铸造工艺基础
机械设计制造2.1
《机械制造技术基础》主编 李长河 第2章 铸造
2.1 铸造工艺基础
2.1.2 铸件的凝固与收缩
在铸件凝固过程中，其断面上一般存在三个区域，即固 相区、凝固区和液相区。 对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的凝固区 的宽窄。铸件的“凝固方式”就是依据凝固区的宽窄来 划分的,如图所示。 三种凝固方式： 逐层凝固、糊状凝固和中间凝固。 影响铸件凝固方式的主要因素有合金的结晶温度范围和 铸件的温度梯度 。
《机械制造技术基础》主编 李长河 第2章 铸造
2.1 铸造工艺基础
2.1.4 变形和裂纹 1. 铸件的变形 对于厚薄不匀、界面不对称及具有细长特点的 杆件、板类及轮类等铸件，当残留铸造应力超过铸 件材料的屈服点时，往往产生翘曲变形。
Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ
框架铸件的变形
T形梁的变形
《机械制造技术基础》主编 李长河 第2章 铸造
2.1 铸造工艺基础
2.1.2 铸件的凝固与收缩 2. 合金的收缩
合金从浇注、凝固直至冷却到室温的过程中，其体 积或尺寸缩减的现象，称为收缩。 合金的收缩量常用体收缩率和线收缩率来表示。
v 体收缩率：
V0 V1 100% V (t0 t1 ) 100% V0
l0
线收缩率： l l0 l1 100% l (t0 t1 ) 100%
《机械制造技术基础》主编 李长河 第2章 铸造
2.1 铸造工艺基础
2.1.3 铸造内应力
铸造内应力：铸件在凝固、冷却过程中，由于各部分体 积变化不一致、彼此制约而使其固态收缩受到阻碍引起 的内应力，称铸造应力。 按阻碍收缩原因的不同，铸造内应力分为热应力和收缩 应力。 铸件各部分由于冷却速度不同、收缩量不同而引起的阻 碍称为热阻碍，由热阻碍引起的应力称为热应力。 铸型、型芯对铸件收缩的阻碍，称机械阻碍。由机械阻 碍引起的应力称收缩应力（机械应力）。
铸造工艺基础知识及理论
铸造工艺基础知识及理论目录一、基础概念 (2)1.1 铸造的定义与意义 (3)1.2 铸造工艺的种类与应用 (4)二、铸造材料 (6)三、铸造设备 (7)3.1 熔炼设备 (9)3.2 锻造设备 (10)3.3 后处理设备 (11)四、铸造工艺过程 (12)五、铸造工艺设计 (13)5.1 工艺方案的确定 (15)5.2 工艺参数的选择 (16)5.3 工艺文件的编制 (18)六、铸造质量与控制 (20)6.1 铸造缺陷的产生原因及防止措施 (22)6.2 铸造质量检测方法与标准 (23)七、铸造生产与环境 (24)7.1 铸造生产的环保要求 (26)7.2 环保设备的应用与管理 (27)八、现代铸造技术的发展趋势 (28)8.1 快速凝固与近净形铸造技术 (30)8.2 数字化与智能化铸造技术 (31)8.3 生物铸造与绿色铸造技术 (33)一、基础概念铸造工艺是指将熔炼好的液态金属浇入铸型，待其凝固后获得所需形状和性能的金属制品的过程。
它是制造业中非常重要的工艺之一，广泛应用于汽车、航空、建筑、电子等领域。
铸造工艺的基础知识主要包括液态金属的性质、铸型（即模具）的设计与制造、浇注系统、凝固过程以及后处理等。
这些知识是理解和掌握铸造工艺的基本前提。
液态金属的性质：液态金属在铸造过程中的流动性、填充能力、冷却速度等对其最终的产品质量有着决定性的影响。
了解液态金属的成分、温度、粘度等基本性质对于铸造工艺的设计和实践都是非常重要的。
铸型的设计与制造：铸型是形成金属制品形状和内部结构的重要工具。
铸型的设计需要考虑到金属液的流动性和凝固特性，以及制品的精度和表面质量要求。
铸型的制造也需要选用合适的材料，并经过精密加工才能达到设计要求。
浇注系统：浇注系统是连接铸型和液态金属的通道，包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道等部分。
合理的浇注系统设计可以确保金属液均匀地注入铸型，并有利于热量和气体的排出，从而提高制品的质量和生产效率。
第五章铸造工艺基础
第五章铸造第二篇铸造工艺基础教学内容合金的铸造性能、流动性、收缩性、偏析性；铸件的常见缺陷分析及防止；常见合金铸件的生产；砂型铸造工艺基础；几种典型的特种铸造工艺方法；铸件结构与铸造工艺及合金铸造性能的关系。
目的与要求要求了解合金流动性和收缩的概念、影响因素及其对铸件质量的影响，为铸件设计，选材和制订铸造工艺提供理论基础。
常用合金铸件的生产，要求了解灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、铸钢、铜、铝及其合金铸件的生产特点。
砂型铸造要求掌握制定铸造工艺图的基本原则，主要工艺参数的选择原则，分析典型铸件图例，并为今后解决实际问题打好基础。
