特种铸造
3 特种铸造
表2-9 浇注过程各阶段参数的变化
加压过程的各个阶段
参 数 O－A 升液阶段 A－B 充型阶段 B－C 增压阶段 C－D 保压阶段 D－E 卸压阶段
时间τ /s 压力p/MPa
速度v /MPa/s
τ
1
τ
2
τ
3
τ
4
τ 0
5
p1=H1ρ μ
p2=H2ρ μ
p3（根据工艺）
p4（根据工艺）
－
v1
p1
表2-10 低压铸造应用范围举例
应用的合金 应用的铸型 应用的产品 铝合金、铜合金、铸铁、球铁、铸钢 砂型、金属型、壳型、石膏型、石墨型 汽车、拖拉机、船舶、摩托车、汽油机、机车车辆、医疗机械、仪表等
应用的零件 举例
铝合金铸件：消毒缸、曲轴箱壳、气缸盖、活塞、飞轮、轮毂、座架、气缸体、叶轮等 铜合金铸件：螺旋浆、轴瓦、铜套、铜泵体等 铸铁件：柴油机缸套、球铁曲轴等 铸钢件：曲拐
2、工艺措施
表面喷刷涂料。 预热。预热温度200-350C。 及时开型。
3.特点
（1）优点： 可“一型多铸”，便于实现机械化和自动化生产， 可大大提高生产率； 铸件精度(IT16~12，CT6)和表面质量 (Ra12.5~6.3mm),比砂型铸造显著提高； 冷却速度快，铸件晶粒较细，力学性能提高。 劳动条件显著改善。 （2）缺点： 成本高，周期长； 易出现浇不足、冷隔、裂纹等缺陷； 铸件的形状、尺寸有一定的限制。尺寸限制在 300mm，重量8kg以下。
2 特点
（1）优点 1. 补缩条件好，铸件组织致密，力学性能好； 2. 可省去型芯浇注冒口。 （2）缺点 1. 对铸件形状有特殊要求； 2. 易形成密度偏析； 3. 铸件内孔表面较粗糙，聚有熔渣，其尺寸不易 正确控制； 4. 不适于小批量。
铸造工程-特种铸造
7.1 特种铸造的特点 7.2 熔模精密铸造 7.3 消失模铸造 7.4 金属型铸造 7.5 压力铸造 7.6 低压铸造 7.7 其他特种铸造方法
第7章 特种铸造
除了砂型铸造以外的所有铸造方法统称为特种铸造(Speci al Casting Process)方法。常用的特种铸造方法有熔模精 密铸造、石膏型精密铸造、陶瓷型精密铸造、消失模 铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、差压铸造、 真空吸铸、挤压铸造、离心铸造、连续铸造、半固态 铸造、壳型铸造、石墨型铸造、电渣熔铸等。特种铸 造方法已得到日益广泛的应用，其中有些方法，如近 终成形铸造（Net Shape Casting），近年来发展的速度 极快。
高岭石在加热过程中有一系列物理化学变化：脱水、分 解、化合、重结晶、晶体长大等过程，最后生成莫来 石相。这一系列物理化学反应使高岭石体积发生收缩 ，一般在2%~8%之间波动。因为高岭石生料所制型壳 在焙烧和浇注过程中会发生以上物理和化学反应，使 型壳体积不断发生变化，造成型壳开裂，强度大幅度 下降，无法生产出高精度的铸件来，因此，一般不使 用它作为型壳。
4）锆砂
锆砂又称硅酸锆，是天然存在的矿物材料，其分子式为Z rO2·SiO2或ZrSiO4。主要是酸性火成岩风化后，其母岩 中锆英石随石英、铝矾土、独居石、钛铁矿、金红石 、石榴石等冲至河床或海岸上形成的沉积矿床。由于 锆砂是一种未经深度加工的天然矿产材料，所以其化 学成分和纯度首先取决于矿源和选矿处理。
（3）高岭石类熟料
高岭石类熟料是将高岭石生料经高温煅烧，完成上述物 理化学反应，再经破碎而成的。其主要相组织为莫来 石和玻璃相或有少量的方石英。相组织与原材料中的A l2O3含量、锻烧工艺等有关。
高岭石熟料是一种性能良好、适用于熔模铸造型壳背层 的耐火材料，在国内外应用广泛。高岭石熟料耐火度 不小于1750℃，呈弱酸性，密度2.4~2.6g/cm3，热膨胀 系数5×10-6℃-1。
特 种 铸 造
二、金属型铸造
金属型铸造是指将液态 金属浇入金属铸型中获得铸 件的工艺。金属铸型有多种 形式，如垂直分型式、水平 分型式和复合型式等，其中 垂直分型式使用方便，应用 最广。
1，2—左右半型；3—底型；4，5，6—分块 金属砂芯；7，8—销孔金属砂芯
图6-23 铸造铝活塞的金属铸型
与砂型铸造相比，金属型铸造具有以下特点。
室；7—压射活塞；8—铸件
图6-24 卧式冷挤压铸机的工作过程示意图
与砂型铸造相比，压力铸造具有以下特点。
（1）铸件的表面质量和尺寸精度高，一般可以不经机械加工而直接 使用。
（2）铸件的强度和硬度较高。 （3）可以压铸形状复杂的薄壁铸件。 （4）压铸件中可嵌铸其他材料，如钢、铸铁、铜合金、钻石等，可 以节省贵重材料和机械加工工时。 （5）压力铸造的生产效率较高，但压铸设备成本高、生产周期长。 （6）压铸件容易产生气孔，不宜进行大余量的切削加工和热处理。
四、低压铸造
低压铸造是指液态金属在较低的压力（一般0.02～0.06 MPa）下， 自下而上地充填型腔并凝固而获得铸件的工艺。
1—铸型；2—密封盖；3—坩埚；4—金属液；5—升液管 图6-25 低压铸造的工艺过程
与砂型铸造相比，低压铸造具有以下特点。
（1）适应性强。由于浇注及凝固时的压力可以人为控制，所以适用 于金属型、砂型、树脂壳型、熔模壳型等铸型。
