材料成型工艺基础

1、材料成型工艺基础刘贯军2绪论本课程性质：材料成型工艺基础是一门以研究常用工程材料坯件及机器零件的成型工艺原理为主的综合性技术基础课。它是在原金属工艺学热加工工艺内容的基础上，去粗取精、拓宽与加深后形成的。3绪论本课程内容：材料成型工艺基础几乎涉及机器制造中除切削加工成型工艺以外的所有工程材料的成型工艺，包括:金属的液态成型，金属的塑性成型，材料的连接成型，粉末冶金成型，塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料成型复合材料成型等各个方面。4绪论 本课程目的与任务：通过本门课程的学习，同学们在进行机械零件设计时，能够使零件既满足工艺性能要求又满足经济性要求，也就是说，要使大家设计的零件结构除满足使用性能外，既

2、便于制造，又价格低廉。 学习方法：课堂认真听，课后看书五分钟，课前复习五分钟5第1章铸造 铸造史话越王勾践剑0.557长、0.046宽， 楚国器物；6第1章铸造 铸造史话-中原铸剑术：战国晚期大学者荀子概括铸造铜剑的整个过程： 刑（型）范正，金（铜）锡美，工冶巧，火刑（型）范正，金（铜）锡美，工冶巧，火齐（剂）得，剖刑而莫邪已。然而不剥脱，齐（剂）得，剖刑而莫邪已。然而不剥脱，不砥厉，则不可以断绳；剥脱之，砥厉之，不砥厉，则不可以断绳；剥脱之，砥厉之，则劙盘盂，刎牛马忽然耳。则劙盘盂，刎牛马忽然耳。 7第1章铸造 铸造史话-中原铸剑术了：战国相剑术士曾说：白所以为坚也，黄所以为牣（韧）也，黄白

3、白所以为坚也，黄所以为牣（韧）也，黄白杂则坚且牣，良剑也杂则坚且牣，良剑也。 8第1章铸造 铸造史话-曾侯乙编钟9第1章铸造 铸造史话-曾侯乙编钟10第1章铸造 铸造史话-曾侯乙编钟11第1章铸造 铸造史话-曾侯乙编钟华中理工大学博士研究生刘克明运用现代科学技术对曾侯乙墓出土文物进行了大量的研究。他认为：“曾侯乙编钟是科学技术史上一项最早而复杂的系统工曾侯乙编钟是科学技术史上一项最早而复杂的系统工程，它具有完备的技术体系和丰富的工程技术语言，具有世程，它具有完备的技术体系和丰富的工程技术语言，具有世界一流的铸造技术，在工程图学上极有价值，是世界任何一界一流的铸造技术，在工程图学上极有价值，是世

4、界任何一部科学技术史不可缺少的组成部分，它不仅是中国古代科学部科学技术史不可缺少的组成部分，它不仅是中国古代科学技术与艺术的写照，同时，它也为科学技术的未来发展做出技术与艺术的写照，同时，它也为科学技术的未来发展做出了楷模。了楷模。堪与古埃及金字塔、中国的万里长城、巴比伦空中堪与古埃及金字塔、中国的万里长城、巴比伦空中花园等世界奇迹相媲美花园等世界奇迹相媲美。 12第1章铸造 铸造史话-成语故事铸造辉煌；热血铸忠魂；铸成大错；模范13第1章铸造 铸造史话-铸造的历史源远流长14第1章铸造本章主要内容：1.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.21.2砂型铸造砂型铸造1.31.3铸造工艺设计铸造工

5、艺设计1.41.4铸件结构设计铸件结构设计1.51.5特种铸造特种铸造1.61.6常用合金铸件的生产常用合金铸件的生产151.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.11.1.1液态合金的充型液态合金的充型1.1.21.1.2铸件的凝固铸件的凝固1.1.31.1.3铸造合金的收缩铸造合金的收缩1.1.41.1.4铸件中的缩孔与缩松铸件中的缩孔与缩松1.1.51.1.5铸造内应力、变形、裂纹铸造内应力、变形、裂纹1.1.61.1.6铸件中的气孔铸件中的气孔161.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.11.1.1液态合金的充型液态合金的充型充型充型 : :液态合金填充铸型的过程液态合金填充铸型

6、的过程. .充型能力充型能力: :液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力轮廓清晰铸件的能力. .充型能力不仅与合金的流动性（流动能力）有关，充型能力不仅与合金的流动性（流动能力）有关，还受到铸型性质、浇注条件和铸件结构等因素的还受到铸型性质、浇注条件和铸件结构等因素的影响。影响。171.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.11.1.1液态合金的充型液态合金的充型-影响因素影响因素1.1.合金的流动性合金的流动性指液态合金本身的流动能力，是合金主要铸造性能指液态合金本身的流动能力，是合金主要铸造性能之一。之一。合金的流动性愈好，充型能力愈强

7、，愈便于浇铸出合金的流动性愈好，充型能力愈强，愈便于浇铸出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。同时，有利于非金轮廓清晰、薄而复杂的铸件。同时，有利于非金属夹杂物和气体的上浮与排除，还有利于对液态属夹杂物和气体的上浮与排除，还有利于对液态合金冷凝过程所产生的收缩进行补缩。合金冷凝过程所产生的收缩进行补缩。181.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.11.1.1液态合金的充型液态合金的充型-影响因素影响因素1.1.合金的流动性合金的流动性191.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.11.1.1液态合金的充型液态合金的充型-影响因素影响因素2.2.浇注条件浇注条件201.11.1铸造工艺基础铸造工艺基

