《机械制造基础(上册)》-第6章 金属的液态成型
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第六章 金属液态成型(理论基础)
中间凝固：多数合金的凝固介于两者之间，为 中间凝固方式。
三种凝固方式示意图
铸件质量与其凝固方式密切相关。一般，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，则难以获得结晶紧密的铸件。
影响凝固方式的因素
合金的结晶温度范围 合金的结晶温度范围愈小, 凝固区愈窄，愈倾向于逐层凝 固；反之，则倾向于糊状凝固。 铸件的温度梯度 当合金成分已确定，凝固 区的宽窄，取决于其内外层的 温度梯度。铸件的温度梯度愈 大，凝固区愈窄，愈倾向于逐 层凝固。铸件的温度梯度愈小, 凝固区愈宽，愈倾向于糊状凝 固。
退让性；内浇口设置应符合“同时凝固”原则； 减少硫含量等。
冷裂
产生：在较低的温度下，由于热应力和机械应 力的综合作用，使铸件的应力大于金属的强度 极限而产生冷裂。冷裂往往出现在铸件受拉应 力的部位，尤其是应力集中处。
防止：尽量减小铸造内应力；降低材料的脆性， 主要是减少S、P 的含量。
Hale Waihona Puke 四. 合金的偏析和吸气性形来减小内应力，逐渐趋于稳定。
防止铸件变形的方法：
＊尽量减少铸件内应力； ＊使铸件结构对称，内应力互相平衡而不易变形； ＊采用反变形法以补偿铸件变形； ＊在铸件上设置拉筋来承受一部分应力，待铸件经热 处理后再去掉。
铸件的裂纹
热裂
产生：凝固末期，金属的强度和塑性都很低，若 铸件收缩受阻产生的很小应力也能超过该温度 下金属的强度，即发生热裂。热裂分布在应力 集中部位或热节处。 防止：采用合理的铸件结构；改善铸型、型芯的
2.影响合金收缩的因素
（1）化学成分
不同种类的合金，收缩率不同；同类合金，
化学成分不同，收缩率也不同。
C、Si：强烈促进铸铁石墨化，铸铁体收缩减
金属的液态成形原理资料PPT课件
合金成分和温度
铸件的收缩
铸型、型芯条件
铸件结构
第23页/共47页
常用铸造合金的收缩率
合• 金铸造合含金从碳浇量注，凝固浇直注到至冷却液到态室温的过凝程固中，其体固积或态尺寸缩总减收的现缩 种类象，称（为收%缩）。收缩是温铸度件产生缩收孔缩、缩松、收裂缩纹、变形收的根缩源。 （%）
• 液态收缩
铸造• 碳钢•
（1）这是由于薄壁铸件的铸型冷却作用强，薄壁断面温 度梯度大，倾向于逐层凝固。因此收缩小的灰铸铁可消除 缩孔，获得致密铸件；而收缩较大的薄壁铸钢、有色合金 铸件会出现轴线缩松，但其表层组织致密。
第34页/共47页
（2）锡青铜，铝硅合金等凝固温度范围较宽的合金，倾 向于糊状凝固，用顺序凝固也难以消除缩松，采用 冷铁（或金属型铸造）及同时凝固原则，可保证其 表层组织致密。
1、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.
收缩的几个阶段 1) 液态收缩（T浇 — T液） : 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至开始凝 固的温度的温差成正比. 2) 凝固收缩（T液 — T固）: 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（T固 — T室） : 凝固以后到常温. 固态 体积收缩直观表现为铸件各方向线尺寸的缩小，影响 铸件尺寸精度及形状的准确性,故用线收缩率表示.
