铸造工艺简介

1、背景 我国有辉煌的传统冶铸历史，在殷商我国有辉煌的传统冶铸历史，在殷商时期就有灿烂的青铜器铸造技术。如北京时期就有灿烂的青铜器铸造技术。如北京明朝永乐青铜大钟，重达明朝永乐青铜大钟，重达46.546.5t t，钟高钟高6.756.75m m，钟唇厚钟唇厚2222cmcm，外径外径3.33.3m m，钟体内遍钟体内遍铸经文铸经文22.722.7万字，击钟时尾音长达万字，击钟时尾音长达2 2分钟以分钟以上，传距上，传距2020kmkm。外形和内腔如此复杂、重外形和内腔如此复杂、重量如此巨大、质量要求如此高的青铜大钟量如此巨大、质量要求如此高的青铜大钟，正说明我国早已掌握冶炼和铸造技术。，正说明我国

2、早已掌握冶炼和铸造技术。 铸铸 型型 型型 腔腔 模模 样样：由木材、金属或其他材料制成，用来形 成铸型型腔的工艺装备。 零零 件件：铸件经切削加工制成的金属件。 砂砂 芯芯：为获得铸件的内孔或局部外形，用芯砂 或其他材料制成的，安放在型腔内部的 铸型组元。 芯芯 盒盒：制造砂芯或其他耐火材料所用的装备。铸件在由液体转变为固体的过程中，要产生收缩，如不及时补充液体，就会在铸件内部产生缩孔而使铸件报废。因此，要在铸件凝固前要给铸件补充液体防止缩孔，这种在铸件上补充液体的部分，就称为补缩系统。它一般是用于铸件的铸造生产过程中，在铸件凝固后，它是要切割掉的。 零件技术要求零件技术要求原材料造型熔化控

3、制调整成分浇注凝固出模：清理、检验等清理、检验等清理、检验等清理、检验等铸造的主要优点：铸造的主要优点：投资小、生产周期短、技术过程投资小、生产周期短、技术过程灵活性大、能制造形状复杂的零件灵活性大、能制造形状复杂的零件。铸造的缺点：铸造的缺点： 铸件内部组织疏松、晶粒粗大，易铸件内部组织疏松、晶粒粗大，易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷；铸件外部易产生粘产生缩孔、缩松、气孔等缺陷；铸件外部易产生粘砂、夹砂、砂眼等。由此，与同样材料的锻件相比，砂、夹砂、砂眼等。由此，与同样材料的锻件相比，铸件的力学性能低，特别是冲击韧性。铸件的力学性能低，特别是冲击韧性。又由于铸造又由于铸造工序多，难以精确控制，使

4、铸件工序多，难以精确控制，使铸件品质不够稳定品质不够稳定。 可以制造形状复杂的毛坯或零件； 加工余量小，金属利用率高； 适应性强，应用面广，用于制造常用金属及合金的 铸铁件； 铸件的成本低； 铸件的晶粒比较粗大，组织疏松，常存在气孔、夹 渣等铸造缺陷，机械性能比锻件差； 铸造生产工序多，铸件质量不够稳定，废品率较高； 铸件表面较粗糙，多用于制造毛坯。铸型种类铸型种类铸铸 型型 特特 征征主主 要要 特特 点点适适 用用 范范 围围湿型砂湿型砂（湿型）（湿型）以粘土作粘结剂，不以粘土作粘结剂，不经烘干可直接进行浇经烘干可直接进行浇注的砂型注的砂型生产周期短、效率高，易于实现机械化、自动生产周期短

5、、效率高，易于实现机械化、自动化，设备投资和能耗低；但铸型强度低、发气化，设备投资和能耗低；但铸型强度低、发气量大，易于产生铸造缺陷量大，易于产生铸造缺陷单件或批量生产，单件或批量生产，尤其是大批量生产。尤其是大批量生产。广泛用于铝合金、广泛用于铝合金、镁合金和铸铁件镁合金和铸铁件干砂型干砂型（干型）（干型）经过烘干的高粘土含经过烘干的高粘土含量（粘土质量分数为量（粘土质量分数为12121414）的砂型）的砂型铸型强度和透气性较高，发气量小，故铸造缺铸型强度和透气性较高，发气量小，故铸造缺陷较少；但生产周期长，设备投资较大、能耗陷较少；但生产周期长，设备投资较大、能耗较高，且难于实现机械化与自