8、础1.1.11.1.1液态合金的充型液态合金的充型-影响因素影响因素3.3.铸型填充条件铸型填充条件（1 1）铸型材料）铸型材料（2 2）铸型温度）铸型温度（3 3）铸型中气体）铸型中气体（4 4）铸型结构）铸型结构211.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.21.1.2铸件的凝固铸件的凝固液态金属的凝固方式：液态金属的凝固方式：（1 1）逐层凝固；（）逐层凝固；（2 2）糊状凝固；（）糊状凝固；（3 3）中间凝固）中间凝固221.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.31.1.3铸造合金的收缩铸造合金的收缩合金的收缩经历如下三个阶段：合金的收缩经历如下三个阶段：（1 1）液态收缩从浇注

9、温度到凝固开始温度（即液）液态收缩从浇注温度到凝固开始温度（即液相线温度）间的收缩。相线温度）间的收缩。（2 2）凝固收缩从凝固开始温度到凝固终止温度）凝固收缩从凝固开始温度到凝固终止温度（即固相线温度）间的收缩。（即固相线温度）间的收缩。（3 3）固态收缩从凝固终止温度到室温间的收缩。）固态收缩从凝固终止温度到室温间的收缩。231.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.31.1.3铸造合金的收缩铸造合金的收缩合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金体积体积的收缩，的收缩，常用单位体积收缩量（即常用单位体积收缩量（即体积收缩率体积收缩率）来表示。）来表示。合金的固

10、态收缩不仅引起合金体积上的缩减，同时，合金的固态收缩不仅引起合金体积上的缩减，同时，更明显地表现在更明显地表现在铸件尺寸上的缩减铸件尺寸上的缩减，因此固态收，因此固态收缩常用单位长度上的收缩量（即缩常用单位长度上的收缩量（即线收缩率线收缩率）来表）来表示。示。铸件的实际收缩率不仅与其化学成分有关，还与浇铸件的实际收缩率不仅与其化学成分有关，还与浇注温度、铸件结构和铸型条件等外部条件有关。注温度、铸件结构和铸型条件等外部条件有关。 241.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.41.1.4铸件中的缩孔与缩松铸件中的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液态合金在冷凝过程中，若其

11、液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补足，则在铸件最后凝固的所缩减的容积得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。按照孔洞的大小和分布，可部位形成一些孔洞。按照孔洞的大小和分布，可将其分为缩孔和缩松两类。将其分为缩孔和缩松两类。251.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.41.1.4铸件中的缩孔与缩松铸件中的缩孔与缩松1.1.缩孔的形成与防止缩孔的形成与防止 缩孔：集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的缩孔：集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞。孔洞。缩孔特征：多呈倒圆锥形，内表面粗糙。缩孔特征：多呈倒圆锥形，内表面粗糙。缩孔通常隐藏在铸件的内层，经机械加工后可暴露缩孔通常隐藏

12、在铸件的内层，经机械加工后可暴露出来。但在某些情况下，也可直接暴露在铸件的出来。但在某些情况下，也可直接暴露在铸件的上表面，呈明显的凹坑。上表面，呈明显的凹坑。261.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.41.1.4铸件中的缩孔与缩松铸件中的缩孔与缩松1.1.缩孔的形成与防止缩孔的形成与防止 271.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.41.1.4铸件中的缩孔与缩松铸件中的缩孔与缩松1.1.缩孔的形成与防止缩孔的形成与防止 281.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.41.1.4铸件中的缩孔与缩松铸件中的缩孔与缩松2.2.缩松的形成与防止缩松的形成与防止 缩松：分散在铸件某区域内的

13、细小缩孔。缩松：分散在铸件某区域内的细小缩孔。缩松的形成原因：由于铸件最后凝固区域的液态收缩松的形成原因：由于铸件最后凝固区域的液态收缩和凝固收缩得不到补充，当缩和凝固收缩得不到补充，当合金以糊状凝固的合金以糊状凝固的方式凝固方式凝固时，被树枝状晶体分隔开的小液体区难时，被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩就易形成分散性的缩孔，导致缩松。以得到补缩就易形成分散性的缩孔，导致缩松。缩松一般出现在铸件壁的轴线区域、热节处、冒口缩松一般出现在铸件壁的轴线区域、热节处、冒口根部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方根部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方291.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1

14、.1.51.1.5铸造内应力、变形、裂纹铸造内应力、变形、裂纹铸件凝固后将在冷却至室温的过程中继续固态收缩，铸件凝固后将在冷却至室温的过程中继续固态收缩，有些合金甚至还会因发生固态相变而引起收缩或膨有些合金甚至还会因发生固态相变而引起收缩或膨胀，这些收缩或膨胀如果受到铸型阻碍或因铸件各胀，这些收缩或膨胀如果受到铸型阻碍或因铸件各部分互相牵制，都将使铸件内部产生应力。这些内部分互相牵制，都将使铸件内部产生应力。这些内应力有时是在冷却过程中暂时存在的，有时则一直应力有时是在冷却过程中暂时存在的，有时则一直保留到室温，形成残余内应力。保留到室温，形成残余内应力。内应力是铸件产生变形及裂纹的主要原因内

15、应力是铸件产生变形及裂纹的主要原因。按内应力产生原因，可分为热应力和机械应力两种。按内应力产生原因，可分为热应力和机械应力两种。301.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.51.1.5铸造内应力、变形、裂纹铸造内应力、变形、裂纹1.1.热应力热应力热应力是由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷却速热应力是由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。致而引起的。311.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.51.1.5铸造内应力、变形、裂纹铸造内应力、变形、裂纹2.2.机械应力机械应力铸件收缩受到铸型、型芯及