铸件内部就发生内应力,即铸造应力。内应力是铸 件
产生变形和裂纹的基本原因。
按阻碍收缩的原因分为：
1）热应力
液态成形概述
注意2个过程： （1）充填型腔； （2）凝固冷却
金属液态成型
定义：所谓金属液态成型，即铸造，casting， 是将金属加热到液态，使其具有流动性，然后 浇入到具有一定形状的型腔的铸型中，液态金 属在重力场或外力场的作用下充满型腔，冷却 并凝固成具有型腔形状的铸件。
实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中
复合材料制备）
现代铸造
我国已成功地生产出了世界上最大的轧
钢机机架铸钢件（重410t）和长江三峡 电站巨型水轮机的特大型铸件
感受铸造
砂型sand mould铸造工艺流程图
型砂molding sand配制造型砂型干燥 工装准备炉料准备合金冶炼 芯砂core sand配制造芯core making型芯干燥
青铜文化
司母辛觥
豕尊
春秋晚期越国青铜兵器 出土于湖北江陵楚墓
长55.7厘米
剑锷锋芒犀利
锋能割断头发
湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑
三星堆
立人像铸于商代晚期，人像
高172厘米，底座高90厘米， 通高262厘米，是世界上最 大的青铜立人像，被尊称为 “世界铜像之王”。
突目面具铸于商代晚期，原
件高64.5厘米，宽138厘米， 眼球柱状外突长达13.5厘米， 其造型在世界上亦属首见。
第一篇 液态成形原理
第一章 概述
第二章 液态金属的结构与性质 第三章 液态成形过程的传热
第章 液态金属的结晶
第五章 铸件凝固组织的形成及控制
第六章 铸件中缺陷及其控制
第一章
液态材料 浇注 铸型模腔
概述
凝固 固态毛坯
金属的铸造工艺
陶瓷的注浆成形
塑料的注射成形
第6章 金属的液态成型(用11)
刮板造型是用刮板代替实体模样造型，它可降低模样成本， 节约木材，缩短生产周期。但生产率低，工人技术水平要 求高。用于有等载面或回转体的大、中型铸件的单件、小 批生产、如带轮、铸管、弯头等。
整模造型
刮板造型
假箱造型
挖砂造型
三箱造型
活块造型
（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. 机器造型方法分类 常用的机器造型方法有：压实紧实、高压紧实、 震击紧实、震压紧实、微震紧实、抛砂紧实、 射压紧实、射砂紧实。
• 2. 球墨铸铁(简称球铁) • ① 球墨铸铁球化、孕育处理 球铁是用灰口铸铁 成份的铁水经球化、孕育处理后制成的。为保证 球铁质量,生产中应注意下列几点: • 球墨铸铁的化学成分选择 原铁水成分与灰口铸铁 原则上相同，但要求严格。 • 球化剂和孕育剂 • ②球墨铸铁的铸造性能和工艺特点 • 3.可锻铸铁 • 可锻铸铁件的生产过程是，首先获得白口铸铁件， 然后经高温石墨化退火。
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。
a) 两箱造型
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。
整模造型的模样是整体的，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。
6.1.2合金的收缩性能
• 1.合金收缩的概念 • 高温合金液从浇入铸型到冷凝至室温的整个过程中，其体 积和尺寸减小的现象，称为收缩。 • 整个收缩过程，可划分为三个互相联系的阶段。 • ①液态收缩 是指合金液从浇注温度冷却到凝固开始温度 (液相线温度) 之间的体积收缩。这个阶段合金处于液态的 收缩，它使型腔内液面降低。 • ②凝固收缩 合金从凝固开始温度冷却到凝固终止温度(固 相线温度)之间的体积收缩，仍表现为型腔内液面降低。 • ③固态收缩 是指合金从凝固终止温度冷却到室温之间的 体积收缩。
金属液态成形
工程材料及成形技术
