材料成型工艺基础铸造

提高25~30%，但伸长率有所下降。
(3) 可压铸出形状复杂的薄壁件。
(4) 生产率高。国产压铸机每小时可铸 50~150次，最高可达500次。
(5) 便于采用镶嵌法。
(6) 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。
(7) 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。
4. 铸件的裂纹与防止 (1) 热裂 热裂的特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、断面有严 重氧化、无金属光泽、裂纹沿晶界产生和发展等。
热裂的防止： 1) 应尽量选择凝固温度范围小、热裂倾向小的合金。 2) 应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。 3) 对于铸钢件和铸铁件，严格控制硫的含量，防止热脆性。
1. 灰铸铁 (1) 灰铸铁件的生产特点
1）灰铸铁一般在冲天炉中熔炼，成本低廉； 2）具有良好的铸造性能,一般不需设置冒口和冷铁。
从合金流动性的角度考虑，选择共晶、近共晶 成分或凝固温度范围小的合金作为铸造合金。
2) 合金的物理性质
和流动性有关的，比热容、密度、结晶潜热、导热系数、黏 度。c、ρ越大，结晶潜热越多，导热系数越小，均使液态合金 较长时间保持浇注后的温度，从而使流动性好。 μ小，内摩擦 力小。
3) 液态合金的温度
兵器、农具、钟、钱币等； 现代：机床制造、动力、交通运输、轻纺、冶金机械等。
铸造生产的特点
铸造优点：金属一次成形；工艺灵活性大，各种成分、尺 寸、形状和重量的铸件几乎都能适应；成本低；适宜于形 状复杂、特别是复杂内腔的毛坯或零件；对于不宜锻压生 产和焊接的材料，具有特殊的优势。 铸造缺点：组织晶粒粗大，实体内部常有气孔、缩孔、缩 松、砂眼，力学性能不如锻件；生产工序多，废品率高； 工作环境差，劳动强度大。
1. 熔模铸造的工艺过程
母 压 单个 模 型 蜡模
蜡 模 组
结 脱 焙烧、 壳 蜡 浇注
2. 熔模铸造的特点和适用范围 (1) 铸件的精度和表面质量较高，公差等级可达IT11~IT13，
表面粗糙度Ra值达1.6~12.5μm。 (2) 合金种类不受限制，尤其适用于高熔点及难加工的高合
金钢，如耐热合金、不锈钢、磁钢等。
上型
铸件的收缩受到铸型、型
芯、浇注系统的机械阻碍而
形成的内应力。
下型
退让性：铸件冷却收缩时铸型（型芯）可以稍微压缩的性能。
3. 铸件的变形与防止
防止变形的方法：
1）使铸件壁厚尽可能均匀或形状对称； 2）采用同时凝固的原则； 3）采用反变形法。 对某些重要的、精密的铸件必须采取去应力退火（人工时效、 热时效）或自然时效等方法，消除残余内应力；必要时可在 粗加工后进行去应力退火或人工时效，再进行精加工。
浇注系统的结构 充型压力 浇注温度
二、合金的收缩
1. 收缩的概念 合金的收缩经历如下三个阶段： （1）液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。 （2）凝固收缩 从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。 （3）固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩。
液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。 固态收缩是铸件产生铸造应力、变形、裂纹的基本原因。
生产批量
大量生产 成批生产 单件、小批生产
最小铸出孔直径
灰口铸铁件
铸钢件
12～15 15～30 30～50
30～50 50
4. 铸造工艺图
10.3 特种铸造
挤压铸造
金属型铸造 压力铸造
特种铸造 熔模铸造
离心铸造 陶瓷型铸造 低压铸造
一、熔模铸造
熔模铸造又称精密铸造，是用蜡料制成模样，然后蜡模 表面包覆若干层耐火材料，待其硬化干燥后，将模样熔去制 成中空型壳，经浇注而获得铸件的一种成形工艺方法。
浇口杯
出气口
0.4%C 铸钢：200 4.3%C 铸铁：1800
2. 影响合金流动性的因素
影响合金流动性的因素有合金的成分、温度、物理性 质、不溶杂质和气体等。
1) 液态合金的化学成分 纯金属和共晶成分合金在恒定温度下凝固，已凝固和
未凝固界面光滑，对未凝固液体阻力小，流动性好。
a）在恒温下凝固
b）在一定温度范围内凝固
2. 分型面的选择 (1)分型面应选在铸件的最大截面处。