（1）实现了“一型多铸”。 （2）铸件的精度与表面粗糙度有所改善。 （3）铸件的力学性能高。 （4）金属型铸造的局限性。
三、压力铸造
压力铸造是指液态金属在高压作用下快速充填金属型腔，并在压力下 凝固成铸件的铸造工艺。压力铸造的两大特点是高压和高速充型。
（a）
（b）
（c）
什么是特种铸造
1、什么是特种铸造？特种铸造的的方法有哪些？任举一例说明与砂型铸造的区别。
是指生产特种铸造件的铸造方法，主要用于特种行业需要的半成品。
常用的特种铸造方法有熔模精密铸造、石膏型精密铸造、陶瓷型精密铸造、消失模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、差压铸造、真空吸铸、挤压铸造、离心铸造、连续铸造、半连续铸造、壳型铸造、石墨型铸造、电渣熔铸等特种铸造砂型铸造尺寸精度不高，表面粗糙，生产率低，质量不稳定，劳动强度大等。
2、何谓焊接热影响区？它由几部分组成？性能最差的是哪些区域？焊接时热影响区处于AC3以上的区域，由于这类钢的淬硬倾向较大，故焊后得到淬火组织（马氏体）。
在靠近焊缝附近（相当于低碳钢的过热区），由于晶粒严重长大，故得到粗大的马氏体，而相当于正火区的部位得到细小的马氏体。
低碳钢和不易淬火钢（1）熔合区（2）过热区（1100℃以上）（3）相变重结晶区（正火区）（850~1100℃）（4）不完全重结晶区(部分相变区)（700~850℃)易淬火钢（1）完全淬火区（2）不完全淬火区）3、试述零件表面加工方案的选择依据。
按经济精度根据材料的切削性根据产量各种方法组合选用按企业实际选方法循序渐进分段加工4、列举出三种空的加工方法，并简述这些方法的工艺特点。
钻孔它是用钻床进行加工的，工艺过程包括：确定孔位置、样冲做标记、在钻床上装夹、根据要求选钻头。
扩孔就是在前面的工艺基础上增加了一定的孔径，但是扩孔要比钻孔的孔壁表面度好。
铰孔的作用在于使孔的精度与光洁度垂直度达到生产要求，工艺过程也是在前面的基础之上的。
它们之间有先后，麻花钻先加工出孔，然后再视其要求选择其它工具，再加工扩孔，铰孔。
但是它们的精度要求也是不同的，要求是越来越高。
5、什么是特种加工？他与传统的切削加工相比有何特点？常用的加工方法有哪些？不用常规的车刨铣钻机床加工，常用的有电火花机，线切割，激光焊等。
工具材料的硬度可以大大低于工件材料的硬度。
特种铸造 铸造方法
特种铸造铸造方法特种铸造是指在金属浇注过程中利用特殊工艺形成的表面凹凸、结构复杂的铸件，具有耐磨、耐腐蚀、耐冲击等优良性能。
一般情况下，特种铸造的材料有铸铁、铜、铝、钢等，常用的铸造方法包括压铸、强力铸造、低压铸造、柔性铸造、涡轮铸造、砂型铸造和精密铸造等。
一、压力铸造压力铸造是一种常用的特殊铸造方法，它主要利用压力将浇注液压入模具内，形成所需图案或形状的铸件。
常用的压力铸造方式有液压铸造、气动铸造和拉铸造。
此外，还可以通过改变模具中的浇注液压入的温度和压力，从而改变铸件的形状。
1、液压铸造液压铸造是利用液压系统，将浇注液压入模具的特种铸造方法。
该方法可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，同时还能够生产出复杂的形状、结构和多孔铸件。
2、气动铸造气动铸造是利用气动控制系统，将浇注液压入模具的特种铸造方法。
该方法可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，也可以生产出复杂的形状。
3、拉铸造拉铸造是利用拉力，将浇注液压入模具的特种铸造方法。
该方法可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，同时还可以生产出复杂的形状、结构和多孔铸件。
二、强力铸造强力铸造是一种常用的特种铸造方法，它利用液压系统将浇注液以高速的速度压入模具，形成所需图案或形状的铸件。
强力铸造可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，同时还能够生产出复杂的形状、结构和多孔铸件。
三、低压铸造低压铸造是一种常用的特种铸造方法，它利用液压系统将浇注液以低速的速度压入模具，形成所需图案或形状的铸件。
低压铸造可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，同时还可以生产出复杂的形状、结构和多孔铸件。
四、柔性铸造柔性铸造是一种常用的特种铸造方法，它利用液压系统将浇注液以微小的压力和速度压入模具，形成所需图案或形状的铸件。
柔性铸造可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，同时还可以生产出复杂的形状、结构和多孔铸件。
五、涡轮铸造涡轮铸造是一种常用的特种铸造方法，它利用涡轮驱动系统将浇注液以高速的速度压入模具，形成所需图案或形状的铸件。
特种铸造
3、压力铸造
• 压力铸造使用的设备是压铸机，由动型、 定型以及压室等组成。可移动的压铸型部 分叫动型。安装在压铸机固定板上且固定 不动的压铸型部分叫定型，其中有浇注系 统与压室相通。压铸型用耐热的合金工具 钢制成，加工质量要求很高，需经严格的 热处理。 （铸造过程）
