制造工程基础课件

特点与应用
优点： 液流平稳，避免了金属液对铸型壁及型芯的冲刷，并便于排气；
易于实现机械化和自动化。
缺点： 升液管使用寿命短，生产率低于压力铸造。
应用： 质量要求高、形状复杂的薄壁铸件，如汽缸体、
气缸盖、活塞。
第四章
金属的铸造成形
§4-2-5 离心铸造
离心铸造工艺 铸型转速选择 特点与应用
第四章
金属的铸造成形
§4-2-3 压力铸造（压铸）
压铸工艺
特点与应用
在高压（30MPa－100Mpa）、高速（0.5m/s－80m/s）下充填铸型。 根据压室的工作条件不同分为热压室压铸和冷压室压铸。
冷 压 室 压 铸
适于压铸较高熔点合金
第四章
金属的铸造成形
§4-2-3 压力铸造（压铸）
压铸工艺
第四章
金属的铸造成形
§4-2-2 熔模精密铸造
熔模铸造工艺过程 优点： 铸件尺寸精度高、表面光洁；
可以铸出形状复杂的薄壁铸件； 对铸造合金的种类、生产批量无限制。
特点与应用
缺点： 工序复杂，生产周期长；
原材料价格及铸件成本高；
铸件尺寸及重量受限制。
应用： 高熔点、难切削加工合金、小型精密铸件。
– 固溶于金属固体，碳在高温奥氏体中的最大溶解度为2.1%，在铁素体和 珠光体中的最大溶解度为0.2%和0.76% – 化合态渗碳体Fe3C – 游离态石墨G
§4.3.1 铸铁——铸铁的石墨化过程
§4.3.1 铸铁——铸铁的分类 金相图
分类
白口铸铁
灰口铸铁 普通灰铁
碳的形式
渗碳体Fe3C 片状石墨 粗大片状石墨 细小片状石墨 团絮状石墨 球状石墨 蠕虫状石墨
蜡、褐煤蜡 、聚乙烯等
、地
模料回收 熔模的制造：采用压力把糊状模料压入压型的方法制造熔模：柱塞加压法、气压法
和活塞加压法。压制前需在压型表面涂薄层分型剂，以便从压型中取出熔模。压制蜡基 模料时，分型剂可为机油、松节油等；压制树脂基模料时，常用麻油和酒精的混合液或 硅油作分型剂。分型剂层越薄越好，使熔模能更好地复制压型的表面，提高熔模的表面 光洁度。
3.熔模铸件的浇注和清理
熔模铸件的浇注
热型重力浇注方法 型壳从焙烧炉中取出后，在高温下进行浇注。此时金属在型壳中冷却较慢，能在流 动性较高的情况下充填铸型，故铸件能很好复制型腔的形状，提高了铸件的精度。但铸 件在热型中的缓慢冷却会使晶粒粗大，这就降低了铸件的机械性能。在浇注碳钢铸件时， 冷却较慢的铸件表面还易氧化和脱碳，从而降低了铸件的表面硬度、光洁度和尺寸精度。 真空吸气浇注 将型壳放在真空浇注箱中，通过型壳中的微小孔隙吸走型腔中的气体，使液态金 属能更好地充填型腔，复制型腔的形状，提高铸件精度，防止气孔、浇不足的缺陷。 压力下结晶 将型壳放在压力罐内进行浇注，结束后，立 即封闭压力罐，向罐内通入高压空气或惰性气体， 使铸件在压力下凝固，以增大铸件的致密度。在 国外最大压力已达150atm。 定向结晶（定向凝固） 一些熔模铸件如涡轮机叶片、磁钢等，如果 它们的结晶组织是按一定方向排列的柱状晶，它 们的工作性能便可提高很多，所以熔模铸造定向 结晶技术正迅速地得到发展。
缺点： 压铸件中存在高度弥散的气孔，不易进行切削加工、热处理或在高
温下工作； 技术改进 难于压铸高熔点金属（钢、铸铁等）； 压铸型制造成本高。
应用： 低熔点有色金属精密复杂铸件的大批量生产。
第四章
金属的铸造成形 压铸工艺技术改进：半固态压铸技术
降低了工作温度，减少了压铸件中的气孔和缩孔。
第四章
金属的铸造成形
§4-2-3 压力铸造（压铸）
压铸工艺 特点与应用
第四章
金属的铸造成形
§4-2-3 压力铸造（压铸）
压铸工艺
特点与应用
在高压（30MPa－100Mpa）、高速（0.5m/s－80m/s）下充填铸型。 根据压室的工作条件不同分为热压室压铸和冷压室压铸。
热 压 室 压 铸
适于压铸低熔点合金
特点与应用
优点： 铸件可达到很高的尺寸精度和表面质量（Ra 3.2－0.8）；
压铸薄壁件，表层晶粒细小，组织致密，铸件强度和表面硬度高。 抗拉强度比砂型铸件提高25－30％； 可以压铸形状复杂的薄壁铸件。铝合金铸件最小壁厚3mm－0.5mm； 可以实现嵌铸技术；
易于实现机械化、自动化，生产率高。
