03第三章 铸造方法及其发展解析
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第三章 精密洁净铸造工艺
二、消失模（气化模）铸造特点： 1、是一种近无余量的新型成形工艺：不需取模，无拔模斜度。 2、铸件内部质量提高：用干砂，无水分，减少了缺陷。 3、对环境无公害，易实现清洁生产：不用造型机而减少噪音。 4、方便了铸件结构的设计。 三、消失模（气化模）铸造技术的发展 1、在模具设计和制造领域，将大量采用快速原形制造技术和 并行环境下计算机模拟仿真，从而大大缩短模具的生产时间，实 现铸件的快捷生产。 2、随着泡沫塑料尾气净化装置和旧砂处理设备的进一步改善， 以及各工序间自动化程度的提高，将使消失模（气化模）铸造绿 色化。 3、消失模（气化模）铸造技术将与其它铸造工艺相结合，开 创出更新的复杂工艺。如消失模铸造与低压铸造相结合等。
二、有机化学粘结剂型（芯）砂： 1、植物油粘结剂： 2、人工合成有机高分子粘结剂： 4、化工副产品粘结剂： 有机化学粘结剂一般采用加热、吹气、自硬等方法硬化。
第二节 高效金属型铸造工艺及设备
金属型铸造是指用金属材料（钢、铸铁）制作铸型生产铸件 的一种特种铸造方法。 普通金属型铸造是常用的金属型重力铸造。是借助自然重力 将液态金属通过浇铸系统填充型腔的铸造方法。 一、压力铸造技术： 1、概述：
② 冷压室压铸机：压室在金属液体外。 立式：原理如图所示。 卧式：原理如图所示。 全立式：原理如图所示。 4、压铸技术的发展： ⑴ 开发新型的压射控制系统： 保证压射过程的稳定性和可重复性，必须有先进可靠的控 制系统加以保证。 ⑵ 发展新的压铸工艺： 新工艺有：半固态合金压铸、双活塞压铸、真空压铸等。 ⑶ 开发和应用新的压铸合金材料： ⑷ CAD/CAE/CAM系统的研究和开发：
3 第三章 金属的结晶、变形与再结晶——【工程材料学】
作位错的易动性。
1. 滑移
晶体的一部分沿着一定晶面相对 于另一部分进行滑动，称之为滑移。
(1) 滑移线和滑移带
滑移带和滑移线示意图
铜拉伸试样表面滑移带
(2) 滑移系 晶体滑移只能沿着一定晶面和该晶面上一定的晶体学方
向进行，称之为滑移面和滑移方向。 密排面的面间距最大，原子间结合力最小，容易发生滑
具有不同位向的晶粒越多，使金属塑性变形的抗力越高。
金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。 晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变形的晶粒
数目也越多，变形越均匀，使在断裂前发生较大的塑性变形。 强度和塑性同时增加，金属在断裂前消耗的功也大，因而其 韧性也比较好。
细晶强化：通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑 性和韧性的方法。
（1） 形核
形核方式有两种：均匀形核和非均匀形核。
均匀形核即晶核在液态金属中均匀的形成；非均匀形核 即晶核在液态金属中非均匀的形成。
实际生产中，金属中存在杂质并且凝固过程在容器或铸 型中进行，这样，形核将优先在某些固态杂质表面及容器 或铸型内壁进行，这就是非均匀形核。
非均匀形核所需过冷度显著小于均匀形核，实际金属的 凝固形核基本上都属于非均匀形核。
生长快，先形成一次轴，一次轴又会产生二次轴…，树枝 间最后被填充。
金 属 的 树 枝 晶
金 属 的 树 枝 晶
冰
1. 滑移
晶体的一部分沿着一定晶面相对 于另一部分进行滑动，称之为滑移。
(1) 滑移线和滑移带
滑移带和滑移线示意图
铜拉伸试样表面滑移带
(2) 滑移系 晶体滑移只能沿着一定晶面和该晶面上一定的晶体学方
向进行，称之为滑移面和滑移方向。 密排面的面间距最大，原子间结合力最小，容易发生滑
具有不同位向的晶粒越多，使金属塑性变形的抗力越高。
金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。 晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变形的晶粒
数目也越多，变形越均匀，使在断裂前发生较大的塑性变形。 强度和塑性同时增加，金属在断裂前消耗的功也大，因而其 韧性也比较好。
细晶强化：通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑 性和韧性的方法。
（1） 形核
形核方式有两种：均匀形核和非均匀形核。
均匀形核即晶核在液态金属中均匀的形成；非均匀形核 即晶核在液态金属中非均匀的形成。
实际生产中，金属中存在杂质并且凝固过程在容器或铸 型中进行，这样，形核将优先在某些固态杂质表面及容器 或铸型内壁进行，这就是非均匀形核。
非均匀形核所需过冷度显著小于均匀形核，实际金属的 凝固形核基本上都属于非均匀形核。
生长快，先形成一次轴，一次轴又会产生二次轴…，树枝 间最后被填充。
金 属 的 树 枝 晶
金 属 的 树 枝 晶
冰
第三章有机化学粘结剂砂铸造工艺学
