第八章 铸造课件

第八章铸造熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法，称为铸造11分类：砂型铸造——90%以上特种铸造——铸件性能较好，精度高，效率高优点：

1）可以生产出形状复杂，特别是具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。

2）铸造生产的适应性广，工艺灵活性大。工业上常用的金属材料均可用来进行铸造，铸件的重量可由几克到几百吨，壁厚可由0.5mm到1m左右

3）铸造用原材料大都来源广泛，价格低廉，并可直接利用废机件，故铸件成本较低。缺点：

1）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧度低于同种材料的锻件。

2）铸件质量不够稳定。铸造的优缺点：一、合金的流动性1、流动性——是指液态金属本身的流动能力。

合金流动性的好坏，通常以“螺旋形流动性试样”的长度来衡量，将金属液体浇入螺旋形试样铸型中，在相同的浇注条件下，合金的流动性愈好，所浇出的试样愈长。第一节合金铸造性能合金的铸造性能是表示合金铸造成型获得优质铸件的能力。通常用流动性和收缩性来衡量。浇不足缺陷1.合金的化学成分

1）合金的种类

不同种类的合金，具有不同的流动性。其中灰铸铁的流动性最好，而铸钢的流动性最差。二、影响合金流动性的因素实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。2）化学成分和结晶特征

纯金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶，是由铸件壁表面向中心逐渐推进，凝固后的表面比较光滑，对未凝固液体的流动阻力较小，所以流动性好。

其它成分的合金是在一定温度范围内进行结晶，凝固时铸件内存在一个较宽的既有液体又有树枝状晶体的两相区。凝固温度范围越宽，则枝状晶越发达，对金属流动的阻力越大，金属的流动性就越差。纯铁和共晶铸铁的流动性最好，亚共晶铸铁随凝固温度范围的增加，其流动性变差。

2.浇注条件

浇注条件浇注温度充型压力浇注系统浇注温度越高，液态金属的粘度越小，合金液的流动性越好。但温度过高，氧化严重，流动性降低液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力。充型压力越大,流动性越好。浇注系统的结构越复杂，则流动阻力越大，流动性越低。3.铸型条件铸型条件的不同对流动性的影响也很大。在铸型中凡增加合金流动阻力、降低流速和加快冷却速度的因素，都会降低流动性。因此，在铸造工艺上改善铸型的填充条件方法有:加高直浇道，扩大内浇道截面，增设出气口;铸型烘干，减少合金与铸型的温差；提高液态合金的流速，延长流动时间。

铸件的凝固过程：

在铸件的凝固过程中，其截面一般存在三个区域，即液相区、凝固区、固相区。对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的凝固区的宽窄。铸件的凝固方式就是依据凝固区的宽窄来划分的。三、合金的凝固1.逐层凝固方式合金在凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开，这种凝固方式称为逐层凝固。常见合金有灰铸铁。2.糊状凝固方式

合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固，这种凝固方式称为糊状凝固。常见合金有球墨铸铁、高碳钢等3.中间凝固方式

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。常见合金有中碳钢、高锰钢、白口铸铁等凝固方式有：逐层凝固,糊状凝固,中间凝固.四、合金的收缩液体合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减少的现象称为合金的收缩。l）液态收缩从浇注温度冷却到凝固开始温度（即液相线温度）的收缩。2）凝固收缩从凝固开始温度冷却到凝固终了温度（即固相线温度）的收缩。——引起铸件的体积收缩，用体积收缩率来表示。它是铸件产生缩孔和缩松缺陷的基本原因。3）固态收缩从凝固终了温度冷却到室温的收缩。——引起铸件外部尺寸的变化，用线收缩率来表示。它是铸件产生内应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。1．收缩及其影响因素（2）影响合金收缩的因素化学成分：碳素铸钢随含碳量增加，凝固收缩增加，而固态收缩略减；灰铸铁中，碳、硅含量越多，收缩越小。在常用铸造合金中铸刚的收缩最大，灰铸铁最小。