特点及应用范围
（1）压铸件尺寸精度高，表面质量好，一般不需机 加工即可直接使用。 （2）压力铸造在快速、高压在成型，可压铸出形状 复杂、轮廓清晰的薄壁精密铸件，铝合金铸件最 小壁可达0.5mm，最小壁孔径直径为0.7mm。 （3）铸件组织致密，力学性能好，其强度比沙型铸 件提高25%~40%。 （4）生产率高，劳动条件好。 （5）设备投资大，铸型制造费用高，周期长。
概念：
• 特种铸造是指与砂型铸造不同的其它铸造 方法。 • 常用的特种铸造方法有熔模铸造、金属型 铸造、压力铸造、离心铸造等。
1、熔模铸造
• 熔模铸造是用易熔材料制成模样，然后用 造型材料将其表面包覆，经过硬化后再将 模样熔去，从而制成无分型面的铸型壳， 最后经浇注而获得铸件的方法。 • 由于熔模广泛采用蜡质材料来制造，所以 熔模离心铸造是将液体金属浇入高速旋转的铸 型中，使其在离心力作用下凝固成形的铸 造方法。 • 铸造过程
特点及应用范围：
• （1）铸件在离心力作用下结晶，组织致密，无缩 孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好。 • （2）铸造圆形中空铸件时，可省去型芯和浇注系 统，简化了工艺，节约了金属。 • （3）便于制造双金属铸件，如钢套镶铸铜衬。 • （4）离心铸造内表面粗糙，尺寸不易控制，需要 加大加工余量来保证铸件质量，且不适宜易偏析 的合金。
• 熔模铸造的工艺过程：
• 压型 注蜡 • 蜡模组 • 脱蜡、焙烧 • 完成
特种铸造
第 8 页 special casting
金属型铸造的不足：
制作金属型的成本高，周期长； 铸造工艺要求较严格。否则容易出现
浇不足、冷隔、裂纹、气孔等缺陷；
铸铁件容易产生白口；
第 9 页 special casting
金属型铸造的用途：
大批量生产有色金属铸件
第 10 页 special casting
第 2 页 special casting
1. 熔模铸造
expendable pattern process 用易熔材料制成模型，然后用造型材 料将其包住，经过硬化后，再将模型加热 熔化、排出型外，从而获得无分型面的铸 型，浇铸后获得铸件的方法。
由于易熔材料主要成分是石蜡，因此，
熔模铸造又称为失蜡铸造（lost-wax molding)。
离心铸造的优、缺点：
铸出的内孔不准确，内表面粗糙； 图片 需要较多的设备投资，故不适宜单件小 批生产；
第 19 页 special casting
6. 挤压铸造
将定量金属液浇入铸型型腔内并施加较大的机械压 力，使其凝固、成形的工艺方法。 示例1 示例2 示例3
第 20 页 special casting
permanent mold casting 将液态金属浇入金属铸型中以获得铸 件的工艺过程。 金属铸型的特点：
广泛采用垂直分型； 型芯常作成组合式，便于抽出； 示例
第 7 页 special casting
录像
金属型铸造的优点：
铸型可以多次浇注，提高了生产率； 金属型冷速高，铸件结晶细密，提高机械 性能； 造型不用砂，改善劳动条件； 铸件尺寸精度提高，表面光洁；
22第八章特种铸造
常见的压铸件
五、低压铸造 Low pressure Die Casting
低压铸造是采用较压力铸造低的压力（一般为0.020.06 Mpa），将金属液从铸型的底部压入，并在压 力下凝固获得铸件的方法。
低压铸造的特点及应用： 1、浇注及凝固时的压力容易调整、适应性强，可用于 各种铸型、各种合金及各种尺寸的铸件。 2、底注式浇注充型平稳，减少了金属液的飞溅和对铸 型的冲刷，可避免气孔缺陷。 3、铸件在压力下充型和凝固，其浇口能提供金属液来 补缩，因此铸件轮廓清晰，组织致密。 4、低压铸造的金属利用率高，约90%以上。 5、设备简单，劳动条件较好，易于机械化和自动化。
▪ 结构与工艺之间的关系，通常称为“结构工 艺性”。
一、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
(1) 、铸件应有合理的壁厚
每一种铸造合金都有其适宜的铸件壁 厚范围，铸件壁厚过大或过 小都会对 铸件产生不良影响。若选定合金的适 宜壁厚不能满足零 件力学性能的要求， 则应改选高强度的材料或选择合理的 截面形状以及增设加强肋等措施。
一、熔模铸造 Investment Casting
定义：在易熔材 1．熔模（失蜡）铸造的工艺过程 料（如蜡料）制 成的模样上包覆 若干层耐火涂料， 待其干燥硬化后 熔出模样而制成 型壳，型壳经高 温培烧后即可浇 注的铸造方法。
特点 （1）可生产形状复杂、轮廓清晰、薄壁铸件。
（2）铸件精度高，表面质量好。 （3）能够铸造各种合金铸件。
▪ ( 2) 铸件壁厚应力求均匀 所谓壁厚均匀，是指铸件的各部 分具有冷却速度相近的壁。铸件 的内壁厚度应略小于外壁厚度。
特种铸造
或暗灰色粗晶粒，则球化不良或未球化。随白口宽度
增大σb上升，δ下降。浇温越高三角试块内陷越大。
观察金相组织及并测试力学性能验证。
