铸造工艺学

• 材料成型及控制工程
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• 人才需求：
• 机械学科全国就业率最高
• 机械学院就业率99 % ，全校最好。
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• 本课程的主要研究内容
• 1 金属-铸型界面的相互作用机理和规律，对铸件质量的 影响； • 2 型（芯）砂用原材料的基本性能及其对型（芯）砂性
能的影响，型（芯）砂性能对铸件质量的影响，型（芯） 砂的配制及其性能控制和检测的基本原理；
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越王勾践剑
越王勾践青铜剑，1965年12月出土于湖北省江 陵。
拔剑出鞘，寒光耀目，而且毫无锈蚀，刃薄锋 利。试之以纸，20余层一划而破。剑全长为55.6 厘米，其中剑身长45.6厘米，剑格宽5厘米。剑身 满饰黑色菱形几何暗花纹，剑格正面和反面还分 别用蓝色琉璃和绿松石镶嵌成美丽的纹饰，剑柄 以丝绳缠缚，剑首向外形翻卷作圆箍，内铸有极 其精细的11道同心圆圈。
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中国古代铸造技术 6000年历史，从青铜器时代开始，到铁器时 代。 制造犁、锄、镰、锛、锹等、兵器。 夏代: 陶范，铸造青铜器具、农具。 灿烂的商周文化。
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司母戊大鼎
商后期（约公元前十四 世纪--公元前十一世纪） 高133厘米、口长110
厘米、口宽79厘米、重
• (1) 适应性广，工艺灵活性大
• 工业上常用的金属材料，均可在液态下成型，特别是
对于不宜压力加工或焊接成形的 材料，该生产方法具 有特殊的优势。并且铸件的大小、形状几乎不受限制， 质量从零点几克到数百吨，壁厚从1mm 到1000mm均可。 (2)可生产各种合金铸件 最适于形状复杂 , 特别是具有复杂内腔的毛坯或零件 的成型 , 如复杂箱体、机架、阀体、泵体、缸体等。
和能力大大提高。
• • 国务院提出《关于加快振兴装备制造业的若干意见 》 • 自主知识产权重大技术装备的制造能力
• 建设山东半岛制造业基地 • 服务山东省制造业强省行动计划
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• 铸造技术的发展方向
• (1) 凝固理论和技术 • 理论：Kurz and Fisher, Fundamentals of Solidification
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• 秦朝古战车
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• 春秋时期 • 铸铁
• 第五大发明
• 西周末年
• 熔模铸造
• 唐代以后 • 大型铸件出现 • 沧州铁狮，正定铜佛，当阳铁塔，永乐大钟
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沧州铁狮
大周广顺三年铸，山东李云造。大周（北周）广顺三年即公元953 年，1000多年的历史。狮身高3.8米，头部高1.5米，通高5.3米，通长 6.1米，身躯宽3.17米。传说铁狮总重量约40吨，1984年经过准确称量，
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•
铸造业是一个高劳动消耗、高能源消耗和高
污染的行业。
•
应该看到我国的铸造生产水平与发达国家还
有差距，是铸件大国，不是铸件强国铸件质量不
高，自动化程度低，劳动生产率低，消耗大，污
染重，这些问题迫切需要解决。
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• 劳动生产率低
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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• 能耗大、资源浪费严重
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• • • • •
(4)计算机的应用 铸造过程的宏观与微观模拟仿真：冲型过程、温度场、 应力场。 铸造专家系统的研究与开发：浇口、冒口设计、缺陷分 析。 铸造工程中的计算机质量控制及信息管理系统。
•
(5)铸造技术节能减排
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• 高等教育铸造专业的发展变革
• • • • • • • • • • 机械类：冷加工、热加工 冷加工、热加工同属于制造业 冷加工 机械制造（切削加工）：车、铣、刨、磨、镗等 热加工 铸造 锻压 焊接 热处理
铁狮的总重量为29.30吨。
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正定铜佛
约50吨
铜佛有４２臂，故又千手千
眼观音，通高22米余，下有 ２.2米高的石须弥座，是我国
现存铜像中最高的一座。像体
纤细颀长，比例匀称，衣饰流 畅，腰部以下尢佳，富有宋代
艺术风格。须弥座的上枋，壶
门内刻有纹饰图案、伎乐、飞 天、盘龙等精美宋代雕刻。
•
总之，我国的古代铸造技术是灿烂辉煌的，古 代铸造工匠在长期的实践中表现出了 卓越才能、 无穷智慧和卓越的创造力，为铸造业的发展做出 了巨大贡献。商周陶范铸造、熔模铸造、生铁冶 炼技术、铸铁金属型、叠型铸造和大型铸件铸造
等重大技术成就，使我国的铸造技术一直处于领
先地位。其中有些工艺至今使用。由于封建势力
• 3
铸造工艺方案的确定，浇注系统和冒口的设计、计算，
铸造工艺设计及各种工艺装备设计的基本知识。 • 主要讲授砂型铸造内容。
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• 学习要求
• a 预备知识：液态成型原理、铸造材料化学。
• b 学习方法：课堂讲授、讨论为主，同时进行必
要的实践训练。
• C 达到水平：独立进行简单铸件的工艺设计。
不是利用型砂，而采
特种铸造
用特殊的工艺进行造型 的方法。如金属型铸造、 熔模铸造、离心铸造等。
