金属的铸造成形

1、v 液态成形液态成形(铸造铸造)是将液态金属浇注到与所要求的毛坯或零件的形状和尺寸相适应的铸型型腔中，冷却凝固后获得毛坯或零件的一种毛坯成形工艺方法。 v定义定义简介简介铸造流程示意图简介简介 铸造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其铸造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其它工艺方法相比，它具有成本低，工艺灵活性大，适合生它工艺方法相比，它具有成本低，工艺灵活性大，适合生产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。 v特点特点 但它的缺点是公差较大，易产生内部缺陷。但它的缺点是公差较大，易产生内部缺陷。优点优点缺点缺点1234本章

2、内容本章内容铸造成形理论基础铸造成形理论基础砂型铸造砂型铸造特种铸造特种铸造铸件的结构设计铸件的结构设计铸造成形理论基础铸造成形理论基础液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中凝固和冷却。液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中凝固和冷却。v实质：实质：主要影响因素主要影响因素 铸造的主要影响因素主要体现在二个方面：一是影响铸造的主要影响因素主要体现在二个方面：一是影响充型的主要因素和影响凝固收缩的主要因素。充型的主要因素和影响凝固收缩的主要因素。主要影响因素主要影响因素 阶 段主要影响因素 铸铸 造造 充 型 金属的流动性 浇注温度 充型压力 凝 固 收 缩 凝固方式 冷却速度铸造成形理论基础铸

3、造成形理论基础铸造成形理论基础铸造成形理论基础熔融金属的流动能力，称为合金的流动性。熔融金属的流动能力，称为合金的流动性。v合金的流动性合金的流动性 实验如右图所示：实验如右图所示：合金的流动性合金的流动性铸造成形理论基础铸造成形理论基础改善金属改善金属的流动性的流动性加快凝固中液体的补缩加快凝固中液体的补缩排除内部夹杂物和气体排除内部夹杂物和气体形成薄壁复杂的铸件形成薄壁复杂的铸件有利于有利于合金的流动性合金的流动性铸造成形理论基础铸造成形理论基础充型能力充型能力什么是充型什么是充型能力？能力？ 考虑铸型及工艺因素影响的熔融金属的流考虑铸型及工艺因素影响的熔融金属的流动性，流动性则是指熔融金

4、属本身的流动动性，流动性则是指熔融金属本身的流动能力，因而它是影响充型能力的主要因素能力，因而它是影响充型能力的主要因素之一。之一。其它影响其它影响充型能充型能力的因力的因素：素：铸型条件铸型条件浇注温度浇注温度铸造成形理论基础铸造成形理论基础充型能力充型能力铸型条件的铸型条件的影响：影响：铸型导热能力铸型导热能力 铸型导热能力越差，液态金属处于高温下的时间越长，有利于液态金属的铸型导热能力越差，液态金属处于高温下的时间越长，有利于液态金属的流动和充型。流动和充型。铸型阻力铸型阻力 铸型型腔狭窄、形状复杂或铸型材料的发气量大，型腔内气体量就显著增加，如铸型型腔狭窄、形状复杂或铸型材料的发气量大

5、，型腔内气体量就显著增加，如果铸型排气又不通畅，则造成铸型内气体反压力增大，导致铸型对金属液流动果铸型排气又不通畅，则造成铸型内气体反压力增大，导致铸型对金属液流动阻力增加，从而降低合金流动性。阻力增加，从而降低合金流动性。铸造成形理论基础铸造成形理论基础充型能力充型能力什么是浇注什么是浇注温度？温度？浇注温度指的是浇注时熔融合金的温度，一般浇注温度指的是浇注时熔融合金的温度，一般要求比它的液相线温度高，即存在过热度，要求比它的液相线温度高，即存在过热度，推迟它的凝固时间，以保持良好的流动性。推迟它的凝固时间，以保持良好的流动性。T浇注浇注t凝固凝固流动性流动性粘度粘度充填路径充填路径充型能力