• 思考题： • • • • • 1. 铸造的实质是什么，具有哪些优缺点，适 用范围如何? 2. 合金铸造性能的衡量指标和易生铸造缺陷? 3. 如何划分和改变铸件的凝固方式? 4．简述砂型铸造的基本工艺过程。 5. 什么是特种铸造，与砂型铸造相比有何特 点？
• • • • • • 带有抽气箱的模具上有透气孔直接与抽气室相连； 用0.10～0.20mm EVA 塑料薄膜在烘膜器加热软化； 模具真空使软化的塑料薄膜紧密贴覆； 将负压砂箱放置在模具上； 砂箱充干砂，震动紧实； 砂型顶覆层密封薄膜，将浇口盆与上型直浇道相连，下型只 需要在覆膜前将砂子刮平； • 对砂箱抽真空，使干砂得到紧实，同时释放模具抽气室的真 空，并通入压缩空气反吹，将砂型与模具分开; • 同样方法，生产下型。将上型与下型合型，准备浇注； • 浇注过程中继续对砂型抽真空。铸件冷却后，去除真空，铸 件直接落下，干砂可再生循环使用。
第四节 几种常用金属材料的铸造法制备技术 • 铸造技术是现在工业生产中最常用和最重
要的金属合金铸锭和铸件的制备方法，下面通
过几种重要的金属结构材料的制备进一步了解
材料的铸造法制备过程及工艺。
• 一．铸造铝合金ZL 104的制备
• ZL104为可热处理强化的铝-硅-镁系铸造 铝合金。具优良铸造工艺性能和气密性，强度 高。但有形成针孔倾向，熔炼工艺较复杂。适 砂型或金属型铸造复杂薄壁件，也可压力铸造，
振动法、金相法和热分析法等，这些方法虽然
在理论上具有一定的先进性，但都不如传统的
第五节 特种铸造
尺寸精度高、表面光洁，但工序繁多 劳动强度大
陶瓷型铸造
铸钢及铸铁
几公斤～ 几百公斤
很好
较复杂
昂贵 模具和精密铸件
尺寸精度高、表面光洁，但生产率
石膏型铸造
铝、镁、锌 合金
几十克～ 几十公斤
很好
较复杂
高 单件到小批量
低压铸造
有色合金
几十克～ 几十公斤
好
复杂（可 用砂芯）
金属模的制 作费用高
小批量，最好是大批量的大、中型 有色合金铸件， 可生产薄壁铸件
3、金属型铸造的特点和适用范围 特点：
1）铸型能反复使用，可一型多铸； 2）冷却快，组织致密,机械性能高 ； 3）尺寸精度和表面质量高； 4）生产率高，劳动条件好 。 5）铸型制造成本高，周期长； 6）透气性差，无退让性，铸件易产生浇不足、冷隔、 裂纹等缺陷；
7）铸造合金的熔点不能太高，质量不能太大。 应用：
主要用于有色金属铸件的大批量生产。 如：铝活塞、气缸盖、油泵壳体、铜瓦等。
三、压力铸造（简称压铸）
在高压下(5~500MPa)快速(浇口速度达30~60m/s， 0.001~0.2s )将液态或半液态合金压入金属铸型中, 并在压力下结晶，以获得铸件的方法。
专用设备:压铸机，专用压型—压型 1 . 压力铸造工艺：预热金属铸型，喷涂料；合型， 注入金属液；压射冲头在高压下推动金属液充满型 腔并凝固；打开铸型，顶杆顶出铸件。
（3）起模与喷烧：灌浆约十几分钟后，在浆料尚有 一定弹性时起出模型，然后用明火喷烧整个型腔以加 速固化。
（4）焙烧与合箱：浇注前陶瓷型要加热到350～ 550℃焙烧几个小时，去除残留在陶瓷型中的乙醇及 水分，并进一步提高铸型强度。
（5）浇注与凝固 浇注时，温度要略高，冷却凝固 后获得成形好的铸件。
特种铸造
第五节特种铸造特种铸造是指与砂型铸造不同的其它铸造方法。
可列入特种铸造的方法有近二十种，常用的有金属型铸造、压力铸造、低压铸造、熔模铸造、离心铸造、陶瓷型铸造、消失模铸造等。
特种铸造在提高铸件精度和表面质量、提高生产率、改善劳动条件等方面具有独特的优点。
一、金属型铸造【金属型铸造】是指在重力的作用下将液态金属浇入金属型中获得铸件的方法。
金属型可连续使用几千次至数万次，所以也称“永久型”。
1．金属型的材料与结构金属型常采用铸铁或铸钢制造，按分型面不同，金属型有整体式、垂直分型式、水平分型式等。
下图为垂直分型式金属型的结构。
由底座、定型、动型等部分组成，浇注系统在垂直的分型面上，为改善金属型的通气性，在分型面处开有 0.2mm~0.4mm深的通气槽。
移动动型、合上铸型后进行浇注，铸件凝固后移开动型取出铸件。
2．金属型铸造工艺要点由于金属型的导热快、无退让性、无透气性，使铸件易出现冷隔与浇不到、裂纹、气孔等缺陷。
因此金属型铸造必须采取一定的工艺措施：浇注前应将铸型预热，并在内腔喷刷一层厚 0.3mm~0.4mm的涂料，以防出现冷隔与浇不到缺陷，并延长金属型的寿命；铸件凝固后应及时开型、取出铸件，以防铸件开裂或取出铸件困难。
3．金属型铸造的特点及应用范围金属型使用寿命长，可“一型多铸”，提高生产率；铸件的晶粒细小、组织致密，力学性能比砂型铸件高约２５％；铸件的尺寸精度高、表面质量好；铸造车间无粉尘和有害气体的污染，劳动条件改善。
金属型铸造的不足之处是金属型制造周期长、成本高、工艺要求高，且不能生产形状复杂的薄壁铸件，否则易出现浇不足和冷隔等缺陷；受铸型材料的限制，浇注高熔点的铸钢件和铸铁件时，金属型的寿命低。
目前金属型铸造主要用于大批量生产形状简单的铝、铜、镁等非铁金属及合金铸件。
如铝合金活塞、油泵壳体，铜合金轴瓦、轴套等。
二、压力铸造【压力铸造】是指熔融金属在高压下快速压入铸型中，并在压力下凝固的铸造方法，简称“压铸”。
特种铸造
3．压力铸造的应用 压力铸造多用于生产有色金属精密铸件，广泛用于汽车、
