材料成形工艺1

个人简介李伟重庆大学材料科学与工程专业博士，主要从事镁合金加工及镁合金生物材料研究，现在贵州大学材料学院材料科学与工程系。

联系方式E-mail：liweiem@163.com

Tel程目的与任务了解和掌握材料的各种成形工艺及其特点掌握各成形工艺方案确定原则能进行简单的工艺分析、工艺方案确定及模具设计

金属焊接成形工艺（6学时）金属塑性成形工艺（12学时）金属铸造成形工艺（10学时）课程主要内容绪论材料成形工艺金属铸造成形（铸）金属塑性成形（锻）金属焊接成形（焊）高分子成形（注塑）特点在热态下模压成形

材料利用率高

产品性能好

产品尺寸规格一致

劳动生产率高

尺寸精度低，表面精糙度高

特点

绪论分类

材料成形

绪论实例

板料成形Sheet-MetalFormingProcesses绪论铸造Casting焊接Welding实例

绪论非金属材料成形锻造Forging实例

绪论实例

发展趋势

绪论精密成形工艺复合成形工艺材料成形过程的计算机数值模拟（CAE）模具、模型及工装的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）第一篇液态金属铸造成形概述

中国古代三大铸造技术：泥范铸造、铁范铸造、熔模铸造司母戊鼎，1939年安阳武官村出土，高133厘米，重833千克，是中国目前发现最重的青铜器。四羊方尊，1938年出土于湖南宁乡，重34.5公斤，被认为是中国古代泥范铸制的巅峰之作。第一篇液态金属铸造成形三峡右岸70万千瓦水轮机转轮制造成功2万吨级船用螺旋桨概述

第一篇液态金属铸造成形液态金属充型铸件凝固收缩铸造成形的基本过程：实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中凝固和冷却。

注意两个过程：充填型腔——可能出现浇不足、卷气、夹杂等缺陷

凝固冷却——可能出现缩孔、缩松等缺陷

概述

液态金属成形：即铸造（casting），是将液态金属借助外力充填到型腔中，使其凝固冷却而获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的工艺。

第一篇液态金属铸造成形概述

其主要工序如下图所示：零件技术要求原材料造型熔化控制调整成分浇注凝固出模清理、检验等第一篇液态金属铸造成形概述

铸造成形的特点：可以生产出形状复杂的零件，特别是具有复杂内腔的零件适应性广成本低铸件的尺寸和形状与零件非常接近，可以减少切削加工量缺点：工序多，质量不易控制，铸件内部组织缺陷多，力学性能低。§1.1液态金属充型能力§1.2铸件的凝固与收缩§1.3铸件的气孔§1.4铸件中的偏析§1.5铸件中的常见缺陷第一篇液态金属铸造成形1.铸造成形工艺基础——本章要点第一篇液态金属铸造成形1.1.1液态金属的充型能力

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，称为液态合金的充型能力。影响充型能力的因素金属的流动性浇注条件铸型填充能力充型能力不强，则易产生浇不足、冷隔等现象。1.1铸造成形工艺基础——液态金属充型能力1.1.2金属流动性(fluidity)

流动性好：充型能力强，有利于气体和非金属夹杂物上浮和对铸件进行补缩。流动性不好：不能充满型腔，不能形成符合要求的优质铸件。流动性测定：

第一篇液态金属铸造成形1.1铸造成形工艺基础——液态金属充型能力在相同的浇注工艺条件下，将金属液浇入铸型中，测出其实际螺旋线长度愈长，金属的流动性愈好合金的流动性主要取决于它本身的化学成分第一篇液态金属铸造成形1.1铸造成形工艺基础——液态金属充型能力a）在恒温下凝固b）在一定温度范围内凝固PbSb20406080204060800流动性（cm）100200300温度（℃）0

纯金属和共晶成分的合金，在恒温下进行结晶，固液界面较光滑，对液态合金的流动阻力小，且共晶成分合金的凝固温度最低，推迟了合金的凝固时间，故流动性最好；

其它成分的合金是在一定温度范围内结晶的，由于初生树枝状晶体，固液界面粗糙，合金的流动阻力加大，合金的流动性大大下降。

合金的结晶温度区间越宽，粘度越大，结晶潜热越小，流动性越差。第一篇液态金属铸造成形1.1铸造成形工艺基础——液态金属充型能力铸铁铸钢1.1.3浇注条件（pouring）浇注温度浇注温度越高，充型能力越好。但温度过高。会出现粘砂（sandadherence）、缩孔（shrinkagecavity）、气孔（blowhole）、粗晶（graincoarsening）等铸造缺陷。充型压力压力越大，充型能力越好。浇注系统

浇注系统的结构越复杂，则流动阻力越大，充型能力越差。第一篇液态金属铸造成形1.1铸造成形工艺基础——液态金属充型能力1.1.4铸型填充条件:铸型的蓄热能力散热越快的铸型，充型能力越差。铸型温度金属型铸造和熔模铸造时，铸型温度越高，充型能力越好。铸型中气体铸型中的气体压力增大，液态合金的流动困难，充型能力差。第一篇液态金属铸造成形1.1铸造成形工艺基础——液态金属充型能力1.2.1铸件的凝固方式逐层凝固

纯金属或共晶成分合金凝固过程中不存在液、固并存现象，液固界限清楚分开，称为逐层凝固。糊状凝固中间凝固

大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固方式。第一篇液态金属铸造成形1.2铸造成形工艺基础——铸件的凝固与收缩结晶温度范围很宽的合金，从铸件的表面至心部都是固液两相混存。球墨铸铁、高碳钢都是糊状凝固的合金。第一篇液态金属铸造成形1.2铸造成形工艺基础——铸件的凝固与收缩影响铸件凝固方式的因素：合金的结晶温度

结晶温度范围越小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固。铸件的温度梯度合金结晶温度范围已定时，温度梯度越大，糊状凝固区越小。—合金的性质—铸型的蓄热能力—浇注温度1.2.2铸件的收缩第一篇液态金属铸造成形1.2铸造成形工艺基础——铸件的凝固与收缩合金的收缩：

铸件在凝固和冷却过程中，其体积或尺寸减少的现象称为收缩。

①液态收缩（体收缩率）浇注温度—液相线②凝固收缩（体收缩率）液相线—固相线③固态收缩（线收缩率）固相线—室温缩孔缩松应力，变形，裂纹成分(%)

T

①②③第一篇液态金属铸造成形

影响铸件收缩的主要因素：化学成分：铸钢和白口铸铁收缩率大，灰铸铁、球铁小；浇注温度：T↑→收缩率大；铸件结构：壁厚不均匀→收缩受阻→收缩率小；铸型条件：铸型、型芯阻碍收缩→收缩率小1.2铸造成形工艺基础——铸件的凝固与收缩1.2.3收缩导致的铸件缺陷

（1）缩孔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。产生原因：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。第一篇液态金属铸造成形1.2铸造成形工艺基础——铸件的凝固与收缩（2）缩松第一篇液态金属铸造成形1.2铸造成形工艺基础——铸件的凝固与收缩

