4-课件1-铸造典型案例与习题作业

工艺：将浇口开在薄壁处，使薄壁处升温较厚壁处高，以减缓冷速；可在厚壁处 安放冷铁，增快厚壁处的冷速，这样可减少铸件各个部位间的温度差，使其均匀 地冷却。
HT200：同时凝固原则主要用于灰铸铁、锡青铜等。
（2）在造型工艺上，采取相应措施，减小铸造应力。改善铸型、型芯的退让性， 合理设置浇口、冒口等。 （3）在铸件结构上，尽量避免牵制收缩的结构，使铸件各部分能自由收缩。壁 厚均匀、壁和壁之间连接均匀、热节小而分散的结构，可减少铸造应力。 （4）去应力退火。可减小或消除残余铸造应力。 HT200 退火方式：去应力处理（加温到 550º~626，保温 3~6h，随炉至室温出炉）
讨论与分析：工艺参数的确定
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（三）浇注系统及冒口设计 1、浇注系统的组成 将液态金属引入铸型型腔而在铸型内开设的通道称为浇注系统。
1）浇口杯：引导金属液平稳流入直浇口。 2）直浇口：通常是一个上大下小的圆锥形垂直通道，可以调节金属液平稳流 入横浇口。 3）横浇口：通常开在直浇口与内浇口之间，其截面形状多为梯形。主要起缓 减金属液的流速、挡渣作用，并使金属液平稳流入内浇口。 4）内浇口：将金属液引进型腔的通道，截面形状多为扁梯形或三角形。
足、冷隔等缺陷，图 1-22b）较合理。
图 1-22 大面积的薄壁部分应朝下 （4）浇注位置应有利于补缩、防止产生缩孔。将铸件厚大部分置于铸件的上
部位置，以便安放冒口，实现自下而上的顺序凝固，便于补缩，防止缩孔。 2.1 分型面 概念：分型面是铸型与铸型的结合面。可能是平面也可能是曲面，可以是一个也
导致热裂的主要因素有：合金的结晶温度范围宽，含硫量高易热脆，铸型尤 其是型芯的退让性差等。
【铸件凝固的方法有很多种。铸件在凝固的过程中，其断面上一般分为三个 区: 1—固相区 2—凝固区 3—液相区
对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄，依此划分凝固方式。 第一，中间凝固：大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间。 第二，逐层凝固: 纯金属，共晶成分合金在凝固过程中没有凝固区，断面液， 固两相由一条界限清楚分开，随温度下降，固相层不断增加，液相层不断减少， 直达中心。 第三，糊状凝固：合金结晶温度范围很宽，在凝固某段时间内，铸件表面不 存在固体层，凝固区贯穿整个断面，先糊状，后固化。
图 1-24 尽量采用平直分型面 （3）应尽量使铸件的重要加工面或大部分加工面和加工基准面位于同一砂 型中。
图 1-25 螺丝塞头铸件的分型面
图 1-26 尽量减少型芯的数量
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图 1-25 为螺丝塞头铸件的分型面。在加工螺纹部分时，是以四方头作为基准
的，为防止错箱造成废品，应该使铸件的全部或大部分位于同一个砂箱，图 1-25a）
灰铸铁件最小铸出孔(毛坯孔径)推荐如下: 单件、小批量生产时 30~50mm； 成批生产时 15~30mm； 大批量生产时 12~15mm。 对于零件图上不要求加工的孔、槽，不论尺寸大小，一般都应铸出来。 （3）起模斜度 为使模型易于从铸型中取出，铸件上垂直于分型面的立壁在制造模样时应具 有的斜度，见图 1-27，此斜度即为起模斜度。
尽量不用或少 用型芯
垂直于分型面 上的不加工表 面最好有结构 斜度。
型芯必须安放 方便、稳固可 靠，排气通畅
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上部圆角造成圆角 勾砂，需挖砂造型。 改掉不必要的外圆 角后，使造型简化。
铸件外表面上有两 个向内的凹坑，需用 两个外型芯，否则无 法起模。改为直通到 底的凹槽，则可省去 外型芯，使造型方 便。
以某零件为例：
铸造
零件说明： （1）压盖材料 HT200 （2）工艺分析与设计：铸造、机加工、塑性成形 铸造生产过程：
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一、材料 1.1 材料分析：HT200 HT200 是灰铸铁的牌号，HT 代表灰口铸铁,HT 是灰色铸铁汉语拼音的缩写，灰铸 铁 HT200 表 ø30 试样的最低抗拉强度 200MPa. 材料硬度：163~255HB。抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好。 化学成分：C: 3.1~3.5% Si:1.8~2.1% Mn:0.7~0.9% P<0.15% S≤0.12% 应用：主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。