种类： a 磷酸：主要用于高氮呋喃树脂（解释），硬化速度较 慢，终强度较高。表安性好，热强度高，铸钢件不产生热 裂。但易残存于旧砂中，引起硬化速度加快，铸型强度降 低，并使铸件产生气孔。 b 硫酸酯：按比例与磷酸混合使用。硫酸酯比例越高， 硬化速度越快，可用时间越短。硫酸酯可缩短脱模时间， 同时对防止砂芯长期存放中的软化有利。但残存树脂膜中 的硫酸酯腐蚀树脂膜，硬化脱水速度过快易引起应力和裂 纹，浇注过程中放出SO2，污染环境，导致钢增硫，球铁 球化不良。
第三章 有机化学粘结剂砂芯（型） 铸造用有机粘结剂的分类 按材料来源：三大类，天然植物类、石油轻工化工副产品 类、合成树脂类 按化学成分：三大类，烃类（包括渣油、沥青）、烃的衍 生物（各种酯、植物油、合脂）、高分子化合物（包括天 然高分子如松香、合成高分子如酚醛树脂） 概述
（2）植物油粘结剂的硬化原理 通过氧化聚合，使油类分子从低分子变为高分子的过程。 a 预热阶段，油中的水分和易挥发分在加热初期开始 挥发。 b 氧化阶段，植物油中不饱和烃基中的碳原子之间双 键被打开，空气中的氧进入双键部分与碳原子结合成过 氧化物，如下式：
d 如果生成物中还有双键，则在氧化作用下又转变为过氧 化物，然后又与其它含有双键的分子进行聚合。
铸造成形技术-铸造方法
观看影像
■翻转起模
型砂紧实后，砂箱夹持器将砂箱夹持在 造型机转板上，在翻转气缸推动下，砂箱 随同模板、模型一起翻转180度，然后承受 台上升，接住砂箱后，夹持器打开，砂箱 随承受台下降，与模板脱离而起模。
这种起模方法不易掉砂。适用于型腔较 深，形状复杂的铸型。由于下箱通常比较 复杂些，且本身为了合箱的需要，也需翻 转180度，因此翻转起模多用来制造下箱。
常用于最大
下两个半型内。
截面在中部的
造型简单，节省工时
铸件
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
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
熔模铸造用来生产那些形状复杂、熔点高、 难于切削加工的小型零件，如汽轮机叶片。
四、低压铸造
介于金属型铸造和压力铸造之间的一种铸 造方法。
低压铸造的基本原理：
在盛有液态金属的密封坩埚中，由进气管 通入干燥的压缩空气或惰性气体，由于金属 液面受到气体压力的作用，金属液则自下而 上地沿升液导管和浇口充满铸型的型腔，保 持压力直至铸件完全凝固。消除金属液面上 压力后，这时升液导管及浇口中尚未凝固的 金属因重力作用而回流坩埚中。然后打开铸 型取出铸件。
②在离心力作用下，金属从外向内定向 凝固，铸件组织致密，无缩孔、缩松、 气孔、夹杂等缺陷，力学性能好。
■翻转起模
型砂紧实后，砂箱夹持器将砂箱夹持在 造型机转板上，在翻转气缸推动下，砂箱 随同模板、模型一起翻转180度，然后承受 台上升，接住砂箱后，夹持器打开，砂箱 随承受台下降，与模板脱离而起模。
这种起模方法不易掉砂。适用于型腔较 深，形状复杂的铸型。由于下箱通常比较 复杂些，且本身为了合箱的需要，也需翻 转180度，因此翻转起模多用来制造下箱。
常用于最大
下两个半型内。
截面在中部的
造型简单，节省工时
铸件
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
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
熔模铸造用来生产那些形状复杂、熔点高、 难于切削加工的小型零件，如汽轮机叶片。
四、低压铸造
介于金属型铸造和压力铸造之间的一种铸 造方法。
低压铸造的基本原理：
在盛有液态金属的密封坩埚中，由进气管 通入干燥的压缩空气或惰性气体，由于金属 液面受到气体压力的作用，金属液则自下而 上地沿升液导管和浇口充满铸型的型腔，保 持压力直至铸件完全凝固。消除金属液面上 压力后，这时升液导管及浇口中尚未凝固的 金属因重力作用而回流坩埚中。然后打开铸 型取出铸件。
②在离心力作用下，金属从外向内定向 凝固，铸件组织致密，无缩孔、缩松、 气孔、夹杂等缺陷，力学性能好。
第三章球墨铸铁
• 图中所示，球状G最好，对基体的割离轻微，故QT的 性能最好。GB9441-88QT金相检验标准中按G的形态 是球化等级分为六级，作为QT分级的依据，见表3-1 和图3-2所示。
第三章球墨铸铁
第三章球墨铸铁
• （2）G的大小 球状G的大小，在金相显微组织放大 100倍后，用测微目镜直接测量。GB9441-88QT金相 检验标准G大小分为六级、见表3-2所示。也可对照标 准图册进行评定。
第三章球墨铸铁
• （3）B体 • 贝氏体基体是铸态球墨铸铁经等温淬火后形成的一种组织。
具有强度和硬度高、塑性及韧性好的综合力学性能。若在 450 ~ 350 ˚C等温淬火，则形成羽毛状的上贝氏体组织； 若在350~ 230˚C等温淬火， 则形成交叉分布的细针状的 下贝氏体组织。 • （4）M体及其回火组织 • 马氏体强度硬度髙、耐磨性能好，但塑性、韧性差。为了 保持高的硬度和强度，同时又不至于太脆，可将马氏体经 低温、中温和高温回火，分别得到回火马氏体、回火托氏 体和回火索氏体。
第三章球墨铸铁
第三节 球墨铸铁的结晶特点
• 一、球墨铸铁的一次结晶特点 • 二、QT的二次结晶特点 • 三、G球形成的条件及立体外貌 • 1、 G球形成的条件 • 2、球状石墨的立体外貌
第三章球墨铸铁
第三节 球墨铸铁的结晶特点
• 一、球墨铸铁的一次结晶特点 • 由于QT化学成分多为共晶或稍微过共晶，所以QT的一