6、充型能力但是也不能太高，否但是也不能太高，否则造成氧化，吸则造成氧化，吸气，过收缩，粘气，过收缩，粘砂，胀砂等不良砂，胀砂等不良后果。后果。铸造成形理论基础铸造成形理论基础铸造合金的收缩铸造合金的收缩什么是收缩？什么是收缩？收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。程中，其体积或尺寸缩减的现象。 收缩是铸造合金的物理本性，也是铸件产生缩孔、缩松、收缩是铸造合金的物理本性，也是铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷的基本原因。裂纹、变形和内应力等缺陷的基本原因。铸造成形理论基础铸造成形理论基础铸造合金的收缩铸造合金的收缩收

7、缩分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。收缩分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。铸件温度降低铸件温度降低浇注温度浇注温度室温室温凝固终止温度凝固终止温度开始凝固温度开始凝固温度液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩固态收缩固态收缩 体积收缩体积收缩线收缩线收缩v分类：分类：铸造成形理论基础铸造成形理论基础铸造合金的收缩铸造合金的收缩v 合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金体积的缩减，常用合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金体积的缩减，常用体积收缩率表示，是形成铸件缩孔和缩松缺陷的基本原因。体积收缩率表示，是形成铸件缩孔和缩松缺陷的基本原因。v体积收缩率：体积收缩率：v 合金的固态收缩，直观地表现为

8、铸件轮廓尺寸的减小，因而合金的固态收缩，直观地表现为铸件轮廓尺寸的减小，因而常用铸件单位长度上的收缩量，即线收缩率来表示，是铸件常用铸件单位长度上的收缩量，即线收缩率来表示，是铸件产生内应力、变形和裂纹的基本原因。产生内应力、变形和裂纹的基本原因。v线收缩率：线收缩率：3.34.20.13.614003.50灰口铸铁5.46.34.22.414003.00白口铸铁7.863.01.616100.35碳钢固态收缩（）凝固收缩（）液态收缩（）浇注温度（ ）碳含量（） 合 金 种 类 表1 典型合金的收缩率V铸造成形理论基础铸造成形理论基础铸造合金的收缩铸造合金的收缩铸造成形理论基础铸造成形理论基础

9、铸件中的缩孔和缩松铸件中的缩孔和缩松缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。产生原因：产生原因：先凝固区域堵住液体流动的通道，后凝固区域收先凝固区域堵住液体流动的通道，后凝固区域收缩所缩减的容积得不到补充。缩所缩减的容积得不到补充。v 定义：定义：缩孔形成过程示意图缩孔形成过程示意图铸造成形理论基础铸造成形理论基础铸件中的缩孔和缩松铸件中的缩孔和缩松疏松（缩松）是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸疏松（缩松）是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位

10、及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。v 定义：定义：铸造成形理论基础铸造成形理论基础铸件中的缩孔和缩松铸件中的缩孔和缩松v当合金的结晶温度范围很宽或铸件断面温度梯度较小时，当合金的结晶温度范围很宽或铸件断面温度梯度较小时，凝固过程中有较宽的糊状凝固两相并存的区域。随着树枝凝固过程中有较宽的糊状凝固两相并存的区域。随着树枝晶长大，该区域被分割成许多孤立的小熔池，各部分熔池晶长大，该区域被分割成许多孤立的小熔池，各部分熔池内剩余液态合金的收缩得不到补充，最后形成了形状不一内剩余液态合金的收缩得不到补充，最后形成了形状不一的分散性孔洞的分散性孔洞缩

