材料成型技术基础.ppt

1、材料成形技术基础,江星莹,一、金属的液态成形 二、金属的塑性成形 三、材料的连接成形 四、非金属材料的成形 五、材料成形方法的选择 六、快速成形技术简介,课程大纲,第一章：金属的液态成形,定义：所谓金属液态成型，即铸造（casting）是将液态金属浇注到与零件形状，尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。,铸造工艺特点,（1）铸件大小，形状和重量几乎不受限制； （2）铸件形状与零件接近，能够制成形状复杂，尤其是有复杂内腔的毛坯或零件； （3）原材料来源广泛 ，生产成本较低。 （4）但也存在一些不足，如组织缺陷，力学性能偏低，质量不稳定，工作环境较差。因此，铸件多

2、数做为毛坯用。,优点,缺点,一、金属的液态成形,第一节、液态成形理论基础 第二节、金属的液态成形方法 第三节、液态金属成形件的工艺设计 第四节、液态金属成形件的结构设计,第一节：液态成形理论基础,1、液态金属的凝固 凝固：物质由液态转化为固态的过程。 结晶：金属的凝固过程。结晶包括形核和长大两个过程。 凝固组织：宏观上指铸态晶粒的形态、大小、取向和分布等情况；微观上指晶粒内部结构的形态、大小和分布，以及各种缺陷等。,一、金属的凝固,1、液态金属的凝固,铸件的凝固组织对金属材料的力学性能、物理性能影响甚大。一般情况下，晶粒愈细小均匀，金属材料的强度和硬度愈高，塑性和韧性愈好。 影响铸件凝固组织的

3、因素有：成分、冷却速度、形核条件等。,2、铸件的凝固方式,2、铸件的凝固方式,1 铸件的凝固方式 铸件凝固过程中，在其断面上存在三个区域，即已凝固的固相区、液固两相并存的凝固区和未开始凝固的液相区。其中凝固区的宽窄对铸件质量影响较大，其宽窄决定着铸件的凝固方式。,（1）逐层凝固,纯金属或共晶成分的合金，凝固时铸件的断面上不存在液、固两相并存的凝固区，如图（a），已凝固层与未凝固的液相区之间界限清晰，随着温度的下降，已凝固层不断加厚，液相区逐渐减小，一直到铸件完全凝固，这种凝固方式称为逐层凝固。,如果合金的结晶温度范围很宽，且铸件断面的温度梯度较小，则在开始凝固的一段时间内，铸件表面不会形成坚固

4、的已凝固层，而是液、固两相共存区贯穿铸件的整个断面，如图（c）。这种凝固方式先呈糊状，然后整体凝固，故称为糊状凝固。,（2）糊状凝固,大多数铸造合金的凝固方式介于逐层凝固和糊状凝固之间，如图（b）所示，即在凝固过程中，铸件断面上存在一定宽度的液固两相共存的凝固区，称为中间凝固方式。,（3）中间凝固,3、影响铸件凝固方式的因素,影响铸件凝固方式的因素：合金的结晶温度范围和铸件的温度梯度。,（1） 铸造合金的结晶温度范围 合金的结晶温度范围愈窄，铸件的凝固区域就愈窄，愈倾向于逐层凝固。如砂型铸造时，低碳钢的凝固为逐层凝固，而高碳钢的结晶温度范围较宽成为糊状凝固。,温度梯度对凝固方式的影响,（2）

5、铸件的温度梯度：铸造合金的成分一定时，铸件凝固区域的宽窄就取决于其断面的温度梯度，如右图所示，随温度梯度由小变大，则相应的凝固区会由宽变窄。,铸件的温度梯度,铸件的温度梯度主要取决于： 1）铸造合金的性质。如铸造合金的导热性愈好、结晶潜热愈大，则铸件均匀温度的能力愈强，温度梯度就愈小。 2）铸型的蓄热能力和导热性愈好，对铸件的激冷能力愈强，使铸件的温度梯度愈大。 3）提高浇注温度，会降低铸型的冷却能力，从而降低铸件的温度梯度。,二、液态合金的工艺性能,金属与合金的铸造性能是指金属与合金在铸型成形的工艺过程中、容易获得外形正确、内部健全的铸件的性质。铸造性能是重要的工艺性能指标，铸造合金除应具备

