工程材料及其成形技术基础课件

容积较大的孔洞称为缩孔； 细小而分散的孔洞称为缩松。
②危害

减少铸件的有效受力面积，使其承载能力和气密性 等使用性能下降。
61
（1）缩孔的形成


逐层凝固的纯金属或 共晶成分的（结晶温 度范围窄）合金，凝 固易形成集中缩孔。 缩孔总是在铸件最后 凝固的部位形成，即 是在铸件的厚大处。
62
（2）缩松的形成


为使模样容易地从铸型中脱出，平行于起 模方向在模样的斜度，称为起模斜度。 起模斜度大小

立壁愈高，斜度愈小； 外壁斜度比内壁小； 机器造型的一般比手工造型的小； 金属模斜度比木模小。
一般外壁为15′—3°，内壁3°～10°。
29
30
3）铸造圆角 ——铸件上壁和壁的交角应做成圆弧 转角过渡 圆角半径值一般取两相交壁平均厚 度的1/3～ 1/2

5
铸造的方法很多，包括： 砂型铸造 应用最广，占90％以上 特种铸造
6
§7.1 砂型铸造

基本生产过程
砂型典型结构
7
7.1.1 造型方法
1、 手工造型
按模样划分 （1）整模造型 （2）挖砂造型 （3）活块造型 （4）分模造型 （5）刮板造型 按砂箱划分 （1）两箱造型 （2）三箱造型 （3）脱箱造型 （4）地坑造型
(1)适应性特别广 (2)可以获得任何形状复杂铸件 (3)铸件的大小几乎不受限制 (4)成本较低 、设备简便。
3

应用（以重量计算）


铸件占汽车重量的40％； 铸件占切削机床的80％； 农业机械、矿冶机械的50％以上
4
缺点： 1）铸件和同样尺寸的锻件和焊接件相比， 铸件承载能力不如锻件和焊接件； 2）铸造生产工艺过程比较多，劳动强度 大，劳动条件也很差。铸件质量不容易 稳定，常会出现各种缺陷。如：各种孔 眼类、缩孔、缩松及组织粗大、变形、 开裂等等。容易出现废品。
• 热应力 ——由于铸件壁厚不均匀，冷速不一 致而引起。 这种应力当落砂后仍然存在
65
收缩应力（机械应力）
——因铸型、型芯或浇冒口的阻碍而引 起。
这种应力在铸件开箱去芯后便可消 失，但在铸型中能与热应力共同起作用。
66


消除和减少铸造应力措施
铸件设计：壁厚均匀；形状对称；圆角过渡等 铸造工艺
铸
造
1
本章内容


概 述 7．1 砂型铸造 7．2 特种铸造 7．3 金属或合金铸造性能 7．4 铸件结构工艺性 7. 5 常用合金铸件的制造
2
概 述
• 概念
——是将液态的合金浇注到与零件的形状、 尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却、凝固，以 获得零件或毛坯的一种生产方法。

铸造成形优点：
铸型热导率过大 型腔结构复杂 铸型温度过低 铸型中气体过多
（4）铸件的结构
57
7.3.2 铸件的凝固与收缩
1、铸件的凝固方式 三种： 逐层凝固 糊状凝固 中间凝固
58
2、合金的收缩
概念 ：在凝固和冷却过程中，其体积和尺 寸减少的现象。
（1）收缩过程三阶段



液态收缩 凝固收缩 固态收缩 总收缩： 三者之和
71
1、铸件偏析 区域偏析：是指铸件的整个断面的各部位成分不 一致的现象。 分为正向偏析和逆向偏析。 正向偏析：熔点低的组元集中分布在铸件的中心 或上部区域，含量从先凝固区到后凝固区逐渐递 增；逆向偏析反之。 消除办法：均匀化退火无法消除，以预防为主。 选用成分合适的铸造合金，合理的铸件结构，如 避免大断面以及选择适当的冷速。
◎采用“同时凝固原则” 浇道开在薄壁处或使用多而小的浇道 在薄壁处开溢流冒口 厚大处安放冷铁 ◎改善型砂、芯砂的退让性

热处理：去应力退火（人工时效）
67
(2)铸件的变形
——因残余应力的松弛。
防止措施：


铸件设计：壁厚均匀；形状对称 铸造工艺
采用“同时凝固原则”

反变形
68
（3）铸件的裂纹
产生原因：б >б b 按形成温度的不同： 热裂 冷裂
59
（2）液态收缩和凝固收缩
表现为合金体积的缩小。 它是铸件产生缩孔和缩松的根本原因。
（3） 固态收缩
引起的体积缩小表现为铸件外形尺寸的变化。 它是铸件产生应力、变形和裂纹的根本原因。
60
3、缩孔和缩松
①概念