拖拉机、仪表、计算机、电器等设备上的中小型铸件。
四、低压铸造
1．定义 将液态金属在低压力（0.02～0.07MPa）作用下，由下而 上压入铸型，并在一定压力下凝固而获得铸件的一种铸造方法。
2．低压铸造的特点 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 浇注和凝固时的压力可调，适合各种合金的铸造； 铸型可以采用金属型、石膏型、石墨型或干、湿砂型； 铸件内部无气孔，可以进行热处理； 铸件轮廓清晰，可制造形状复杂的薄壁铸件； 铸件在压力下结晶，铸件组织致密； 低压铸造是底注式充型，液态合金充型比较平稳，可有效减 少夹杂的产生； ⑦ 低压铸造时，浇口截面尺寸足够大，且开在厚壁处，兼起补缩 作用；由于省去了冒口，使金属利用率提高到90～98%； ⑧ 设备和工艺过程都较简单，容易实现机械化和自动化。
1.6～6.3
3.2～12.5
6.3～12.5
3.2～12.5
100 1.5
C 粗大 C或B D 手工造型： D 机器造型： B
100 0.3
C 粗大 B B
100 0.2
B 粗大 C C
100 0.75
B 粗大 B B
100 0.4
B 细小 B C
100 0.3
C 细小 A A
（2）铸件精度高，表面质量好。 （3）能够铸造各种合金铸件。 （4）生产批量不受限制。 熔模铸造的缺点是工序繁杂，生产周期长，原辅 材料费用比砂型铸造高，生产成本较高，铸件不宜 太大、太长，一般限于45kg以下。
3．熔模铸造的应用
主要用于成批大量生产形状复杂、精度要求高、高熔点 或难以进行机械加工的小型零件，如汽轮机等装置所用的各 种叶片、叶轮、导向器、导风轮以及各种刀具等。涉及航空、 汽车、纺织机械、机床、仪表、电讯等工业部门。
铸造工程学-特种铸造
应用先进的传感器和检测技术对铸造过程进行实 时监控和数据采集，为生产优化和质量控制提供 依据。
大数据与人工智能技术
利用大数据分析和人工智能技术对铸造过程进行 优化和控制，实现精益生产和智能化决策。
05 特种铸造质量控制与检测
质量影响因素分析
原材料质量
特种铸造对原材料的成分、纯净度和 组织结构有严格要求，原材料质量直
热处理设备
对铸件进行退火、正火、淬火等热处理，改善其力学性能和加工 性能。
表面处理设备
采用喷涂、电镀、化学处理等方法对铸件表面进行防护和装饰， 提高其耐腐蚀性和美观度。
自动化与智能化技术应用
1 2 3
自动化生产线
实现铸造生产全过程的自动化，包括熔炼、造型、 浇注、清理等工序，提高生产效率和产品质量稳 定性。
低压铸造
01
02
03
定义
低压铸造是在低压气体作 用下，使液态金属由下而 上地充填型腔并凝固成形 的铸造方法。
工艺流程
合模→升液→充型→增压 →保压→卸压→开模取件 。
特点
铸件组织致密，力学性能 高，可铸造大型复杂薄壁 铸件，适用于铝合金等有 色金属的铸造。
离心铸造
定义
离心铸造是将液态金属浇 入旋转的铸型中，在离心 力作用下充填铸型和凝固 成形的铸造方法。
造型与制芯技术
3D打印技术
01
通过逐层堆积材料的方式构建三维模型，可快速制造出复杂形
状的砂型和芯子。
机器人造型
02
利用机器人进行自动造型，提高生产效率和造型精度。
陶瓷型芯制造技术
03
采用陶瓷材料制造型芯，具有高温稳定性、耐磨损等优点，适
用于高精度铸件生产。
铸造工艺----特种铸造
4、浇注
离心铸造时，浇注工艺有其本身的特点，首先由于铸件 的内表面是自由表面，而铸件厚度的控制全由所浇注液体金 属的数量决定，故离心铸造浇注时，对所浇注金属的定量要 求较高。此外由于浇注是在铸型旋转情况下进行的为了尽可 能地消除金属飞溅的现象，要很好控制金属进入铸型时的方 向。 液体金属的定量有重量法、容积法和定自由表面高度 （液体金属厚度）法等。容积法用一定体积的浇包控制所浇 注液体金属的数量，此法较简便，但受金属的温度，熔渣等 影响，定量不太准确，在生产中用的较多。 为尽可能地消 除浇注时金属的飞溅现象，要控制好液体金属进入铸型时的 流动方向。
缺点 1）铸件易产生比重偏析，因此不适合于合金易产生 比重偏析的铸件(如铅青铜)，尤其不适合于铸造杂质 比重大于金属液的合金，但近年来，也有利用离心铸 造的这个特点来生产梯度复合材料的情况； 2）铸件内孔直径不准确，内孔表面比较粗糙，质量 较差，加工余量大； 3）用于生产异形铸件时有一定的局限性。
•3）模型组合成簇：
是将自行加工好（或外购）的泡塑模型与浇冒口模型组 合粘结在一起，形成模型簇，这种组合有时在涂料前进行， 有时在涂层制备后埋箱造型时进行。是消失模（实型）铸 造不可缺少的一道工序。
• 4）模型涂层：
实型铸造泡塑模型表面必需涂一层一定厚度的涂料， 形成铸型内壳。其涂层的作用是为了提高EPS模型的强度和 刚度，提高模型表面抗型砂冲刷能力，防止加砂过程中模 型表面破损及振动造型及负压定型时模型的变形，确保铸 件的尺寸精度。 外购的消失模铸造专用涂料,在涂料搅拌机内加水搅 拌,使其得到合适的粘度。搅拌后的涂料放入容器内,用浸、 刷、淋和喷的方法将模型组涂覆。一般涂两遍，使涂层厚 度为0.5 ~ 2mm。据铸件合金种类、结构形状及尺寸大小不 同选定。涂层在40~50℃下烘干。
