§2.1铸造
6铸造工艺基础.pptx
铸件的凝固过程：
在铸件的凝固过程中， 其截面一般存在三个区 域，即液相区、凝固区、 固相区。对铸件质量影 响较大的主要是液相和 固相并存的凝固区的宽 窄。铸件的凝固方式就 是依据凝固区的宽窄来 划分的。
凝固方式有：
2.1 铸造工艺基础
什么是金属的液态成形:
即将液态金属浇入与零件形状相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固， 以获得毛坯或零件的工艺方法,亦称铸造.
金属的液态成形的作用:
金属的液态成形是制造毛坯、零件的重要方法之一。按铸型材料的 不同，金属液态成形可分为砂型铸造和特种铸造（包括压力铸造、金属型 铸造等）.其中砂型铸造是最基本的液态成形方法，所生产的铸件要占铸 件总量的80%以上.
合金的收缩
合金的收缩的过程:
合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的 现象。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许 多铸造缺陷。（如：缩孔、缩松、裂纹、变形等）。
合金收缩的三个阶段
缩孔与缩松的形成
液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所减少的体积得不到有效补 充，则铸件最后凝固的部位形成空洞，按空洞大小、分布，可分为缩孔和缩松。
缩孔与缩松的形成演示
判断缩孔出现的方法
A等温线法
B内截圆法
消除缩孔和缩松的方法
原理
定向凝固原则
是铸件让远离冒口的地方先凝 固，靠近冒口的地方次凝固， 最后才是冒口本身凝固。实现 以厚补薄，将缩孔转移到冒口 中去。
方法
合理布置内浇道及确定浇铸工艺。 合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。
解决缩孔的方法演示： 冒口和冷铁
缩孔的形成: 纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金,浇注后在型腔内是由表
铸造概述PPT课件
由于铸件结构不合理、浇注温度过低或冷却 过快等原因引起。
缺陷预防措施和补救方法
预防缩孔与缩松措施
改进铸件结构、降低浇注温度、 增加冒口补缩等。
预防裂纹措施
改进铸件结构、提高浇注温度、 控制冷却速度等。
预防气孔措施
控制型砂水分、烘干型芯、降 低金属液含气量等。
预防夹渣措施
提高型砂质量、改进浇注系统、 降低金属液含渣量等。
节能技术
采用先进的节能技术和设备，可以降低铸造过程中的能耗和排放， 提高能源利用效率和环保性能。
绿色材料
开发和应用绿色材料，如可再生材料、低污染材料等，可以减少 对环境的污染和破坏，促进可持续发展。
未来发展趋势预测
01 02
个性化定制
随着消费者需求的多样化，个性化定制将成为未来铸造发展的重要趋势 之一。通过数字化技术和3D打印技术等手段，可以实现快速、灵活的 生产个性化产品。
铸造概述ppt课件
contents
目录
• 铸造基本概念与分类 • 铸造材料选择与性能要求 • 铸造工艺流程及关键环节 • 典型铸造方法及设备介绍 • 铸件缺陷分析与防止措施 • 现代铸造技术发展趋势与展望
01
铸造基本概念与分类
铸造定义及作用
铸造定义
铸造是一种通过熔化金属或非金 属材料，并将其倒入模具中冷却 凝固，从而获得所需形状和性能 的工件的加工方法。
清理与检验标准
清理操作
去除铸件表面的型砂、芯砂、浇口、冒口等多余部分，使铸件表 面达到规定的粗糙度要求。
检验项目
对铸件进行外观检查、尺寸测量、化学成分分析、力学性能试验等 检验项目，确保铸件质量符合要求。
检验标准
根据铸件用途和重要性，制定相应的检验标准和质量等级要求，对 不合格的铸件进行返工或报废处理。
第二章铸造成形讲解
•薄壁处受压力，厚壁处受拉力
•变形
防止变形的措施
• 设计铸件时尽可能壁厚均匀，形状对称。 • 采取同时凝固。 • 设计“反变形”量。
•时效处理：有内应力的铸件在加工前置于 露天半年以上，或550~650ºC去应力退火。
3、铸件的裂纹与防止
• 热裂 热裂是铸件在高温下产生的裂纹。 其形状特征是：裂纹短，缝隙宽，形状 曲折，缝内呈氧化色。
• 2、铸造合金的收缩 • 3、缩孔与缩松
铸件的凝固方式之一
• 逐层凝固
– 纯金属和共晶 成份的合金， 结晶温度是一 固定值。凝固 过程由表面向 中心逐步进行
温度
固 表层
液 中心
铸件的凝固方式之二
• 糊状凝固
– 结晶温度范围 很宽的合金， 从铸件的表面 至心部都是固 液两相混存。
铸件的凝固方式之三
铸造 碳钢 0.35 1610
白口 铸铁 3.00 1400
灰口 铸铁 3.50 1400
液态 收缩 1.6
2.4
3.5
凝固 固态 总收缩 收缩 收缩 （%）
3
7.8 12.46
12~ 4.2 5.4~6.3
12.9 6.9~ 0.1 3.3~4.2 7.8
铸件中的缩孔与缩松
• 缩孔和缩松的形成 液态合金在冷凝过 程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减 的容积的得不到补足，则在铸件最后凝 固的部位形成一些孔洞