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分散性的内表面光滑近似球状的小孔洞。产生原因：凝固过程中有较宽的糊状凝固两相并存的区域时，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即缩松。缩松还可能由凝固时被截留在铸件内的气体无法排除所致。

防止缩孔缩松措施：合理设计冒口和安放冷铁，实现顺序凝固第一篇液态金属铸造成形1.2铸造成形工艺基础——铸件的凝固与收缩顺序凝固原则（定向凝固）：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，使铸件上远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。(3)变形和裂纹

第一篇液态金属铸造成形1.2铸造成形工艺基础——铸件的凝固与收缩铸件凝固冷却过程中，若收缩受阻，则在铸件内会产生铸造应力，它是铸件产生变形和裂纹的基本原因。当铸造应力超过铸件材料的屈服极限时，产生的翘曲变形。当铸造应力超过材料的强度极限时，铸件会产生裂纹，裂纹有热裂纹和冷裂纹两种。铸造应力相变应力热应力机械应力铸件收缩受到机械阻碍铸件因V冷却、壁厚、温度不同，各部位收缩不一致产生铸件组织发生相变时，因温度差异出现体积变化不一致第一篇液态金属铸造成形1.2铸造成形工艺基础——铸件的凝固与收缩冷裂热裂第一篇液态金属铸造成形1.2铸造成形工艺基础——铸件的凝固与收缩防止变形和裂纹措施：

以有利于释放铸造应力为原则合理设置浇冒口，缓慢冷却，以减小铸件各部分温差；采用退让性好的型芯砂。铸件形状设计要求简单、对称和厚薄均匀；采用同时凝固的工艺尽量选用线收缩率小、弹性模量小的合金。若铸件已存在残余应力，可采用人工时效、自然时效或振动时效等方法消除。第一篇液态金属铸造成形1.2铸造成形工艺基础——铸件的凝固与收缩同时凝固原则：尽量减少铸件各处的温度差，使铸件不同壁厚各处在同一时间内凝固。浇口开在薄壁处，在厚壁处安放冷铁，力求使铸件各处同时冷却。与顺序凝固有什么区别？第一篇液态金属铸造成形1.3铸造成形工艺基础——铸件的气孔液态金属在熔炼和浇注时能够吸收周围气体的能力称为吸气性。气孔是铸件中最常见的缺陷。气体来源：

析出性气孔

溶入金属液的气体在铸件冷凝过程中解度下降，气体析出并留在铸件内形成的气孔称为析出性气孔。侵入性气孔

造型材料中的气体侵入金属液内所形成的气孔。反应性气孔金属液与铸型之间发生化学反应所产生的气孔。

第一篇液态金属铸造成形析出性气孔特征：裸眼可见的小圆孔，分布面大，热节处密集，多见于铝合金和铸钢件。防止：清理炉料油污，烘干炉料，真空熔炼，除气处理等。

1.3铸造成形工艺基础——铸件的气孔侵入性气孔特征：体积较大，圆形或椭圆形，分布在铸件表面。防止：控制型砂中的含水量，提高铸型排气能力等。反应性气孔特征：多见于黑色金属铸件，分布在表皮下面，又称皮下气孔。防止：

型腔表面喷涂料，烘干炉料，减少型砂水分。第一篇液态金属铸造成形1.4铸造成形工艺基础——铸件中的偏析铸件内部化学成份不均匀的现象，称为偏析。偏析类型：晶内偏析—结晶温度宽的合金易产生晶内偏析晶界偏析—合金中各成份因熔点的不同，引起不同时凝固。第一篇液态金属铸造成形晶粒相碰形成的晶界偏析晶粒平行生长形成的晶界偏析1.4铸造成形工艺基础——铸件中的偏析常见铸造缺陷的特征及产生的原因第一篇液态金属铸造成形1.5铸造成形工艺基础——铸件中的常见缺陷名称特征主要原因砂眼铸件内部或表面有充满砂粒的孔眼1、型砂强度不够或局部没舂紧2、型腔、浇口内散砂未吹干净3、合箱时砂型局部挤坏，掉砂4、浇注系统不合理，冲坏砂型冷隔铸件上有未完全融合的缝隙，接头处边缘圆滑。1、浇注温度过低2、浇注速度太慢3、浇口位置不当或浇口太小粘砂铸件的部分或整个表面粘附着一层金属和砂粒的机械混和物，多发生在铸件厚壁和热节处。1、未刷涂料或涂料太薄2、浇注温度过高3、型砂耐火隆不够。第一篇液态金属铸造成形1.5铸造成形工艺基础——铸件中的常见缺陷名称特征主要原因夹砂铸件表面上有凸起的金属片状物，表面粗糙，边角锐利，有小部分与铸件本体相连。1、型砂强度太低2、浇注温度过高3、内浇口过于集中，使局部型砂烘烤厉害。裂纹

1．热裂：断面严重氧化，无金属光泽，断口沿晶界产生和发展，外形曲折而不规则的裂纹。

2．冷裂：穿过晶体而不沿晶界断裂，断口有金属光泽或有轻微氧化色。1、铸件设计不合理，壁厚差别太大2、砂型（芯）退让性差阻碍铸件收缩3、浇注系统不当，使铸件各部分冷却收缩不均匀，造成过大的内应力§2.1概述§2.2造型（芯）方法§2.3粘土湿型§2.4钠水玻璃砂§2.5树脂砂型（芯）§2.6烘干合箱、浇注及落砂清理第一篇液态金属铸造成形2.砂型铸造（SandCasting）——本章要点砂型铸造——使用型砂构成铸型并进行浇注的方法，通常指在重力作用下的砂型铸造过程。

第一篇液态金属铸造成形2.1砂型铸造——概述砂型铸造的工艺过程：零件图铸造工艺图铸型芯型芯盒

芯砂型砂模型熔化合箱落砂、清理检验铸件第一篇液态金属铸造成形2.1砂型铸造——概述砂型铸造动画演示2.1砂型铸造——概述第一篇液态金属铸造成形基本术语型砂——将原砂或再生砂+粘结剂+其它附加物等所混制成的混合物。铸型——用型砂、金属或其他耐火材料制成；包括形成铸件形状的空腔、型芯和浇冒系统的组合整体。型腔——铸型中造型材料所包围的空腔部分。模样——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。砂芯——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。芯盒——制造砂芯或其他耐火材料所用的装备。第一篇液态金属铸造成形2.1砂型铸造——概述砂型铸造的优缺点：不受零件形状、大小、复杂程度及合金种类的限制；造型材料来源广，生产准备周期短，成本低。劳动条件较差；铸件外观质量欠佳；铸型只能使用一次，生产率低。

第一篇液态金属铸造成形2.1砂型铸造——概述型（芯）砂的组成：石英砂+粘土+水+附加物型（芯）砂的性能：强度、透气性、耐火性、退让性砂型制造方法分类：造型芯方法机械化程度粘结机理手工造型（芯）机器造型（芯）机械粘结化学粘结物理粘结造型——用型砂及模样等工艺装备制造铸型的过程，造型时用模样形成铸型的型腔，用型腔形成铸件的外部轮廓。造型方法：手工造型和机器造型两大类手工造型：操作灵活，适应范围广；但劳动强度大，生产率低，铸件质量不易稳定，主要用于单件、小批量生产。机器造型：

