铸造成型工艺

1、名词解释1. 材料成形技术：利用生产工具对各种原材料进行增值加工或处理，材料制备成具一定结构形式和形状工件的方法2. 液态成型：将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法3. 逐层凝固：纯金属和共晶成分的合金在凝固中不存在固液两相并存的凝固区，所以固液分界面清晰可见，一直向铸件中心移动 （铸铁）4. 糊状凝固：铸件在结晶过程中，当结晶温度范围很宽且铸件界面上的温度梯度较小，则不存在固相层，固液两相共存的凝固区贯穿整个区域 （铸钢）5. 同时凝固原则：铸件相邻各部位或铸件各处凝固开始及结束的时间相同或相近，甚至是同时完成凝固过程，无先后的差异及明显的方

2、向性6. 顺序凝固原则：在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口本身凝固。7. 均衡凝固原则：利用铸铁件石墨的共晶膨胀消除缩松的工艺方式8. 砂型铸造：以型砂（SiO2）为铸型、在重力下充型的液态成形工艺方法9. 金属型铸造：以金属为铸型、在重力下的液态成形方法。10. 熔模铸：以蜡为模型，以若干层耐火材料为铸型材料，成形铸型后，熔去蜡模形成型腔，最终在重力下成形的液态成形方法11. 压力铸：把液态或半液态的金属在高压作用下，快速充填铸型，并在高压下凝固而获得铸型的方法12. 低压铸造：是液态金属在较小的压力（20

3、80Kpa）作用下，使金属液由下而上对铸型进项充型，并在此压力下凝固成型的铸造工艺13. 反重力铸造：液态金属在与重力相反方向力的作用下完成充型，凝固和补缩的铸造成型14. 离心铸造：将液态金属浇注到高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填型腔并凝固成型的方法15. 消失模铸造：用泡沫塑料制成带有浇冒系统的模型，覆上涂料，用干砂造型，无需取模，直接浇注的铸件方法16. 浇注系统：液态金属流入型腔的通道的总称，通常由浇口杯，直浇道，直浇道窝，横浇道和内浇道组成17. 阻流界面：在浇注系统各组元中，截面积最小的部分称为阻流截面18. 集渣包：横浇道上被局部加大加高的部分19. 浇口比：直浇道，

4、横浇道，内浇道截面积之比20. 热节：在壁的相互连接处由于壁厚增加，凝固速度最慢，最容易形成收缩类缺陷分型面：两半铸型相互接触的表面。分为平直和曲面。作用：便于造型、下芯和起模具。21. 砂芯：为了起模方便并形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位，所采用的砂块22. 芯头：伸出铸件以外不与金属液接触的砂芯部分 芯头种类：垂直芯头、水平芯头、特殊结构的芯头23. 冒口：铸型内用于储存金属液的空腔，在铸件凝固过程中补给金属，起到防止缩孔，缩松，排气和集渣的作用 冒口=冒口区+轴线缩松区+末端区24. 冒口的补缩距离：冒口补缩后形成的致密冒口区和致密末端区之和25. 补贴：为实现顺序凝固和增强补

5、缩效果，在靠近冒口的壁厚上补加倾斜的金属块26. 均衡凝固：利用铸铁件石墨的共晶膨胀消除缩松的工艺方法27. 缩孔与缩松：液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的称为锁孔，细小而分散的称为缩松28. 收缩时间分数：铸铁件表观收缩时间与铸件凝固时间的比值29. 补缩量：铸件从浇注系统，冒口抽吸的补缩液量 收缩模数：均衡凝固时均衡点的模数30. 复合材料：由有机高分子，无机非金属和金属等几类不同材料人工复合而成的新型材料。它既保留原组分的主要特征，又获得了原组分不具备的优越性能31. 机械加工余量：在铸件加工表面上流出的、准

6、备切削去的金属厚度。32. 冒口补缩通道：末端多了一个散热面，散热快构成一个朝向冒口而递增的温度梯度；存在平行于轴线的散热表面，形成一个朝向冒口的楔形的补缩通道33. 工艺出品率：铸件质量占铸件及浇注系统（含冒口）质量的比例34. 反重力铸造：指液态金属在与重力方向相反方向力的作用下完成充型，补缩和凝固过程的铸造成型方法35. 离心铸造：指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充填型腔并凝固成型的方法填空1. 芯盒设计的原则：满足砂芯的基本要求；根据制芯方式的工艺方法；方便使用。2. 砂型浇注系统的充满条件：PPa3. 封闭式浇注系统的特点：消耗金属少、喷射、冲砂、金属易氧化形