第三章球墨铸铁
第三章球墨铸铁
• （2）G的大小 球状G的大小，在金相显微组织放大 100倍后，用测微目镜直接测量。GB9441-88QT金相 检验标准G大小分为六级、见表3-2所示。也可对照标 准图册进行评定。
第三章球墨铸铁
• （3）B体 • 贝氏体基体是铸态球墨铸铁经等温淬火后形成的一种组织。
具有强度和硬度高、塑性及韧性好的综合力学性能。若在 450 ~ 350 ˚C等温淬火，则形成羽毛状的上贝氏体组织； 若在350~ 230˚C等温淬火， 则形成交叉分布的细针状的 下贝氏体组织。 • （4）M体及其回火组织 • 马氏体强度硬度髙、耐磨性能好，但塑性、韧性差。为了 保持高的硬度和强度，同时又不至于太脆，可将马氏体经 低温、中温和高温回火，分别得到回火马氏体、回火托氏 体和回火索氏体。
第三章球墨铸铁
第三节 球墨铸铁的结晶特点
• 一、球墨铸铁的一次结晶特点 • 二、QT的二次结晶特点 • 三、G球形成的条件及立体外貌 • 1、 G球形成的条件 • 2、球状石墨的立体外貌
第三章球墨铸铁
第三节 球墨铸铁的结晶特点
• 一、球墨铸铁的一次结晶特点 • 由于QT化学成分多为共晶或稍微过共晶，所以QT的一
关于铸造知识点总结
关于铸造知识点总结
一、铸造的历史
铸造是一种非常古老的金属加工工艺，早在5000年前的新石器时代，人类就已经开始使用一些简单的铸造工艺，比如使用砂型铸造一些简单的金属器物。随着时间的推移，铸造工艺不断改进和完善，逐渐发展成为了一门独立的工艺学科。在中国古代，铸造技术非常发达，铸造了许多金属器物，比如青铜器、铁器等。随着现代科技的不断发展，铸造技术也在不断创新和改进，成为了现代制造业中的核心工艺之一。
二、铸造的基本工艺
铸造的基本工艺包括模型制作、型砂制备、浇注、冷却、去砂和清理等几个步骤。
1. 模型制作
模型是铸造的起点，它决定了最终铸件的形状和尺寸。模型可以通过手工、机械加工或者数字化制造等方式来制作。
2. 型砂制备
型砂是用来制作铸造模具的材料，常见的型砂包括石膏型砂、粘土型砂、水玻璃型砂等。型砂的选择要根据铸件的形状、材质和使用条件来确定。
3. 浇注
浇注是将熔化的金属倒入模具中的过程，通常要考虑金属的流动性、温度控制和浇注方式等因素，以确保在浇注过程中获得良好的铸件质量。
4. 冷却
冷却是铸件从熔化金属到冷却凝固的过程，冷却的速度和方法会直接影响到铸件的内部组织和性能。
5. 去砂和清理
在铸造完成后，还需要进行去砂和清理，以去除模具和铸件表面的残留物，使铸件获得理想的表面光洁度。
以上这些基本工艺是铸造过程中不可或缺的一部分，通过合理的工艺控制和技术手段，可以获得高质量、高精度的铸件。
三、铸造的材料选择
在铸造中，材料选择是非常重要的，常见的铸造材料包括铁、钢、铝、铜、锌等各种金属材料，以及一些非金属材料，如塑料、陶瓷等。不同的铸造材料具有不同的特性和适用范
第三章 铸造方法及其发展
气动微振压实造型工作原理
3．高压造型
高压造型一般指压实比压超过0.7MPa的机器造型，压 实机构以液压为动力。 当压实活塞向上推动时，触头将型砂从余砂框压人砂 箱，而自身在多触头箱体相互联通的油腔内浮动，以 适应不同形状的模样，使整个砂型得到均匀的紧实度。 多触头高压造型机通常配备气动微震装置，以便增加 工作适应能力。 高压造型的砂型紧实度、铸件尺寸精度和表面质量都 比较高，噪音小、生产率高。 但设备结构复杂，造价高，适用于各种形状中小型铸 件的大量或成批生产。
以粘土做粘 结剂，不经 烘干可直接 进行浇注的 砂型
适用范围
生产周期短、效率高， 单件或批量生产， 易于实现机械化、自动 尤其是大批量生 化，设备投资和能耗低； 产。广泛用于铝 但铸型强度低、发气量 合金、镁合金和 大，易于产生铸造缺陷 铸铁件
干砂型
铸型强度和透气性较高， 发气量小，故铸造缺陷 单件、小批生产 经过烘干的 较少；但生产周期长， 质量要求较高， 高粘土含量 设备投资较大，能耗较 结构复杂的中、 的砂型 高，且难于实现机械化 大型铸件 和自动化
1)
金属型铸造的主要缺点： 金属型不透气、无退让性、铸件冷却速度快， 易产生气孔、应力、裂纹、浇不足、冷隔、 白口组织等铸造缺陷。 金属型不适宜生产形状复杂(尤其是内腔复 杂)、薄壁和大型铸件。 金属型的制造成本高，周期长，不适合单件、 小批量生产。 目前金属型铸造主要用于铜、铝、镁等有色 合金铸件的大批量生产。如内燃机活塞、汽 缸盖、油泵壳体、轴瓦、轴套等。对于黑色 金属件，只限形状简单的中、小件。
铸造工艺知识PPT课件
坯的成型方法。铸造的优点是制造成本低，工艺灵活性大，可以获得复杂形状和大型的铸件，在机械制造 中占有很大的比重。
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铸造方法及选择原则
• 铸造主要工艺过程包括金属熔炼、铸型制造、浇注凝固和落箱清理等。 • 铸造主要材料是铸钢、铸铁、铸造非铁合金（铜、铝、锌、铅等）等。 • 铸造方法常用的是砂型铸造，其次是特种铸造，如金属型铸造、熔模铸造、陶瓷型铸造等。
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铸造工艺方案的确定
砂• 二型、种砂类型的种类确的定确定
• 用于砂型铸造的铸型有湿砂型、表面烘干型、干砂型、自硬砂型等几 种。
