松形成机理：糊状凝固方式下所分隔的小熔池得不到补缩形成的小孔隙。名称分布特征存在部位容积大小形状特征缩孔集中上部/最后较大倒锥状缩松分散特殊区域较小不规则缩孔和缩松的形成规律：合金的液态收缩和凝固收缩越大，越易形成缩孔；合金浇注的温度愈高，液态收缩愈大，愈易形成缩孔；纯金属和共晶成分合金倾向于逐层凝固，易形成缩孔；结晶温度范围宽的合金，倾向于糊状凝固，易形成缩松。缩孔和缩松的防止缩孔和缩松位置的确定（热节部位）1.凝固等温线法2.最大内切圆法缩孔内切圆常用来确定铸件上相交壁处的缩孔位置缩孔的防止：逐层凝固原则缩孔和缩松的防止缩孔防止方法：合理布置内浇道及确定浇铸工艺合理应用冒口、冷铁等技术措施内浇道设计：内浇道的引入位置应按照顺序凝固原则确定，应将内浇道开设在冒口上，使充型的炽热金属液首先流经冒口。主要作用：控制金属液充填铸型的速度和方向，调节铸型各部分的温度和铸件的凝固顺序，并对铸件有一定的补缩作用。冒口设计：应将冒口安放在铸件最厚和最高处，其尺寸要足够大。

主要作用：补偿铸件凝固时的收缩。调整温度分布，控制凝固顺序。排气、集渣。利用冒口观察型腔内的充型情况。冷铁：在铸件一些局部厚大的部位上安放冷铁，加快该处的冷却，以便充分发挥冒口的补缩作用。冷铁的作用：

与浇注系统和冒口配合控制铸件的凝固次序。

加速铸件的凝固速度，细化晶粒组织，提高铸件的力学性能。减小冒口尺寸，提高工艺出品率。

冷铁：在铸件结构形成的厚大处与热节处，实行快速凝固。加压补缩：压力下凝固，可显著消除或减轻显微缩松。缩松防止方法：冷铁冒口热应力铸造内应力：铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍而引起的内应力。铸件在凝固和冷却过程中，由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，造成同一时刻各部分收缩不一致，从而在铸件中相互制约产生热应力thermalstress。机械应力铸件固态收缩受到铸型、型芯及浇注系统的机械阻碍而产生的应力。

1.2.5铸件内应力内应力热应力的形成过程热应力的特点：结论：固态收缩使铸件厚壁或心部受拉伸。薄壁或表层受压缩。合金固态收缩率愈大，铸件壁厚差别愈大，形状愈复杂，所产生的热应力愈大。防止热应力产生的途径：缩小铸件各部位的温差，使其均匀冷却。Ⅰ、选用弹性模量小的合金；Ⅱ、设计壁厚均匀的铸件；Ⅲ、从工艺方面促使铸件各部位同时凝固。同时凝固——整个铸件几乎同时凝固可有效防止热应力；节省金属，简化工艺、减少工作量；缺点是铸件中心区域往往有缩松，铸件不致密。变形方向：受拉部位趋于缩短，受压部位趋于伸长。

1.2.6铸件的变形T型梁铸钢件变形示意图平板铸形的变形b.去应力退火或自然时效。防止措施：a.反变形法。例如：床身铸件床身导轨面的翘曲变形当铸件的内应力超过金属的强度极限时，铸件变产生裂纹。根据产生的原因，可分为热裂纹和冷裂纹。凝固末期，开始固态收缩，铸件高温强度很低，如果固态收缩受到砂型和砂芯的阻碍，机械应力超过此时的强度，即发生热裂。1.2.7铸件的裂纹特征：裂纹短、形状曲折、缝隙宽、缝内呈氧化色防止：合理设计铸件结构改善砂型和砂芯的退让性严格限制钢和铸铁中硫的含量选择结晶温度范围窄、收缩率小的合金冷裂纹：在较低温度（弹性状态）下，由于热应力和机械应力综合作用造成的裂纹。特征：裂缝细小，表面光滑，呈连续圆滑曲线或直线状，有金属光泽或呈轻微氧化色。轮毂轮辐轮缘冷裂纹的防止：减小铸造应力——严格控制钢和铸铁中磷的质量分数

