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1、第2章 铸造成形,返回,2.7 铸造新工艺新技术简介,2.8 铸造技术的发展趋势,返回,结合你在金工实习中的实践体会，谈谈：,1. 什么是铸造？,2. 你获得了哪些铸造经验？,司母戊鼎器型高大厚重，故又称司母戊大方鼎，高133厘米、口长110厘米、口宽79厘米、重832.84千克，鼎腹长方形，上竖两只直耳（发现时仅剩一耳，另一耳是后来据另一耳复制补上），上有虎噬人图案，下有四根圆柱形鼎足，是中国目前已发现的最重的青铜器。该鼎是商王祖庚或祖甲为祭祀其母所铸。,明朝永乐大钟用青铜铸成，高6.94米，钟口直径3.3米，钟腰最薄处为94毫米，钟唇最厚处为185毫米，重量达到惊人的46.5吨！它不但形体
2、巨大，而且造型精美，历时50O多年，至今仍音响圆润宏亮，钟声可传四五十公里，余音达2分钟之久。,铸造：将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。铸造是生产机器零件毛坯的主要方法之一，其实质是液态金属逐步冷却凝固成形。,铸造的优点：1）可以铸出内腔、外形很复杂的毛坯；2）工艺灵活性大。几乎各种合金、各种尺寸、形状、重量和数量的铸件都能生产；3）成本较低。原材料来源广泛，价格低廉。,2.1 概述,铸造的缺点：,铸造在机械制造业中应用十分广泛，在各种类型的机器设备中铸件占很大比重。如表2-1所示。,图2-1 砂型铸造流程图,2.2 铸件成形理
3、论基础,液态金属充满铸型，获得尺寸精确、轮廓清晰的铸件，取决于充型能力。充型能力首先取决于金属液本身的流动能力，同时又受铸型性质、浇注条件及铸件结构等因素的影响。影响充型能力的因素，如表2-2所示。,2.2.1 金属的充型,表2-2 影响充型能力的因素和原因,表2-2 影响充型能力的因素和原因,1）收缩：合金从液态冷却至常温的过程中，体积或尺寸缩小的现象。通常用体收缩率或线收缩率来表示。,2.2.2 合金的收缩,1、合金的收缩及影响因素,合金的收缩过程可分为三个阶段：如图2-6所示。,a) b) c),（1）液态收缩 指合金从浇注温度冷却到液相线温度过程中的收缩。,（2）凝固收缩 指合金在液相
4、线和固相线之间凝固阶段的收缩。结晶温度范围越大，收缩率越大。液态和凝固收缩时金属液体积缩小，是形成缩孔和缩松的基本原因。,（3）固态收缩 指合金从固相线温度冷却到室温时的收缩。用线收缩率表示，它对铸件形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因 。,1）收缩体收缩：合金从液态冷却到固相线的体积改变量。线收缩：合金从固相线冷却到常温的线尺寸改变量。包括下面三个阶段：,2）影响收缩的因素：,1）化学成分;2）浇注温度越高，过热度越大，收缩越大;3）铸件结构和铸型条件，铸件结构造成各部分冷却速度不同，产生内部应力阻碍收缩；铸型和型芯产生机械阻力。,3) 缩孔及缩松,铸件凝固结束
5、后常常在某些部位出现孔洞，大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。合金液态收缩和凝固收缩愈大(如铸钢、白口铸铁、铝青铜等)，收缩的容积就愈大，愈易形成缩孔。合金浇注温度愈高，液态收缩也愈大(通常每提高100 ，体积收缩增加1.6%左右)，愈易产生缩孔。纯金属或共晶成分的合金，易形成集中的缩孔；结晶间隔大的合金，易产生缩松。,图2-7 相图与缩孔、缩松和铸件致密性的关系,4）防止产生缩孔和缩松的方法,防止缩孔和缩松的基本原则是：采用合理的工艺条件，使缩松转化为缩孔，并使缩孔移至冒口中。,图2-8 定向凝固方式,铸造应力:铸件的固态收缩受到阻碍而引起的内应力。可分为热应力、收缩应力和相变