浇注温度

合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。

铸件结构与铸型条件

通常，铸件在铸型中并不是自由收缩，而是限制收缩。因此，在设计模型时，必须根据合金种类、铸件的结构情况等因素，选取适合的收缩率2.缩孔和缩松的形成及防止

（1）缩孔和缩松的形成

铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现空洞，容积大而集中的孔洞为缩孔，细小而分散的孔洞为缩松。1）缩孔的形成:纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金，浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中，如得不到合金液的补充，在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔.特征：形状不规则，多数近于倒圆锥形；隐藏在铸件内（最后凝固的位置），有时也产生在铸件上表面。2）缩松的形成:

铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。结晶温度范围大的合金易形成缩松原理：定向凝固原则——在铸件可能出现缩孔的厚大部位，通过增设冒口或冷铁等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口的部位凝固，冒口本身最后凝固。结果使铸件各个部分的凝固收缩均能得到液态金属的补充，而将缩孔转移到冒口之中（2）防止缩孔和缩松的方法1）对形状简单的铸件，可将浇口设置在厚壁处，适当扩大浇口的截面积，利用浇口直接进行补缩

2）对于形状复杂壁厚不均匀的铸件，容易在最后凝固的厚壁部位产生缩孔，为了消除厚壁处的缩孔，可在产生缩孔部位设置补缩冒口（侧冒口和顶冒口）3)生产上为了控制铸件的凝固顺序，还可以在铸件厚壁处（即热节部位）安放冷铁.冷铁是一种用铸铁或钢制成的金属块，嵌在铸件厚大部位的铸型中，由于冷铁加速了该部位铸件金属的散热，使缩孔转移到铸件冒口的位置，从而达到防止缩孔的产生。五、铸造内应力、变形和裂纹

铸件受到阻碍不能自由收缩，会在铸件内部产生内应力，称为铸造内应力。

铸造应力热应力机械应力铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件的壁厚不均匀，导致不同部位不均衡的收缩而引起的应力。铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生的应力。铸件铸出后存在于铸件不同部位的内应力称为残留应力。

1、内应力的形成与防止热应力的形成过程热应力的预防：尽量减少铸件各部位间的温度差，使其均匀地冷却，如使铸件的壁厚均匀等。结论：热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸应力，薄壁或表层受压缩应力。铸件的壁厚差别越大，合金的线收缩率越高，热应力越大。2、铸件的变形与防止

变形——残余应力的存在，使铸件处在一种非稳定状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应力，以回到稳定的平衡状态。

结论：厚部、心部受拉应力，出现内凹变形。

薄部、表面受压应力，出现外凸变形。举例：T型梁的变形1T型梁的变形2平板的变形门型梁的变形铸件的结构：铸件各部分能自由收缩长而易变形的铸件：可采用反变形法

工艺方面：采用同时凝固原则（同时凝固是指通过设置冷铁、布置浇口位置等工艺措施，使铸件温差尽量变小，基本实现铸件各部分在同一时间凝固）时效处理：人工时效；自然时效铸件的结构尽可能对称铸件的壁厚尽可能均匀铸件变形的消除方法3、铸件的裂纹与防止

裂纹——当铸造应力大到一定程度，超过金属的抗拉强度时，铸件便将产生裂纹。是严重的铸造缺陷，必须防止。防止：铸件结构合理；改善铸型和型芯的退让性；减少合金中有害杂质硫含量。（1）热裂——铸件在合金凝固末期的高温下形成的。（2）冷裂——铸件在低温下形成的裂纹。冷裂常出现在形状复杂大工件的受拉伸部位，特别是具有应力集中处（如尖角、缩孔、气孔、夹渣等附近）。脆性大、塑性差的合金，如白口铸铁、高碳钢及某些合金钢最易产生冷裂纹。带轮的轮缘、轮辐比轮毂薄，因此冷却速度快，比轮毂先收缩，轮辐中产生拉应力，使轮辐发生断裂。同样的原因，飞轮的轮缘中产生的拉应力也易使轮缘发生断裂。工程中常见的几种铸件缺陷图小结合金铸造性能充型能力凝固方式应力与变形流动性浇注条件铸型条件逐层凝固糊状凝固中间凝固收缩性能液态收缩凝固收缩固态收缩(一）何为铸铁？