掌握铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求。
特种铸造重点了解金属型铸造、熔模铸造、压力铸造和离心铸造基本知识。
‘第一节液态合金的充型充型：液态合金填充铸型的过程。
充型能力：液态金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰健全的铸件的能力。
影响充型能力的主要因素是合金的流动性、浇注条件、铸型填充条件和铸件结构。
一、合金的流动性1．流动性的概念流动性：液态态合金本身的流动能力。
流动性好，易于浇出轮廓清晰，薄而复杂的铸件。
流动性好，有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮，排除。
流动性好，易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩。
2.流动性的测定方法以螺旋形试件的长度来测定：如图5-1影响合金流动性的因素:合金成分结金温度范围浇注温度充型压力图5—3所示为铁碳合金的流动性与含碳量的关系。
由图可见，亚共晶铸铁随含碳量增加，结晶间隔减小，流动性提高。
愈接近共晶成分，愈容易铸造。
二、浇注条件浇注温度浇注温度对合金的充型能力有着决定性影响。
浇注温度愈高，液态金属所含的热量较多，粘度下降，在相同的冷却条件下，合金在铸型中保持流动的时间长。
但是，浇注温度过高会使金属液体的吸气量和总收缩量增大，铸件容易生产气孔、缩孔、缩松、粘砂、粗晶等缺陷，故在保证充型能力足够的前提下，浇注温度不易过高。
对于形状复杂的薄壁铸件，为避免产生冷隔和浇不足等缺陷，浇注温度以略高些为宜。
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二、铸造成形基础
逐层凝固：液固金属间轮廓线清 晰。4.3%的铁碳合金，结晶在恒 温下进行，结晶过程有表及里，逐 层推进，凝固层的内表面比较光滑， 对尚未凝固合金流动阻力小，有利 于合金的充型，所以流动性好。 糊状凝固：先结晶的固态金属广泛 分布在没有结晶的液态金属中，液 固金属间没有明显的轮廓线。
二、铸造成形基础
• 2.合金的收缩
（4）铸造内应力、变形和裂纹
◆ 消除或减小铸造内应力的方法： ① 采用同时凝固的原则，通过设置冷铁、布置浇 冒口位置等工艺措施，使铸件各部分在凝固过程中 温差尽可能小；（不管壁厚如何，同时一起收缩， 可避免热应力的产生） ② 提高铸型温度，使整个铸件缓冷，以减小铸型 各部分温差； ③ 改善铸型与铸芯的退让性； ④ 进行去应力退火，这是消除铸造应力最彻底的 方法。
二、铸造成形基础
• 2.合金的收缩
（4）铸造内应力、变形和裂纹
◆ 变形： 当铸件中的内应力若超过合金的屈服强度，将使铸件产生变形。为防止变形，在铸件设计
时，应力求壁厚均匀、形状简单而对称。 ◆ 变形：
当铸件的内应力超过合金的抗拉强度时，铸件便会产生裂纹。裂纹是铸件严重的缺陷。 防止裂纹的主要措施： 合理的设计铸件结构；合理选用型砂和芯砂的粘结剂与添加剂，以改善其退让性；大的型 芯可制成中空的或内部填以焦炭；严格限制钢与铸铁中的硫含量；选用收缩量小的合金。
二、铸造成形基础
• 2.合金的收缩
• （2）缩松：液态合金在凝固过程中，若凝固时的收缩得不到及时补充，就会形成缩
孔，若缩孔是分散的，即为缩松。
又称分散缩孔） 形状：宏观缩松—肉眼可见的微小孔洞；
第一章铸造工艺基础
1-3铸造内应力、变形和裂纹
• 铸造内应力：铸件的固态收缩受到阻碍而引起的内应力。 • 残余内应力：一直保持到室温的铸造内应力 • 临时内应力：在冷却过程中暂存的铸造内应力 • 铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因 • 按内应力产生原因不同分为热应力和机械应力 一、铸造内应力的形成 • 介绍热应力和机械应力的产生 1.热应力： • 1）定义：由于铸件的壁厚不均，各部分冷却速度不同，各部分收缩 不一致引起的内应力。 • 2）金属应力状态改变：（金属自高温至室温） • 金属在再结晶温度以上处于塑性状态，在再结晶温度以下处于弹性状 态，再结晶温度是分界点 • 塑性状态降温 弹性状态 • 弹性状态升温 塑性状态
流动性
二、浇注条件 • 1.浇注温度: “决定性”影响 浇温升高充型能力越强 • 实践中可利用此规律对薄壁铸件或流动性较差的合金可适当提高浇温, 提高充型能力 • 浇温也不宜过高,否则易产生缩孔、缩松等缺陷 • 2.充型压力 • 合金受压越大充型能力越强 三、铸型填充条件 • 1.铸型材料: • 铸型导热系数和比热容升高,合金充型能力下降 • 2.铸型温度: • 铸型温度升高减缓冷却速度,充型能力升高 • 3.铸型中气体: • 铸型中气体阻碍液体合金的充型,应减少之.
