第十一章 铸造

1、第十一章 铸造 第一节 概述 一、铸造定义 将熔融的金属浇人具有一定形状的铸型中，凝 固后获得该形状和性能的铸件的成形方法 二、铸造类型 砂型铸造 特种铸造 手工砂型铸造 机器砂型铸造 金属型铸造 离心铸造 融模铸造 第二节 手工砂型铸造 一、定义 将液态金属浇入砂型的铸造方法 二、类型 整体模造型 分模造型 挖砂造型 活块造型 刮板造型 三箱造型 a)捣砂锤b)直浇道棒c)通气针d)起模针e)墁刀：修平面及挖沟槽用 f)秋叶:修凹的曲面用g)砂勾:修深的底部或侧面及钩出砂型中散砂用h)皮老虎 三、常用工具 四、整模铸造整模铸造 1、制造木模 2、造型 铸型的装配工序简称合箱。合箱过程包括修补

2、砂型和型芯、铸型的装配工序简称合箱。合箱过程包括修补砂型和型芯、 安放及固定型芯、通导砂芯和砂型的排气道、检查型腔尺寸、安放及固定型芯、通导砂芯和砂型的排气道、检查型腔尺寸、 吹除型腔杂物，扣上型及紧固铸型等工作。扣箱时使用定位吹除型腔杂物，扣上型及紧固铸型等工作。扣箱时使用定位 销或泥号定位。应防止偏差或错箱。合箱后放置浇口杯。并销或泥号定位。应防止偏差或错箱。合箱后放置浇口杯。并 将上下两箱紧扣或放置压箱铁，以防浇注时上砂箱被金属液将上下两箱紧扣或放置压箱铁，以防浇注时上砂箱被金属液 体抬起，造成抬箱、射箱（铁水流出箱外）或跑火（着火的体抬起，造成抬箱、射箱（铁水流出箱外）或跑火（着火的

3、气体窜出箱外）事故气体窜出箱外）事故 3、合箱 金属熔化后，用浇包把液体金属注入铸型内，称为浇注。浇包可分为人抬式 与起重吊式两种，浇注前，应把浇包中液体金属表面上飘浮的熔渣去除。在 浇注过程中，不允许断流注入或飞溅 。 4、浇铸 从砂型中取出铸件即为落砂。铸件浇注后必须在铸型中经过充分 的凝固和冷却，不能取出过早，否则会因冷速过快、冷却不匀而 产生内应力，甚至变形开裂。一般10kg左右的铸件需冷却12h 才能开箱，上百吨的大型铸件需冷却十几天之久。落砂过程还包 括清除铸件表面和孔穴中的浮砂和型芯砂。 5、落砂、清理 灰铸铁件上的浇注系统、冒口可用铁锤打掉， 钢铸件用气割除去，但不能损伤铸件；

4、 有色金属铸件的浇冒口可用锯锯去。 粘附在铸件表面的砂粒可用压缩空气吹掉，如属粘砂不能清除，需用砂轮打磨。 6、清理、清理 清理主要是去除铸件的浇注系统、冒口以及粘砂和粗糙部分 对于形状简单，端部为平面且又是最大截面的铸件应采用整模造型。整模造型 操作简便，造型时整个模样全部置于一个砂箱内，不会出现错箱缺陷。如齿轮 坯、轴承座、罩、壳等 7 整模造型应用场合 五、分模铸造、分模铸造 铸件的最大截面不在铸件的端部时，为了便 于造型和起模，模样要分成两半或几部分，这种 造型称为分模造型。应用水管、轴套、阀体等有 孔铸件 造型造型 工艺流程 造芯造芯 六、三箱造型六、三箱造型 铸件形状为两端截面大、

5、中间截面小，如带轮、槽轮、车床四方 刀架等，为保证顺利起模，应采用三箱分模造型，三箱造型有两 个分型面 增加了分型面处飞边毛刺的清整工作量，操作较复杂，生产率较低，不 适用于机器造型，因此，三箱造型仅用于形状复杂、不能用两箱造型的铸件 生产。 三、箱造型特点三、箱造型特点 七、活块造型七、活块造型 活块模造型主要用于带有突出部分而妨碍起模的铸件、单件小批 量、手工造型的场合。 用销子或燕尾结构使活块与模样主体形成可拆连接。起模时先取出模 样主体，活块模仍留在铸型中，起模后再从侧面取出活块的造型方法 称为活块模造型 工艺流程 视频 八、挖砂造型 当铸件的外部轮廓为曲面（如手轮等）其最大截面不在端