16、浇注系统的机械阻碍而铸件收缩受到铸型、型芯及浇注系统的机械阻碍而产生的应力产生的应力机械应力使铸件产生暂时性机械应力使铸件产生暂时性的正应力或剪切应力。的正应力或剪切应力。铸型或型芯退让性良好，铸型或型芯退让性良好，机械应力则小。机械应力则小。321.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.51.1.5铸造内应力、变形、裂纹铸造内应力、变形、裂纹3.3.铸件的变形及其防止铸件的变形及其防止如果铸件存在内应力，则铸件处于一种不稳定状态，如果铸件存在内应力，则铸件处于一种不稳定状态，它将自发地通过变形来减缓其内应力，以便趋于它将自发地通过变形来减缓其内应力，以便趋于稳定状态。稳定状态。331.11

17、.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.51.1.5铸造内应力、变形、裂纹铸造内应力、变形、裂纹3.3.铸件的变形及其防止铸件的变形及其防止时效处理时效处理分为自然时效和人工时效两种。分为自然时效和人工时效两种。自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，使其在自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，使其在自然的气压和温度作用下，逐渐缓慢地变形，从自然的气压和温度作用下，逐渐缓慢地变形，从而消除内应力。而消除内应力。人工时效是将铸件加热到人工时效是将铸件加热到550550650650进行去应力退进行去应力退火，火， 341.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.51.1.5铸造内应力、变形、裂纹铸造内应

18、力、变形、裂纹4.4.铸件的裂纹与防止铸件的裂纹与防止根据裂纹产生的原因，可分为热裂和冷裂两种。根据裂纹产生的原因，可分为热裂和冷裂两种。 （1 1）热裂）热裂热裂是铸件在凝固后期，接近固相线的高温下形成的。热裂是铸件在凝固后期，接近固相线的高温下形成的。热裂的形状特征：热裂的形状特征：裂纹短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化色。裂纹短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化色。 351.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.51.1.5铸造内应力、变形、裂纹铸造内应力、变形、裂纹4.4.铸件的裂纹与防止铸件的裂纹与防止（2 2）冷裂）冷裂冷裂是在较低温度下，由于热应力和收缩应力的综合冷裂是在较低温度下，

19、由于热应力和收缩应力的综合作用，铸件内应力超过合金的强度极限而产生的。作用，铸件内应力超过合金的强度极限而产生的。 冷裂的特征：冷裂的特征：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。氧化色。361.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.61.1.6铸件中的气孔铸件中的气孔气体在铸件内形成的孔洞，表面常常比较光滑、光气体在铸件内形成的孔洞，表面常常比较光滑、光亮或略带氧化色，一般呈梨形、圆形、椭圆形等。亮或略带氧化色，一般呈梨形、圆形、椭圆形等。 按气孔产生原因和气体来源不同，气孔大致可分为按气孔产生原因和气体来源不同，气孔大致可分为侵入性

20、气孔、析出性气孔和反应性气孔三类。侵入性气孔、析出性气孔和反应性气孔三类。371.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.61.1.6铸件中的气孔铸件中的气孔1.1.侵入性气孔侵入性气孔 由于浇注过程中熔融金属和铸型之间的热作用，使由于浇注过程中熔融金属和铸型之间的热作用，使砂型或型芯中的挥发性物质（如水分、粘接剂、砂型或型芯中的挥发性物质（如水分、粘接剂、附加物）挥发生成的气体，以及型腔中原有的空附加物）挥发生成的气体，以及型腔中原有的空气侵入熔融金属内部所形成。气侵入熔融金属内部所形成。侵入的气体一般是水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、侵入的气体一般是水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、碳氢化合物

21、等。氮气、碳氢化合物等。防止侵入性气孔的主要途径：防止侵入性气孔的主要途径：降低铸型材料的发气量和增强铸型的排气能力。降低铸型材料的发气量和增强铸型的排气能力。 381.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.61.1.6铸件中的气孔铸件中的气孔2.2.析出性气孔析出性气孔溶解于熔融金属中的气体在冷却和凝固过程中，由溶解于熔融金属中的气体在冷却和凝固过程中，由于溶解度的下降而从合金中析出，在铸件中形成于溶解度的下降而从合金中析出，在铸件中形成的气孔。的气孔。析出性气孔分布范围较广，有时甚至遍及整个铸件析出性气孔分布范围较广，有时甚至遍及整个铸件截面，影响铸件的力学性能和气密性。截面，影响铸件的

22、力学性能和气密性。防止析出性气孔的主要措施：防止析出性气孔的主要措施：减少合金在熔炼和浇注时的吸气量，对金属液进减少合金在熔炼和浇注时的吸气量，对金属液进行除气处理，增大铸件的冷却速度或使铸件在压行除气处理，增大铸件的冷却速度或使铸件在压力下凝固以阻止气体析出等。力下凝固以阻止气体析出等。391.11.1铸造工艺基础铸造工艺基础1.1.61.1.6铸件中的气孔铸件中的气孔反应性气孔反应性气孔浇入铸型的熔融金属与铸型材料、芯撑、冷铁或熔浇入铸型的熔融金属与铸型材料、芯撑、冷铁或熔渣之间发生化学反应产生的气体在铸件中形成的渣之间发生化学反应产生的气体在铸件中形成的气孔。气孔。这类气孔中的气体多为一