三、铸件的裂纹与防止 • 铸造内应力超过材料强度极限时产生裂纹 1.热裂 • （1）定义：在高温下形成的裂纹 • （2）形状特征：缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色 • （3）形成原因：合金完全凝固前固态收缩已开始，晶粒间存在液体， 强度、塑性低 • （4）分布：一般分布在应力集中部位 • （5）主要影响因素：合金性质、铸型阻力 • （6）防止方法①使铸件结构合理②改善铸型和型芯的退让性③减少 浇、冒口对铸件收缩的机械阻碍④内浇口设置符合同时凝固原则⑤减 少合金中有害杂质含量。 2.冷裂 • （1）含义:在低温下形成的裂纹 • （2）形状特征：裂纹细小，呈连续直线状，缝内呈轻微氧化色 • （3）分布：常出现在形状复杂工件的受拉伸部分
热加工工艺基础-铸造
热加工工艺基础第一章铸造工艺基础1．名词解释充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。
缩孔：在铸件上部或最后凝固部位出现的容积较大的孔洞。
缩松：铸件断面上出现的分散、细小的孔洞。
逐层凝固：纯金属或共晶成分合金在凝固过程中不存在固、液相并存的凝固区，故断面上外层的固体和内层的液体由一条界限清楚地分开，随着温度的下降，固体层不断加厚，液体层不断减少直到中心层全部凝固。
糊状凝固：合金的凝固温度范围很宽或铸件断面温度分布曲线较为平坦，其凝固区在某段时间内，液固并存的凝固区贯穿整个铸件断面。
中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间的凝固方式。
定向凝固：使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。
同时凝固：尽量减少铸件各部位间的温度差使铸件各部位同时冷却凝固。
热裂：凝固后期合金收缩且受到铸型等阻碍产生应力，当应力超过某一温度下合金的强度所产生的裂纹。
冷裂：铸件固态下产生的裂纹。
热应力：由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期铸件各部分收缩不一致而产生的应力。
侵入气孔：砂型或砂芯受热产生气体侵入金属液内部在凝固前未析出而产生的气孔反应气孔：合金液与型砂中的水分、冷铁、芯撑之间或合金内部某些元素、化合物之间发生化学反应产生气体而形成的气孔。
·析出气孔：合金在熔炼和浇注过程中接触气体使气体溶解其中，当合金液冷却凝固时，气体来不及析出而形成的气孔。
2．合金的流动性不足易产生哪些缺陷？浇不足，冷隔，气孔，夹渣，缩孔，缩松。
影响合金流动性的主要因素有哪几个方面？合金的种类，合金的成分，温度。
在实际生产中常用什么措施防止浇不足和冷隔缺陷？a.选用黏度小，比热容大，密度大，导热系数小的合金，使合金较长时间保持液态。
b.选用共晶成分或结晶温度范围窄的合金作为铸造合金。
c.选择合理的浇注温度。
3．充型能力与合金的流动性有什么关系？合金的流动性越好，则其充型能力越好。
不同化学成分的合金为何流动性不同？合金的化学成分不同，它们的熔点及结晶温度范围不同，其流动性不同。
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§2铸件的凝固与收缩
凝固—金属从液态转变为固态的过程。这个转变期 称为凝固期。
一 .铸件的凝固方式
实验：做几个直径相同
的球铸型，一次同时浇注
经过不同时间，先后拔掉
泥芯。倒出液态金属，
测量硬壳厚度，画出
凝固厚度—时间曲线。
泥 芯
精心整理
厚度 3 2 1
1--φ75
2—φ125
3—φ260
精心整理
3 . 中间凝固---凝固区介于1、2之间。大多数合 金的凝固方式属于这种凝固方式。
精心整理
铸件凝固方式对铸件质量的影响： 凝固过程实质是金属的结晶过程，它从两方 面影响铸件的性能： 1）形成的金相组织-----晶粒的大小、形状及晶 粒的内部缺陷等影响合金的机械性能； 2）金属的致密度-----液态金属结晶为固态，引 起的体积收缩所形成的孔洞，若得不到液态 金属的补缩，将产生铸造缺陷，影响合金的 致密性及强度。
精心整理
σ σ
精心整理
Al---Si 合金的高温强度
σ 500℃
固相线精心整理
T℃
影响热裂形成的因素 （1）合金性质
合金结晶温度 T℃
范围越宽，
热裂倾向性
越大。
热
裂
倾
向
精心整理
线收缩 开始温度
固 相 线
此外，合金中的一些其它元素对其热裂 倾向也有一定的影响。如：碳素钢中的S、
P、Si, Mn 四种因素对热裂性的影响。
精心整理
2 .机械应力（收缩应力）
由于收缩受阻，产生的都是拉应力或剪应力。
因为是产生在弹性状态下，落砂后随着产生弹 性变形而消失，为临时应力。（但产生弹性变 形的应力仍然留在弹性体内）
铸造工艺基础
