1、第2章 铸 造成型,特点：,适用性广（铸件大小、重量、材料）,可生产复杂形状、复杂内腔的毛坯,成本低：原材料来源广，价格低,铸件的机械性能一般较锻件低,生产过程比较复杂，废品率较高,铸造将液态合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。,三箱造型 分模造型 活块造型,用于核反应堆的大型铸件，重量达60多吨。,2-1 金属凝固 铸件的凝固与收缩,一. 铸件的凝固与收缩,凝固过程中，铸件断面上有三个区域：液相区、 固相区、凝固区。,凝固区越窄铸造性能越好,液态合金的充型能力, 液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。,2-1.2 金属与
2、合金的铸造性能,充型能力不足容易出现浇不足、冷隔缺陷，尤其对于薄壁铸件,影响充型能力的因素：,1. 合金的流动性,液态合金本身的流动能力。,(1). 流动性的测试,螺旋形试样法,(2). 影响流动性的因素：, 合金的种类：,灰口铸铁、硅黄铜流动性最好， 铸钢的流动性最差。,灰口铸铁：l 1000 mm,硅黄铜： l 1000 mm,铸钢： l 200 mm,合金的成分：共晶合金的流动性最好。 结晶温度范围越小，则流动性越好。,A,B,成分(%),a,b,2. 浇注条件,(1). 浇注温度：T浇，粘度，充型能力,(2). 充型压力：压力，充型能力,3. 铸型条件,(1). 铸型的蓄热能力 ，T液
3、 ，充型能力,(2). 铸型温度 ，充型能力 ，所以金属型,要预热后再浇注合金液。,(3). 铸型的排气能力，流动阻力，充型能,力，所以铸型要留出气口。, 液态收缩阶段, 凝固收缩阶段, 固态收缩阶段,2.1.2.2 铸件的收缩,液态收缩和凝固收缩表现为合金的体积缩小是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。 合金的固态收缩，尽管也是体积变化,但它只引起铸件各部分尺寸的变化。固态收缩是铸件产生内应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。,影响收缩的因素,化学成分 浇注温度 铸件结构,(1)缩孔与缩松的形成,缩孔产生的位置：铸件最后凝固的部位，一般是铸件的厚大部位。,2.1.3 铸造性能对铸件质量的影响 2.
4、1.3.1. 缩孔与缩松,结晶温度范围窄的合金易产生缩孔 结晶温度范围宽的合金易产生缩松,缩孔缩松形成规律,合金的液态收缩和凝固收缩越大，越容易缩孔。 合金的浇注温度越高， 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、共晶合金，易形成缩孔。,采用定向凝固：,生产中多采用顺序凝固，特别是对收缩率较大的合金，如铸钢等。,应用冒口和冷铁可以实现顺序凝固。顺序凝固可以将缩孔移至冒口中，从而消除铸件中的缩孔。,（2） 缩孔与缩松的防止措施,定向凝固（顺序凝固）,铸造内应力、变形和裂纹-内应力、变形、裂纹,2.1.3.2 铸造应力,一. 内应力的形成,（1） 热应力的形成：,铸件壁厚不均匀各