一、铸铁铸铁是碳质量分数大于2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。

有时为了提高力学性能或物理、化学性能，还可加入一定量的合金元素，得到合金铸铁。第二节常用铸造的合金应用：用于制造机床的床身、床头箱,发动机的汽缸体、机器的底座等，是工程上最常用的金属材料之一。

箱体启动阀（二）铸铁中碳的存在形式铸铁中的碳除极少量固溶于铁素体之外，以两种形式存在：

碳化物状态——Fe3C及合金铸铁中的其他碳化物（亚稳定相）硬而脆游离状态——石墨（G）（稳定相）性能极低石墨是碳的一种结晶形式,具有六方晶格,碳原子层状排列,受力时容易沿层面滑动，故其强度、硬度、塑性和韧性极低，常呈片状形态存在.铸铁中石墨形态片状团絮状球状蠕虫状铸铁的组织可以看成是在铁或钢的基体上夹杂着石墨，石墨对基体产生割裂作用。因此，石墨的存在使铸铁的力学性能下降，其性能比钢低，不能锻造，且石墨的数量越多，越粗大，分布越不均匀，铸铁的力学性能越差。但石墨的存在也赋予铸铁许多钢所不及的优良性能，如铸造性能、减振性和减摩性等。（三）石墨存在对铸铁的力学性能影响（四）铸铁的石墨化及其影响因素铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。石墨化方式：从液相或A中直接析出石墨由Fe3C分解得到石墨（四）铸铁的石墨化及其影响因素影响石墨化因素1）化学成分

C、Si——强烈促进石墨化

S——强烈阻碍石墨化

Mn——阻碍石墨化2）冷却速度冷速慢→促进石墨化冷速快→抑制化它共分五个区域：Ⅰ——白口铸铁区，其组织是Ld’＋P＋Fe3C，不含石墨；Ⅱ——

麻口铸铁区，其组织是P＋Fe3C十石墨。其性能与白口铸铁相近，在铸造生产中基本不采用；Ⅲ——珠光体灰铸铁区，其组织是P十石墨；Ⅳ——

珠光体一铁素灰铸铁区，其组织是P＋F十石墨Ⅴ——铁素体灰铸铁区，其组织是F十石墨可见，铸件壁厚越薄，C和Si的含量越低，越易形成白口组织。

因此，调整铸铁中的C和Si的含量及冷却速度是控制铸铁组织和性能的重要措施。根据石墨（G）在铸铁中存在形态，可分为：普通灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、、蠕墨铸铁。（五）灰口铸铁的分类石墨片越圆整、越细小、分布越均匀对基体割裂作用越小。（1）灰铸铁的成分、组织与性能

成份：一般为Wc=2.5%～4.0%,Wsi=1.0%～3.0%,WMn=0.6%～1.2%,Ws≤0.15%,Wp≤0.30%。组织：看成是碳钢的基体加片状石墨，分为三类：铁素体基体、铁素体-珠光体基体、珠光体基体灰铸铁。F+片状石墨（F+P）+片状石墨P+片状石墨1、灰铸铁性能：机械性能较差——抗拉强度低、塑性、韧性近于零；但抗压强度与相同基体碳钢相近。其它性能——耐磨性好、减震性好、铸造性能和切削加工性能良好;不能锻造、冲压；焊接性能差。（2）灰铸铁的孕育处理在浇注前向铁水中加入少量孕育剂，以获得细小均匀的石墨片和细片珠光体。通过孕育处理得到的铸铁称为孕育铸铁。孕育铸铁强度、硬度有显著提高，耐磨性较好，且铸件各部位截面上的组织和性能比较均匀。

（3）灰铸铁的牌号、性能及用途牌号用“HT+数字（数字表示最低的抗拉强度值MPa）”。例：HT150。应用：床身，机架，箱体，缸体，导轨（4）灰铸铁的热处理

灰铸铁热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形状、数量、大小和分布。热处理主要作用是消除应力、改善切削加工性、提高表面的硬度和耐磨性等。1）去应力退火工艺为：加热至500～600℃，保温一段时间后，随炉冷至200℃以下出炉空冷。2）消除白口、降低硬度退火加热到850～900℃，保温2～5h，然后随炉冷却至250～400℃出炉空冷。3）表面淬火主要作用是提高铸件的表面硬度和耐磨性。常用的有火焰淬火、感应淬火、接触电阻加热淬火等。