23、氧化碳、氢气等。这类气孔中的气体多为一氧化碳、氢气等。反应性气孔形成的原因复杂多样，需根据具体情况反应性气孔形成的原因复杂多样，需根据具体情况采取相应的防止办法，其中的主要措施之一是清采取相应的防止办法，其中的主要措施之一是清除冷铁、芯撑表面的锈蚀和油污，并保持干燥。除冷铁、芯撑表面的锈蚀和油污，并保持干燥。401.21.2砂型铸造砂型铸造铸造方法分为砂型铸造和特种铸造两大类。铸造方法分为砂型铸造和特种铸造两大类。砂型铸造是以型砂为主要造型材料制备铸型并在重砂型铸造是以型砂为主要造型材料制备铸型并在重力下浇注的铸造工艺，具有适应性广、成本低廉力下浇注的铸造工艺，具有适应性广、成本低廉等优点，是

24、应用最广泛的铸造方法。等优点，是应用最广泛的铸造方法。 具有不受铸件的形状、大小、复杂程度及合金种类具有不受铸件的形状、大小、复杂程度及合金种类的限制，单件、成批和大量生产均可应用，原材的限制，单件、成批和大量生产均可应用，原材料来源广、成本低等优点。料来源广、成本低等优点。国内砂型铸件约占全部铸件总生产量的国内砂型铸件约占全部铸件总生产量的8080以上以上 411.21.2砂型铸造砂型铸造421.21.2砂型铸造砂型铸造431.21.2砂型铸造砂型铸造本节主要内容：1.2.11.2.1手工造型手工造型1.2.21.2.2机器造型机器造型441.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.11.2.1手工

25、造型手工造型用手工完成紧砂、起模、修整、合箱等主要操作的用手工完成紧砂、起模、修整、合箱等主要操作的造型、制芯过程。造型、制芯过程。特点：操作灵活，适应性强，工艺设备简单，成本特点：操作灵活，适应性强，工艺设备简单，成本低。低。手工造型对模样的要求不高，一般采用成本较低的手工造型对模样的要求不高，一般采用成本较低的实体木模，对于尺寸较大的回转体或等截面铸件实体木模，对于尺寸较大的回转体或等截面铸件还可采用成本甚低的刮板来造型。还可采用成本甚低的刮板来造型。 451.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.11.2.1手工造型手工造型手工造型的基本造型方法：手工造型的基本造型方法：整模造型整模造型分模造

26、型分模造型挖砂造型挖砂造型活块造型活块造型三箱造型三箱造型461.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.11.2.1手工造型手工造型手工造型的基本造型方法手工造型的基本造型方法整模造型特点整模造型特点：分型面为平面；分型面为平面；铸型型腔全部铸型型腔全部在一个砂箱内；在一个砂箱内；造型简单；造型简单；铸件不会产生铸件不会产生错箱缺陷。错箱缺陷。应应用范围：用范围：铸件最大截面在铸件最大截面在一端，且为平面一端，且为平面。471.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.11.2.1手工造型手工造型手工造型的基本造型方法手工造型的基本造型方法-分模造型分模造型481.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.11.2.1

27、手工造型手工造型分模造型特点：分模造型特点：模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱内。造型方便，但制作模样较麻烦。箱内。造型方便，但制作模样较麻烦。应用范围：应用范围： 最大截面在中部，一般为对称性铸件。最大截面在中部，一般为对称性铸件。491.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.11.2.1手工造型手工造型手工造型的基本造型方法手工造型的基本造型方法-挖砂造型挖砂造型501.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.11.2.1手工造型手工造型挖砂造型特点：挖砂造型特点：模样为整体模，造型时需挖去阻碍起模的型砂，故模样为整体模，造型时需挖去阻碍起模的型砂

28、，故分型面是曲面。造型麻烦，生产率低。分型面是曲面。造型麻烦，生产率低。应用范围：应用范围：单件小批生产模样薄、分模后易损坏或变形单件小批生产模样薄、分模后易损坏或变形的铸件。的铸件。511.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.11.2.1手工造型手工造型手工造型的基本造型方法手工造型的基本造型方法-活块造型活块造型521.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.11.2.1手工造型手工造型活块造型特点：活块造型特点：将模样上妨碍起模的部分，做成活动的活快，便于将模样上妨碍起模的部分，做成活动的活快，便于起模。造型和制作模样都很麻烦，生产率低。起模。造型和制作模样都很麻烦，生产率低。应用范围：应用范围：单

29、件小批生产带有突起部分的铸件。单件小批生产带有突起部分的铸件。531.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.11.2.1手工造型手工造型手工造型的基本造型方法手工造型的基本造型方法-三箱造型三箱造型541.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.21.2.2机器造型机器造型机器造型是用机器来完成填砂、紧实和起模等造型机器造型是用机器来完成填砂、紧实和起模等造型操作过程，是现代化砂型铸造车间所用的基本造操作过程，是现代化砂型铸造车间所用的基本造型方法。型方法。与手工造型相比，机器造型可以提高生产效率，改与手工造型相比，机器造型可以提高生产效率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度。还可以使铸件善劳动条件，减轻工人劳

30、动强度。还可以使铸件尺寸精确，表面光洁，加工余量小。但设备及工尺寸精确，表面光洁，加工余量小。但设备及工装模具投资较大，主要用于成批大量生产。装模具投资较大，主要用于成批大量生产。 551.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.21.2.2机器造型机器造型机器造型的工艺特点：机器造型的工艺特点：采用模板进行两箱造型采用模板进行两箱造型 。模板是将模样、浇注系统沿分型面与模底板联接成模板是将模样、浇注系统沿分型面与模底板联接成一整体的专用模具。造型后，模底板形成分型面，一整体的专用模具。造型后，模底板形成分型面，模样形成铸型空腔。模样形成铸型空腔。机器造型不能紧实中箱，故不能进行三箱造型。机器造型不能