实现同时凝固防裂肋降低合金的脆性砂型铸造（Sanding

casting）砂型铸造（Sanding

casting）:

用型砂和芯砂作为造型和制芯的材料，利用重力作用使得液态金属充填铸型型腔的一种工艺方法。型芯Core上箱flask

下箱分型面P/L型腔Cavatity浇注系统gatingsystem排气孔砂型铸造（Sanding

casting）优点：适应性广；

技术灵活性大；不受零件的形状、大小、复杂程度及合金种类限制；

生产准备过程较简单。缺点：铸件尺寸精度较差；

表面粗糙度高；

铸件的内部品质较低。砂型铸造工艺过程工艺准备造型落砂合箱浇注造芯清理检验熔炼金属配砂、制模手工造型(全部完成填砂、紧实、起模、合箱…)简介：按砂箱特征区分：两箱造型用2个砂箱制成砂型砂冲子模样砂箱底板（a）造下砂型（b）造上砂型（c）开外浇口、扎通气孔浇口棒（d）起出模样（e）合型（f）带浇口铸件两箱造型三箱造型用2个砂箱制成砂型铸型由上、中、下三个部分构成（a）铸件（b）模样上箱模样中箱模样下箱模样（C）造下箱（d）造中箱（e）造上箱（f）起模、放型芯、合型两箱造型三箱造型脱箱造型用2个砂箱制成砂型铸型由上、中、下三个部分构成铸型合型后，将砂箱脱出，重新用于造型。套箱两箱造型三箱造型脱箱造型刮板造型用2个砂箱制成砂型铸型由上、中、下三个部分构成铸型合型后，将砂箱脱出，重新用于造型。不用模型和芯盒造型，而是用刮板。（a）带轮铸件（b）刮板（图中字母表示与铸件的对应部位）（c）刮制下型（d）刮制上型（e）合型两箱造型三箱造型脱箱造型刮板造型地坑造型用2个砂箱制成砂型铸型由上、中、下三个部分构成铸型合型后，将砂箱脱出，重新用于造型。不用模型和芯盒造型，而是用刮板。地坑代替砂箱，技术水平要求高。按模样特征区分：整模造型分模造型挖沙造型活块造型手工造型举例1（整模造型）：砂冲子模样砂箱底板（a）造下砂型（b）造上砂型（c）开外浇口、扎通气孔浇口棒（d）起出模样（e）合型（f）带浇口铸件手工造型举例2（分模造型）：（a）铸件（b）模样上箱模样中箱模样下箱模样（C）造下箱（d）造中箱（e）造上箱（f）起模、放型芯、合型手工造型举例3（挖砂造型）：手工造型举例4（活块造型）：（a）零件图（b）铸件（c）模样（d）造下砂型（e）取出模样主体（f）取出活块机器造型(至少完成紧实、起模…)特点：生产率高，劳动强度低；铸件尺寸精度好，加工余量少；铸件质量稳定，精度和表面质量高；投资较大（专用砂箱、设备），适合大批量生产。不适合于三箱造型和活块造型。特种铸造特种铸造：造型材料、造型方法、金属液充型型式和金属在铸型中的凝固条件等方面与普通砂型铸造有显著差别的铸造方法。熔模铸造压力铸造离心铸造金属型铸造熔模铸造通常是先用低熔点易熔材料（一般用蜡质材料）制成模样，再在蜡模表面涂上数层耐火材料，待其硬化干燥后，将其中的蜡模熔失制成无分型面的铸型型壳，再经焙烧后进行浇注，获得铸件。(a)压型(b)压制蜡模(c)焊蜡模组(d)结壳、脱模(e)浇注(f)铸件熔模铸造优点：各种铸造合金成批、大量生产；

高熔点、难加工的高合金钢的小型铸件；

铸件精度较高；

表面粗糙度低；

形状可较复杂。缺点：工序繁杂、生产周期长；

原料较贵、铸件成本较高；

大尺寸的蜡模还易变形。压力铸造压力铸造（Highpressurediecasting）：在高压作用下，使液态或半液态金属以较高速度充填压铸型（压铸模具）型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。(a)合型浇注(b)压铸(c)泄压(d)准备开模1——坩埚2——进口3——压室4——压射冲头5——金属液6——通道7——喷嘴优点：易于实现机械化自动化，操作简单；可获得形状复杂件；