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（二）铸造工艺图绘制 2.1 浇注位置
概念：浇注位置是指金属浇注时铸件所处的空间位置。 浇注位置的选择原则：
（1）铸件重要工作面或主要加工面应朝下或侧立。图1-19
图 1-19 车床床身浇注位置 图 1-21 平板类件的浇注位置 （2）铸件的大平面应朝下或侧立，以防夹砂等缺陷。图 1-21 （3）大面积的薄壁部分应朝下。在重力的作用下，便于金属充填，防止浇不
三、砂型铸造工艺 砂型铸造是目前铸件生产的主要方法，可生产各种铸钢、灰铁、球铁、可锻
铸铁、有色金属等的机械零件。 （一）砂型铸造工艺基本知识 （1）砂型铸造概念
砂型铸造是采用耐高温、价廉的型砂作为主要造型材料的铸造方法。 （2）砂型结构：
（3）铸造工艺内容 a) 铸造工艺图绘制：根据零件图，考虑浇注位置、分型面、五种工艺参数。 b) 浇注系统及冒口设计： c) 铸件结构设计与分析
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铸型：铸型材料、铸型温度 根据铁碳合金相图
2.2 合金的收缩性、缩孔、缩松、应力、变形、裂纹 2.2.1 收缩 （1）概念：铸件在凝固和冷却过程中，体积和尺寸缩小的现象。 （2）合金的三个收缩阶段：1）液态收缩 2）凝固收缩 3）固态收缩 （3）收缩的作用与影响：
液态收缩和凝固收缩是缩孔或缩松形成的基本原因。 固态收缩是铸造应力、变形、裂纹产生的基本原因。 （4）收缩率：HT200 收缩率：体积 5~8%，线收缩率：1% 2.2.2 缩孔与缩松 （1）概念：液态合金在液态收缩和凝固收缩中，若缩减容积得不到补足，则在铸 件最后凝固的部位形成缩孔或缩松。 大而集中的孔洞称为缩孔。分散在铸件某区域内的细小而分散的孔洞，称为 缩松。
合金的结晶温度范围小，凝固区窄，愈倾向于逐层凝固。如: 砂型铸造，低 碳钢逐层凝固，高碳钢糊状凝固。】
（4）冷裂纹：大多发生在固态收缩后期低温下形成的裂纹，裂纹较长，缝隙小， 呈连续直线状或圆滑曲线，裂口表面干净，具有金属光泽或轻微氧化色。
导致冷裂的主要因素有：形状复杂的大件受拉应力部位和应力集中处易发生， 含磷量高易冷脆，材料塑性差等。
可以有多个。 选择分型面的原则：
（1）分型面的选择，应使砂箱最少。图 1-23 为三通铸件的分型方案，方案 3 比较合理。在大批量生产时，两个砂箱可采用机器造型大幅提高生产率。
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图 1-23 三通铸件的分型方案 （2）尽量采用平直分型面，数量应少。
图 1-24a）分型面为曲面，改成图 1-24b）形状，模型制造及造型工作简化。
二、工艺原理（及铸造合金的铸造性能） 2.1 充型能力 （1）概念：指液态金属充满铸型，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。 （2）提出问题：怎样评价铸造合金充型能力的好坏？HT200 （3）分析问题：从材料、工艺、设备与工装三方面进行考虑。
材料：合金的流动性。 工艺：浇注温度：液相线以上 100-150℃。 工艺：浇注压力：重力
2、冒口及作用 冒口为铸型内供储存铸件补缩用熔融金属，并有排气、集渣作用的空腔。是
为避免铸件出现缩孔等缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分。 在铸型中，冒口的型腔是存贮液态金属的容器，其主要功能是补缩。
（四）铸件结构设计与分析
考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求。
1、铸造工艺对铸件结构的一般要求
概念：铸件为机械加工而加大的尺寸称为机械加工余量。 铸件的机械加工余量：HB6103-1986 规定的方法。 HT200 取 1.5mm
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（2）铸孔 零件上的孔与槽是否铸出。 通常，较大的孔、槽应当铸出，以减少机械加工余量和减小铸件上的热节，
节约金属。较小的孔、槽，特别是中心线位置有精度要求的孔，由于铸孔位置准 确性差，不铸出留待机械加工。
导致产生热应力。 热应力分布：一般先行收缩的簿壁部分产生压应力，较慢收缩的厚壁部分产生拉 应力。
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（5）机械应力： 概念：铸件冷却到弹性状态后，由于受到铸型、型芯、浇冒口等的机械阻碍而产 生应力。 性质：机械应力一般都是拉应力，且是一种临时应力，当约束消除后会逐渐释放 而消除。
