工程材料及成形工艺 第3版 课件 9章 铸造

第9章铸造9.1铸造工艺基础9.2砂型铸造9.3铸造工艺9.4铸件的结构工艺性9.5特种铸造9.1.1铸造概念9.1铸造工艺基础将液态合金浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法称为铸造。

铸造的基本过程：液态金属充型铸件凝固收缩哇，铸造真简单！！

铸造具有如下优点：1.适于复杂零件：适于用来生产复杂外形复杂内腔的零件。2.适应范围广：①铸造材料不受限制，对塑性很差的材料(如铸铁等)是唯一的成型工艺。②铸件的大小、壁厚几乎不受限制。③批量不受限制。3.成本低：原材料来源广泛，价格低廉,一般不需要昂贵的设备。与其它成型方法相比，铸造在机器制造业中应用极其广泛。在机床、内燃机、重型机器中，铸件重量占70～90%；在风机、压缩机中铸件重量占60～80%；在农业机械中铸件占40～70%；在汽车中铸件占20～30%。铸造的生产方法很多，主要可分为砂型铸造和特种铸造两大类，其中砂型铸造为铸造生产最基本的方法。套筒的铸造过程

9.1.2合金的铸造性能1合金的流动性流动性是液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的基本条件。流动性好的合金，充型能力强，流动性差的合金，充型能力差。如果金属的流动性不足，则会在金属液还未充满铸型前就停止了流动，使铸件产生浇注不足或冷隔缺陷。

影响流动性的因素主要有：（1）合金的成分（2）浇注条件（3）铸型条件（4）铸件结构0.45%C铸钢：200mm4.3%C铸铁：1800mm金属流动性试验在铸件的凝固过程中，对铸件质量影响较大的是液相和固相并存的凝固区的宽窄。铸件的“凝固方式”可据凝固区的宽窄划分为逐层凝固、糊状凝固、中间凝固三种。2铸件的凝固方式收缩是铸件中许多缺陷产生的基本原因。合金的收缩分为三个阶段：液态收缩阶段、凝固收缩阶段、固态收缩阶段。合金种类Wc/%浇注温度/℃液态收缩/%凝固收缩/%固态收缩/%总体积收缩/%铸钢0.3516101.637.8612.46白口铸铁3.014002.44.25.4～6.312～12.9灰铸铁3.514003.50.13.3～4.26.9～7.83合金的收缩性铁碳合金的收缩率9.1.3铸件的常见缺陷

1、缩孔与缩松

液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。按照孔洞的大小和分布，可将其分为缩孔和缩松两类。缩孔集中在铸件上部或最后凝固的部位，通常隐藏在铸件的内层，有时也暴露在铸件的上表面，呈明显的凹坑；缩松则分散在铸件的某区域内。

缩孔形成过程缩松形成过程2、铸造应力、变形和裂纹铸件凝固后将在冷却至室温的过程中继续收缩，若收缩受到阻碍，加之固态相变，会使铸件内部产生内应力。例如，在冷却后期，铸件厚的部分受拉伸、薄的部分受压缩。如果内应力超过合金的屈服点时，铸件力图通过变形来减缓内应力，因此细长铸件或者大而薄的铸件易产生变形。当铸件内应力超过强度极限时，铸件便将产生裂纹。车床床身的弯曲变形

平板铸件的变形

裂纹

3、铸件中的气孔气孔是气体在铸件中形成的孔洞。气孔破坏了金属的连续性，减少了有效的承载面积，并引起应力集中，因而降低了铸件的机械性能，特别是冲击韧性和疲劳强度显著降低。弥散性气孔还可促使显微缩松的形成，降低了铸件的气密性。铸造时为什么用砂型？①砂型的耐火度高，能经受高温金属液的侵蚀；②砂子具有“流动性”，便于制成生产铸件所需要空腔。③砂型退让性好，减少铸件的应力和裂纹倾向；④砂型透气性良好，便于气体逸出；⑤砂型具有一定的强度，能在造型、搬运、合箱、浇注等过程中不损坏。1－下型；2－下箱；3－分型面；4－上型；5－上箱；6－通气孔；7－出气口；8－型芯排气道；9－浇口盆；10－直浇道；11－横浇道；12－内浇道；13－型腔；14－型芯；15－型芯头；16－型芯座9.2砂型铸造