一、合金的流动性 与以下因素有关： 1.化学成分 纯金属、共晶成分合金流动性好。 2.物理性质 如导热性、粘滞性、侵润性等。
铸造工艺基础
第二篇 铸 造
GB/T5611－1998规定： 铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状、尺寸和性能的金属零件毛坯的成形方法。 用铸造方法获得的金属毛坯或零件称为铸件. 铸造被广泛采用，具有如下优点： 1. 适应性广
谓：性能改善形状精，加工量少成本低。 但是，铸造生产过程中的工艺控制较困难，因而铸件质量不稳定，废品率较高; 铸造劳动强度大，条件差，环境污染严重。 铸造按生产方式不同，可分为： 砂型铸造和特种铸造 砂型铸造的铸件占总产量的80%以上，其生产过程如图。
此两项形成体收缩是造成缩孔（松）的主要原因。 3.固态收缩 造成线收缩，形成应力、变形的原因。 影响收缩的因素: 1.化学成分 见附表 钢收缩大，灰铸铁收缩小(为什么？) 2.浇注温度 3.铸件结构与铸型条件
它适用于各种合金(如铸铁、铸钢和有色金属等),能制出外形和内腔很复杂的零件,铸件的尺寸、重量和生产批量都不受限制。 谓：材料能熔便可铸，尺寸形状复杂件 2. 成本低廉。 所用原材料来源广，设备投资少，节省工时，材料利用率高。铸件材质内在质量得到提高，一些现代铸造方法生产出来的铸件质量已接近锻件。
三、 铸件中的缩孔与缩松
1.缩孔与缩松的形成 1）缩孔—集中的凝固收缩孔洞，产生于铸件厚大热节处。 2）缩松—细小而分散的缩孔， 具体又分： 宏观缩松—肉眼可见分散小孔； 显微缩松—显微镜下可见分散小孔。 2.缩孔与缩松的防止
一般固态金属在再结晶温度以上（钢和铸铁为620～650℃）时，处于塑性状态的变形应力可自行消除； 在此温度以下金属呈弹性状态，而弹性状态下的变形应力将会继续存在。 结论： 铸件厚壁或心部受拉伸； “＋”为拉应力；”－”为压应力。 薄壁或表层受压缩。
铸造2
1 铸造工艺基础 Base of Founding Technics
（2）机械应力 合金的线收缩受到铸型或型芯机械阻碍而形 成的内应力。机械应力是暂时的，在铸件落砂之 后，这种应力便可自动消除。
2.铸件的变形与防止
残余应力导致变形，受拉的部分产生压缩变形，受 压缩的部分产生拉伸变形。 防止： （1）设计上，壁厚均匀，且对称 （2）工艺上，同时凝固原则 （3）反变形法
Ⅱ进行弹性状态，由于Ⅱ冷速﹥Ⅰ冷速，所以Ⅰ受拉，Ⅱ 受压，形成内应力但Ⅰ的微量塑变而消失。 c 在t2-t3之间， TⅠ﹤ T临、TⅡ﹥T临， TⅠ的温度较 高，还会进行较大的收缩，于是Ⅱ受压，而Ⅰ受拉伸。 热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受 压缩。 ◊同时凝固原则：为了减小热应力，可将浇口开在 薄壁处，或在厚壁处安放冷铁。
• （3）铸型填充条件
a 铸型的畜热能力 即铸型从金属中吸收和储存热量的能力。 金属型铸造比砂型铸造容易产生浇不足等缺陷。 b 铸型温度速度。 c 铸型中气体 在金属液的热作用下，型腔中的气体膨胀，型砂中的水 分汽化，煤粉和其它有机物燃烧。将产生大量气体。为减 少气体压力，除应设法减少气体来源外，应使砂型具有良 好的透气性，并在远离浇口的最高部位设出气口。 d 铸件的结构（壁厚、大小、复杂程度等）
●
特点：
（1）制成形状复杂（内腔的毛坯）； （2）铸件大小不限； （3）铸件成本较低（原材料来源广泛，价格低廉）； （4）应用广泛（在机床、内燃机中占机器总重的70-80%， 农业机械占40%-70%）。
●
问题：
废品率较高，铸件容易出现浇不足，缩孔、夹渣、气孔和裂 纹等缺陷。
1 铸造工艺基础 Base of Founding Technics
铸造必备基础知识
铸造必备基础知识在进行铸造工艺之前，了解铸造必备的基础知识是非常重要的。
本文将介绍铸造工艺的基本概念、材料选择、铸造方法、设计和工艺控制等方面的知识。
一、铸造的基本概念铸造是指将熔化的金属或非金属材料，通过浇筑或其他注入方式，借助于一定形状的模具，在其冷却过程中制成所需的零件或产品的工艺过程。
铸造是制造业中最常用的成型方法之一，具有形状复杂、尺寸精确、材料多样化等优点。
二、材料选择在铸造中，常用的金属材料包括铁、铜、铝、锌等。
选择合适的材料取决于产品的需求，如机械性能、耐腐蚀性、导电性等。
此外，还要考虑材料的可铸造性，如熔点、流动性等特性。
三、铸造方法铸造方法主要分为砂型铸造、金属型铸造和持续铸造等几种。
砂型铸造是最常见的一种，通过在模具中填充湿砂，形成铸型，然后在铸型中浇注熔化的金属。
金属型铸造主要用于高温合金和特殊材料的铸造。
持续铸造适用于大量生产和连续铸造的情况。
四、设计和工艺控制在进行铸造产品的设计时，需要考虑模具的结构、冷却方式、缩孔和气孔等缺陷的预防。
同时，还需要进行合理的工艺控制，如控制熔化温度、浇注速度、冷却时间等，来保证产品的质量。
