第二章 铸造工艺基础知识(2013.3)

例如，近年来，由于精密铸造迅速发展，铸件的 表面质量最高达IT11，表面粗糙度可达Ra0.2um。成 为少无切削加工的重要方法之一。
第二章 铸造工艺基础知识
§2.1 铸造的基本概念 §2.2 砂型铸造
§2.3 常用铸造合金
§2.4 铸件结构工艺性
§2.5 特种铸造
§2.2 砂型铸造

砂型铸造： 用型砂紧实成型的铸造方法。

工艺参数的选择
铸造工艺参数：是与铸造工艺过程有关的某些
工艺数据，包括收缩率、加工余量、拔模斜度 、铸造圆角、芯头芯座等。
影响：直接影响模样、芯盒的尺寸和结构，选
择不当会影响铸件的精度、生产率和成本。
工艺参数选择
加工余量：
——在铸件表面上留出的准备切削去的金属 层厚度。
影响因素：
1. 铸件尺寸及形状误差的大小；
浇注位臵选择： 分型面选择：
保证质量、 简化造型工艺
砂型铸造

工艺参数确定：加工余量、起模斜度、 铸造圆角、型芯头、收缩量
第二章 铸造工艺基础知识
§2.1 铸造的基本概念 §2.2 砂型铸造
§2.3 常用铸造合金
§2.4 铸件结构工艺性
§2.5 特种铸造
§2.3 常用铸造合金

铸造用的金属材料绝大多数为合金。铸造 合金除了应具有所需的力学性能和物理、 化学性能外，还必须考虑其铸造性能。 合金的铸造性能:指合金在铸造中所表现 的工艺性能。它是保证铸件质量的重要因 素。 合金的铸造性能：包括流动性、收缩性、 氧化性、吸气性和偏析性等。
挖砂造型
三箱造型
活块造型
特点：适用于单件小批量生产
手工造型方法
假箱造型
特点：适用于单件小批量生产
手工造型方法
整模造型动画
手工造型方法
三箱造型动画
手工造型方法
假箱造型动画
手工造型方法
挖砂造型
手工造型方法
活块造型
手工造型方法
刮板造型
砂型铸造
机器造型： ——用机器全部或至少完成紧砂操作的造型。
优点——

可以铸出内腔、外形很复杂的毛坯。如汽缸体、涡 轮叶片、床身等； 工艺灵活性大。几乎各种合金、各种尺寸、形状、 重量和数量的铸件都能生产；


成本较低。原材料来源广泛，价格低廉，应用十分 广泛；
基本概念
特征：
优点——
基本概念
特征：
缺点——

铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩 松、气孔等缺陷； 铸件的机械性能、力学性能较低；
冷隔:没完整融合缝隙或凹坑, 机械性能下降;
冷 隔
化学成分 铸造工艺条件
合金的流动性
形成薄壁复杂的铸件 改善金属 的流动性
有利于
排除内部夹杂物和气体
加快凝固中液体的补缩
金属流动性 测试实验
合金的流动性
影响流动性的因素 化学成分
1）纯金属流动性好:一定温度下以逐层凝固方式 结晶,凝固层表面平滑,对液流阻力小； 2）共晶成分流动性好:恒温凝固,固体层表面光 滑,且熔点低,凝固晚，流动性最好；
上 下
5.应尽量减少型芯的数量，且便于型芯的安放、 固定、排气及合型;
§2.2 砂型铸造

铸件浇注位臵和分型面的选择 分型面
——两半铸型相互接触的表面。
选择原则：质量、简化造型工艺
1.分型面尽量采用平面，避免挖砂造型，提高 生产率；
水平分型面----便于造型 操作，适宜批量生产
分型面的选择原则
2. 铸造方法、合金性质等因素；
如：手工造型的加工余量大于机器造型；铸钢 件的加工余量大于铸铁件、有色金属加工余 量较小；铸件越大、越复杂，加工余量越大； 铸型的顶面要比底面和侧面的加工余量大等 等。
工艺参数选择
2
工艺参数选择
加工余量： 铸孔与铸槽： 铸件上的孔和槽类这部分结构是否铸出，取决于 工艺的可行性和必要性。 最小铸出孔直径 生产批量 灰口铸铁件 铸钢件 大量生产 12～15 30～50 成批生产 15～30 50 单件、小批生产 30～50 注意：零件图上没有加工要求的孔必须铸出。 因此，设计时必须注意这类孔的尺寸不可太小！ 1）若孔很深，孔径很小，一般不铸出； 2）不加工的特形孔，原则上应铸出； 3）非铁金属铸件上的孔，应尽量铸出。
检 验
铸 件
砂型铸造的工艺过程
造型方法：
1）手工造型：