7、成二次渣。适用于不易氧化的金属，如铸铁4. 开放式浇注系统的特点：充型平稳、金属氧化小、冲刷作用小、阻渣差、金属消耗大内浇道大。适用于易氧化的金属。5. 通用冒口分为：普通冒口、特种冒口；实用冒口分为：直接实用冒口、控制压力冒口、无冒口补缩6. 实用冒口的核心：部分或全部利用石墨化膨胀消除二次收缩缺陷，设计依据：铸件的壁厚（模数）及铸型的强度7. 设计冒口的关键是：冒口先于铸件凝固8. 塑料分为：热塑性塑料、热固性塑料9. 塑料的组成：合成树脂、填料、增塑剂、稳定剂、色料10. 工程塑料的工艺性能：流动性、结晶性、吸湿性、收缩性、热敏性11. 整体复合材料的成型有：粉末冶金法、外加增强体颗粒法

8、、原位反应复合法12. 铸造的主要影响因素：金属的流动性、浇注温度、充型压力、凝固方式、冷却速度。13. 改善金属的流动性有利于：形成薄壁复杂的铸件、排除内部夹杂物和气体、加快凝固中液体的补缩14. 影响铸件凝固方式的主要因素：合金的结晶温度范围、铸件的温度梯度15. 砂型铸造的特点：方便、成本低、适用于生产各类铸件、环境污染严重16. 涂料作用：调节铸件冷却速度、保护金属型、利用涂料层蓄气通气。17. 合金收缩的三个阶段：液态收缩、凝固收缩、固态收缩18. 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”。19. 体收缩：是铸件产生缩孔或缩松的根本原因 线收缩：是铸

9、件产生应力，变形，裂纹的根本原因 20. 收缩分为：液态收缩，凝固收缩，固态收缩21. 凝固顺序：顺序凝固，同时凝固，均衡凝固22. 零件结构的铸造工艺性：零件结构是否符合生产要求，是否易于保证铸件的质量，是否能达到简化工艺，降低生产成本的要求壁 铸件结构 壁与壁的连接（避免锐角连接） 均匀过度，避免或减少热节的形成 内壁散热比外壁差，设计时内壁比外壁薄，避免水平方向上出现较大平面，否则会产生夹砂，粘砂，浇不足 热节：在壁的相互连接处由于壁厚增加，凝固速度最慢，最容易形成收缩类缺陷壁厚 与砂型铸造相比，金属型铸造有如下特点: 优点: 1、金属型可以多次使用，浇注次数可达数万次而不损坏，因此可节

10、约工时和大量的造型材料; 2、金属型加工精度高，型腔变形小，型腔壁光洁，因此铸件形状准确，尺寸精度高，表面粗糙度值小; 3、金属型传热迅速，铸件冷却速度快，因而晶粒细小，力学性能好; 4、生产率高，无粉尘，劳动条件得到改善。缺点: 1、金属型的设计、制造、使用及维护要求高，生产准备时间较长; 2、金属型无退让性、透气性，铸件容易产生裂纹。铸件的浇注位置 浇注时铸件在铸型内所处的状态和位置质量原则：外在，内在确定浇注位置控制凝固顺序，性能基本要求：1.重要部位（主要加工面，耐磨面，在下面） 2.大平面应朝下(采用倾斜浇注工艺！) 3.保证铸件的充型能力（薄壁在下） 4.合金收缩率大，结构薄厚不均

11、采用顺序凝固 5.尽量保证合箱位置，浇注位置和铸件冷却位置一致球铁曲轴：横浇竖冷浇注系统设计浇注系统：铸型流入型腔的通道的总称，通常由浇口杯，直浇道，直浇道窝，横浇道和内浇道组成。 （必有浇口杯，内浇道）浇注系统的基本要求：1符合铸件的凝固原则或补缩方法。2在规定的浇注时间内充满型腔。3提供必要的充型压力头，保证铸件轮廓、棱角清晰。4使金属液流动平稳，避免严重亲流。防止卷入、吸收气体和使金属过度氧化。5具有良好的阻渣能力。6金属液平稳充型。7烧注系统的金属消耗小，并容易清理。8.能控制液态金属在型腔内流动的速度及方向(原因：1.避免液态金属对铸型和型芯的过度冲刷。2.防止产生氧化夹渣等缺陷，二

