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1、第10章 铸造,铸造是将熔融金属浇注（压射、吸入）到铸型（砂型和金属型）型腔中，冷却凝固后获得一定形状和性能的毛坯或零件的金属成形工艺。,概 述,铸造生产的特点,古代：兵器、农具、钟、钱币等；,铸造优点：金属一次成形；工艺灵活性大，各种成分、尺寸、形状和重量的铸件几乎都能适应；成本低；适宜于形状复杂、特别是复杂内腔的毛坯或零件；对于不宜锻压生产和焊接的材料，具有特殊的优势。,应用,铸造缺点：组织晶粒粗大，实体内部常有气孔、缩孔、缩松、砂眼，力学性能不如锻件；生产工序多，废品率高；工作环境差，劳动强度大。,现代：机床制造、动力、交通运输、轻纺、冶金机械等。,10.1 铸造成形理论基础,充型能力不
2、足时，会产生浇不足、冷隔等缺陷。,液态合金充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰铸件的能力。,合金铸造性能包括液态合金的充型能力、收缩、偏析、氧化和吸气等。铸造有两大基本过程：即液态合金充满型腔和随后在型腔中冷凝收缩。,一、液态合金充型能力,常见的铸件缺陷,0.4%C 铸钢：200,4.3%C 铸铁：1800,1. 合金的流动性,影响合金流动性的因素有合金的成分、温度、物理性质、不溶杂质和气体等。,a）在恒温下凝固,b）在一定温度范围内凝固,2. 影响合金流动性的因素,1) 液态合金的化学成分,纯金属和共晶成分合金在恒定温度下凝固，已凝固和未凝固界面光滑，对未凝固液体阻力小，流动性好。,从合金流
3、动性的角度考虑，选择共晶、近共晶成分或凝固温度范围小的合金作为铸造合金。,2) 合金的物理性质,和流动性有关的，比热容、密度、结晶潜热、导热系数、黏度。c、越大，结晶潜热越多，导热系数越小，均使液态合金较长时间保持浇注后的温度，从而使流动性好。 小，内摩擦力小。,3) 液态合金的温度,在一定温度范围内，液态合金的温度越高，流动性越好。 但液态合金温度过高，会造成液态金属氧化、吸气严重，易使铸件产生气孔、夹渣、粘砂、缩松、缩孔等铸造缺陷，故温度要合理，不能太高。,铸型条件,铸型的蓄热能力,3. 影响液态合金充型能力的因素,浇注条件,铸型的发气,铸型的温度,铸型的结构,浇注系统的结构,充型压力,浇
4、注温度,工艺因素,流动性,影响因素,二、合金的收缩,1. 收缩的概念,合金的收缩经历如下三个阶段：,（1）液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。,液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。固态收缩是铸件产生铸造应力、变形、裂纹的基本原因。,（2）凝固收缩 从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。,（3）固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩。,1) 合金成分 2) 浇注温度 3) 铸件结构和铸型,2.影响收缩性的因素,3.缩孔与缩松,液态合金在冷凝过程中，若液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞 。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松（疏松）。
5、,1) 缩孔和缩松的形成,结 论：,1）从收缩的角度考虑，尽量选择共晶、近共晶成分或凝 固温度范围小的合金作为铸造合金；,2）给定成分的铸件，缩孔和缩松的总容积是一定值，适当增大铸件的冷却速度可促进缩松向缩孔转化；,3）合金收缩越大，铸件的缩孔体积越大；,4）浇注温度越高，液态收缩越大，缩孔的体积越大；,5）缩孔和缩松总是存在于铸件的最后凝固部位。如果铸件设计壁厚不均匀，则在厚壁处易于出现缩孔或缩松。,2)缩孔和缩松的防止,防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固 次序，使铸件实现“顺序凝固”。,顺序凝固的缺点：,应用：液态收缩和凝固收缩大、必须补缩的场合 。,(1) 冒口浪费金属，降低