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5.1 基本概念
工程材料及成形技术
感应炉
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5.1 基本概念
三、铸造特点
适用范围广 铸造铸成件本的大低小、、铸重件量价、批格量低以廉及材质几乎不受限制。 工序特多别，适合工于艺制复造杂内腔和外形复杂的毛坯或零件。
对于塑性差的材料（如铸铁），铸造是制造毛坯或零件的唯
目录
第0章：绪论 第1章：工程材料的结构与性能 第2章：金属材料的结晶与二元相图 第3章：钢的热处理 第4章：工程材料 第5章：金属的液态成形 第6章：金属的塑性成形 第7章：金属的焊接成形 第8章：非金属材料成形 第9章：新材料及其新工艺 第10章：机械零件材料及成形工艺的选用
第5章 金属的液态成形
砂 箱 造 型 过 程 示 意 图
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5.2 砂型铸造和特种铸造
手工造型
主要适用于单件或小批量铸件的生产 造型方法
按砂箱可分为4种：
两箱造型 三箱造型 地坑造型 脱箱造型
工程材料及成形技术
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5.2 砂型铸造和特种铸造
工程材料及成形技术
工程材料及成形技术
现代化砂型铸造生产线（机器造型）
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5.2 砂型铸造和特种铸造
砂型铸造工艺设计要点
设计要点
铸造工艺图的绘制 浇注位置的确定
根据零件的结构、 技术要求、批量大小 及生产条件确定适宜 的铸造工艺方案
分型面的选择 工艺参数的确定
工程材料及成形技术
冲天炉（铸铁的主要冶炼设备） 电阻坩埚炉（有色金属的主要冶炼设备）
金属液态成形工艺原理
H0
P杯
v杯2 2g
0
P腔
v内2 2g
hi （2 - 1）
1. 充填下半型 设充填下半型时需要金属液m1，充填时间为t1。 以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程（能量方程）：
H0
P杯
v杯2 2g
0
P腔
v内2 2g
hi
式中：
P杯 —— 浇口杯液面压力 P腔 —— 型腔内的液面压力 v杯 —— 浇口杯液面金属流动速度 v内 —— 内浇口出口金属流动速度 hi —— 浇注系统中某段的流体压头损失
§2.2 液态金属充型过程的水力学计算
三、计算结果
计算条件： a. 浇注系统为充满流动
封闭式浇注系统； 对于开放式的型腔液面要淹过内浇道。
b. 浇口杯液面保持不变
c. 型腔内压力与外界相同，即砂型透气性要好，有排气孔
1. 充填下半型 设充填下半型时需要金属液m1，充填时间为t1。 以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程（能量方程）：
γ —— 重度（=ρg）
2. 充填上半型 设充填上半型时需要金属液m2，充填时间为t2。 以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程：
H0
P杯
v杯2 2g
0
P内
v内2 2g
hi
3. 充填整个铸型
设充填时需要金属液m，充填时间为t，则
m
F内 t 2gH均
式中 m为充填铸型所需金属液； t为充填时间； 为流量系数； H均为充型平均静压头。
学的规律在一定程度上也适用于液态金属的流动过程。
§2.2 液态金属充型过程的水力学计算 一、浇注系统的结构
§2.2 液态金属充型过程的水力学计算
一、浇注系统的结构
浇注系统：引导金属液进入和充满型腔的一系列通道。
金属的液态成形技术研究.最全PPT
a——共晶成分合金 b——过共晶成分合金
ab
温度
铸件 铸件
液相线 固相线
成分
固
液
液
表层 中心
表层 中心
合金成分对流动性的影响