• 1.湿砂型：以粘土做粘结剂，不经烘干可直接进行浇注。应用最广泛。 大型、臂厚、形状复杂的铸件不适用。
• 2.表面烘干型：浇注前，用适当的方法对型腔表面进行烘干。在中、大 型铸件中（1~5吨）得到广泛应用。
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铸造工艺方案的确定
造型（制芯）方法的确定 • 1.手工造型
• 手工造型是铸造生产中最基本的方法，由于它工艺装备简单、灵活方便、适应性强，在单件或批量生产中， 特别是在生产重型和复杂铸件上应用较广。大量生产的新产品试制阶段也多采用手工造型。但手工造型的 生产率低、劳动强度大、生产条件差，受工人技术水平影响，产品质量不够稳定。
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铸造方法及选择原则
• 一、铸造方法选择的原则 • 1.采用砂型铸造 • 据统计全部铸件产量中，60%-70%的铸件是用砂型生产的，而
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铸造方法及选择原则
• 铸造主要工艺过程包括金属熔炼、铸型制造、浇注凝固和落箱清理等。 • 铸造主要材料是铸钢、铸铁、铸造非铁合金（铜、铝、锌、铅等）等。 • 铸造方法常用的是砂型铸造，其次是特种铸造，如金属型铸造、熔模铸造、陶瓷型铸造等。
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铸造工艺方案的确定
砂• 二型、种砂类型的种类确的定确定
• 用于砂型铸造的铸型有湿砂型、表面烘干型、干砂型、自硬砂型等几 种。
• 1.湿砂型：以粘土做粘结剂，不经烘干可直接进行浇注。应用最广泛。 大型、臂厚、形状复杂的铸件不适用。
• 2.表面烘干型：浇注前，用适当的方法对型腔表面进行烘干。在中、大 型铸件中（1~5吨）得到广泛应用。
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铸造工艺方案的确定
造型（制芯）方法的确定 • 1.手工造型
• 手工造型是铸造生产中最基本的方法，由于它工艺装备简单、灵活方便、适应性强，在单件或批量生产中， 特别是在生产重型和复杂铸件上应用较广。大量生产的新产品试制阶段也多采用手工造型。但手工造型的 生产率低、劳动强度大、生产条件差，受工人技术水平影响，产品质量不够稳定。
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铸造方法及选择原则
• 一、铸造方法选择的原则 • 1.采用砂型铸造 • 据统计全部铸件产量中，60%-70%的铸件是用砂型生产的，而
铸造的历史及发展前景
成为未来的重要研究方向
4
定制化生产
随着消费者需求的多样化，定制化生产将成为 趋势。利用3D打印等技术，可以根据客户需求
进行定制化生产，满足市场的多样化需求
5
数Baidu Nhomakorabea化和信息化
数字化和信息化是未来制造业的重要特征。通 过数字化建模、仿真等技术，可以在生产前预
测和优化产品性能，提高生产效率和产品质量。
同时，通过信息化技术实现供应链的透明化和
实时监控，提高企业的竞争力
6
拓展应用领域
铸造技术不仅在传统机械制造领域有广泛应用，
还将拓展到新兴领域如新能源、电动汽车、航
空航天等。这些领域的发展将进一步推动铸造
技术的进步
铸造的前景
01
综上所述，铸造行 业有着广阔的发展
前景
02
随着科技的进步和市场需求的不 断变化，铸造行业将继续不断创 新和发展，满足人类对高质量、 高性能、环保和个性化的需求
-
感谢您的莅临
到20世纪初
铸造的历史
在欧洲，古希腊和罗马时期 也出现了青铜和铁的铸造技 术。中世纪时期，欧洲的铸 造技术得到了进一步发展， 出现了如哥特式大教堂等建 筑物的复杂铸造
铸造技术的发展
铸造技术的发展
01
02
随着工业革命的到来，铸造技术得到了极 大的发展。18世纪末至19世纪初，出现了 用木材或粘土作为模具的工艺，这使得铸 造变得更加高效和可控。20世纪初，随着 机械加工和材料科学的进步，铸造技术又 得到了新的提升
铸造成型方法解析
第二章各种典型铸造技术的原理和方法根据铸型特点分类，有一次型铸造(砂型铸造、熔模铸造、石膏型铸造、实型铸造等)、半永久型铸造(陶瓷型铸造、石墨型铸造等)、永久型铸造(金属型铸造、压力铸造、挤压铸造、离心铸造等)；
根据浇注时金属液的驱动力及压力状态分类，有重力作用下的铸造和外力作用下的铸造。金属液在重力驱动下完成浇注称自由浇注或常压浇注。金属液在外力作用下实现充填和补缩，如压力铸造、挤压铸造、离心铸造和反重力铸造等。
本章介绍的铸造技术有：属于重力充型的有砂型铸造、金属型铸造和熔模铸造；属于外力充型的有压力铸造、离心铸造和挤压铸造；属于反重力铸造的有低压铸造和差压铸造/真空吸铸等。
铸造业中砂型铸造约占80％。型砂中粘土砂、水玻璃砂和树脂砂等又占了90％的份额。三种型砂间的比例视各国具体情况而异，平均来看，大致为5：3：2。以型砂铸造与其它铸造方法相比，其缺点是：劳动条件较差，铸件外观质量欠佳；铸型只能使用一次，生产率低。优点是：不受零件形状、大小、复杂程度及合金种类的限制；造型材料来源广，生产准备周期短，成本低。因此，砂型铸造是铸造生产中应用最广泛的一种方法，世界各国用砂型铸造生产的铸件占总产量的80%~90%。