6、了工艺出品率，提高了成本；,(2) 铸件内应力大，易于变形和开裂。,三、铸造内应力及铸件的变形、裂纹,铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍或铸件各部分互相牵制，铸件内部将产生内应力。,热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力。,1.热应力,热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。,铸件的收缩受到铸型、型芯、浇注系统的机械阻碍而形成的内应力。,上型,下型,2.机械应力（收缩应力）,退让性：铸件冷却收缩时铸型（型芯）可以稍微压缩的性能。,3. 铸件的变形与防止,防止变形的方法：,1）使铸件壁厚尽可能均匀或形状对称；,2
7、）采用同时凝固的原则；,3）采用反变形法。,对某些重要的、精密的铸件必须采取去应力退火（人工时效、热时效）或自然时效等方法，消除残余内应力；必要时可在粗加工后进行去应力退火或人工时效，再进行精加工。,4. 铸件的裂纹与防止,(1) 热裂,热裂的特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、断面有严重氧化、无金属光泽、裂纹沿晶界产生和发展等。,热裂的防止：,1) 应尽量选择凝固温度范围小、热裂倾向小的合金。 2) 应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。 3) 对于铸钢件和铸铁件，严格控制硫的含量，防止热脆性。,(2) 冷裂,冷裂的特征是：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。,冷裂的防止：
8、,1）使铸件壁厚尽可能均匀；,2）采用同时凝固的原则；,3）对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的 含量，防止冷脆性。,作 业,1.铸件的凝固应遵循什么基本原则？优缺点是 什么？各适用于什么范围？,2.在生产中，为什么要选择共晶成分、近共晶成分或凝固温度范围小的合金作为铸造合金？,10.2 砂型铸造,一、砂型铸造的生产过程,1.造型,二、砂型铸造工艺过程,1) 手工造型,2) 机器造型,3) 造芯,4) 涂料,5) 开设浇注系统,6) 合型,2.熔炼与浇注,3.落砂与清理,二、工艺过程简介 1.造型： 手工造型整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、三箱造型。 机器造型（紧砂特点）压实式、分模式
9、、震压式、抛砂紧实、射砂紧实。 造芯芯盒造芯。用于孔下某些局部外形砂芯中有芯首，砂芯烘干。 涂料耐火材料、黏结材料、悬浮稳定剂等组成，涂刷铸型，型芯表面。防止铸件粘砂、夹砂、砂眼等缺陷。 开设浇注系统图10-16。开设浇铸系统的目的为了填充型腔和冒口的一系列通道。 合型（合箱）将上下箱、型芯等组合成完整的铸型。,零件图,铸造工艺图,铸型,型芯,芯盒 芯砂,型砂 模型,熔化,合 箱,落砂、清理,检 验,铸 件,砂型铸造的工艺过程,2 .熔炼与浇铸 熔炼将金属熔化，常用冲天炉。 浇铸浇铸包将液态金属注入铸型。浇铸前从浇包内清渣和夹杂物。（注意温度） 3.落砂、清理 落砂用手工或机械使铸件从砂箱中取
10、出。落砂不能过早或过晚。 清理将铸件上砂子和氧化皮及浇冒系统（冒口）清除掉。 检验、补焊、正火或退火或时效。,三、铸造工艺图 完整的铸造工艺图包括 ：铸件(毛坯)图， 模型(型盒)图， 砂型合箱图。其中主要示铸件图和模型图。 在绘制铸造工艺图时先考虑下面三个问题： 1.铸件在浇注时的位置的选择。图10-17、图10-18、图10-6.7、图10-19、图10-20。,1. 浇注位置的选择,浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。,(1) 铸件的重要加工面和受力面应朝下或位于侧面,三、铸造工艺图,(3) 应将面积较大的薄壁部位置于铸型下部，或使其倾斜位置,(2) 对于一些需要补缩的铸件，为防止铸件产生
