第七章 金属的液态成形培训资料

分模造型是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。
g) 分模造型
两箱造型是造型的最基本方法，铸型由成对的上 型和下型构成，操作简单。适用于各种生产批量和各 种大小的铸件。
• 挖砂造型的模样是整体的，但铸件分型面为曲面。为 便于起模，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂、其造 型费工、生产率低，工人技术水平要求高。用于分型 面不是平面的单件、小批生产铸件。
（三）金属型铸造的特点和应用范围
1）金属型铸件冷却快，组织致密，力学性能高。 2）铸件的精度和表面质量较高 3）浇冒口尺寸较小，液体金属耗量减少，一般可节约 15%－30%。 4）不用砂或少用砂。
金属型铸造的主要缺点是金属型无透气和退让性，铸件冷 却速度大，容易产生浇不到、冷隔、裂纹等缺陷。
二、压力铸造
• 2、影响收缩的因素
• (1)合金种类
• 合金种类不同，收缩率不同，铸钢最大，并随含碳量的增 加而增加。灰铸铁收缩率最小，原因是在结晶时析出的石 墨比容较大，使体积膨胀，抵消了部分收缩。收缩率与含 碳量成反比。
• 几种合金的收缩率见表7-2 。
• （2）浇注温度
• 浇注温度越高，过热度越大，合金的收缩率越大。
二、液态合金的收缩性 （一）收缩的概念 液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现 象称为合金的收缩。收缩能使铸件产生缩松、裂纹、变 形和内应力等缺陷。
• 合金的收缩经历如下三个阶段，如图所示。 • （1） 液态收缩：从浇注温度冷却到凝固开始温度之间
的收缩。收缩现象为型腔内液面降低。浇注温度越高， 液态收缩越大。
金属型铸造又称硬模铸造，是将液体金属浇入金属铸型， 在重力作用下充填铸型，以获得铸件的铸方法。 （一）金属型 为保证使用寿命，制造金属型的材料具备如下的性能：高 的耐热性和导热性，反复受热不变形，不破坏；一定的强 度、韧性及耐磨性；好的切削加工性能。金属型材料一般 选用铸铁、碳素钢或低合金钢。 （二）金属型铸造的工艺特点 1. 金属型预热 金属型预热温度主要通过试验来确定，一 般不低于150℃。 2. 刷涂料 金属型表面应喷刷一层耐火涂料（厚度为 0.3mm－0.4mm），以保护型壁表面，免受金属液的直接冲 蚀和热击。
第七章 金属的液态成形
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 造产品成本最低，应用最普遍，所生产的铸件要占铸件 总量的80%以上。但工艺过程较复杂不易控制，，铸件内 部常有缩孔、夹渣、气孔、裂纹等缺陷产生，导致铸件 力学性能，特别是冲击性能较低。
缩孔：铸件壁逐层凝固时，在铸件上部或最后凝固部位 ，由于凝固收缩，液面下降，正在凝固的金属得不到液态 金属及时地补充，在铸件的上部，就形成了缩孔。其形状 和特点是孔洞集中、容积较大呈倒圆锥形，内表面粗糙。 如图所示。
合金的液态 收缩和凝固收 缩率越大，浇 注温度越高， 铸件的壁越厚， 缩孔的容积就 越大。
常见合金的流 动性见表7-1。
• （2） 浇注温度

•
浇注温度越高，液态合金的流动性越好，若过高，铸
件易产生缩松、粘沙等缺陷。一般浇注温度控制在：铸钢
1520~1620℃；铸铁1230~1450℃；铝合金680~780℃。
• （3）铸型填充条件
• 内浇道横截面小、型腔表面粗糙、型砂透气性差都会增加 液态合金的流动阻力；铸型材料的导热性过大，使液体金 属凝固快，同样会降低流动性。
所以极易产生铸造缺陷，故应采取以下措施。
• 措施有三，详见P192 • 注： • 冷隔：因浇注时冷却过快，在未充满模腔前就因凝固
而停止流动。
• 3、铸铝
• （1）铝硅合金：
• 铸造性能良好，应用广泛，如活塞、缸体等。
• （2）铝铜、铝镁合金
• 铸造性差，应适当提高浇注温度和速度，增设冒口，提 高型砂和芯砂的退让性。因铝合金溶液易吸气和氧化， 因此应合理派安浇注系统，多开内浇口，减少涡流和冲 击现象，以免铝合金液体氧化和充气。
• 二、机器造型 机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操作
的造型工序。机器造型铸件尺寸精确、表面质量好、
加工余量小，但需要专用设备，投资较大，适合大 批量生产。
1. 机器造型的紧砂方法常用的机器造型方法有：压 实紧实、震压紧实、抛砂紧实、射压紧实等。
压实紧实方法单
纯借助压力紧实砂型， 机器结构简单、噪声 小，生产率高，消耗 动力少，型砂的紧实 度沿砂箱高度方向分 布不均匀，上下紧实 度相差很大。主要适 用于成批生产高度小 于200mm薄而小的 铸件。
a) 压实紧实
震压紧实是经 过多次震击后 再压实砂型。 该方法生产率 高，能量消耗 少，机械磨损 少，砂型坚实 度较均匀，但 噪声大。广泛 用于成批生产 中、小型铸件。
c) 震压紧实
抛砂紧实是利用离心力抛出型砂， 使型砂在惯性力下完成填砂和坚实。 该方法生产率高，能量消耗少、噪 声低、型砂坚实度均匀、适用性广。 主要适用于单件、小批、成批、大 量生产中、大型铸件或大型芯。
