第五章铸造pptConvertor.docx
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第五章铸造pptConvertor
第五章铸造
铸造——将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状和性能的毛坯或零件的方法。
1
砂型铸造生产过程
铸件的砂型铸造过程
2
零件的形状复杂；
工艺灵活；
成本较低。
机械性能较差；
精度低，质量不够稳定；
效率低；
劳动条件差。
分类：
砂型铸造——80%~90%以上；
特种铸造——铸件性能较好，精度低，效率高。
铸造生产的特点：
3
4
5
一、合金的铸造性能
——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。
第一节铸造工艺基础
6
（一）流动性和充型能力
1.合金的流动性
（1）流动性——是指熔融金属的流动能力。
合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度来衡量。
试样越长，流动性越好。
螺旋形流动性试样
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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；
易于补缩及热裂纹的弥合。
（2）流动性的影响因素
1）合金的种类：
不同种类的合金，具有不同的螺旋线长度。
2）化学成分
共晶成分的合金或窄结晶温度范围的合金，
其流动性好，易作为铸铁合金。
（图5－1）
8
常用合金的流动性（砂型，试样截面8×8mm）
合金种类
铸型种类
浇注温度（℃）
螺旋线长度（mm）
铸铁C+Si=6.2%
C+Si=5.9%
C+Si=5.2%
C+Si=4.2%
砂型
砂型
砂型
砂型
1300
1300
1300
1300
1800
1300
1000
600
铸钢 C=0.4%
砂型
砂型
1600
1640
100
200
铝硅合金（铝硅明）
锡青铜（Sn=10%，Zn=2%
金属型（300℃）
砂型
680～720
1040
700～800
420
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（1）充型能力
指液态合金充满铸型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。
（2）充型能力的影响因素
1）浇注条件
a）浇注温度在保证流动性的情况下，
浇注温度应尽量低，力争做到“高温出炉，
低温浇注”。
b）充型压力压力愈大，充型能力越好。
2）铸型的填充条件
2.合金的充型能力
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1.铸件的凝固方式
1）逐层凝固
合金在凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开。
2）糊状凝固
合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固。
3）中间凝固
大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固方式。
（二）合金的凝固与收缩
11
铸件的凝固方式
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（1）收缩的概念——合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象。
收缩是铸件产生缩孔、缩松、变形和开裂等缺陷的原因。
收缩的三个阶段
液态收缩
凝固收缩
固态收缩
形成缩孔、缩松（体收缩率）
——产生变形和裂纹（线收缩率）
几种铁碳合金的体积收缩率
合金种类
含碳量（%）
浇注温度（℃）
液态收缩（%）
凝固收缩（%）
固态收缩（%）
总体积收缩（%）
线收缩率（%）
碳素铸钢
白口铸铁
灰铸铁
0.35
3.0
3.5
1610
1400
1400
1.6
2.4
3.5
3.0
4.0
0.1
7.86
5.4~6.3
3.3~4.2
12.46
12~12.9
6.9~7.8
1.38~2.0
1.35~2.0
0.8~1.0
2.合金的收缩
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1）化学成分
不同成分的合金其收缩率一般也不相同。
其中铸刚的收缩最大，灰铸铁最小。
2）浇注温度
合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。
3）铸件结构与铸型条件
铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。
这种阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。
（2）影响合金收缩的因素
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1）缩孔和缩松
a）缩孔的形成
缩孔一般出现在铸件上部或最后凝固的部位。
缩孔形成的主要原因是液态收缩和凝固收缩。
缩孔形成过程示意图
（3）收缩对铸件质量的影响
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b）缩松的形成
缩孔是容积较大的孔洞，若孔洞在铸件截面积上弥散
分布，显细小或裂隙状，则称为缩松。
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①顺序凝固（定向凝固）——在铸件可能出现缩孔的厚大部位，通过增设冒口或冷铁等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口的部位凝固，冒口本身最后凝固。
结果：
使铸件各个部分的凝固收缩均能得到液态金属的补充，而将缩孔转移到冒口之中。
c）缩孔、缩松的防止措施