6、符合要求的力学性能、物理性能和化学性能外，还必须有良好的铸造性能。合金的铸造性能通常用充型能力、收缩性能等来衡量。,1、合金的充型能力,熔融合金填充铸型的过程简称充型。 液态合金充满铸型、获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力，称为液态合金的充型能力。 充型能力取决于： 1)熔融合金本身的流动能力（流动性）， 2)铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响。,一、合金的流动性,合金的铸造性能是表示合金铸造成型获得优质铸件的能力。通常用流动性和收缩性来衡量。,1、流动性概念 流动性液态合金的充型能力。,流动性好的合金：,易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件； 有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除； 易于补

7、缩及热裂纹的弥合。,合金流动性的衡量,合金的流动性用浇注流动性试样的方法来衡量。流动性试样的种类很多，如螺旋型、球形、真空试样等。应用最多的是浇注的螺旋形试样。,合金的流动性愈好，其长度就愈长。,常用合金的流动性（砂型，试样截面88mm）,影响流动性的因素,1）合金的种类： 合金的流动性与合金的熔点、热导率、合金液的粘度等物理性能有关。铸铁和硅黄铜的流动性最好，铝硅合金的次之，铸钢的最差（熔点高，在铸型的散热快、凝固快）。 2）合金的成分和结晶特征对流动性的影响最为显著。 3）杂质与含气量：熔融合金中出现的固态夹杂物，将使合金的粘度增加，合金的流动性下降；熔融金属中的含气量愈少，合金的流动性愈

8、好。 4）液态合金的粘度、结晶潜热和导热系数等物理参数对流动性也有影响。一般的粘度愈大、结晶潜热愈小和导热系数愈小，其流动性愈差。,合金的成分和结晶特征对流动性的影响,共晶成分的合金，其结晶同纯金属一样，是在恒温下进行的。从铸型表面到中心，液态合金逐层凝固如图（a），由于已凝固层的内表面光滑，对液态合金的流动阻力小。,特别是共晶成分合金的凝固温度最低，相同浇注温度下其过热度最大，延长了合金处于液态的时间，故流动性最好。,合金的成分和结晶特征对流动性的影响,在一定温度范围内的亚共晶合金，其结晶过程是在铸件截面上一定的宽度区域内同时进行的。在结晶区域中，既有形状复杂的枝晶，又有未结晶的液体。即在其

9、已凝固层和纯液态区之间存在一个液固两相共存的区域，使得已凝固层的内表面粗糙如图（b）。,复杂的枝晶不仅阻碍熔融金属的流动，而且使熔融金属的冷却速度加快，所以流动性差。,非共晶成分的合金流动性差，且随合金成分偏离共晶点愈远，其结晶温度范围愈宽，流动性愈差，如图为铁碳合金流动性与含碳量的关系图。,合金的成分和结晶特征对流动性的影响,浇注条件,（1） 浇注温度：浇注温度对合金充型能力有决定性的影响。浇注温度高，液态合金所含的热量多，在同样的冷却条件下，保持液态的时间长，所以流动性好。浇注温度越高，合金的粘度越低，传给铸件的热量多，保持液态的时间延长，流动性好，充型能力强。 （2） 充型压力 ：液态合

10、金在流动方向上所受压力愈大，其充型能力愈好。砂型铸造时，是由直浇道高度提供静压力作为充型压力，所以直浇道的高度应适当。,（3）铸型条件,在铸型凡能增大液态合金流动阻力、降低流速和加快其冷却的因素，均会降低其充型能力。 1）铸型的蓄热能力 2）铸型温度 3）铸型中的气体 4）铸件的结构 ：铸件的壁愈薄、结构形状愈复杂，液态合金的充型能力愈差。应采取适当提高浇注温度、提高充型压力和预热铸型等措施来改善其充型能力。,2、合金的收缩,收缩：合金从浇注、凝固直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。收缩是合金的物理本性，是影响铸件几何形状、尺寸、致密性，甚至造成某些缺陷的重要原因之一。,体收缩率：