五、常见问题和解决方法在铸造过程中，常见的问题包括缺陷、变形和裂纹等。
要解决这些问题，可以采用改进模具设计、增加冷却措施、调整工艺参数等方法。
六、铸造在工业中的应用铸造广泛应用于机械制造、汽车、航空航天、建筑等领域。
铸造的发展还推动了材料科学和工艺技术的进步。
七、总结铸造是一种常见且重要的制造方法，它具有成本低、生产效率高等特点。
在进行铸造前，了解铸造的基本概念、材料选择、铸造方法、设计和工艺控制等方面的知识是必不可少的，有助于提高产品的质量和生产效率。
随着科技的不断进步，铸造技术也在不断革新，为各行各业的发展做出了重要贡献。
铸造工艺常识知识点总结
铸造工艺常识知识点总结铸造工艺常识包括了铸造的基本原理、工艺流程、材料选择、设备技术和质量控制等内容。
以下是一些铸造工艺的基本知识点总结：1. 铸造的基本原理- 铸造是将金属或合金加热至液态状态，倒入模具，然后冷却凝固成型的制造方法。
这种工艺可以制造出各种大小和形状的零件，具有很高的生产效率和经济性。
2. 铸造工艺流程- 铸造工艺流程包括模具设计、熔炼、浇铸、清理和后处理等关键步骤。
模具设计决定了最终产品的形状和尺寸，熔炼是将原料金属或合金加热至液态状态的过程，浇铸是将熔化的金属倒入模具的步骤，清理和后处理是对铸件进行去除毛刺、砂眼和表面处理的步骤。
3. 铸造材料选择- 铸造材料的选择包括金属及合金的选择，辅助材料的选择。
金属及合金的选择应考虑零件的用途、工作条件、强度要求、耐磨性、耐腐蚀性等因素，辅助材料选择应考虑模具材料，脱模剂，浇口和浇注系统等。
4. 铸造设备技术- 铸造设备包括熔炼设备、浇注设备、模具设备等。
熔炼设备主要有电弧炉、感应炉等，浇注设备主要有手工浇注、重力铸造、压力铸造等。
模具设备包括砂型、金属型、脱壳模、永久模等。
5. 铸造质量控制- 铸造质量控制包括原材料的质量控制、生产过程的质量控制和铸件的质量控制。
原材料的质量控制包括原料化学成分、物理性能、外观质量等。
生产过程的质量控制包括熔炼温度、浇注温度、冷却速度、浇注方式等。
铸件的质量控制包括尺寸精度、表面质量、内部缺陷等。
综上所述，铸造工艺是一种重要的金属加工技术，广泛应用于各个领域。
掌握铸造工艺的基本知识对于提高产品质量、降低生产成本具有重要意义。
希望本文对铸造工艺感兴趣的读者有所帮助。
2-1 铸造工艺基础
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17
浇 不 足
后 退
18
冷
隔
后 退
19
三、影响充型能力的因素
1.合金性质——合金流动性：决定于合金种类与 化学成分。合金种类0.77
2.11
4.3
C%
2.浇注条件
浇注温度
对液态金属的充型能力有决定性的影响。
温度高，充型能力就强。这是因为浇注温度提高，合金液的粘度 就降低，浇注以后保持液态的时间也就延长，传给铸型的热量就 增多，这就使铸型和金属液的冷却速度就降低，从而使合金的充 型能力增强。 对于薄壁铸件，适当提高浇注温度是改善充型能力、防止产生浇 不到、冷隔的重要措施。这些措施在生产中经常采用，也比较方 便。
空腔中填充的金属。
冷铁：为了增加铸件局部的冷却速度，在砂型中安放的
金属物。
40
冒口补缩示意图
浇注系统 冒口
冷铁
设臵冒口，是我们在工艺上防止缩孔和缩松形成的非 常有效的一项措施。 铸件按照规定的方向顺序凝固，铸件的每一部分的收 缩都会得到在以后凝固的金属液的补充，这样使得缩 孔最后转移到冒口当中去，清理时将冒口切除即可。
有利于液态金属中的气体和熔渣的上浮 与排除。
有利于合金凝固收缩时的补缩等。
16
2.合金充型能力差，铸件容易产生浇不足、冷隔、气 孔、夹渣、缩孔等铸造缺陷，不能得到完整的零件。
浇不足： 铸件残缺，轮廓不完整，或轮廓可能
完整但边角圆而且光亮。
冷隔：在铸件上穿透或不穿透，边缘呈圆角状的
铸造工艺基础知识及理论
4
铸造材料
1
工艺基础 工艺性能
2
铸件生产
铸造工艺
3 工艺方法
1. 金属液态成形（铸造）工艺基础
什么是金属的液态成形:
将熔炼好的液态金属浇入与零件形 状相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固， 以获得毛坯或零件的工艺方法,亦称铸造.
金属的液态成形的方法:
金属的液态成形是制造毛坯、零件的重要方法之一。按铸型材 料的不同，金属液态成形可分为砂型铸造和特种铸造（包括压力铸 造、金属型铸造等）.其中砂型铸造是最基本的液态成形方法，所生 产的铸件要占铸件总量的80%以上.特种铸造较适用于大批量生产， 应用范围逐渐增加。
松
的 方
方法
合理布置内浇道及确定浇铸工艺。
法
合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。
3. 铸件的生产工艺
整模造型
分模造型