2、可锻铸铁可锻铸铁又称玛铁，是由白口铸铁在固态下经长时间石墨化退火而得到的具有团絮状石墨的铸铁

1）可锻铸铁的生产第一步先浇铸成白口铸件，获得白口铸件第二步石墨化退火。由于石墨化退火的方法不同，可得到黑心可锻铸铁(曲线①)、珠光体可锻铸铁(曲线②)和白心可锻铸铁

组织：分为铁素体可锻铸铁（又称黑心可锻铸铁）、珠光体可锻铸铁两种。性能：强度和韧性比灰铸铁提高很多。

可锻铸铁并不可锻。2）可锻铸铁的牌号、用途牌号用“KT+表示类别的字母（有H、Z）+A组数字（表示最小抗拉强度值）——B组数字（表示最小伸长率）”表示。例：KTH370-12。

应用：用于制作形状复杂、要求强度、韧性较高的薄壁零件，可以部分代替碳钢。如三通管件、中低压阀。3、球墨铸铁

(1)球墨铸铁的生产特点严格控制化学成分（C、Si较高，Mn、P、S较低）较高的出铁温度（1400℃以上）球化处理（获得球状石墨）孕育处理（促进石墨化，细化均匀组织）(2)球墨铸铁的热处理退火——铁素体+球状石墨QT400-18,正火——珠光体+球状石墨QT700-2,调质——回火索氏体+球状石墨QT800-2等温淬火——下贝氏体+球状石墨QT900-2生产方法：是在浇注前往铁水中加少量的球化剂和孕育剂，获得具有球状石墨的铸铁。(3)球墨铸铁的组织和性能

性能：力学性能比灰口铸铁高得多，强度与钢接近；塑性和韧性比灰铸铁好，仍比钢差。具有良好的铸造性能、减震性、减摩性、低的缺口敏感性、切削加工性等。但存在收缩率较大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷。牌号用“QT+A组数字-B组数字”表示。QT是“球铁”两字的汉语拼音字首;A组数字表示最低的抗拉强度值（MPa）B组数字表示最低伸长率（%）。例：QT600-3。(4)球墨铸铁的牌号、用途广泛用于制作受力复杂、性能要求较高的重要零件

机械性能

牌号基体

b

MPa

0.2

MPa

5

%ak

kJ/m2HB应用举例QT400-17铁素体40025017600≤179汽车、拖拉机床底盘零件；16-64大气压阀门的阀体、阀盖QT420-10铁素体42027010300≤207QT500-5铁素体+球光体5003505－147～241机油泵齿轮QT600-2球光体6004202－2297～302柴油机、汽油机曲轴；磨床、铣床、车床的主轴；空压机、冷冻机缸体、缸套QT700-2球光体7004902－2297～302QT800-2球光体8005602－2417～321四、蠕墨铸铁

通过在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂、再加孕育剂而生产制得的。力学性能介于基体相同的灰铸铁与球墨铸铁之间，如抗拉强度优于灰铸铁，且具有一定的塑性和韧性强度和韧性都不如球墨铸铁。突出优点是导热性、耐热性优于球墨铸铁此外，蠕墨铸铁的耐磨性优于孕育铸铁1）蠕墨铸铁的性能2）蠕墨铸铁的制取制造蠕墨铸铁的原铁液和炉前处理与球墨铸铁类似。3）蠕墨铸铁的组织蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间形态，其石墨片的长厚比较小，端部较钝。呈蠕虫状。4）蠕墨铸铁的牌号、用途牌号用“RuT+一组数字”表示，RuT是“蠕铁”两字的汉语拼音字首，一组数字表示最低的抗拉强度值（MPa）。例：RuT420。

蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高压热交换器、内燃机汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。排气管进气管

