铸造基本知识讲座

铸造基本知识讲座

金属零件的制造过程一般包括毛坯成形和对毛坯的切削加工，有时需要进行热处理以获得所希望的性能。

金属成形方法主要指获得毛坯的生产加工方法。工业上应用的金属成形方法（即毛坯生产方法）主要有：铸造，压力加工，焊接，粉末冶金等（见后图）。

何为铸造

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，适合生产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。金属液态成型（铸造）

定义：所谓金属液态成型，即铸造，casting，是将液态金属靠重力场或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。

注意2个过程：（1）充填型腔（2）凝固冷却

被铸物质多为原为固态但加热至液态的金属（例：铜、铁、铝、锡、铅、金、银等），而铸型的材料可以是沙、金属甚至陶瓷。因应不同要求，使用的方法也会有所不同。铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。铸造“铸造”俗称“翻砂”的由来“砂型铸造”时先将下半型放在平板上，放砂箱、填型砂、紧实刮平，下型造完，将造好的砂型翻转180度，放上半型，撒分型剂，放上砂箱，填型砂并紧实、刮平，将上砂箱翻转180度，分别取出上、下半型，再将上型翻转180度和下型合好，砂型造完，等待浇注。这套工艺俗称--“翻砂”。清铜螃蟹形

青铜器的铸造，主要采用泥范铸造和失蜡铸造。中国的青铜器铸造以泥范为主，并在近代兴起砂型铸造之前的三千多年时间内，泥范分范合铸一直是最主要的铸造成形方法，春秋中期以前几乎是唯一的方法。这和美索不达米亚、埃及等地以失蜡铸造为主的情况截然不问，是中国独有的技术道路。中国古代三大铸造技术

泥范铸造

失蜡铸造

金属型铸造古青铜器主要制作法泥范铸造的基本流程泥料选取与加工塑制模样翻制范、芯铸型组合制铸型筑炉及选料配料及熔炼熔炼修整补铸或加工成品浇注（浑铸或分铸）铸铜陶范（商代）与铸造有关的词语大错铸成：

众所周知，成语“铸成大错”的意思是“造成重大而又无可挽回的错误”。可是，如果仔细琢磨琢磨，该成语有一处颇令人费解的地方：“铸”字的本义是指把熔化的金属倒入模子里制成器物，而“错误”则是一个抽象名词，二者本无任何关系，那人们又为什么将“大错”说成是“铸成”的呢？，原来“错”字有一种含义，即一种由金属铸成的钱币——“金错刀”。模范：

指值得人学习或取法的榜样。在铸造中

用泥料制成的实心器物外形，称为“模”，制模过程就是器形设计过程。在“模”上贴泥而翻制成的外模或凹模，称为“范”，亦称“外范”“母范”“母模”等，“模范”一词即由此而来。就范：

[释义](动)听从支配和控制。组合安装“范”（外模或凹模）成为铸型。炉火纯青：比喻学习、技术、技巧达到了纯熟完美的境界。纯：纯粹。

《考工记》载：“凡铸金之状，金与锡黑浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，青白次之；青白之气竭，青气次之，然后可铸也。”这是以火焰判断熔化进程的经验总结。金属加热熔化时，火焰由黑浊渐渐便青，即可出炉浇铸，“炉火纯青”的成语即由此来。

铜钟通高6.75米，钟壁厚度不等，最厚处185毫米，最薄处94毫米，重约46吨。钟体内外遍铸经文，共22.7万字。铜钟合金成分为：铜80.54％、锡16.40％、铝1.12％，为泥范铸造。

永乐大钟永乐大钟铸造场景模拟

制模合范熔炼永乐大钟铸造场景模拟

浇注永乐大钟铸造场景模拟

轿车发动机现代铸造适于做复杂外形，特别是复杂内腔的毛坯；对材料的适应性广，铸件大小几乎不受限制；成本低，原材料来源广泛，价格低廉,一般不需要昂贵的设备；是某些塑性很差的材料制造其毛坯或零件的唯一成型工艺。液态成形优点铸造生产特点及应用由于是液态成形，铸造可以生产形状很复杂的铸件，见图。具有复杂形状和内腔的铝合金铸件（汽车发动机箱体——压铸件）

