第一章 铸造

材料成型技术
绪 论
本课程性质：
《材料成型技术》是一门以研究常用工程材料坯件 及机器零件的成型工艺原理为主的综合性技术基 础课。 它是在原《金属工艺学》热加工工艺内容的基础上， 去粗取精、拓宽与加深后形成的。
绪 论
本课程内容： 《材料成型技术》几乎涉及机器制造中除切削加工 成型工艺以外的所有工程材料的成型工艺，包括:

2．机械应力的形成 机械应力是合金的线收缩受 到铸型或型芯的机械阻碍而形成的内应力。 机械应力使铸件产生拉伸或剪切应力，是暂时存 在的，在铸件落砂之后，这种内应力便可自行消 除。
减小应力的措施 在铸造工艺上采取“同时凝固原 则”，尽量减小铸件各部位间的温度差，使铸件 各部位同时冷却凝固。 将铸件加热到550~650℃之间保温，进行去应 力退火可消除残余内应力。
课堂认真听，课后看书五分钟，课前复习五分钟

第七章 液态成形
铸造史话
越王勾践剑――0.557长、0.046宽，楚国器物；
铸造史话
---中原铸剑术：
战国晚期大学者荀子概括铸造铜剑的整个过程：
刑（型）范正，金（铜）锡美，工冶巧，火 齐（剂）得，剖刑而莫邪已。然而不剥脱， 不砥厉，则不可以断绳；剥脱之，砥厉之， 则劙盘盂，刎牛马忽然耳。
（二）影响熔融合金充型的条件
铸型的温度低、热容量大，充型能力下降；铸型 的发气量大、排气能力较低时，会使合金的充型 能力下降；浇注系统和铸件的结构越复杂，合金 在充型时的阻力越大，充型能力下降；提高浇注 速度、浇注温度和增加直浇道的高度会使合金的 充型能力提高。
二、液态合金的收缩 （一）收缩的概念
分模造型：将模样沿最大截面处分成两半，型 腔位于上、下两个砂箱内，造型简单省工。常 用于最大截面在中部的铸件。
二、砂型铸造工艺设计


目的：为了获得健全的合格铸件，减小铸型制造 的工作量，降低铸件成本，在砂型铸造的生产准 备过程中，必须合理地制订出铸造工艺方案，并 绘制出铸造工艺图。 铸造工艺图：在零件图中用各种工艺符号表示出 铸造工艺方案的图形，其中包括：铸件的浇注位 置；铸型分型面；型芯的数量、形状、固定方法 及下芯次序；加工余量；起模斜度；收缩率；浇 注系统；冒口；冷铁的尺寸和布置等。铸造工艺 图是指导模样（芯盒）设计、生产准备、铸型制 造和铸件检验的基本工艺文件。依据铸造工艺图， 结合所选造型方法，便可绘制出模样图及合箱图。 图1-19为支座的铸造工艺图、模样图及合箱图。
缩孔：集中在铸件上部或最后凝固部位、容 积较大的孔洞。缩孔多呈倒圆锥形，内表 面粗糙。 缩松：分散在铸件某些区域内的细小缩孔。
1）缩孔的形成 主要出现在金属在恒温或很窄温度 范围内结晶，铸件壁呈逐层凝固方式的条件下。 如图1-6所示。
图1-6 缩孔形成过程示意图 合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高， 铸件的壁越厚，缩孔的容积就越大。
第一节
金属液态成形工艺基础
一、熔融合金的流动性及充型 液态合金充满型腔是获得形状完整、轮廓清晰 合格铸件的保证，铸件的很多缺陷都是在此阶段形 成的。 （一）熔融合金的流动性 1.流动性 液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状 和尺寸符合要求的优质铸件的能力，称为液态合金 的流动性。 流动性差：铸件易产生浇不到、冷隔、气孔和夹杂等 缺陷。 流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂 物上浮和对铸件进行补缩。
（一）浇注位置的选择 浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的位置，选择原则如下： 1．铸件的重要加工面应朝下或位于侧面 图1-20所示为车床床身铸件的浇注位置方案。由于床身导轨面是 重要表面，不允许有明显的表面缺陷，而且要求组织致密， 因此应将导轨面朝下浇注。
◆金属的液态成型， ◆金属的塑性成型， ◆材料的连接成型， ◆粉末冶金成型， ◆塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料成型 ◆复合材料成型等各个方面。
绪 论
本课程目的与任务： 通过本门课程的学习，同学们在进行 机械零件设计时，能够使零件既满足工艺 性能要求又满足经济性要求，也就是说， 要使大家设计的零件结构除满足使用性能 外，既便于制造，又价格低廉。 学习方法：

体收缩率：因为合金的液态收缩和凝固收缩 表现为合金体积的缩减，故常用单位体积收 缩量来表示。 线收缩率：合金的固态收缩不仅引起体积上 的缩减，同时还使铸件在尺寸上减小，因此 常用单位长度上的收缩量来表示。 常用合金中，铸钢的收缩率最大，灰铸铁最 小。