（6）减小和消除铸造应力的方法： （1）采用同时凝固原则
铸件结构设计 要求
不合理
合理
分型面数量应 少，且平直， 以便于造型。
结构分析
上下法兰，通常 需 用三箱造型或采用 型芯。去掉下部法兰 后，简化了造型。
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尽量避免曲面 分型，以避免 挖砂造型。
尽量避免铸件 侧壁外部凹陷 结构，以便于 起模
合理设计凸 台、筋条、法 兰结构，避免 不必要的型 芯，尽量少用 活块便于起 模。
凸台需用活块或增 加外部型芯才能起 模。延长凸台，省去 了活块或型芯。
凸台阻碍起模。凸台 顺着起模方向布置， 则容易起模。
下孔尺寸小，要用型 芯形成内腔。扩大下 孔，且 D>H，则可形 成自带型芯，省掉型 芯
中空结构，要用悬臂 型芯，采用开式结 构，则省去了型芯。
具有结构斜度，便于 起模。
内壁具有结构斜度， 可形成自带型芯。
悬臂芯需用型芯撑 加固，如将铸件的两 个空腔打通，可避免 型芯撑，并使型芯定 位稳固，有利于排气 和清理。
（5）防止裂纹的措施 尽量使铸件的壁厚均匀，以减少其热应力； 在工艺上要特别注意芯砂的容让性，尽量减少机械应力； 控制硫、磷的含量，降低材料的热脆性和冷脆性。
2.3 气孔与偏析 （1）气孔：按形成气孔的气体来源，气孔可分为侵入气孔、析出气孔、反应气孔 三种。 （2）偏析：合金中化学成分的不均匀现象称为偏析。
铸造中，合金的偏析主要有晶内偏析和比重偏析两种。 晶内偏析：晶粒内部化学成分不均匀。晶内偏析的现象在铸钢锭中最为显著， 先结出的晶轴较之后结晶的部分含碳量低、熔点高。 比重偏析：由合金组元的比重不同所引起。 如铅青铜中铜的比重为 8.9g/cm3，铅为 11.3g/cm3，在熔化中，铅总是倾向于
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往下沉，造成了合金成分的不均匀。 具有比重偏析的合金，在熔化、浇注前需仔细搅拌，浇注后应快速冷却。
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（4）收缩率 由于铸件的收缩，铸件冷却后尺寸比型腔尺寸略为缩小，为保证铸件应有的
尺寸，模样尺寸必须比铸件放大一个该合金的收缩量。收缩量＝铸件尺寸×铸造 收缩率。
通常灰铁为 0.7~1.0% 。 （5）型芯及型芯头
铸件上孔和内腔及局部妨碍起模的外形用型芯铸出。 型芯头与铸型型芯座之间应有 1~4 mm 的间隙（S），以便于铸型的装配。
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（2）缩孔与缩松的位置 缩孔集中在铸件上部或最后凝固部位，容积较大，多呈倒圆锥形，内表面粗
糙。 缩松在铸件某区域内内部，厚大部位、中心轴线附近。
****** （3）防止缩孔和缩松的方法：采用“顺序凝固”补缩原则：
工艺：用冒口补充热节圆处的金属液体，用冷铁激冷远离冒口处的金属。使远离 冒口的金属先凝固，而后是靠近冒口的金属凝固，冒口处的金属最后凝固，于是 形成一条补缩通道。 HT200： 2.2.3 铸造内应力 （1）概念：铸件在固态收缩时受阻，会在铸件中产生“铸造内应力”。 （2）作用：铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因。 （3）分类：根据形成原因不同，可分为热应力、相变应力和机械应力三种。 （4）热应力： 热应力的概念：铸件各部分壁厚不均匀，冷却速度不同，同一时期的收缩不一致，
比较合理。
（4）应尽量减少型芯的数量
图 1-26a）用型芯来形成内腔，增加了制芯的工作量，图 1-26b）中间的型腔 由自带型芯形成，简化了造型工艺。
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分析与讨论：压盖分型面与浇注位置分析
2.2 工艺参数的确定 1、概念：
铸造工艺参数主要包括：机械加工余量、铸孔、起模斜度、铸造收缩率、型芯 及型芯头、铸造圆角等。 2、工艺参数 （1）机械加工余量
2.2.4 铸件的变形 （1）定义：铸造应力重新分布使铸件变形。
（2）变形方式：簿壁部分产生压应力，较慢收缩的厚壁部分产生拉应力。因此， 在变形中，厚壁由于受拉往往有内凹的变形趋势，薄壁由于受压往往有外凸的变 形趋势。
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2.2.5 裂纹 （1）概念：铸件内应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹。 （2）分类：裂纹可分为热裂和冷裂两种。 （3）热裂纹：在凝固末期的高温下形成的裂纹，断口毛糙不平，裂纹短而缝隙 大，形状曲折，缝内呈氧化色。