操作灵活、工装简单、适应性强、应用广泛； 适用于重、大型复杂铸件的生产； 用于单件小批生产；
劳动强度大、生产率低、铸件质量不稳定，对 工人技术水平要求高； 2）机器造型：

生产率高、质量稳定、劳动强度低，对工人技术 水平要求不高； 用于大批大量生产； 设备和工装费用高，只能采用两箱造型；
射压造型：压实力较高，铸件精度高，生产率
高，常用于中、小型铸件的大批量生产；
高压造型：铸件精度高、生产率高，适用于形
状比较复杂的中、小型铸件，多品种、中等批 量以上的生产；
抛砂造型：适用于大型铸件的单件、小批生产
§2.2 砂型铸造

铸件浇注位臵和分型面的选择 浇注位臵
——浇注时铸件在铸型中所处的空间位臵。
选择原则：质量、简化造型工艺 1.铸件的重要加工面和受力面应朝下或位于 侧面;
上 下
浇注位臵选择原则
选择原则
2.应将面积较大的薄壁部位臵于铸型下部，或使其 倾斜位臵;
上 下
3.铸件的大平面应朝下;
浇注位臵选择原则
选择原则
4.对于合金收缩大、壁厚不均匀的铸件，为防止产 生缩孔、缩松的缺陷，应使铸件的厚大部位朝上或 位于分型面附近，以利于安放冒口;
三箱造型
铸件两端截面尺寸比中间大，必须 主要用于手工造型，具两 有两个分型面。 个分型面的铸件的单件、 小批生产。
采用活动砂箱造型，合型后脱出砂 小铸件的生产。 箱。 在地面砂床中造型，不用砂箱或只 用于要求不高的中、大型 用上箱。 铸件的单件、小批生产。
脱箱造型
地坑造型
手工造型方法
整模造型
分模造型
第二章 铸造工艺基础知识
§2.1 铸造的基本概念 §2.2 砂型铸造
§2.3 常用铸造合金
§2.4 铸件结构工艺性
§2.5 特种铸造
§2.1铸造的基本概念

基本概念
铸造(Casting)：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。 特征：
灰铸铁 0.8--1%
铸钢 铝硅合金 锡青铜 L模 1.8--2.2% 0.8--1.2% 1.2--1.4% L件
综合举例分析
下
②
材料：HT200 上
③
上 下
收缩率：1.0 %
下
上
①
综合举例分析
综合举例分析
小结

铸造的基本概念

铸造的优缺点：


铸造方法分类：砂型铸造和特种铸造 造型方法：手工造型和机器造型
选择原则
2.分型面数量尽量少;
来自百度文库
上
②
下
上 中
①
下
三箱改两箱
分型面的选择原则
选择原则 2.分型面数量尽量少;
分型面的选择原则
选择原则
增加外芯
上 下
3.尽量使铸件重要加
工面或大部分加工 面、加工基准面放
在同一砂型内，减
少错型、飞翅毛 刺，提高铸件精度; 4.尽量减少型芯和 活块的数量;
§2.2 砂型铸造
挖砂造型
假箱造型
活块造型
对铸件上妨碍起模的小部分做成活 用于妨碍起模部分的铸件 动部分，起模时先取出主体部分， 的单件、小批生产。 再取出活动部分。
续表：常用手工造型方法的特点及应用
造型方法
主要特点
适用范围
刮板造型 用刮板代替模样造型。节约木材， 用于等截面或回转体大中 缩短生产周期，生产率低，技术水 型铸件的单件、小批生产。 平高，精度较差。 两箱造型 最基本的造型方法。各种 铸型由上型和下型构成，各类模样， 铸型，各种批量。 操作方便
模样沿最大截面分为两半，型腔位 最大截面在中部，一般为 对称性铸件，如套、管、 于上、下两个砂箱，造型简便。 阀类零件单件、小批生产。 模样为整体，但分型面不是平面， 分型面不是平面的铸件的 造型时手工挖去阻碍取模的型砂， 单件、小批生产。 生产率低，技术水平高。 为省却挖砂操作，在造型前特制一 分型面不是平面的铸件的 个底胎，然后在底胎上造下箱；底 成批生产。 胎可多次使用，不参与浇注。
工艺参数选择
收缩量
——由于合金在凝固时存在着收缩，铸件冷却后尺 寸比型腔略小，为补偿收缩，模样比铸件图样尺 寸增大的数值。
取值：与铸件尺寸大小、结构、壁厚，铸造合金的
线收缩率及收缩时受阻碍情况有关。常以铸件线收 缩率表示。即
铸造收缩率K＝ L 模－ L 件 L件 ×100% 模样尺寸 铸件尺寸