铸件精度较高（IT11~IT13）；

表面粗糙度低（3.2~0.8mm）；

铸件晶粒细小，组织致密，力学性能好。缺点：压铸件表皮下易产生小气孔；

不能进行较大余量的切削加工；

不能进行热处理，气体膨胀使表面起泡或变形；

投资大、费用高，准备时候长。压力铸造离心铸造离心铸造：将液体金属注入高速旋转的铸型内，使金属液在离心力的作用下充满铸型和形成铸件的技术和方法。立式离心铸造机卧式离心铸造机优点：铸件组织致密，内部不易产生缺陷；

可获得形状复杂件；

缺点：用于生产异形铸件时有一定的局限性；铸件内孔直径不准确，内孔表面比较粗糙；

质量较差，加工余量大；

投资大、费用高，准备时候长。离心铸造金属型铸造金属型铸造：又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。铸型用金属制成，可以反复使用多次（几百到几千次）。(a)整体型(b)水平分型(c)垂直分型(d)综合分型1——型芯；2——烧口杯；3——型腔；4——金属芯优点：铸件的力学性能较高；

铸件的尺寸精度高和表面粗糙度较低；铸件品质和尺寸较稳定，节约金属；

易实现机械自动化、生产率高，可大批量生产。

缺点：铸造周期长，成本高；

透气性差易造成浇不足、开裂和气孔等缺陷；

不宜铸造结构复杂、薄壁或大型铸件。

金属型铸造铸造工艺过程图的绘制（补充）铸造工艺过程图：在零件图上用规定的技术符号表示出铸造工艺过程内容的图形。铸造工艺图是铸造过程最基本和最重要的工艺文件之一，它对模样的制造、工艺装备的准备、造型造芯、型砂烘干、合型浇注、落砂清理及技术检验等，都起着指导和依据的作用。铸造工艺图是利用红、蓝两色铅笔，将各种简明的工艺符号，标注在产品零件图上的图样。名称技术符号和表示方法图例分型面用红色细实线表示，并用红色写出“上、中、下”字样。两箱造型三箱造型分模面用红色细实线表示，在任一端画“<”号。

<

<表铸造技术符号和表示方法上下上中中下上下名称技术符号和表示方法图例分型分模面用红色细实线表示。

<

<不铸出孔和槽不铸出的孔和槽用红色线打叉。剖面要涂以红色或细网纹格表示。上下名称技术符号和表示方法图例机械加工余量图(a)：在零件图上绘制工艺样图，用红色实线表示。图(b)：绘制墨线工艺图样时，粗实线表示毛坯轮廓，双点划线表示零件形状。用红色线表示加工余量，在加工符号附近注明加工余量数值，凡带斜度的加工余量应注明斜度。加工余量等级或数值可查GB/T6414。（a）（b）名称技术符号和表示方法图例型芯芯头边界用蓝色线表示，并注明斜度和间隙数值；有两个以上时，用“1#，2#”等标注。边界符号一般用在芯头及砂芯交界处用砂芯编号相同的小号数字表示，铁芯须写出“铁芯”字样。浇注系统位置与尺寸零件图样上绘制工艺图样时，用红色单线或红色双线表示；注明尺寸绘制墨线工艺图样时，用细实单墨线或细实双墨线表示；注明尺寸铸件内浇道横浇道直浇道名称技术符号和表示方法名称活块用红色短线表示，并注明“活块”。芯撑用红色或蓝色表示冷铁用绿色或蓝色绘出，并注明“冷铁”4.1浇注位置和分型面的选择浇注位置——指浇注时铸件所处的空间位置铸型分型面——指分开铸型便于取模的铸型接合面4.1.1浇注位置的选择原则-保证铸件质量1.铸件的重要加工面应朝下或侧立金属液中的杂质、气体上浮在金属液的上面；底部金属纯净，结构致密，质量好。上中中下上下（2）（1）（1）2.铸件的大平面应朝下（水平或倾斜）可保证铸件大平面的质量，避免产生夹砂缺陷。3.面积较大的薄壁部位应朝下（水平或倾斜）可避免浇不足、冷隔缺陷。4.对于容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在铸型的上部或侧面。铸钢双排链轮的浇注位置4.1.2分型面的选择原则-简化造型工艺1.分型面应选在铸件的最大截面处—方便起模2.分型面尽量采用直平面—简化模具制造及造型工艺，避免挖砂3.尽量减少分型面的数量—砂箱数量少，简化造型工艺，合型误差小冒口分型面模样芯头分模面四箱造型3.尽量减少分型面的数量—砂箱数量少，简化造型工艺，合型误差小三箱造型两箱造型3.尽量减少分型面的数量—砂箱数量少，简化造型工艺，合型误差小用外芯减少分型面用于大批量生产4.尽量使铸件重要加工面置于同一砂箱中—避免产生错箱、披缝和毛刺，增加清理工作量5.尽量减少型芯和活块的数量—简化制模、造型、合型等工序自带砂芯，整模造型内腔需砂芯，分模造型4.2铸造工艺参数的确定4.2.1机械加工余量—指在铸件表面留出的准备切削去的金属层厚度。过大则费工，浪费金属；过小则易造成报废。

