金属工艺学-成型铸锻焊

逐层凝固
体积凝固
影响铸件凝固方式的主要因素是合金的结晶温度范 围和铸件的温度梯度（T2-T1）（图３－４）
三、合金的收缩性
铸件在冷却过程中，其体积与尺寸缩小的现象叫做收缩，它 是铸造金属固有的特性。经历三个相互联系的收缩阶段：
液态收缩——从浇注温度冷却到凝固开始温度之间的收缩。 凝固收缩——从凝固开始温度冷却到凝固结束温度之间的收缩。 固态收缩——从凝固完毕时的温度冷却到室温之间的收缩。
• 冲天炉主要用来熔炼铸铁。
电阻坩埚炉
感应电炉炉体结构和外观
冲天炉的结构示意图
常见的铸件缺陷、产生原因和预防措施
8.3 特种铸造
特种铸造是指与普通砂型铸造有显著区 别的一些铸造方法。
一、 熔模铸造 二、 金属型铸造 三 、压力铸造 四 、低压铸造 五 、离心铸造 六 、几种铸造方法的比较
铸造工艺图绘制的技术要点如下：
• 1. 分型面 选定分型面，应考虑以下原则． 1）尽量把铸件的大部分或全部放在一个砂箱内。 2）应当使铸件的加工面和加工基准面位于一个砂箱
内。 3）尽量减少分型面的数量。 4）尽量减少型芯的数量。 5）尽量使分型面平直。
2. 浇注系统
• 典型的浇注系统由四部分 组成：浇口杯、直浇道、 横浇道和内浇道。
气孔、夹杂、偏析等都是在凝固过程中产生的。 铸件凝固方式： 1、逐层凝固： 纯金属或共晶成分合金在恒温下结晶，凝固
过程中铸件截面上的凝固区域宽度为零，截面上固液两相 界面分明，随着温度的下降，固相区不断增大，逐渐到达 铸件中心，这种凝固方式称为“逐层凝固”。 2、体积凝固：当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面 温度梯度过小，铸件凝固在某段时间内，其液固共存的凝 固区域很宽，甚至贯穿整个铸件截面，这种凝固方式称为 “体积凝固”。
铸造工艺整体流程 见图所示。
零件铸造工艺图的设计
• 铸造工艺图是根据铸造要求表示铸型分型面、浇 冒口系统、浇注系统、浇注位置、型芯结构尺寸、 控制凝固措施（冷铁、保温衬板）等的图样。
• 铸造工艺图的设计要遵循下列程序： 1）零件的技术条件和结构工艺性分析。 2）选择铸造及造型方法。 3）确定浇注位置和分型面。 4）选用工艺参数。 5）设计浇冒口，冷铁和铸肋。 6）砂芯设计 。
4.冒口的设置
冒口主要作用在于补缩，同时能排气，集渣。 其设置原则：
1）保证顺序凝固，放在最后凝固部分。 2）尽量放在铸件最高处，有利补缩，熔渣易
浮出。 3）冒口最好放在内浇口附近，使金属液通过
冒口再进入铸型，提高补缩效果。 4）尽量避开易拉裂部位，不影响自由收缩。 5）尽量放在需加工部位，便于清理。
1、 影响收缩的因素
1）化学成分 不同成分合金的收缩率不同（表３－３）列
出了几种铁碳合金的体收缩率
合金种类 含碳量 浇注温度 液态收缩 凝固收缩 固态收缩 总体收缩
（﹪） /℃
率（﹪） 率（﹪） 率（﹪） 率（﹪）
碳素铸钢 0.35 1610 1.6 白口铸铁 3.00 1400 2.4 灰铸铁 3.50 1400 3.5
第八章 材料的液态成形工艺
铸造：将液态金属浇铸到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型 型腔中，待其冷却凝固，以获得毛胚或零件的生产方法。
在机器设备中铸件所占比例很大，如机床、内燃机中，铸件占总重量的 70％~90％,压气机占60％~80％，拖拉机占50％～70％，农业机械占 40％～70％。