11、合金从液态到常温的体积改变量。,线收缩率：金属在固态由高温到常温的线尺寸改变量。,式中：,合金收缩的三个阶段,。,（2）凝固收缩：从凝固开始温度（Tl）到凝固终止温度（即固相线温度Ts）间的收缩 （3）固态收缩：从凝固终止温度（Ts）到室温间的收缩。 合金的收缩率为上述三个阶段收缩率的总和。,合金的收缩经历如下三个阶段，如图所示： （1）液态收缩：从浇注温度（T浇）到凝固开始温度（即液相线温度Tl）间的收缩。,影响收缩的因素,影响收缩的因素： 1）化学成分：C ，Si 收缩率； Mn适量，生产MnS 收缩率； Mn过高收缩率 S 收缩率 ，。 2）浇注温度：T，T 收缩率 3）铸件结构和铸型条

12、件,收缩是液态合金凝固冷却过程中的必然现象，它产生缩孔与缩松，内应力，变形和裂纹，对铸造工艺影响很大。,三、铸造性能对铸件质量的影响,铸造性能对铸件质量有显著的影响。收缩是铸件中许多缺陷，如缩孔、缩松、应力、变形和裂纹等产生的基本原因。充型能力不好，铸件易产生浇不到、冷隔、气孔、夹杂、缩孔、热裂等缺陷。,1、铸件的缩孔和缩松,若液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补足，则在铸件的最后凝固部位会形成一些孔洞。按照孔洞的大小和分布，可将其分为缩孔和缩松两类。 缩孔：集中在铸件上部或最后凝固部位、容积较大的孔洞。缩孔多呈倒圆锥形，内表面粗糙。 缩松：分散在铸件某些区域内的细小缩孔。,缩孔的形成,缩孔

13、主要出现在金属在恒温或很窄温度范围内结晶，铸件壁呈逐层凝固方式的条件下。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。,缩松的形成,缩松主要出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件壁中，是被树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。缩松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。,缩松形成机理：树枝状晶体所分隔的晶间液体区得不到补缩形成的小孔隙。,缩孔位置的确定,等温线法,内切圆法,定向凝固的缺点和应用：,缺点铸件成本高，加大铸造内应力（易变形、开裂）。 应用体收缩大的合金，如铸钢、铝青铜和铝硅合金等。,缩孔、缩松形成的规律,1、合金的液态收缩和凝固

14、收缩愈大（如铸钢、白口铸铁、铝青铜），铸件愈易形成缩孔。 2、合金的浇注温度愈高，液态收缩愈大，愈易形成缩孔。 3、结晶温度范围宽的合金，倾向于糊状凝固，易形成缩松。纯金属和共晶成分合金倾向于逐层凝固，易形成集中缩孔。,缩孔和缩松的防止 （三点）,1、冒口：在铸件可能出现缩孔的厚大部位，通过安放冒口等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位最先凝固（图），尔后是靠近冒口的部位凝固（图、I），冒口本身最后凝固。按照这样的凝固顺序，先凝固部位的收缩，由后凝固部位的金属液来补充；后凝固部位的收缩，由冒口中的金属液来补充从而将缩孔转移到冒口之中。（缺点是浪费金属）,防止缩孔原则：使铸件实现“定向凝固”。,2、

15、冷铁：为了实现定向凝固，在安放冒口的同时，在铸件上某些厚大部位增设的金属材料（冷铁：激冷物），如右图所示。,缩孔和缩松的防止,3、合理选择内浇道位置及浇注工艺：内浇道的引入位置对铸件的温度分布有明显的影响，应按照定向凝固的原则确定。例如：内浇道应从铸件厚实处引入，尽可能靠近冒口或由冒口引入。,同时凝固和定向凝固比较,用于凝固收缩小的灰铸铁。铸件内应力小，工艺简单，节省金属但同时凝固往往使铸件中心区域出现缩松，组织不致密。,用于收缩大或壁厚差距较大，易产生缩孔的合金铸件，如铸钢、铝硅合金等。定向凝固补缩作用好，铸件致密，但铸件成本高，内应力大。,铸造内应力：铸件在凝固、冷却的过程中，由于各部分体