6、部，且模样又 不宜分成两半时，应将模样做成整体，造型时挖掉妨碍取出模样的那部 分型砂，这种造型方法称为挖砂造型。挖砂造型的分型面为曲面， 特点 由于是手工挖砂，操作技术要求高，生产效率低，只适用于单件、小批量生产 视频 九、刮板造型刮板造型 刮板造型是用与铸件断面形状相适应的刮板代替模样的造型 方法。造型时，刮板绕固定轴回转，将型腔刮出， 这种造型方法可节省制模工时及材料，但操作麻烦，要求较高操作 技术，生产率低，多用于单件或小批量生产较大回转体铸件，如飞轮、 圆环等。 特点 视频 模样制造-造型-合箱-浇铸-落砂-清理-检验 型砂制造 合金熔炼 十、砂型铸造工艺路线 造芯 型砂制造 第三节

7、造型材料 制造砂型的造型材料包括型砂、芯砂及涂料等 一、型砂与芯砂 型砂是造型用砂，芯砂是造芯用砂 它们是由原砂、粘结剂、附加材料、旧砂和水混合搅拌而成 1、型砂与芯砂的组成 （1）原砂（SiO2） 采自山地、海滨或河滨，愈好。 要求SiO2含量高，砂粒大小均匀，形状以球形为佳。 SiO2的含量与型砂耐火度有直接的关系，SiO2的含量愈高，耐火度 （2）粘结剂 一般为粘土和膨润土两种，有时也用水玻璃、植物油作粘结剂。 在型砂中加入粘结剂目的是使型砂具有一定的强度和可塑性。膨润 土质点比普通粘土更为细小，粘结性更好 (3) 附加材料 煤粉和锯木屑是常用的廉价附加材料， 加入煤粉是为了防止铸件表面

8、粘砂，因煤粉在浇注时能燃烧发生还原 性的气体，形成薄膜将金属与铸型隔开。 加入锯木屑可改善型砂的退让性。 2、型砂与芯砂的种类 （1）面砂 是铸型表面直接和液体金属接触的一层型砂，要有较高的耐火度、 可塑性和强度。面砂厚度一般为2030mm （2）背砂 用来填充砂箱中除面砂以外的其余部分的砂，称为背砂，除透气 性外，其它性能要求不高 （3）分型砂是干燥、颗粒均匀且较细的原砂。为了防止在造型过程砂箱与 底板之间、砂箱与砂箱之间的型砂层粘附，损坏铸型，可预先撒上一层分型 砂使之分隔开来，造型便可顺利进行 3、型砂和芯砂应具备的性能 铸型在浇注凝固过程中要承受液体金属的冲刷、静压力和高温的作用， 要

9、排 出大量气体，型芯还要受到铸件凝固时的收缩压力等，因而对型砂和芯砂的 性能提出下列要求： （1）可塑性 （2）强度 (3) 耐火性 (4) 退让性 (5) 透气性 二、辅助材料 造型涂料包括：石墨粉石英粉 具有较高的耐火度，防止铸件表面粘砂， 第四节 浇注系统 液体金属浇入型腔的一系列管道 一、对浇注系统的要求一、对浇注系统的要求 1）能均匀连续而平稳地将液体金属引入并充满型腔，防止液体 金属冲坏砂型。 2）防止熔渣进入型腔。 3）调节铸件凝固顺序，补给铸件冷却凝固收缩时所需的金属。 浇注系统如设置得不合理，会造成铸件冲砂、砂眼、渣眼、浇不 足、气孔和缩孔等缺陷。 二、浇注系统的组成及作用

10、浇口盆浇口盆 浇口盆的容积较大，液体金属在这里有短暂的停留，可以减轻对铸 型的直接冲击，同时使熔渣上浮分离，阻止熔渣进入。 直浇道直浇道 引导液体金属流入型腔，并产生一定的静压力。直浇道的高度影响 液体金属的流速和压力，因而对较难充填的薄壁铸件，应该用较高的直浇 道。小铸件只用一个直浇道，大铸件可用几个直浇道。 横浇道横浇道 是具有梯形截面的水平通道，作用是阻拦熔渣流入型腔，并分配液 体金属流入内浇道。 内浇道内浇道 它与型腔直接相连，截面为矩形、扁梯形或三角形，位于下箱的分 型面上。内浇道的尺寸和数目要根据金属的种类、铸件的重量、壁厚及外形 而决定。 一般情况下直浇道截面应大于横浇道，横浇道