5、部位冷却速度不同收缩不一致相互阻碍而产生内应力。,热应力分布是 厚拉薄压,铸造内应力、变形和裂纹,固态收缩阶段产生,时效处理才能去除热应力(去应力退火)。,由机械阻碍作用产生的，落砂后即可自行消失是一种临时应力。,(2). 机械应力（收缩应力）：,(3). 降低内应力的措施：,b.减少铸件各部位的间的温差，使其均匀冷却，即同时凝固原则。,常表现为拉应力。,a. 合理地设计铸件的结构 应尽量使铸件形状简单、对称、壁厚均匀。,二. 铸件的变形与防止,内应力足够大时，将造成铸件变形。,变形方向：应力释放的方向,防止铸件变形的措施：,a.设计 铸件壁厚要尽可能均匀，,采用对称结构,b.工艺措施 反变形
6、法,采用同时凝固原则,三 . 铸件的裂纹及其防止,A. 热裂纹：,特征 裂纹短、宽、曲折、缝内呈氧化,色，沿晶界开裂；高温时产生。,B.冷裂纹：,特征 裂纹细、直、无或有轻微氧化色；,铸件冷却到后期时产生。,裂纹产生的原因：,裂纹的预防措施：,降低钢铁中杂质S的含量可减轻热裂纹倾向，降低杂质P的含量可减轻冷裂纹倾向。,降低内应力，适时落砂可,减轻机械应力的作用。,内应力 b (金属的强度),第三章 砂型铸造,砂型铸造是传统的铸造方法，适用于各种形状、大小以及各种合金铸件的生产。,2.2 砂型造型方法,一. 手工造型,手工造型操作灵活，大小铸件均适应，适用于 单件、小批生产,整模造型、分模造型、
7、挖砂造型、活块造型、三箱造型、地坑造型、刮板造型等,手工造型方法：,二. 机器造型,机器造型生产效率高，工人劳动强度小，适用 于大批量生产，两箱造型,2.2.1砂型铸造,砂型铸造的特点:（1）生产周期短，产品成本低； （2）产品批量、大小不受限制； （3）劳动强度大，劳动条件较差； （4）铸件质量不稳定，易产生缺陷。,砂型铸造生产过程演示：,型砂,由以下四部分组成即：原砂、粘结剂、水和附加物 . 1砂粒 2空隙 3附加物 4粘土膜,1.常用的砂型 表22常用砂型的主要特点和适用范围,续上表,2.常用的造型方法,按使用的工具不同，分为手工造型和机器造型。 （1）手工造型：指全部用手工或手动工具完
8、成的造型工序。 1）特点：操作灵活，适应性强，成本低，生产准备时间短，铸件质量差，劳动强度大，生产率低。 2）应用：单件、小批量生产，各种大、小型铸件。,2.2 铸造的方法,砂型铸造按工艺方法特种铸造,3）手工造型分类,手工造型的分类,（2）机器造型,指用机器完成全部或至少完成紧砂操作的造型工序。1）特点：提高了生产率，铸件尺寸精度较高； 节约金属，降低成本； 改善了劳动条件； 设备投资较大。 2）应用：成批、大量生产各类铸件。,3）机器造型方法,震压造型：先震击紧实，再用较低的比压（0.150.4MPa ）压实。紧实效果好，噪音大，生产率不够高。 微震压实造型：对型砂压实的同时进行微震。 紧
9、实度高、均匀，生产率高，噪音仍较大。,震实造型工作原理示意图,微震压实造型机工作原理示意图,先进的造型方法,负压造型（真空密封造型）采用无水无粘结剂的型砂，用高弹性的塑料薄膜将砂箱密封后抽成真空，利用抽真空后形成的压差使型砂紧实、成型，并在负压状态下起模、下芯、合型浇注，冷凝后恢复常压，砂子即自行潰散，则可取出铸件。,2.3 特种铸造,概述： 一.特种铸造：是指与砂型铸造有显著区别的一些铸造方法。例如：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、 壳型铸造和连续铸造等。,二.特点：（1）不用砂或少用砂，改善了劳动条件，减轻了劳动强度。 （2）铸件精度较高、性能较好。 （3）