16、积变化不一致、彼此制约而使其固态收缩受到阻碍引起的内应力。 铸造内应力按阻碍收缩原因的不同分为热应力和收缩应力（机械应力）两类，它们是铸件产生变形和裂纹的基本原因。 1）热应力的形成：由于铸件各部分冷却速度不同，以致在同一时期铸件各部分收缩受到热阻碍不一致而引起。,2、铸造应力,图为框形铸件热应力的形成过程,热应力形成规律：铸件的厚壁或心部受拉应力，薄壁或表层受压应力。,2）收缩应力（机械应力）,机械应力的形成：机械应力是合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒口等外力的机械阻碍而形成的内应力，如图所示。,机械应力使铸件产生拉伸或剪切应力，是暂时存在的，在铸件落砂之后，这种内应力便可自行消除。,3）减

17、小应力的措施,预防铸件产生热应力的基本措施是减小铸件各部分之间的温度差，使其均匀冷却。具体为： i）选择线收缩小、弹量模量较小的合金作为铸造合金； ii）合理地设计铸件结构：尽量使铸件形状简单、对称、壁厚均匀； iii ）采用合理的铸造工艺，使铸件的凝固符合同时凝固原则。在铸造工艺上采取“同时凝固原则”，尽量减小铸件各部位间的温度差，使铸件各部位同时冷却凝固。 ）实效处理：将铸件加热到550650之间保温，进行去应力退火可消除残余内应力。,1）铸件的变形 翘曲变形：厚薄不均匀、截面不对称及细长的杆类、板类及轮类铸件，当铸造应力超过铸件材料的屈服极限时产生。如左图所示的框架型铸件和右图所示的T型

18、梁铸钢件。,3、铸件的变形与裂纹,反变形法,反变形法：有效地防止变形的产生，如图所示。,2）铸件的裂纹,当铸造内应力超过金属材料的抗拉强度时，铸件便产生裂纹，根据产生温度的不同，裂纹可分为热裂和冷裂两种。 1.热裂：高温下的金属强度很低，如果金属的线收缩受到铸型或型芯的阻碍，机械应力超过该温度下金属的强度，便产生热裂。特征：热裂纹尺寸较短、缝隙较宽、形状曲折、缝内呈严重的氧化色。 影响热裂因素： （1）合金性质（合金的结晶特点和化学成分） （2）铸型阻力（铸型、型芯的退让性） 防止热裂的方法：合理的铸件结构；型砂和芯砂的退让性；严格限制钢和铸铁中硫的含量等。特别是后者，因为硫能增加钢和铸铁的热

19、脆性，使合金的高温强度降低。,2. 冷裂,2. 冷裂：低温形成的裂纹为冷裂。 冷裂纹特征：表面光滑，具有金属光泽或呈微氧化色，贯穿整个晶粒，常呈圆滑曲线或直线状。脆性大、塑性差的合金，如白口铸铁、高碳钢及某些合金钢，最易产生冷裂纹，大型复杂铸铁件也易产生冷裂纹。冷裂往往出现在铸件受拉应力的部位，特别是应力集中的部位。 防止冷裂的方法：减小铸造内应力和降低合金的脆性。如铸件壁厚要均匀；增加型砂和芯砂的退让性；降低钢和铸铁中的磷含量，因为磷能显著降低合金的冲击韧度，使钢产生冷脆。如铸钢的磷含量大于0.1%、铸铁的磷含量大于0.5%时，因冲击韧度急剧下降，冷裂倾向明显增加。,有的铸件虽无明显的变形，

20、但经切削加工后，破坏了铸造应力的平衡，产生变形甚至裂纹。,圆柱体铸件加工后的变形,表面被加工掉一层后,心部钻孔后,从侧面切去一层,5、铸件的裂纹,铸钢件结构对热裂纹的影响,轮形铸件的冷裂,第二节：金属的液态成形方法,一、砂型铸造成形,砂型铸造成形工艺流程图,砂型铸造造型（造芯）方法,制造砂型的工艺过程称为造型。造型是砂型铸造最基本的工序，通常分为手工造型和机器造型两大类。,（一）手工造型 手工造型特点：操作方便灵活、适应性强，模样生产准备时间短。但生产率低，劳动强度大，铸件质量不易保证。只适用于单件小批量生产。 各种常用手工造型方法的特点及其适用范围如图：,按砂箱特征区分,主要特点：铸型由上型