特 种 铸 造
特种铸造
•
为获得高质量、高精度的铸件，提高生产率，人们在砂型铸
造的基础上，创造了多种其它的铸造方法；通常把这些有别于砂型铸
造的其他铸造方法通称为特种铸造。
•
金属型铸造
定义：金属型铸造是指利用金属材料制成铸型，在重力作用下将熔融
金属浇注到铸型中制造铸件的一种铸造方法，也称永久型铸造。
•
特点和应用：
用下充填型腔并凝固成形的铸造方法。
•
特点和应用：
•
1.离心力改善了补缩条件，缩孔等缺陷减少；
•
2.改善金属的流动性，提高了充型能力；
•
3.简化了中空圆柱形铸件的生产过程；
•
4.成分偏析严重，尺寸难以控制；
•
5.特别适于横截面呈圆柱的铸件生产。
•
连续铸造
定义：是指将熔融金属连续不断地浇注到被成为结晶器的特殊容器中，
填型腔并凝固而获得铸件的一种铸造方法。
•
特点和应用：
•
1.充型压力和充型速度易于控制，气孔、夹渣较少；
•
2.铸型散热快，组织致密，机械性能好；
•
3.无需冒口设置，金属利用率高；
•
4.铸件尺寸精度高，表面光洁；
•
5.适于生产质量要求高的铝镁等有色金属铸件。
•
离心铸造
定义：是指将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作
•
特点和应用：
•
1.浇注时间短，易于机细化，耐磨、耐蚀性好；
•
3.铸件尺寸精度高，表面光洁；
•
4.凝固速度快，排气困难，易形成疏松和缩孔；
•
5.模具成本高，铸件尺寸受限；
•
6.适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产。
液态成形(特种铸造)
高压和高速充填铸型是压力铸造的重要特征。
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Ch1 金属液态成形
§3 特种铸造
三、压力铸造
（一）压铸机和压铸工艺过程
压铸机分类：冷压室；热压室
压铸铸型：定型、动型，将定量金属液浇入压室， 柱塞向前推进，金属液经浇道压入压铸模型腔中，经 冷凝后开型，由推杆将铸件推出。冷压室压铸机，可 用于压铸熔点较高的非铁金属，如铜、铝和镁合金等。
二、金属型铸造
§3 特种铸造
2、金属型的铸造工艺措施
金属型导热快，无退让性和透气性，为确保获得 优质铸件和延长金属型使用寿命，工艺措施如下：
（1）加强金属型的排气 设排气孔、通气槽
（2）表面喷刷防粘砂涂料 陪刷耐火材料保护，厚 度0.1-0.5mm
（3）预热金属型 200-300℃
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3．充分利用并合理设计镶嵌件，为使嵌件在铸件中 连接牢靠，应将嵌见镶入铸件的部分制出凹槽、凸 台或滚花等。
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Ch1 金属液态成形
§3 特种铸造
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Ch1 金属液态成形
§3 特种铸造
四、低压铸造
低压铸造是液体金属在较低的压力（0.02 ～ 0.06MPa）作用下由下而上充填型腔、并在压力下凝 固形成铸件的生产方法。
（1）铸件精度高、表面质量好，是少、无切削加工 工艺的重要方法之一，表面粗糙度为Ra12.5～ 1.6μm。如熔模铸造的涡轮发动机叶片，铸件精度 已达到无加工余量的要求。
（2）可制造形状复杂铸件，其最小壁厚可达0.3mm， 最小铸出孔径为0.5mm。对由几个零件组合成的复杂 部件，可用熔模铸造一次铸出。
特种铸造
特种铸造与普通砂型铸造不同的其他铸造方法统称为特种铸造。
如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、挤压铸造、实型铸造等。
一、熔模铸造在易熔模样表面包覆若干层耐火涂料，待其硬化干燥后，将模样熔去后而制成型壳，经浇注而获得铸件的一种方法。
模样材料多为工业石蜡，所以又称失蜡铸造。
1．熔模铸造工艺过程(1) 根据铸件的要求设计和制造压型(制造蜡模的模具)；(2)用压型将易熔材料压制成蜡模；(3)把若干个蜡模焊在一根蜡制的浇注系统上组成蜡模组；(4)将蜡模组浸入水玻璃和石英粉配制的涂料中，取出后撒上石英砂，并放人硬化剂中进行硬化，如此重复数次，直到蜡模表面形成一定厚度的硬化壳；(5) 将带有硬壳的蜡模组放人80～90℃的热水中加热，使蜡熔化后从浇口中流出，形成铸型空腔；(6) 烘干并焙烧(加热到850～950℃)后，在型壳四周填砂，即可浇注；(7) 清理型壳即可得到铸件。
2．熔模铸造的特点及应用范围(1) 铸件精度高，表面质量好。
(2) 可制造形状复杂的铸件。
蜡模可以焊接拼制，模样可熔化流出，故可以铸出形状极为复杂的铸件，铸出孔最小直径为0.5mm，最小壁厚可达0.3mm。
(3) 适用于各种合金铸件。
尤其用于高熔点和难切削合金的铸造，更显示出其优越性。
(4) 生产批量不受限制。
从单件到大批量生产都适用，能实现机械化流水作业。