用机器完成全部或部分造型工序，机器造型生产率高，质量稳定，劳动强度低，但设备和工艺装备费用较高，生产准备时间长，主要用于大批量生产。第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法2.2.1手工造型第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法按砂箱特征两箱造型三箱造型地坑造型脱箱造型第一篇液态金属铸造成形按模型特征整模造型分模造型挖砂造型活块造型刮板造型假箱造型2.2砂型铸造——造型（芯）方法第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法（1）整模造型特点——模样是整体的，分型面为平面，铸型型腔全部在一个砂箱内，造型简单，铸件不会产生错箱缺陷。应用范围——铸件最大截面在一端，且为平面。整模第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法动画一：整模造型模拟第一篇液态金属铸造成形（2）分模造型2.2砂型铸造——造型（芯）方法特点——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。应用范围——最大截面在中部，一般为对称性铸件。上模下模动画二：分模造型模拟第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法（3）挖沙造型特点——模样为整体模，造型时需挖去阻碍起模的型砂，故分型面是曲面。造型麻烦，生产率低。应用范围——用于分型面不是平面的单件、小批生产铸件。下模挖沙第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法动画三：挖砂造型模拟第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法（4）假箱造型用砂做成的假箱模样特点——先预制好一半型，其上放置模样，用其造下型，然后在此下型上再造上型。开始预制的半型不用来浇注，故称假箱。比挖砂造型操作简单，且分型面整齐。应用范围——适用于成批生产中需要挖砂的铸件。第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法动画四：假箱造型模拟第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法（5）活块造型特点——先预制好一半型，其上放置模样，用其造下型，然后在此下型上再造上型。开始预制的半型不用来浇注，故称假箱。比挖砂造型操作简单，且分型面整齐。应用范围——主要用于单件、小批生产带有突出部分、难以起模的铸件。

活块第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法动画五：活块造型模拟第一篇液态金属铸造成形（6）刮板造型特点——用刮板代替实体模样造型，它可降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，工人技术水平要求高。应用范围——主要用于有等载面或回转体的大、中型铸件的单件、小批生产，如带轮、铸管、弯头等。2.2砂型铸造——造型（芯）方法刮板木桩第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法动画六：刮板造型模拟第一篇液态金属铸造成形（7）三箱造型特点——铸件两端截面尺寸比中间部分大，采用两箱无法起模，将铸型放在三个砂箱中，组合而成。三箱造型的关键是选配合适的中箱。造型复杂，易错箱，生产率低。应用范围——单件小批生产具有两个分型面的铸件。2.2砂型铸造——造型（芯）方法中型上型下型第一篇液态金属铸造成形动画七：三箱造型模拟2.2砂型铸造——造型（芯）方法第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法2.2.2机器造型填砂、紧实、起模等操作由机器来完成。

机器紧实方法震压紧实抛砂紧实射砂紧实气流冲击紧实高压紧实第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法填砂

辅助压实震击紧砂

起模（1）震压紧实第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法（2）抛砂紧实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（30－60m/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。第一篇液态金属铸造成形（3）射砂紧实2.2砂型铸造——造型（芯）方法特点：利用压缩空气将型砂从砂筒中射入芯盒并紧实。第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法（4）高压紧实特点：压实比可达到0.7MPa（中低压只有0.4MPa），砂型硬度、紧实度和强度高。优点：铸件尺寸准确，加工余量小，表面光洁，铸件质量较好。工艺简单，生产率高，劳动强度低，适应性强。2.2砂型铸造——造型（芯）方法第一篇液态金属铸造成形（5）气流冲击紧实特点：0.4-0.6MPa的压缩空气以均匀气流冲击型砂表面，使其紧实。优点：砂型紧实度均匀，型砂硬度高，铸件精度和光洁度较高。造型机简单，生产率高，型砂充填性好，适应性强。第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法2.2.3造芯型芯用来获得铸件的内腔，有时也可作为铸件难以起模部分的局部铸型。

制造型芯的过程称为造芯，分为手工造芯和机器造芯。与型砂相比，芯砂必须具有更高的强度、耐火性、透气性、退让性和溃散性。手工造芯时，主要采用芯盒造芯，它可以造出形状比较复杂的型芯。单件、小批生产大中型回转体型芯时，可采用刮板造芯。第一篇液态金属铸造成形1－型芯，2－芯盒，3－定位销，4－夹钳2.2砂型铸造——造型（芯）方法（1）手工造芯第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法震实——类似于震实造型，利用震动动能，使芯盒内的芯砂紧实。一般芯盒上表面需要手工补加紧实，并刮去多余芯砂；挤芯——利用柱塞式或螺旋式挤芯机挤制砂芯，只能制造断面形状规则，简单直棒砂芯。射芯——利用压缩空气将芯砂从砂筒中射入芯盒并紧实。吹芯——利用压缩空气将芯砂吹入芯盒并紧实。（2）机器造芯第一篇液态金属铸造成形2.2砂型铸造——造型（芯）方法挤芯示意图射芯紧实示意图1-砂斗,2-射砂筒,3-芯盒,4-压缩空气入口2.3.1湿型特点：生产灵活性大，适用面广。生产效率高，生产周期短，便于流水线生产，可实现机械化及自动化。原材料成本低，来源广。节省能源、烘干设备和车间生产场地面积，砂箱寿命长。缺点：操作不当，易产生一些铸造缺陷：夹砂结疤，鼠尾，砂眼，胀砂，粘砂等。第一篇液态金属铸造成形2.3砂型铸造——粘土湿型

2.3.2主要原材料第一篇液态金属铸造成形2.3砂型铸造——粘土湿型

粘土湿型的配方为：原砂（或旧砂）100，粘土（膨润土）1～5％，煤粉少于8％，水少于6％，以及其它附加物。粘土的粘结机理：粘土在水中形成的粘土—水体系是胶体，带负电的粘土颗粒将极性水分子吸引在自己的周围，形成胶团的水化膜，依靠粘土颗粒间的公共水化膜，通过其中的水化阳离子所起的“桥”或键的作用，使粘土颗粒相互结合起来。粘土和水量比例适宜时，才能获得最佳的湿态粘结力。一般说来，粘土颗粒所带电荷愈多或粘土颗粒愈细小，比表面积愈大，则湿粘结力愈大。粘土颗粒与砂粒之间的粘结：砂粒因自然破碎及其在混碾过程中产生新的破碎面而带微弱负电，也能使极性水分子在其周围规则地定向排列。这样，粘土颗粒与砂粒之间的公共水化膜，通过其中水化阳离子的“桥’’或键的作用，使粘土砂获得湿态强度。第一篇液态金属铸造成形2.3砂型铸造——粘土湿型