21、和下型组成，造型、起模、修型等操作方便。 适用范围：适用于各种生产批量，各种大、中、小铸件。,主要特点：铸型由上、中、下三部分组成，中型的高度须与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型费工，应尽量避免使用 。 适用范围：主要用于单件、小批量生产具有两个分型面的铸件,按砂箱特征区分,主要特点：在车间地坑内造型，用地坑代替下砂箱，只要一个上砂箱，可减少砂箱的投资。但造型费工，而且要求操作者的技术水平较高 。 适用范围：常用于砂箱数量不足，制造批量不大的大、中型铸件,主要特点：铸型合型后，将砂箱脱出，重新用于造型。浇注前，须用型砂将脱箱后的砂型周围填紧，也可在砂型上加套箱。 适用范围：主要用在生产小铸

22、件，砂箱尺寸较小。,按模样特征区分,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。,主要特点：模样是整体的，但铸件的分型面是曲面。为了起模方便，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂。每造一件，就挖砂一次，费工、生产率低。 适用范围：用于单件或小批量生产分型面不是平面的铸件。,按模样特征区分,主要特点：为了克服挖砂造型的缺点，先将模样放在一个预先作好的假箱上，然后放在假箱上造下型，省去挖砂操作。操作简便，分型面整齐。 适用范围：用于成批生产分型面不是平面的铸件。,主要特点：将模样沿最大截面处分为两

23、半，型腔分别位于上、下两个半型内。造型简单，节省工时。 适用范围：常用于最大截面在中部的铸件。,按模样特征区分,主要特点：铸件上有妨碍起模的小凸台、肋条等。制模时将此部分作成活块，在主体模样起出后，从侧面取出活块。造型费工，要求操作者的技术水平较高。 适用范围：主要用于单件、小批量生产带有突出部分、难以起模的铸件。,主要特点：用刮板代替模样造型。可大大降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，要求操作者的技术水平较高。 适用范围：主要用于有等截面的或回转体的大、中型铸件的单件或小批量生产。,（二）机器造型,机器造型：用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。 特点是：大批量生产砂型的

24、主要方法，能够显著提高劳动生产率，改善劳动条件，并提高铸件的尺寸精度、表面质量，使加工余量减小。,紧砂方法,1、压实紧砂机工作原理图,机器造型的紧砂方法为压实、震实、震压和抛砂四种基本形式。,2、震实紧砂机工作原理图,3、震压紧砂机工作原理图,3、抛砂紧砂机工作原理图,补：（射砂）紧砂机工作原理图,起模方法,起模方法根据其起模机构分为：顶模起模（a）、漏模起模（b）和翻转起模（c）。,特种铸造：铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造的方法，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造、壳型铸造和实型铸造等。 特点：特种铸造具有铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好、原

25、材料消耗低、工作环境好等优点。但铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定限制。,二、特种铸造成形,1、熔模铸造（失蜡铸造）,1）熔模铸造的工艺过程 制造蜡模制造型壳 熔化蜡模（脱蜡） 型壳的焙烧 浇注脱壳和清理,2）熔模铸造的特点和应用,铸件精度高、表面质量好，是少、无切削加工工艺的重要方法之一，其尺寸精度可达IT11IT14，表面粗糙度为Ra12.51.6m。 可制造形状复杂铸件，其最小壁厚可达0.3mm，最小铸出孔径为0.5mm。对由几个零件组合成的复杂部件，可用熔模铸造一次铸出。 铸造合金种类不受限制，用于高熔点和难切削合金，更具显著的优越性。 生产批量基本不受限制，既可成批、