12、次渣。3.保证合理的上升速度)。浇注系统的分类及特点1. 以各组元的截面积分类2. 以铸件浇注位置分类：1.顶注式 浇注系统 2.底注式 3.中间注入式 4.阶梯式 5.缝隙式 顶注式：1.自上而下，形成有利于补缩的温度场，发挥冒口作用 2.始终有一不变的压头，充型能力强 3.浇注系统简单，浇冒口金属消耗少 4.冲击大，易导致砂孔，铁豆底注式（内浇道设置在铸件底部）：1.流动平稳，冲击最小 2.有利于气体排出 3.无论浇道比，横浇道充满，有利于挡渣 4.不易利于形成自下而上的凝固顺序，削弱了冒口的补缩作用 5.内浇道过热，晶粒粗大，易疏松疏孔液态金属在浇注系统中的流动 1.平稳充型是根本 2.

13、横浇道阻渣，分配液流 3.内浇道调节温度场铸铁：逐层凝固 铸钢：糊状凝固工艺出品率：铸件质量占铸件及浇注系统（含冒口）质量的比例在砂型中流动的水力学特点 1，边界条件：多孔性、透气性、不润湿性 2，三个作用：热作用（水分蒸发粘砂）、机械作用（冲削）、化学作用（界面反应）铸型中水力学特性： 1，粘性流体流动 2，紊流流动 3，非稳定流动 4多相流动 5.多孔管中流动浇口杯作用 1，承接金属液 2，实现液体的缓流，减轻对铸型的冲击 3，分离熔渣及气泡 4，增加充型压力种类： Mvr=R 中心质点的硬度大 吸气卷渣浇注方向：（挡渣，避免吸气）纵向逆浇侧向纵向顺流浇注高度工艺性：凹坑或凸缘结构（强化垂

14、直股流，削弱水平股流） 带挡板和凸缘（挡渣）液态金属在浇道中的流动内浇道内浇道的作用：1.控制充型速度及方向 2.控制和调节铸件的温度和凝固顺序 3.分配金属内浇道的不均匀性：远离直浇道的流量大，且金属液先通过其进入型腔；靠近直浇道的流量小，且金属液后充满为什么不均匀？ 浇注初期，进入横浇道的金属液流向末端，速度受到阻碍而下降，失去动能压力上升，金属液在末端充满并形成末端压力大而近直低的现象克服不均匀性的措施（F横/F内越小流量越不均匀）：1.内浇道对称布置 2.设置浇口窝 3.设置变截面横浇道4.设置不同断面面积的内浇道内浇口面积和引入方式决定金属液进入铸型的方向和大小内浇道位置的选择：内浇

15、道的位置和数目应服从选定的凝固顺序和补缩方法1. 控制凝固的顺序，调节温度场位置和数量 2.控制金属液进入铸型的大小和方向3. 有利于阻渣 4.便于清理直浇道中的流动作用：引导金属液进入横浇道、内浇道并最后充填铸型以及提供充型过程中所必须的压力流动特点：1，势能-动能 2，两种流态直浇道窝中的流动流动特点作用：1，缓冲作用：动能压力能水平速度2，缩短直-横浇道拐角处的高度紊流区3，改善内浇道的流量分布4，减少直-横浇道拐弯处的局部压力系数和水头损失5，浮出金属液中气体横浇道中金属的流动作用：1、向内浇道分配洁净的金属液 2、存储最初浇入的 含气和夹渣的低温金属液并阻留夹渣 3、使金属液流平稳和

16、减少产生氧化物阻渣原理：1、当夹杂物密度小于合金液，重力分离2、当夹杂物密度大于合金液，重力分离四个区：直横浇道拐弯处的高度紊流区 过渡区 正常区 横浇道末端高度紊流区 横浇道发挥阻渣作用的条件1，浇道内应呈充满状态2，横浇道内液态金属的流速尽可能低3，须保证足够的末端延长段 4，与内浇道的位置关系强化阻渣方式1.滤网 2.特殊结构的横浇道 横充满 3.利用惯性力阻渣 F=G+J惯 4.特殊结构对集渣的影响 5.结构为平直冒口工艺 冒口：铸型内用于储存金属液的空腔，在铸件凝固过程中补给金属，起到防止缩孔，缩松，排气和集渣的作用冒口的补缩条件：1.冒口凝固时间应大于或等于铸件被补缩部分的凝固时间