6、应力；热阻碍：铸件各部分由于冷却速度不同，收缩量不同而引起的阻碍,由其引起的应力称热应力。机械阻碍：铸型、型芯对铸件收缩的阻碍,由其引起的应力称机械应力（收缩应力）。,2、铸造应力,2）收缩应力：由机械阻碍产生，一般都是拉应力，在形成应力的原因消除时，应力也随之消除。但如果临时拉应力和残留热应力同时作用在某瞬间超过铸件的强度极限时，铸件将产生裂纹。如图2-4所示。,图2-9 法兰收缩受机械阻碍,3）减小和消除铸造应力的措施（1）合理设计铸件结构。尽量避免牵制收缩的结构，如壁厚均匀，壁之间连接均匀等。 （2）选用较好的造型工艺：改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇口、冒口。（3）采用合适的铸造工艺
7、：符合同时凝固的原则。如图2-5所示，各部分温差小，不易产生热应力。主要用于收缩较小的普通灰铸铁、结晶范围大，不易实现冒口补缩，对气密性要求不高的锡青铜铸件等。（4）去应力退火。,图2-10 同时凝固原则,3、铸件的变形,思考题：,1、何谓合金的铸造性能？它可以用那些性能来衡量？铸造性能不好，会引起哪些缺陷？,2、试分析图2-13所示铸件：1）那些是自由收缩，哪些是受阻收缩？2）受阻收缩的铸件形成哪一类铸造应力？3）图示各点应力属什么性质（拉应力、压应力）？,图2-13,砂型铸造是应用最广的铸造方法，约占总产量的80%以上，其基本工艺过程如下：,零件图,铸造工艺图,模样图、芯盒图、铸型装配图,
8、准备炉料,熔炼金属,浇注,化验,落砂、清理,检验,热处理,合格铸件,2.3 造型方法,造型和制芯是砂型铸造最基本的工序，按照紧实型砂和起模的方法，可分为手工造型和机器造型两大类。,1、手工造型：全部用手工或手动工具完成的造型。手工造型特点：操作灵活，工艺装备（模样、芯盒、砂箱）简单，生产准备时间短，适应性强，可用于各种大小形状的铸件。缺点是对工人技术水平要求较高，生产率低，劳动强度大，铸件质量不稳定。用于单件、小批生产。,2、常用手工造型特点及应用,手工造型按模样特征可分为：整模造型，分模造型、活块造型、挖砂造型、假箱造型、刮板造型；按砂箱特征分：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型。具体特
9、点及应用见表2-2 。,2.3.1 手工造型,3、两箱造型,1）两箱整模造型,整模造型,整模造型,分模造型,分模造型,挖砂造型,挖砂造型,假箱造型,三箱造型,三箱造型,机器造型：用机器全部或至少完成紧砂操作的造型。生产效率高，劳动条件好，砂型质量好（紧实度高而均匀，型腔轮廓清晰，铸件质量也好。但设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长，适于中小铸件的成批或大量生产。,2.3.1 机器造型,1. 气动微振压实造型,气动微振压实造型是采用振动（频率150500 Hz，振幅2580 mm）压实微振（频率4003 000 Hz，振幅510 mm）紧实型砂的。气动微振压实造型的特点为：,紧实效果好。可在压
10、实同时进行微振，从而促进型砂流动，获得紧实度较高且均匀的砂型； (2)工作适应性强。可根据铸件形状特点选择不同的紧实方式； (3)生产率较高。达到适宜的砂型紧实度所需的时间较短。(4)对机器地基要求较低。该法的缺点是振击噪音大，砂箱、模板的定位销和销套磨损较快。,多触头高压造型通常也配备气动微振装置，以便增加工作适应能力。 多触头高压造型辅机多，砂箱数量大，造价高，适用于各种形状的中小铸件大批量生产。,2.多触头高压造型,图2-14 多触头高压造型,3.垂直分型无箱造型,在造型、下芯、合型及浇注过程中，铸型的分型面呈垂直状态(垂直于地面)的无箱造型法称为垂直分型无箱造型。其工艺过程如图2-15