原料石英砂非石英质砂煤粉膨润土主要成分为二氧化硅（SiO2）和少量的杂质（Na,k,Ca,Fe等氧化物）。高熔点，高硬度，热膨胀系数大（573℃突然膨胀），热扩散率低，易与铁的氧化物反应。

橄榄石砂、锆砂、铬铁矿砂、石灰石砂、镁砂、刚玉砂。耐火度、热导率、热扩散率和蓄热系数较高，热膨胀系数低而且膨胀均匀，与金属氧化物的反应能力低，但价格高。膨润土是湿型砂的主要粘结剂，由蒙脱石矿物组成的，被水湿润后具有粘结性和可塑性；烘干后硬结，加水后又能恢复粘结性和可塑性。有钠膨润土和钙膨润土。活化提高粘结性和可塑性Ca++基蒙脱石+Na2CO3Na++基蒙脱石+CaCO3煤粉的作用是利用煤在高温的分解及分解后包裹在沙粒表面的炭膜来防止铸铁件产生夹砂和粘砂，提高型砂的溃散性。要控制煤粉的挥发物。第一篇液态金属铸造成形2.3砂型铸造——粘土湿型

2.3.3紧实工艺型(芯)砂紧实度紧实度越大，铸型强度越大，透气性越差。紧实度高，蓄热系数也高，加快了金属的冷却速度，铸件组织更为致密，力学性能有所提高，铸件尺寸精确，光洁度高。要求铸型紧实度高且均匀。

紧实工艺主要有震击紧实、震压紧实、压实、微震压实和高压紧实，气流冲击紧实等。第一篇液态金属铸造成形2.4砂型铸造——钠水玻璃砂型

2.4.1钠水玻璃砂型特点型砂流动性好，易于紧实，劳动强度低硬化快，强度较高，简化造型工艺，缩短生产周期，提高生产率。型、芯尺寸精度高可取消或缩短烘烤时间，降低能耗。缺点：溃散性差，表面易粉化，浇注铸铁件易粘砂，抗吸湿性差，旧砂回用困难。第一篇液态金属铸造成形2.4砂型铸造——钠水玻璃砂型

2.4.2钠水玻璃粘结剂

铸造生产中应用最广泛的无机化学粘结剂是钠水玻璃，其次为钾水玻璃，锂水玻璃、钾钠水玻璃、季铵盐水玻璃等。钠水玻璃——Na20·mSi02·nH20，干态时为白色或灰白色团块或粉末，溶于水时为无色粘稠液体，pH值在11-13。模数

M——模数越高，硬化速度也越快，达到最高强度的时间也越短。但过高的模数，将使芯(型)砂的保存性差，不适于造型和造芯，通常在2-4.

密度、含固量和粘度：密度低，水的质量分数高，含固量少，不宜用作型(芯)砂粘结剂；反之，密度过大，粘稠，不利与砂子混合。通常采用密度为1.32-1.68g／cm3

2.4.3钠水玻璃砂的硬化机理第一篇液态金属铸造成形2.4砂型铸造——钠水玻璃砂型

钠水玻璃实际是部分电离的聚硅酸负离子和钠离子在水中的分散体系。不同硅酸盐负离子的平衡是错综复杂的，它取决于pH值、模数和温度，在特定反应过程中达到平衡。固化阶段：水玻璃具有一个浓度—模数相结合的临界值,超过临界值的水玻璃便开始凝胶化,粘度急剧升高而失去流动性,并趋向固化。物理固化：单纯依靠失水而超越临界值固化；化学固化：依靠失水和升高模数而超越临界值的固化。强化阶段：固化的水玻璃依赖水分的挥发而逐渐增强的阶段。第一篇液态金属铸造成形2.4砂型铸造——钠水玻璃砂型

2.4.4硬化方法（1）物理硬化

凡是能去除钠水玻璃中水分的方法，如加热烘干、吹热空气或干燥的压缩空气、真空脱水、微波照射以及加入产生放热反应的化合物等都可使钠水玻璃硬化。（2）化学硬化

钠水玻璃在pH值大于10以上很稳定，加入适量酸性或具有潜在酸性的物质时，其pH值降低，稳定性下降，使水解和缩聚过程加速进行。

A：吹C02硬化

硬化机理：

①失水CO2是一种脱水能力相当强的气体，从砂粒周围流过，CO2与粘结剂接触面积大，使钠水玻璃部分失水。②化学反应CO2与钠水玻璃中的水作用形成碳酸，从而使表层钠水玻璃的pH值不断降低，并达到迅速硬化。第一篇液态金属铸造成形2.4砂型铸造——钠水玻璃砂型

第一篇液态金属铸造成形2.4砂型铸造——钠水玻璃砂型

插管法吹CO2：第一篇液态金属铸造成形2.4砂型铸造——钠水玻璃砂型

盖罩法吹CO2：（a）硬化砂型（b）硬化砂芯（C）硬化掏空型芯第一篇液态金属铸造成形2.4砂型铸造——钠水玻璃砂型

B：有机酯液态硬化剂

硬化机理：

酯在钠水玻璃中进行水解生成有机酸和醇，有机酸提供氢离子，其反应式：RCOOR’+H2ORCOOH+R’OH（提供H+和RCOO-）RCOO-+Na+

RCOONa（脂肪酸钠）H++OH-H2O有利于酯进一步水解和析出硅酸溶液，促使向生成大的凝聚硅酸分子移动，形成凝胶，导致硬化。第一篇液态金属铸造成形2.4砂型铸造——钠水玻璃砂型

混合料配比：

典型的有机酯硬化水玻璃砂配方：

100%原砂+3%水玻璃（M=2.2-2.8）+0.3%有机酯（快、中、慢硬化）型砂性能及影响因素：溃散性较普通吹CO2大为改善，其影响因素主要有：水玻璃的模数、浓度、加入量，原砂的质量，环境温度和湿度，混砂工艺，浇注温度等砂型（芯）在真空室内经真空脱水后再进行吹CO2硬化主要特点：水玻璃量少显著改善砂型溃散性提高铸件质量降低造型材料费用缺点：设备投资大，适应性较差。第一篇液态金属铸造成形2.4砂型铸造——钠水玻璃砂型

C：真空置换硬化（VRH）-CO2法

铸造用人工合成树脂通常用热塑性树脂，主要有酚醛树脂和呋喃树脂。使用时另加一定量的化学固化剂树脂砂型按制型工艺和硬化方法分为：壳法树脂砂热芯盒树脂砂冷芯盒树脂砂第一篇液态金属铸造成形2.5砂型铸造——树脂砂型（芯）

2.5.1壳法造型（芯）2.5砂型铸造——树脂砂型（芯）

第一篇液态金属铸造成形覆膜砂——在造型前，砂粒表面上已覆有一层固态树脂膜的型砂、芯。覆膜砂组成：骨料：天然硅砂，耐火度高，挥发物少，颗粒圆整，强度高粘结剂：普遍采用线性热塑性酚醛树脂固化剂：使酚醛树脂由线型转为体型结构，常用六亚甲基四胺润滑剂：防止结块，砂型表面致密，改善脱模性，常用硬脂酸钙添加剂：改善覆膜砂的性能，有耐高温、易溃散、增强增韧等添加剂常见配方：