（二）铸件的缩孔和缩松 1． 缩孔和缩松的形成 若液态收缩和凝固收缩所缩减的体积 得不到补足，则在铸件的最后凝固部位会 形成一些孔洞。按照孔洞的大小和分布， 可将其分为缩孔和缩松两类。
（四）铸件的变形
结论： 厚部、心部受拉应 力，出现内凹变形。 薄部、表面受压应 力，出现外凸变形。
（五）铸件的裂纹 当铸造内应力超过金属材料的抗拉强度时，铸件便产生裂纹，根 据产生温度的不同，裂纹可分为热裂和冷裂两种。 1. 热裂 高温下的金属强度很低，如果金属的线收缩受到铸型 或型芯的阻碍，机械应力超过该温度下金属的强度，便产生热裂。 特征：热裂纹尺寸较短、缝隙较宽、形状曲折、缝内呈严重的氧 化色。 影响热裂因素： （1）合金性质（合金的结晶特点和化学成分） （2）铸型阻力（铸型、型芯的退让性） 防止热裂的方法：合理的铸件结构；型砂和芯砂的退让性；严格 限制钢和铸铁中硫的含量等。特别是后者，因为硫能增加钢和铸 铁的热脆性，使合金的高温强度降低。

第二节 砂型铸造



砂型铸造是传统的铸造方法，它适用于各种形状、 大小及各种常用合金铸件的生产。 一、砂型铸造造型（造芯）方法 制造砂型的工艺过程称为造型。造型是砂型铸造 最基本的工序，通常分为手工造型和机器造型两 大类。 （一）手工造型 手工造型特点：操作方便灵活、适应性强，模样 生产准备时间短。但生产率低，劳动强度大，铸 件质量不易保证。只适用于单件小批量生产。
2、铸造的方法
砂型铸造、特种铸造

/playlist_show/id_3906980.html
分类：铸造从造型方法来分，可分为砂型铸造和特 种铸造两大类。 其中砂型铸造工艺如图1-1所示。
图1-1 砂型铸造工艺流程图
砂型铸造过程
液态成型的优点
适于做复杂外形，特别是 复杂内腔的毛坯 对材料的适应性广，铸件 的大小 几乎不受限制
铸造史话---成语故事
铸造辉煌； 热血铸忠魂； 铸成大错； 模范
铸造史话---
铸造的历史源远流长……
本章主要内容：
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 铸造工艺基础 砂型铸造 铸造工艺设计 铸件结构设计 特种铸造 常用合金铸件的生产
引言： 1、铸造的概念
将经过熔化的液态金属浇注到与零件形状、尺寸相 适应的铸型中，冷却凝固后获得毛坯或零件的一种工艺 方法。(铸造)
1、手工造型
填砂、紧实、起模等主要有人工完成，操作 灵活，生产率低，主要用于单件小批量生产。
主要方法有： 分模造型 假箱造型 挖砂造型 活块造型 整模造型 刮板造型 三箱造型
整模造型：模样是整体的，分型面是平面，铸型型 腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生 错型缺陷。适用于铸件最大截面在一端，且为平面 的铸件。
（三）铸造应力 铸造内应力有热应力和机械应力两类，它们是铸件产生变 形和裂纹的基本原因。 1．热应力的形成 由于铸件各部分冷却速度不同，以致在 同一时期铸件各部分收缩不一致而引起。 图1-11为框形铸件热应力的形成过程。


图1-11 热应力的形成 +表示拉应力 -表示压应力

热应力形成规律：铸件的厚壁或心部受拉应力，薄壁或表 层受压应力。
铸造史话
---中原铸剑术：
战国相剑术士曾说：
白所以为坚也，黄所以为牣（韧）也，黄白 杂则坚且牣，良剑也。
铸造史话
---曾侯乙编钟
铸造史话
---曾侯乙编钟
铸造史话
---曾侯乙编钟
华中理工大学博士研究生刘克明运用现代科学技术对曾侯乙 墓出土文物进行了大量的研究。他认为： “曾侯乙编钟是科学技术史上一项最早而复杂的系统工 程，它具有完备的技术体系和丰富的工程技术语言，具有世 界一流的铸造技术，在工程图学上极有价值，是世界任何一 部科学技术史不可缺少的组成部分，它不仅是中国古代科学 技术与艺术的写照，同时，它也为科学技术的未来发展做出 了楷模。堪与古埃及金字塔、中国的万里长城、巴比伦空中 花园等世界奇迹相媲美。
螺旋形流动性试样衡量合金流动性，如图1-2所 示。在常用铸造合金中，灰铸铁、硅黄铜的流动 性最好，铸钢的流动性最差。
2. 影响合金流动性的因素 （1） 化学成份 纯金属和共晶成分的合金， 由于是在恒温下进行结晶，液态合金从表 层逐渐向中心凝固，固液界面比较光滑， 对液态合金的流动阻力较小，同时，共晶 成分合金的凝固温度最低，可获得较大的 过热度，推迟了合金的凝固，故流动性最 好；其它成分的合金是在一定温度范围内 结晶的，由于初生树枝状晶体与液体金属 两相共存，粗糙的固液界面使合金的流动 阻力加大，合金的流动性大大下降，合金 的结晶温度区间越宽，流动性越差。
•Fe-C合金的流动性与含碳量之间的关系如图1-3所示。由图 可见，亚共晶铸铁随含碳量增加，结晶温度区间减小，流动 性逐渐提高，愈接近共晶成分，合金的流动性愈好
（2） 铸型及浇注条件 铸型的结构越复杂、 导热性越好，合金的流动性就越差。提高 合金的浇注温度和浇注速度，以及增大静 压头的高度会使合金的流动性增加。浇注 温度：铸钢1520~1620℃；铸铁 1230~1450℃；铝合金680~780℃。

（2）缩松的形成 主要出现在呈糊状凝固方 式的合金中或断面较大的铸件壁中，是被树 枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。 缩松大多分布在铸件中心轴线处、热节处、 冒口根部、内浇口附近或缩孔下方，如图1-7 所示。