熔模铸造主要用于生产形状复杂、精度要求高、熔点高和难切削加工的小型零件。
二、金属型铸造金属型铸造是在重力作用下将金属液体浇入金属铸型以获得铸件的方法。
铸型用金属制成，可反复使用，故又称永久型铸造。
1、金属型的构造：金属型的材料一般采用铸铁，铸件内腔可用金属型芯或砂芯得到。
其结构有整体式、水平分型式、垂直分型式、复合分型式等。
2、金属型铸造的工艺特点1）金属型预热：未预热的金属型导热性好，使金属液冷却过快，铸件容易出现冷隔、浇不足、夹杂、气孔等缺陷；铸型受到强烈的热冲击，热应力倍增，极易损坏。
常用的特种铸造方法
常用的特种铸造方法常用的特种铸造方法有很多种，以下是其中几种比较常见和广泛应用的特种铸造方法。
1. 砂模铸造：砂模铸造是最常见和传统的铸造方法之一。
它利用砂模作为铸型，通过将熔融金属浇铸到砂模中，待金属凝固后取出，最终得到所需的铸件。
砂模铸造方法简单、成本低，并且适用于各种金属和合金的铸造，因此广泛应用于铸造行业。
2. 熔模铸造：熔模铸造是一种高精度的铸造方法，用于生产复杂形状和高品质的铸件。
它使用可熔的模具材料制作出铸型，将熔融金属浇铸到模型中，待金属凝固后融化模型材料，最终得到形状精确的铸件。
熔模铸造方法适用于生产涡轮叶片、发动机缸体等高温、高压零件。
3. 高压铸造：高压铸造也被称为压力铸造或压铸，是一种常用的特种铸造方法。
它利用高压将熔融金属迫使进入金属模具中，待金属凝固后取出铸件。
高压铸造方法适用于生产复杂形状和高精度的铸件，广泛应用于汽车制造、航空航天和电子产品等行业。
4. 重力铸造：重力铸造也称为重铸，是一种主要利用重力作用的铸造方法，通过重力迫使熔融金属填充铸型。
重力铸造方法简单、成本低，适用于生产大型铸件和毛坯，广泛应用于机械制造和钢铁工业。
5. 低压铸造：低压铸造是一种将熔融金属浇注到真空状态下的铸造方法。
它通过在铸型上施加一定的正压力，使熔融金属进入铸型，并且在凝固期间保持压力。
低压铸造方法适用于生产中小型铸件和高品质铸件，广泛应用于航空航天和汽车制造等高端领域。
6. 氩气铸造：氩气铸造是一种利用惰性气体氩气防止熔融金属中气孔形成的铸造方法。
在铸造过程中，通过在熔融金属中通入氩气，它会与金属中的氧、氢等杂质反应，从而防止气孔形成。
氩气铸造方法能够提高铸件的密度和强度，广泛应用于汽车零部件铸造。
总之，以上是常用的一些特种铸造方法，每种方法在不同的情况下有其特定的优势和适用范围。
铸造技术作为一项传统且重要的制造工艺，在各个工业领域中扮演着重要的角色。
随着科技的不断发展，特种铸造方法也在不断创新和改进，以满足越来越高的工艺要求和产品质量需求。
特种铸造
三. 金属型铸造的适用范围
主要用于有色合金铸件的大批量生产， 如：铝活塞，汽缸盖，油泵壳体，铜瓦，衬套， 等等。
§4-2 熔模铸造 Lost wax casting
一. 熔模铸造的工艺过程
熔模组照片
二. 熔模铸造的特点
优点：铸型精密、型腔表面极为光洁，故铸件精 度及表面质量非常高；没有分型面，可生产出形状复 杂的薄壁铸件；可生产高熔点合金铸件；生产批量不 受限制。 缺点：工艺过程繁杂、生产周期长、铸件成本 高，铸件小（<25 kg )，难以实现全部机械化、自动 化生产。
离心铸造的特点和适用范围：
1、铸造圆筒形铸件可以不用型芯 2、铸件组织致密，缺陷少 3、 便于制造双金属铸件
缺点：
1、内表面质量差，须有大的加工余量 2、不适宜生产比重偏析大的合金铸件 适宜大批量生产。如：铸铁管，汽缸套，铜套、双 金属轴承等
（点击下面链接观看录像）
特种铸造视频（三）： 1.壳型铸造 2.陶瓷型铸造 磁型铸造示意图
第四章
（点击下面链接观看录像）
特种铸造
除砂型铸造以外的各种铸造方法都属于特种铸造。
1.金属型铸造 特种铸造视频（一）： 2.熔模铸造 3.离心铸造 1.压力铸造 特种铸造视频（二）： 2.低压铸造
§4-1 金属型铸造 Permanent
mold casting
金属铸型可反复使用几百到几千次，故有永久型 铸造之称。
本章结束
一. 金属型铸造的工艺特点 1. 型腔和型芯表面必须喷刷涂料
作用：减缓铸件的冷却速度；保护铸型； 防止气孔（蓄气、排气）。
2. 使金属型保持一定的工作温度 3. 适时开型
目的：可避免出型和抽芯困难；减轻裂纹 倾向；提高生产率。
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了解各种铸造方法的工艺过程
熟悉各种铸造方法的工艺特点
能够依据铸件结构、合金材料、 生产批量合理选择铸造方法
第五节 特种铸造
特种铸造：
• 与普通砂型铸造有显著区别的铸造方法
• 通过改变铸型条件、浇注方法或结晶条件等生产 铸件
熔模铸造
金属型铸造
压力铸造
低压铸造
离心铸造
第五节 特种铸造
1.外形、内腔简单，少用型芯、活块 2.型芯安放稳固，排气畅通
3.结构斜度
第六节 铸件结构设计
二、合金铸造性能对铸件结构设计的要求 避免产生铸造缺陷
1.壁厚合理且均匀 2.铸件壁间连接合理（连接应有圆角、不同壁厚 的连接逐渐过渡、避免十字交叉和锐角连接）
3.避免铸件收缩受阻
4.防止铸件翘曲变形
第六节 铸件结构设计
1.工艺过程