手工造型
砂型铸造
活块造型 三箱造型
液
挖砂造型
态
机器造型
刮板造型
成
铸造工艺图的绘制
型
砂型铸造的工艺设计
分型面的选择
工
工艺参数的确定 浇注位置的确定
艺
金属型铸造
熔模铸造
压力铸造
特种铸造
低压铸造 陶瓷型铸造
内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中，如得不到合金液的 补充，在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔.
2. 铸件的生产—缩松的形成 缩松的形成原因:
铸件最后凝固的收缩未能得到补充，或者结晶温度范围宽的 合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发 达，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。
合金的收缩的过程:
合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的 现象。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许 多铸造缺陷。（如：缩孔、缩松、裂纹、变形等）。
机械制造2-1 铸造工艺基础知识
10
2.1
铸造的工艺基础知识
• 2.1.1 液态合金的充型 合金流动性的定义
流动性是指液态(熔融)金属的流动能力。 它是影响液态金属充型能力的主要因素之一， 也是合金的主要铸造性能之一。
11
2.1
铸造的工艺基础知识
• 2.1.1 液态合金的充型 合金流动性的测量方法
常用浇注标准螺旋形试样的方法进行测定。 螺旋形试样的长度越长，则液态合金的流动性越好。 常用合金的螺旋形试样的长度数值见P11表2-1。
22
充型能力的影响因素
主要影响因素：铸型条件和浇注条件 2.浇注条件：
浇注条件又与浇注系统结构、浇注温度和充型压力有关。 （2）浇注温度： 浇注温度越高，合金保持液态的时 间越长，金属液粘度降低，杂质容 易上浮或溶解，故合金流动性好， 充型能力强。但浇注温度过高，液 态合金收缩增大，吸收气体多，氧 化严重，流动性反而会下降。因此 在保证流动性的前提下，浇注温度 应尽可能低一些。
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砂型铸造的充型压力由 直浇道的静压力产生。
2.1
铸造的工艺基础知识
• 2.1.2 铸件的凝固与收缩
浇入铸型型腔的液态金属在冷凝过程中，如果其 液态收缩和凝固收缩得不到补充，铸件将产生缩孔 或缩松等铸造缺陷。因此，必须合理地控制铸件的 凝固过程。 1. 铸件的凝固方式 铸件的凝固： 液态合金转变为固态铸件的过程称为铸件的凝固。
阶段的收缩。用体收缩率表示。合金的结晶温度范围越大， 体收缩率也越大。液态收缩和凝固收缩时金属液体积缩小， 是形成缩孔和缩松的基本原因。
a)
a) 合金状态图
b)
c)
b) 一定温度范围合金 c) 共晶合金
图2-6 铸造合金收缩过程示意图
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2.1.3.3影响收缩的因素
化学成分：当浇注温度不 变时，碳钢随着含碳量的 增加，液相线的温度下降， 其液态体积收缩增大；铸 铁中石墨的密度小、比容 大，减小了灰铸铁的部分 收缩。
实验
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刀具角度的测量与设计
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第2章：铸造
本章内容 1.1铸造工艺基础； 1.2常用合金铸件的生产； 1.3砂型铸造； 1.4铸件结构设计。 铸造性能； 铸铁生产； 砂型铸造工艺设计； 铸件结构设计。
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本章重点
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Ⅰ- 液态收缩；Ⅱ- 凝固收缩；Ⅲ- 固态收缩 Ⅰ+Ⅱ- 体收缩；Ⅲ- 线收缩
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合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金体积 的减小，通常称之为——体收缩。在此阶段会 出现缩孔和缩松缺陷。 恒温下结晶 两相区结晶 逐层凝固 糊状凝固 缩孔 缩松
合金的固态收缩，体积和尺寸减小并存，通常 称之为——线收缩。在此收缩阶段会导致铸件产 生应力、变形和裂纹等缺陷。