本章的重点在砂型铸造。而铸造用砂型的种类及制造是重中之重。
第1节砂型铸造
一、铸造用砂型的种类及制造
（一）概述
1．砂型铸造的特征及工艺流程
配制型砂—造型—合型—浇注—冷却—落砂—清理—检查—热处理—检验—获得铸件特征：使用型砂构成铸型并进行浇注的方法，通常指在重力作用下的砂型铸造过程。
铸造知识PPT课件
铸件。
缺点
生产效率相对较低，设 备投资较大。
真空吸铸和挤压铸造
真空吸铸
在真空环境下进行金属液的充型和凝固的铸 造方法。
优点
铸件内部质量好，力学性能高，可铸造高精 度、高质量的复杂铸件。
挤压铸造
将熔融金属在高压下挤入模具型腔中并凝固 成型的铸造方法。
缺点
设备投资大，工艺参数控制严格，生产效率 相对较低。
直浇道设计
根据铸件大小和浇注系统总截面积，设计合理的 直浇道形状和尺寸，以保证金属液顺利流入型腔。
3
横浇道设计
根据内浇道和直浇道的位置和截面积，设计合理 的横浇道形状和尺寸，以起到缓冲和分配金属液 的作用。
冒口、冷铁等辅助措施应用
冒口设计
01
根据铸件结构和凝固特性，设计合理的冒口形状和尺寸，以补
偿铸件凝固过程中的体积收缩，防止缩孔和缩松缺陷。
材料性能
铸造材料的性能包括力学性能（如强度、硬度、韧性等）、物理性能（如密度、导热性、导电性等）和化学性能 （如耐腐蚀性、抗氧化性等）。这些性能直接影响铸件的质量和使用寿命。因此，在选择铸造材料时，需要根据 铸件的使用环境和性能要求进行综合考虑。
02
铸造设备与工艺装备
铸造设备简介
铸造设备定义
用于金属熔炼、造型、浇注、冷却、 清理等铸造工艺过程中的各类机械设 备。
其他特种铸造技术
缺点
生产效率相对较低，设 备投资较大。
真空吸铸和挤压铸造
真空吸铸
在真空环境下进行金属液的充型和凝固的铸 造方法。
优点
铸件内部质量好，力学性能高，可铸造高精 度、高质量的复杂铸件。
挤压铸造
将熔融金属在高压下挤入模具型腔中并凝固 成型的铸造方法。
缺点
设备投资大，工艺参数控制严格，生产效率 相对较低。
直浇道设计
根据铸件大小和浇注系统总截面积，设计合理的 直浇道形状和尺寸，以保证金属液顺利流入型腔。
3
横浇道设计
根据内浇道和直浇道的位置和截面积，设计合理 的横浇道形状和尺寸，以起到缓冲和分配金属液 的作用。
冒口、冷铁等辅助措施应用
冒口设计
01
根据铸件结构和凝固特性，设计合理的冒口形状和尺寸，以补
偿铸件凝固过程中的体积收缩，防止缩孔和缩松缺陷。
材料性能
铸造材料的性能包括力学性能（如强度、硬度、韧性等）、物理性能（如密度、导热性、导电性等）和化学性能 （如耐腐蚀性、抗氧化性等）。这些性能直接影响铸件的质量和使用寿命。因此，在选择铸造材料时，需要根据 铸件的使用环境和性能要求进行综合考虑。
02
铸造设备与工艺装备
铸造设备简介
铸造设备定义
用于金属熔炼、造型、浇注、冷却、 清理等铸造工艺过程中的各类机械设 备。
其他特种铸造技术
机械制造基础 第三章 锻压工艺及应用
2.金属的变形条件
1）变形温度：温度升高，塑性上升，降低变形抗力，易于锻造；但温度过高 也会产生相应的缺陷，如氧化，脱碳、过热和过烧等。故要严格控制锻造 温度范围。
机械制造基础
2）变形速度：指金属在锻压加工过程中单位时间内的相对变形量。 变形速度的影响较复杂：一方面变形速度增大，冷变形强化现象 严重，变形抗力增大，锻造性能变坏；另一方面变形速度很大时 产生的热能使金属温度升高，提高塑性，降低变形抗力，锻造性 能变好。 如图3-8所示。
2.塑形变形的分类和对金属组织和性能的影响
根据变形的温度，金属的塑形变形分为冷变形和热变形。
冷变形：指金属在其再结晶温度以下进行塑性变形。如冷冲压、冷弯、冷挤、 冷镦、冷轧和冷拔，能获得较高的硬度及表面质量。 热变形：指金属在其再结晶温度以上进行塑性变形。如锻造、热挤和轧制等， 能消除冷变形强化的痕迹，保持较低的塑性变形抗力和良好的塑性。
机械制造基础
3.4.3. 平锻机上模锻
平锻机相当于卧式的曲柄压力机，它沿水平方向对坯料施加锻造压力。其结构和原理如 图3-19所示。其特点是： 1）坯料都是棒料或管材，并且只进行局部（一端）加热和局部变形加工，因此可锻造立 式锻压设备上不能锻造的某些长杆类锻件。平锻机上锻件如图3-20所示。 2）锻模有两个分模面，锻件出模方便，可以锻出在其它设备上难以完成的在不同方向上 有凸台或凹槽的锻件。 3）需配备对棒料局部加热的专用加热炉。 4）是高效率、高质量、容易实现机械化的锻造方法，但设备结构复杂，价格贵，适用于 大批量生产。
机械制造基础第三章砂型铸造
• 开始时,将芯盒9置于工作台上, 并向压紧缸l0通入压缩空气,使 芯盒上升,以便与底板6压紧.射 砂时,打开射砂阀2,使储气筒l中 的压缩空气通过射砂筒4上的缝 隙进入射砂筒内,于是型芯砂形 成高速的砂流从射砂孔7射入芯 盒,并将砂紧实,而空气则从射砂 头上的排气孔8排人大气.
• 射砂紧实是将填砂与紧砂两个 工序同时完成,故生产率很高.射 砂紧实不仅用于造芯,也开始用 于造型.
• 机床立柱、曲轴等圆周面质量要求很高、又需沿轴线分型 的铸件,在批量生产中有时采用"平作立浇"法,此时,采用专 用砂箱,先按轴线分型来造型、下芯,合箱之后,将铸型翻转 90度,竖立后进行浇注.