江铃铸造厂的Duratorq4D24发动机缸体（灰铁）

液态成形优点铸件大小几乎不受限制，质量从几克到几百吨，壁厚从1mm到1m以上都可以铸造，见图长江三峡电站巨型水轮机的特大型铸件，大型不锈钢铸焊结构转轮的直径为10.44米，叶片最大轮廓尺寸为4537×4951×2300毫米，是当今世界尺寸最大的混流式转轮，净重416吨。可用于铸造的金属与合金的种类很多。从原理上讲，所有金属与合金都可以熔化成液体，能够用于铸造。但是金属材料的铸造性能有差别，实际生产中主要使用那些容易铸造的合金，如铸铁。

由于铸造具有如此突出的优点，所以才会经久不衰，且不断发展，直到现在仍然在制造业中得到广泛应用。

工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控制；铸件内部组织的均匀性、致密性一般较差；铸件易出现缺陷，产品质量不够稳定；铸件力学性能比同类材料的锻件低。液态成形缺点铸造生产特点：优缺点铸造方法分类（ClassificationoffoundryMethods）手工造型机器造型金属型铸造熔模铸造压力铸造低压铸造离心铸造铸造砂型铸造特种铸造砂型铸造的基本工艺

（basicprocessofSandCasting）砂型铸造（SandCasting）：利用型砂作铸型，将液态金属在重力下浇注到铸型中冷却凝固成型的铸造方法。1.砂型铸造的组成及性能造型材料（moldingmaterial）：用来制造砂型的材料。砂型（sandmold）：由型砂和芯砂制成的。造型材料组成性能砂粘结剂水附加物足够的强度良好的可塑性高的耐火性一定的透气性一定的退让性砂型铸造工艺流程图2.造型方法（modelingmethod）手工造型机器造型整模造型活块造型分模造型刮板造型震实式造型震压式造型抛砂造型造型方法三箱造型假箱造型挖砂造型砂箱刮砂板底板砂舂通气针起模针皮老虎镘刀镘勺提勾手工造型（HandMolding）1.砂箱及造型工具砂型铸造生产过程示意图整模造型特点：模样为一整体，分型面为一平面，型腔在同一砂箱中，不会产生错型缺陷，操作简单。应用：最大截面在端都且为一平面的铸件，应用较广。如齿轮坯、轴承、皮带、轮罩等2.常见手工造型方法轮罩上砂箱下砂箱浇口棒模样分型面分模造型特点：模样在最大截面处分开，型腔位于上、下型中，操作较简单。应用：最大截面在中部的铸件，常用于回转体类等铸件。如套筒、水管、阀体、箱体、曲轴等。套筒上半模下半模分型面活块造型

特点：将模样上阻碍起模的部分做成活动，取出模样主体部分后，将活块取出。应用：造型较复杂，用于单件小批生产，带有凸台，难以起模的铸件。

挖砂造型

特点：整体模样，分型面为一曲面，需挖去阻碍起模的型砂才能取出模样，对工人的操作技能要求高，生产工具率低。应用：适宜中小型、分型面不平的确铸件单件、小批生产。下砂箱模样挖去分型面上的砂放置上砂箱模样模样可用钉子、燕尾榫槽等方法连接分型面假箱造型特点：将模型置于预先做成好的假箱或成型底板上，可直接造出曲面分型面，代替挖砂造型，操作较简单。应用：用于小批或成批生产，分型面不平的铸件。刮板造型特点：刮板形状和铸件截面相适应，代替实体模样，可省去制摸的工序。应用：单件小批生产，大、中型轮类、管类铸件。如皮带轮、齿轮等。砂箱刮板三箱造型特点：采用上、下、中三个砂箱，有两个分型面，铸件的中间截面小，用两个砂箱时取不出模样，必须分模，操作复杂。