§8.1铸造工艺特点 §8.2砂型铸造 §8.3特种铸造 §8.4铸件结构工艺性 §8.5计算机在铸造生产中的应用简介
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• 一、熔模铸造
熔模铸造使用易熔材料制成模样，造型之后将模样 熔化，排出型外，从而获得无分型面的型腔。 基本工艺过程 蜡模制造、结壳、脱蜡、培烧和浇注等过程。
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熔模铸造的主要特点：
1）由于没有分型面，所以能生产形状非常复杂的 铸件。
2）铸件精度和表面质量高。 3）适用于各种合金铸件，特别适合高熔点、难加
图10 实物造型过程示意图
a)带轮铸件 b)刮板 c)刮制下型 d)刮制上型 e)合型 图11 带轮铸件的刮板造型过程
a)铸件 b)模样 c)造下型 d)造中型 e)造上型 f)合型 图12 槽轮铸件的三箱造型
a)无箱盖地坑造型 b)有箱盖地坑造型 图1-13 地坑造型
按紧实方式不同，机器造型分为 压实造型、震击造型、抛砂造型和射砂造型
a)零件 b)铸件 c)模样 d)造下砂型 e)取出模样主体 f)取出活块 图9 活块造型过程
a)木模样 b)造下砂型 c)在下砂型上割分型面 d)造上砂型 e)开箱起模 f)合型 图7 挖砂造型过程
a)端盖模样放在假箱上 b)在假箱上造下砂型 图8 假箱造型过程
a)槽轮零件 b)造下砂型修活砂块 c)造上砂型 d)移活砂块并起模 e)铸型
３－６
2）铸造应力、变形和裂 纹
防止方法：
采用“同时凝固原则”
四、常用铸造合金的铸造性能特点
• 1 铸铁 （1）灰铸铁 由于熔点较低，铁水流动性
较好，凝固温度范围小，凝固收缩小，因此灰铸铁有良好的 铸造性能。
（2）可锻铸铁 可锻铸铁是由白口铸铁通
过长时间的石墨化退火获得的，其碳、硅含量较低，熔点比 灰铸铁高，凝固温度范围也较大，故铁液的流动性差。铸造 时，必须适当的提高铁液的浇铸温度，以防止产生冷隔、浇 不足等缺陷。
工、形状复杂的高合金钢铸件，如高速钢刀具， 不锈钢叶片、叶轮等。 4）工序繁多，生产周期长，生产效率较低。 5）铸件大小受限，一般不超过25kg。
二、金属型铸造
金属型铸造时将液态金属浇入金属铸型，以获得铸件的铸造方 法。可以重复使用，又称永久性铸型
• 金属型的结构及其铸造工艺
图3-29为活塞的金属 型铸造示意图。该金属 型由左半型1和右半型2 组成，采用垂直分型， 活塞内腔由组合式型腔 构成。铸件冷却凝固后， 先取出中间型芯4，在取 出左、右两侧型芯3，然 后沿水平方向拔出左右 销孔型芯5，最后分开两 个半型，即可取出铸件。
模样及芯盒
铸型的组成结构
造型
造型方法的选择：
• 1 手工造型 1）按模样特征分：整模造型、分模造型、活
块造型、刮板造型、假箱造型、挖砂造型、实物 造型等
2）按砂箱特征分：两箱造型、三箱造型、地
坑造型、脱箱造型等
• 2 机器造型
机器造型使用机器来完成填砂、紧实和起模等造 型的操作过程，是现代化铸造车间的基本造型方 法。
（3）球墨铸铁 铸造性能介于灰铸铁与铸
钢之间，其流动性与灰铸铁基本相同。
• 2铸钢
铸钢的流动性比铸铁差，易产生浇不足、冷隔 等缺陷，应用于干砂型，增大浇铸系统截面积，保 证足够的浇注温度等措施，提高铁液的充型能力。
铸钢的熔点高，容易产生缩孔、缩松、裂纹等 缺陷，所以，铸钢件往往要设置数量较多、尺寸较 大的冒口，采取顺序凝固原则。
3.工艺参数
• 工艺参数主要有加工余量、拔/起模斜度、铸造收缩率、最 小铸出孔、型芯和铸造圆角等。
