材料成型工艺基础之铸造培训课件共张

1、材料成形工艺基础 第10章铸造 铸造是将熔融金属浇注（压射、吸入）到铸型（砂型和金属型）型腔中， 冷却凝固后获得一定形状和性能的毛坯或零件的金属成形工艺。 概述 材料成形工艺基础 铸造生产的特点 古代：兵器、农具、钟、钱币等； 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。 应用 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。 现代：机床制造、动力、交通运输、轻纺、冶金机械

2、等。 材料成形工艺基础 10.1 铸造成形理论基础 充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔等缺陷。 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。 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 材料成形工艺基础 常见的铸件缺陷常见的铸件缺陷 材料成形工艺基础 0.4%C 铸钢：200 出气口 浇口杯 4.3%C 铸铁：1800 1. 1. 合金的流动性合金的流动性 材料成形工艺基础 材料成形工艺基础 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。 a）在恒温下

3、凝固 b）在一定温度范围内凝固 2. 影响合金流动性的因素 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。 材料成形工艺基础 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。 材料成形工艺基础 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、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。 小，内摩擦 力小。 3) 液态合金的温度 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

4、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。 材料成形工艺基础 铸型条件 铸型的蓄热能力 3. 3. 影响液态合金充型能力的因素 浇注条件 铸型的发气 铸型的温度 铸型的结构 浇注系统的结构 充型压力 浇注温度 工艺因素 流动性 影响因素 材料成形工艺基础 二、合金的收缩二、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。 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。 （2）凝固收缩 从凝固开始到凝固终止温度间的收缩

5、。 （3）固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩。 材料成形工艺基础 1) 合金成分 2) 浇注温度 3) 铸件结构和铸型 2.影响收缩性的因素 材料成形工艺基础 3.3.缩孔与缩松缩孔与缩松 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 材料成形工艺基础 材料成形工艺基础 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

6、； 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。 材料成形工艺基础 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”。 材料成形工艺基础 顺序凝固的缺点： 应用：液态收缩和凝固收缩大、必须补缩的场合 。 (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。 材料成形工艺基础 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

7、铸件各部分互相牵制，铸件内部将产生内应力。 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。 1.热应力 热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。 材料成形工艺基础 材料成形工艺基础 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。 上型 下型 2. 2.机械应力（收缩应力）机械应力（收缩应力） 退让性：铸件冷却收缩时铸型（型芯）可以稍微压缩的性能。 材料成形工艺基础 3. 铸件的变形与防止 材料成形工艺基础 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

8、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。 材料成形工艺基础 材料成形工艺基础 4. 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。 材料成形工艺基础 (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

9、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。 材料成形工艺基础 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？ 材料成形工艺基础 10.2 砂型铸造 一、砂型铸造的生产过程一、砂型铸造的生产过程 材料成形工艺基础 1.造型 二、砂型铸造工艺过程二、砂型铸造工艺过程 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 材料成形

10、工艺基础 二、工艺过程简介二、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。 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。 材料成形工艺基础 零 件 图 铸 造 工 艺 图 铸铸 型型 型型 芯 芯 芯盒芯盒 芯砂芯砂 型砂型砂 模型模型 熔化熔化

11、合 箱 落 砂 、 清 理 检 验 铸 件 砂型铸造的工艺过程 浇注 冷却 凝固 材料成形工艺基础 材料成形工艺基础 材料成形工艺基础 材料成形工艺基础 材料成形工艺基础 材料成形工艺基础 材料成形工艺基础 材料成形工艺基础 材料成形工艺基础 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。 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。 材料成形工艺基础 三、铸造工艺图三、铸造工艺图 完整的铸造工艺图包括

12、：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。 材料成形工艺基础 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 三、铸造工艺图三、铸造工艺图 材料成形工艺基础 (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 (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。 材料成形工艺基础 (4) 铸

13、件的大平面应朝下 材料成形工艺基础 2. 2. 分型面的选择分型面的选择 (1)分型面应选在铸件的最大截面处。 材料成形工艺基础 (2)应尽量减少分型面的数量，并尽可能选择平面分型。应尽量减少分型面的数量，并尽可能选择平面分型。 上 下 中 材料成形工艺基础 (3)应尽可能减少活块和型芯的数量，注意减少砂箱高度。 材料成形工艺基础 (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。 材料成形工艺基础 3. 工艺参数的确定 (2) 机械加工余量 (1) 铸造收缩率 通常灰铸铁为0.71.0%，铸造碳钢为1.62.0%，铝硅 合金为0.81.2%，锡青铜为1.21.4%。 在铸件

14、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。 材料成形工艺基础 (3) 拔模斜度 材料成形工艺基础 (4) 铸造圆角 圆角半径一般约为相交两壁平均厚度的1/4 材料成形工艺基础 (5) 型芯头 型芯头的作用： 定位、支撑和固定砂芯 材料成形工艺基础 生产批量 最小铸出孔直径 灰口铸铁件 铸钢件 大量生产 成批生产 单件、小批生产 1215 1530 3050 3050 50 (6) 最小铸出孔及槽 材料成形工艺基础 4. 4. 铸造工艺图铸造工艺图 材料成形工艺基础 特种铸造 金属型铸造 离心铸造 压力铸造