11、的截面要大于内浇道，以保证 液体金属充满浇道，并使熔渣漂浮聚集在横浇道上部，起挡渣作用。 冒口与出气孔冒口与出气孔 它的作用是排出型腔内的气体，冒口还可以在金属凝固时把 液体金属补给铸件。冒口一般设在铸件的最高处或铸件的厚大处，冷却凝固 慢的地方。 第五节 砂型铸造的工艺参数 一、加工余量 工艺设计中，在零件加工面上留出的供机械加工时切去的金属 层厚度称为加工余量。 其大小取决于铸造合金的种类、铸件的尺寸与复杂程度、加工质量要求、生 产批量及铸造方法等。 二、起模斜度 又叫铸造斜度，它是为使模型（或型芯）容易从铸型（或芯盒） 中取出，在垂直于分型面的壁上所加的斜度。 其大小应根据模样的高度、材

12、料造型方法等来确定： 垂直壁愈高，其斜度愈小； 外壁的斜度比内壁小； 金属模的斜度小于木模； 机器造型的斜度小于手工造型。 三、收缩率 铸件在冷却过程中，由于收缩，铸件的尺寸比模样的尺寸要小。 因此在制造模样时，其尺寸应根据线收缩率的大小而加大。 灰铸铁的收缩率：0.7%-1% 铸钢：1.3%-2% 铸造锡青铜：1.2%-1.4% 铸件收缩率=(铸件最终尺寸-模样尺寸)/模样尺寸*100% 四、铸造圆角 设计铸件和制作模样时，壁间的连接或拐角处要做成圆弧过渡，称为铸造 圆角。 可防止铸件转角处粘砂或由于应力集中而产生裂纹， 也可避免因铸型尖角损坏而形成砂眼。 作用： 五、芯头 六、分型面选择

13、1、分型面应选在铸件最大截面处，造型时才能保证从铸型中取出模 样而不损坏铸型。 2、分型面应尽量采用平面，以简化模具制造和造型工艺。 3、应尽量减少分型面的数量，以简化操作，提高铸件的精度和劳动生产率。绳 采用环状型芯 两箱造型 三箱造型 4、为了保证铸件的精度，应尽量使铸件全部或大部分放在同一个砂箱中。若 铸件的加工面多，也应尽量使其加工基准面与大部分加工面放在同一砂箱内， 如下图所示。 方案a为分模造型，易错箱、毛刺多，分型面位置不够合理； 方案b为整模挖砂造型，铸件大部分在同一箱内，不易错箱、毛刺少、 易清理，分型面位置较合理。 5、应尽量减少砂芯的数目 若按图a所示对称分型，则必须制作

14、砂芯； 内孔可以用堆吊砂（亦称自带砂芯），这样图b不仅 铸件披缝少、不另制砂芯，而且易清理。 上述几项原则，对于具体铸件来说，往往彼此矛盾，难以全面符合。因此，在确定 浇注位置和选择分型面时，要作全面分析，抓住主要矛盾。至于次要矛盾，可从工 艺措施上设法解决。 七、浇注位置 1、铸件的重要加工面或重要工作面应该朝下或位于侧面 铸件浇注位置的上面比下面铸造缺陷多，上面容易产生砂眼、气 孔、夹渣等缺陷，而下部的缺陷较少，组织也比上部致密 原因： 2铸件的大平面应朝下 大平板铸件浇注位置大平板铸件浇注位置 在浇注过程中，因高温金属液对型腔上表面强烈的热辐射，易使型腔 上表面型砂急剧地热膨胀而拱起或开