• 铸件的加工余量就是切削加工时要切去的金属层。余量的 大小主要决定于铸件的尺寸、形状和铸件材料。加工余量 包括下列尺寸：1）铸件尺寸公差；2）加工余量等级；3） 加工余量数值。
• 所谓起模斜度，即使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒 脱出，平行于起模方向在或芯盒壁上的斜度。
手工造型
• a）捣砂锤；b）直浇道棒；c）通气针；d）起模 针；e）墁刀：修平面及挖沟槽用；f）秋叶：修凹 的曲面用；g）砂勾：修深的底部或侧面及钩出砂 型中散砂用；h）皮老虎
a)造下砂型 b)造上砂型 c)开外浇口、扎气孔 d)起出模样 e)合型 f)带浇口铸件 图5 齿轮坯整模两箱造型过程
a)铸件图 b)模样 c)造下型 d)造下型 e)铸型 图6 分模造型过程
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表1
• 铸件尺寸 铸钢 灰铸 球墨 可锻 铝合 铜合
/mm
铁 铸铁 铸铁 金 金
<200×200 8 4-6 6
5
3
3-5
200×200- 10-12 6-10 12 8
4
6-8
500×500
>500×500 15-20 15-20 --- --- 6
---
二、合金的凝固特性
合金从液态到固态的转变成为凝固或一次结晶。 许多常见的铸造缺陷，如缩孔、缩松、变形、裂纹、
8.1 铸造工艺特点
铸件的质量与合金的铸造性能密切相关。合金的铸造性是指在 铸造过程中表现出来的工艺性能，如流动性、收缩性、吸气性、 各部位的成分不均匀性等。
一、液态金属的充型能力
二、合金的凝固特性
三、合金的收缩性
四、常用铸造合金的铸造性能特点
一、液态金属的充型能力
液态金属充满铸型容腔，获得形状完整、轮 廓清晰的铸件的能力，叫做液态金属的充型 能力。
• 收缩率＝(L模样 - L铸件)/L模样×100％，主要考虑铸件的 结构和铸型的退让性。
• 芯头尺寸一般取决于铸件相应部位的孔、槽尺寸，且与铸 造方法和铸型种类有关。 型芯头尺寸包括：1）芯头长度；2）芯头斜度。
• 圆角：所谓铸造圆角是指制造模样时，壁的连接和转角处 要做成圆弧过渡。对于小型铸件，外圆角半径一般取 28mm，内圆角半径一般取4-16mm。
• 3铸造有色金属
常用铸造有色和金柚铝合金、铜合金等，它们 大都具有流动性好、收缩性大、容易吸气和氧化等 铸造特点。
8.2 砂型铸造 一、砂型铸造工艺过程 二、砂型铸造常见缺陷
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• 铸造工艺设计内容的繁简程度，主要决定 于批量的大小、生产要求和生产条件。
• 铸造工艺设计一般包括下列内容：
４） 射砂造型
造芯
手工制造砂芯过程
型芯的常见形式
砂芯烘干方法
a)用平板烘干 b)砂胎支撑烘干 c)用成型烘干器烘干
装配时的紧固
常用的紧固方法
金属熔炼
• 常用的熔炼设备有电阻坩埚炉、感应炉和 冲天炉。
• 电阻坩埚炉主要用于熔炼铝、铜等有色金 属及其合金；
• 感应炉不但可以熔炼有色金属，也可以进 行钢的熔炼；
3.0
7.86 12.46
4.2
5.4~6.3 12~12.9
0.1
3.3~4.2 6.9~7.8
2）浇注温度 浇注温度主要影响液态收缩。 浇注温度升高，液态收缩增加，则总收缩量增加
3）铸件结构及铸件条件 铸件的收缩是受阻收缩。
2、收缩对铸件质量的影响 1）铸件的缩孔和缩松（图
３－５）