1、合金的流动性 2、浇注条件 3、铸型填充能力
充型能力不强，则易产生浇不足（short run） 、 冷隔（short run）…等。
合金的充型能力之一
合金的流动性
• 合金的流动性是指熔融合金的流动能力。– 流动性好，充型能力强，便于浇出轮廓清 晰、薄而复杂的铸件。
铸造知识PPT课件
尺寸精度和表面粗糙度控制方法
尺寸精度控制方法
采用高精度的造型和制芯设备；加强模样和芯盒的制造精度 ；严格控制型砂和芯砂的性能等。
表面粗糙度控制方法
选用细粒度的型砂和芯砂；提高铸型的表面光洁度；优化浇 注系统设计，减少铁液对型壁的冲刷等。
05
特种铸造技术简介
压力铸造（压铸）
定义
压力铸造是利用高压将熔融金属压入金属模具中， 并在压力下快速凝固成型的铸造方法。
冷铁应用
02
在铸件厚大部位放置冷铁，以加快该部位的冷却速度，实现顺
序凝固，防止缩孔和裂纹缺陷。
其他辅助措施
03
根据铸件特点和生产要求，还可采用其他辅助措施，如设置出
气孔、加强型芯的固定和排气等。
04
常见铸造缺陷及防止措施
气孔、夹杂等内部缺陷产生原因及防止方法
气孔产生原因
型砂水分过多或过少；造型操作不当； 浇注系统设计不合理；熔炼过程控制不
准备原材料
选择符合要求的金属原材 料，并进行必要的预处理。
铸造工艺过程
熔炼金属
将金属原材料按照一定比 例配料，通过熔炼设备将 其熔化，获得符合要求的 液态金属。
制造模具
根据铸件的结构和尺寸， 设计并制造相应的模具， 包括型腔、型芯、浇口、 冒口等部分。
浇注
将液态金属倒入模具中， 注意控制浇注温度、速度 和压力等参数。
智能化生产
应用机器人、自动化生产线等智能化设备，实现铸造生产的自动化、 柔性化和智能化，提高生产效率和产品质量。
数字化检测
采用三维扫描、无损检测等数字化检测技术，实现铸件质量的快速、 准确检测，提高产品质量和生产效率。
绿色、环保、可持续发展理念在铸造中体现
材料成形技术--第2章 铸造成形
2）设备投资大，生产准备周期长，只适于大量生产。
压力铸造主要用于生产铝、锌、镁等有色合金铸件， 如发动机缸体、缸盖、箱体、支架等。
4. 低压铸造
低压铸造：用较低压力将金属液由铸型底部注入型腔， 并在压力下凝固以获得铸件的方法。 (1).低压铸造的工艺过程 ： 低压铸造的工艺过程如图2-26所示，包括如下过程：
续
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
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，具有 有两个分型面 两个分型面的铸件的单件、 小批生产
5. 离心铸造
离心铸造：将金属液浇入高速旋转的铸型中，使其在离心 力作用下成形并凝固的铸造方法。可用金属型也可用砂型
(1).离心铸造的类型 根据铸型旋转轴的空间位置，离心铸造可分为立式 和卧式两大类。 1）立式离心铸造：铸型绕垂直轴旋转，如图2-27a,b所 示。在离心力和重力的共同作用下，内表面为回转抛物 面，因此用于高度小于直径的圆环类或成形铸件。
主要特点如下：
R 1） 铸件 的 精 度 和 表 面质量高 ；尺寸公差 IT11∼IT14， a 12.5∼ Ra 1.6；
2）可制造形状较复杂的铸件； 3）适用于各种合金铸件，尤其是高熔点和难以加工的高 合金钢，如耐热合金、不锈钢、磁钢等。 4）工艺过程较复杂，生产周期长，使加工费和消耗的材 料费较贵，多用于小型零件。 熔模铸造适用于制造形状复杂，难以加工的高熔点合 金及有特殊要求的精密铸件；主要用于汽轮机、燃汽轮机 叶片、切削刀具、仪表元件、汽车、拖拉机及机床等零件 的生产。
机械制造基础(金属工艺学) 第二章 铸造
第2章 铸造
01 铸造工艺基础 02 合金铸件的生产工艺 03 砂型铸造 04 特种铸造 05 铸件结构设计
第2章 铸造
铸造工艺特点 1）适合制造形状复杂的毛坯
第2章 铸造
铸造工艺特点 2）毛坯大小不受限制
第2章 铸造
铸造工艺特点 3）材料不受限制（能熔化的金属） 4）生产成本低（原材料来源广泛） 5）应用广泛（历史最久的金属成型方法，40%~80%）
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—浇注位置 1）铸件的重要加工面应朝下或位于侧面
2.3 砂型铸造
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—浇注位置 2）铸件宽大平面应朝下
2.3 砂型铸造
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—浇注位置 3）面积较大的薄壁部分应置于铸型下部
2.3 砂型铸造
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—分型面 分型面：铸型组元之间的结合面或分界面。 分型面影响： 1）铸件质量； 2）生产工序的难易； 3）切削加工的工作量。
2.2.1 铸铁件生产 2）球墨铸铁 由于石墨成球状，它对基体的缩减和割裂作用减至最低限度，球墨