浇注时朝上的表面，其加工余量应比底面和侧面大；

铸件尺寸越大，其加工余量应随之增大；

手工造型的加工余量应比机器造型的大；

铸件表面越粗糙，加工余量越大。灰铸铁件的机械加工余量铸件最大尺寸浇注位置加工面与基准面之间的距离<5050~120120~260260~500500~800800~1200<120顶面底、侧面3.4~4.52.5~3.54.0~4.53.0~3.5————120~260顶面底、侧面4.0~5.03.0~4.04.5~5.03.5~4.05.0~5.54.0~4.5———260~500顶面底、侧面4.5~6.03.5~4.55.0~6.04.0~4.56.0~7.04.5~5.06.5~7.05.0~6.0——500~800顶面底、侧面5.0~7.04.0~5.06.0~7.04.5~5.06.5~7.04.5~5.57.0~8.05.0~6.07.5~9.06.5~7.0—800~1200顶面底、侧面6.0~7.04.0~5.56.5~7.55.0~5.57.0~8.05.0~6.07.5~8.05.5~6.08.0~9.05.5~7.08.5~106.5~7.54.2.2起模斜度—垂直于分型面的侧壁均应留一定斜度，以便于起模而不致于损坏砂型和砂芯。β=15ʹ~30°β1,2,3=3°~10°（1）增加铸件厚度铸件基本尺寸aα（2）加减铸件厚度铸件基本尺寸aαa（3）减小铸件厚度铸件基本尺寸a4.2.3收缩率—铸件冷却后的尺寸比模型尺寸略微缩小。灰口铸铁：0.7%~1.0%铸造碳钢：1.3%~2.0%铝硅合金：0.8%~1.2%锡青铜件：1.2%~1.4%

4.2.4最小铸出孔—铸件上较小的孔和槽一般不铸出。4.2.5铸造圆角—铸造圆角的半径值一般为两相交壁平均厚度的1/3～1/2。drR=d+r4.2.6型芯头和芯座（a）垂直芯头（b）水平芯头芯头的构造4.3浇注系统和冒口浇口杯直浇道横浇道内浇道浇口杯：接纳、引入金属液直浇道：引入金属液，形成压头横浇道：引入金属液，阻撇熔渣内浇道：引入金属液，调控温度场按内浇道在铸件上的位置分类普通式b)楔形式c)压边式d)雨淋式e)搭边式

应用：主要用于结构复杂的各种黑色金属铸件和易氧化的有色合金铸件。用于高度大的中、大型铸件。内浇道的设计1）内浇道的作用：

控制液态金属充型速度和流动方向、温度分布和凝固顺序。2）形状：扁平梯形、月牙形和三角形。3）位置的选择：依据铸件所需凝固方式和流动特性考虑。同时凝固：对于壁厚均匀的铸件，拟采用多个内浇道分散引入；对于不均匀的铸件，则从薄壁处引入。顺序凝固：从厚壁处引入金属液。确定内浇道位置的几个具体问题：结构复杂的铸件，壁厚差别大的补缩区域则按顺序凝固从厚处引入；整个铸件按同时凝固方式采用多个内浇道充型。要求各内浇道的流量分布合理。液流顺壁流入，不冲刷型壁、型芯和铸型凸出部分。避开铸件重要部位，防止晶粒粗大。造型、清理操作方便，不阻碍铸件收缩。一、冒口的作用：补缩、排气、集渣二、冒口种类冒口的设计如需要补缩的部分与铸型顶面的距离较大，或冒口上部受到铸件另一部分结构的阻碍以及在高压釜中浇注时，常常采用暗冒口。