防止缩孔和缩松基本方法： 采用“顺序凝固原则”图
a)顶箱起模
b)落模起模
机器造型的起模方法
１）压实造型 是利用压头的压力将砂箱内 的型砂紧实
a)填满型砂 b)刮去多余型砂 c)紧实 图2 紧实率测定法示意图
２）震击造型 是利用震动和撞击力对型砂紧实 （图３－１０）
a)填砂 b)振击紧砂 c)辅助压实d)起模 震压造型机的工作过程
３） 抛砂造型 图3-11为 抛砂机工 作原理图
h皮老虎a造下砂型b造上砂型c开外浇口扎气孔d起出模样e合型f带浇口铸件图5齿轮坯整模两箱造型过程a铸件图b模样c造下型d造下型e铸型图6分模造型过程a零件b铸件c模样d造下砂型e取出模样主体f取出活块图9活块造型过程a木模样b造下砂型c在下砂型上割分型面d造上砂型e开箱起模f合型图7挖砂造型过程a端盖模样放在假箱上b在假箱上造下砂型图8假箱造型过程a槽轮零件b造下砂型修活砂块c造上砂型d移活砂块并起模e铸型图10实物造型过程示意图a带轮铸件b刮板c刮制下型d刮制上型e合型图11带轮铸件的刮板造型过程a铸件b模样c造下型d造中型e造上型f合型图12槽轮铸件的三箱造型a无箱盖地坑造型b有箱盖地坑造型图113地坑造型按紧实方式不同机器造型分为压实造型震击造型抛砂造型和射砂造型a顶箱起模b落模起模机器造型的起模方法1压实造型的型砂紧实是利用压头的压力将砂箱内a填满型砂b刮去多余型砂c紧实图2紧实率测定法示意图2震击造型是利用震动和撞击力对型砂紧实图310a填砂b振击紧砂c辅助压实d起模震压造型机的工作过程3抛砂造型图311为抛砂机工抛砂机工作原理图4射砂造型造芯手工制造砂芯过程型芯的常见形式砂芯烘干方法a用平板烘干b砂胎支撑烘干c用成型烘干器烘干装配时的紧固常用的紧固方法金属熔炼?常用的熔炼设备有电阻坩埚炉感应炉和冲天炉
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金属型铸造主要工艺过程包括：
1）预热 金属型预热温度主要通过试验来确定，一般不低于 150℃。
2）喷涂料 金属型表面应喷一层耐火涂料（厚度为0.30.4mm），以保护型壁表面，免受金属液的直接冲蚀和 热击。
铸造工艺图，铸件（毛坯）图、铸型装配 图（合箱图）、工艺卡及操作工艺规程。
• 广义地讲，铸造工艺装备的设计也属于铸 造工艺设计的内容，例如模样图、芯盒图、 砂箱图、压铁图、专用量具图和样板图、 组合下芯夹具图等。
铸造工艺包括绘制 零件铸造工艺图， 制造模样和芯盒， 造型、造芯，下芯， 合型，浇注，落砂， 清理和质量检验等 全过程。
1、金属液的流动性 流动性是指金属液本身的流动能力，是金
属的固有性质，主要取决于金属的结晶特性 和物理性质。
金属的流动性越好，充型能力越强。
衡量金属流动性—螺旋型
表：常用铸造金属的 流动性，其中灰铸铁 和硅黄铜最好，而铸 钢最差。
2、浇注条件：提高浇注温度，可使液态金属 粘度下降，流速加快，还能使铸型温度升高， 使散热速度变慢，从而大大提高金属液的充型 能力。 3、铸型条件：铸型中凡能增加金属液流动阻 力、降低流动速度和加快冷却速度的因素，均 能降低充型能力。为改善铸型的充填条件，在 设计铸件时必须保证其壁厚不小于规定的“最 小壁厚”（表1），在铸造工艺上也应采取相 应措施。
• 选择浇注位置主要考虑以 下原则：
1）重要的面应处于型腔的 底面或侧面。如车床床身 铸件在浇注时，应使其导 轨面处于铸型的下方。
2）铸件的薄壁部分应置于 铸型的下部或侧面，以保 证金属液能顺利充满这一 部分。
3）铸件的厚实部分应放在 上部或侧面，以便 下。