铸铁具有比灰铸铁高的多的力学性能，塑韧性大大提高。
2.2 合金铸件的生产工艺
2.2.1 铸铁件生产 2）球墨铸铁
球墨铸铁的牌号、 性能及用途 QTXXX-X
2.2 合金铸件的生产工艺
2.2.1 铸铁件生产 3）可锻铸铁 将白口铸铁件经长时间的高温石墨化退火，使白口铸铁中的渗碳体
04 特种铸造 05 铸件结构设计
2.3 砂型铸造
铸造工艺
砂型铸造
特种铸造
手工造型 机器造型 金属型铸造 熔模铸造
压力铸造 低压铸造
陶瓷型铸造 离心铸造
2.3 砂型铸造
铸造知识(全)
第一章铸造工艺基础§1 液态合金的充型充型: 液态合金填充铸型的过程.充型能力: 液态合金充满铸型型腔,获得形状完整,轮廓清晰的铸件的能力充型能力不足:易产生: 浇不足: 不能得到完整的零件.冷隔:没完整融合缝隙或凹坑, 机械性能下降.一合金的流动性液态金属本身的流动性----合金流动性1 流动性对铸件质量影响1) 流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件.2) 流动性好,有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮,排除.3) 流动性好,易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩.2 测定流动性的方法:以螺旋形试件的长度来测定: 如灰口铁:浇铸温度1300℃试件长1800mm.铸钢: 1600℃100mm3 影响流动性的因素主要是化学成分:1) 纯金属流动性好:一定温度下结晶,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,过热度大.3) 非共晶成分流动性差: 结晶在一定温度范围内进行,初生数枝状晶阻碍液流二浇注条件1 浇注温度: t↑合金粘度下降,过热度高. 合金在铸件中保持流动的时间长,∴t↑提高充型能力. 但过高,易产生缩孔,粘砂,气孔等,故不宜过高2 充型压力: 液态合金在流动方向上所受的压力↑充型能力↑如砂形铸造---直浇道,静压力. 压力铸造,离心铸造等充型压力高.三铸型条件1 铸型结构: 若不合理,如壁厚小, 直浇口低, 浇口小等充↓2 铸型导热能力: 导热↑金属降温快,充↓如金属型3 铸型温度: t↑充↑如金属型预热4 铸型中气体: 排气能力↑充↑减少气体来源,提高透气性, 少量气体在铸型与金属液之间形成一层气膜,减少流动阻力,有利于充型.§2 铸件的凝固和收缩铸件的凝固过程如果没有合理的控制,铸件易产生缩孔,缩松一铸件的凝固1 凝固方式:铸件凝固过程中,其断面上一般分为三个区: 1—固相区2—凝固区3—液相区对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄,依此划分凝固方式.1) 逐层凝固:纯金属,共晶成分合金在凝固过程中没有凝固区,断面液,固两相由一条界限清楚分开,随温度下降,固相层不断增加,液相层不断减少,直达中心.2) 糊状凝固合金结晶温度范围很宽,在凝固某段时间内,铸件表面不存在固体层,凝固区贯穿整个断面,先糊状,后固化.3) 中间凝固大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间.2 影响铸件凝固方式的因素1) 合金的结晶温度范围范围小: 凝固区窄,愈倾向于逐层凝固如: 砂型铸造, 低碳钢逐层凝固, 高碳钢糊状凝固2) 铸件的温度梯度合金结晶温度范围一定时,凝固区宽度取决于铸件内外层的温度梯度.温度梯度愈小,凝固区愈宽.(内外温差大,冷却快,凝固区窄)二合金的收缩液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的过程中,体积和尺寸减少的现象---.是铸件许多缺陷(缩孔,缩松,裂纹,变形,残余应力)产生的基本原因.1 收缩的几个阶段1) 液态收缩: 从金属液浇入铸型到开始凝固之前. 液态收缩减少的体积与浇注温度质开始凝固的温度的温差成正比.2) 凝固收缩: 从凝固开始到凝固完毕. 同一类合金,凝固温度范围大者,凝固体积收缩率大.如: 35钢,体积收缩率3.0%, 45钢 4.3%3) 固态收缩: 凝固以后到常温. 固态收缩影响铸件尺寸,故用线收缩表示.2 影响收缩的因素1) 化学成分: 铸铁中促进石墨形成的元素增加,收缩减少. 如: 灰口铁C, Si↑,收↓,S↑收↑.因石墨比容大,体积膨胀,抵销部分凝固收缩.2) 浇注温度: 温度↑液态收缩↑3) 铸件结构与铸型条件铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍.实际收缩小于自由收缩.∴铸型要有好的退让性.3 缩孔形成在铸件最后凝固的地方出现一些空洞,集中—缩孔. 