三、冒口位置

1、铸件最高最厚部位，低处热节设补贴或冷铁；2、铸件热节上方或侧旁；3、不应设在铸件最重要、受力大的部位；4、尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件；5、不选应力集中部位；6、用冷铁或其它方式使各个冒口的补缩范围隔开；7、放在加工面上。可从以下几方面进行分析：①分型面和分模面；②浇注位置、浇冒口的位置、形状、尺寸和数量；③工艺参数；④型芯的形状、位置和数目，型芯头的定位方式和安装方式；⑤冷铁的形状、位置、尺寸和数量；⑥其他。4.4铸造工艺方案底板凸台底板沉槽加强筋板内凹凸台示例1:支架缺点：底板上四个凸台必须采用活块，易产生错箱。优点：底面110mm凹槽容易铸出，轴孔下芯方便，轴孔内凸台不妨碍起模。方案一方案二缺点：底板上110mm凹槽必须采用挖砂造型，轴孔内凸台妨碍起模，必须采用两个活块或下型芯优点：铸件位于同箱，避免错箱及飞边，凸台不需活块造型。铸件外形的设计铸件内腔的设计铸件壁厚的设计铸件壁（肋）间的的连接设计

铸件结构设计指的是铸件结构应符合铸造生产要求，满足铸造性能和铸造工艺对铸件结构的要求。5.1铸件外形设计5.1.1应减少和简化分型面去掉外圆角，可便于整模造型5.1.1应减少和简化分型面尽可能使分型面为平面，去掉不必要的外圆角。5.1.2应便于起模凸台设计需用活块或型芯才能成形

阴影处阻碍起模

阴影处阻碍起模

5.1.2应便于起模C5.1.3铸件应有合适的结构斜度铸件上垂直于分型面的不加工表面，最好具有结构斜度。5.2铸件内腔设计5.2.1应避免不必要的型芯图a图b图a采用中空结构，要用悬臂型芯和型芯撑加固，图b采用开式结构，省去了型芯。5.2.1应避免不必要的型芯图a要采用型芯;图b可用砂垛形成空腔，省去了型芯。图a图b5.2.2便于型芯的固定、排气和清理5.2.2便于型芯的固定、排气和清理a型芯定位需要型芯撑b增加了两个工艺孔，型芯定位不用型芯撑，更加稳固。5.3铸件壁厚设计5.3.1铸件最小壁厚铸造方法铸件尺寸（mm）合金种类铸钢灰口铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金铜合金砂型铸造<200×20085～66533～5200×20~500×50010～126～1012846～8>500×50015～2015～2015～2010～12610～12表

砂型铸造条件下铸件的最小壁厚

在一定铸造工艺条件下，所能浇注出的铸件最小壁厚。铸件壁厚小于“最小壁厚”，易产生浇不到、冷隔等缺陷。5.3.2铸件的最大壁厚

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。在最小壁厚和最大壁厚之间就是适宜的铸件壁厚。在砂型铸造条件下:最大壁厚≈3×最小壁厚

壁厚/mm相对强度15~201.020~300.930~500.850~700.7铸件的外壁、内壁和肋的厚度比约为：1：0.8：0.6所谓铸件壁厚均匀性，是为了使铸件各处的冷却速度相近，并非要求铸件所有的壁厚完全相同。5.3.3铸件壁厚力求均匀阀体铸件的设计5.3.4壁厚不均匀或收缩率大的合金，需要冒口补缩，则应使铸件结构便于实现定向凝固.图

铝活塞结构的改进5.4铸件壁间的连接设计5.4.1采用圆角连接、圆滑过渡不同转角处的热节风缸铸钢件壁间的连接(a+b)/2≤88~1212~1616~2020~2727~3535~4545~60铸铁466810121620铸钢66810121620255.4.2避免锐角连接为减小热节和内应力，应避免铸件壁间锐角联接。若两壁间的夹角小于90，则应考虑过渡形式。5.4.3厚壁与薄壁间要逐步过渡各部分的壁厚往往难以做到均匀一致，甚至存有很大差别。为减少应力集中现象，应采用逐步过渡的方法，防止壁厚突变。5.4.4避免十字形交叉连接