砂型铸造的工艺过程
选择依据：
造型是砂型铸造最基本的工序，造型方法 的选择是否合理，对铸件质量和成本有着重要 的影响。

生产批量的大小；


生产率的要求；
铸件的复杂程度； 工厂的设备条件；
表： 常用手工造型方法的特点及应用 造型方法 主要特点 适用范围
整体模，平面分型面，型腔在一个 最大截面位于一端并为平 整模造型 砂箱内；造型简单，铸件精度表面 面的简单铸件的单件、小 质量较好。 批生产。 分模造型
工艺参数选择
起模斜度：
——为了顺利起模而不致损坏砂型和砂芯，在
模样或芯盒的起模方向上带有一定的斜度，这个 斜度称为起模斜度。
上 下
1.模样越高，斜度取值越小；
2.内壁斜度比外壁斜度大；
3.手工造型比机器造型斜度大； 铸件外壁斜度一般可取：0.5°~ 4° 若铸件本身没有足够的结构斜度，就要在铸造工 艺设计时给出铸件的起模斜度。
升 起
进气
机器造型（造芯）基本原理 落 下 排气
撞 击
机器造型（造芯）基本原理 压 实
震击气 缸升起
机器造型（造芯）基本原理
抬起
机器造型（造芯）基本原理
2)高压造型
——一般指压实比压超过0.7 MPa的机器造型，压实机构 以液压为动力。 加砂可采用重力填砂方式，但更多的是用射砂或真空 填砂方式进行充填及预紧实。重力填砂时通常配备多触头 或成形压头，而射砂或真空填砂时 则常配备平板压头。


铸造工序多，难以精确控制，使得铸件质量不够 稳定；
劳动条件较差，劳动强度较大;

基本概念
分类：

砂型铸造：成本低，适应性强，因此是应用最广、 最基本的铸造方法。
特种铸造：如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、 消失模铸造、低压铸造和离心铸造等。

发展：
现在对铸造的质量、成本、自动化要求的提高， 使得铸造向着精密化、大型化、高质量、自动化和清 洁化的方向发展。

特点：

生产效率高，劳动条件好； 砂型质量好（紧实度高而均匀，型腔轮廓清晰 ，铸件质量也好)； 设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长， 适于中小铸件的成批或大量生产。 1）震压造型 3）高压造型 2）射压造型 4）抛砂造型


分类：
机器造型（造芯）基本原理
1)震压造型
填 砂
顶杆起 模式震 压造型 机工作 过程：
机器造型（造芯）基本原理
3)射压造型
——利用压缩空气骤然膨胀将型砂射入砂箱进行填砂 和预紧实，再进行补充压实活塞将砂型紧实。
4)抛砂造型
——利用高速旋转的叶片将型砂高速抛下来紧实砂型。 P11 图2-4
机器造型
各造型方法的特点与应用：
震压造型：压实力小，型砂紧实度不高，生产
率较低，用于中小型铸件生产；


§2.3 常用铸造合金
合金的铸造性能
1、合金的流动性
——液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状正确 的优质铸件的能力，叫做液态合金的流动性，又 称“充型能力”。
流动性不好时，铸件易产生：
浇不足: 不能得到完整的零件; 气孔、夹杂、缩孔、热裂等缺陷;
影响流动性的因素：
浇 不 足
工艺参数选择
铸造圆角：
——为了防止铸件在壁的连接和拐角处产生应
力和裂纹，防止铸型的尖角损坏和产生砂眼， 铸件壁的连接和拐角部分应设计成圆角。 圆角半径一般 约为相交两壁 平均厚度的 1/3～1/2
工艺参数选择
型芯头：
——是型芯的重要组成部分，保证型芯在铸
型中的定位、固定和排气。 芯头可分为垂直芯头和水平芯头两种形式。

型砂来源广泛，价格低廉，砂型铸造方法适 应性强，因而是目前生产中用得最多、最基 本的铸造方法。
砂型铸造
造型材料： ——型砂、芯砂、原材料
§2.2 砂型铸造

砂型铸造的工艺过程
制造模型 配制型砂
砂 型
零 件 图
铸 造 工 艺 图
落 浇注 合 冷却 砂 、 熔化 箱 凝固 清 理 制造型芯盒 配制型芯砂 型 芯
——以上两种不存在固液两相并存的凝固区。
3）非共晶成分流动性差: 结晶在一定温度范围 内逐步进行,即存在液固两相区。初生的树枝 状晶阻碍液流；
合金的流动性
影响流动性的因素 化学成分
固液 液相 固液
过 共 晶
灰铸铁、硅黄铜 铝合金 铸钢