纯金属,共晶成分易产生缩孔*产生缩孔的基本原因: 铸件在凝固冷却期间,金属的液态及凝固受缩之和远远大于固态收缩.4 影响缩孔容积的因素(补充)1) 液态收缩,凝固收缩↑缩孔容积↑2) 凝固期间,固态收缩↑,缩孔容积↓3) 浇注速度↓缩孔容积↓4) 浇注速度↑液态收缩↑易产生缩孔5 缩松的形成由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足,或者,因合金呈糊状凝固,被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所至.1) 宏观缩松肉眼可见,往往出现在缩孔附近,或铸件截面的中心.非共晶成分,结晶范围愈宽,愈易形成缩松.2) 微观缩松凝固过程中,晶粒之间形成微小孔洞---凝固区,先形成的枝晶把金属液分割成许多微小孤立部分,冷凝时收缩,形成晶间微小孔洞. 凝固区愈宽,愈易形成微观缩松,对铸件危害不大,故不列为缺陷,但对气密性,机械性能等要求较高的铸件,则必须设法减少.(先凝固的收缩比后凝固的小,因后凝固的有液,凝,固三个收缩,先凝固的有凝,固二个收缩区----这也是形成微观缩松的基本原因.与缩孔形成基本原因类似)6 缩孔,缩松的防止办法基本原则: 制定合理工艺—补缩, 缩松转化成缩孔.顺序凝固: 冒口—补缩同时凝固: 冷铁—厚处. 减小热应力,但心部缩松,故用于收缩小的合金.l 安置冒口,实行顺序凝固,可有效的防止缩孔,但冒口浪费金属,浪费工时,是铸件成本增加.而且,铸件内应力加大,易于产生变形和裂纹.∴主要用于凝固收缩大,结晶间隔小的合金.l 非共晶成分合金,先结晶树枝晶,阻碍金属流动,冒口作用甚小.l 对于结晶温度范围甚宽的合金,由于倾向于糊状凝固,结晶开始之后,发达的树枝状骨状布满整个截面,使冒口补缩道路受阻,因而难避免显微缩松的产生.显然,选用近共晶成分和结晶范围较窄的合金生产铸件是适宜的.§3 铸造内应力,变形和裂纹凝固之后的继续冷却过程中,其固态收缩若受到阻碍,铸件内部就发生内应力,内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因.(有时相变膨胀受阻,负收缩)一内应力形成1 热应力: 铸件厚度不均,冷速不同,收缩不一致产生.塑性状态: 金属在高于再结晶温度以上的固态冷却阶段,受力变形,产生加工硬化,同时发生的再结晶降硬化抵消,内应力自行消失.(简单说,处于屈服状态,受力—变形无应力)弹性状态: 低于再结晶温度,外力作用下,金属发生弹性变形,变形后应力继续存在.举例: a) 凝固开始,粗细处都为塑性状态,无内应力∵两杆冷速不同,细杆快,收缩大,∵受粗杆限制,不能自由收缩,相对被拉长,粗杆相对被压缩,结果两杆等量收缩.b) 细杆冷速大,先进如弹性阶段,而粗杆仍为塑性阶段,随细杆收缩发生塑性收缩,无应力.c) 细杆收缩先停止,粗杆继续收缩,压迫细杆,而细杆又阻止粗杆的收缩,至室温, 粗杆受拉应力(+),(-) 由此可见,各部分的温差越大,热应力也越大,冷却较慢的部分形成拉应力,冷却较快的部分形成压应力.预防方法: 1 壁厚均匀2 同时凝固—薄处设浇口,厚处放冷铁优点: 省冒口,省工,省料缺点: 心部易出现缩孔或缩松,应用于灰铁锡青铜,因灰铁缩孔、缩松倾向小，锡青铜糊状凝固，用顺序凝固也难以有效地消除其显微缩松。
铸造基本常识课件
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三、铸造合金的偏析和吸气性
1.偏析 铸件中出现化学成分不均匀的现象称为偏析。铸件的偏析可分为晶内偏析、区域偏析和体积质量偏析 三类。 (1)晶内偏析（又称枝晶偏析）是指晶粒内各部分化学成分不均匀的现 象，这种偏析出现在具有一定 凝固温度范围的合金铸件中。为防止和减少晶内偏析的产生，在生产中常采取缓慢冷却或孕育处理的 方 法。 (2)区域偏析是指铸件截面的整体上化学成分和组织的不均匀。避免区域偏析的发生，主要应该采取预 防措施，如控制浇注温度不要太高 ，采取快速冷却使偏析来不及发生，或采取工艺措施造成铸件断面 较低的温度梯度，使表层和中心部分接近同时凝固。 (3)比重偏析 铸件上、下部分化学成分不均匀的现象称为比重偏析。为防止 比重偏析，在浇注时应 充分搅拌金属液或加速合金液的冷却， 使液相和固相来不及分离，凝固即告结束。
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（3）中间凝固方式 大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口铸 铁等具有中间凝固方式。
图9-5 铸件的凝固方式
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2. 凝固方式的影响因素 （1）合金凝固温度范围的影响 合金的液相线和固相交叉在一起，或间距很小，则金属趋于逐层凝固；如两条相线之 间的距离很大，则趋于糊状凝固；如两条相线间距离较小，则趋于中间凝固方式。 （2）铸件温度梯度的影响 增大温度梯度，可以使合金的凝固方式向逐层凝固转化；反之，铸件的凝固方式向糊 状凝固转化。
缺点或者说适用范围有： 1、从尺寸大小看，不适宜做大型铸件。迪砂虽然不断地扩大可造型尺寸范围，但最大也就 850*1200*675。 2、砂芯太复杂的铸件操作不便，如汽缸体等，不如水平造型下芯方便。 3、砂芯较大的铸件不宜采用，如变速箱壳体。 4、拔模太深，即使在中间分型也不能应用，给春兰做的偏心轴基本已到极限。 5、需要放置冷铁的砂型也不宜采用。