31、紧实中箱，故不能进行三箱造型。同时，机器造型也应尽力避免活块。同时，机器造型也应尽力避免活块。 561.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.21.2.2机器造型机器造型机器造型的种类：机器造型的种类：压实造型压实造型 ；震击造型 ；震压造型 ；高压造型 ；抛砂造型 ；射砂造型 ；射压造型 ；气冲造型 。571.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.21.2.2机器造型机器造型581.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.21.2.2机器造型机器造型591.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.21.2.2机器造型机器造型601.21.2砂型铸造砂型铸造1.2.21.2.2机器造型机器造型611.31.3铸造工艺设计

32、铸造工艺设计铸造工艺设计又称为铸造工艺规程设计，铸造工艺设计又称为铸造工艺规程设计，其任务是编制有关铸造工艺过程的技术文件，即用其任务是编制有关铸造工艺过程的技术文件，即用文字、表格、图纸等说明铸件生产工艺的次序、文字、表格、图纸等说明铸件生产工艺的次序、要求、方法、工艺规范及所用原材料种类和规格要求、方法、工艺规范及所用原材料种类和规格等，以保证铸件质量的可靠性和稳定性。等，以保证铸件质量的可靠性和稳定性。铸造工艺设计所制定的技术文件是铸造生产的指导铸造工艺设计所制定的技术文件是铸造生产的指导性文件，也是生产准备、管理、成本核算和铸件性文件，也是生产准备、管理、成本核算和铸件验收的依据。验收

33、的依据。621.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计铸造工艺设计的依据：铸造工艺设计的依据： 在编制工艺规程之前，设计人员需要了解企业在编制工艺规程之前，设计人员需要了解企业的生产条件，如设备能力、原材料的供应情况及的生产条件，如设备能力、原材料的供应情况及工人技术水平和生产经验等，还要掌握生产任务工人技术水平和生产经验等，还要掌握生产任务和要求，包括零件的技术要求、产品数量及生产和要求，包括零件的技术要求、产品数量及生产期限等情况，这些是铸造工艺设计的出发点和基期限等情况，这些是铸造工艺设计的出发点和基本依据。本依据。631.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计在不同的生产条件下，铸件工艺设计内容有

34、所在不同的生产条件下，铸件工艺设计内容有所不同。单件、小批量生产的一般性产品，铸造工不同。单件、小批量生产的一般性产品，铸造工艺内容可简化，有时只需一张标注有浇注位置、艺内容可简化，有时只需一张标注有浇注位置、分型面、浇冒口系统等的铸造工艺图；分型面、浇冒口系统等的铸造工艺图；对于大量生产的定型产品或者特别重要的单件对于大量生产的定型产品或者特别重要的单件生产的铸件，铸造工艺应当设计得细致，内容涉生产的铸件，铸造工艺应当设计得细致，内容涉及较多，除工艺本身的内容外，还包括设计各种及较多，除工艺本身的内容外，还包括设计各种工艺装备、规定造型材料和铸件原材料、制定铸工艺装备、规定造型材料和铸件原材

35、料、制定铸件热处理工艺及验收标准等。件热处理工艺及验收标准等。641.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计砂型铸造铸造工艺设计的内容砂型铸造铸造工艺设计的内容：（1 1）分析零件的技术要求和结构工艺性；）分析零件的技术要求和结构工艺性；（2 2）根据铸件的生产批量及质量要求选择造型方法）根据铸件的生产批量及质量要求选择造型方法（3 3）确定铸件的浇注位置和分型面。）确定铸件的浇注位置和分型面。（4 4）选择机械加工余量、起模斜度、收缩余量等工）选择机械加工余量、起模斜度、收缩余量等工艺参数。艺参数。（5 5）设计型芯，包括型芯本体和芯头的设计。）设计型芯，包括型芯本体和芯头的设计。（6 6）设计浇

36、注系统、冒口、冷铁等。）设计浇注系统、冒口、冷铁等。（7 7）在以上工作的基础上完成铸造工艺图，必要时）在以上工作的基础上完成铸造工艺图，必要时还需绘制铸件图。还需绘制铸件图。（8)8)编制铸造工艺卡，绘制铸型装配图。编制铸造工艺卡，绘制铸型装配图。（9)9)工艺装备设计，包括模样、芯盒、砂箱设计等工艺装备设计，包括模样、芯盒、砂箱设计等651.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.11.3.1浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型面的选择 1.3.21.3.2铸造工艺参数的选择铸造工艺参数的选择 661.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.11.3.1浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型

37、面的选择1. 1. 浇注位置的确定浇注位置的确定浇注位置：是指浇注时铸件在铸型中所处的空间位浇注位置：是指浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。置。 （1 1）铸件的重要加工面应朝下。）铸件的重要加工面应朝下。 671.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.11.3.1浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型面的选择1. 1. 浇注位置的确定浇注位置的确定浇注位置：是指浇注时铸件在铸型中所处的空间位浇注位置：是指浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。置。 （1 1）铸件的重要加工面应朝下。）铸件的重要加工面应朝下。 681.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.11.3.1浇注位置与分型面的选择浇注位

38、置与分型面的选择1. 1. 浇注位置的确定浇注位置的确定（2 2）铸件的大平面应朝下。）铸件的大平面应朝下。 691.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.11.3.1浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型面的选择1. 1. 浇注位置的确定浇注位置的确定（3 3）（为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷，）（为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷，）应应将面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于将面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位置。垂直或倾斜位置。 701.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.11.3.1浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型面的选择1. 1. 浇注位置的

