铸造成型原理及应用

浇铸系统设计步骤
• • • • • • 选择系统的类型和结构 根据砂箱中铸件数目及其布置方式，确定系统的布置 确定内浇道的引入位置和个数 计算浇注时间和系统最小断面面积 确定直浇道的高度 确定系统中其他结构的断面面积和尺寸
浇铸系统类型 • 按金属液导入铸件型腔的位置，浇注系统可分为：顶注式 浇注系统，底注式浇注系统，中注式浇注系统，阶梯式浇 注系统，缝隙式浇注系统等，对于高度不大的中、小型铸 件，尤其是机器铸造，多采用中间注入式。 • 按各组元断面比例关系，分为封闭式（内浇道断面积之和 最小）和开放式（内浇道断面积之和最大）。
V法铸造设备
机器造型按紧实方式分为：震压式造型、压实造型、震击冲 击造型等。图为震击造型过程：
3.特种铸造
• 各种不用砂或少用砂采用特殊工艺装备进行铸造的方法通 称特种铸造。包括金属型铸造、熔模铸造、压力铸造、低 压铸造、挤压铸造、离心铸造、实型铸造等。特种铸造具 有铸件精度和表面质量高、铸件内在质量性能好、原材料 消耗低、工作环境好的优点。但铸件的结构、形状、尺寸、 重量、材料种类受一些限制。
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（1）熔模铸造
• 熔模成型工艺是液态金属在重力作用下浇入由蜡模熔失后 形成的中空型壳中成型，从而获得精密铸件的方法，常称 为熔模铸造或失蜡铸造。
熔模制造的特点和应用范围 熔模制造的优点： • 铸件的精度高，表面光洁(IT11～14，Ra12.5~1.6μ m)。 • 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。 • 铸造合金种类不受限制，钢铁及有色合金均可适用。 • 生产批量不受限制，单件小批、成批、大量生产均可适用。
（7）刮板造型
• 对有些旋转体或等截面形状的铸件，当产量小，属单件或 小批量生产时，为了节省模样费用，缩短模样制造时间， 可以采用刮板造型。 • 刮板造型模样简单，节省制模材料和工时，但操作复杂， 生产率很低，仅用于大中型旋转体铸件的单件小批生产。
图3-14
2.机器造型
• 机器造型是将填砂、紧实和起模等主要工序实现了机械化， 并组成生产流水线。机器造型生产效率高，铸型质量好 (紧实度高而均匀、型腔轮廓清晰),铸件质量较高。但设 备和工艺装备费用高，生产准备时间较长，适用于中、小 型铸件的成批、大批量生产。
（6）三箱造型
• 用三个砂箱制造铸型的过程称为三箱造型。有些铸件，两 端截面大于中间截面，这时其最大截面为两个，造型时， 为了方便起模，必须有两个分型面。其特点是中型的上、 下两面都是分型面，且中箱高度与中型的模样高度相近。 此方法操作较复杂，生产率较低，适用于两头大中间小的 形状复杂且不能用两箱造型的铸件。
压铸特点 • 压铸设备投资大，压铸型制造成本高，工艺准备时间长， 不适宜单件、小批生产。 • 由于压铸型寿命的原因，目前压铸尚不适宜铸铁、钢等高 熔点合金的铸造。 • 压铸时，金属液注入和冷凝速度过快，使得型腔气体难以 完全排出，壁厚处难以进行补缩，故压铸件内部存在缩孔 和缩松，表皮下形成许多气孔。
金属型铸造的缺点： • 金属型的制造成本高，周期长，不适合单件、小批生产。 • 不适宜铸造形状复杂(尤其是内腔复杂〉、薄壁(防止浇不 到)和大型铸件。 • 用于铸钢等高熔点合金时，金属型寿命低，同时，还易使 铸铁件产生硬、脆的白口组织。 应用：目前金属型铸造主要用于铜、铝、镁等有色合金铸件 的大批生产。如内燃机活塞、缸盖、油泵壳体、轴瓦、衬 套、盘盖等中小型铸件。
铸件的内腔设计 • 铸件的内腔由型芯形成，设计时要考虑方便型芯的制造以 及型芯的定位、安放和排气等。尽可能不用或少用型芯。 • 方便型芯的安放、排气和清理。
压铸机和压铸工艺过程 • 压铸机是完成压铸过程的主要设备，根据压室工作条件的 不同可分为热压室压铸机和冷压室压铸机两类。目前在生 产中广泛应用的是冷压室压铸机。 • 压铸所用的铸型称为压型。压型与垂直分型的金属型相似， 由定型和动型两部分组成，定型固定在压铸机的定模板上， 动型固定在压铸机的动模板上，并可作水平移动。推杆和 芯棒有压铸机上的相应机构控制，可自动抽出芯棒和顶出 铸件。