11、所示，由射砂、压实、起模、合型、起模 、关闭造型室等过程所组成。,图2-15 DISA垂直分型无箱造型机工艺过程,垂直分型无箱造型工艺的优点是：(1) 采用射砂填砂又经高压压实 砂型硬度高且均匀、铸件尺寸精确、表面粗糙度值低。(2) 无需砂箱 节约了有关砂箱的一切费用。(3) 一块砂型两面成形 既节约型砂，生产率又高。(4) 可使造型、浇注、冷却、落砂等设备组成简单的直线系统，占地省。,将造型机和其它辅机（翻转机、下芯机、合型机、压铁机、落砂机等）按造铸造工艺流程，用运输设备（铸型输送机或辊道）联系起来，组成一套机械化、自动化铸造生产系统。如图2-22所示。,2.3.3 造型生产线,图2-16
12、 自动造型生产线1卸箱机 2移箱机 3、13落砂 4下箱自动造型机 5刷砂刷6平车 7放箱机 8翻转机 9合型机 10辊道 11换模小车12上箱自动造型机 14铸型 15浇注工段 16输送带,思考题：,1、手工造型常用哪几种造型方法，各适用于何种零件？,2、机器造型有何优缺点，有哪几种紧砂方法、起模方法？,2.4 铸造工艺分析,2.4.1 浇注位置和分型面的确定,1. 浇注位置选定原则,浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。铸件的重要加工面或主要工作面应朝下或位于侧面，如图2-17所示。,图2-17 主要工作面朝下原则,(2)铸件的大平面尽可能朝下或采用倾斜浇注。,图2-18 大平面朝上引
13、起夹渣缺陷,(3)尽量将铸件大面积的薄壁部分放在铸型的下部或垂直、倾斜的位置。,图2-19 大面积薄壁铸件浇注位置,(4)热节处应位于分型面附近的上部或侧面 容易形成缩孔的铸件(如铸钢、球墨铸铁、可锻铸铁、黄铜)浇注时应把厚的部位放在分型面附近的上部或侧面，以便安放冒口，实现定向凝固，进行补缩。,图2-20 支架的浇注位置,(5)便于型芯的固定和排气，能减少型芯的数量。,图2-17 便于型芯固定和减少型芯的浇注位置,分型面：指分开铸型便于取模的结合面。它决定了铸件在造型时的位置。通常造型位置和浇注位置一致。分型面对铸件质量及铸造工艺有很大影响。应考虑以下原则：,（1）分型面应选在铸件的最大截面
14、处，保证模样能从型腔中顺利取出；（2）应使铸件有最少的分型面，并尽量做到只有一个分型面；,2. 分型面的选择原则,图2-18 外芯减少分型面,图2-19 减少活块和型芯的分型方案,25,（3）应使型芯和活块数量尽量减少；,26,图2-20_1 使铸件全部或大部分放在同一砂型,（4）应使铸件全部或大部分放在同一砂型，否则错型时易造成尺寸偏差，如图2-20_1所示。,26,（5）应尽量使加工基准面与大部分加工面在同一砂型内 以使铸件的加工精度得以保证，如图2-20_2所示。,图2-20_2 尽量使加工基准面与大部分加工面在同一砂型内,27,（6）应尽量使型腔及主要型芯位于下型 以便于造型、下芯、合
15、型及检验。但下箱型腔也不宜过深(否则不宜起模、安放型芯)，并力求避免吊芯和大的吊砂，图2-21_1。,图2-21_1尽量使型腔及主要型芯位于下型,图2-21_2 尽量使用平直分型面,28,（7）应尽量使用平直分型面，以简化模具制造及造型工艺，避免挖砂，如图2-21_2所示。,28,（8）应尽量使铸型总高度为最低。这样不仅节约型砂，而且还能减轻工作量，对机器造型有较大的经济意义。,2.4.2 浇注系统的确定,1.浇注系统的组成及作用,浇口杯（盆）：缓解对砂型冲击直浇道：改善合金充型能力横浇道：一般开在分型面上内浇道：与型腔相连,28,2.浇注系统的类型,2.4.3 型芯的形式,2.4.4 主要工艺参数的确定,1.铸件尺寸公差,铸件尺寸公差取决于铸件设计要求的精度、机械加工要求、铸件大小和批量、采用的铸造合金种类、铸造设备及工装、铸造工艺方法等。铸件公差等级由低向高递增方向为：砂型手工造型砂型机器造型及壳型铸造金属型铸造低压铸造压力铸造熔模铸造。,2.铸件质量公差,铸件质量公差是以占铸件公称质量的百分比为单位的铸件质量变动的允许范围。它取决于铸件公称质量(包括机械加工余量和其他工艺余量)、生产批量、采用的铸造合金种类及铸造工艺方法等因素。铸件质量公差(MT)分为16级，各级公差数值见GB/T 11351-1989。公差等级由低向高方向同尺寸公差。,