39、确定浇注位置的确定（3 3）（为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷，）（为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷，）应应将面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于将面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位置。垂直或倾斜位置。 711.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.11.3.1浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型面的选择1. 1. 浇注位置的确定浇注位置的确定（4 4）对于容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在）对于容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在铸型分型面附近的上部或侧面，以便在铸件厚壁铸型分型面附近的上部或侧面，以便在铸件厚壁处直接安置冒口，使之实现自下而上的定向凝固

40、。处直接安置冒口，使之实现自下而上的定向凝固。721.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.11.3.1浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型面的选择2.2.分型面的确定分型面的确定铸型分型面指铸型间相互接合的表面。铸型分型面指铸型间相互接合的表面。（1 1）简化工艺原则）简化工艺原则分型面应尽量平直，避免曲面分型面。分型面应尽量平直，避免曲面分型面。 减少分型面的数量。减少分型面的数量。 731.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.11.3.1浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型面的选择2.2.分型面的确定分型面的确定（1 1）简化工艺原则）简化工艺原则分型面应尽量平直，避免曲面分型面。

41、分型面应尽量平直，避免曲面分型面。 741.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.11.3.1浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型面的选择2.2.分型面的确定分型面的确定（1 1）简化工艺原则）简化工艺原则分型面应尽量平直，避免曲面分型面。分型面应尽量平直，避免曲面分型面。 751.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.11.3.1浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型面的选择2.2.分型面的确定分型面的确定（1 1）简化工艺原则）简化工艺原则减少分型面的数量。减少分型面的数量。 761.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.11.3.1浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型面的选择2.2.

42、分型面的确定分型面的确定（2 2）方便操作原则）方便操作原则分型面一般取在铸件的最大截面处，以方便起模。分型面一般取在铸件的最大截面处，以方便起模。型腔及主要型芯位于下箱，以便于下芯和检验，型腔及主要型芯位于下箱，以便于下芯和检验，避免合型时破坏型芯。避免合型时破坏型芯。 771.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.11.3.1浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型面的选择2.2.分型面的确定分型面的确定（3 3）保证精度原则）保证精度原则应使铸件全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件的应使铸件全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件的精度。精度。 781.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.11

43、.3.1浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型面的选择2.2.分型面的确定分型面的确定（3 3）保证精度原则）保证精度原则当铸件的加工面较多，当铸件的加工面较多，不可能都与基准面在同不可能都与基准面在同一砂箱时，就应尽量使一砂箱时，就应尽量使加工的基准面与大部分加工的基准面与大部分的加工面放在分型面同的加工面放在分型面同侧。侧。 791.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.11.3.1浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型面的选择2.2.分型面的确定分型面的确定（3 3）保证精度原则）保证精度原则说明：说明：在铸造工艺设计中，浇注位置和分型面常常同时在铸造工艺设计中，浇注位置和分型面常常同时选

44、择，对于某个具体的铸件（尤其是结构复杂的件）选择，对于某个具体的铸件（尤其是结构复杂的件）来说，在确定两者时上述诸原则难以全面满足，有时来说，在确定两者时上述诸原则难以全面满足，有时甚至互相矛盾。甚至互相矛盾。思路：应根据铸件的特征（材质、技术要求、结构特点、思路：应根据铸件的特征（材质、技术要求、结构特点、大小等）、生产批量、现有条件等，大小等）、生产批量、现有条件等，抓住主要矛盾，抓住主要矛盾，全面考虑，全面考虑，首先保证铸件质量，然后再考虑简化铸造首先保证铸件质量，然后再考虑简化铸造工艺，工艺，从而选出最合理的方案，至于次要矛盾，则应从而选出最合理的方案，至于次要矛盾，则应从工艺措施上设

45、法解决。从工艺措施上设法解决。 801.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.21.3.2铸造工艺参数的选择铸造工艺参数的选择 铸造工艺参数是与铸造工艺过程有关的一些量化数铸造工艺参数是与铸造工艺过程有关的一些量化数据。据。1.1.机械加工余量和最小铸孔机械加工余量和最小铸孔2.2.起模斜度起模斜度3.3.收缩率收缩率4.4.型芯头型芯头811.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.21.3.2铸造工艺参数的选择铸造工艺参数的选择 1.1.机械加工余量和最小铸孔机械加工余量和最小铸孔由于一般的铸件表面粗糙，不能直接用于零件的装由于一般的铸件表面粗糙，不能直接用于零件的装配，必须对其进行切削

46、加工以降低其表面粗糙度。配，必须对其进行切削加工以降低其表面粗糙度。为了保证铸件加工后的尺寸满足零件设计要求，为了保证铸件加工后的尺寸满足零件设计要求，必须在零件原尺寸基础上增加一定的尺寸。必须在零件原尺寸基础上增加一定的尺寸。加工余量过大、过小都不好。加工余量过大、过小都不好。加工余量的具体数值取决于铸件的生产批量、合金加工余量的具体数值取决于铸件的生产批量、合金种类、铸件大小、加工面与基准面的距离及加工种类、铸件大小、加工面与基准面的距离及加工面在浇注时的位置等。面在浇注时的位置等。 821.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.21.3.2铸造工艺参数的选择铸造工艺参数的选择 1.1.