应用：单件小批生产，适合于中间截面小，两端截面大的铸件。实际生产中手工造型用材料、工具及造型方法上砂箱中砂箱下砂箱分型面分型面熔炼与浇注熔炼：金属由固态转变成熔融状态的过程。浇注：将熔融金属从浇包注入铸型的操作，浇注温度应在一定的温度范围。过高，金属液吸气多，体收缩大，铸件易产生气孔、缩孔、粘砂；过低，金属的流动性差，铸件易产生浇不到、冷隔和断流。落砂与清理

落砂是指用手工或机器使铸件与砂型、砂箱分开的操作。

落砂早：易使表面硬化，因为冷速快。清理是指落砂后，从铸件上清除表面粘砂、型砂、多余金属（包括浇冒口、氧化皮）等过程的总称，落砂后应及时清理。浇注系统

浇注系统是指为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。（1）浇口杯：承接浇注的熔融金属。（2）直浇道：产生静压力，使熔融金属充满铸型、调节流速。（3）横浇道：将熔融金属分配给各个内浇道，撇渣。（4）内浇道：金属液流入型腔的入口，控制金属液流入型腔的速度和方向，调节冷速。（5）冒口：为避免出现因金属收缩导致铸件变形而附加在铸件上方或侧面的补缩空腔。3.确定铸造工艺参数（TheDeterminationofFoundryParameters

）加工余量；收缩率；拔模斜度；铸造圆角；型芯及型芯头。工艺参数1)加工余量定义：指铸件上预先增加为机械加工时切去的金属层厚度。2)铸件的孔、槽

要考虑铸出的可能性、必要性和经济性。一般大孔用下芯的方式铸出，而小孔则用机加工完成。单件、小批生产的小铸铁件上直径小于30mm的孔一般不铸出。3)起模斜度定义：指平行于起模方向的模样壁的斜度。起模斜度4)铸造收缩率定义：指铸件自高温冷却至室温时，尺寸的缩小值与铸件名义尺寸的百分比。5）铸造圆角定义：指设计铸件时，在璧间的连接和拐角处，应设计处圆弧过渡，此圆弧称为铸造圆角。凝固特性热节、充型作用：可避免热节形成；改善应力分布。特种铸造（specialcasting

）定义：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。特种铸造金属型铸造熔模铸造离心铸造低压铸造压力铸造常见的特种铸造方法一、金属型铸造定义：指在重力作用下将金属液浇注入金属铸型获得铸件的方法。也称永久型铸造。应用范围：主要用于有色金属件的大批量生产。例如：铝活塞、汽缸体等。特点：可重复使用，生产效率高，劳动条件好，但成本高；铸件精度高，表面粗糙度较低；金属散热性能好，晶粒细化，机械性能好；不透气且无退让性，易造成铸件浇不足或开裂。金属型铸造二、压力铸造（pressurecasting）定义：指将液态或半液态合金浇入压铸机的压室中，使之在高压和高速下充填型腔，并在高压下成形结晶而获得铸件的一种铸造方法。应用范围:目前主要用于大量生产的非铁合金中小型(几克至20～30kg)铸件。例如：汽缸体、化油器、离合器等。特点：浇注时间短，易于机械化、自动化作业；铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好；铸件尺寸精度高，表面光洁；凝固速度快，排气困难，易形成疏松和缩孔；模具成本高，不宜小批量生产。压力铸造三、离心铸造（centrifugalcasting）应用：主要用于大批量生产空心回转体铸件。例如铸铁管、汽缸套、铜套等。特点：离心力改善了补缩条件，缩孔等缺陷减少；改善金属的流动性，提高了充型能力；简化了中空圆柱形铸件的生产过程；成分偏析严重，尺寸难以控制；设备投资大，不宜单件、小批量生产。定义：将金属液浇入高速旋转（250～1500r/min）的铸型中，并在离心力作用下充型和凝固的铸造方法。

离心铸造四、熔模铸造（investmentcasting）定义：指用易熔材料（如蜡料）制成模样，在模样上涂覆若干层耐火材料制成型壳，熔出模样后经高温焙烧，即可浇注的铸造方法。又称失蜡铸造。

应用：各种铸造合金，特别适于高熔点、难加工合金的小型铸件的成批、大量生产。特点：铸件尺寸精度高，表面光洁；可铸造形状复杂零件；工艺过程复杂，生产周