第三节 工艺参数的选择
为了绘制铸造工艺图,在铸造工艺方案初 步确定之后,还必须选定铸件的工艺参数. 机械加工余量 起模斜度 收缩率 型芯头尺寸
• 价格较低,生产率为每小时30～60箱,目前主 要用于一般机械化铸造车间.
• 主要缺点是型砂紧实度不够高、噪声大、 工人劳动条件差,且生产率不够高.
• 在现代化的铸造车间,一般震压式造型机已 逐步被其它先进造型机所取代.
微震压实造型
• 型砂在压实的同 时进行微震,所以 其紧实度比震压 造型机的高而且 均匀.
应尽量使铸型只有一个分型面,以便 采用工艺简便的两箱造型
三箱
四箱
两箱
避免活块
支架分型方案 按图中方案1,凸台必须
• 射砂紧实是将填砂与紧砂两个 工序同时完成,故生产率很高.射 砂紧实不仅用于造芯,也开始用 于造型.
• 机床立柱、曲轴等圆周面质量要求很高、又需沿轴线分型 的铸件,在批量生产中有时采用"平作立浇"法,此时,采用专 用砂箱,先按轴线分型来造型、下芯,合箱之后,将铸型翻转 90度,竖立后进行浇注.
第三节 工艺参数的选择
为了绘制铸造工艺图,在铸造工艺方案初 步确定之后,还必须选定铸件的工艺参数. 机械加工余量 起模斜度 收缩率 型芯头尺寸
• 价格较低,生产率为每小时30～60箱,目前主 要用于一般机械化铸造车间.
• 主要缺点是型砂紧实度不够高、噪声大、 工人劳动条件差,且生产率不够高.
• 在现代化的铸造车间,一般震压式造型机已 逐步被其它先进造型机所取代.
微震压实造型
• 型砂在压实的同 时进行微震,所以 其紧实度比震压 造型机的高而且 均匀.
应尽量使铸型只有一个分型面,以便 采用工艺简便的两箱造型
三箱
四箱
两箱
避免活块
支架分型方案 按图中方案1,凸台必须
铸造基本知识及理论
但它的缺点是公差较大，易产生 内部缺陷。
铸造是人类掌握比较
早的一种金属热加工工艺， 已有约6000年的历史。中 国约在公元前1700～前 1000年之间已进入青铜铸 件的全盛期，工艺上已达
到相当高的水平。中国商 朝的重875公斤的司母戊方 鼎，战国时期的曾侯乙尊
盘，西汉的透光镜，都是 古代铸造的代表产品。
熔模铸造：
➢ 定义：是指利用易熔材料制成模型，并在模型表面粘
结一定厚度的耐火材料，然后将模型熔化而使金属液充满 型腔的一种铸造方法。
➢ 工艺过程：
➢ 特点和应用：
1、铸件尺寸精度高，表面光洁； 2、可铸造形状复杂零件； 3、工艺过程复杂，生产周期长，成本高； 4、适于铸造小尺寸的各类合金铸件，特别是少切削或
程中，其体积或尺寸缩减的现象。
分类：分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
浇注温度
铸 液态收缩
件 温
开始凝固温度
体
度 降
凝固收缩
积 收
低
缩
凝固终止温度
固态收缩
室温
线收缩
收缩率：
体积收缩是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。 线收缩是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。
体积收缩率：
V
V0 V1 100% V1
2、型砂的影响： 1）原砂、粘结剂和稀释剂的成分配比； 型砂
原砂
铸造是人类掌握比较
早的一种金属热加工工艺， 已有约6000年的历史。中 国约在公元前1700～前 1000年之间已进入青铜铸 件的全盛期，工艺上已达
到相当高的水平。中国商 朝的重875公斤的司母戊方 鼎，战国时期的曾侯乙尊
盘，西汉的透光镜，都是 古代铸造的代表产品。
熔模铸造：
➢ 定义：是指利用易熔材料制成模型，并在模型表面粘
结一定厚度的耐火材料，然后将模型熔化而使金属液充满 型腔的一种铸造方法。
➢ 工艺过程：
➢ 特点和应用：
1、铸件尺寸精度高，表面光洁； 2、可铸造形状复杂零件； 3、工艺过程复杂，生产周期长，成本高； 4、适于铸造小尺寸的各类合金铸件，特别是少切削或
程中，其体积或尺寸缩减的现象。
分类：分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
浇注温度
铸 液态收缩
件 温
开始凝固温度
体
度 降
凝固收缩
积 收
低
缩
凝固终止温度
固态收缩
室温
线收缩
收缩率：
体积收缩是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。 线收缩是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。
体积收缩率：
V
V0 V1 100% V1
2、型砂的影响： 1）原砂、粘结剂和稀释剂的成分配比； 型砂
原砂
第3章-熔炼和铸造讲解
铝中的非金属夹杂 金属中的非金属化合物若以较大颗粒独立相存在于金属中并对金属及制 品产生影响，这些化合物被称为非金属夹杂物。在铝中存在的非金属夹 杂有： ──氧化物是合金在熔解和转注过程中，铝与炉气中的氧或水气作用生成 的MgO、Al2O3、SiO2、Al2O3·MgO（尖晶石） ──残余的细化剂Al-Ti-B中间合金的粗大Ti-B粒子。 ──在熔体净化时产生的氯化物（主要是MgCl2）及氮化物和碳化物。 ──耐火砖碎片，脱落的流槽和工具上的保护涂料。 最多是MgO、Al2O3、Al2MgO4，形态以薄片为主。