接头因交叉处热节较大，内部容易产生缩孔或缩松，内应力也难以松弛，故较易产生裂纹。5.4.5避免裂纹的结构缺陷分析：铸件各部分冷却速度不同而收缩不一致，形成较大的内应力。当此应力超过合金的强度极限时，铸件会产生裂纹。实例分析：

轮缘、轮辐、轮毂间若比例不当，常因收缩不一致，内应力过大，使铸件产生裂纹。轮辐的连接形式5.4.6避免大的水平面5.5铸件结构设计应考虑的其它问题一．铸件的结构应考虑铸造合金的某些使用性能设计灰铸铁件的结构时，应用其抗压强度好的长处，避其抗拉强度差的短处。灰铸铁支座件二、铸件的结构应考虑不同铸造工艺的特殊性1．熔模铸件的设计1）熔模铸造工艺上一般不用冷铁，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。2）为了便于浸挂涂料和撒沙，铸孔的直径不要太小和太深，应大于2mm，薄壁件应大于0.5mm，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，为深度2∼6倍；铸件壁厚不要太薄，一般为2∼8mm。熔模铸件平面上的工艺孔和工艺筋3）熔模型壳的高温强度低，易变形，平板型壳的变形尤甚，故熔模铸件应尽量避免有大平面。为防止变形，在铸件大平面上设工艺孔或工艺筋，增加型壳的刚度。2．压铸件的设计压铸件设计应尽量避免侧凹坑和深腔，在无法避免时，至少应便于抽芯，以便压铸件能从压铸型中顺利取出。压铸件的两种设计方案2．压铸件的设计压铸件设计应尽量避免侧凹坑和深腔，在无法避免时，至少应便于抽芯，以便压铸件能从压铸型中顺利取出。尽量采用壁厚均匀的薄壁结构。压铸件适宜的壁厚一般为：锌合金1-3mm，铝合金1.5-5mm，铜合金2-5mm。压铸可以采用镶嵌件，应充分发挥镶嵌件的优越性，以便制出复杂件、改善压铸件局部性能和简化装配工艺。三、铸件结构的剖分与组合设计1．铸件的剖分设计

将大铸件或形状复杂的铸件设计成几个较小的铸件，经机械加工后，再用焊接或螺钉连接等方法将其组合成整体。优点：

1）能有效解决铸造熔炉、起重运输设备能力不足的困难，以小设备制造大设备。2）可根据使用要求用不同材料制造一个铸件的不同部分，铸造工艺简单，铸件品质优良，结构合理。底座的焊接结构3）易于解决整铸时切削加工工艺或设备上的某些困难。机械连接的组合床身铸件因成形工艺的局限性无法整铸的结构需采用剖分结构。零件上性能要求不同的部分需采用剖分结构。当零件上各部分对耐磨、导电或绝缘等性能要求不同时，常采用剖分结构，分开制造后，再镶铸成一体。2．铸件的组合设计利用熔模及气化模铸造等铸造工艺具有无需起模、能制造复杂铸件的特点，可将原需加工装配的组合件，改为整铸件，简化制造过程，提高生产效率，方便使用。车床摇手柄的设计a)原设计（加工装配）b)改进后的设计（整铸）6.1铸铁6.2铸钢6.3铸造有色金属白口铸铁：碳全部以Fe3C(渗碳体)的形式存在，断口呈