100%原砂（或旧砂）+1%-3%树脂+10%-15%乌洛托品+5%-7%硬脂酸钙+适量附加物覆膜砂混制工艺：冷法覆膜温法覆膜热法覆膜——将原砂加热到一定温度，然后分别与树脂、乌洛托品、硬脂酸钙混合搅拌，经冷却、破碎、筛分第一篇液态金属铸造成形2.5砂型铸造——树脂砂型（芯）

第一篇液态金属铸造成形2.5砂型铸造——树脂砂型（芯）

（1）翻斗法制壳型预热250℃-300℃结壳15-50s烘烤30-90s第一篇液态金属铸造成形2.5砂型铸造——树脂砂型（芯）

（2）顶吹法和底吹法制壳芯

吹沙压力0.1-0.35MPa，时间2-6s吹沙压力0.4-0.5MPa，时间15-35s壳法造型特点具有适宜的强度性能流动性好，砂芯成形性好，轮廓清晰，能造复杂的砂芯砂芯表面质量好，精度和光洁度好溃散性好砂芯不易吸潮，有利于存储、运输第一篇液态金属铸造成形2.5砂型铸造——树脂砂型（芯）

第一篇液态金属铸造成形2.5砂型铸造——树脂砂型（芯）

用液态热固性树脂粘结剂和催化剂配成的芯砂，吹射入加热到一定温度（热芯盒180-250℃，温芯盒低于175℃；）的芯盒内，贴近芯盒表面的砂芯受热，其粘结剂在很短时间内即缩聚而凝化。砂芯表层有数毫米厚结成硬壳即可自芯盒中取出，中心部分的砂芯利用余热和硬化反应放出的热量即可自行硬化。与壳法相比：生产率高，价格低，设备简单，但表面质量差。2.5.2热（温）芯盒造型（芯）射砂头芯盒热芯盒常用粘结剂呋喃树脂①糠醇改性的液态脲醛树脂－脲呋喃树脂，如呋喃Ⅰ型②糠醇改性的液态酚醛树脂－酚呋喃树脂，如呋喃Ⅱ型③脲－酚呋喃共聚物。脲醛改善了硬化性能，常用于铸铁和铸钢件。酚醛树脂

①热塑性酚醛树脂＋乌洛托品用于截面细薄的小型砂芯②由脲醛改性的以酚醛为基的酚－脲醛树脂成本低，砂芯脆性改善。第一篇液态金属铸造成形2.5砂型铸造——树脂砂型（芯）

第一篇液态金属铸造成形2.5砂型铸造——树脂砂型（芯）

热芯盒用催化剂

潜伏性催化剂—常温下呈中性或弱酸性，而在加热时释放出强酸，促使树脂迅速硬化的酸性盐。如氯化铵、硝酸铵、磷酸铵的水溶液。

呋喃Ⅰ型树脂砂最常用的催化剂：

氯化铵：尿素：水＝1：3：3水溶液尿素作用：与甲醛生成羟甲脲，减弱硬化时的甲醛气味；稳定氯化铵溶液，防止存放期间析出氯化铵结晶。第一篇液态金属铸造成形2.5砂型铸造——树脂砂型（芯）

2.5.3自硬冷芯盒法砂型（芯）自硬冷芯盒法：将砂子、合成液态树脂及液态催化剂均匀混合后，填充到芯盒（或砂箱）中，稍加紧实，即可于室温下在芯盒（或砂箱）中硬化成型。

酸催化树脂自硬法

自硬法尿烷树脂自硬法

酚醛-酯自硬法自硬砂混砂工艺：

第一篇液态金属铸造成形2.5砂型铸造——树脂砂型（芯）

影响可使用时间和脱模时间的因素：原砂树脂和催化剂的类型、质量和加入量混砂工艺环境温度湿度

其中影响最大的因素为环境温度和催化剂加入量。第一篇液态金属铸造成形2.5砂型铸造——树脂砂型（芯）

2.5.4气硬冷芯盒法砂型（芯）气硬冷芯盒法：将树脂砂填入芯盒，而后吹气硬化制成砂芯。气硬冷芯盒法三乙胺法SO2法无毒、低毒气体促硬制芯法（如CO2、甲醛甲酯等）第一篇液态金属铸造成形2.5砂型铸造——树脂砂型（芯）

三乙胺法（酚醛尿烷冷芯盒法）粘结剂：两部分液体－酚醛树脂和聚异氰酸酯

催化剂：液态叔胺，可用三乙胺、二甲基乙胺等。(1)烘干第一篇液态金属铸造成形2.6砂型铸造——烘干合箱、浇注及落砂清理砂型(芯)烘干

表面烘干体烘干

喷灯火焰烘干移动式焦碳炉或煤气炉烘干红外线辐射烘干高频干燥炉烘干微波技术烘干周期式烘干炉烘干连续式烘干炉烘干(2)合箱

合箱就是把砂型和砂芯按要求组合为铸型的过程。合箱一般按以下步骤进行：全面检查、清扫、修理所有的砂型和砂芯依次将砂芯装入砂型，严格检查，保证铸件壁厚、砂芯固定、芯头排气和填补接缝处的间隙。仔细清除型内散砂，全面检查下芯质量，在分型面上沿型腔外围放上一圈泥条或石棉绳。放上压铁或用螺栓、金属卡子固紧铸型。放好浇口杯、冒口圈，在分型面四周接缝处抹上砂泥，防止跑火。最后全面清理场地，以便安全方便地浇注。第一篇液态金属铸造成形2.6烘干合箱、浇注及落砂清理(3)浇注

浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成第一篇液态金属铸造成形2.6烘干合箱、浇注及落砂清理1－浇口杯2－直浇道3－横浇道4－内浇道第一篇液态金属铸造成形（4）落砂、清理及后处理落砂机械落砂人工落砂清除砂芯的方法水力清砂除芯水爆清砂除芯清理浇冒口的切除铸件的表面清理手工清理滚筒清理喷、抛丸清理铸件表面处理、质量检验等后处理2.6烘干合箱、浇注及落砂清理第一篇液态金属铸造成形§3.1熔模铸造§3.2消失模铸造§3.3压力铸造§3.4离心铸造§3.5低压与差压铸造§3.6金属型铸造3.特种铸造——本章要点第一篇液态金属铸造成形熔模铸造金属型铸造消失模铸造陶瓷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.充型力变更2.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、种类往往受到一定限制。3.特种铸造第一篇液态金属铸造成形3.1特种铸造——熔模铸造熔模铸造—用易熔材料制成模型，然后在模型上涂挂耐火材料，硬化之后，再将模型熔化、排出型外，从而获得无分型面的铸型。熔模广泛采用蜡质材料来制造，故又常把它称为“失蜡铸造”。获得的铸件具有较高的尺寸精度和表面光洁度，故又称“熔模精密铸造”。熔模铸造的工艺过程包括：蜡模制造型壳制造焙烧和浇注第一篇液态金属铸造成形3.1特种铸造——熔模铸造第一篇液态金属铸造成形3.1特种铸造——熔模铸造第一篇液态金属铸造成形3.1特种铸造——熔模铸造动画一