15、 熔模铸造 低压铸造 挤压铸造 陶瓷型铸造 10.3 特种铸造 材料成形工艺基础 一、熔模铸造一、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。 1. 熔模铸造的工艺过程 母 模 压 型 蜡 模 组 结 壳 脱 蜡 单个 蜡模 焙烧、 浇注 材料成形工艺基础 材料成形工艺基础 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IT11IT13， 表面粗糙度Ra值达1.612.5m1.612.5m。 (2) 合金种类不受限制，尤其适用于高熔点及难加工的高

16、合 金钢，如耐热合金、不锈钢、磁钢等。 (4) 可铸出形状较复杂的铸件。 (3) 生产批量不受限制，单件、成批、大量生产均可适用。 (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。 材料成形工艺基础 液态金属 浇入 金属型 铸件 获得 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复合分型式等 。 二、金属型铸造二、金属型铸造 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。 材料成形工艺基础 材料成形工艺基础 金

17、属型铸造注意问题金属型铸造注意问题 (2) 加强金属型的排气 (3) 在金属型的工作表面上喷刷涂料 (1) 预热金属型并控制其温度 (4) 及时开型 (5) 防止铸铁产生白口组织 材料成形工艺基础 2. 2. 金属型铸造的特点及适用范围金属型铸造的特点及适用范围 (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IT12IT16，Ra值平均可达6.312.5m。 (1) 实现了“一型多铸”，生产率高，劳动条件得到改善。 (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

18、、 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。 材料成形工艺基础 三、压力铸造三、压力铸造 液态金属在高压作用高压作用下快速压入金属铸型金属铸型中，并在压力在压力下结 晶，以获得铸件的成形工艺方法。 1. 压铸机和压铸工艺过程压铸机和压铸工艺过程 材料成形工艺基础 2. 2. 压力铸造的特点和适用范围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 IT11IT13级，Ra为3.20.8m。 (2) 铸件的强度和表面硬度高。抗拉强度可比砂型铸造 提高2530%，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

19、产压铸机每小时可铸 50150次，最高可达500次。 (5) 便于采用镶嵌法。 材料成形工艺基础 (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。 (8) 压铸件内部存在缩孔和缩松，表皮下形成许多气孔。 应用：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。 材料成形工艺基础 四、离心铸造四、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 材料成形工艺

20、基础 离心铸造的特点：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。 应用：应用：主要用于大批量中空件的生产。 (5) 内表面质量差，孔的尺寸不易控制。 材料成形工艺基础 0 0 2020 4040 6060 8080 100100 120120 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 材料成形工艺基础 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

21、：灰 口铸铁、白口铸铁和麻口铸铁。 材料成形工艺基础 (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。 1. 灰铸铁 材料成形工艺基础 冲天炉的燃料为焦碳；金属炉料 有：生铁（铁矿石经高炉冶炼后 的铁碳合金块）、回炉铁（废铸 件、浇冒口）、废钢（机加工车 间的钢料头和钢切屑）、铁合金； 熔剂为石灰石和萤石。 材料成形工艺基础 2. 球墨铸铁 球化剂（稀土镁合金）加入量一般为铁水重量的1.0-1.6%。 球化剂的作用：促使石墨在结晶时呈球状析出。 (1) 球化处理 常用的孕育剂为含硅75%的硅铁，加入量为铁水重量的 0.4-1

22、.0%。 (2) 孕育处理 孕育剂的作用：促进铸铁石墨化，防止球化元素所造成 的白口倾向 。 材料成形工艺基础 1)含碳量高，接近共晶成分，流动性与灰铸铁相近。 (3) (3) 球墨铸铁的铸造工艺特点球墨铸铁的铸造工艺特点 2)浇注后，外壳强度低，球状石墨析出膨胀力大，需 增设冒口和冷铁，采用顺序凝固并增大铸型刚度，防 止产生缩孔和缩松等缺陷。 材料成形工艺基础 球化处理工艺有冲入法冲入法和型内球化法型内球化法 。 铁水 合金球化剂 硅铁粉 铁水包 出铁槽 草木灰 反应室 铸件 冒口 积渣包 4. 蠕墨铸铁 3. 可锻铸铁 材料成形工艺基础 二、铸钢件二、铸钢件 1. 概述 1）低碳钢 2）中

23、碳钢 3）高碳钢 C0.60 铸造性能差、应用较少。 铸造性能较好、应用广泛。 铸造性能差、应用较少。 2. 铸钢的熔炼 三相电弧炉 铸钢的综合力学性能高于铸铁，焊接性好，可实现铸焊结合 铸钢的热处理： 退火和正火 材料成形工艺基础 3. 铸钢的熔铸工艺特点 铸钢的铸造性能差： 熔点高、流动性差、收缩大 1）铸件要安放较多冒口和冷铁； 2）必须严格控制浇注温度； 3）铸件的壁不能太薄。 4. 铸钢的应用 1）形状复杂、力学性能要求高的零件； 2）耐磨性要求高的零件； 3）特大型的零件。 ?31、知技并重，德行为先。 ?32、生活的理想，就是为了理想的生活。 张闻天 ?33、贫不足羞，可羞是贫而无志。 吕坤 ?34、你若要喜爱你自己的价值，你就得给世界创造价值。 歌德 ?35、社会犹如一条船，每个人都要有掌舵的准备。 易卜生 ?36、人生不是一种享乐，而是一桩十分沉重的工作。 列夫托尔斯泰 ?37、生活只有在平淡无味的人看来才是空虚而平淡无味的。 车尔尼雪夫斯基 ?38、先相信你自己，然后别人才会相信你。 屠格涅夫 ?39、谁给我一滴水，我便回报他整个大海。 华 梅 ?40、对人不尊敬，首先就是对自己的不尊