砂型铸造工艺
特种铸造工艺
• 砂型铸造流程图
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• 砂型铸造过程示意图
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地位
在国民经济中占有重要地位，机床、内燃机、冶金机械、 化工机械、纺织机械、造纸机械、汽车、拖拉机、农用车 等。铸件70-90%。 汽车：20-30%； 拖拉机：50-70%； 农业机械：40-70%。
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• 水泥矿山设备铸钢件齿轮
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• 铸铜件
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• 天坛大佛
• 佛像高26米，重220吨。
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• 灵山大佛
• 佛像高88米 • 重770吨
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• 灵山大佛
• 佛像高88米 • 重770吨
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• 技术：定向凝固、快速凝固、复合材料、半固态金属铸造 成形。
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• (2)铸件近净形化技术（Near Net Shape Casting） • 铸件近净形化技术是近几年来国内外兴起的一种以提高产 品零件质量（特别是外观质量）为中心的综合概念。它的 含义是：从结构上来看，铸件的内腔和外形用铸造的方法
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当阳铁塔
重40吨 铁塔铸造于北宋嘉佑六年 （公元1061年），八面十三 层 ，高16.945米, 当时是就地 设炉分层铸造,采用堆土法而 建起来,各层之间重叠摆放,没
有焊接 ,整个塔身玲珑隽秀,从
上到下,自里而外全生铁浇铸, 仅塔刹在 清代以青铜重铸.
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铸造工艺学
编者：王文清、李魁盛 讲授：杨思一
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绪论
什么是铸造？
铸造是一种制造金属产品的方法。 铸造是用液态合金（金属）形成产品的方法，将液态合 金注入铸型使之冷却、凝固，这种制造金属产品的过程称 为铸造生产，简称铸造，所铸出的金属制品称为铸件。
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铸造生产的特点：
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污染严重、生产条件差
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• 优质铸件少、铸件质量差
• 我国：高性能、优质铸件的比例占21%， • 近净形铸件比例只占2%， • 美国：高性能、优质铸件的比例占41%， • 近净形铸件比例13%。
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• 随着WTO的加入，发达国家的铸造产品正在向亚太国家
转移，为我国铸造业的发展提供了契机。我国的铸造水平
一次成形，使其接近零部件的最终形状，从而将机械加工
和组装等工序减至最少；从尺寸精度和表面质量来看，使 铸件能接近产品的最终要求。
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•
•
(3)快速成形技术（RPT）
RPT在铸造生产中主要应用于制造母模、造型，包括熔
模铸造。目前主要的RPT技术：
• • • • • 立体光固化成形工艺（SLA） 选择性烧结成形工艺（SLS） 熔丝沉积成形工艺（FDM） 分层叠纸制造成形技术（LOM） 直接制壳生产铸件的工艺（DSPC）
的影响，近代发展缓慢。
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中国现代铸造技术的发展
60余高校设立铸造专业；
我国有各类铸造厂点约3万余家，从业人数约300
多万人，年产铸件3000万吨左右，铸件产量居世界第
一位。
机床、汽车、拖拉机、机车、飞机、船舶、动力、
冶金、化工和重型机械。
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• 三峡水电站水轮机不锈钢叶片
832.84千克。 腹内壁铸铭文“司母戊” 三字。 1939年河南省安阳市 武官村出土。
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编钟
一九七八年夏，湖北省随州市，曾侯乙墓，编钟，六十五件，重2500多 公斤，皆为青铜铸造，设计精巧，气势雄伟壮观，2400多年。一九八一 年夏，擂鼓墩二号墓又出土了一套编钟，有钟36件，皆可演奏古今中外 乐曲，可与曾侯乙编钟媲美，同属空前罕见之珍品。
永乐大钟
永乐大钟被称为世之瑰宝、国 之重器。它高6.75米，重46.5吨， 最大直径3.3米，钟体上下遍布 了23万字的佛经铭文。在历经 了580多年风风雨雨之后，大钟 依然保存完好，没有任何锈蚀。
雄浑有力的钟声，延绵不绝，仅
余音就可持续3分钟之久，远在 四、五公里之外都清晰可辨。 青铜。
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(3) 成本较低
铸造用原料大都来源广泛，价格低廉，一般不
需要昂贵的设备。
(4)铸件尺寸精度高 铸件与最终零件的形状相似、尺寸相近，因而切
削加工余量可减少到最小，从而减少了金属材料消
耗，节省了切削加工工时。
铸造方法分类
以型砂为材料制备铸型的
按 造 型 方 法 分
砂型铸造
铸造方法。可以分为普通 粘土砂造型、化学造型法 (利用各种无机和有机化学 物质做粘结剂) 、物理造 型法(利用真空负压、冰冻 法等)等。