熔模铸造模拟第一篇液态金属铸造成形3.1特种铸造——熔模铸造模料：高温模料——熔点高于120℃，通常有50%松香+20%地蜡+30%聚苯乙烯中温模料——熔点在60℃-120℃，分为松香基和蜡基模料低温模料——熔点低于60℃，通常有50%石蜡+50%硬脂酸性能要求：力学性能——强度、硬度、塑性、柔韧性等工艺性能——粘度、灰分、涂挂性等热物理性能——熔化温度、凝固区间、高耐热性、小膨胀收缩、无相变等第一篇液态金属铸造成形3.1特种铸造——熔模铸造制模：（1）压注成形—注蜡温度在熔点以下，模料是固液共存的浆状或糊状—压注时尽量采用最低的模料温度和压型工作温度—压力适中偏大，既减小熔模收缩率，又不至于产生鼓泡、飞溅（2）挤压成形—模料处于半固态或固态，粘度大，高压下能流动—压力大小取决与模料粘度和流动阻力—凝固时间短，效率高，适合大厚件生产制壳：（1）涂挂—涂挂前，需脱脂处理—采用浸涂法，均匀挂上涂料（2）撒砂—常用流态化撒砂和雨淋式撒砂—凝固开始时撒砂，不能过早或过晚—每涂挂和撒砂一层，必须干燥和硬化目的：固定涂料层，增加型壳厚度和强度，提高透气性和退让性，防止硬化时产生裂纹。第一篇液态金属铸造成形3.1特种铸造——熔模铸造型壳干燥：

制壳粘结剂——硅溶胶、水玻璃、硅酸乙酯等。硅溶胶干燥：实质是硅溶胶的胶凝过程：游离水蒸发物理吸附水蒸发化学吸附水失去自缩聚脱水水玻璃干燥：实质是脱水和胶凝过程：自然干燥（脱水浓缩）化学硬化（胶凝）硬化后干燥硅酸乙酯干燥：实质是硅酸乙酯继续水解浓缩，然后发生胶凝以及溶剂挥发第一篇液态金属铸造成形3.1特种铸造——熔模铸造第一篇液态金属铸造成形3.1特种铸造——熔模铸造熔模精密铸造优点：

1.铸件尺寸精度高，表面粗糙度值低，可以减少切削加工量，甚至无须切削加工（涡轮发动机的叶片）。

2.可以铸造薄壁件及重量很小的铸件，最小壁厚可达0.3mm，最小铸孔直径0.5mm。第一篇液态金属铸造成形3.1特种铸造——熔模铸造3.可以制造用砂型铸造、锻压、切削加工等方法难以制造的形状复杂、不便分型的零件（如带有精细的图案、文字、细槽和弯曲细孔的铸件）4.可以制造各种合金材质的铸件，尤其适用于高熔点、难切削合金的小型复杂铸件的生产第一篇液态金属铸造成形3.1特种铸造——熔模铸造缺点：工序复杂，生产周期长。原材料价格高，铸件成本高。铸件不能太大、太长，否则蜡模易变形，丧失原有精度。应用:熔模铸造是一种精密成形工艺，它最适用于25kg以下的高熔点、难以切削加工的合金铸件的成批、大量生产。目前主要用于航天飞行器、飞机、汽轮机、泵、汽车、拖拉机和机床上的小型精密铸件和复杂刀具的生产。消失模铸造—又称气化模铸造或实型铸造。原理：采用泡沫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，冷却凝固后获得所需铸件的铸造方法。第一篇液态金属铸造成形3.2特种铸造——消失模铸造分类：根据铸型材料自硬砂消失模铸造无粘结剂干砂消失模铸造根据浇注条件普通消失模铸造负压消失模铸造消失模铸造第一篇液态金属铸造成形3.2特种铸造——消失模铸造第一篇液态金属铸造成形3.2特种铸造——消失模铸造主要工序有：（1）制模—采用商品泡沫塑料板切削加工、粘结成形或商品泡沫塑料粒预发后经模具成形。—常用塑料泡沫为聚苯乙烯。（2）上涂料—将金属液与干砂隔离，泡沫模样的热解气体快速导出，提高模样强度和刚度。—主要由耐火填料、分散介质、粘结剂、悬浮剂和附加物组成（3）加沙造型

—无粘结剂硅砂，平均粒度AFS25-45。—柔性管加沙或雨淋式加沙第一篇液态金属铸造成形3.2特种铸造——消失模铸造（3）振动紧实—保证沙子足够紧实而又不使模样变形（4）真空浇注—浇注通常在真空状态进行，真空度：-0.02～-0.08MPa。—平稳充型，适宜封闭式和底注式浇注系统。—快速浇注，浇注系统尺寸大。—浇注温度高，比砂型铸造温度高20～

50℃。（5）型砂冷却—常用振动沸腾冷却设备、振动提升冷却设备和砂温调节器主要特点：无需起模，无分型面，无型芯，因而无飞边毛刺，铸件的尺寸精度接近熔模铸造，但尺寸可大于熔模铸造。可生产形状复杂的铸件简化生产工序，提高劳动生产率，减少材料消耗。泡沫塑料的密度小、强度低，模样易变形，对环境有污染。主要用于不易起模等复杂铸件的生产。第一篇液态金属铸造成形3.2特种铸造——消失模铸造压力铸造（简称压铸）—在高压作用下将液态或半液态金属快速压入金属压铸型（亦可称为压铸模或压型）中，并在压力下凝固而获得铸件的液态成形方法。第一篇液态金属铸造成形3.3特种铸造——压力铸造两个特点高压：压力20～200MPa高速：速度15～70m/s充型时间0.01～0.2秒第一篇液态金属铸造成形3.3特种铸造——压力铸造压铸机分类：根据压室是否浸在熔融金属液中冷室压铸机热室压铸机根据压室位置卧式压铸机立式压铸机压铸机主要构成：

合型机构、压射机构、机座、液压传动系统、控制系统、润滑冷却系统等。第一篇液态金属铸造成形3.3特种铸造——压力铸造（1）热压室压铸机动画二

热压室铸造模拟第一篇液态金属铸造成形3.3特种铸造——压力铸造（2）冷压室压铸机（目前应用最多)

动画三

冷压室铸造模拟第一篇液态金属铸造成形3.3特种铸造——压力铸造进料口活塞压室定型动型第一篇液态金属铸造成形3.3特种铸造——压力铸造压铸模：

压铸件结构设计：易脱模改进壁厚，消除缩孔、气孔改善结构，简化压铸模制造加强肋，防止铸件变形压铸模构成：

动模和定模，成形零件，模架，浇注和排溢系统，导准和导向零件，推出和复位零件等。压铸模设计原则：合理选择压铸件满足铸件的基本要求具有良好的使用效果具有合理的经济性第一篇液态金属铸造成形3.3特种铸造——压力铸造压铸工艺参数：（1）压铸压力压射力：压射比压：（2）压铸速度充填速度：