11、松形成过程示意图缩松形成过程示意图v 产生原因：产生原因：铸造成形理论基础铸造成形理论基础铸件中的缩孔和缩松铸件中的缩孔和缩松显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等。显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等。缩孔：缩孔：采用冒口和冷铁实现定向凝固。采用冒口和冷铁实现定向凝固。缩松：缩松：热节处安放冷铁；涂激冷涂料；加大结晶压力热节处安放冷铁；涂激冷涂料；加大结晶压力.预预防防措措施施铸造成形理论基础铸造成形理论基础铸件中的缩孔和缩松铸件中的缩孔和缩松顺序凝固示意图顺序凝固示意图安装冒口或放置冷铁等工安装冒口或放置冷铁等工艺措施，使铸件上远离冒艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固口的部位先凝固（图

12、中（图中），尔后在靠近冒口的，尔后在靠近冒口的部位凝固部位凝固（图中（图中、），最后是冒口本身凝固。最后是冒口本身凝固。是指通过在铸件上可能出现疏松的后大部位是指通过在铸件上可能出现疏松的后大部位铸造成形理论基础铸造成形理论基础铸件内应力及铸件的变形、裂纹铸件内应力及铸件的变形、裂纹 在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力。在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力。铸造应力铸造应力相变应力相变应力热应力热应力机械应力机械应力铸造成形理论基础铸造成形理论基础铸件内应力及铸件的变形、裂纹铸件内应力及铸件的变形、裂纹 铸件特殊位置的裂纹示意图铸件特殊位置的裂纹示意图铸造成形理论基础铸造成形理论基础铸件内应力及

13、铸件的变形、裂纹铸件内应力及铸件的变形、裂纹以有利于释放铸造应力为原则；以有利于释放铸造应力为原则；1 1、采用正确的铸造工艺（、采用正确的铸造工艺（正确设计浇注系统、补缩系统等）；正确设计浇注系统、补缩系统等）；2 2、铸件形状设计要求简单、对称和厚薄均匀；、铸件形状设计要求简单、对称和厚薄均匀；3 3、对铸件进行热处理。、对铸件进行热处理。v back砂型铸造砂型铸造砂型铸造生产过程简介砂型铸造生产过程简介是指用砂粒制备铸型来生产铸件的铸造方法。可追溯到是指用砂粒制备铸型来生产铸件的铸造方法。可追溯到公元前公元前30004000年，用石头和金属型做出铜器。年，用石头和金属型做出铜器。零零件

14、件图图造型造型芯盒芯盒模型模型浇注浇注熔化金属熔化金属落砂落砂清理清理检验检验入库入库制芯制芯合箱合箱砂型铸造的工艺过程砂型铸造的工艺过程v砂型铸造砂型铸造砂型铸造砂型铸造砂型铸造生产过程简介砂型铸造生产过程简介常用造型方法及其选择常用造型方法及其选择整模造型整模造型分模造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刮板造型刮板造型地坑造型地坑造型造造 型型 方方 法法手工造型手工造型机器造型机器造型 为了正确地选择造型方法，必须对各种造型方法为了正确地选择造型方法，必须对各种造型方法的特点有所了解（的特点有所了解（视频视频）砂型铸造砂型铸造铸模设计铸模设计q 铸模设计：铸模设计

15、： 浇注位置：浇注位置： 指浇注时铸件在铸型中所处的位置。指浇注时铸件在铸型中所处的位置。分型面：分型面： 指铸型的分割或装配面。指铸型的分割或装配面。正确设置浇注位置和分型面是完成造型、取模、设置浇冒正确设置浇注位置和分型面是完成造型、取模、设置浇冒系统和安装砂芯的需要。系统和安装砂芯的需要。砂型铸造砂型铸造铸模设计铸模设计q 铸模设计：铸模设计： 正确选择收缩量、正确选择收缩量、机械加工余量和拔模机械加工余量和拔模斜度等。斜度等。拔模斜度拔模斜度砂型铸造砂型铸造铸模设计铸模设计 设计原则：设计原则：确保液态金属能够平稳确保液态金属能够平稳而合理地充满型腔。而合理地充满型腔。浇注系统示意图浇