1.1 金属液态成形的基本原理
结晶区间越大，流动性越差，共晶成分合金的流动性最好。 过共晶成分合金在结晶时因有液固两相存在，流动性较差。
P可提高流动性，S可使流动性下降。
1.1 金属液态成形的基本原理
• 合金充型能力的影响因素：
1. 流动性
2．浇铸条件 （1）浇注温度： 对合金流动性的影响很显著。 灰铸铁1200~1380℃、铸造碳钢1520~1620℃、 铝合金680~780℃。“高温出炉，低温浇注” （2）充型压力
充型压力 充型能力
1.1 金属液态成形的基本原理
▲ 低温阶段（T２～T３之间）杆Ⅱ受压、杆Ⅰ受拉
缩孔（shrinkage cavity）形状不规则，孔壁粗糙，一般位于铸件厚 大部位和热节处 。
1.1 金属液态成形的基本原理
当合金结晶温度较宽时，铸件表面结壳后，内部有较宽的液、固 两相共存的凝固区域。凝固后期，树枝晶相互接触，将合金液分割成 多个小的封闭区域，当封闭区域内合金液凝固收缩得不到补充时，就 形成了缩松。
合金：由两种或两种以上的金属元素，或金属
元素和非金属元素组成的具有金属性质的物质。
第1章 金属的液态成形技术
传统砂型铸造流程简图
第1章 金属的液态成形技术
铸造特点：
优点： 1．复杂零件（外形、内腔）； 2. 成本低； 2．尺寸和重量不受限制。
缺点： 1．废品率较高，生产过程难以控制； 2．铸件力学性能较差； 3．砂型铸造铸件精度较差。
液压 第六章 金属的液态成型
一、合金充型能力及其影响因素液态合金充满铸型型腔，并获得形状完整、轮廓清晰、尺寸准确的铸件的能力。
影响因素：合金的流动性、浇注温度、铸型特点二、合金流动性及其影响因素及灰口铸铁、球墨铸铁、铸钢及铝合金的流动性比较（简答题）合金的流动性是指液态合金自身的流动能力，流动性好的合金充型能力强。
1、合金的种类，不同合金，其浇注温度和凝固温度范围均不相同。
2、合金的成分，不同成分的铸造合金主要是由于其结晶特点的不同而影响其流动性的。
灰口铸铁流动性最好，铝合金居中，铸钢最差。
三、合金的收缩、分类及导致的缺陷（填空）液态合金在液态、凝固态和固态过程中所发生的体积和尺寸减小的现象叫做收缩。
液态收缩：金属液温度下降，液面降低，液态金属体积减小。
（与浇注温度有关）凝固收缩：液态金属凝固，体积显著减小。
（与合金结晶的温度范围有关）固态收缩：固态金属继续冷却，体积减小。
一般直接表现为铸件外型尺寸的变小。
液态收缩和凝固收缩形成铸件的缩孔和缩松，固态收缩使铸件产生内应力、变形和裂纹。
四、缩孔与缩松形成原因及其防止浇入铸型的液态合金在凝固过程中，若液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补充，在铸件最后凝固的部位会形成空洞，容积大而集中的是缩孔，容积小而分散的是缩松。
1、合理选择铸造合金。
采用接近共晶成分或结晶温度范围窄的合金。
2、合理选用凝固原则。
采用“顺序凝固”或“同时凝固”原则，在铸件最后凝固地方，设置冒口来补缩五、铸造内应力种类、产生原因及预防和消除热应力：由于铸件壁厚不均，各部分的冷却速度不同而导致各部分收缩不一致引起的铸件内部应力。
机械应力：铸件冷却到弹性状态后，由于受到铸型、型芯和浇、冒口等的机械阻碍而产生的铸件内部应力。
一般都是拉应力。
1、采用“同时凝固”原则2、改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇、冒口等；3、采用能自由收缩的铸件结构（形状简单，壁厚均匀）；4、对铸件进行时效处理，消除内应力。
六、灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁及可锻铸铁形态、牌号含义，灰铁、球铁性能（球铁以铁代钢），趁热打铁含义1、灰口铸铁的组织特征: 金属基体+ 石墨典型牌号：HT 100 ; HT 150 ; HT 200Φ30mm试棒的最低抗拉强度值( MPa )1)机械性能较差2)耐磨性好3)减震性好4)缺口敏感性小5)铸造性能和切削加工性能好6)其他工艺性差：焊接性差;热处理性能差;不能锻造和冲压。