预
开
制
热
合
型
备
、
型
持
、
质成压喷浇压顶检
品
铸
刷
注
出
型
涂
铸
料
件
金属液
压力铸造工艺过程
第五节 特种铸造
2.工艺特点
（1）铸件尺寸精度高（CT8～4），表面粗糙度小 （Ra=3.2～0.8μm ），一般不经机械加工即可使用；
（2）充型能力好，适于生产薄壁复杂铸件或镶嵌件； （3）高压下结晶，铸件组织致密，力学性能好； （4）生产率高； （5）只适用于低熔点合金；
型芯呈悬臂 状，必须用 型芯撑加固
型芯稳固性大为 提高，且下芯简 便，易于排气
增设两个工艺 孔，加固型芯 易于排气
第六节 铸件结构设计
不合理
防止变形的 铸件结构
合理
（1）充型平稳，液流方向与气体排出方向一致， 不易产生气孔、夹渣等缺陷；
（2）压力下充型，有利于形成轮廓清晰、表面光洁 的铸件；
（3）铸件组织致密，力学性能高； （4）易于实现自动化，降低劳动强度； （5）简化了浇、冒系统，节约了金属。
3.应用范围 主要用来生产质量要求较高的铝、镁合
金铸件，如：汽缸体、钢盖、活塞、曲轴箱等。
第六节 铸件结构设计
铸件各部分的厚度差 别过大，厚壁处形成 金属积聚的热节，导 致缩孔、缩松等缺陷
铸件各部分冷却速 度差别大，形成热 应力，导致薄厚联 接处产生裂纹
改进的结构设计
第六节 铸件结构设计
为减小热节，防 止缩孔，减少热 应力，壁的连接
应避免交叉
为减小热节和内 应力，应避免壁 间锐角连接
（3）适用于各种铸造合金，特别是高熔点合金和难机械 加工合金;
（4）工序繁多、周期长和不宜大件。
3.应用范围
最适于高熔点合金精密铸件的成批、大量生产；
主要用于形状复杂、难以切削加工的小零件; 如:燃气轮机叶片。
第五节 特种铸造
二、金属型铸造
将液态合金浇入金属铸型，以获得铸件的方法，又称 永久型铸造。
一、熔模铸造
用易熔材料制成 模样，在模样上包 覆多层耐火材料， 然后将模样熔去， 制成无分型面的型 壳，经高温焙烧、 浇注而获得铸件的 方法 。
1.工艺过程：
第五节 特种铸造
2.工艺特点：
（1）铸型无分型面，铸件尺寸精度高（CT7～4 ）， 表面粗糙度小（Ra =12.5～1.6μm）；
（2）可制造形状复杂的薄壁铸件，最小壁厚可达0.3mm, 最小孔径0.5mm；
（5） 不适于铸造比重偏析大的合金及轻合金；
（6）依靠自由表面形成的内孔尺寸精度低，表面粗糙。
3.应用范围
离心铸造是生产管套类铸件的主要方法。
第六节 铸件结构设计
掌握砂型铸造工艺对铸件结构设计的要求 掌握合金铸造性能对铸件结构设计的要求 对不合理的铸件结构能够提出改进意见
第六节 铸件结构设计
一、砂型铸造工艺对铸件结构设计的要求 应使铸造工艺过程简化
（6）不能进行热处理，不宜高温条件下工作和进行
较大余量的切削加工； 3.应用范围
广泛用于汽车、拖拉机等行业，如：发动机缸体、缸 盖、箱体。
第五节 特种铸造
四、低压铸造
用较低的压力（一般为 0.02～0.06MPa）使金属
液自下而上充填铸型，
并在压力下凝固而获得 铸件的方法。
1、工艺过程
第五节 特种铸造 2.工艺特点
（2）排气能力差，无退让性，冷却速度快， 易产生白口，不宜生产薄壁件；
（3）组织致密，力学性能好； （4）实现了“一型多铸”，生产率高； （5）制造成本高。
3.应用范围
主要是适用于有色金属铸件的大批量生产，
如铝活塞、气缸盖、油泵壳体、铜瓦、衬套等。
第五节 特种铸造
三、压力铸造
熔融金属在高压（30~70MPa ）下高速（0.5~70m/s） 充型并凝固而获得铸件的方法
中空结构必须 以悬臂型芯形 成
开式结构， 省去型芯
第六节 铸件结构设计
内腔出口处小， 只能采用型芯
内腔直径大于 高度，可用砂 垛取代型芯
第六节 铸件结构设计
凸台妨碍起模， 必须用活块
凸台延长到分型 面，不需活块
第六节 铸件结构设计
型芯呈悬臂 状，必须用 型芯撑加固
型芯稳固性大为 提高，且下芯简 便，易于排气
第五节 特种铸造
五、 离心铸造
将金属液浇入旋转的铸型中，在离心力的作用 下凝固成形而获得铸件的方法。
1、原理：
第五节 特种铸造 2.工艺特点：
（1）铸件由外向内顺序凝固，组织致密，很少有缩孔、 气孔、渣眼等缺陷；
（2）充型能力好，适用于流动性差的合金和薄壁铸件；
（3）生产中空铸件可不用型芯和浇注系统，工艺简单； （4）可制造双金属铸件 ；
1. 工艺过程：
金 属 型 、 芯 设 计 制 造
金
金
属
喷
属
型
刷
型
、
涂
、
芯
料
芯
预
预
热
热
下 金 属 芯 、 砂 芯 、 清 型
顶
出
合
浇
冷
、
型
注
却
取
出
铸
件
清 理 、 质 检 、 入 库
配涂料
金属液
第五节 特种铸造
2.工艺特点：
（1）铸件的尺寸精度高（CT10～8 ）、表面粗糙度小 （Ra=12.5～3.2μm ）；
第六节 铸件结构设计
如何防止发生弯曲变形??
结构对称设计
第六节 铸件结构设计
为什么会产生变形?
为什么?
第六节 铸件结构设计
偶数直线形设计， 会因轮辐、轮缘、 轮毂比例不当， 收缩不一致，内 应力过大而产生 裂纹
带孔辐板和弯 曲轮辐，则可 借轮辐或轮缘
的微 量变形来减小
第六节 铸件结构设计