26、大批量生产，又可单件、小批量生产。 工序繁杂，生产周期长，原辅材料费用比砂型铸造高，生产成本较高，铸件不宜太大、太长，一般限于25kg以下。,2、金属型铸造,1）金属型的铸造工艺措施 由于金属型导热速度快，没有退让性和透气性，为了确保获得优质铸件和延长金属型的使用寿命，必须采取下列工艺措施： （1）加强金属型的排气 （2）表面喷刷防粘砂涂料 （3）预热金属型 （4）开型 因金属型无退让性，除在浇注时正确选定浇注温度和浇注速度外，浇注后，如果铸件在铸型中停留时间过长，易引起过大的铸造应力而导致铸件开裂。因此，铸件冷凝后，应及时从铸型中取出。通常铸铁件出型温度为780-950左右，开型时间为10-

27、60s。,2）金属型铸造的特点及应用范围,尺寸精度高（IT12IT16）、表面粗糙度小（Ra12.56.3m），机械加工余量小。 铸件的晶粒较细，力学性能好。 可实现一型多铸，提高了劳动生产率，且节约造型材料。 但金属型的制造成本高，不宜生产大型、形状复杂和薄壁铸件；由于冷却速度快，铸铁件表面易产生白口，切削加工困难；受金属型材料熔点的限制，熔点高的合金不适宜用金属型铸造。 用途：铜合金、铝合金等铸件的大批量生产，如活塞、连杆、汽缸盖等；铸铁件的金属型铸造目前也有所发展，但其尺寸限制在300mm以内，质量不超过8kg，如电熨斗底板等。,3、压力铸造,比压3070MPa，充型时间0.010.2s

28、ec。 1）压铸机和压铸工艺过程 压铸机分类：根据压室工作条件不同，分为冷压室压铸机和热压室压铸机两类。热压室压铸机的压室与坩埚连成一体，而冷压室压铸机的压室是与坩埚分开的。冷压室压铸机又可分为立式和卧式两种，目前以卧式冷压室压铸机应用较多。,卧式冷压室压铸机工作原理图,压铸铸型：定型、动型，将定量金属液浇入压室，柱塞向前推进，金属液经浇道压入压铸模型腔中，经冷凝后开型，由推杆将铸件推出。冷压室压铸机，可用于压铸熔点较高的非铁金属，如铜、铝和镁合金等。,2）压力铸造的特点及其应用,压铸件尺寸精度高，表面质量好，尺寸公差等级为IT11IT13，表面粗糙度Ra值为6.31.6m，可不经机械加工直接

29、使用，而且互换性好。 可以压铸壁薄、形状复杂以及具有很小孔和螺纹的铸件，如锌合金的压铸件最小壁厚可达0.8mm，最小铸出孔径可达0.8mm、最小可铸螺距达0.75mm。还能压铸镶嵌件。 压铸件的强度和表面硬度较高。压力下结晶，加上冷却速度快，铸件表层晶粒细密，其抗拉强度比砂型铸件高25%40%。 生产率高，可实现半自动化及自动化生产。 气体难以排出，压铸件易产生皮下气孔，压铸件不能进行热处理，也不宜在高温下工作；金属液凝固快，厚壁处来不及补缩，易产生缩孔和缩松；设备投资大，铸型制造周期长、造价高，不宜小批量生产。 应用：生产锌合金、铝合金、镁合金和铜合金等铸件；汽车、拖拉机制造业、仪表和电子仪

30、器工业、在农业机械、国防工业、计算机、医疗器械等制造业等。,4、低压铸造（0.020.06MPa）,1）低压铸造的工艺过程 低压铸造装置如图(a)所示。缓慢地向坩埚炉内通入干燥的压缩空气，金属液受气体压力的作用，由下而上沿着升液管和浇注系统充满型腔，如图(b)所示。开启铸型，取出铸件，如图(c)所示。,2）低压铸造的特点及应用,特点： （1）浇注时的压力和速度可以调节，故可适用于各种不同铸型（如金属型、砂型等），铸造各种合金及各种大小的铸件。 （2）采用底注式充型，金属液充型平稳，无飞溅现象，可避免卷入气体及对型壁和型芯的冲刷，提高了铸件的合格率。 （3）铸件在压力下结晶，铸件组织致密、轮廓清