充填速度过高：易形成气泡，形成表面缺陷，产生漩涡，产生气孔和夹杂缺陷，冲刷压铸模壁加剧，减少寿命。第一篇液态金属铸造成形3.3特种铸造——压力铸造（3）浇注温度和压铸模温度

—在保证铸件质量的前提下，选择较低的浇注温度，大多

数略高于液相线温度。

—压铸模预热温度应保持在一定范围，既不过高也不过低。

（4）涂料

—减少热传导，防止铸件粘壁，润滑作用。

（5）持压时间和开模时间

—持压时间根据铸件壁厚及合金的结晶温度范围确定

—开模时间不宜过长或过短。第一篇液态金属铸造成形3.3特种铸造——压力铸造优点：铸件的精度及表面质量较其它铸造方法均高。通常，不经机械加工即可使用。可压铸形状复杂的薄壁件，或直接铸出小孔、螺纹、齿轮等。这是由于压型精密，在高压下浇注，极大地提高了合金充型能力所致。铸件的强度和硬度都较高。因为铸件的冷却速度快，又是在压力下结晶，其表层结晶细密。压铸的生产率较高。如我国生产的压铸机生产能力为50～150次/h，最高可达500次/h。第一篇液态金属铸造成形缺点：压铸设备投资大，制造压型费用高、周期长。压铸高熔点合金（如铜、钢、铸铁）时，压型寿命很低，难以适应。由于压铸的速度极高，型腔内气体很难排除，厚壁处的收缩也很难补缩，致使铸件内部常有气孔和缩松。由于上述气孔是在高压下形成的，热处理加热时孔内气体膨胀将导致铸件表面起泡，所以压铸件不能用热处理方法来提高性能，也不能焊接。随着加氧压铸、真空压铸和黑色金属压铸等新工艺的出现，使压铸的某些缺点有了克服的可能性。

3.3特种铸造——压力铸造第一篇液态金属铸造成形3.4特种铸造——离心铸造离心铸造—将液态合金浇入高速旋转的铸型中，使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶。用于大批量生产管、套类铸件。第一篇液态金属铸造成形3.4特种铸造——离心铸造动画四离心铸造模拟第一篇液态金属铸造成形3.4特种铸造——离心铸造离心铸造原理：重度：相对重度：

铸型转速公式：第一篇液态金属铸造成形3.4特种铸造——离心铸造—式中r/、G、C根据所浇注合金的种类、铸件形状和离心铸造工艺确定，也可查阅相关文献。第一篇液态金属铸造成形3.4特种铸造——离心铸造优点：（1）液体金属能在铸型中形成中空的自由表面，不用型芯即可铸出中空铸件，简化了套筒、管类铸件的生产过程。（2）可提高金属充填铸型的能力，一些流动性较差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造法生产。（3）改善了补缩条件，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、气孔和夹杂等缺陷几率较小（4）无浇注系统和冒口，节约金属。第一篇液态金属铸造成形3.4特种铸造——离心铸造不足：（1）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；（2）铸件易产生成分偏析和密度偏析。应用：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。第一篇液态金属铸造成形3.5特种铸造——低压和差压铸造

低压铸造—液体金属在压力作用下，自下而上充填型腔以形成铸件的成形工艺。坩埚炉铸型金属液通气充型加压凝固放气开模压缩气体压缩气体第一篇液态金属铸造成形3.5特种铸造——低压和差压铸造动画五低压铸造模拟第一篇液态金属铸造成形3.5特种铸造——低压和差压铸造低压铸造工艺：（1）铸造过程压力及增压速度升液阶段充型阶段凝固阶段

—升液速度要小，以防止喷溅或涡流现象，不超过0.15m—充型速度要慢，有利于排气。太慢易产生冷隔、浇不足（2）浇注温度

—浇注温度比重力浇注低10℃～

20℃（3）涂料—与重力浇注相同，升液管内外表面应刷一层较厚的涂料（1～3mm）。第一篇液态金属铸造成形3.5特种铸造——低压和差压铸造差压铸造——反压铸造，是低压铸造和压力结晶两种工艺的结合，即充填成形在低压下进行，铸件凝固在较高压力下进行。第一篇液态金属铸造成形3.5特种铸造——低压和差压铸造根据压力筒内充气压力大小中压差压(5-10MPa)高压差压(>10MPa)根据压差产生方式增压法减压法差压铸造低压差压(0.5-0.6MPa)第一篇液态金属铸造成形3.5特种铸造——低压和差压铸造优点：浇注压力和速度可调，适应各种铸型、合金和铸件大小；平稳充型，无飞溅、气体卷入和型壁冲刷等弊病，铸件合格率提高；压力下结晶，组织致密，轮廓清晰，表面光洁，少切削或零切削，机械性能高，对薄壁件铸造尤其有利；节省补缩冒口，金属利用率高达90-98%；劳动强度低，劳动条件好，容易数控自动化。第一篇液态金属铸造成形3.6特种铸造——金属型铸造

金属型铸造—将液态合金浇入金属铸型、以获得铸件的一种铸造方法。整体式垂直分型式水平分型式复合分型式金属型铸造第一篇液态金属铸造成形3.6特种铸造——金属型铸造动画六金属型铸造第一篇液态金属铸造成形第一篇液态金属铸造成形

1.喷刷涂料金属型的型腔和金属型芯表面必须喷刷涂料。涂料分衬料和表面涂料，前者以耐火材料为主，厚度为0.2～1.0mm；后者为可燃物质(如灯烟、油类)，每次浇注喷涂一次，以产生隔热气膜。

2.金属型应保持一定的工作温度通常铸铁件为250～350℃，非铁金属件100～250℃。其目的是减缓铸型对浇入金属的激冷作用，减少铸件缺陷。同时，因减小铸型和浇入金属的温差，提高了铸型寿命。

3.适合的出型时间应使铸件凝固后尽早出型，通常小型铸铁件出型时间为10～60s，铸件温度约为780～950℃。金属型铸造工艺：3.6特种铸造——金属型铸造第一篇液态金属铸造成形3.6特种铸造——金属型铸造优点：金属型铸造可“一型多铸”，便于实现机械化和自动化生产，从而可大大提高生产率。铸件的精度和表面质量比砂型铸造显著提高。结晶组织致密，铸件的力学性能得到显著提高。劳动条件得到显著改善。缺点：金属型的制造成本高、生产周期长。铸造工艺要求严格，否则容易出现浇不足、冷隔、裂纹 等铸造缺陷，而灰铸铁件又难以避免白口缺陷。金属型铸件的形状和尺寸还有着一定的限制。第一篇液态金属铸造成形几种常用铸造方法的比较第一篇液态金属铸造成形§4.1铸件结构分析§4.2铸造工艺方案确定§4.3铸造工艺参数确定§4.4浇注系统设计§4.5冒口和冷铁设计§4.6铸造工艺过程图的绘制§4.7铸造成形实例分析4.铸造成形工艺设计——本章要点第一篇液态金属铸造成形4.铸造成形工艺设计——概述零件结构特点技术要求生产批量生产条件铸造工艺方案铸造工艺参数绘制铸造图编制工艺卡工艺设计遵循经济、节能、环保原则第一篇液态金属铸造成形4.铸造成形工艺设计——概述铸造工艺设计的内容铸件结构分析工艺方案确定工艺参数确定浇注系统设计冒口冷铁设计绘制工艺图绘制铸件图编制工艺卡第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析铸造工艺对铸件结构设计的要求合金铸造性能对铸件结构工艺性的要求铸造方法对铸件结构工艺性的要求设计核心：铸件结构工艺性当采用铸造来做零件毛坯或直接成形时，除形状和尺寸设计以外，还必须进行结构设计。