17、 2.冒口的体积只要足够大，使之有足够的金属液补充铸件的液态收缩，凝固收缩以及浇注后型腔扩大的体积 3.在凝固期间，冒口与被补缩部位之间应始终保持通畅的补缩通道，目扩张角向着冒口凝固方向上的温度梯度大小 扩张角大小 方向 补缩通道的通畅性冒口的补缩距离：冒口补缩后形成的致密冒口区和致密末端区之和 补缩范围：冒口的补缩距离加上冒口根部尺寸冒口=冒口区+轴线缩松区+末端区HT 由于可利用石墨化共晶膨胀压力来克服缩松，冒口补缩距离较大QT 糊状凝固，补缩条件不好因而L有较HT小 凝固范围（凝固区）越小补缩距离越大在多个位置设置多块外冷贴的方法可大大延长冷铁末端区的长度增大冒口的补缩能力，能克服型内气

18、体负压力产生的不利影响（增大冒口高度，采用压力冒口）补贴：铸件需补缩的高度或长度超过有效补缩距离时，为实现顺序凝固和增强补缩效果，在靠近冒口的壁厚上补加倾斜的金属块，增加壁厚，建立温度梯度冒口的补缩效果 常用冒口模数的大小评定冒口的补缩效果 球形散热面积小，模数大，凝固时间最长（好）通用冒口：适用于现实顺序凝固的一切合金铸件（如铸钢，铝合金铸件）实用冒口：冒口及冒口颈先于被补缩铸件部分凝固（设计关键），利用全部或部分的共晶膨胀在铸件内部建立压力，实现自补缩，可避免由于二次收缩引起的缺陷（实用冒口的核心）通用冒口：顺序凝固原则 补缩量 补缩通道 凝固方式：顺序凝固 同时凝固 均衡凝固 ABC 铸

19、件在凝固过程中的总收缩量 ADC 铸件在凝固过程中的总膨胀量 ABE 表观收缩量 AC：铸件总凝固时间 AE：铸件达到表观收缩为D所需时间（表观收缩时间） E： 均衡点 AE：外部收缩时间均衡凝固：利用铸铁件石墨的共晶膨胀消除缩松的工艺方式 针对石墨化，E向A移动，石墨化能力控制压力冒口，其模数主要与铸件大部分模数与冶金质量有关 影响物态 转变过程 成形质量砂型铸造的特点： 1.适用生产各类铸件 2.成本低，方便 3.污染大造型方法：手工造型、机器造型 型砂：水玻璃砂、树脂砂、普通潮模砂砂型的基本组成：骨料、粘接剂、辅助材料(煤粉，形成还原性气体，防止金属液进入型砂，减少型砂热膨胀，形成光亮碳

20、)金属型铸造特点 1.铸件质量和精度高（机械性能提高,冷却速度提高表层结晶组织致密,加工余量减少)2. 主要适用于低熔点合金3.工艺成品率高，节约15304.用于批量生产5.模具制备是关键6.存在的问题：模具成本高；金属型不透气，冷却速度过大，已出现浇不足，开裂等。金属型成型过程的三个重要特点 1.连续体系导致的型内气体变化2.优良的导热性能产生的热交换特性3.材料的刚性导致的对铸件收缩的影响对金属型而言涂料的作用：1.保护金属型，减少高温液态金属对金属型的热冲击，减少型壁内应力 2.调节铸件冷却速度，控制凝固顺序 3.改善铸件表面质量 4.改善型腔中气体的排除条件 涂料的组成：粉状耐火材料、

21、粘结剂、溶剂、特殊附加物 金属型的浇注 T:低冷隔、气孔 V：由于激冷与不透气 高冲蚀型壁 先慢（防飞溅） 后快（快充型） 再慢（防溢出）将金属型下腔做成空腔1，散热 2，省料 3，减重 必须冷却：风冷，间接水冷（水静止），直接水冷（水流动）分型面：两半铸型相互接触的表面分型面的设置原则1，尽可能使铸件全部比大部处于同一半型2，分型面数目尽量少3，尽量选用平面为分型面4，避免砂箱过高5，便于下芯、合箱和合型（尽量把主要砂芯放在下半型）6，注意减轻铸件清理和机械加工量砂芯：为起模方便，并形成铸件的内腔孔和铸形外形不能出砂的部位所采用的砂块基本要求：1，形状、尺寸、位置符合铸件的要求 2，足够的刚

22、度和强度 3，抵抗高温金属液的冲击和铸压力 4，排气顺畅 5，较好的退让性芯头：伸出铸件以外不与金属液接触的砂芯部分 基本作用：定位、支撑、排气分类几何位置 结构形式 熔模铸：以蜡模为模型，以若干耐火材料为铸型材料，形成铸型后，熔去蜡模形成成型腔，最终在重力作用下成形的液态成形方法 熔模的组装是把形成铸件的熔模和形成浇冒口系统的熔模组合在一起特点：1，光洁度较一般铸件的高2，可以铸造各种高温合金的复杂的铸件、3，尺寸精度较高压力铸：将液态或半液体的金属在高压作用下，高速充填铸型，并在高压下凝固而获得铸件的工艺方法。高压高速工艺参数： 1，压铸压力 2，压铸速度特点：1，浇注时间短，易于自动化