06 BA 金属液态成形
充型能力——液体金属充满铸型型腔，获得尺 寸精确、轮廓清晰的成形件的能力。
充型能力不足的缺陷：浇不足、冷隔、夹渣、气孔等。 影响因数：
一、液态合金的流动性
合金的流动性是： 液态合金本身的流动能力。
流动性测定试样 浇口杯 出气口
合金流动性主要由合金结晶特点决定
温度（℃） 300 200 100 0 流动性（cm） 80 60 40 20 0
二零厂
汽车覆盖件冲模、阀类大型 铸件，铝合金发动机齿轮室、 进出气管。 自硬砂消失模造型；低压铸 造机及重力铸造机；
熔化炉：大件用冲天炉、小铸 铁件及铝合金件用感应电炉；
主要产品
精密铸造厂
变速箱拨叉、管接头、门绞链、拖钩等汽车碳素钢及部
分耐热钢和不锈钢铸件。
东风有色铸件有限公司 概况
压铸件生产面积 10000 平方米，压铸机 58 余台 （ 1600 吨~ 63 吨），铸锭机 2 台，熔炼炉 13 台。 生产能力按铝当量计约 9000 吨 / 年，现生产铜、
第二章 常用液态成形合金及其熔炼
§2-1 铸铁件生产
铸铁是含碳量大于2.11%（通常为2.5%-4.0%）的铁碳合金。
依碳在铸铁中存在形式，铸铁可分为：
1.白口铸铁：C以Fe3C的形式存在，断口呈银色。 白口铸铁有良好耐磨性，用来制造一些耐磨件，如轧辊等。
2．灰口铸铁：C大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。
铸件缩孔或缩松的原因。 铸件产生应力、变形、 裂纹原因。
线收缩率： L
2. 缩孔与缩松
液体金属冷凝时，液态收缩和凝固收缩所缩减的容积 得不到补充，在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞 。大而 集中的为缩孔，细小而分散的为缩松。
1)缩孔和缩松的形成
液态金属成型
gx −
1 ∂P +ν ρ ∂x
∂ 2u ∂ 2u ∂ 2u ∂ u ∂u ∂u ∂u ∂ x2 + ∂ y2 + ∂ z2 = ∂t + u ∂x + v ∂y + w∂z
∂ 2v ∂ 2v ∂ 2v ∂ v 1 ∂P ∂v ∂v ∂v gy − +ν + + 2 = + u + v + w 2 2 ρ ∂y ∂x ∂y ∂z ∂y ∂z ∂t ∂x gz − 1 ∂P +ν ρ ∂z ∂ 2w ∂ 2w ∂ 2w ∂ w ∂w ∂w ∂w ∂ x2 + ∂ y2 + ∂ z2 = ∂t + u ∂x + v ∂y + w ∂z
五、实验报告 分析总结铝合金的熔炼处理工艺流程，比较精炼处理、 变质处理、 振动以及冷却条件对 铝合金组织及性能的影响。
实验二、液态成型过程 CAE 实验 一、基础理论 计算机辅助工程（ Computer Aided Engineering，简称 CAE）技术是一门以 CAD/CAM 技术水平的提高为发展动力，以高性能计算机及图形显示设备的推出为发展条件，以计算 力学和传热学、 流体力学等的有限元、 有限差分、 边界元、 结构优化设计及模态分析等方法为 理论基础的新技术。目前液态成型 CAE 主要以铸件的温度场模拟和流动场模拟为主，软件 水平已经达到实用化，国内外均有商品化软件出现。国外主要有德国的 MagmaSoft、美国的 ProCAST、 Flow3D、 韩国的 AnyCAST 等，国内主要有华中科技大学的华铸 CAE、 清华的 FTStar、华北工学院的 CastSoft 等。 1）温度场模拟 温度场模拟主要是利用传热学原理，分析铸件的传热过程，模拟铸件的冷却凝固进程 ，
第一节 金属的液态成形原理
决定凝固方式的因素： （1）结晶温度范围 （2）铸件断面温度场分布变化
二 液态合金的充型能力
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
若充型能力不足，易产生:
1）浇不足: 不能得到完整隙或凹坑 , 机械性能下 降.
