材料成形工艺基础最新精品课件第三章金属的铸造成形工艺方法

操作简单，应用广泛
体等形状较复杂的铸件
三箱造型
铸件有两个最大截面，分模、两个分型面且为平面、三个砂箱造 型，中箱高度与中箱模样高度相同，所以无法机器造型。操作繁 琐，容易错箱
主要用于手工造型，单件、小批量生产具 有两个分型面的中、小型铸件
挖砂造型
最大截面不在一端，而且不是平面。为了取出模样，造型时要人 工挖去阻碍起模的型砂。造型费时，生产率低，容易掉砂
（1）因为在陶瓷层处于弹性状态下
起模，同时陶瓷型高温时变形小，故铸 件的尺寸精度可达CT5~8级，表面粗糙度 Ra3.2~12.5μm。此外，陶瓷材料耐高温， 故也可浇注高熔点合金。
（2）陶瓷型铸件大小不受限制，从几 公斤到数吨。
（3）在单件、小批生产条件下，投资
少、生产周期短，在一般铸造车间较易 实现。
4）金属在压力下凝固，冷 却速度又快，铸件组织细密，表 层紧实，强度、硬度高，抗拉强 度比砂型铸造提高20%～40%。
3.2.4. 低压铸造
低压铸造是液态金属在压力作 用下由下而上充填型腔，以形成 铸件的一种方法(0.02—0.06MPa)。 1. 低压铸造的工艺过程
低压铸造的原理如图3-13（a） 所示。其下部是一个密闭的保温 坩埚炉，用于储存熔炼好的金属 液。坩埚炉的顶部紧固着铸型 （通常为金属型或砂型），垂直 升液管使金属液与朝下的浇注系 统相通。
3)由于省去了补缩冒口， 使金属的利用率提高到90~98%。
4)由于提高了充型能力， 有利于形成轮廓清晰、表面光 洁的铸件，这对于大型薄壁件 的铸造尤为有利。
3.2.5 离心铸造
离心铸造
将液态金属浇入高速回转（通常为250～1500r/min）的铸型中，使其在离心力作 用下充填铸型并凝固而获得铸件的方法称为离心铸造。
1. 手工造型方法
根据铸件的形状不同可采取不同的造型方法，而造型方法不同其结构 的设计也不同。
造型方法名称
主要特点
适用范围
整模造型
模样为整体模，分型面是平面，型腔全部在半个铸型内，造型简 单，不会错箱
最大截面位于一端且为平面的简单铸件、 适用于各种生产批量
分模造型
模样沿最大截面分两半，分型面是平面，型腔位于上、下两砂箱， 适用于最大截面在中部的套类、管类和阀
(a)浇入定量液体金属
(b)上型向下挤压
图3-19 挤压铸造示意图
1-上型；2-金属液；3-铸件；4-下型
2. 挤铸的特点及应用 挤铸与压力铸造及低压铸造的共同点是，压力的作用是使铸
件成形并产生“压实”，使铸件致密。其不同点是挤铸时没有浇 口，且铸件的尺寸较大，较厚时，液流所受阻力较小，所需的压 力远比压力铸造小，挤铸的压力主要用于使铸件压实而致密。
陶瓷型铸造的不足是不适于批量大、
重量轻或形状复杂铸件，且生产过程难 以实现机械化和自动化。
图3-16 陶瓷型铸造工艺过程
目前陶瓷型铸造主要用于生产厚大的
精密铸件，广泛用于铸造冲模、锻模、
玻璃器皿模、压铸模、模板等，也可用 于生产中型铸钢件。
3.2.7 实型铸造
实型铸造是采用聚苯乙烯泡沫塑料模样代替普通模样，采用微震加负压紧实造 好型后不取出模样就浇入金属液，在金属液的作用下，塑料模样燃烧、气化、消失， 金属液取代原来塑料模所占据的空间位置，冷却凝固后获得所需铸件的铸造方法。
图3-8机器造型用模板
3.2 特种铸造
随着科学技术的发展、铸造生产工艺的改进，为适应社会的需 求，不断地出现了一些与砂型铸造的造型材料和工艺不同的其它铸 造方法，统称为特种铸造，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、 离心铸造、壳型铸造、陶瓷型铸造、磁型铸造等。与砂型铸造相比 ，特种铸造具有铸造精度和表面质量高、内在性能好、原材料消耗 低、工作环境好等优点。特种铸造的每个铸造方法均有其优越之处 和适用的场合，但不同的铸造方法其铸件的结构、形状、尺寸、质 量、材料种类往往受到某些限制，成本也各不相同。
第3章 金属的铸造成形工艺方法
3.1 砂型铸造（重点内容）
3.1.1 砂型铸造过程 3.1.2 手工造型 3.1.3 机器造型
3.2 特种铸造
3.2.1 金属型铸造 3.2.2 熔模铸造
3.2.3 压力铸造
3.2.4 低压铸造
3.2.5 离心铸造
3.2.6 陶瓷型铸造
3.2.7 实型铸造
3.2.8 壳型铸造
图3-13 低压铸造示意图
（a）合型；(b) 压铸；(c) 取出铸件
低压铸造
2. 低压铸造的特点及应用
1）充型压力和速度便于 控制，故可适应各种铸型，如 金属型、砂型、熔模型壳、树 脂壳型等。由于充型平稳，冲 刷力小，且液流和气流的方向 一致，故气孔、夹渣等缺陷较 小。
2)铸件的组织致密，力学 性能较高。对于铝合金针孔缺 陷的防止和提高铸件的气密性， 效果尤为显著。
3.2.9 挤压铸造
1. 挤铸原理