6、动化较高，且难于实现机械化与自动化单件、小批生产品单件、小批生产品质要求较高，结构质要求较高，结构复杂的中、大型铸复杂的中、大型铸件件表面表面烘干型烘干型浇注前用适当方法将浇注前用适当方法将型腔表层（厚型腔表层（厚15MM15MM）进行干燥的砂型进行干燥的砂型兼有湿砂型和干砂型的优点兼有湿砂型和干砂型的优点单件、小批生产中、单件、小批生产中、大型铝合金铸件和大型铝合金铸件和铸铁件铸铁件自硬砂型自硬砂型常用水玻璃或合成树脂常用水玻璃或合成树脂作粘结剂，靠砂型自身作粘结剂，靠砂型自身的化学反应硬化，一般的化学反应硬化，一般不需烘烤，或只经低温不需烘烤，或只经低温烘烤烘烤铸型强度高、能耗低，生产效率

7、高，粉尘少；铸型强度高、能耗低，生产效率高，粉尘少；但成本较高，有时易产生粘砂等缺陷但成本较高，有时易产生粘砂等缺陷单件或批量生产各单件或批量生产各类铸件，尤其是大、类铸件，尤其是大、中型铸件中型铸件常用砂型的主要特点和适用范围常用砂型的主要特点和适用范围砂型铸造工艺流程 以手工操作为主，劳动强度大，劳动生产率低，铸件缺陷率以手工操作为主，劳动强度大，劳动生产率低，铸件缺陷率较高；较高； 适用于重型铸件和形状复杂铸件的单件、小批量生产。适用于重型铸件和形状复杂铸件的单件、小批量生产。 生产效率高，劳动条件得到改善；生产效率高，劳动条件得到改善； 精度比手工造型铸件高；精度比手工造型铸件高； 设

8、备投资较大，适于形状不太复杂但生产批量较大的铸件的设备投资较大，适于形状不太复杂但生产批量较大的铸件的生产。生产。零件零件木模木模砂箱砂箱分模面分模面 模样是整体的，多数情况下，型腔全部在下半型内，上半型无型腔。造型简单，铸件不会产生错型缺陷。铸件最大截面在一端，且为平面。三箱造型 铸型由上、中、下三部分组成，中型的高度须与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型费工，应尽量避免使用 地坑造型地坑造型 在车间在车间地坑地坑内造型，用地坑代替下砂箱，只要一内造型，用地坑代替下砂箱，只要一个上砂箱，可减少砂箱的投资。大型铸件单件生产时个上砂箱，可减少砂箱的投资。大型铸件单件生产时, ,降低铸型高度降低

9、铸型高度, ,便于浇注操作。但造型费工，而且要求便于浇注操作。但造型费工，而且要求操作者的技术水平较高。操作者的技术水平较高。模样是整体的，但铸件的分型面是曲面。为了起模方模样是整体的，但铸件的分型面是曲面。为了起模方便，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂。每造一件，便，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂。每造一件，就就挖砂挖砂一次，费工、生产率低一次，费工、生产率低 。挖砂造型挖砂造型 用用刮板刮板代替模样造型。可大大降低模样成本，节约代替模样造型。可大大降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，要求操作者的技术木材，缩短生产周期。但生产率低，要求操作者的技术水平较高水平较高. . 刮板造型

10、刮板造型 铸件上有妨碍起模的小凸台、肋条等。制模时将铸件上有妨碍起模的小凸台、肋条等。制模时将此部分作成此部分作成活块活块，在主体模样起出后，从侧面取出活，在主体模样起出后，从侧面取出活块。单件小批生产带有突起部分的铸件。块。单件小批生产带有突起部分的铸件。活块造型活块造型造型方法主 要 特 点适 应 范 围两箱造型两箱造型 用两个砂箱制造砂型。可采用多种模样（整用两个砂箱制造砂型。可采用多种模样（整体模、分块模、刮板模等）和多种造型方法体模、分块模、刮板模等）和多种造型方法（挖砂、假箱等），操作一般较简便（挖砂、假箱等），操作一般较简便 单件或批量生产各种尺寸的铸单件或批量生产各种尺寸的铸件

11、，是最基本的造型方法件，是最基本的造型方法多箱造型多箱造型 用三个或以上砂箱制造砂型，须采用分块模，用三个或以上砂箱制造砂型，须采用分块模，操作费工，生产效率低操作费工，生产效率低 单件、小批生产需两个以上分单件、小批生产需两个以上分型面的铸件或高大、复杂的铸件型面的铸件或高大、复杂的铸件脱箱造型脱箱造型 在可脱砂型内造型，合型后脱去砂箱。操作在可脱砂型内造型，合型后脱去砂箱。操作简便灵活，生产效率高，适应性较强简便灵活，生产效率高，适应性较强 单件或批量生产湿型铸造的中、单件或批量生产湿型铸造的中、小型铸件小型铸件刮板造型刮板造型 不用模样或芯盒而用刮板造型，可节省制造不用模样或芯盒而用刮板