二、铸钢1．铸钢的分类、性能和应用按化学成分不同，可分为铸造碳钢和铸造合金钢两大类。其中铸造碳钢易于制取，且比较经济，因此应用较广，占铸钢总产量的80％以上。（1）低碳铸钢成分：含碳Wc0.25％以下，如ZG200—400，组织：铁素体+少量珠光体组成。性能：强度和硬度较低，塑性和韧性较高，导电，导磁性较好。应用：通常利用其软磁特性制造电机零件。熔点高，流动性差，且易氧化和热裂倾向大，铸造较困难，因此，应用较少。（2）中碳铸钢

成分：含碳Wc0.25％－0.45％范围，如ZG230-450组织：铁素体+珠光体组成性能：强度和硬度较高，塑性和韧性较低。应用：流动性较好，氧化热裂倾向小，但导热性较差，易产生内应力。是铸钢中应用最多的材料。（3）高碳铸钢成分：含碳量Wc0.50％－0.60％，如ZG340-640组织：珠光体+少量铁素体组成性能：硬度高，塑性低。应用：高碳铸钢的流动性好，收缩小不易产生粘砂，形成热裂的倾向小，但导热性差，塑性低，因而形成内应力及冷裂的倾向大，仅适用于制造耐磨铸件，如轧辊等。铸钢与球墨铸铁比较:铸钢的强度虽然与球墨铸铁相似，但铸钢的冲击韧性和塑性都超过球墨铸铁。因此，对于承受冲击载荷较大的工件，应选取用铸钢件。铸钢的焊接性能好，便于采用组合铸一焊联合工艺来制造重型机器零件。应用:对于力学性能要求高或具有耐热、耐磨、耐酸等特殊性能的铸件，可采用铸造合金钢。如用高锰钢（ZGMnl3）铸造火车道岔，万吨水压机的机座、立柱,用不锈钢铸造耐酸泵的耐蚀件等。2.碳钢的铸造工艺特点（1）钢的熔练：生产铸钢件的炼钢炉有多种，如电弧炉、感应电炉和平炉等.（2）铸型工艺特点：碳钢的熔点较高，相应浇注温度较高（一般浇注温度为1520－16000C），所以铸造性能较差，易氧化，流动性差，体积收缩约为灰铸铁的三倍，容易产生各种铸造缺陷。因此，必须在铸型材料、造型工艺、浇注规范的选择及铸件设计方面采取相应措施。铸钢用型砂常采用颗粒大而均匀的硅砂。为防止粘砂，铸型表面要涂以硅粉或错砂粉涂料。为减少气体来源，增强铸型强度和提高合金流动性，铸钢件多用烘干或快干铸型来铸造。对于轮廓尺寸较大壁厚均匀的薄壁铸件，可采用同时凝固的原则，可开设多道直浇口，以较大的速度充满铸型，如图8－20所示。对壁厚相差较大的铸件，应采用顺序凝固的原则，即在铸件热节部分安置冒口和冷铁，如图8－20所示3．铸钢件的热处理铸钢件的晶粒粗大、组织不均，并常有残余应力，所以强度、塑性和韧性不够高。为了细化晶粒、消除内应力、提高钢的力学性能，通常要进行退火或正火处理。砂型铸造工艺过程制造模样、芯盒→配制型砂、芯砂→造型和造芯→烘干、合箱→熔炼金属、浇注→落砂、清理与检验等第三节砂型铸造

造型是指用型砂、模样、砂箱等工艺装备制造砂型的过程。造型方法：手工造型——单件、小批量生产机器造型——中、小件大批量生产一、手工造型手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。优点：操作灵活、适应性强、成本低、生产准备时间短；缺点：铸件质量不易保证，生产率低，劳动强度大（一）常用手工造型方法：1、整模造型特点：模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型缺陷。应用：适用于铸件最大截面在一端，且为平面的铸件。整模造型连杆造型实例2、分模造型特点：将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下两个砂箱内，造型简单省工。应用：常用于最大截面在中部的铸件。有两箱造型和三箱造型两种.支承台的分块模造型实例三箱造型3、挖砂造型特点：模样是整体的，但铸件分型面为曲面。为便于起模，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂、其造型费工、生产率低，工人技术水平要求高。应用：用于分型面不是平面的单件、小批生产铸件。