16、注系统示意图 浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道；通常由浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道；通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道等组成。浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道等组成。砂型铸造砂型铸造铸模设计铸模设计 为消除缩孔和疏松，必须为消除缩孔和疏松，必须设置冒口、冷铁等补缩系统。设置冒口、冷铁等补缩系统。砂型铸造砂型铸造铸模设计铸模设计设计原则：设计原则：1 1、冒口的凝固时间必须大于或等于铸件被补冒口的凝固时间必须大于或等于铸件被补缩部分的凝固时间。缩部分的凝固时间。2 2、冒口应具有足够大的体积，以保证有足够的金属液补冒口应具有足够大的体积，以保证有足够的金属液补充铸件内部的体收缩。

17、充铸件内部的体收缩。3 3、在铸件凝固时，冒口与被补缩部位之间应有通畅的补在铸件凝固时，冒口与被补缩部位之间应有通畅的补缩通道。缩通道。4 4、为增加铸件局部冷却速度，在铸型局部区域设置激冷为增加铸件局部冷却速度，在铸型局部区域设置激冷能力强的材料（如铸铁、石墨或铸钢等）作为冷铁。能力强的材料（如铸铁、石墨或铸钢等）作为冷铁。砂型铸造砂型铸造生产准备生产准备q 生产准备：生产准备： 模型的内轮廓应该与铸件的外轮廓的形状相一致，并且在模型的内轮廓应该与铸件的外轮廓的形状相一致，并且在尺寸上比铸件尺寸上比铸件大出一个收缩量大出一个收缩量。 对于有孔或中空的对于有孔或中空的铸件，需在模腔中铸件，需在

18、模腔中放置放置型芯型芯来获得。型芯的尺来获得。型芯的尺寸设计也要考虑到收缩寸设计也要考虑到收缩量的问题。量的问题。砂型铸造砂型铸造生产准备生产准备技术要求：技术要求：型（芯）砂具有一定的强度、透气性、退让性型（芯）砂具有一定的强度、透气性、退让性盒溃散性等。盒溃散性等。影响因素：影响因素：1 1、 主要指砂型主要指砂型 的紧实程度。的紧实程度。（右图表示（右图表示 了几种常用了几种常用的压实型砂的压实型砂的方法）的方法）砂型铸造砂型铸造生产准备生产准备 1 1）原砂、粘结剂和稀释剂的成分配比；）原砂、粘结剂和稀释剂的成分配比； 型型 砂砂稀释剂稀释剂原原 砂砂粘结剂粘结剂铬铁矿砂铬铁矿砂水溶剂

19、水溶剂粘粘 土土水玻璃水玻璃树树 脂脂石英砂石英砂锆英砂锆英砂v2、型砂的影响：型砂的影响：砂型铸造砂型铸造生产准备生产准备一般认为：粒度在小尺寸范围呈正态分布，有利于一般认为：粒度在小尺寸范围呈正态分布，有利于 砂型强度的提高，但透气性较差。砂型强度的提高，但透气性较差。 v2、型砂的影响：型砂的影响：2）原砂的形状、粒度状况）原砂的形状、粒度状况砂型铸造砂型铸造工艺过程工艺过程 砂型铸造砂型铸造特点及应用特点及应用q 特点及应用：特点及应用：1 1、不受铸件材质、尺寸、质量和生产批量的限制；、不受铸件材质、尺寸、质量和生产批量的限制；2 2、属于一次性铸造成形，造型工作量大；、属于一次性铸

20、造成形，造型工作量大；3 3、铸件精度和表面质量差；、铸件精度和表面质量差；4 4、砂型铸造缺陷多，废品率高，机械性能较差；、砂型铸造缺陷多，废品率高，机械性能较差；5 5、设备简单、投资少，价格低廉，应用广泛。、设备简单、投资少，价格低廉，应用广泛。v back特种铸造特种铸造定义及分类定义及分类 为获得高质量、高精度的铸件，提高生产率，人们在为获得高质量、高精度的铸件，提高生产率，人们在砂型铸造的基础上，创造了多种其它的铸造方法；通常把砂型铸造的基础上，创造了多种其它的铸造方法；通常把这些有别于砂型铸造的其他铸造方法通称为特种铸造。这些有别于砂型铸造的其他铸造方法通称为特种铸造。金属型金属