31、晰、表面光洁，力学性能较高，对于大薄壁件的铸造尤为有利。 （4）省去补缩冒口，金属利用率提高到9098%。 （5）劳动强度低，劳动条件好，设备简易，易实现机械化和自动化。 应用：汽车发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等。,5、离心铸造,离心铸造是指将熔融金属浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力作用下充填铸型并凝固成形的一种铸造方法。 1）离心铸造的类型 铸型：金属型或砂型。 分类：离心铸造机通常可分为立式和卧式两大类，如图所示。,2）离心铸造的特点及应用范围,离心铸造的特点是： （1）液体金属能在铸型中形成中空的自由表面，不用型芯即可铸出中空铸件，简化了套筒、管类铸件的生产过程。 （2）由于旋转时液

32、体金属所产生的离心力作用，离心铸造可提高金属充填铸型的能力，因此一些流动性较差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造法生产。 （3）由于离心力的作用，改善了补缩条件，气体和非金属夹杂物也易于自金属液中排出，产生缩孔、缩松、气孔和夹杂等缺陷的几率较小。 （4）无浇注系统和冒口，节约金属。 （5）金属中的气体、熔渣等夹杂物，因密度较轻而集中在铸件的内表面上，所以内孔的尺寸不精确，质量也较差；铸件易产生成分偏析和密度偏析。 应用：铸铁管、汽缸套、铜套、双金属轴承、特殊钢的无缝管坯、造纸机滚筒等铸件的生产。,6、挤压铸造,挤压铸造：是将定量金属液浇入铸型型腔内并施加较大的机械压力，使其凝固、成形后获得毛坯或零

33、件的一种工艺方法。 分类：挤压铸造按液体金属充填的特性和受力情况，可分为柱塞挤压、直接冲头挤压、间接冲头挤压和型板挤压四种，如图所示。,型板挤压铸造,1）挤压铸造的工艺过程,挤压铸造的工艺过程如图所示。 1铸型准备 对铸型清理、型腔内喷涂料和预热等，使铸型处于待注状态。,2浇 注 将定量的金属液浇入型腔。 3合型加压 将上、下型锁紧，依靠冲头压力使金属液充满型腔，进而升压并在预定的压力下保持一定时间，使金属液凝固。 4取出铸件 卸压、开型、取出铸件。,2）挤压铸造的特点及应用范围,挤压铸造的特点是： （1）压铸件的尺寸精度高（IT11IT13），表面粗糙度小（Ra6.31.6m），铸件的加工余

34、量小。 （2）需设浇冒口，金属利用率高。 （3）铸件组织致密，晶粒细小，力学性能好。 （4）工艺简单，节省能源和劳动力，易实现机械化和自动化生产，生产率比金属型铸造高12倍。 （5）缺点：浇到铸型型腔内的金属液中夹杂物无法排出。挤压铸造要求准确定量浇注，否则影响铸件的尺寸精度。 用途：用于生产强度要求较高、气密性好、薄板类铸件。如各种阀体、活塞、机架、轮毂、耙片和铸铁锅等。 特种铸造的发展很快，除以上常用的几种外，还有许多其它特种铸造方法，如陶瓷型铸造、连续铸造、壳型铸造、真空吸铸和冷冻铸造等。,7、实型铸造,实型铸造：采用聚苯乙烯发泡塑料模样代替普通模样，造好型后不取出模样就浇入金属液，在金

35、属液的作用下，塑料模样燃烧、气化、消失，金属液取代原来塑料模所占据的空间位置，冷却凝固后获得所需铸件的铸造方法。,实型铸造工艺过程,2）实型铸造具有以下特点及用途,（1）由于采用了遇金属液即气化的泡沫塑料模样，无需起模，无分型面，无型芯，因而无飞边毛刺，铸件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模铸造，但尺寸却可大于熔模铸造。 （2）各种形状复杂铸件的模样均可采用泡沫塑料模粘合，成形为整体，减少了加工装配时间，可降低铸件成本10%30%，也为铸件结构设计提供充分的自由度。 （3）简化了铸件生产工序，缩短了生产周期，使造型效率比砂型铸造提高25倍。 （4）缺点：实型铸造的模样只能使用一次，且泡沫塑料的密度