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缩孔位置的确定
内切圆法
顺序凝固的缺点和应用：
缺点：
温差大、内应力大，容易产生变形和裂纹。
应用：
凝固收缩大，结晶温度范围窄的合金。
如铸钢、铝青铜和铝硅合金等。
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同时凝固原则
②同时凝固——采用工艺措施使铸件各部分之间没有温差或温差很小，同时进行凝固。
同时凝固的缺点和应用：
缺点：
在铸件中心往往有缩松，组织不够致密。
应用：
凝固收缩小的合金，壁厚均匀及结晶温度范围宽而对铸件的致密性要求不高的铸件。
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③合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置及浇注工艺
浇注位置的选择应服从定向凝固原则；
内浇道应开设在铸件的厚壁处或靠近冒口；
要合理选择浇注温度和浇注速度，在不增加其它缺陷的前提下，应尽量降低浇注温度和浇注速度。
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2）铸造应力、变形和裂纹
在铸件的凝固及冷却过程中，随温度不断降低，不断出现收缩，如果收缩受到阻碍，就会在铸件内产生应力，引起变形或开裂，这将严重影响铸件的质量。
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①铸造应力的产生
铸造应力按其产生的原因可分为三种：
a）热应力铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。
b）固态相变应力铸件由于固态相变，各部分体积发生不均衡变化而引起的应力。
c）机械应力铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、箱挡等外力的阻碍而产生的应力。
铸件铸出后存在于铸件不同部位的内应力称为残留应力。
②铸造应力的防止和消除措施
结构上——壁厚均匀，圆角连接，结构对称。
工艺上——同时凝固，去应力退火。
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③铸件的裂纹及防止
a）铸件裂纹的分类
铸件一般有热裂和冷裂两种开裂方式。
b）铸件裂纹的防止
应尽可能采取措施减小铸造应力；同时金属在熔炼过程中，应严格控制有可能扩大金属凝固温度范围元素的加入量及钢铁中的硫、磷含量。
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铸件的裂纹
铸钢件结构对热裂纹的影响
轮形铸件的冷裂
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常见的铸件缺陷
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用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造。
砂型铸造是应用最广泛的一种铸造方法，其主要工序包括：
制造模样，制备造型材料、造型、造芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理与检验等。
第二节砂型铸造
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铸型：
用型砂、金属或其他耐火材料制成；包括形成
铸件形状的空腔、型芯和浇冒系统的组合整体。
型腔：
铸型中造型材料所包围的空腔部分。
分型面：
铸型组元间的接合面。
分模面：
模样组元间的接合面。
模样：
由木材、金属或其他材料制成，用来形成铸型
型腔的工艺装备。
砂芯：
为获得铸件的内孔或局部外形，用芯砂或其他
材料制成的，安放在型腔内部的铸型组元。
芯盒：
制造砂芯或其他耐火材料所用的装备。
一、基本术语
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造型是砂型铸造的最基本工序，通常分为手工造型和机器造型两大类。
（一）手工造型
指全部用手工或手动工具完成的造型工序。
手工造型操作灵活、适应性广、工艺装备简单、成本低，但其铸件质量差、生产率低、劳动强度大、技术水平要求高，主要用于单件小批生产，特别是重型和形状复杂的铸件。
二、造型方法的选择
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1.手工造型方法分类
造型方法
特点
举例
整模造型
整体模型，分型面为平面
分模造型
分开模型，分型面多是平面
挖沙造型
造型时须挖去阻碍取模的型砂
活块造型
将模样上有妨碍取模的部分做成活动的
刮板造型
和铸件截面形状相适应的板状模样
三箱造型
铸件两端截面尺寸较大，需要三个沙箱
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（1）整模造型
整模造型的过程
30
特点：
分型面为平面，铸型型腔全部在一个砂箱内，造型简单，铸件不会产生错箱缺陷。
应用范围：
铸件最大截面在一端，且为平面。
整模造型的特点及应用
31
（2）分模造型
套管的分模两箱造型过程
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特点：
模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱内。
造型方便，但制作模样较麻烦。
应用范围：
最大截面在中部，一般为对称性铸件。
分模造型的特点及应用
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（3）挖砂造型
手轮的挖砂造型过程
34
特点：
模样为整体模，造型时需挖去阻碍起模的型砂，故分型面是曲面。
造型麻烦，生产率低。
应用范围：
单件小批生产模样薄、分模后易损坏或变形的铸件。
挖砂造型的特点及应用