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 生树枝状晶阻碍液流 。 常用铸造合金中，铸铁的流动性最好，铸钢的流动性最差。
逐层凝固（好）
糊状凝固（差）
不同成分合金流动性
（过热度）
碳钢
铸铁
碳钢随着结晶温 度范围的增加而 流动性变差；亚 共晶铸铁随含碳 量的增加流动性 提高。
纵向温度分布曲线
冷铁
同时凝固— 整个铸件几乎同时凝固。
同时凝固特点:不需冒口，节约金属且工艺简单；铸件均 匀冷却，减小热应力,不易形成内应力、变形和裂纹等缺 陷，但心部缩松有时难以避免,故用于收缩小的合金和各 种合金的薄壁铸件。如灰铸铁，锡青铜，铝硅合金等。 （1）这是由于薄壁铸件的铸型冷却作用强，薄壁断面温 度梯度大，倾向于逐层凝固。因此收缩小的灰铸铁可消除 缩孔，获得致密铸件；而收缩较大的薄壁铸钢、有色合金 铸件会出现轴线缩松，但其表层组织致密。
温度
固
液
表层
中心
铸件的凝固方式
2)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。 • 铸件断面上布满小 晶体，将金属液分 割开，致充型和补 缩能力变差。
温度
固
液
表层
中心
铸件的凝固方式
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6.1.3 合金的偏析和吸气性
• 1.偏析 • 在铸件中出现化学成分不均匀的现象称为偏析。偏析使铸 件性能不均匀，严重时会造成废品。偏析分为晶内偏析和 区域偏析两类。 • 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。采用扩散退火可消除晶内偏析。 • 区域偏析是指铸件上、下部分化学成分不均匀的现象。为 防止区域偏析，在浇注时应充分搅拌或加速合金液冷却。 • 2.吸气性 • 合金在熔炼和浇注时吸收气体的性能称为合金的吸气性。
• • • • • • • • • 6.5.1 熔模铸造 1.熔模铸造的工艺过程 ①母模 ②压型 ③蜡模 ④结壳 ⑤脱蜡 ⑥造型和焙烧 ⑦浇注
熔模铸造工艺过程
• 2. 熔模铸造的特点及应用范围 • ①能铸造各种合金铸件，尤其适于铸造高熔点、 难切削加工和用别的加工方法难以成形的合金， 如耐热合金、磁钢等。 • ②可生产形状复杂、轮廓清晰、薄壁(0．2～0.7 mm)，且无分型面的铸件。 • ③生产批量不受限制，可实现机械化流水生产。 • ④工艺过程复杂，生产周期较长(4～15天),生产成 本较高。 • ⑤因蜡模容易变形，型壳强度不高等原因，铸件 的重量一般限制在25 kg以内。
6.5.2 金属型铸造
• 金属液靠重力浇入用金属制成的铸型中，以获 得铸件的方法，称为金属型铸造。金属型可重 复使用，故又称永久型铸造。 • 1. 金属型的构造
垂直分型式金属型
• 2. 金属型铸造的工艺特点 • 金属型导热比砂型快，没有退让性，所以铸件易产生冷隔、 浇不足、裂纹等缺陷，灰铸铁件常产生白口组织。此外， 在高温金属液的冲刷下，易损坏铸型，影响了金属型的寿 命和铸件的表面质量，造成取出铸件困难。为减少和避免 这些缺点，生产时需采用下列工艺措施： • ①金属型应保持合理的工作温度。 • ②为保护型腔和减缓铸型的传热速度，型腔表面和浇冒口 中要涂以厚度为0.2～1.0 mm的耐火涂料，以使金属液和 铸型隔开。 • ③因金属型无退让性，故应掌握好适宜的开型时间。 • ④为防止铸铁件产生白口组织，其壁厚一般应大于15 mm， 并控制铁水中碳、硅的质量分数不小于6％。
支架的浇注位置
铸件的分型面
螺栓塞头的分型面
轮毂的分型面
绳轮铸件
机床支柱
起重臂的分型面
• • • • • • •
(3)工艺参数的确定 ①机械加工余量 ②收缩率 ③拔模斜度(起模斜度) ④芯头 ⑤浇注系统 ⑥冒口
拨模斜度图
芯头的构造
浇注系统