15、裂，使铸件表面易产生夹砂缺陷 原因： 易产生夹砂大平面朝下 3、上下都有重要或大表面时，则应将较大的面朝下，并对 朝上的表面采用加大加工余量的方法来保证铸件质量。 4铸件壁薄而大的平面应朝下 浇注位置的选择应有利于铸型的充填和型腔中气体的排出，以防止 出现浇不足或冷隔缺陷对于流动性差的铸造合金，更应注意 原因原因 电机端盖的浇注位置图 5要便于安放冒口 对于壁厚不均匀，易形成缩孔的铸件，浇注时应将厚的部分放在上部或分型 面附近，这样便于在铸件厚处直接安装冒口，使之自下而上地顺序凝固，进 行补缩。如图所示的卷扬筒铸件，厚端放在上部是合理的。 多采用立浇方案 双排链轮的浇注位置 6应尽量减少型芯的

16、数量，并使之安排合理，便于型芯的安装、 固定、检验和排气 空腔所用型芯尺寸大，增 加了制模、制芯、烘干及 合箱的工作量，铸件成本 提高 中间空腔可由自带型芯（砂垛） 来形成，从而简化了造型工艺。 其浇注位置也比a合理，因为它 便于合箱，型芯固定牢固，也 便于排气 第六节 合金的铸造性能 合金再铸造时表现出来的性能铸造性能 一、流动性一、流动性 1、定义：液态金属充填铸型的能力称为流动性、定义：液态金属充填铸型的能力称为流动性 2、流动性的测量、流动性的测量 流动性的好坏，通常用螺旋形试样的长度来衡量 3、流动性对铸造的影响、流动性对铸造的影响 （1）流动性好：充填铸型能力强，易于获得外形完整、

17、尺寸准确、）流动性好：充填铸型能力强，易于获得外形完整、尺寸准确、 轮廓清晰或壁薄而复杂的铸件轮廓清晰或壁薄而复杂的铸件 （2）流动性差：充填铸型能力差，易产生冷隔）流动性差：充填铸型能力差，易产生冷隔 4、提高合金流动性的方法 （1）提高浇筑温度 （2）选用共晶成分的结晶 （3）铸件形状力求简单 （4）增加金属液的充型压力，砂型铸造时，可适当提高直浇道高度，提高 充型能力。在低压铸造、压力铸造和离心铸造时，因人为加大了充型压力， 故充型能力较强 二、收缩性 1、定义：金属在冷却过程中体积缩小的性能 2、收缩性对铸造的影响 （1）、体积减小、收缩率 （2）、铸件易产生锁孔、缩松缺陷 （3）、产

18、生应力、变形、裂纹 三、透气性 第七节 铸造缺陷 一、冷隔 1、现象：合金流动性差，两股金属流不同步充满型腔留下的痕迹 2、产生原因： （1）金属流动性差 （2）浇筑系统不合理，流程太长 （3）填充速度太低 3、解决方法： （1）金属流动性差 （2）浇筑系统不合理，流程太长 （3）填充速度太低 二、缩孔和缩松 1、现象在铸件凝固后内的部位形成孔洞，大孔为缩孔、小孔为缩松 缩孔、缩松都会使铸件力学性能下降，缩松还能影响铸件的致密性。因 此，缩孔和缩松是铸件的重大缺陷，必须设法防止。 2、产生原因 铸型内的熔融金属在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩所缩减的体积 得不到补充，在铸件最后凝固的部位形

19、成孔洞 缩孔 缩松 3、解决方法 向凝固原则，也就是通过增设冒口、冷铁和补贴等一些工艺措施，使凝固顺 序形成向着冒口的方向进行，即离冒口最远的部位先凝固，冒口最后凝固 三、应力、变形、裂纹 1、铸造应力 由于各部分金属冷却速度不同，使得各部位的收缩不一致，又由于铸型 和型芯的阻碍作用，使铸件的固态收缩受到制约而产生铸造应力，在应力 作用下铸件容易产生变形，甚至开裂 铸造应力对铸件质量危害很大。它使铸件的精度和使用寿命降低。在存放、 加工、甚至使用过程中应力重新分布，铸件变形或开裂 2、变形 对于厚薄不均匀，截面不对称及细长特点的杆类、板类及轮类铸件， 当残留铸造应力超过铸件材料的屈服极限时，会