11、缩孔、缩松的缺陷，应使铸件较厚的部位放在铸型的上部或侧面。,(4) 铸件的大平面应朝下,2. 分型面的选择,(1)分型面应选在铸件的最大截面处。,(2)应尽量减少分型面的数量，并尽可能选择平面分型。,上,下,中,(3)应尽可能减少活块和型芯的数量，注意减少砂箱高度。,(4)应尽量使铸件的全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件 的尺寸精度。,3. 工艺参数的确定,(2) 机械加工余量,(1) 铸造收缩率,通常灰铸铁为0.71.0%，铸造碳钢为1.62.0%，铝硅合金为0.81.2%，锡青铜为1.21.4%。,在铸件加工表面上留出的、准备切去的金属层厚度。,机器造型铸件精度高，余量小；手工造型误差大，
12、余量也大。灰铸铁加工余量小，铸钢加工余量大。,(3) 拔模斜度,(4) 铸造圆角,圆角半径一般约为相交两壁平均厚度的1/4,(5) 型芯头,型芯头的作用：,定位、支撑和固定砂芯,(6) 最小铸出孔及槽,4. 铸造工艺图,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,10.3 特种铸造,一、熔模铸造,熔模铸造又称精密铸造，是用蜡料制成模样，然后蜡模表面包覆若干层耐火材料，待其硬化干燥后，将模样熔去制成中空型壳，经浇注而获得铸件的一种成形工艺方法。,1. 熔模铸造的工艺过程,母模,2. 熔模铸造的特点和适用范围,(1) 铸件的精度和表面质量较高，公差等级可达I
13、T11IT13， 表面粗糙度Ra值达1.612.5m。,(2) 合金种类不受限制，尤其适用于高熔点及难加工的高合 金钢，如耐热合金、不锈钢、磁钢等。,(4) 可铸出形状较复杂的铸件。,(3) 生产批量不受限制，单件、成批、大量生产均可适用。,(5) 工艺过程较复杂，生产周期长；原材料价格贵，铸件成 本高；铸件不能太大、太长，否则熔模易变形， 丧失原有精度。,液态金属,金属型,铸件,1. 金属型铸件的工艺特点,材料一般采用铸铁，要求较高时，可选用碳钢或低合金钢 。,金属型的结构有水平分型式、垂直分型式和复合分型式等 。,二、金属型铸造,应用：它最适合25kg以下的高熔点、难以切削加工合金 铸件的
14、成批大量生产。,金属型铸造注意问题,(2) 加强金属型的排气,(3) 在金属型的工作表面上喷刷涂料,(1) 预热金属型并控制其温度,(4) 及时开型,(5) 防止铸铁产生白口组织,2. 金属型铸造的特点及适用范围,(2) 金属型铸件冷却速度快，组织致密，力学性能高。,(3) 铸件的尺寸精度和表面质量均优于砂型铸造件。尺寸精 度达IT12IT16，Ra值平均可达6.312.5m。,(1) 实现了“一型多铸”，生产率高，劳动条件得到改善。,(4) 金属型制造成本高、周期长；铸件不透气、无退让性、 铸件冷却速度快，易产生气孔、应力、裂纹、浇不足、冷隔、白口等铸造缺陷。,应用：主要用于铜、铝、镁等有色
15、合金铸件的大批量生产。,三、压力铸造,液态金属在高压作用下快速压入金属铸型中，并在压力下结 晶，以获得铸件的成形工艺方法。,1. 压铸机和压铸工艺过程,2. 压力铸造的特点和适用范围,(1) 铸件的尺寸精度和表面质量最高。公差等级一般为 IT11IT13级，Ra为3.20.8m。,(2) 铸件的强度和表面硬度高。抗拉强度可比砂型铸造 提高2530%，但伸长率有所下降。,(3) 可压铸出形状复杂的薄壁件。,(4) 生产率高。国产压铸机每小时可铸 50150次，最高可达500次。,(5) 便于采用镶嵌法。,(6) 压铸设备投资大，压铸型制造成本高，工艺准备时间 长，不适宜单件、小批生产。,(7)
16、由于压铸型寿命的原因，目前压铸尚不适宜铸铁、钢 等高熔点合金的铸造。,(8) 压铸件内部存在缩孔和缩松，表皮下形成许多气孔。,应用：主要用于中小型的、低熔点的锌、铝、镁及铜等有色合金铸件的大批量生产。,四、离心铸造,将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下填充铸型并凝固成形的铸造方法。,离心铸造的铸型分为金属型和砂型两种,离心铸造的特点：,(1) 工艺过程简单。,(2) 力学性能较好。,(3) 便于铸造“双金属”铸件。,(4) 合金的种类几乎不受限制。,应用：主要用于大批量中空件的生产。,(5) 内表面质量差，孔的尺寸不易控制。,10.4 常用合金铸件生产特点,一、铸铁件,铸铁是含碳量大于2.11%（通常为2.5%-4.0%）的铁碳合金。,根据铸铁在结晶过程中石墨化程度不同，铸铁分为3类：灰口铸铁、白口铸铁和麻口铸铁。,(1) 灰铸铁件的生产特点,1）灰铸铁一般在冲天炉中熔炼，成本低廉；,