• • • • • • • •
3. 铸造工艺图示例 (1)选择分型面 (2)确定浇注位置 (3)确定工艺参数 ①加工余量 ②拔模斜度 ③线收缩率 ④型芯头
两种结构设计
内腔设计
轴承支架铸件
增设工艺孔
结构斜度
6.4.2合金铸造性能对铸件结构的要求
• • • • 铸件壁的设计 (1) 铸件壁厚应适当 ①铸件壁厚 ②合理截面形状设计结构时，应根据载荷 性质和大小，合理选择截面形状(如空心、 工字形、丁字形、槽形和箱形)，并在脆 弱处增设加强筋。 ③铸件外壁、内壁和筋的临界厚度
几种不同铸件壁厚的过渡形式及尺 寸
• (3)铸件应尽量避免有过大的水平面 •
防止大平面的设计
• (4)铸件结构应有利于自由收缩
轮辐的设计
• (5)应防止铸体翘曲变形
平板设计
• （6）合理选择铸件的凝固原则
铸件的凝固原则
• 3.组合铸件
铸钢组合铸件
浇合铸件的结构
6.5 特种铸造及铸造新工艺技术简 介
平板变形
结构对变形的影响
热应力的形成过程
6.2 常用液态成型合金及其熔铸
• 6.2.1常用铸铁件及其熔铸工艺 • 6.2.2.铸钢件 • 6.2.3 有色合金铸件生产
6.2.1常用铸铁件及其熔铸工艺
• 1.灰口铸铁 • ① 灰口铸铁的育孕处理 • 孕育处理就是在浇注前往铁水中加入孕育 剂，以产生大量人工晶核，细化珠光体基 体。 • ② 灰口铸铁的铸造性能 灰口铸铁有良好的 铸造性能，主要表现在流动性好和收缩性 小两个方面。 • ③ 灰口铸铁的铸造工艺特点
•
铸件壁厚的设计
铸件转角的设计
• (2) 铸件壁的连接应合理 • ①铸件内圆角的大小应与其壁厚相适应， 过大会造成金属局部积聚，增加形成缩孔 的倾向。一般圆角处内接圆直径，不超过 相邻壁厚的1．5倍。 • ②筋或壁的连接应避免交叉和锐角，主要 目的是为了减少热节，防止产生缩孔、缩 松等缺陷。 • ③厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡。
• 2. 机器造型的特点和应用
震压式造型机的工作过程
6.3.2铸造工艺设计
• 1.铸造工艺方案的确定 • (1) 浇注位置的选择 • ①铸件的重要加工面或主要工作面应朝下 或位于侧面。 • ②铸件的宽大平面应朝下。 • ③易形成缩孔的铸件应将截面较厚的部分 放在分型面附近的上部或侧面。 • ④应能减少型芯的数量， 便于型芯的固定、 排气和检验。
a） 堤坝式包底冲入法
b) 型内球化法
6.2.2.铸钢件
• 1.铸钢件的熔炼 • 2. 铸钢的铸造性能和工艺特点
6.2.3 有色合金铸件生产
• • • • • • 1.铸造铝合金 ① 铝合金铸造性能和工艺特点 ② 铝合金的精炼和变质处理 2.铸造铜合金 ① 铜合金铸造性能和工艺特点 ②铜合金铸造熔炼特点
显微缩松
顺序凝固原则
阀体铸造方案
同时凝固原则
• (2)铸造内应力、变形和裂纹的形成和控制 • 铸件在凝固后继续冷却时，若在固态收缩阶段受 到阻碍,则将产生应力，此应力称为 铸造内应力。 它是铸件产生变形、裂纹等缺陷的主要原因。 • ① 铸造内应力形成过程 铸造内应力按其产生原 因，可分为热应力和机械应力两种。 • 热应力 铸件在凝固和冷却过程中，由于不同部位 不均衡的收缩而引起的应力称为热应力。 • 机械应力 铸件在固态收缩时因受到机械阻碍而形 成的应力，称为机械应力，也称收缩应力。 • ②铸件的变形与裂纹 当铸件中存有内应力时， 会使其处于不稳定状态。 • ③铸件变形、裂纹的控制 所有减少铸造内应力 的措施都有肋于控制铸件的变形和裂纹。
支承台零件图
支承台铸造工艺图
支承台毛坯图
6.4 合金液态成型件的结构工艺设计
• • • • • • 6.4.1 砂型铸造工艺对铸件结构的要求 1. 铸件外形应力求简单 2.减少与简化分型面 3.避免不必要的型芯和活块 4.有利于型芯的定位、固定、排气和清理 5.应有结构斜度
托架外形设计