23、2，铸型散热快，晶粒细化，耐磨耐蚀 3，尺寸精度高，表面光洁 4，凝固速度快，排气困难，易于形成流孔疏松 5，模具成本高 6，适用于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产低压铸造：在0.2-0.7 atm时在压力下凝固成形，也是指金属在低的气体压力作用下从坩埚中自上而下地填充型腔并凝固获得铸件的一种方法（低压铸造是使液态金属在较小压力作用下使金属液由下而上对铸型进行充型，并在压力下凝固成型的凝固工艺）特点：充型压力和充型速度易于控制，气孔、夹渣少；铸型散热快，组织致密，机械性能好；无需冒口设置，金属利用率高；铸件尺寸精度高，表面光洁；适于生产质量要求高的铝镁等有色金属铸件离心铸造：指将液态金属浇入高

24、速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填型腔并凝固成型的方法特点 1，铸件致密度高，气孔、夹渣缺陷少，综合力学性能好 2，提高金属的充填能力，改善充型条件 3，离心铸造可能带来成分偏析 4，可减少或取消浇注条纹，大大提高工艺出品率 反重力铸造：指液态金属在与重力方向相反方向力的作用下完成充型，补缩和凝固过程的铸造成型方法在消失模铸造中，液态金属从内浇口进入后，是呈放射状向前推进最后充型的部位是离内浇口最远处。 凝固速度慢,铸型刚度好，热裂倾向小消失模铸造：用泡沫塑料制成带有浇冒系统的模型，覆上涂料，用干砂造型，不需取模，直接浇注的铸造生产方法： 流程：泡沫组合挂涂料（薄壳，支撑表面）充填支撑

25、砂抽真空（铸型形成负压）浇注 消失模的热解：热解产物气化和裂解充分，会产生大量炭粉，造成铸钢表面增碳但由于铸铁本身高碳含量，不像铸钢表现出增碳缺陷，而是在表面造成波纹状或滴瘤状的皱皮缺陷消失模工艺：白区技术（模样的制作） 黄区技术（涂料的配制及干燥） 黑区技术（金属的浇注） 白区技术：发泡成型模样收缩 黄区技术：涂料要求透气性好强度高涂料组成：耐火材料，黏合剂，载液，悬浮剂，附加物 黑区技术： 特点：1.不分型起模，精度高 2.能制造形状复杂的铸件和工艺品 3.冒口设置可自由设置，不易产生缩孔缩松 4.易产生有害气体，铸件易渗碳，降低铸件表面质量 5.适合于起模困难，形状复杂的铸件金属粉末工艺

26、性能的测试流动性 1，粉末颗粒愈大，形状越规则，细粉末所占比例小，流动性好 2，相对密度=实际密度/理论密度压缩性和成形性粉末压制后，压坯保持既定形状的能力（成形性） （压缩性） 表征：粉末得以成形的最小单位压力或压坯强度金属粉末在规定的压制 检测方法（测定是封闭模具中的单轴双向压制） 条件下被压紧的能力 1，圆柱形压坯转鼓实验 2，圆柱形压坯抗拉强度用规定的单位压力下粉末所达到的压坯密度 压制性=压缩性+成形性影响因素： 1，金属的塑性：塑性好则压缩性好 2，颗粒的形状与结构：雾化粉比还原粉松密高，压缩性较好 松软，形状不规则，成形性好压缩性和成形性相互矛盾尺寸测定： 脱模后弹性后效应，尺寸增大 尺寸变化的测量 1，从模腔尺寸到压坯尺寸 2，从压坯尺寸到烧结尺寸 影响因素：1，粉末的类型 越细，表面越光滑 低塑性，变化大 2，烧结条件 3，成形压力：复合材料 成型加工 由两类以上物理化学性质完全不同的材料复合出来的保留原有优秀的性能材料特点：增强相与基体相容关系1，润湿性 2，比重差 3粘度变化 材料制备与成型同时完成 树脂基复合材料的成型方法 1，手糊成型 2，喷射成型 3，纤维缠绕成型整体复合材料的成型1，粉末冶金法 2，增外加强体颗粒法（要润