20、产生变形 图2-7 T形铸件热应力引起 的变形 3、裂纹 当铸造内应力超过金属的强度极限时，铸件便产生裂纹。裂纹是 严重的铸造缺陷，必须设法防止 （1）减少和消除铸造应力的基本方法是采用合理的铸造工艺，使 铸件的凝固过程符合同时凝固原则。对于重要的铸件，如车床床身 等，必须采用自然时效或去应力退火等方法，将残余应力有效地去 除 （2）增加铸型退让性 4、预防应力、变形和裂纹 四、气孔 第八节 铸造成型特点 （1）能制造各种尺寸和形状复杂的铸件，特别是内腔复杂的铸件。 （2）常用的金属材料均可用铸造方法制成铸件，有些材料（如铸铁、青铜） 只能用铸造方法来制造零件。 （3）铸造所用的原材料来源广泛

21、，价格低廉，并可回收应用，铸造生产工 艺设备费用小，因此铸件生产成本低，在机器制造中应用十分广泛， 如机床中 为60%80%。 （4）铸件的形状与零件尺寸较接近，可节省金属的消耗，减少切削加工费 用。 铸造生产的主要缺点：铸造生产过程复杂，工序较多，常因铸型材料、模具、 铸造合金、合金的熔炼与浇注等工艺过程难以综合控制，而出现缩孔、缩松、 砂眼、冷隔、裂纹等铸造缺陷。因此铸件质量不够稳定，铸件的力学性能不及 同类材料的锻件，因此铸件多用于受力不大的零件。 第九节 特种铸造 一、压力铸造 1、铸造工艺 压力铸造是指熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。 卧式冷压铸机工作原理 压铸机

22、 2、特点 （1）压力铸造的生产率比其他铸造方法都高，并易于实现半自动化、 自动化。 （2）压力铸造铸件尺寸精度高，表面质量好。大多数压铸件不需要切 削加工即可直接进行装配，可实现少、无切削加工，省料、省工、成本低。 （3）可铸出结构复杂、轮廓清晰的薄壁、深腔、精密铸件。 （4）压力铸造铸件组织细密，强度、硬度比砂型铸件提高25%40%。 （5）设备和压铸型费用高，压铸型制造周期长，所以只适应大批量生 产。 （6）因金属液在高压高速下充型，在压力下凝固成形，铸件内常有小 气孔存在于表皮下面，故压铸件的切削加工余量不能过大，以防气孔露出 表面。 3、应用 压力铸造主要用于大批量生产有色金属铸件，

23、如汽车、拖拉机、摩托车、 仪表中的化油器、离合器、喇叭、各类薄型壳体等 视频 二、金属型铸造 1、铸造工艺 金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获 得铸件的一种铸造方法。铸型是用金属制成，可以反复使用多次 (a)整体式 (b)水平分型式 (c)垂直分型式 (d)复合分型式 金属型的种类 2、特点 金属型铸造在技术上与经济上有许多优点： （1）金属型导热快，铸件冷却迅速，晶粒细小，其力学性能比砂型铸件 高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25，屈服强度平均提高约20， 其抗蚀性能和硬度亦显著提高。 （2）铸件的精度和表面质量比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定。金属 铸件的尺寸精度

24、为CT6，表面粗糙度值Ra值12.56.3m，加工余量小。 （3）铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约1530。 （4）不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80100。 此外，金属型铸造的生产效率高；使铸件产生缺陷的原因减少；工序简单， 易实现机械化和自动化。金属型铸造虽有很多优点，但也有不足之处。如： （1）金属型制造成本高、生产周期长。 （2）金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不到、开裂或铸铁件 产生白口等缺陷。 （3）金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸 件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感， 需要严格控制。 3、应用

25、 金属型铸造主要用于大批生产形状简单的有色金属铸件。如飞机、汽车、 拖拉机、摩托车的铝合金活塞、泵体、铜合金轴瓦、轴套等。 视频 三、低压铸造 1、工艺 低压铸造是介于金属型铸造与压力铸造之间的一种铸造方法。是在较低的压 力下，将金属液注入型腔，并在压力下凝固以获得铸件 低压铸造原理图 2、特点 低压铸造所用压力较低（一般低于0.1MPa），设备简单，充型平稳，对铸型的冲 刷力小，铸型可金属型也可砂型。 铸件在压力下结晶，组织致密，质量较高。 另外，低压铸造设备投资较少，便于操作，易于实现机械化和自动化。 3、应用 低压铸造广泛用于大批量生产铝合金、铜合金和镁合金铸件。如发动机的 气缸盖、曲轴、叶轮、活塞等。 三、离心铸造 1、铸造工艺 离心铸造是指熔融金属浇入浇水平、倾斜或立轴