36、小、强度低，模样易变形，影响铸件尺寸精度。浇铸时模样产生的气体污染环境。 用途：实型铸造主要用于不易起模等复杂铸件的批量及单件生产。,补充）陶瓷型铸造,（一）工艺过程 陶瓷型铸造的工艺过程，如图所示。 1砂套造型 2灌浆与胶结 3起模与喷烧 4焙烧与合型 5浇注,2）陶瓷型铸造的特点及适用范围,陶瓷型铸造的特点： （1）陶瓷面层在具有弹性的状态下起模，同时陶瓷面层耐高温且变形小，故铸件的尺寸精度和表面粗糙度等与熔模铸造相近。 （2）陶瓷型铸件的大小几乎不受限制，可从几公斤到数吨。 （3）在单件、小批量生产条件下，投资少、生产周期短，在一般铸造车间即可生产。 （4）陶瓷型铸造不适于生产批量大、重

37、量轻或形状复杂的铸件，生产过程难以实现机械化和自动化。 用途：厚大的精密铸件，广泛用于生产冲模、锻模、玻璃器皿模、压铸型和模板等，也可用于生产中型铸钢件等。,第三节：液态金属成形件的工艺设计,铸造工艺设计是根据铸件结构特点、技术要求、生产批量、生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，并绘制工艺图，编制工艺卡和工艺规程。其主要内容包括铸造成形方案的选择；浇注系统、工艺参数等的确定；最后形成铸造成形工艺图、工艺卡等技术文件。,一、 铸造成形（造型）方法选择,依据：铸件形状、尺寸、技术要求 批量 实际生产条件 原则：保证质量、降低成本、条件可能,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

38、位置。浇注位置的确定原则是应保证铸件质量。也涉及铸件尺寸精度及造型工艺过程。应考虑： 1）铸件重要加工面应朝下或处于侧面,1）铸件重要加工面应朝下或处于侧面,2）铸件宽大平面应朝下,铸件的大平面尽可能朝下，因为型腔顶面浇注时烘烤严重，型砂易开裂、形成夹砂。,3）薄壁部分应朝下或垂直倾斜位置处于侧面,面积较大的薄壁铸件，薄壁部分应朝下或垂直倾斜位置处于侧面，以免产生浇不到、冷隔等缺陷。,4）形成缩孔的铸件，应将截面较厚的部分置于上部或侧面,铸件的厚大部分应置于上部或侧面便于安置浇、冒口补缩。,5）应尽量减小型芯的数量，且便于安放、固定和排气,3、分型面的选择,选择分型面的原则是使工艺简单、操作方

39、便。分型面的选择应考虑以下几个原则：,（1）便于起模，使造型工艺简化 （2）尽量将铸件重要加工面或大部分加工面、加工基准面放在同一砂箱中。 （3）使型腔和主要芯位于下箱,（1）便于起模，使造型工艺简化,1）为了便于起模，分型面应选在铸件的最大截面处。 2）分型面的选择应尽量减小型芯和活块的数量，以简化制模、造型、合型工序。 3）分型面应尽量平直。 4）尽量减少分型面，特别是机器造型时，只能有一个分型面。,少挖砂，分型面平直,用外芯减少分型面,使铸件或主要型芯位于同一铸型以避免错箱,分型面少，少用三箱；尽量减少型芯的数量,用砂芯来避免活块,二、铸造成形工艺参数的确定,1、收缩余量 为了补偿收缩，模样比铸件图样尺寸增大的数量称收缩余量。收缩余量的大小与铸件尺寸大小、结构的复杂程度和铸造合金的线收缩率有关，常常以铸件线收缩率表示。,2、加工余量,铸件为进行机械加工而加大的尺寸成为加工余量。加工余量是指铸件表面留出的准备切削去的金属层厚度，根据尺寸公差等级和加工余量等级确定。,起模斜度,起模斜度 ，为便于起模，在垂直于分型面的表面增加的斜度。,芯头设计,芯头设计，是型芯的重要组成部分，起定位、支撑和排出型芯内气体的作用。芯头分为垂直型芯头和水平型芯头，主要确定芯头长度、斜度和间