手轮的挖砂造型实例4、假箱造型特点：为了克服挖砂造型的挖砂缺点，在造型前预先做个底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不参予浇注，故称假箱。比挖砂造型操作简单，且分型面整齐。应用：适用于成批生产中需要挖砂的铸件。手轮的假箱造型实例5、活块造型特点:在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，肋条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费时，工人技术水平要求高。应用:主要用于单件、小批生产带有突出部分、难以起模的铸件。

短导轨的活块造型实例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: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。皮带轮的刮板造型实例7、地坑造型特点:在地平面以下的沙坑中或特制的地坑中制造下型的造型方法，特点是省掉了下砂箱，但造型操作麻烦。应用:用于中型、大型铸件单件或小批量生产。平板的地坑造型实例手工造型用材料、工具及造型方法（二）、浇铸系统与冒孔

在造型过程中，开设浇铸系统与冒口是非常重要的操作1.浇铸系统

——将液态金属平稳的导入、填充型腔与冒口的通道，称为浇注系统。通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。除导入液态金属外，浇注系统还起到挡渣、补缩与调节铸件的冷却顺序等作用。2.冒口——在铸型中，储存和供补缩铸件用熔融金属的空腔，也指该空腔中充填的金属。其作用是补缩、排气和除渣。冒口设置于铸件的顶部或“热节”处。（二）机器造型

机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。机器造型铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小，但需要专用设备，投资较大，适合大批量生产

常用的机器造型方法有：压实、震压、抛砂、射压和挤压造型等。1.震压式造型:振压造型工作原理:a)填砂b)振实c)压实d)起模机器造型生产过程2.抛砂造型利用抛砂机机头上电动机的高速旋转叶片，连续地将输送带运来的型砂在机头内初步紧实，并呈团状被高速地抛入砂箱中作进一步紧实，同时完成砂箱内填砂，所以生产率高，型砂紧实度均匀。3.射压造型是用射砂方式填砂和压实紧实的复合方法来紧实砂型.砂型铸造自动生产线三、制芯型芯的主要作用是形成铸件的内腔或局部外形。单件、小批生产时采用手工制芯，大批生产时采用机器制芯。1。手工制芯常采用芯盒制芯。2.机器制芯常用型芯制作设备是射芯机和壳（吹）芯机射砂过程是：打开射砂阀，贮气筒中的压缩空气通过射砂筒上的缝隙进人射砂筒中，使芯砂形成高速砂流，从射砂孔射人芯盒内，将砂紧实，然后气体从排气孔排到大气中。该机生产率较高，应用广泛。第四节铸造工艺的制定原则及结构工艺性设计铸造工艺方案确定内容包括：铸件的浇注位置和分型面的选择；铸造工艺参数的确定；绘制铸造工艺图。一、铸件浇注位置及分型面的选择浇注位置是指浇注时铸件所处的位置。分型面是指两半个铸型相互接触的表面。一般先从保证铸件的质量出发来确定浇注位置，然后从工艺操作方便出发确定分型面。机床床身浇注时的位置1、确定浇注位置的原则：

1）一般情况，铸件浇注位置的上面比下面铸造缺陷多，所以重要加工面、耐磨表面等质量要求较高部位应置于下面或侧面。2）浇注位置的选择应有利于铸型的充填和型腔中气体的排出，所以铸件的大平面应朝下，以防止产生气孔和夹砂等缺陷．