合金的液态收缩和凝固收缩时，由于补缩不足，使 铸件的最后凝固部位出现孔洞。
33
3、铸造工艺简图绘制
铸造工艺简图：


利用各种工艺符号，把制造模样和铸造所需的资料 直接绘在零件图上的图样。 它决定了铸件的形状、尺寸、生产方法和工艺过程。
1)铸造工艺图的绘制 铸造工艺简图通常是在零件蓝图上加注红、蓝 色的各种工艺符号，把分型面、加工余量、起 模斜度、芯头、浇冒口系统等表示出来，铸件 线收缩率可用文字说明。
亚共晶成分或过共晶成 分的合金，凝固时形成 大量细小分散的缩孔， 就是缩松。 缩松常分布在铸件壁的 （3 中心区域、厚大部位、 冒口根部和内浇口附近。

63
（3）缩孔和缩松的防止
采用“顺序凝固”
• 在铸件可能产生缩孔的厚大部分增设冒口
加压补缩
64
4、铸造应力、变形和裂纹
(1)铸造应力 按产生原因的不同： 热应力 收缩应力
46
2、压铸的优点
生产率高，易实现自动化 铸件质量高，性能好 可生产带嵌件的铸件
3、压铸的缺点
设备投资大，成本高，只适合于大批量生产 难生产高熔点铸件 不能避免气孔和缩松等缺陷 铸件不能热处理和在高温下使用
47
7.2.4 低压铸造
1、工艺过程
48
2、低压铸造的特点和应用 优点： （1）压力易调整，适用于各种铸型、合金及 尺寸的铸件 （2）能减少金属的飞溅和对型腔的冲刷，避 免针状孔 （3）铸件轮廓清晰、组织致密 （4）劳动条件好，易于自动化 缺点： 升液管寿命短，保温过程中金属液易氧化 应用： 质量要求高的铝合金、镁合金铸件
主要内容


确定铸造方案（浇注位置、分型面） 确定工艺参数（加工余量、收缩率和起模斜 度，设计砂芯等） 绘制铸造工艺图和标注符号 编制工艺卡和工艺规范等。
22
1 铸件浇注位置和分型面的选择
1)浇注位置的选择 选择原则：（三下一上） ①铸件的重要加工面应朝下或位于侧面。
23
②铸件宽大平面应朝下。
10
挖砂造型
①挖砂造型工艺特征 模样做成整体，挖砂造 型—定要挖到模样的最 大截面处。分型面应平 整光滑，坡度不能太陡， 以便于顺利地开箱。 ②挖砂造型工艺过程 ③挖砂造型的特点 要求工人的操作水平较 高，且操作麻烦，生产 率低，只适用于单件小 批量生产。
11
活块造型
①活块造型的工艺特征
将整体模或芯盒侧面的伸出 部分做成活块，起模或脱芯后， 再将活块取出。活块用销子或 燕尾榫与模样主体联接。
26
②尽量将铸件重要加工面或大部分加工面、 加工基准面放在同一个砂箱中。
③使型腔和主要 芯位于下箱，便 于下芯、合型和 检查型腔尺寸。
27
2、铸造工艺参数确定
1)加工余量



铸件为进行机械加工而加大的尺寸称为 机械加工余量。 留加工余量地方 在零件图上标有加工符号的地方 不铸出的孔和槽
28
2)起模斜度
14
地坑造型
15
2、机器造型
机器造型实质：由机器代替手工紧砂和起模 （1）紧砂方法 震压造型 微震压造型 高压造型 抛砂造型 射砂造型
16
微震压造型
17
高压造型
18
抛砂造型
19
射砂造型
20
（2）起模方法
①顶箱起模
②漏箱起模 ③翻转起模
21
7.1.2 砂型铸造工艺

模样沿最大截面处分为两个半 模，并将两个半模分别放在上、下 箱内进行造型，依靠销钉定位。分 型面一般是一个平面，根据铸件形 状分型面也可为曲面、阶梯面等。 ②分模造型的主要过程 ③分模造型的特点 型腔分别处在上型和下型中， 因模样高度降低，起模、修型都比 较方便。要特别注意使上型对准下 型并紧固，以免产生错箱，影响铸 件质量，增加清理工时。
连续铸造
52
7.2.8
实型铸造
53
7.2.9 V法铸造
54
§7.3 金属或合金的铸造性能
7.3.1 金属或合金充型能力 充型能力：


概念：液态合金充满型腔，并获得 形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。 充型能力不足产生铸造缺陷：冷 隔、浇不足 影响因素 液态合金的流动性（内因） 铸型及工艺因素（外因）
31
4)收缩余量 为了补偿收缩，模样比铸件图纸尺寸增 大的数值称收缩余量。 通常

灰铸铁的线收缩率为0.7％～ 1.0％ 铸钢为1.6％～ 2.0％ 有色金属为1.0％～ 1.5％
32
5)芯头


芯头指型芯的外伸部 分，用以定位和支撑 型芯。 模样上用以在型腔内 形成芯座并放置芯头 的突出部分也称芯头。
49
7.2.5 离心铸造
（1）基本方式
立式 （环、套类零件） 卧式 （筒、管类零件）

（2）转速确定 一般：250—1500r/min （3）铸造特点及应用
①不需型芯生产空心铸件； ②铸件力学性能好； ③可生产“双金属”铸件； ④金属利用率高； ⑤内孔尺寸不精确。
50
7.2.6 陶瓷型铸造
51
7.2.7
方案二
41
42
§7.2 特种铸造 7.2.1熔模铸造