（3）压力铸造
• 压力铸造(简称压铸)是将液态或半液态金属在高压作用下 快速压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的成 形方法。压铸所用的压力一般为30～70MPa(300～700大气 压),充填速度可达5～100m/s,充填时间约为O.05～0.2s。 所以，高压、高速充填铸型，是压力铸造区别于其它铸造 方法的重要特征。
金属型铸造的特点及应用范围
金属型的优点： • 金属型可“一型多铸”省去了砂型铸造中的配砂、造型、 落砂等许多工序，节省了大量的造型材料和生产场地，提 高了生产率，易于实现机械化和自动化生产。 • 铸件尺寸精度和表面粗糙度(IT12~14，Ra6.3~12.5μ m)均 优于砂型铸件，其加工余量可减少。因金属型冷却快使铸 件的晶粒细密，铸件机械性能得到提高，如铜、铝合金铸 件的抗拉强度可提高产10%～20%。 • 劳动条件好，由于不用砂或少用砂，大大减少了硅尘对人 的危害。
铸造成型原理及应用
主讲：XXXX
铸造成型概述
• 铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有6000 年的历史。中国约在公元前1700~前1000年之间已进入青 铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。铸造是将 固态金属熔化为液态倒入特定形状的铸型，待其凝固成型 的加工方式。 • 早期：中国商朝的重875公斤的司母戊鼎，战国时期的曾 候乙尊盘，西汉的透光镜，都是古代铸造的代表产品。早 期的铸件大多是农业生产、宗教、生活等方面的工具，艺 术色彩浓厚。那时的铸造工艺是与制陶工艺并行发展的， 受陶器的影响很大。
砂型铸造
• 砂型铸造是传统的液态成形，它适用于各种形状、大小及 各类合金铸件的生产 • 砂型铸造最基本的工序就是造型和制芯，用来制造砂型和 砂芯的材料统称为造型材料 • 用于制造砂型的材料称为型砂；用于制造型芯的材料称为 芯砂 • 造型方法通常分为手工造型和机器造型两大类
1.手工造型
• 手工造型具有操作灵活,工艺装备(模样、芯盒、砂箱等) 简单,生产准备时间短,适应性强等优点。手工造型可通过 分模、活块、挖沙、三箱、劈箱等方法生产出形状复杂难 于起模的铸件。但是,手工造型对工人的技术水平要求较 高。生产率低,劳动强度大,铸件尺寸精度和表面质量较差, 主要用于单件、小批生产。特大型铸件只能采用手工造型。
铸件的结构工艺性
• 进行铸件设计时，不仅要保证其工作性能和机械性能要求， 还要使铸件结构本身符合铸造生产的要求。这种对于铸造 工艺过程来说，铸件结构的合理性，称为铸件的“结构工 艺性”。
（1）铸造工艺对铸件结构的要求
铸件的外形设计 • 避免侧凹结构 • 合理设计凸台和肋条，尽量避免使用活块或外型芯 • 减少和简化分型面 • 考虑结构斜度 对于垂直分型面的非加工表面，设计时给 出一定的斜度，可便于起模
金属型材料及结构 • 制造金属型的材料应根据浇注的合金选用，一般金属型材 质的熔点应高于浇入液态合金的温度。浇注锡、锌等低熔 点合金，可用灰铸铁做金属型；浇注铝、铜等合金，要用 合金铸铁或钢做金属型。 • 金属型的结构首先必须保证铸件(连同浇、冒口系统)能从 金属型中顺利取出。为适用各种铸件的形状，金属型按分 型面的不同可分为：整体式、水平分型式、垂直分型式和 复合分型式等。
• 发展：中国在公元前513年，铸出了世界上最早见于文字 记载的铁铸件－晋国铸型鼎,重约270公斤。欧洲在公元八 世纪前后也开始生产铸铁件。铸铁件的出现，扩大了铸件 的应用范围。例如在15～17世纪，德、法等国先后敷设了 不少向居民供饮用水的铸铁管道。18世纪的工业革命以后， 蒸汽机、纺织机和铁路等工业兴起，铸件进入为大工业服 务的新时期。铸造技术开始有了大的发展。 • 现代：进入20世纪，铸造的发展速度很快，其重要因素之 一是产品技术的进步 ，要求铸件各种机械物理性能更好， 同时仍具有良好的机械加工性能；另一方面，机械工业和 其他工业如化工、仪表业的发展给铸造业创造了有利的物 质条件。如检测手段的发展，保证了铸件质量的提高和稳 定，并给铸造理论的发展提供了条件 。