片状石墨的夹角易引 起应力集中，对机体 HT250 有割裂作用。 割裂作用减轻，具有 KTz450-06 较高韧性 割裂作用大大减轻， QT450-10 力学性能更为提高 性能介于灰铁与球铁 RuT380 之间，屈强比值高。
孕育铸铁
可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁
第四章
金属的铸造成形 铸铁中碳存在的形态
圆盘、环类铸件。
第四章
金属的铸造成形
§4-2-5 离心铸造
离心铸造工艺
铸型转速选择 特点与应用
将液体金属浇入高速旋转（250rpm－1500rpm）的铸型中，使 其在离心力作用下充填铸型和凝固形成铸件。按铸型旋转轴线的 方向分为立式离心铸造和卧式离心铸造。
卧 式 离 心 铸 造
铸件壁厚均匀，适于长度较大的套筒及管类铸件。
应用：
第四章
金属的铸造成形
§4-2-2 熔模精密铸造
熔模铸造工艺过程 特点与应用
第四章
金属的铸造成形
§4-2-2 熔模精密铸造
熔模铸造工艺过程
特点与应用
1. 熔模制造
制造熔模的专用模具（压型）的制造
★ 机械加工 ★ 易熔合金直接浇入母模 ★ 石膏、塑料、硅橡胶压型
浇注模料，制造单个熔模 制模材料：蜡基模料、树脂基模料，常用的材料有石蜡、硬脂酸、松香、川蜡
特点
硬而脆，难以切削加工 良好的 减震性、 减磨性 及低的 缺口敏 感性， 易于铸 造和切 削加工。
牌号示例
KmTB
应用
高耐磨性机件或工具 （轧辊、犁铧） 静载下的承压件及滑 动副零件（箱体、导 轨）
承受冲击和振动载荷的零 件（减速器壳体、曲轴） 可改善、调整强度与韧性 的组合，应用广泛。 高温及高温度梯度下工作 零件（气缸盖）
通气塞
第四章
金属的铸造成形
§4-2-1 金属型铸造
金属铸型结构 铸造工艺
特点与应用
优点： 铸件尺寸精度和表面质量优于砂型铸造；
铸件具有较高的力学性能； 工序简化，节约造型材料和生产场地，易于实现机械化 和自动化。
缺点：
金属型制造成本高，加工周期长； 金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不足、开裂或铸 铁件白口等缺陷; 金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度， 铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量 的影响甚为敏感，需要严格控制。 金属型制造成本高，不适合单件、小批生产； 不适宜薄壁复杂及大型铸件； 主要用于铝、铜、镁等非铁合金中小型铸件的大批量生产。
第四章
金属的铸造成形
§4-2-5 离心铸造
离心铸造工艺
铸型转速选择 特点与应用
将液体金属浇入高速旋转（250rpm－1500rpm）的铸型中，使 其在离心力作用下充填铸型和凝固形成铸件。按铸型旋转轴线的 方向分为立式离心铸造和卧式离心铸造。
立 式 离 心 铸 造
铸件沿高度方向 壁厚不均匀，适用
于高度小于直径的
离心力作用加剧合金的比重偏析倾向。
应用： 大批量生产管、筒、套类等空心旋转体铸件。
最大重量 达几公斤 到十多吨
离心铸件最大直径可 达3米，最大长度8米
第四章
金属的铸造成形
第三节
铸造合金种类及相应 的铸造特点
第四章 金属铸造成形
概述
铸造合金的种类
铸造铁碳合金(铁碳平衡图)
铸铁：接近共晶成分，通常含碳2.5%－4.0%，含硅1.0%－2.5%。 铸钢：一般含碳0.25%－0.45%，结晶温度区间小。
第四章
金属的铸造成形
§4-2-4 低压铸造
低压铸造工艺过程 特点与应用
第四章
金属的铸造成形
§4-2-4 低压铸造
低压铸造工艺过程
特点与应用
在低压下（0.02MPa－0.07MPa）将液态金属注入型腔， 并在压力下凝固成形。
第四章
金属的铸造成形
§4-2-4 低压铸造
低压铸造工艺过程
充型能力强，铸件轮廓清晰，表面光洁； 补缩效果较好，铸件组织致密，性能优异。拉伸强度比重力铸造 提高10％； 简化浇注系统结构；
r0
转速太高，外层金属壳可能产生裂纹，液体金属离心力对铸型 壁压力太大。
第四章
金属的铸造成形