砂型的组成9.2.1工艺工装设计

1根据零件图，设计铸造工艺图铸造工艺图铸造收缩率：0.9%2进行工装设计芯盒尺寸加收缩率：L模型=L毛坯（1+εl）模型手捏后型砂具有清晰的轮廓，湿度合适。折断时断面没有破碎状，具有足够的强度。型砂组成粘土水玻璃桐油树脂辅料粘接剂原砂1混砂混砂在混砂机进行。对型砂性能要求：强度高、透气好、耐火度高、一定退让性。9.2.2造型

2、造型

套筒的分模造型过程在成批、大量生产时，应采用机器造型，将紧砂和起模过程实现机械化。水管接头下型的机器造型过程

砂芯的主要作用是形成铸件的内腔，有时也形成铸件的局部外形。砂芯用芯盒制造。刷涂料：提高耐高温性，防止粘砂。烘干：提高强度和透气性。3、砂芯制造4、合型将上型、下型、砂芯组合在一起的过程称为合型，又称合箱。合型工作包括：①铸型的检查；②下芯；③合上下型；④上、下型的定位；⑤铸型的紧固。压铁把液体金属浇入铸型的操作称为浇注。准备浇包清理通道烘干用具做好防护工作浇注工艺浇注温度浇注速度浇注过程控制9.2.3浇注落砂：从砂型中取出铸件的过程，称为落砂。包括清除型芯。清理：切除浇冒口，去除飞边毛刺，清除粘砂。检验：铸件的尺寸精度、表面质量、化学成份及力学性能等是否符合要求，最重要的是检查有无铸造缺陷。9.2.4落砂、清理和检验1、浇注位置的确定原则（1）应将铸件的重要加工面或主要受力处放到下面，若有困难则可放到侧面或斜面。9.3.1浇注位置与分型面的选择机床床身浇注位置圆锥齿轮浇注位置起重机卷筒浇注位置9.3铸造工艺

（2）应有利于型腔中气体的排出电动机端盖浇注位置铸铁平台浇注位置（3）当铸件壁厚不均需要补缩时，应按顺序凝固的原则，将厚大的部分放在上面或侧面，以便于安放冒口和冷铁。如右图示。（4）应尽可能避免使用吊砂、吊芯或悬壁式砂芯。铸铁平台浇注位置2、铸型分型面的选择（1）为了起模方便，分型面一般选在铸件最大的截面上，但注意不要使模样在一个砂型内过高。右图若采用方案（2），可使模样在下箱的高度减小。（2）尽量将铸件的重要加工面或大部分加工面与加工基准面放在同一个砂箱中，而且尽可能放在下型，以便保证铸件的尺寸精确，但下箱型腔也不宜过深。

方案2可减小模样在下箱的高度支架的工艺方案（3）为了简化操作过程，保证铸件尺寸精度，应尽量减少分型面的数目，减少活块的数目。（4）分型面应尽量采用平直面，这样使操作方便。（5）应尽量减少砂芯的数目。

绳轮的两箱造型以砂芯代替活块造型起重机分型面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，这些工艺参数一般都与模样和芯盒尺寸有关，既与铸件的精度有关，同时也与造型、制芯、下芯及合箱的工艺过程有联系。

铸造工艺参数主要包括：1、铸造收缩率2、机械加工余量3、起模斜度4、最小铸出孔5、型芯头结构9.3.2工艺参数的选择芯头与芯座的间隙垂直芯头水平芯头为了使金属液流入型腔，而在铸型中所开出的通道称为浇注系统。浇注系统主要作用：使金属液能平稳地流入并充满型腔，避免冲坏型壁和型芯；防止熔渣、砂粒或其他杂质进入型腔；能调节铸件的凝固顺序。9.3.3浇注系统浇注系统的组成放置冒口是铸造生产中防止缩孔、缩松缺陷的有效措施。冒口的主要作用是补缩，此外，还有出气和集渣的作用。9.3.4冒口冒口的位置设置在铸件被补缩部位的上部或附近；放在铸件最高最厚的地方；尽可能对铸件多个热节缩；布置在铸件需要机械加工的表面上。冒口热节冒口设置原则：冒口的凝固时间应大于或等于铸件的凝固时间；有足够的金属液补充铸件的收缩；与铸件被补缩部位之间必须存在补缩通道。浇注位置；分型面；型芯；加工余量；拔模斜度；收缩率；浇注系统；冒口；冷铁等。9.3.5铸造工艺图铸造工艺图是反映零件铸造工艺方案的图形。其内容包括：浇注位置；分型面；型芯；加工余量；拔模斜度；收缩率；浇注系统；冒口。主要内容包括：1、铸件的壁厚应合理每一种铸造合金，采用某种铸造方法，都要求铸件有其合适的壁厚范围。为了避免浇不足、冷隔等缺陷，铸件应有一定的厚度。下表列出了几种常用的铸造合金在砂型铸造条件下的铸件最小允许壁厚。