（3）活块模造型
• 模样上可拆卸或活动的部分叫活块。为了方便起模，将模 样上有妨碍起模的部分，做成活动的，用销子或燕尾连接。 活块模造型，要求造型特别细心，操作技术水平高，生产 率低，质量也难以保证。
图3-9
（4）挖沙造型
• 如果铸件的外形轮廓为曲面或阶梯面，其最大截面亦是曲 面，由于条件所限，模型不便分成两半时，常采用挖砂造 型。挖砂造型时，每造一型需挖砂一次，操作麻烦，生产 率低，要求操作技术水平高。挖砂时应注意，必须要挖到 模型的最大截面，位置要恰当，否则就会在分型面产生毛 刺，影响铸件的外形和尺寸精度。此方法仅用于形状较复 杂铸件的单件生产。
立式离心铸造 • 在立式离心铸造机上，铸 型是绕垂直轴旋转的由于 离心力和液态金属本身重 力共同作用，使铸件的自 由表面(内表面)呈抛物面 形状，造成铸件上薄下厚。 显然，在其它条件不变的 前提下，铸件的高度愈大， 壁厚的差别也愈大，因此， 立式离心铸造主要用于高 度小于直径的圆环类铸件。
卧式离心铸造 • 在卧式离心铸造机上，铸 型是绕水平轴旋转的。由 于铸件各部分的冷却条件 相近，故铸出的圆筒形铸 件壁厚均匀，因此卧式离 心铸造适于生产长度较大 的套筒、管类铸件，是常 用离心铸造方法。
（5）离心铸造
• 离心铸造是指将熔融金属浇入旋转的铸型中，使液体金属 在离心力作用下充填铸型并凝固成型的一种铸造方法。
离心铸造的类型 • 离心铸造的铸型可以是金属型，也可以是砂型。为使铸型 旋转，离心铸造必须在离心铸造机上进行。根据铸型旋转 轴空间位置的不同，离心铸造机通常可分为立式和卧式两 大类。
中国古代的铸件
现代铸造 汽车发动机
铸件成型的特点
• 优点： （1）适应性强，工艺灵活性大 （2）成型能力强 （3）经济性好 • 缺点： （1）铸件的力学性能差 （2）铸造工序多，工艺过程难以控制，废品率高 （3）铸造的工作条件差，工人劳动强度大
铸造方法及其应用
从造型方法来分
• 砂型铸造：应用最广 • 特种铸造：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造 等。与砂型铸造比，能够改善铸件质量、提高生产率和降 低工人劳动强度。
图3-10
（5）假箱造型
• 挖砂造型生产的铸件有一定批量时，为了避免每型挖砂， 可采用假箱造型。先预制好一半型，其上承托模样，用其 造下型，然后在此下型上再造上型。开始预制的半型不用 来挠注，故称假箱。假箱一般是用强度较高的型砂制成， 舂得比铸型硬。假箱造型可免去挖砂操作，提高造型效率。 当数量较大时，可用木料制成成型底板代替假箱。
（1）整模造型
• 模样是整体结构，最大截面在模样一端且是平面；分型面 多为平面，操作造型简单，适用于形状简单的铸件，如盘、 盖类等。
（2）分模造型
• 将木模沿外形的最大截面分成两半，并用定位销钉定位。 其造型操作方法与整模基本相似，不同的是在造上型时， 必须在下箱的模样上，靠定位销放正上半模样。分模造型 适用于形状较复杂的铸件，特别是用于有孔的铸件，如套 筒、阀体、管子。
熔模制造的缺点： • 工序复杂，生产周期长。 • 原材料价贵，铸件成本高。 • 铸件不能太大、太长，否则蜡模易变形，丧失原有精度。 应用：形状复杂，机械加工困难的零件。如汽轮机叶片、泵的 叶轮、仪表元件、汽车、拖拉机、机床上的小型零件等。
（2）金属型铸造
• 液态金属在重力作用下注入金属型中成型的方法，称为金 属型铸造，习惯上亦称"硬模铸造"。由于金属型可重复使 用，故又有永久型铸造之称。
（4）实型铸造
• 用聚苯乙烯发泡的气化模代替木模，用干砂(或树脂砂、 水玻璃砂等)代替普通型砂进行造型，并直接将高温液态 金属浇到型中的气化模上，使气化模燃烧、气化、消失而 形成铸件的方法称为实型铸造。又叫气化模铸造和消失模 铸造。
气化模铸造的主要工艺过程
• 气化模模样的制造→模样与浇冒口的粘合→气化模涂挂涂 料和干燥→填干砂并振动紧实→浇注落砂清理。