47、机械加工余量和最小铸孔机械加工余量和最小铸孔加工余量的选择原则：加工余量的选择原则：（1 1）大量生产时，采用机器造型，铸件精度高，余量可减）大量生产时，采用机器造型，铸件精度高，余量可减小；手工造型误差大，余量应加大。小；手工造型误差大，余量应加大。 （2 2）铸钢件因表面粗糙，余量应加大；）铸钢件因表面粗糙，余量应加大； （3 3）非铁合金铸件价格甚贵，且表面光洁，所以余量应比）非铁合金铸件价格甚贵，且表面光洁，所以余量应比铸铁小。铸铁小。 （4 4）铸件的尺寸愈大或加工面与基准面的距离愈大，铸件）铸件的尺寸愈大或加工面与基准面的距离愈大，铸件的尺寸误差也愈大，故余量也应随之加大。的尺寸误

48、差也愈大，故余量也应随之加大。 （5 5）浇注时朝上的表面因产生缺陷的机率较大，其加工余）浇注时朝上的表面因产生缺陷的机率较大，其加工余量应比底面和侧面大。量应比底面和侧面大。 831.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.21.3.2铸造工艺参数的选择铸造工艺参数的选择 1.1.机械加工余量和最小铸孔机械加工余量和最小铸孔841.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.21.3.2铸造工艺参数的选择铸造工艺参数的选择 1.1.机械加工余量和最小铸孔机械加工余量和最小铸孔最小铸孔最小铸孔铸件的孔、槽是否铸出，不仅取决铸件的孔、槽是否铸出，不仅取决于工艺上的可能性，还必须考虑其必要性于工艺上的

49、可能性，还必须考虑其必要性 。851.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.21.3.2铸造工艺参数的选择铸造工艺参数的选择 2.2.起模斜度起模斜度为了使模样（或型芯）便于从砂型（或芯盒）中取为了使模样（或型芯）便于从砂型（或芯盒）中取出，凡垂直于分型面的立壁在制造模样时，必须出，凡垂直于分型面的立壁在制造模样时，必须留出一定的倾斜度留出一定的倾斜度 。861.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.21.3.2铸造工艺参数的选择铸造工艺参数的选择 2.2.起模斜度起模斜度起模斜度的大小取决于立壁的高度、造型方法、模样材料等起模斜度的大小取决于立壁的高度、造型方法、模样材料等因素，通常为因

50、素，通常为15153 3。原则上：原则上：立壁愈高，斜度愈小；立壁愈高，斜度愈小；机器造型应比手工造型小，机器造型应比手工造型小，木模应比金属模斜度大。木模应比金属模斜度大。为使型砂便于从模样内腔中为使型砂便于从模样内腔中脱出、以形成自带型芯，脱出、以形成自带型芯，内壁的起模斜度应比外壁大，内壁的起模斜度应比外壁大，通常为通常为3 31010。871.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.21.3.2铸造工艺参数的选择铸造工艺参数的选择 2.2.起模斜度起模斜度零件设计时需注意：零件设计时需注意：如果零件的某个面在浇注时处于侧立位置，而这个如果零件的某个面在浇注时处于侧立位置，而这个面又是非

51、加工面，面又是非加工面，此时应考虑此时应考虑在设计时增设一个结构斜度在设计时增设一个结构斜度以便于铸造起模。以便于铸造起模。 881.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.21.3.2铸造工艺参数的选择铸造工艺参数的选择 3.3.收缩率收缩率在铸件冷却过程中，其线收缩不仅受到铸型和型芯在铸件冷却过程中，其线收缩不仅受到铸型和型芯的机械阻碍，同时还受到铸件各部分之间的相互的机械阻碍，同时还受到铸件各部分之间的相互制约。制约。 -结果：结果：铸件尺寸小于模型尺寸！铸件尺寸小于模型尺寸！为保证铸件应有的尺寸，模样尺寸必须比铸件放大为保证铸件应有的尺寸，模样尺寸必须比铸件放大一个该合金的收缩量。一个

52、该合金的收缩量。 891.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.21.3.2铸造工艺参数的选择铸造工艺参数的选择 3.3.收缩率收缩率铸件的实际线收缩率除随合金的种类而异外，还与铸件的实际线收缩率除随合金的种类而异外，还与铸件的形状、尺寸有关。通常：铸件的形状、尺寸有关。通常：灰铸铁为灰铸铁为0.70.71.0%1.0%，铸造碳钢为铸造碳钢为1.31.32.0%2.0%，铝硅合金为铝硅合金为0.80.81.21.2。 901.31.3铸造工艺设计铸造工艺设计1.3.21.3.2铸造工艺参数的选择铸造工艺参数的选择 4.4.型芯头型芯头型芯头的形状和尺寸，对型芯装配的工艺性和稳定性有很大型芯头

53、的形状和尺寸，对型芯装配的工艺性和稳定性有很大影响。影响。垂直型芯一般都有上、下芯头。垂直型芯一般都有上、下芯头。芯头必须留有一定的斜度芯头必须留有一定的斜度。下芯头的斜度（下芯头的斜度（5 51010），），上芯头的斜度应大些（上芯头的斜度应大些（6 61515）。）。 水平芯头的长度取决于水平芯头的长度取决于型芯头直径及型芯的长度。型芯头直径及型芯的长度。 型芯头与铸型型芯座之间应有型芯头与铸型型芯座之间应有1 14mm4mm的间隙，以便于铸型的的间隙，以便于铸型的装配。装配。 91第1章铸造1.41.4铸件结构设计铸件结构设计1.4.11.4.1砂型铸造工艺对铸件结构的要求砂型铸造工艺对