银色,具有良好的耐磨性。灰口铸铁：碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。麻口铸铁：碳大部分以Fe3C形式存在，是白口和灰口之间的过渡组织，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。根据碳存在形式6.1.1分类6.1铸铁：指碳含量大于2.11%或组织中具有共晶的铁碳合金。铸铁的石墨化：铸铁中的碳原子以石墨形式析出的过程，称为石墨化。铸铁中碳的存在形式少量固溶在F、A中化合态的渗碳体(Fe3C)游离态石墨（G）Fe3C：亚稳态，在高温下可分解：Fe3C→3Fe+C（石墨G）碳是形成石墨元素，也是促进石墨化的元素硅是强烈促进石墨化的元素。a.碳和硅影响石墨化因素：化学成分和冷却速度。①化学成分当碳、硅含量均高时，析出的石墨多且粗大c.锰弱阻碍石墨化元素。MnS一般控制在0.6~1.2%之间d.磷对石墨化影响不显著。过高将增加的冷脆性限制在0.5%以下；高强度铸铁则限制在0.2~0.3%以下。硫高：易形成渗透碳Fe3C(白口组织)；热脆性增加；力学性能和铸造性能恶化。b.硫：强烈阻碍石墨化元素。限制在0.1～0.15%以下。②冷却速度高温慢冷条件下，碳以石墨的形式析出；冷却较快时，析出的是渗透碳；缓慢冷却或高温下长时间保温，均有利于石墨化。冷却速度对铸铁组织的影响

影响铸件冷却速度的因素（1）铸型材料金属铸型导热快，铸件的冷却速度快，不利于石墨化，易产生白口组织（Fe3C

）。砂型导热慢，铸件易获得灰口组织（G）。主要有两个铸型材料铸件壁厚

（2）铸件壁厚同一铸件，厚壁处冷却慢，有利于石墨化，易获得灰口组织；

薄壁处冷却快，不利于石墨化，易得到白口组织。灰铸铁

呈片状可锻铸铁

团絮状球墨铸铁

球状蠕墨铸铁

蠕虫状灰口铸铁按石墨的形态分类铁素体+片状石墨P+F+片状石墨6.1.2灰铸铁

化学成分：2.6~3.6%C，1.2~3.0%Si，0.4~1.2%MnS≤0.15%，P≤0.3%。

①组织：基体（F,F+P,P）+片状石墨

铁素体基体铁素体+珠光体基体珠光体基体焊接性差，不能用于锻造和冲压。②性能：良好的减振性、耐磨性。

铸造性能优良，铸件产生缺陷的倾向小。良好的切削加工性能。力学性能：

抗拉强度比钢低得多；

塑性和韧性非常低；抗压强度与钢相当。③灰铸铁的孕育处理

目的：提高机械性能，断面均匀性

方法：向铁水中加入孕育剂(Fe-75%Si)

作用：细化石墨，避免铸件表层出现白口；冷却速度对其组织和性能影响减小。孕育铸铁普通灰铸铁③灰铸铁的孕育处理硅铁硅钙孕育处理后孕育处理前④牌号、用途GB5612-85,共分为：HT100,HT150,HT200,HT250,HT300,HT350

六个牌号。如：HT150——以Φ30mm单个试棒测出的

b

150MPa的灰口铸铁HT100：低负荷零件，如外罩、支架等；HT250：较大负荷的重要零件，如齿轮箱、轴承座等；HT350：高负荷的重要零件，如重型机床床身、齿轮等。6.1.3可锻铸铁①组织和性能：(F,P)+团絮状石墨

强度高(300~400MPa)，塑性、韧性好铁素体基体珠光体基体

石墨呈团絮状，对基体的割裂作用大大减轻，应力集中也明显降低，所以强度、塑性显著提高

②特点：

可锻铸铁虽然不再是脆性材料,但仍不可锻造C,Si含量低：C2.4~2.7%,Si0.4~1.4%生产周期长，成本高③生产过程：石墨化退火处理白口铸铁

高温、长时间退火

可锻铸铁。温度/℃时间/hA+Fe3C920~980℃A+团絮状石墨10~20h100℃/h710~730℃~30hP+团絮状石墨F+团絮状石墨共析温度黑心可锻铸铁白心可锻铸铁珠光体可锻铸铁按热处理方法和金相组织不同分类如：KTH350-10——表示其为抗拉强度

b

350Mp断后伸长率

10%的可锻铸铁

KT：可铁的拼音首字母，代表可锻铸铁；H：黑的拼音首字母，代表黑心可锻铸铁；

B：白的拼音首字母，代表白心可锻铸铁；Z：珠的拼音首字母，代表珠光体可锻铸铁。④牌号、用途6.1.4球墨铸铁①

组织与性能：(F,F+P,P)+球状G

石墨球对基体的割裂、应力