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铁碳合金五大化学元素：碳、硅、锰、磷、硫 对合金流动性的影响
硅: 硅是石墨化元素, 其作用 与碳相似 , 随着硅量的增加, 合金的液相线温度下降, 使 流动性提高. 锰:锰本身对合金的流动性 影响不大,但随着MnS 夹杂 物的增加,合金的流动性下 降. 硫: 合金中含硫量越高, 越 易形成氧化膜, 增加铁水 的粘度,致使 铁水流动性 降低. 磷: 合金中随着含磷量的 增加 , 液相线温度和固相 线温度下降,铁水的粘度 下降, 因此, 提高了合金 的流动性.
影响充型能 力的因数
合金的种类、化学成分（结晶特性） 铸型温度、铸型的发气和透气能力 浇注温度 充型压力 浇注系统
铸型性质 浇注条件 铸件结构等
复杂程度、折算厚度
结晶特性: 恒温下结晶，流动性较好；两相区内结晶，流动性较差
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2.1.3 液态金属的凝固与收缩
液态成形零件易出现缩孔、缩 松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂 、裂纹等缺陷，产品 质量不够 稳定 由于铸件内部晶粒粗大，组织不 均匀，且常伴 有缺陷，其力学 性能比同类材料的塑性成形低
3
4
铸造缺陷与合金铸造性能（液态合金充型，凝固收缩）；造型 材料（型砂）；铸造工艺（工艺设计与结构设计）以及合金熔 炼有关，它们相互关联并相互矛盾。
一个具体零件的加工往往可用多种不同的加工方法，而 每种加工方法所能达到的加工精度、加工质量、加工范 围、加工效率是不同的。
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课程介绍
1.课程性质
本课程是高等工科院校机械类和近机械
类专业必修的学科基础课程，本课程研究 机械零件毛坯的制造方法及毛坯设计时的 结构工艺性问题，同时还研究机械加工方 法的特点及各种加工方法对机械零件的工 艺性要求。
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影响凝固的主要因素：
合金的结晶温度范围： 合金的结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越趋向于逐层凝 固。在铁碳合金中普通灰铸铁为逐层凝固，高碳钢为糊状凝固。 铸件的温度梯度： 在合金结晶温度范 围已定的前提下，凝固 区的宽窄取决于铸件内 外层之间的温度差。 若铸件内外层之间 的温度差由小变大，则 其凝固区相应由宽变窄。
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2.1.2.1 合金流动性对充型能力的影响
合金流动性的影响因数
合金的种类：不同种类的合金流动性不同 化学成分：同类合金成分不同，合金的结晶特点不同，流动性不同。 结晶特性: 恒温下结晶，流动性较好；两相区内结晶，流动性较差。
相同过热度时铸铁含碳量与流动性的关系 含碳量对结晶特性的影响
铸造生产过程
型砂 铸 造 工 艺 图
模型
熔炼 芯盒 芯砂
铸 型
零 件 图
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浇注
型 芯
合
冷却
箱 凝固
落 砂 、 清 理
检 验
铸 件
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砂型铸造过程
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砂型铸造过程
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液态成型的优点
Wuhan University of Technology
金属工艺学
METAL TECHNOLOGY
机电工程学院金工学部
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机械制造过程及发展趋势简介 1.机械零件的制造工艺过程：
应根据零件的性能要求、受载情况、服役条 件、 工作环境等：
选材 毛坯
预先热处理
合金的流动性是指液态金属自身的流动能力，合金流动性愈好，充型 能力愈强。 合金流动性优劣最根本的影响因素是其化学成分。不同种类合金化学 成分不同；同类合金化学成分不同其结晶特性不同。 针对不同材料的流动性优劣可预先采取其他措施以提高合金充型能力。
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2.1.2.2 浇注条件对充型能力的影响