54、铸件结构的要求1.4.21.4.2合金铸造性能对铸件结构的要求合金铸造性能对铸件结构的要求921.41.4铸件结构设计铸件结构设计1.4.11.4.1砂型铸造工艺对铸件结构的要求砂型铸造工艺对铸件结构的要求铸件的结构设计主要包括铸件外形设计和内腔设计。铸件的结构设计主要包括铸件外形设计和内腔设计。一个合理的铸件结构就是在保证零件使用性能的前一个合理的铸件结构就是在保证零件使用性能的前提下，使其外形和内腔的成型工艺既尽量简单又提下，使其外形和内腔的成型工艺既尽量简单又能保证铸件质量。能保证铸件质量。931.41.4铸件结构设计铸件结构设计1.4.11.4.1砂型铸造工艺对铸件结构的要求砂型铸造工

55、艺对铸件结构的要求1. 1. 铸件外形设计（应遵循的原则）铸件外形设计（应遵循的原则）（1 1）应使铸件具有最少的分型面）应使铸件具有最少的分型面减少铸件分型面的数量，可以降低造型工时，减少减少铸件分型面的数量，可以降低造型工时，减少错箱、偏芯等缺陷，提高铸件的尺寸精度。错箱、偏芯等缺陷，提高铸件的尺寸精度。 941.41.4铸件结构设计铸件结构设计1.4.11.4.1砂型铸造工艺对铸件结构的要求砂型铸造工艺对铸件结构的要求1. 1. 铸件外形设计（应遵循的原则）铸件外形设计（应遵循的原则）（2 2）分型面应尽量平直）分型面应尽量平直 平直的分型面可避免挖砂造型或假箱造型，铸件的平直的分型面可

56、避免挖砂造型或假箱造型，铸件的飞边、毛刺少，便于清理。飞边、毛刺少，便于清理。 951.41.4铸件结构设计铸件结构设计1.4.11.4.1砂型铸造工艺对铸件结构的要求砂型铸造工艺对铸件结构的要求1. 1. 铸件外形设计（应遵循的原则）铸件外形设计（应遵循的原则）（2 2）分型面应尽量平直）分型面应尽量平直 961.41.4铸件结构设计铸件结构设计1.4.11.4.1砂型铸造工艺对铸件结构的要求砂型铸造工艺对铸件结构的要求1. 1. 铸件外形设计（应遵循的原则）铸件外形设计（应遵循的原则）（3 3）避免铸件外形侧凹）避免铸件外形侧凹铸件在与起模方向平行铸件在与起模方向平行的壁上若有侧凹，必将的

57、壁上若有侧凹，必将妨碍起模，增加了铸造妨碍起模，增加了铸造工艺的复杂性，工艺的复杂性，故力求避免。故力求避免。 971.41.4铸件结构设计铸件结构设计1.4.11.4.1砂型铸造工艺对铸件结构的要求砂型铸造工艺对铸件结构的要求1. 1. 铸件外形设计（应遵循的原则）铸件外形设计（应遵循的原则）（4 4）凸台和筋条结构应便于起模）凸台和筋条结构应便于起模在设计铸件上的凸台和筋条结构时，应考虑使其便于造型时在设计铸件上的凸台和筋条结构时，应考虑使其便于造型时起模，尽力避免使用活块或外型芯。起模，尽力避免使用活块或外型芯。 981.41.4铸件结构设计铸件结构设计1.4.11.4.1砂型铸造工艺对

58、铸件结构的要求砂型铸造工艺对铸件结构的要求1. 1. 铸件外形设计（应遵循的原则）铸件外形设计（应遵循的原则）（5 5）铸件应有合适的结构斜度）铸件应有合适的结构斜度对于铸件上垂直于分型面的非加工对于铸件上垂直于分型面的非加工表面，设计时应给出一定的结构斜表面，设计时应给出一定的结构斜度，这样不但便于起模，而且也因度，这样不但便于起模，而且也因起模时不需要对模样进行较大的松起模时不需要对模样进行较大的松动，因而提高了铸件的尺寸精度。动，因而提高了铸件的尺寸精度。 991.41.4铸件结构设计铸件结构设计1.4.11.4.1砂型铸造工艺对铸件结构的要求砂型铸造工艺对铸件结构的要求2. 2. 铸件

59、内腔设计（应遵循的原则）铸件内腔设计（应遵循的原则）铸件的内腔通常由型芯形成，设计时应考虑到方便铸件的内腔通常由型芯形成，设计时应考虑到方便型芯的制造以及型芯的定位、安放和排气等；并型芯的制造以及型芯的定位、安放和排气等；并应尽可能地不用或少用型芯，以节约芯盒和型芯应尽可能地不用或少用型芯，以节约芯盒和型芯制造的工时及材料消耗。制造的工时及材料消耗。1001.41.4铸件结构设计铸件结构设计1.4.11.4.1砂型铸造工艺对铸件结构的要求砂型铸造工艺对铸件结构的要求2. 2. 铸件内腔设计（应遵循的原则）铸件内腔设计（应遵循的原则）（1 1）尽量不用或少用型芯）尽量不用或少用型芯型芯不仅增加材

60、料消耗且工艺复杂，成本提高；芯型芯不仅增加材料消耗且工艺复杂，成本提高；芯子工作条件恶劣，极易产生各种铸造缺陷。子工作条件恶劣，极易产生各种铸造缺陷。 1011.41.4铸件结构设计铸件结构设计1.4.11.4.1砂型铸造工艺对铸件结构的要求砂型铸造工艺对铸件结构的要求2. 2. 铸件内腔设计（应遵循的原则）铸件内腔设计（应遵循的原则）（1 1）尽量不用或少用型芯）尽量不用或少用型芯1021.41.4铸件结构设计铸件结构设计1.4.11.4.1砂型铸造工艺对铸件结构的要求砂型铸造工艺对铸件结构的要求2. 2. 铸件内腔设计（应遵循的原则）铸件内腔设计（应遵循的原则）（2 2）便于型芯的固定、排