机床铸件的铸造工艺知识
机床铸件的铸造工艺知识一、铸造工艺的概述1.1 铸造的定义铸造是通过将熔化的金属或其他可熔化的物质倾注到模具中，使其冷却凝固并得到所需形状和性能的一种制造工艺。
1.2 铸造的分类铸造可以分为压力铸造和重力铸造两大类。
压力铸造包括压力铸造、砂铸造、金属型铸造等；重力铸造包括低压铸造、离子铸造、真空铸造等。
二、机床铸件的铸造工艺2.1 机床铸件的特点机床铸件是机床零件中重要的组成部分，其特点包括形状复杂、尺寸精度要求高、材质选择广泛等。
2.2 机床铸件的常用铸造工艺机床铸件常用的铸造工艺包括砂铸造、压力铸造、金属型铸造等。
下面将具体介绍这三种工艺。
2.2.1 砂铸造砂铸造是制造机床铸件的常用工艺之一，其步骤包括模具制造、砂芯制作、熔炼金属和浇注、冷却凝固等。
砂铸造工艺具有生产周期短、造型自由度高等优点，但尺寸精度较低。
2.2.2 压力铸造压力铸造是通过高压下将熔融金属注入金属模具中来制造铸件的工艺。
该工艺可以生产高精度、高强度的机床铸件，但成本较高。
2.2.3 金属型铸造金属型铸造是利用金属模具进行浇注，通过模具的加热和冷却来控制铸件的凝固过程。
金属型铸造工艺适用于制造大型机床铸件，具有尺寸精度高、成型周期短的特点。
三、机床铸件铸造工艺中的关键问题3.1 模具设计与制造模具是机床铸件铸造工艺中重要的一环，其设计与制造的质量直接影响铸件的形状和尺寸精度。
在模具设计中，应考虑铸件收缩和变形的因素，确保模具能够满足铸件制造的要求。
3.2 熔炼与浇注熔炼是将原料熔化成铸造合金的过程，浇注是将熔融金属倒入模具中的过程。
在熔炼过程中，应注意原料的质量和配比；在浇注过程中，应控制浇注速度、温度和压力，以确保铸件的质量。
3.3 冷却与凝固冷却和凝固过程是铸件形成的关键阶段。
在冷却过程中，应采取适当的冷却措施，以避免铸件内部产生缺陷。
在凝固过程中，应根据铸件的形状和尺寸，合理控制凝固时间和凝固过程中的温度梯度。
四、机床铸件铸造工艺质量控制4.1 工艺参数的确定在机床铸件的铸造工艺中，确定合适的工艺参数是关键。
《金属工艺学》工程材料及机械制造基础(铸造)
4) 铸件结构: 壁太薄、大水平面，流动困难
§2 铸件的凝固与收缩Freezing and Shrinkage
液态收缩和凝固收缩得不到补偿，将产生缩孔或缩松
1. 铸件的三种凝固方式 the wideness of paste zone
P36 图2-3 (a)逐层凝固 Freezing layer by layer (c)糊状凝固 Paste freezing (b)中间凝固 Middle freezing
2. 铸造合金的收缩 Shrinkage of the Casting Alloys
合金从浇注、凝固、直至冷却到室温，其体积和尺寸缩减 现象（p36）
液态收缩liquid Contraction 体收缩
凝固收缩freezing contraction 体收缩
固态收缩solid contraction 线收缩
Especially for the production of articles with
complicate shape and structure
铸
例如：机箱、阀体、汽缸等
造
各种材料
的
广泛
Suit for almost all kinds of alloy
特
wide-ranging 大小：g~t
白口铸铁→高温退火→石墨呈团絮状 成分：低碳、低硅；2.4～2.8%C，0.4～1.4%Si 适用范围：中压阀门
形状复杂的薄壁小件：大件容易产生麻口 受一定冲击的零件 大批量生产: 单件成本高 牌号KTH300-06
第二篇 铸造 Foundry
什么叫铸造 Casting？ (p33) The production of shaped articles by pouring molten metal into the mould
机械制造2-1 铸造工艺基础知识
10
2.1
铸造的工艺基础知识
• 2.1.1 液态合金的充型 合金流动性的定义
流动性是指液态(熔融)金属的流动能力。 它是影响液态金属充型能力的主要因素之一， 也是合金的主要铸造性能之一。
11
2.1
铸造的工艺基础知识
• 2.1.1 液态合金的充型 合金流动性的测量方法
常用浇注标准螺旋形试样的方法进行测定。 螺旋形试样的长度越长，则液态合金的流动性越好。 常用合金的螺旋形试样的长度数值见P11表2-1。
22
充型能力的影响因素
主要影响因素：铸型条件和浇注条件 2.浇注条件：
浇注条件又与浇注系统结构、浇注温度和充型压力有关。 （2）浇注温度： 浇注温度越高，合金保持液态的时 间越长，金属液粘度降低，杂质容 易上浮或溶解，故合金流动性好， 充型能力强。但浇注温度过高，液 态合金收缩增大，吸收气体多，氧 化严重，流动性反而会下降。因此 在保证流动性的前提下，浇注温度 应尽可能低一些。
25
砂型铸造的充型压力由 直浇道的静压力产生。
2.1
铸造的工艺基础知识
• 2.1.2 铸件的凝固与收缩