21、型铸造铸造熔模铸造熔模铸造消失模消失模铸造铸造连续铸造连续铸造离心铸造离心铸造低压铸造低压铸造压力铸造压力铸造特种铸造特种铸造金属型铸造金属型铸造q 金属型铸造：金属型铸造： 金属型铸造是指利用金属材料制成铸型，在重力金属型铸造是指利用金属材料制成铸型，在重力作用下将熔融金属浇注到铸型中制造铸件的一种铸造方法，作用下将熔融金属浇注到铸型中制造铸件的一种铸造方法，也称永久型铸造。也称永久型铸造。 特种铸造特种铸造金属型铸造金属型铸造 1 1、可重复使用，生产效率高，劳动条件好，但成本高；、可重复使用，生产效率高，劳动条件好，但成本高； 2 2、铸件精度高，表面粗糙度较低；、铸件精度高，表面粗糙度

22、较低； 3 3、金属散热性能好，晶粒细化，机械性能好；、金属散热性能好，晶粒细化，机械性能好； 4 4、不透气且无退让性，易造成铸件浇不足或开裂。、不透气且无退让性，易造成铸件浇不足或开裂。 5 5、适于生产大批量有色金属铸件。、适于生产大批量有色金属铸件。特种铸造特种铸造熔模铸造熔模铸造q 熔模铸造：熔模铸造： 特种铸造特种铸造熔模铸造熔模铸造 特种铸造特种铸造熔模铸造熔模铸造 1 1、铸件尺寸精度高，表面光洁；、铸件尺寸精度高，表面光洁； 2 2、可铸造形状复杂零件；、可铸造形状复杂零件； 3 3、工艺过程复杂，生产周期长，成本高；、工艺过程复杂，生产周期长，成本高； 4 4、适于铸造小尺

23、寸的各类合金铸件，特别是少切削或、适于铸造小尺寸的各类合金铸件，特别是少切削或 无切削精密铸件。无切削精密铸件。特种铸造特种铸造熔模铸造熔模铸造 航空发动机叶片早期采用变形高温合金材料，随着航空发动机叶片早期采用变形高温合金材料，随着合金材料强度要求的提高，人们采用合金化的方法来提合金材料强度要求的提高，人们采用合金化的方法来提高强度，效果明显，但同时也增加了材料的加工难度。高强度，效果明显，但同时也增加了材料的加工难度。特种铸造特种铸造压力铸造压力铸造 q 压力铸造：压力铸造：特种铸造特种铸造压力铸造压力铸造 q压力压力铸造：铸造：特种铸造特种铸造压力铸造压力铸造 大型压铸机及压铸模大型压铸

24、机及压铸模特种铸造特种铸造压力铸造压力铸造 1 1、浇注时间短，易于机械化、自动化作业；、浇注时间短，易于机械化、自动化作业； 2 2、铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好；、铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好； 3 3、铸件尺寸精度高，表面光洁；、铸件尺寸精度高，表面光洁； 4 4、凝固速度快，排气困难，易形成疏松和缩孔；、凝固速度快，排气困难，易形成疏松和缩孔； 5 5、模具成本高，铸件尺寸受限；、模具成本高，铸件尺寸受限； 6 6、适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产。、适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产。特种铸造特种铸造低压铸造低压铸造q 低压铸造：低压铸造： 特种铸造特种铸造低压铸造低压铸造 特种铸造特种铸造低压铸造低压铸造 低压铸造火车车轮示意图低压铸造火车车轮示意图特种铸造特种铸造低压铸造低压铸造 1 1、充型压力和充型速度易于控制，气孔、夹渣较少；、充型压力和充型速度易于控制，气孔、夹渣较少； 2 2、铸型散