12、造型，可节省制造模样的材料和工时、但操作技术要求高，生产模样的材料和工时、但操作技术要求高，生产效率低，铸件精度低效率低，铸件精度低 单件、小批量生产等截面或回单件、小批量生产等截面或回转体类的大、中型铸件转体类的大、中型铸件地坑造型地坑造型 在砂坑或地坑中制造下型，可省去下砂箱，在砂坑或地坑中制造下型，可省去下砂箱，也可不用上型，但技术要求高，生产效率低也可不用上型，但技术要求高，生产效率低单件生产大、中型铸件单件生产大、中型铸件常用的手工造型方法的主要特点和适用范围机器造型 机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序，常用的机器造型方法有震实造型、微震实造型、高压造型、抛砂造型、气冲造型等填

13、砂震击紧砂辅助压实起模工艺特点: 机器造型工艺是采用模底板进行两箱造型。模底板是将模样、浇注系统沿分型面与底板联结成一个整体的专用模具。造型后，底板形成分型面，模样形成铸型空腔。震实造型震实造型震实造型震实造型（2） 微震实造型 （3 3）高压造型）高压造型（4）抛砂造型 抛砂机的抛砂机头的电动机驱动高速叶片，连续地将传送带运来的型砂在机头 内初步紧实，并在离心力的作用下，型砂呈团状被高速（3060 m/s）抛到砂箱中，使型砂逐层地紧实。抛砂紧实同时完成填砂与紧实两个工序，生产效率高、型砂紧实密度均匀。抛砂机适应性强，可用于任何批量的大、中型铸型或大型芯的生产。 （5）气流冲击造型1-压缩空气

14、包；2-气冲阀；3-阀盘；4-辅助框； 5-模板； 6-砂箱；7-升降夹紧机构特种铸造熔模铸造金属型铸造消失模铸造陶瓷型铸造磁型铸造压力铸造低压铸造离心铸造挤压铸造特种铸造：铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造的方法两类特点：1.1.充型力变更充型力变更2.2.型模革新型模革新特点：特种铸造具有铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好、原材料消耗低、工作环境好等优点。但铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定限制。熔模铸造熔模铸造( (失蜡铸造失蜡铸造 ) )熔模铸件的结构工艺性 （1） 铸孔不能太小和太深，一般铸孔应大于 2mm。否则涂料和砂粒很难进入腊模的空洞内,只能采用陶

15、瓷芯或石英玻璃管芯，工艺复杂，清理困难。一般铸孔应大于2mm。 （2） 逐渐壁厚不可太薄，一般2-8mm。 （3） 铸件壁厚尽量均匀。 （4） 熔模铸造工艺一般不用冷铁，少用冒口，多用直浇口直接补缩，故不能有分散的热节。 （5） 便于取出型芯和腊模。熔模铸造的特点和应用 （1）铸件精度高，表面质量好，属少量无切削工艺。尺寸精度IT11-14，表面粗糙度Ra12.5-1.6m。（2）可铸造形状复杂铸件，最小壁厚可达0.3mm，最小铸孔直径0.5mm。可一次铸出组合体。（3）铸造合金种类不受限制，尤其适合高熔点和难切削合金。（4）生产批量不受限制，可单件或成批生产。（5）工序繁杂，生产周期长，原辅

16、材料费用高，生产成本较高，铸件限于25kg。 将液体金属在重力作用下浇入金属铸型，以获得铸件的一种方法。铸型用金属制成，可以反复使用。金属型金属型冷速快冷速快 一型多用一型多用金属型铸造金属型铸造 金属型铸造特点及应用范围（1）机加工余量小，尺寸精度IT12-IT16; ; 表面粗糙度Ra12.5-6.3m。（2）冷却速度快，铸件晶粒较细，力学性能提高。金属型生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。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； （3）一型多铸，提高生产率，节约造型材料，减轻环境污染，改善劳动条件。 金属型铸造特点及应用范围(4)成本高，