铸件结构工艺性设计目的，就是在结构设计上，力求使铸造，以及后续的切削加工容易进行。

第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析4.1.1铸造工艺对铸件结构设计的要求（1）铸件外形的设计铸件外形的设计应考虑便于起模

好不好避免外部侧凹以便于造型。第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析避免外部侧凹以便于造型（减少分型面数目）简化或减少分型面

(a)两个分型面的结构(b)一个分型面的结构第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析分型面要尽量平面

第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析凸台、筋条的设计要方便造型

不好好第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析不好好凸台、筋条的设计要方便造型

第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析（2）铸件内腔的设计

良好的内腔设计，既可减少型芯数量，又有利于型芯的固定、排气和清理，因而可防止偏芯、气孔等缺陷，并降低成本。

应尽量减少和避免型芯第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析便于型芯的固定、排气和清理向上排气向下排气不好第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析（3）铸件的结构斜度铸件上垂直于分型面的不加工表面最好具有结构斜度，这样起模省力、铸件精度高。第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析4.1.2合金铸造性能对铸件结构设计的要求（1）合理设计铸件壁厚在一定铸造条件下，铸造合金液能充满铸型的最小厚度称为该铸造合金的最小壁厚。为了避免铸件的浇不足和冷隔等缺陷，铸件的设计壁厚不应小于最小壁厚。最小壁厚主要由合金种类和铸件尺寸大小决定。由于厚壁铸件易产生缩孔、缩松、晶粒粗大、偏析等缺陷，铸件的力学性能下降。设计厚大铸件时，要避免以增加壁厚的方式提高强度。砂型铸造各种铸造合金铸件的临界壁厚可按其最小壁厚的3倍考虑。第一篇液态金属铸造成形最小壁厚铸件尺寸铸钢灰口铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金铜合金<200×2005~83~54~63~53~3.53~5200×200~500×50010~124~108~126~84~66~8>500×50015~2010~1512~204.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析（2）铸件壁厚要均匀若铸件各部分的壁厚差别过大,则厚壁处形成金属积聚的热节,致使厚壁处易于产生缩孔、缩松、裂纹等缺陷。第一篇液态金属铸造成形铸件壁较厚，容易产生缩孔。将壁厚减薄，采用加强筋，可防止以上的缺陷。4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析（3）铸件壁与壁之间的联接应合理设计铸件壁的联接或转角时，应尽力避免金属的积聚和内应力的产生。热节处易产生缩松和缩孔，应力集中。产生结晶分界面，分界面处易积聚杂质第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析铸件壁的联接或转角处，应有结构圆角。铸造内圆角的大小应与铸件的壁厚相适应，圆角直径约为相邻壁厚的1.5倍第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析应选用L型接头，减少和分散热节点十字型连接形式（a）不合理(b)合理(c)不合理(d)合理所谓“热节”就是铸件上凝固较慢的节点或区域第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析K型连接形式(a)不合理(b)合理(c)不合理(d)合理第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析铸件的壁应避免交叉连接和锐角连接。中、小铸件可采用交错接头，锐角连接宜采用过渡形式，大件宜采用环形接头。交错接头环形接头第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析不同壁厚间的联接应逐步过渡（4）避免变形和裂纹第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析铸件结构设计要求(a)不合理的(b)合理的1、细长易挠曲的铸件应设计为对称截面。由于对称截面的相互抵消作用，变形大大减小。2、合理设置加强肋，提高平板铸件的刚度，防止变形。3、较大的带轮、飞轮、齿轮的轮辐可做成弯曲的、奇数的或带孔辐板。可借轮辐或轮缘的微量变形自行减缓铸造应力，防止开裂第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析(a)有较大的水平面(易产生夹渣、气孔，清理困难)(b)倾斜面(不易产生夹渣、气孔)(c)阶梯面(不易产生夹渣、气孔)（5）避免过大的水平面第一篇液态金属铸造成形4.1铸造成形工艺设计——铸件结构分析4.1.3铸造方法对铸件结构工艺性的要求

不同的铸造方法其铸型的冷却条件、液态金属充满铸型的条件和过程、铸型的开合过程均各不相同，因而对铸件的结构设计也有不同。普通砂型铸造与压力铸造相比较，砂型铸件最小壁厚比压铸件大得多。

砂型的冷却速度比金属型慢，因而能铸出的铸件最小壁厚一般比金属型的小。

砂型铸造结构形状很灵活，而压力铸造和挤压铸造其结构形状（特别是内腔）不能太复杂。

第一篇液态金属铸造成形4.2铸造成形工艺设计——铸件工艺方案确定铸造方法选择造型及造芯方法选择浇注位置选择分型面选择工艺方案的确定型芯设计第一篇液态金属铸造成形4.2.1铸造方法选择4.2铸造成形工艺设计——铸件工艺方案确定铸造方法压力铸造熔模铸造砂型铸造金属型铸造消失模铸造低压铸造第一篇液态金属铸造成形4.2铸造成形工艺设计——铸件工艺方案确定第一篇液态金属铸造成形4.2铸造成形工艺设计——铸件工艺方案确定4.2.2造型（芯）方法选择—整模、分模、刮板、活块、假箱等造型方法—芯盒造芯、挤芯、射芯、吹芯等方法造芯选择原则：造型（芯）与生产批量相适应造型（芯）与工厂条件相适应要兼顾精度要求和成本第一篇液态金属铸造成形4.2铸造成形工艺设计——铸件工艺方案确定4.2.3铸件浇注位置确定1）铸件的重要加工表面和主要工作面应朝下或呈侧立。保证卷筒周围质量均匀第一篇液态金属铸造成形4.2铸造成形工艺设计——铸件工艺方案确定2）铸件的大平面应朝下。不合理合理第一篇液态金属铸造成形4.2铸造成形工艺设计——铸件工艺方案确定3)为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔等缺陷，应将面积较大的薄壁部分朝下或垂直/倾斜。大平面倾斜第一篇液态金属铸造成形4.2铸造成形工艺设计——铸件工艺方案确定4)容易形成缩孔的铸件，应将截止面较厚的部分放在分型面附近的上部或侧面，以便安放冒口，实现顺序凝固，进行补缩。1-冒口；2、3-砂芯铸钢链轮的浇注位置第一篇液态金属铸造成形4.2铸造成形工艺设计——铸件工艺方案确定4.2.4