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（4）活块造型
活块造型
36
特点：
将模样上妨碍起模的部分，做成活动的活快，便于起模。
造型和制作模样都很麻烦，生产率低。
应用范围：
单件小批生产带有突起部分的铸件。
活块造型的特点及应用
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导向刮板造型
带轮的刮板造型
（5）刮板造型
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特点：
用特制的刮板代替实体模样，可显著降低模样成本。
但操作复杂，要求工人技术水平高。
应用范围：
单件小批生产等截面或回转体大、中型铸件。
刮板造型的特点及应用
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（6）三箱造型
带轮的三箱造型过程
40
特点：
铸件两端截面尺寸比中间部分大，采用两箱无法起模，将铸型放在三个砂箱中，组合而成。
三箱造型的关键是选配合适的中箱。
造型复杂，易错箱，生产率低。
应用范围：
单件小批生产具有两个分型面的铸件。
三箱造型的特点及应用
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机器造型是将填砂、紧实和起模等主要工序实现了机械化，并组成生产流水线。
（二）机器造型
机器造型生产率高，铸型质量好，铸件质量高，适用于中小型铸件的大批量生产。
但需要专用设备，投资较大，适合大批量生产。
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铸造工艺图中应表示出：
铸件的浇注位置、分型面、型芯的数量、形状、尺寸及固定方法、加工余量、起模斜度、浇口、冒口、冷铁的尺寸和位置。
三、铸造工艺设计
1.铸造方案的确定
（1）浇注位置的选择
浇注位置的选择应考虑以下原则：
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车床的浇注位置
a）铸件的厚壁部分应放在上面或接近分型面，以便设置冒口进行补缩。
b）重要加工面或主要工作面等质量要求较高部位应置于下面或侧面，避免气孔、砂眼、缩孔等。
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c）铸件的薄壁部分朝下或倾斜，以免产生浇不足、冷隔等缺陷。
箱盖浇注时的位置
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d）具有大平面的铸件，应将铸件的大平面朝下。
防止气孔和夹沙等缺陷。
平板浇注时的位置
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（2）分型面的选择
分型面为铸型组元间的接合面，选择分型面应考虑以下原则：
a）分型面应尽量采用平面分型，避免曲面分型，并应尽量选在最大截面上，以简化模具制造和造型工艺。
a）不正确b）正确
分型面应选在最大截面处
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b）尽量将铸件全部或大部放在同一砂箱以防止错箱、飞边、毛刺等缺陷，保证铸件尺寸的精确。
a）不合理b）合理
分型面的位置应能减少错型、飞边
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c）应使铸件的加工面和加工基准面处于同一砂箱中。
a）不合理b）合理
螺栓塞头的分型面
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d）若铸件的加工面很多，又不可能全部与基准面放在分型面的同一侧时，则应使加工基准面与大部分加工面处于分型面的同一侧。
e）尽量减少分型面的数目，最好只有一个分型面。
a）不合理b）合理
分型面数目的确定
环状型芯
50
浇注系统
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2.工艺参数的选择
（1）加工余量
其大小取决于铸件的材料、铸造方法、尺寸大小、生产批量、加工面的浇注位置、加工精度要求等。
灰铸铁件较铸钢件收缩率小、熔点低，铸件表面较光洁、平整，故加工余量小；铸钢件因浇注温度高、表面粗糙、变形大、其加工余量比铸铁件大；非铁合金铸件表面光洁、且材料昂贵、加工余量应比铸铁件小。
采用机器造型的铸件精度高，故余量可减小；此外，浇注时朝上的表面，因产生缺陷的机率大，其加工余量应比底面和侧面大。
其具体数值应根据加工余量国家标准和铸件尺寸公差标准配套使用选取。
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（2）起模斜度（拔模斜度）
为使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒中脱出，平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度称为起模斜度。
凡垂直于分型面（分盒面）的没有结构斜度的壁均应设起模斜度。
起模斜度的大小，应根据模壁测量面高度、模样材料及造型方法确定。
（3）铸造圆角
为减少应力集中，避免产生冲砂、缩孔和裂纹，制作模型时，壁与壁连接及转角处应圆滑过渡。
一般小型铸件，外圆角半径为2～8mm，内圆角半径为4～16mm。
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（4）最小铸出孔及槽
零件上的孔、槽、台阶等应从铸件质量及经济方面考虑。
较大的孔、槽等应铸出来，以便节约金属和机构加工工时，同时还避免铸件局部过厚所造成的热节，提高铸件的质量，较小的孔槽，则不宜铸出，直接加工反而方便；如有特殊要求，且无法实行机加工的孔如弯曲孔，则一定要铸出。
（5）收缩余量
指为了补偿件收缩，模样比铸件图样尺寸增大的数值。
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第四节特种铸造