9.4.1铸件质量对铸件结构的要求铸件尺寸铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金铜合金镁合金200

200以下200

200～500

500500

500以下6～810～1218～255～66～1015～206124～55～8345～73～56～839.4铸件的结构工艺性

2、铸件壁的连接和圆角铸件的壁厚应力求均匀，如果因结构所需，不能达到壁厚均匀，则铸件各部分不同壁厚的连接应采用逐渐过渡。不合理合理壁厚的过渡形式3、壁厚力求均匀

金属过多地聚集在一起，使铸件冷却不均匀，形成较大的内应力，而且易形成缩孔、缩松及裂纹。因此应取消不必要的厚大部分，减小、减少热节。右图为壁厚力求均匀的实例。不合理合理4、应防止产生变形某些壁厚均匀的细长铸件，较大面积的平板铸件，以及壁厚不均匀的长形箱体都会由于应力而产生翘曲变形。可采用合理的结构设计予以解决。不合理合理5、避免水平方向出现较大的平面

在浇注时，如果型内有较大的水平型腔存在，当液体金属上升到该位置时，由于断面突然扩大，上升速度缓慢，高温液体较长时间烘烤顶部型面，极易造成夹砂、浇不足等缺陷，同时也不利于金属夹杂物和气体的排出。因此，应尽量设计成倾斜壁。

不合理合理1、减少和简化分型面铸件分型面的数量应尽量少，且尽量为平面，以利于减少砂箱数量和造型工时，而且能简化造型工艺、减少错型、偏芯等缺陷，提高铸件精度。9.4.2铸造工艺对铸件结构的要求托架的分型面选择示意图2、铸件外型和内腔应力求简单

采用型芯和活块可以制造出各种复杂的铸件，但型芯和活块将使造型、造芯和合型的工作量增加，且易出现废品，所以设计铸件时，其外型和内腔力求简单，尽量避免不必要的型芯和活块。

在这几个示意图中，图a为不合理结构，图b为避免活块的设计。

3、铸件结构应有利用于减少型芯及便于型芯的定位、固定、排气和清理铸件结构由a）改为b）后，型芯的稳定性大为提高且下芯简便、易于排气。铸件结构由a）改为b）后，在铸件底面上增设了两个工艺孔，这样不仅省去了型芯撑，也便于排气和清理。如果零件上不允许有此孔，以后则可用螺钉或木塞堵住。

4.应有一定的结构斜度

凡垂直于分型面的不加工面都应有一定的斜度。结构斜度的大小与垂直壁的高度有关，与拔模斜度不能混淆。

5.去除不必要的圆角

虽然铸件的转角处几乎都希望用圆角相连接，这是由铸件的结晶和凝固特点决定的。但是有些外圆角对铸件质量影响不大，但却对造型或制芯等工艺过程有不良效果。

9.5特种铸造熔模精密铸造，就是用易熔材料（如蜡料或塑料）制成模型（简称熔模），在其上涂覆若干层耐火涂料，经过硬化形成整体型壳，熔掉模型，焙烧后浇入金属液而得到铸件。优点：①铸件尺寸精确，表面光滑；②可铸造形状复杂的铸件；③不受合金材料的限制；④可以提高金属材料的利用率；⑤生产灵活性高，适应性强。缺点：①铸件尺寸不能太大；②工艺过程复杂，工序繁多，生产周期长；③铸件冷却速度慢，降低机械性能。金属型铸造是将金属液浇注到金属制成的铸型中，随后冷却获得铸件的铸造方法。金属型可以使用几百次到上万次。①铸型是永久型，生产时不需要造型，所以生产效率高，劳动条件好，对环境污染小；②金属型的导热性和蓄热性高；③工序简单，铸件质量和尺寸易于控制，易于实现机械化和自动化；④金属型铸件具有较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，因而减少了加工余量，材料消耗减少；⑤金属型激冷作用大，无退让性，无透气性；⑥模具结构复杂，成本高。离心铸造是将液体金属浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力的作用下充填铸型和凝固形成的一种铸造方法。创造使铸型旋转的条件；旋转速度（一般250～1500r/min）。