减少分型面数量
• 2. 球墨铸铁(简称球铁) • ① 球墨铸铁球化、孕育处理 球铁是用灰口铸铁 成份的铁水经球化、孕育处理后制成的。为保证 球铁质量,生产中应注意下列几点: • 球墨铸铁的化学成分选择 原铁水成分与灰口铸铁 原则上相同，但要求严格。 • 球化剂和孕育剂 • ②球墨铸铁的铸造性能和工艺特点 • 3.可锻铸铁 • 可锻铸铁件的生产过程是，首先获得白口铸铁件， 然后经高温石墨化退火。
6.3砂型铸造方法
6.3.1各种造型方法的特点和应用
• 造型是砂型铸造的最基本工序，通常分为手工造 型和机器造型两大类。 • 1. 手工造型方法的特点和应用 • 目前手工造型方法在铸造生产中应用很广。手工 造型时最主要的紧砂和起模两工序是用手工进行 的。手工造型具有操作灵活、适应性强、工艺装 备简单、生产准备时间短、成本低等优点。但铸 件质量较差、生产率低、劳动强度大、要求工人 技术水平较高。因此主要用于单件小批生产，特 别是重型和形状复杂的铸件生产。
第6章 金属的液态成型
• 金属的液态成型是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属 浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成型方法。 金属的液体成型也称为铸造。 • 金属液态成型具有下列优点： • (1)能制造各种尺寸和形状复杂的铸件，尤其是内腔复杂的 铸件。 • (2)铸件的形状和尺寸与零件很接近，因而节省了金属材料 和加工工时。 • (3)绝大多数金属均能用液态成型方法制成铸件。 • (4) 液态成型生产适用于各种生产类型。 • (5) 液态成型所用的原材料来源广泛，价格低廉，并可回 收使用，还可利用金属废料和废机件。
6.1 合金的液态成型工艺理论基础
• 6.1.1 合金的充型能力 • 6.1.2合金的收缩性能 • 6.1.3 合金的偏析和吸气性
6.1.1 合金的充型能力
• 1.合金的充型能力概念 • 液态合金充满铸型型腔，并获得形状完整、 轮廓清晰、尺寸准确的铸件的能力，称为 合金的充型能力。 • 2.影响合金充型能力的因素 • ①合金的流动性 • ②浇注温度 • ③铸型特点
• 3.金属型铸造的特点和应用范围 • 与砂型铸造相比，金属型铸造有以下特点： • ①实现了“一型多铸”，节约了大量造型材料、工时和占 地面积，提高了生产率，改善了劳动条件。 • ②金属型冷却快，铸件结晶组织细密，力学性能和致密度 高。 • ③铸件的公差等级可达IT14～ITl2，表面粗糙度Ra值为 12.5～6.3 μm，加工余量为0.8～1.6 mm。 • ④金属型制造成本高、周期长，不适于小批量生产，不宜 铸造形状复杂、大型薄壁件，铸铁件易产生白口组织。此 外，必须采用机械化、自动化装置进行生产，才能改善劳 动条件。 • 金属型铸造主要适于大批量生产形状简单的有色合金铸件 和灰铸铁件。
6.5.3 压力铸造
• 在高压下，将液态或半液态金属高速压入金属铸型，并在高压下凝固 成形的铸造方法，称为压力铸造（亦称挤压铸造，简称压铸）。 • 1.压铸工艺过程 • 2.压铸的特点和应用范围 • 由于液态金属的充填、成形和凝固都是在压力作用下完成的。因此， 该工艺具有如下优点： • ①生产率比其他铸造方法都高，并易于实现半自动化，自动化。 • ②可铸出结构复杂、轮廓清晰的薄壁、深腔、精密铸件，可直接铸出 各种孔眼、螺纹、齿形、花纹和图案等，也可压铸镶嵌件。 • ③可获得公差等级为IT13～IT11、表面粗糙度Ra值为3．2～0．8μm 的铸件，可实现少、无切削加工。 • ④铸件强度和表面硬度高，组织细密，其抗拉强度比砂型铸件提高约 25～40％。 • ⑤压铸设备和压铸型费用高，压铸型制造周期长，只适于大批量生产。 • ⑥因金属液充型速度高，又在压力下成形，所以铸件内常有小气孔， 并常存在于表皮下面。