17、不宜大型，形状复杂和薄壁铸件；铸铁件易白口化，切削困难，尺寸限制在300mm，重量8kg以下。(5)铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定;(6)铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约1530；用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80100； 产 品压铸技术流程图 压铸机分类按压室是否浸在按压室是否浸在熔融金属中，分熔融金属中，分冷室压铸机冷室压铸机热室压铸机热室压铸机按压室位置，分卧式压铸机立式压铸机主要构成：合型机构、压射机构、合型机构、压射机构、机座、液压传动系统、控制系统、机座、液压传动系统、控制系统、润滑冷却系统等润滑冷却系统等。河 北 工 业 大 学 材 料

18、 科 学 与 工 程 学 院应用应用 背景背景汽车发动机缸体、缸盖汽车轮毂汽车方向盘笔记本电脑外壳手机外壳宝丽来PDC-2000数码照相机及外壳灯筒河 北 工 业 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院压铸工艺过程压铸工艺过程（简称压铸）（简称压铸）是在是在高压高压作作用下将液态用下将液态或半液态金或半液态金属属快速快速压入压入金属压铸型金属压铸型（亦可称为（亦可称为压铸模或压压铸模或压型）中，并型）中，并在压力下凝在压力下凝固而获得铸固而获得铸件的液态成件的液态成形方法形方法。2、种类（根据压室的种类）（1）热压室压铸机河 北 工 业 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院压铸工艺过

19、程压铸工艺过程（2）冷压室压铸机 压铸机分类：根据压室工作条件不同，分为冷压室压铸机和热压室压铸机两类。热压室压铸机的压室与坩热压室压铸机的压室与坩埚连成一体，埚连成一体，而冷压室压铸机的压室是与坩埚分开的。而冷压室压铸机的压室是与坩埚分开的。冷压室压铸机又可分为立式和卧式两种，目前以卧式冷压室压铸机应用较多压铸工艺过程压铸工艺过程河 北 工 业 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院压铸铸型：定型、动型，将定量金属液浇入压室，柱塞向前推进，金属液经浇道压入压铸模型腔中，经冷凝后开型，由推杆将铸件推出。冷压室压铸机，可用于压铸熔点较高的非铁金属，如铜、铝和镁合金等。卧式冷压室压铸机工作原理

20、（二）压铸件的结构工艺性卧式冷室压铸机精度高精度高（IT11-13IT11-13级；级；表面粗糙度Ra值为6.31.6m，可不经机械加工直接使用，而且互换性好。适应适应形状复杂形状复杂、轮廓清晰、轮廓清晰、薄壁薄壁深腔铸件；深腔铸件；可组合压铸或可组合压铸或镶嵌镶嵌压铸；压铸；生产率高生产率高、材料利用率提高、材料利用率提高60-70%60-70%、实现少、实现少切削和零切削，经济效益好。切削和零切削，经济效益好。应用：应用：生产锌合金、铝合金、镁合金和铜合金等铸件；汽车、拖拉机制造业、仪表和电子仪器工业、在农业机械、国防工业、计算机、医疗器械等制造业等。缓慢地向坩埚炉缓慢地向坩埚炉内通入干燥

21、的压内通入干燥的压缩空气，金属液缩空气，金属液受气体压力的作受气体压力的作用，由下而上沿用，由下而上沿着升液管和浇注着升液管和浇注系统充满型腔。系统充满型腔。开启铸型，取出开启铸型，取出铸件。铸件。应用：汽车发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等。应用：汽车发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等。压铸模具图2-73 压铸模总体结构示意图1-铸件；2-导柱；3-冷却水管；4-定模；5-动模；6-顶杆板7-顶杆；8-型腔；9-排气槽；10-浇注系统5）离心铸造 离心铸造是指将离心铸造是指将熔融金属熔融金属浇入浇入旋转旋转的的铸型铸型中，使液体金属在中，使液体金属在离心力作用离心力作用下下充填充填铸型并铸型并凝凝固

22、固成形的一种铸造方法。成形的一种铸造方法。（一）离心铸造的类型（一）离心铸造的类型 铸型：铸型：金属型或砂型。金属型或砂型。 分类：分类：离心铸造机通常可分为立式和卧式两大离心铸造机通常可分为立式和卧式两大类，如图类，如图1-391-39所示。所示。图1-39 离心铸造机原理图a)立式离心铸造 b)卧式离心铸造离心铸造机工艺离心铸造的特点及应用范围离心铸造的特点是：离心铸造的特点是：（1 1）液体金属能在铸型中形成中空的自由表面，不液体金属能在铸型中形成中空的自由表面，不用用型芯型芯即可铸出中空铸件，简化了套筒、管类铸即可铸出中空铸件，简化了套筒、管类铸件的生产过程。件的生产过程。（2 2）由