与砂型铸造相比，特种铸造具有铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好、原材料消耗低、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。
金属型铸造
熔模铸造
压力铸造
离心铸造
低压铸造
陶瓷型铸造
实型铸造
磁型铸造
分类
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一、金属型铸造
金属型一般用铸铁、铸钢；
铸件的内腔可用金属型芯或砂芯来形成。
金属型铸造是在重力作用下将液态金属浇入金属铸型的成形方法。
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铸造铝活塞的金属型及金属型芯
铰链开合式金属型组合式金属型芯
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金属型优点：
一型多铸，生产效率高
铸件尺寸精度高，表面质量好（IT12～14，Ra6.3～12.5）。
铸件冷却快，组织致密，机械性能好。
金属型缺点：
金属型成本高
无透气和退让性，不宜生
产形状复杂的铸件。
铸件冷却速度大，容易产
生浇不到、冷隔、裂纹等
缺陷。
金属型铸造主要用于铜、铝、镁等有色金属铸件的大批量生产。
如内燃机活塞、汽缸盖、油泵壳体、轴瓦、轴套等。
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二、熔模铸造
熔模铸造是在易熔模样表面包覆若干层耐火材料，待其硬化后，将模样熔去制成中空型壳，经浇注而获得铸件的成形方法。
熔模铸造工艺过程：
制造熔模、制模组、上涂料（及撒砂）、脱模、焙烧、浇注、落砂、切浇口。
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熔模铸造过程示意图
60
熔模铸造的特点：
铸件的精度和表面质量较高（IT11~13,Ra1.6~12.5）
合金种类不受限制，钢铁及有色金属均可适用
可铸出形状复杂的铸件
生产批量不受限制
工艺过程较复杂，生产周期长，成本高铸件尺寸不能太大
熔模铸造是一种少、无切削的先进精密成形工艺，最适合25kg以下的高熔点、难加工合金铸件的批量生产。
如汽轮机叶片、泵轮、复杂刀具、汽车上小型精密铸件。
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三、压力铸造
压力铸造是将液态金属在高压作用下快速压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的方法。
压铸工艺过程：
a）注入金属b）压铸c）抽芯d）顶出铸件
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卧式压铸机
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压力铸造的特点：
铸件的尺寸精度高（IT10~12,Ra3.2~0.8）
铸件的强度和表面硬度都较高
生产效率高（一般为50~150次/小时）
铸件表皮下有气孔，不能多余量加工和热处理
设备投资大，压铸型制造成本高，适宜大量生产
压力铸造主要用于铝合金、锌合金和铜合金铸件。
压铸件广泛应用与汽车、仪器仪表、计算机、医疗器械等制造业，如发动机汽缸体、汽缸盖、仪表和照相机的壳体与支架、管接头、齿轮等。
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四、离心铸造
离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，使其在离心力作用下成形并凝固的铸造方法。
a）垂直轴线b）水平轴线
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卧式离心铸造机
66
铸铁管的离心铸造
67
离心铸造
68
离心铸造的特点：
铸件组织致密，机械性能好
不用型芯和浇注系统，简化生产，节约金属
金属液的充型能力强，便于流动性差的合金及薄壁铸件
便于制造双金属结构
铸件易产生偏析，内孔不准确且内表面粗糙
离心铸造是铸铁管、气缸套、铜套、双金属轴承的主要生产方法，铸件最大可达十多吨。
此外，在耐热钢辊道、特殊钢的无缝管坯、造纸机干燥滚筒等生产中得到应用。
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几种造型方法的比较
70
第五节铸造结构的工艺性
一、对铸件结构的要求
二、合金铸造性能对铸件结构的要求
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一、对铸件结构的要求
（一）铸件的外形
1、避免外形表面内凹
2、尽量使分型面为平面
3、尽量减少分型面数量
4、应具有结构斜度
（二）铸件的内腔
1、不用或少用型芯和活块
2、有利于型芯的定位、排气和清理
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悬臂支架
自带型芯
闭式结构开式结构
凸缘外伸凸缘内伸
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避免使用活块
未延伸凸台延伸凸台
结构斜度
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改进前后结构比较
75
凸台和加强筋设计
76
思考：
77
78
79
二、合金铸造性能对铸件结构的要求
（一）铸件的壁厚
壁厚合理、壁厚均匀、符合凝固原则
（二）壁的连接
圆角连接、避免交叉、逐渐过渡
（三）避免变形、开裂
结构对称、加强筋合理、自由收缩
80
铸件的壁厚且均匀
结构圆角
壁间大角度连接
81
交叉接头交错接头环状接头
圆角过渡倾斜过渡复合过渡
82
大平面倾斜结构
大平面的设计
平板的设计
83
铸件结构与凝固原则
84
轮辐的设计
85
思考：
86
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