3.1.3振动脱气原理 金属熔体在振动状态下，液体分子在极高频率的振动下发生移位运动， 造成一部分分子与另一部分分子之间运动不和谐，所以在液体内部产生 无数显微空穴即所谓的“空化”作用。这些空穴都是真空的，金属中气 体很容易扩散到这些空穴中去，结合成分子状态,形成气泡而上升逸出。
3.1.4真空脱气原理 真空脱气又分为静态真空和动态真空两种方法。静态真空是在炉体密封 的情况下将其抽成真空，熔体中的氢聚合成氢气向真空中散逸，静态真 空必须除去溶体表面的氧化膜，氢气才能顺利通过表面逸出。静态真空 表面脱气快，但深层脱气不理想，所以可以对熔体施加电磁搅拌，提高 深层脱气速度。动态真空是通过虹吸的方法从一个炉子往另一个已经抽 成一定真空（1.3*103Pa）炉子喷射（喷射速度1~15.T/min）熔体， 熔体形成细小的液滴，这样熔体与真空的接触面积增大并且不受氧化膜 的阻碍，气体得以迅速析出。与此同时钠被蒸发烧掉，氧化夹杂聚集在 熔体表面。处理后的熔体中的气体含量低于0.12ml/100gAl。氧含量低 于6ppm，钠含量也可降低2ppm。
3.1.3振动脱气原理 金属熔体在振动状态下，液体分子在极高频率的振动下发生移位运动， 造成一部分分子与另一部分分子之间运动不和谐，所以在液体内部产生 无数显微空穴即所谓的“空化”作用。这些空穴都是真空的，金属中气 体很容易扩散到这些空穴中去，结合成分子状态,形成气泡而上升逸出。
3.1.4真空脱气原理 真空脱气又分为静态真空和动态真空两种方法。静态真空是在炉体密封 的情况下将其抽成真空，熔体中的氢聚合成氢气向真空中散逸，静态真 空必须除去溶体表面的氧化膜，氢气才能顺利通过表面逸出。静态真空 表面脱气快，但深层脱气不理想，所以可以对熔体施加电磁搅拌，提高 深层脱气速度。动态真空是通过虹吸的方法从一个炉子往另一个已经抽 成一定真空（1.3*103Pa）炉子喷射（喷射速度1~15.T/min）熔体， 熔体形成细小的液滴，这样熔体与真空的接触面积增大并且不受氧化膜 的阻碍，气体得以迅速析出。与此同时钠被蒸发烧掉，氧化夹杂聚集在 熔体表面。处理后的熔体中的气体含量低于0.12ml/100gAl。氧含量低 于6ppm，钠含量也可降低2ppm。
铸造的具体方法特点及工作原理
铸造的基本原理及工作原理
1. 铸造的基本原理
铸造是一种将熔化金属或其它物质注入到模具中，使其冷却凝固并形成所需形状的加工方法。铸造是最古老、最基本的成形工艺之一，被广泛应用于各个领域，如汽车制造、航空航天、家电等。
铸造的基本原理包括：
(1) 熔化：将所需金属或物质加热至熔化状态。
铸造过程首先需要将所需金属或物质加热至熔化状态。熔化的温度取决于金属或物质的熔化点，不同的金属具有不同的熔点。常用的熔化方式包括电弧熔炼、电阻炉熔炼、感应熔炼等。
(2) 浇注：将熔化的金属或物质注入到模具中。
在金属或物质熔化后，需要将其迅速倒入到模具中，这个过程称为浇注。浇注时要控制好浇注速度和压力，使金属或物质能够充分填满模具的空腔，并避免产生气泡和夹杂物。
(3) 凝固：熔融金属或物质在模具中逐渐冷却凝固成形。
倒入模具中的熔融金属或物质在模具内逐渐冷却，过程中发生凝固。凝固是指熔融金属或物质经过冷却后变为固态，形成所需的形状。凝固过程中金属或物质逐渐减少体积，密度增加，同时也会释放出相应的凝固热量。
(4) 脱模：将凝固的铸件从模具中取出。
当凝固过程结束后，铸件就可以从模具中取出，这个过程称为脱模。脱模需要小心操作，以免损坏铸件表面或使其变形。
(5) 修整：对铸件进行去除烧结皮、修理、清除毛刺、抛光等处理。
铸件从模具中取出后，可能会存在一些瑕疵，如烧结皮、毛刺等。修整是对铸件进行处理，以达到预期的外观和尺寸要求。
2. 铸造的具体方法特点及工作原理
铸造方法根据造型材料的不同可分为砂型铸造、金属型铸造、石膏型铸造、压力铸造和连续铸造等。下面详细介绍几种常见的铸造方法及其特点和工作原理。
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一、挤压铸造
简称挤铸 1. 原理 2. 特点 ●铸件致密 ●无浇口 ●铸件尺寸较大、较厚时，液流所受阻力 小 所需压力比压铸小 缺点：液体金属于铸型接触紧密且停留时 间较长， 故应用水冷却铸型
二、 快速凝固技术
1. 特点、对合金性能的影响 以大于105/s的冷速，或数米/s的固液界面 快速冷却—非平衡凝固 亚稳相，晶粒细小 非晶
第三章液态金属的成型方法
两类： 重力作用下的成型方法 外力作用下的成型方法 按工艺方法不同： 砂型铸造 特种铸造
§3—1砂型铸造
在砂型中生产铸件的方法 1.常用砂型 （1）湿砂型 不经烘干可直接浇注
（2）干型（干砂型） 高粘土含量；强度、透气性高 （3）表面干型 将型腔表层进行干燥 兼有湿砂型和干砂型的优点 （4）化学硬化型 靠型砂自身的化学反应硬化
②既改变组织结构，又改变成分
如通过表面涂覆合金元素
三、气化模铸造