10、生产率高，工艺简单。 （4）成本高，生产周期长，在工艺上和应用上各有一定的局限性。,1.熔模铸造,（1）熔模铸造：即用易熔材料制成模样， 用造型材料将其包覆， 制成型壳，熔出模样，经高温焙烧，浇注获得铸件的方法。,（2）熔模铸造的特点,1）铸件精度和表面质量较高。 2）可以铸造形状复杂的薄壁铸件。 3）生产批量不受限制。 4）原材料价格贵，铸件成本高。 5）工艺过程繁杂，生产周期长。 6）铸件尺寸不能太大，质量一般小于25Kg。 （3）应用：各种铸造合金，特别适于高熔点、难加工合金的 小型铸件的成批、大量生产。,融模浇注工艺,（4）熔模铸造的工艺过程,脱模,制造母模,制造压型,压制蜡模,焙烧,
11、结壳,组成蜡模组,铸件清理,浇注,1.金属型铸造,（1）金属型铸造:将金属液浇入金属铸型获得铸件的方法。（2）特点: 1）铸件力学性能比砂型铸件高。 2）铸件精度和表面质量好。 3）可节约金属，生产率较高。 4）不用砂或少用砂，改善了劳动条件。 5）铸件成本高，易产生浇不足、开裂等缺陷。 6）铸造工艺要求严格。,（3）应用：主要用于有色金属件的大批量生产。例如：铝活塞、汽缸体等。 （4）金属型的结构:1）整体型； 2）水平分型；3）垂直分型；4）综合分型。 （5）工艺特点： 1）金属型要预热2）喷刷涂料3）及时开型取件,金属型铸造演示,2.压力铸造,（1）压力铸造：指熔融金属在高压下快速压入型
12、腔，并在压力下结晶，获得铸件的方法。 （2）应用：主要用于大量生产非铁合金中、小型铸件。（铝合金、锌合金等）例如：汽缸体、化油器、离合器等。,（3）压力铸造的特点,1）铸件尺寸精度高，表面质量好； 2）铸件力学性能好； 3）可压铸形状复杂的薄壁铸件； 4）可嵌铸其它材料，节省贵重材料； 5）生产率高，易于实现机械化和自动化； 6）铸件料质受限制； 7）设备投资大，不宜小批量生产； 8）压铸件不能进行大余量的机械加工和热处理。（压铸件易产生小气孔）,（4）压力铸造的工艺过程,闭合 压型,压入 金属液,打开压型、 抽芯、顶出铸件,压力铸造演示,3.低压铸造,（1）低压铸造：将合金液在压力下由铸型底
13、部注入型腔，并在压力（60150kPa）下结晶，获得铸件的方法。 （2）应用：铝、镁合金中、小型件的成批大量生产。例如：汽缸体、缸盖、活塞等。,（3）低压铸造的特点,1）充型压力和速度便于控制； 2）铸件组织致密，力学性能高； 3）铸件形状可较复杂，精度较高； 4）金属利用率高，一般在90%以上； 5）但升液管寿命较短，生产率低于压力铸造。,（4）低压铸造的工艺过程,铸型准备,加压充型,开箱落砂,放气卸压,4.离心铸造,（1）离心铸造：将金属液浇入高速旋转的铸型中，在离心力的作用下凝固成铸件的方法。 （2）应用：主要用于大批量生产空心回转体铸件。例如：铸铁管、汽缸套、铜套等。,（3）离心铸造的
14、特点,1）简化了套筒、管类铸件的生产过程； 2）离心铸件力学性能高，缺陷较少； 3）可生产流动性较差的薄壁及双金属铸件； 4）铸件的形状和尺寸受限制； 5）内表面粗糙，易产生偏析； 6）设备投资大，不宜单件、小批量生产。,2.2.3常用铸造方法的比较,各种铸造方法都有其优点和不足,各适用于一定范围,选择铸造方法时,要根据铸件精度、生产批量、材质、结构、铸造方法的基本特点及现场条件等综合分析来确定。 常见的铸造方法的特点和适用范围见下页表。,常用铸造方法的特点和适用范围,续上表,2-4 铸造工艺设计,浇注位置 指浇注时铸件所处的空间位置,一. 浇注位置的选择原则, 保证铸件质量,1. 铸件的重要