不合理合理3）铸件的薄壁部分应朝下或倾斜，以免产生浇不足、冷隔等缺陷。4）体积收缩大的合金及壁厚差较大的铸件，应按顺序凝固的原则，将壁厚较大的部位和铸件的热节部置于上部或接近分型面，以便设置冒口进行补缩。铸件的重要加工面应置于下面或侧面；铸件的大平面应朝下；面积较大的薄壁部分置于铸型下部或侧面；铸件厚大部分应放在上部或接近分型面;浇注位置的选择原则201）应使铸件的加工面和加工基准面处于同一砂型中，而且尽可能放在下型，以便保证铸件尺寸的精确。2、确定分型面的原则2）分型面应尽量采用平面分型，避免曲面分型，并应尽量选在最大截面上，以简化模具制造和造型工艺不正确分型面应选在最大截面处正确分型面应避免曲折，数量应少，最好是一个，且为平面3）尽量减少分型面的数目，最好只有一个分型面，减少活块的数目。图8-31绳轮采用砂芯使三箱造型变为两箱造型4）应尽量减少砂芯的数目,并注意减少砂箱高度.5)为了有利于下芯、合型和便于检查型腔尺寸,通常把主要型芯放在下型1）确定机械加工余量——为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸件工艺设计时预先增加而在机械加工时切去的金属层厚度。铸件加工余量的大小取决于铸件的材料、铸造方法、铸件尺寸与复杂程度、加工精度要求等。具体数值可查手册。最小铸出孔及槽——在单件小批量生产的条件下，灰铁件上直径小于30mm和铸钢件上直径小于35mm的加工孔，可不铸出；如有特殊要求，且无法实行机加工的孔如弯曲孔，则一定要铸出。（二）铸造工艺参数的选择

铸造工艺参数通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些工艺数据。2）确定铸件收缩率——为了补偿铸件收缩，模样比铸件图样尺寸增大的数值。可查表8-23）确定起模斜度（拔模斜度）——为使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒中脱出，凡垂直于分型面（分盒面）的没有结构斜度的壁均应设起模斜度。起模斜度的大小，应根据模壁测量面高度、模样材料及造型方法确定。通常为15ˊ～3０4）确定型芯头的构造——芯头是指伸出铸件以外不与金属液接触的砂芯部分，其功用是定位、支撑和排气。为方便下芯、合型，芯头必须留有一定的斜度a。下芯头的斜度应小些（50－100），上芯头的斜度为便于合型应大些（50－150）为了便于型芯在铸型中的装配，型芯头与铸型型芯座之间应有l－4mm的间隙

二、铸造工艺图铸造工艺图是表示铸型分型面、浇冒口系统、浇注位置、型芯结构尺寸、控制凝固措施（冷铁、保温衬板）等的图样。图中应表示出：铸件的浇注位置、分型面、型芯的数量、形状、尺寸及固定方法、加工余量、起模斜度、浇口、冒口、冷铁的尺寸和位置。

项目用途设计程序铸造工艺图是制造模样、模底板、芯盒等工装以及进行生产准备和验收的依据。1.产品零件的技术条件和结构工艺性分析2.选择造型方法3.确定分型面和浇注位置4.选用工艺参数5.设计浇冒口、冷铁等6.型芯设计铸件图是铸件验收和机加工夹具设计的依据。7.在完成铸造工艺图的基础上，画出铸件图铸型装配图是生产准备、合型、检验、工艺调整的依据。8.在完成砂箱设计后画出铸造工艺卡片是生产管理的重要依据。9.综合整个设计内容铸造工艺图实例分型面选择实例分析(1)气缸套方案Ⅰ，轴线处于水平位置，铸件易产生缺陷；用分开模两箱造型，分型面通过圆柱面，有飞边，易错箱。方案Ⅱ，轴线处于垂直位置，铸件是顺序凝固；分型面在铸件一端，毛刺易清理，不会错箱1)、铸件壁厚应合理（铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间）三、铸造的结构工艺性最小壁厚：在各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。临界壁厚：各种铸造合金都存在一个临界壁厚，在砂型铸造条件下，各种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的3倍。(一)、合金铸造性能对铸件结构的要求1、铸件的壁厚缺陷：如果所设计铸件的壁厚小于允许的“最小壁厚”，铸件就易产生浇不足、冷隔等缺陷。在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、缩松、结晶组织粗大等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。2)铸件壁厚应力求均匀