最简单的挤压铸造法如图3-10所示。其主要特征是挤压铸造的 压力较小（2～10MPa），其工艺过程是在铸型中浇入一定量液态 金属，上型随即向下运动，使液态金属自下而上充型，且挤压铸 造的压力和速度（0.1～0.4m/s）较低。无涡流飞溅现象，因此铸件 致密而无气孔。
(4)生产批量不受限制，单件小批、 成批、大量生产均可适用。
3.2.3 压力铸造
压力铸造是将溶融金属在高压下快 速压入金属铸型中，并在压力下凝固， 以获得铸件的方法。 1. 压力铸造的工艺过程 压力铸造是在 压铸机上完成的。
（a）浇注；（b）压射；（c）开型
压力铸造
2. 压力铸造的特点及应用
1）压力铸造的生产率比其 他铸造方法都高，每小时可压铸 50～500件，操作简便，易实现 自动化或半自动化生产。
3.2.8 壳型铸造
壳型铸造
壳型铸造是用酚醛树脂砂制造薄壳砂型或型芯的铸造方法。 1. 覆膜砂的制备 2. 壳型（芯）的制造过程
3. 壳型铸造的特点及应用 (1)覆膜砂可以较长期贮存（三个月以上），且砂的消耗量少； (2)无需捣砂，能获得尺寸精确的壳型及芯； (3)壳型（芯）强度高，重量轻，易搬运； (4)壳型（芯）透气性好，可用细原砂得到光洁的铸件表面； (5)无需砂箱，壳型及壳芯可长期存放。
3.2.1
金属铸型的结构有整体式、水平分型式、垂直分型式和复合分型式几种
2.金属型的铸造工艺
（1）预热金属型 （2）喷刷 （3）控制开型 （4）加强金属型的排气
3. 金属型铸造的特点及应用
（1）实现了一型多铸，省去了配砂、造型、落砂等工序，节约了大量的 造型材料、造型工时、场地，改善了劳动条件，提高了生产率。而且便于实 现机械化、自动化生产。
用于整体模样且分型面为曲面的铸件，只 适用于单件、小批量生产
假箱造型
为了克服挖砂造型的缺点，在造型前特制一个底胎，然后在底胎 上造下箱。由于底胎不参加浇注，故称做假箱。此法比挖砂造型 简单，且分型面整齐
适用于成批生产，需挖砂的铸件
活块造型
将妨碍起模的小凸台、肋板等做成活动镶嵌结构，待起模时先起 出主体模样，然后再从侧面取出活动的镶嵌活块。造型生产率低， 要求工人技术水平高
主要用于带有突出部分难以起模的铸件， 单件、小批量生产
刮板造型
用刮板代替模样造型，可节约木材，缩短生产周期。但造型生产 率低，要求工人技术水平高，铸件尺寸精度差
主要用于等截面或回转体大、中型铸件， 单件小批量生产。如大皮带轮、铸管等
采用活动砂箱造型，在铸型合箱后，将砂箱脱出，重新用于造型。 脱箱造型（无箱造） 浇注时为了防止错箱，需用型砂将铸型周围填紧，也可在铸型上
3.1.3 机器造型
1. 机器造型工艺过程
机械造型
机器造型
2. 机器造型工艺特点 机器造型采用模板造型，模板是由模样、浇注系统与底板连接
成一体的专用模具。底板形成分型面，模板形成砂型型腔。小铸 件通常采用底板两侧都有模样的双面模板及其配套的砂箱（a）， 其他大多数情况下则采用上、下模分开装配的单面模板造型，用 上模板造上砂箱，用下模板造下砂箱（b）。
2）压力铸造由于熔融金属 是在高压下高速充型，合金充型 能力强，能铸出结构复杂、轮廓 清晰的薄壁、精密的铸件；可直 接铸出各种孔眼、螺纹、花纹和 图案等；也可压铸镶嵌件。
3）铸件尺寸精度可达 CT4～8级，表面粗糙度Ra1.6～ 12.5μm。其精度和表面质量比 其他铸造方法都高，可实现少、 无切削加工，省工、省料、成本 低。
（2）金属型铸件的尺寸精度高，表面质量好，铸件的切削余量小，节约 了机械加工的工时，节省了金属。
（3）金属型冷却速度快，铸件组织细密，力学性能好。
（4）铸件质量较稳定，废品率低。
金属型铸造的主要缺点是：金属型制造成本高、周期长，铸造工艺要求严格， 不适于单件、小批量生产。由于金属型冷却速度快，不宜铸造形状复杂和大型薄壁 件。
机器造型，所以选用三箱造型不合适。通过加环形型芯可以将三 箱造型改为两箱造型。
图3-5在图3-3中选用的是活块造型，如果大批量生产机器造型 很难去除活块，所以通过在侧壁加一个型芯取代活块造型，因为 是大批量生产，所以增加一个型芯也是有必要的。
图3-4环形型芯将三箱改为两箱造型
图3-5测壁外型芯代替活块
3.2.2 熔模铸造
熔模铸造
熔模铸造是用易熔材料制成模样，在模样上涂挂若干层耐火材料，
硬化后加热融化模样制成型壳，再经焙烧、然后在型壳温度很高情况下 进行浇注，从而获得铸件的一种方法，也称失蜡铸造。
1. 熔模铸造的工艺过程
熔模铸造的工艺过程包括：制造蜡模、制壳、脱蜡、熔烧、浇注等， 其基本工艺过程如图3-11所示。
2. 熔模铸造的特点及应用
(1)铸件精度高，表面光洁，一般 尺寸公差可达CT4～7，表面粗糙度 Ra1.6～12.5μm。
(2)可铸出形状复杂的薄壁铸件，
如铸件上的凹槽（＞3mm宽）、小孔 （φ≥2.5mm）均可直接铸出。