15、加工面应朝下或侧立,金属液中的,杂质、气体上浮，,底部金属更致密，,质量好。,3. 铸件的大平面应朝下,可保证质量，避免产生夹砂缺陷。,2. 面积较大的薄壁部位 应朝下,可避免浇不足、冷隔缺陷。,4. 需安放冒口的部位应放在分型面附近的,上部或侧面,为了便于安放冒口，以实现自下而上的顺序凝固。,大平面的浇注位置,箱盖浇注位置的比较,卷扬筒浇注位置,二. 铸型分型面的选择原则,简化造型工艺,1. 应便于起模，,尽量减少分型面,采用外型芯减少分型面(大批量可行),三通的分型面的选择,2. 尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱（一般,在下箱），以保证尺寸精度,上图 分型面I更合理,左图 (上) 分型面更
16、合理,箱盖的分型面的选择,床身铸件分型面的选择,起重臂的分型面的选择,第七章 铸造,接头的分型面的选择,2-4.1.3 工艺参数的选择,一. 机械加工余量和最小铸孔,加工余量过大切削加工费工，浪费金属；过小则加工达不到要求而造成报废。5mm左右。, 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。,最小铸孔：,单件生产 3050mm 成批生产 1520mm 大批连量生产 1215mm,二. 拔模斜度,垂直于分型面的侧壁均应留一定斜度，以便于起模。,三. 收缩率(收缩余量）,因收缩，铸件冷却后的尺寸比模型尺寸略微缩小
17、，故模型尺寸必须比铸件放大一个该合金的收缩量。,铸件的线收缩率因合金的种类不同而异：,四. 型芯头,作用：安放、稳定,型芯，排气,灰口铸铁：0.71.0% 铸造碳钢：1.32.0%,垂直芯头和水平芯头,2-4。2 综合分析举例,支座的铸造工艺(如下图)： 型芯安放稳固，凸台可避免活块，全部在下箱，适宜各种批量的生产。,第五章 铸件结构设计,设计应满足：,制造工艺要求,使用要求,经济性要求,2.5铸件结构与铸造工艺的关系,一. 铸件的外形应便于起模,1. 避免外部侧凹,侧凹需用型芯才能形成，使用型芯将增加生产工序，增大生产成本。,2. 分型面应尽量平直,左图a需要挖砂造型，否则不能起模。,3.
18、凸台、筋条的设置应便于起模,二. 铸件内腔的设计,1. 尽量节省型芯 减少或不用,2. 应使型芯安放稳固、排气通畅、清理方便,三. 铸件的结构斜度,铸件上垂直于分型面的不加工表面，最好具有结构斜度。,注意与拔模斜度的区别：,拔模斜度是在制定铸造工艺时，为了拔模方便而加上去的，一般要切削掉。,结构斜度是在设计时设计上去的，不再被加工掉。,5-2铸件结构与合金铸造性能的关系,一. 铸件的壁厚,1. 壁厚应适当, 铸件壁厚应大于最小壁厚，否则易产生浇不足、冷隔缺陷。, 铸件壁也不能太厚，以免浪费材料、增加重量。另外，壁太厚会使铸件冷却速度降低，晶粒粗大，机械性能下降。, 可改变铸件截面形状，如采用丁
19、字形、工字形、槽形或箱形结构，以提高承载能力。,2. 铸件的壁厚应尽可能均匀,内壁 外壁；加工余量也应考虑进去,收缩率大的合金，需要冒口补缩，则应使铸件结构便于实现顺序凝固。,二. 铸件壁的联接包括转角,结构圆角可使铸件壁间的转角处避免热节、减轻应力集中、改善结晶方向，从而提高转角处的机械性能。,1. 铸件的结构圆角 铸件结构的基本特征,外圆角还可美化铸件外形；内圆角还可防 止金属液冲坏型腔尖角。,2. 避免锐角联接 减小热节和内应力,3. 厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡 减少应力集中,三. 防裂筋常用于铸钢、铸铝等易裂合金,防裂筋的厚度为联接壁厚的1/4 1/3,四. 减缓筋、辐收缩的阻碍防止产生裂纹,