23、于旋转时液体金属所产生的离心力作用，离由于旋转时液体金属所产生的离心力作用，离心铸造可提高金属心铸造可提高金属充填铸型充填铸型的能力，因此一些流的能力，因此一些流动性较差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造法生动性较差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造法生产。产。（3 3）由于离心力的作用，改善了由于离心力的作用，改善了补缩条件补缩条件，气体和非金属夹杂，气体和非金属夹杂物也易于自金属液中排出，产生缩孔、缩松、气孔和夹杂等物也易于自金属液中排出，产生缩孔、缩松、气孔和夹杂等缺缺陷陷的几率较小。的几率较小。（4 4）无浇注系统和冒口）无浇注系统和冒口，节约金属。，节约金属。不足：不足：金属中的气体、熔渣等

24、夹杂物，因密度较轻而集中在铸件金属中的气体、熔渣等夹杂物，因密度较轻而集中在铸件的内表面上，所以内孔的尺寸不精确，质量也较差；铸件易产的内表面上，所以内孔的尺寸不精确，质量也较差；铸件易产生成分偏析和密度偏析生成分偏析和密度偏析。应用：应用：铸铁管、汽缸套、铜套、双金属轴承、特殊钢的无缝管坯、铸铁管、汽缸套、铜套、双金属轴承、特殊钢的无缝管坯、造纸机滚筒等铸件的生产。造纸机滚筒等铸件的生产。6）实型铸造（消失模铸造） 实型铸造：采用聚苯乙烯发泡塑料模样代替普通模样，造好型后不取出模样就浇入金属液，在金属液的作用下，塑料模样燃烧、气化、消失，金属液取代原来塑料模所占据的空间位置，冷却凝固后获得所

25、需铸件的铸造方法。 实型铸造（消失模铸造）实型铸造特点（1） 由于采用了遇金属液即气化的泡沫塑料模样，无需起模，无分型面，无型芯，因而无飞边毛刺，铸件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模铸造，但尺寸却可大于熔模铸造。（2） 各种形状复杂铸件的模样均可采用泡沫塑料模粘合，成形为整体，减少了加工装配时间，可降低铸件成本10%30%，也为铸件结构设计提供充分的自由度。（3） 简化了铸件生产工序，缩短了生产周期，使造型效率比砂型铸造提高25倍。 缺点：实型铸造的模样只能使用一次，且泡沫塑料的密度小、强度低，模样易变形，影响铸件尺寸精度。浇铸时模样产生的气体污染环境。 用途：实型铸造主要用于不易起模等复杂铸件

26、的批量及单件生产。实型铸造特点1 1砂套造型砂套造型 先用水玻璃砂制出砂套。制造砂套的模样先用水玻璃砂制出砂套。制造砂套的模样B B比铸件模比铸件模样样A A应大一个陶瓷料厚度（图应大一个陶瓷料厚度（图1-401-40a a）。）。砂套的制造方法与砂型铸砂套的制造方法与砂型铸造相同（图造相同（图1-401-40b b）。）。2 2灌浆与胶结灌浆与胶结 其过程是将铸件模样固定于模底板上，刷上分型其过程是将铸件模样固定于模底板上，刷上分型剂，扣上砂套，将配制好的陶瓷浆料从浇注口注满砂套（图剂，扣上砂套，将配制好的陶瓷浆料从浇注口注满砂套（图1-1-4040c c），），经数分钟后，陶瓷浆料便开始结胶。经数分钟后，陶瓷浆料便开始结胶。陶瓷浆料由陶瓷浆料由耐火材料耐火材料（如刚玉粉、铝矾土等）、（如刚玉粉、铝矾土等）、粘结剂粘结剂（如硅酸乙（如硅酸乙酯水解液）等组成。酯水解液）等组成。陶瓷型铸造工艺流程陶瓷型铸造工艺流程 3起模与喷烧 浆料浇注515min后，趁浆料尚有一定弹性便可起出模样。为加速固化过程提高铸型强度，必须用明火喷烧整个型腔（图1-40d）。4焙烧与合型 浇注前要加热到350550焙烧25h，烧去残存的水分、并使铸型的强度进一步提高。5浇注 浇注温度可略高，以便获得轮廓清晰的铸件。图1-40 陶瓷型铸造的工艺过程铸造方法的选择 每种铸造方