浇入铸型型腔的液态金属在冷凝过程中，如果其 液态收缩和凝固收缩得不到补充，铸件将产生缩孔 或缩松等铸造缺陷。因此，必须合理地控制铸件的 凝固过程。 1. 铸件的凝固方式 铸件的凝固： 液态合金转变为固态铸件的过程称为铸件的凝固。
阶段的收缩。用体收缩率表示。合金的结晶温度范围越大， 体收缩率也越大。液态收缩和凝固收缩时金属液体积缩小， 是形成缩孔和缩松的基本原因。
a)
a) 合金状态图
b)
c)
b) 一定温度范围合金 c) 共晶合金
图2-6 铸造合金收缩过程示意图
铸造基础知识
铸造基础知识首页第2章铸造成形2．1概述铸造是液态金属成形的方法，铸造过程是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属在重力、压力、离心力、电磁力等外力场的作用下充满铸型，凝固后获得一定形状与性能铸件的生产过程，是生产金属零件和毛坯的主要形式之一。
与其他零件成形工艺相比，铸造成形具有生产成本低，工艺灵活性大，不受零件尺寸大小及形状结构复杂程度限制等特点。
铸件的质量可由几克到数百吨，壁厚可由0.3mm到1m以上。
现代铸造技术在现代化大生产中占据了重要的位臵。
铸件在一般机器中占总质量的40％～80％，但其制造成本只占机器总成本的25％～30％。
教学视频：铸造定义在材料成形工艺发展过程中，铸造是历史上最悠久的一种工艺，在我国已有6000多年历史了，目前我国铸件年产量已超过1000万吨。
铸件的生产工艺方法大体分为砂型铸造和特种铸造两大类。
砂型铸造可分为手工造型和机器造型两种，特种铸造是除砂型铸造以外的其他各种铸造方法，主要包括：熔模铸造、离心铸造、压力铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、实型铸造、磁性铸造、石墨型铸造、真空吸铸和差压铸造等。
砂型铸造可分为手工造型和机器造型两种，其工艺流程如动画所示。
砂型铸造流程图液态金属充满铸型，获得尺寸精确、轮廓清晰的铸件，取决于充型能力。
在液态合金充型过程中，一般伴随着结晶现象，若充型能力不足时，在型腔被填满之前，形成的晶粒将充型的通道堵塞，金属液被迫停止流动，于是铸件将产生浇不足或冷隔等缺陷。
2.2 铸件形成理论基础2.2.1金属的充型教学视频：浇不足和冷隔充型能力首先取决于金属液本身的流动能力，同时又受铸型性质、浇注条件及铸件结构等因素的影响。
影响充型能力的因素有：合金的流动性、铸型的蓄热系数、铸型温度、铸型中的气体、浇注温度、充型压力、浇注系统的结构、铸件的折算厚度、铸件的复杂程度等。
如表2-2所示。
表2-2 影响充型能力的因素和原因序号影响因素定义影响原因1 合金的流动性液态金属本身的流动能力流动性好，易于浇出轮廓清晰，薄而复杂的铸件；有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除；易于对铸件的收缩进行补缩。
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2.浇注位置和分型面的选择 2.浇注位置和分型面的选择
1)铸件的浇注位置 是指浇注时铸件在铸型 铸件的浇注位置 中所处的位置,这个位置选择正确与否, 中所处的位置,这个位置选择正确与否, 对铸件质量影响很大. 对铸件质量影响很大.
选择浇注位置时应考虑下列原则: 选择浇注位置时应考虑下列原则:
铸件的重要加工面或主要工作面应朝下.因为铸件上表面的缺陷(如 铸件的重要加工面或主要工作面应朝下.因为铸件上表面的缺陷 如 砂眼,气孔,夹渣等)通常比下部多 组织也不如下面致密. 通常比下部多, 砂眼,气孔,夹渣等 通常比下部多,组织也不如下面致密.如果这 些平面难以做到朝下,则应尽力使其位于侧面. 些平面难以做到朝下,则应尽力使其位于侧面.当铸件的重要加工面 有数个的时,则应将较大的面朝下, 有数个的时,则应将较大的面朝下,并对朝上的表面采用加大加工余 量的办法来保证铸件质量. 量的办法来保证铸件质量. 铸件的大平面应朝下.这是由于在浇注过程中,高温的液态金属对型 铸件的大平面应朝下.这是由于在浇注过程中, 腔上表面有强烈的热辐射, 腔上表面有强烈的热辐射,有时型腔上表面型砂因急剧地热膨胀而拱 起或开裂,使铸件表面产生夹砂缺陷.很明显, 起或开裂,使铸件表面产生夹砂缺陷.很明显,呈水平位置的平面愈 厚大,上表面愈易产生夹砂.为此,对于平板类铸件要使大平面朝下. 厚大,上表面愈易产生夹砂.为此,对于平板类铸件要使大平面朝下. 为防止铸件上大面积薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷,应尽量将大面 为防止铸件上大面积薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷, 积的菠壁部分放在铸型的下部或正直,倾斜, 积的菠壁部分放在铸型的下部或正直,倾斜,这对于流动性差的合金 尤为重要. 尤为重要. 容易形成缩孔的铸件,浇注附应该把厚的部分放在分型面附近的上部 容易形成缩孔的铸件, 或侧面,这样便于在铸件厚处直接安置冒口, 或侧面,这样便于在铸件厚处直接安置冒口,使之自下而上地顺序凝 进行补缩以防止缩孔. 固,进行补缩以防止缩孔.