• （2） 凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终止温度间的 收缩。收缩现象仍为型腔内液面继续降低。凝固温度范 围越大，凝固收缩越严重，越容易产生缩孔等缺陷。
•（3） 固态收缩：从 凝固终止到室温的收缩， 收缩现象与上两种不同， 表现为体积缩小，用线 收缩率来表示。此阶段 收缩越大，内应力越大， 铸件的开裂、变形的可 能性就越大。
增设冷铁
增设冒口
• 四、铸造应力引起的变形和裂纹
• 铸件在凝固后的固态收缩受到阻碍时，将产生内应力， 它是铸件产生变形和裂纹的基本原因。减少变形和开裂 的措施有：力求铸件壁厚均匀、合理设计浇冒口、合理 使用冷铁、采用退让性好的型砂和型芯、尽量晚落砂。
• 五、常用合金的铸造性能
• 1、铸铁
• （1）灰铸铁：流动性好，收缩率小，可浇注薄而复杂 的铸件。
压力铸造（简称压铸） 的实质是在高压作用 下，使液态或半液态 金属以较高的速度充 填金属型型腔，并在 压力下成型和凝固而 获得铸件的方法。常 用压射压力为5－ 1500MPa，充填速度 约5－5m/s，充填时 间很短，约0.01－ 0.2s。 压铸过程 主要由压铸机来实现。 压铸机工作原理见图。
压铸机工作原理
3.浇注 由于金属型的导热能力强，因此浇注温度应比砂型铸 造高20℃－30℃。铝合金为680℃－740℃，铸铁为 1300℃－1370℃，锡青铜为1100℃－1150℃，对薄壁小 件取上限，对厚壁大件取下限。
4.开型时间 对于金属型铸造，要根据不同的铸件选用合适 的开型时间，具体数值需通过试验来确定。
• 第一节 金属的液态成形原理
• 一、液态金属的流动性
• 1、流动性的基本概念
• 金属的流动性是指液态金属充满铸型的能力。流动性 强，有利于金属液中气体和杂质的上浮排出；有利于 凝固收缩时补缩。
2、衡量流动性的标准 以螺旋型式样的长度来衡量
如右图,将 合金液浇入铸 型中，冷凝后 测出充满型腔 的式样长度。 浇出的试样越 长，合金的流 动性越好,合 金充型能力越 好.
熔模铸造过程示意图
（二）熔模铸造的主要特点及适用范围 1）铸件的精度和表面质量较高，尺寸公差等级可达 IT14-IT11，表面粗糙度Ra值可达12.5μm-1.6 μ m。 2）适用于各种合金铸件。 3）可制造形状较复杂的铸件，铸出孔的最小直径为 0.5mm，最小壁厚可达0.3mm。 4）工艺过程较复杂，生产同期长，制造费用和消耗 的材料费用较高，多用于小型零件（从几十克到几千 克），一般不超过25kg。
三、离心铸造 详见P196
四、、熔模铸造
熔模铸造是用易熔材料制成模样，然后在模样上涂 挂若干层耐火涂料制成型壳，经硬化后再将模样熔化， 排出型外，从而获得无分型面的铸型。铸型经高温焙烧 后即可进行浇注。 (一)熔模铸造的工艺过程 熔模铸造的工艺过程包括：蜡模制造、结壳、脱蜡、焙 烧和浇注等，其流程图及铸造过程示意图如下：
（二）压铸的特点和应用 1. 压铸优点： 1）铸件的尺寸精度最高，表面粗糙度Ra值最小。 2）铸件强度和表面硬度都较高。 3）生产效率很高，生产过程易于机械化和自动化。 2. 压铸缺点： 1）压铸时，高速液流会包住大量空气，凝固后在铸 件表皮下形成许多气孔，故压铸件不宜进行较多余量 的切削加工，以免气孔外露。 2）压铸黑色金属时，压铸型寿命很低，困难较大。 3）设备投资大，生产准备周期长。
• （3）铸型条件与铸型结构
• 由于铸型和型心的阻碍，铸件的实际收缩率小于自由收缩 率。因此，在制作模样时要根据合金的种类，给与合理的 考虑。
• 三、缩孔和缩松的形成及防止
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。
缩松：分散在铸件内部分散而细小的缩孔，大多分布在
铸件中心轴线处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方。形成 的原因与缩孔基本相同。
缩孔及缩松使铸件力学性能下降，防止其发生的主要 措施是“定向凝固”，通过增设冒口、冷铁等一些工艺措施 ，使凝固顺序形成向着冒口方向进行，如下图。远离冒口的 部位先凝固，冒口最后凝固，使缩松和缩孔产生在冒口处。 或在铸件厚大部位增设冷铁，以加快该处的凝固速度。
f) 挖砂造型
活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，肋 条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出 主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费时，工人 技术水平要求高。主要用于单件、小批生产带有突出部 分、难以起模的铸件。
活块造型
三箱造型的铸型由上、中、下三型构成。中型高度 需与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型操作 费工。主要适用于具有两个分型面的单件、小批生 产的铸件。