§4-2-5 离心铸造
离心铸造工艺 铸型转速选择
特点与应用
优点： 省去型芯、浇注系统及冒口；
铸件组织致密，力学性能高； 方便实现双金属轴套和轴瓦类铸件生产。
缺点： 铸件内表面质量差，尺寸不易控制；
第四章
金属的铸造成形
§4-2-1 金属型铸造
金属铸型结构 铸造工艺 特点与应用
第四章
金属的铸造成形
§4-2-1 金属型铸造
金属铸型结构
整 体 式
铸造工艺 水 平 分 型 式 复 合 分 型 式 特Fra Baidu bibliotek与应用
垂 直 分 型 式
第四章
金属的铸造成形
§4-2-1 金属型铸造
金属铸型结构
铸造工艺
特点与应用
制造工程基础
砂型铸造特点： 优点：生产率高，成本低，灵活性大，适应面广，技术 成熟。 缺点：铸件的内部质量、尺寸精度、表面粗糙度较差； 不易实现机械化、自动化。
如何克服这些缺点？
特种铸造工艺方法
第四章
金属的铸造成形
第二节
特种铸造工艺方法
第四章
金属的铸造成形
常见的特种铸造工艺 金属型铸造 熔模精密铸造 压力铸造（压铸） 低压铸造 离心铸造
2. 型壳制造
型壳制造工艺过程 模组的除油和脱脂 在模组上涂挂涂料和撒砂 型壳干燥和硬化 自型壳中熔失熔模 焙烧型壳 型壳
型壳种类：实体型和多层型壳，目前普遍采用的是多层型壳。 型壳工艺要求：在熔失熔模时，型壳会受到体积正在增大的熔融模料 的压力；在焙烧和注时，型壳各部分会产生相互牵制而又不均的膨胀的 收缩，金属还可能与型壳材料发生高温化学反应。要求型壳有小的膨胀 率和收缩率；高的机械强度、抗热震性、而火度和高温下的化学稳定性； 型壳还应有一定的透气性，以便浇注时型壳内的气体能顺利外逸。 两类型壳用材料：用来直接形成型壳的，如耐火材料、粘结剂等；为 了获得优质的型壳，简化操作、改善工艺用的材料，如熔剂、硬化剂、 表面活性剂等。 1）耐火材料：主要为石英和刚玉，以及硅酸铝耐火材料 2）粘结剂:用得最普遍的粘结剂是硅酸胶体溶液
第四章
金属的铸造成形
§4-2-5 离心铸造
离心铸造工艺
铸型转速选择
特点与应用
转速太小，起不到消除铸件夹渣、气孔、缩孔、缩松的作用。 要求：离心铸件内表面上液体金属的等效重度
2 r0
n
2
6 r0 3.4 10 g 30
n
55200
1. 金属型预热及温度控制：稳定工作温度120℃－350 ℃ 2. 加强金属型的排气 3.铸件出型及抽芯时间：中小铸件10s－60s。 4.金属型涂料：粉状耐火材料＋粘结剂＋溶剂＋特殊附 加物，涂层厚度0.1 mm－0.5 mm。
特殊附加物示例：
硅铁粉：防止灰铸铁出现白口 通气槽
硼酸：防止镁合金氧化
硫：硫是强烈的反石墨化元素；导致热
脆性。含量要限制在0.1%－0.15%以下。
锰：锰阻碍珠光体中的碳石墨化，提高强度和硬度；具有脱硫作用
（生成MnS）。含量0.6%－1.2%。
磷：对石墨化影响不大；增强耐磨性；增强冷脆性。含量0.5%以下。
3. 铸铁石墨化过程的控制
（1）影响铸铁石墨化过程的主要因素 冷却速度 冷却速度慢，则碳原子析出充分； 冷却速度快，则易形成白口组织。 • §4.3.1 铸铁——铸铁石墨化过程控制
铸造非铁合金
铸造铝合金 铸造铜合金
铸造特点
铸造合金的熔炼
铸造工艺特点
铸件的热处理
§4.3.1 铸铁——碳在铸铁中的存在形式
• 铸铁是一系列主要由铁、碳（2.5%－4.0%）和硅（1.0%－2.5%）组 成的接近共晶成分的合金总称。 • 铸铁的组织由基体（铁素体、珠光体、铁素体＋珠光体）和石墨组成。 • 铸铁铸造性能良好，加工性能好，减摩性能好，成本低廉；与钢相比， 强度与韧性较低。 • 碳在铸铁中的存在形式：
白 口 铸 铁
灰 口 铸 铁
可 锻 铸 铁
球 墨 铸 铁
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3. 铸铁石墨化过程的控制
（1）影响铸铁石墨化过程的主要因素 化学成分 碳和硅：硅是强烈促进石墨化元素。
不同碳硅配比，得到不同组织和 • §4.3.1 铸铁——铸铁石墨化过程控制 性能的铸铁：白口（麻口）铸铁，铁 素体基体灰铸铁，珠光体（或珠光体 ＋铁素体）基体灰铸铁。