壁厚均匀，是指铸件的各部分具有冷却速度相近的壁厚，铸件的内壁厚度应略小于外壁厚度。2.壁的连接)应有结构圆角2)、不同壁厚连接应逐渐过渡，防止壁厚突变

对于铸件结构中有两个或三个甚至更多个壁相连的情况，可采用交错接头或环形接头的形式。铸件壁联结应尽量避免金属积聚3)应避免交叉、锐角接头3、避免变形和开裂的结构在铸件易裂处合理设置加强肋4、尽量避免过大的水平面

过大的平面不利于金属液的填充，容易产生浇不到等缺陷，在进行铸件的结构设计时，应尽量将水平面设计成倾斜形状。不合理合理5、铸件结构应避免冷却收缩受阻和有利于减小变形

铸件在结构设计时，应尽量使其能自由收缩，以减小应力，避免裂纹。如图所示的弯曲轮辐和奇数轮辐的设计，可使铸件能较好地自由收缩。1)避免外部侧凹

铸件在起模方向上若有侧凹，见图a，要用三箱造型；若将其改成图b所示结构，可简化造型。(二)、铸造工艺对铸件结构的要求1、铸件的外形设计2)改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋条的结构

设计铸件上的凸台、凸缘和肋条结构时，应考虑便于造型起模，尽量避免使用活块或外壁型芯。3)应尽量使分型面平直

平直的分型面可避免操作费时的挖砂造型或假箱造型；同时，铸件的毛边少，便于清理。4)铸件要有结构斜度

铸件上垂直于分型面的不加工表面应设计出一定的斜度，称为结构斜度。结构斜度便于起模，并可延长模具的使用寿命。不合理合理1)应使铸件尽可能不用或少用型芯

图a采用方形中空截面，为形成其内腔，必须采用型芯；图b所示工字形开式截面，则可避免型芯的使用。2、铸件内腔的设计图a应出口处尺寸小，要用型芯形成内腔；图b扩大了出口，且D>H，故可用砂垛（自带型芯）形成内腔，从而省掉型芯。不合理合理2)有利于砂芯的固定和排气采用图a的结构，则需要两个型芯，而且其中大的型芯呈悬臂状态，装配时必须采用芯撑作辅助支撑，若改成图b所示的形状，采用一个整体型芯来形成铸件的空腔，可增加型芯的稳固性。对于因芯头不足而难于固定型芯的铸件，在不影响使用功能的前提下，可设计出适当大小和数量的工艺孔，用以增加芯头的数量，稳固型芯，如图b所示。3)铸件结构设计中应避免封闭空腔。

图a所示铸件为封闭空腔结构，其型芯安放困难、排气不畅、难于清砂，可改成图b所示的结构。第五节特种铸造

所谓特种铸造，是指有别于砂型铸造方法的其他铸造工艺。铸造方法公差等级(CT)GB6414-86砂型14～15熔模11～14金属型12～14压力11~13低压12～14离心12～14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；铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定限制。26特种铸造特点（与砂型铸造相比）特种铸造特种铸造金属型铸造离心铸造压力铸造熔模铸造低压铸造挤压铸造陶瓷型铸造熔模铸造是一种精密铸造方法。它是用易熔材料制成模样，然后在模样上涂挂造型材料，经过硬化，再将模样熔失，从而获得无分型面的整体型壳（即铸型），型壳经焙烧后即可浇注。由于熔模广泛采用蜡质材来制造，故又称为“失蜡铸造”。一、熔模铸造(一)熔模铸造的工艺过程熔模铸造熔模铸造的工艺过程（二）熔模铸造的主要特点及适用范围1）铸件的精度和表面质量较高，尺寸公差等级可达IT14-IT11，表面粗糙度值可达Ra25～3.2

um，且可制造形状较复杂的薄壁铸件（铸出孔的最小直径为0.5mm，最小壁厚可达0.7mm）2）适用于各种合金铸件;尤其适合高熔点及难切削的特殊合金,如耐热合金.3）生产批量不受限制。4）但工艺过程较复杂，生产同期长（约4～15天），制造费用和消耗的材料费用较高。熔模铸造是一种少、无切削的先进精密成形工艺，最适合25kg以下的高熔点、难加工合金铸件的批量生产。如汽轮机叶片、泵轮、复杂刀