(2)应尽量减少分型面的数量，并尽可能选择平面分型。
上①
中
②
下
(3)应尽可能减少活块和型芯的数量，注意减少砂箱高度。
(4)应尽量使铸件的全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件 的尺寸精度。
3. 工艺参数的确定 (1) 铸造收缩率 通常灰铸铁为0.7~1.0%，铸造碳钢为1.6~2.0%，铝硅 合金为0.8~1.2%，锡青铜为1.2~1.4%。
3）合金收缩越大，铸件的缩孔体积越大；
4）浇注温度越高，液态收缩越大，缩孔的体积越大； 5）缩孔和缩松总是存在于铸件的最后凝固部位。如果铸 件设计壁厚不均匀，则在厚壁处易于出现缩孔或缩松。
2)缩孔和缩松的防止 防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固 次序，使铸件实现“顺序凝固”。
顺序凝固的缺点： (1) 冒口浪费金属，降低了工艺出品率，提高了成本； (2) 铸件内应力大，易于变形和开裂。 应用：液态收缩和凝固收缩大、必须补缩的场合 。
金属型铸造注意问题
(1) 预热金属型并控制其温度 (2) 加强金属型的排气 (3) 在金属型的工作表面上喷刷涂料 (4) 及时开型 (5) 防止铸铁产生白口组织
2. 金属型铸造的特点及适用范围
(1) 实现了“一型多铸”，生产率高，劳动条件得到改善。 (2) 金属型铸件冷却速度快，组织致密，力学性能高。 (3) 铸件的尺寸精度和表面质量均优于砂型铸造件。尺寸精 度达IT12~IT16，Ra值平均可达6.3~12.5μm。 (4) 金属型制造成本高、周期长；铸件不透气、无退让性、 铸件冷却速度快，易产生气孔、应力、裂纹、浇不足、冷隔、 白口等铸造缺陷。 应用：主要用于铜、铝、镁等有色合金铸件的大批量生产。
造芯——芯盒造芯。用于孔下某些局部外形砂芯中有芯首， 砂芯烘干。
涂料——耐火材料、黏结材料、悬浮稳定剂等组成，涂刷 铸型，型芯表面。防止铸件粘砂、夹砂、砂眼等缺陷。
开设浇注系统——图10-16。开设浇铸系统的目的为了填充 型腔和冒口的一系列通道。
合型（合箱）——将上下箱、型芯等组合成完整的铸型。
型砂
(2) 机械加工余量
在铸件加工表面上留出的、准备切去的金属层厚度。 机器造型铸件精度高，余量小；手工造型误差大，余量 也大。灰铸铁加工余量小，铸钢加工余量大。
(3) 拔模斜度
(4) 铸造圆角 圆角半径一般约为相交两壁平均厚度的1/4
(5) 型芯头 型芯头的作用：定位、支撑和固定砂芯
(6) 最小铸出孔及槽
(8) 压铸件内部存在缩孔和缩松，表皮下形成许多气孔。
应用：主要用于中小型的、低熔点的锌、铝、镁及铜等有 色合金铸件的大批量生产。
四、离心铸造
将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用 下填充铸型并凝固成形的铸造方法。 离心铸造的铸型分为金属型和砂型两种
离心铸造的特点： (1) 工艺过程简单。 (2) 力学性能较好。 (3) 便于铸造“双金属”铸件。 (4) 合金的种类几乎不受限制。 (5) 内表面质量差，孔的尺寸不易控制。 应用：主要用于大批量中空件的生产。
2.影响收缩性的因素 1) 合金成分 2) 浇注温度 3) 铸件结构和铸型
3.缩孔与缩松 液态合金在冷凝过程中，若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 集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松（疏松）。
1) 缩孔和缩松的形成
结 论： 1）从收缩的角度考虑，尽量选择共晶、近共晶成分或凝 固温度范围小的合金作为铸造合金； 2）给定成分的铸件，缩孔和缩松的总容积是一定值，适 当增大铸件的冷却速度可促进缩松向缩孔转化；
120 100
80 60 40 Fra Baidu bibliotek0
0 铸件精度
生产率 毛坯利用率 铸件尺寸
砂型铸造 熔模铸造 金属型铸造 压力铸造 离心铸造
10.4 常用合金铸件生产特点 一、铸铁件
铸铁是含碳量大于2.11%（通常为2.5%-4.0%）的铁碳合金。 根据铸铁在结晶过程中石墨化程度不同，铸铁分为3类：灰 口铸铁、白口铸铁和麻口铸铁。
清理——将铸件上砂子和氧化皮及 浇冒系统（冒口）清除掉。
检验、补焊、正火或退火或时效。
三、铸造工艺图
完整的铸造工艺图包括 ：铸件(毛坯)图， 模型 (型盒)图， 砂型合箱图。其中主要示铸件图和模 型图。
在绘制铸造工艺图时先考虑下面三个问题： 1.铸件在浇注时的位置的选择。图10-17、图 10-18、图10-6.7、图10-19、图10-20。