பைடு நூலகம்
铸造工艺方法: 铸造工艺方法: 1)砂型铸造 最基本的铸造方法,铸件 最基本的铸造方法,铸件90% ) 量由其完成 2)熔模铸造 ) 3)金属型铸造 ) 4)压力铸造 ) 5)离心铸造 )
一,铸造工艺基础
1,充型 , 将液态合金(金属)填充铸型的过程. 将液态合金(金属)填充铸型的过程. 合金流动性愈好液态金属充填铸型的能力越强, 合金流动性愈好液态金属充填铸型的能力越强, 因此,也常将合金流动性 合金流动性概括为液态金属充填铸 因此,也常将合金流动性概括为液态金属充填铸 型的能力. 型的能力. 充型能力:液态合金充满型腔 获得形状完整, 液态合金充满型腔, 充型能力 液态合金充满型腔,获得形状完整,轮 廓清晰铸件的能力. 廓清晰铸件的能力. 缺陷:在充型过程中,有时伴随着结晶, 缺陷:在充型过程中,有时伴随着结晶,若充型 能力不足,在液态合金充满型腔前, 能力不足,在液态合金充满型腔前,形成的晶粒 将堵塞通道,造成浇不足和冷隔 浇不足和冷隔. 将堵塞通道,造成浇不足和冷隔.
2) 铸型分型面的选择原则
应使铸型有最少的分型面,并尽量做到只 应使铸型有最少的分型面, 有一个分型面. 有一个分型面.因为多一个分型面铸型就 多增加一些误差,使铸件的精确度降低. 多增加一些误差,使铸件的精确度降低. 如果铸件只有一个分型面, 如果铸件只有一个分型面,就可采用工艺 简便的两箱造型方法. 简便的两箱造型方法.
1)铸件的凝固方式: )铸件的凝固方式: 根据凝固区的宽窄划分的. 根据凝固区的宽窄划分的.
A 逐层凝固 纯金属或共晶成分的合金不存在凝 固区, 固区,在断面上外层的固体和内层的液体有一 条界限(凝固前沿)清晰分开. 条界限(凝固前沿)清晰分开.随着温度的下 降固体层逐渐加厚,液体逐渐较小. 降固体层逐渐加厚,液体逐渐较小. B 糊状凝固 如果合金的结晶温度很宽,且铸件 如果合金的结晶温度很宽, 的温度分布比较平坦,则在凝固的某段时间内, 的温度分布比较平坦,则在凝固的某段时间内, 铸件表面并不存在固体层, 铸件表面并不存在固体层,而液固并存的凝固 区贯穿整个断面. 区贯穿整个断面. C 中间凝固 大多合金的凝固介于逐层凝固和糊 状凝固之间,称为中间凝固方式, 状凝固之间,称为中间凝固方式,
2,铸件的凝固与收缩 ,
浇入型腔的液态金属在冷凝过程中, 浇入型腔的液态金属在冷凝过程中,其液 态收缩和凝固收缩如得不到补充将产生缩 态收缩和凝固收缩如得不到补充将产生缩 孔或缩松缺陷 缺陷. 孔或缩松缺陷. 在铸件的凝固过程中,其断面上存在3隔 在铸件的凝固过程中,其断面上存在 隔 固相区,液相区,凝固区. 区:固相区,液相区,凝固区.对铸件质 量影响较大的是凝固区的宽窄 凝固区的宽窄. 量影响较大的是凝固区的宽窄.
2) 铸造合金的收缩
收缩:铸件在凝固和冷却过程中, 收缩:铸件在凝固和冷却过程中,其体积 和尺寸减小的现象称为收缩. 和尺寸减小的现象称为收缩. 收缩是铸造合金本身的物理性质, 收缩是铸造合金本身的物理性质,是铸件 中许多缺陷(如缩孔,缩松,变形,裂纹, 中许多缺陷 如缩孔,缩松,变形,裂纹, 残余应力等 产生的基本原因 产生的基本原因. 残余应力等)产生的基本原因.
合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金的体积 缩小,通常用体收缩率来表示, 缩小,通常用体收缩率来表示,它们是铸件产生 缩孔,缩松缺陷的基本原因 缺陷的基本原因. 缩孔,缩松缺陷的基本原因. 合金的固态收缩虽然也是体积变化,但它只引 合金的固态收缩虽然也是体积变化, 起铸件外部尺寸的变化,因此, 起铸件外部尺寸的变化,因此,通常用线收缩率 来表示.固态收缩是铸件产生内应力 内应力, 来表示.固态收缩是铸件产生内应力,裂纹和变 等缺陷的主要原因. 形等缺陷的主要原因. 不同的合金收缩率不同.在常用合金中, 不同的合金收缩率不同.在常用合金中,铸钢 收缩最大,灰口铸铁最小. 收缩最大,灰口铸铁最小.灰口铸铁收缩很小是 由于其中大部分碳是以石墨状态存在的, 由于其中大部分碳是以石墨状态存在的,石墨的 比容大,在结晶过程中, 比容大,在结晶过程中,析出石墨所产生的体积 膨胀,抵消了部分收缩. 膨胀,抵消了部分收缩.