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复杂程度：铸件结构越复 杂，流动阻力就越大，铸 型的充填就越困难。 知道了影响影响充型能 力的因素，进一步分析， 找出可控因素，从而提 出改进或提高合金充填 能力的措施。 因素－分析－控制
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小结
合金的充型能力
什么是金属的液态成形 液态成型的优、缺点
合金的流动性
浇注温度
浇注温度高，液态金属的粘度变小；过 热度高，金属液内含热 量多，保持液 态的时间长，充型 能力强。
浇注
条件
充型压力 浇注系统
液态金属在流动方向上所受的压力称为 充型压力。充型压力越大, 充型能力越 强。
浇注系统的结构越复杂，则流动 阻力越大，充型能力越差。
2.1.2.3 铸型条件对充型能力的影响
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2.1.1合金的充型能力
充型能力的概念: 液态金属充满铸型型腔， 获得尺寸精确、轮廓清 晰的成型件的能力 充型能力 不足
浇不足
冷隔
夹 砂
气 孔
夹 渣
影响充型能力的因数
合金的流动性 浇注条件 铸型填充条件 铸件结构
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铸型蓄热系数:
即从液态金属中吸取 热量并储存的能力
铸型的发气和透气能力：
铸型温度 (不能过高)
铸型发气能力过强,透气能力又差 时,若浇铸速度太快,则型腔中的 气体压力增大，充型能力减弱。
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2.1.2.4铸件结构对充型能力的影响
折算厚度： 折算厚度也叫当量厚度或 模数，是铸件体积与铸件 表面积之比。折算厚度越 大，热量散失越慢，充型 能力就越好。铸件壁厚相 同时，垂直壁比水平壁更 容易充填。 （大平面铸件不易成形）
机械加工
检验
最终热处理
选材：金属材料种类繁多，性能不一，而且材料的发展日新月
异，而零件的性能要求、服役条件各不相同，再加上材料的资源、 价格等多方面考虑。
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毛坯选择： 液体成形（铸造），塑性成形（压力加工），连 接成形（焊接），粉末冶金成形，型材。 机械加工： 传统加工：车削，包削，铣削，拉削，镗削，磨 削等 现代加工：数控加工，电火花加工，激光加工等 特种加工方法
铸造概述
★ 铸造的发展史
1
工艺基础
工艺性能
4
结构设计 液态成形
2
铸件生产
砂型铸造
3 工艺方法
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铸造发展史概述 铸造生产的技术在我国至少有四 千年的历史. 前两千年以青铜铸造为主 , 发展 了冶铸技术 , 形成了商周文化. 后两千年以铸铁生产为主 , 推动 了铸造技术的发展.
1
适于做复杂外形，特别是 复杂内腔的毛坯
2
适应性广，对铸件材料、 大小、批量几乎不受限制
3
成本低，原材料来源广， 价格低廉,一般不需要昂贵 的设备 是选用某些塑性很差的材料 (如铸铁等)制造毛坯或零件 的唯一成型工艺
4
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液态成型的缺点
1 2
工艺过程比较复杂，一些 工艺过程还难以控制 液态成形零件内部组织的均 匀性、致密性一般较差
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2.课程任务
1、主要讲授工程材料常用的成形方法及机械加工方法 和工艺特点、机械制造过程中常用的一些先进技术。 2、各种工艺方法本身的规律性及在机械制造中的应用 和相互联系； 3、金属零件的加工工艺过程； 4、金属材料性能及其对加工工艺的影响； 5、工艺方法的综合比较等。
通过本课程的学习了解和掌握机械制造过程中各种零 件毛坯制造方法的基本原理和工艺特点，并且对各种 表面加工的方法选择和机械零件的加工工艺规程的编 制有较全面的了解，使学生具有初步的选择毛坯、制 造毛坯及零件加工的工艺分析能力。
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3.课程重点
1、基本原理 2、工艺特点
商代司母戊鼎 司母戊鼎通高133厘米, 横 长110厘米, 宽78厘米,重875 公斤. 根据目前发展的商代 熔铜坩锅, 一次约能熔铜12.7 公斤. 铸造司母戊这样的大 鼎, 就需要七十多个坩锅. 如 果一个坩锅配备三至四人, 就需要二、三百人同时操作。 云版又叫“点”，是军营中 遇有急事敲打报警用的。此 块云版用生铁铸成，上下两 端勾卷如云，故名。 上铸 双钩汉字两行：“大金天命 癸亥年铸牛庄城”十一字。