三、压力铸造
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，以获得铸件的成形工艺方法。 1. 压铸机和压铸工艺过程
2. 压力铸造的特点和适用范围 (1) 铸件的尺寸精度和表面质量最高。公差等级一般为
IT11~IT13级，Ra为3.2~0.8μm。 (2) 铸件的强度和表面硬度高。抗拉强度可比砂型铸造
(2) 冷裂 冷裂的特征是：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属 光泽或轻微氧化色。
冷裂的防止： 1）使铸件壁厚尽可能均匀； 2）采用同时凝固的原则； 3）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的 含量，防止冷脆性。
作业
1.铸件的凝固应遵循什么基本原则？优缺点是 什么？各适用于什么范围？
2.在生产中，为什么要选择共晶成分、近共晶 成分或凝固温度范围小的合金作为铸造合金？
在一定温度范围内，液态合金的温度越高，流动性越好。 但液态合金温度过高，会造成液态金属氧化、吸气严重，易 使铸件产生气孔、夹渣、粘砂、缩松、缩孔等铸造缺陷，故 温度要合理，不能太高。
3. 影响液态合金充型能力的因素
流动性 影响因素
工艺因素
铸型条件 浇注条件
铸型的蓄热能力 铸型的发气 铸型的温度 铸型的结构
三、铸造内应力及铸件的变形、裂纹
铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍 或铸件各部分互相牵制，铸件内部将产生内应力。 1.热应力 热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以 致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力。 热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。
2.机械应力（收缩应力）
铸
铸
模型
型
落
零
造
件
工
图
艺
熔化 浇注
合 冷却 箱 凝固
砂 、 清
检 验
铸 件
图
芯盒
型
理
芯砂
芯
砂型铸造的工艺过程
2 .熔炼与浇铸 熔炼——将金属熔化，常用冲天炉。 浇铸——浇铸包将液态金属注入铸 型。浇铸前从浇包内清渣和夹杂物。 （注意温度）
3.落砂、清理 落砂——用手工或机械使铸件从砂 箱中取出。落砂不能过早或过晚。
10.1 铸造成形理论基础
合金铸造性能包括液态合金的充型能力、收缩、偏析、氧 化和吸气等。铸造有两大基本过程：即液态合金充满型腔和随 后在型腔中冷凝收缩。
一、液态合金充型能力
液态合金充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰铸件的能力。 充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔等缺陷。
常见的铸件缺陷
1. 合金的流动性
三、铸造工艺图
1. 浇注位置的选择 浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。
(1) 铸件的重要加工面和受力面应朝下或位于侧面
(2) 对于一些需要补缩的铸件，为防止铸件产生缩孔、缩松的 缺陷，应使铸件较厚的部位放在铸型的上部或侧面。
(3) 应将面积较大的薄壁部位置于铸型下部，或使其倾斜位置
(4) 铸件的大平面应朝下
10.2 砂型铸造
一、砂型铸造的生产过程
二、砂型铸造工艺过程
1.造型 1) 手工造型 2) 机器造型
3) 造芯 4) 涂料 5) 开设浇注系统 6) 合型 2.熔炼与浇注 3.落砂与清理
二、工艺过程简介 1.造型：
手工造型——整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、 三箱造型。
机器造型——（紧砂特点）压实式、分模式、震压式、抛砂 紧实、射砂紧实。
(3) 生产批量不受限制，单件、成批、大量生产均可适用。
(4) 可铸出形状较复杂的铸件。
(5) 工艺过程较复杂，生产周期长；原材料价格贵，铸件成 本高；铸件不能太大、太长，否则熔模易变形， 丧失原有精度。
应用：它最适合25kg以下的高熔点、难以切削加工合金 铸件的成批大量生产。
二、金属型铸造
液态金属 浇入 金属型 获得 铸件 1. 金属型铸件的工艺特点 材料一般采用铸铁，要求较高时，可选用碳钢或低合金钢 。 金属型的结构有水平分型式、垂直分型式和复合分型式等 。