用泡沫‘塑料制造模型后不取出模样，浇 注金属时模样气化消失，获得铸件
1. 模样的制造
1）加工成形 用手工或机械加工预制出 各个部件，再经粘结和组装成形 2）发泡成形 聚苯乙烯颗粒在金属模内 加热膨胀发泡成形
2. 特点
不必起模和修型，工序少，生产率高，
五、陶瓷型铸造
将液态金属浇入陶瓷型中成形的方法
1. 工艺过程
砂套造型→灌浆与胶结→起模与焙烧→烧
结与合箱→浇注
2. 特点及应用
1）陶瓷型的高温变形小，铸件的尺寸精度 高，且陶瓷耐高温，可浇注高熔点金属 2）适合于单件，小批量生产
3）铸件大小不受限制
六、壳型铸造
用酚醛树脂砂制造薄壳砂型的铸造方法
形状可复杂，劳动强度低
缺点：气化时污染环境，工件含有渗碳
应用：几乎不受铸件结构、尺寸、重量、 批量和合金种类的限制。特别适用于形 状复杂铸件的生产
四、离心铸造
将金属液浇进高速旋转的铸型内，使之在离心力作
用下充型并凝固。
1. 离心铸造机 有立式和卧式 图
立式：垂直轴旋转。因液体自重，壁厚不均 多用于高度小于直径的环类 卧式：壁厚均匀。多用于管类、套筒类
离心铸造机
卧式
立式 成型件
2. 特点 1）在离心力作用下，由外表面向内表面顺 序凝固，缺陷少，组织致密，性能好 2）生产管状铸件时，不用型心，工艺简化 3）便于生产双金属铸件 缺点：设备投资大 内表面粗糙且尺寸不易控制
②制造蜡模
蜡料熔化后注入压型内，凝固后取出
③装配成蜡模组
为提高生产率，减少直浇道损耗，将多个 蜡模组焊在一起，一次浇出多个铸件
（2）制壳 在蜡模组上涂挂耐火材料层，以制成较坚固 的耐火型壳 过程：浸涂料→撒砂→硬化、风干 需要重复4～6次 （3）脱蜡 将有型壳的模组浸泡于热水中，使蜡料熔化 上浮脱除 （4）焙烧 放入加热炉中（800～950℃） 彻底去除水分、残余蜡料、硬化剂
二、熔模铸造
将液态金属浇入由蜡模熔失后形成的中空
型壳中成形，从而获得精密铸件的方法
1. 工艺过程 制造压型，蜡模，制壳，脱蜡，焙烧，浇 注
（1）制造蜡模 ①制造压型 压型是用于压制蜡模的模具 材料：大批量时，可用钢、铝合金 小批量时，易熔合金，环氧树脂，石膏等
制作过程：a）机械加工压型
b）易熔合金压型
增大内应力和开裂倾向，还使铸件
取出难度增大 铸件强度足够的前提下，应及早 开型取件
（4）提高浇注温度和防止铸铁件产生白 口 因导热能力强，浇注温度比砂型适当高 防止白口组织产生：铸件臂厚应大于15mm
3. 金属型铸造的优缺点
●可一型多铸，节省造型材料 ●工艺简便，易于实现自动化 ●铸件精度高，表面光洁，力学性能好 ▲费用高；无透气性 ▲冷速快，不宜铸造结构复杂、大型、薄 壁件 ▲铸型寿命低；灰铁件易产生白口组织
三、压力铸造
简称压铸 将液态金属在一定压力作用下注入铸型 型腔并在压力下凝固 高压、高速是它的最大特点
1. 压铸机
压铸机组成：压射机构和合型机构组成 分类：冷室压铸机 热室压铸机
2. 特点
优点：1）铸件精度高，表面光洁 2）可铸出形状复杂的薄壁件 3）组织致密，机械性能好，缺陷少 4）生产率高 缺点：1）设备投资大 2）气体难排除，皮下易产生小气孔 3）因铸型寿命，适宜于低熔点合金 4）铸件尺寸不能太大
合金性能特点
1）强度提高
2）塑性提高
3）耐磨性提高
4）耐蚀性提高
2. 快速凝固工艺
1） 雾化法 雾化为细小的熔滴颗粒，快凝，粉末 或，雾化，喷射，沉积 2.）液态急冷法 将液态金属喷到急冷板或转动的辊轮上 获得箔或丝
3）束流表层急冷法 用激光束快速加热金属表面，熔化 用自淬火作用快冷
①只改变组织结构，不改变成分
强度高，生产率高
2. 常用造型方法 （1）手工造型 （2）机器造型
§3.2 特种铸造
与普通砂型铸造有区别的铸造方法 不同铸造方法各有其优越之处 一、金属型铸造 在重力作用下，将液态金属浇入金属型， 获得铸件 金属型可以反复使用，又称“永久型铸造”
1. 金属型
材料：多采用铸铁，其中多用灰铁
铸件性能要求高时，用耐热铸铁、
铸钢等 无透气性Baidu Nhomakorabea
结构：水平分型、垂直分型、综合分型
其中垂直分型应用最广
特点：导热性好，浇道截面积大
无透气性
2. 工艺特点 （1）铸型必须预热
因金属型导热性好
（2）型腔须喷刷涂料 以保护其免受金属液直接冲蚀和热击 调节铸件各部分的冷速 特殊涂料还可赋予铸件某些特殊性能
（3）控制开型时间 铸件在金属型内停留越久，收缩越大
1. 覆膜砂的制备
覆膜砂由原砂、粘结剂、硬化剂、附加物
等组成
覆膜砂的混制：热法
1. 壳型制造过程
翻斗法
2. 特点及应用 1）耗砂量少 2）能获得尺寸精确的壳型，无需捣砂 3）铸件表面光洁，壳型透气性好 4）壳型强度高，铸件废品率低 5）生产率高，易于实现机械化 6）劳动强度低
§3—3液态成形新工艺
（5）浇注与清理 浇注：宜趁热浇注，以便获得表面清晰 的精密铸件 清理：用喷砂、抛丸等清除表面及内腔 的残壳，粘砂等，获得表面光洁 的铸件
2. 特点及应用
1）铸件精度高，表面光洁 2）可铸出形状复杂的薄壁件 3）适用于各种合金 4）生产批量不受限制 缺点：工序复杂，周期长， 原材料价贵，铸件成本高 铸件不能太长太大，否则蜡模变形 应用：高熔点难以加工的铸件