金属从浇注温度冷却到空温要经历 三个互相联系的收缩阶段: 三个互相联系的收缩阶段:
(1)液态收缩 从浇铸温度冷却到凝固开始 液态收缩 温度(液相线温度 液相线温度)的收缩 温度 液相线温度 的收缩 (2)凝固收缩 从凝固开始温度冷却到凝固终 凝固收缩 止温度(固相线温度 固相线温度)的收缩 止温度 固相线温度 的收缩 (3)固态收缩 从凝固终止温度冷却到室温的 固态收缩 收缩. 收缩.
1.造型方法的选择
手工造型 时紧砂和起模是用手工来进行的,其操作灵活, 时紧砂和起模是用手工来进行的,其操作灵活, 适应性强,模型成本低,生产准备时问题, 适应性强,模型成本低,生产准备时问题,但铸件质量较 生产率低,且劳动强度大.因此,主要用于单件, 差,生产率低,且劳动强度大.因此,主要用于单件,小 批生产. 批生产. 种类:两箱造型,三箱造型,地坑造型, 种类:两箱造型,三箱造型,地坑造型,脱箱造型 机器造型 是现代化铸造车间生产的基本方式,是将紧砂 是现代化铸造车间生产的基本方式, 和起模等主要工序机械化.它可大大提高劳动生产率, 和起模等主要工序机械化.它可大大提高劳动生产率,铸 件尺寸精确,表面光洁,加工余量小.同时, 件尺寸精确,表面光洁,加工余量小.同时,可大大改善 铸造车间落后面貌,改善工人劳动条件.在大批量生产中, 铸造车间落后面貌,改善工人劳动条件.在大批量生产中, 尽管机器造型所需要的设备,专用砂箱和模板投资较大, 尽管机器造型所需要的设备,专用砂箱和模板投资较大, 但铸件的成本还能显著的降低. 但铸件的成本还能显著的降低.
二,砂型铸造
砂型铸造是传统的铸造方法,适用于各种形状,大小,批 砂型铸造是传统的铸造方法,适用于各种形状,大小, 量及各种合金铸件的生产. 量及各种合金铸件的生产. 铸造生产的第一步是根据零件结构特点,技术要求,生产 铸造生产的第一步是根据零件结构特点 技术要求, 零件结构特点, 批量及生产条件等 确定其铸造工艺,并绘制铸造工艺图 铸造工艺图. 批量及生产条件等,确定其铸造工艺,并绘制铸造工艺图. 铸造工艺图是利用各种工艺符号,把制造模型和铸型所需 铸造工艺图是利用各种工艺符号, 的材料,直接绘在零件图上的图样.图中应表示出: 的材料,直接绘在零件图上的图样.图中应表示出:铸件 的浇注位置,分型面,型芯的数量形状, 的浇注位置,分型面,型芯的数量形状,尺寸及其固定方 机械加工余量,拔模斜度和收缩率,浇口,冒口, 法,机械加工余量,拔模斜度和收缩率,浇口,冒口,冷 铁的尺寸和位置等 铁的尺寸和位置等.
一般来说,逐层凝固时, 一般来说,逐层凝固时,合金的充型能 力强,便于防止缩孔和缩松;糊状凝固时, 力强,便于防止缩孔和缩松;糊状凝固时, 难以获得结晶紧实的铸件. 难以获得结晶紧实的铸件. 在常用合金中, 在常用合金中,灰铸铁和铝合金趋向于 逐层凝固,易于获得紧实铸件;球墨铸铁, 逐层凝固,易于获得紧实铸件;球墨铸铁, 锡青铜,铝铜合金等偏向于糊状凝固, 锡青铜,铝铜合金等偏向于糊状凝固,为 获得紧实铸件,需采取措施, 获得紧实铸件,需采取措施,以便补缩或 减小其凝固区域. 减小其凝固区域.
优点: 优点: 1)可制成形状复杂,特别是具有复杂内腔的零件, )可制成形状复杂,特别是具有复杂内腔的零件, 如箱体,汽缸. 如箱体,汽缸. 2)适应范围广.常用金属材料:碳钢,铝合金, )适应范围广.常用金属材料:碳钢,铝合金, 铜合金,铸铁等都可铸造. 铜合金,铸铁等都可铸造.其中铸铁件只能用铸 造方法.零件大小和生产批量不受限制. 造方法.零件大小和生产批量不受限制. 3)铸造可直接利用成本低廉的废机件,设备费用 )铸造可直接利用成本低廉的废机件, 低. 4)铸件加工余量小,节省金属,减小切削加工余 )铸件加工余量小,节省金属, 降低成本. 量,降低成本.
图为一绳轮铸件,在大批量生产时, 图为一绳轮铸件,在大批量生产时,为能 采用造型机来生产, 采用造型机来生产,采用图中所示的环状 型芯, 型芯,将原来的二个分型面减为一个分型 面.