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1、教学目标知识目标：掌握铸造成型的定义、种类及其优缺点；熟悉铸造工艺设计内容及原则、铸件结构设计原则；了解铸造成型工艺基础理论知识。能力目标：根据零件的具体形状和加工要求，确定浇注位置、分型面及加工余量和起模斜度等。素质目标： 教学重点铸造成型的定义、种类及其优缺点教学难点铸造工艺设计内容及原则教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时16教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计注 释模块二 铸 造 成 型任务描述箱体是减速器的重要组成部件，它是传动零件的基座，其内腔结构复杂。试确定如何制造减速器箱体的毛坯。任务分析因为箱体是内腔结构较复杂的零件，所以要采用铸造的方法来生产毛坯，在铸造时要
2、根据零件图先画出铸造工艺图，包括浇注位置、分型面、加工余量和起模斜度等。相关知识学习情境一 铸造成型理论基础一、合金的流动性和充型能力1.合金的流动性液态合金本身的流动能力称为合金的流动性。铁碳合金的流动性与碳的质量分数之间的关系如图2-1所示。图2-1 铁碳合金的流动性与碳的质量分数的关系2.合金的充型能力1）合金的浇注条件提高合金的浇注温度和浇注速度，增大静压头的高度都会使合金的充型能力提高，但浇注温度太高，将使合金的收缩量增加，吸气增多，氧化严重，铸件会产生严重的黏砂和胀砂缺陷。因此，每种合金都有一定的浇注温度范围。一般铸钢为1 520 1 620 ，铸铁为 1 230 1 450 ，铝
3、合金为680 780 。2）合金的铸型特点铸型材料的导热性越好，液态合金的冷却速度越快，合金的流动性越差。当铸型的发气量大、排气能力较低时，合金的流动受到阻碍，会使合金的充型能力下降。浇注系统和铸型的结构越复杂，合金在充型时的阻力越大，充型能力也会下降。二、铸件的凝固和收缩1.铸件的凝固在铸件的凝固过程中，其断面上一般存在三个区域，即固相区、凝固区和液相区。2.铸件的收缩合金从浇注到凝固直至冷却到常温的过程中产生的体积和尺寸减小的现象称为收缩。三、缩孔和缩松的形成及防止1.缩孔的形成图2-2为缩孔形成过程示意图。液态合金充满铸型型腔，见图2-2（a）。由于铸型吸热使液态合金温度下降，靠近型腔表
4、面的金属凝固形成一层外壳，见图2-2（b）。温度进一步降低，凝固层加厚，内部的剩余液体由于液态补缩和补充凝固层的收缩体积缩减，液面下降，铸件内出现了空隙，见图2-2（c）；温度继续下降，外壳继续加厚，液面不断下降，到合金全部凝固后，则在铸件上部形成容积较大的缩孔，见图2-2（d）；冷却到室温时，随着铸件的固态收缩，铸件外形尺寸稍有缩小，见图2-2（e）。图2-2 缩孔形成过程示意图3.缩孔和缩松的控制1）合理选择铸造合金铸造生产中应尽量选择共晶成分附近的合金和结晶温度范围窄的合金。2）控制铸件的凝固顺序所谓顺序凝固，是在铸件可能出现缩孔的厚大部位，通过安放冒口（为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上
5、方或侧面的补充部分）等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位最先凝固(图2-3中的区)，接着是靠近冒口的部位凝固(图 2-3 中的区、区)，冒口本身最后凝固。图2-3 顺序凝固3）控制浇注条件应在满足充型能力的前提下，尽量降低浇注温度和浇注速度，尤其是在浇注终止前尽量采用慢的浇注速度，是防止产生缩孔的有效措施之一。四、铸造应力、变形和裂纹1.铸造应力1）热应力热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期铸件各部分收缩不一致而引起的。图2-5 热应力的形成过程2）机械应力金属冷却到弹性状态后，因收缩受到铸型、型芯、浇冒口、箱挡等的机械阻碍而形成的内应力，称为机械应力。形成应力的原因一
6、旦消失（如铸件落砂或去除浇冒口后），机械应力也就随之消失，所以机械应力是临时应力，如图2-6所示。图2-6 机械应力3.铸件的裂纹与防止1）热裂热裂的防止措施包括以下几个方面。（1）设计合理的铸件结构。（2）改善铸型和型芯的退让性。（3）减少铸造合金中的有害杂质，以提高其高温强度。2）冷裂铸件凝固后在较低温度下形成的裂纹称为冷裂。五、合金的偏析和吸气1.合金的偏析枝晶偏析产生的原因是：铸件在凝固时，与型壁接触部分（包括底部）的液态金属最先凝固，于是靠近型壁部分高熔点的成分含量较多，而中心和上部容易集聚熔点较低的杂质，其结果是在铸件同一断面上出现化学成分和性能的不一致。2.合金的吸气在铸造过程中
7、，气体被液态金属所吸收的现象称为吸气。学习情境二 砂型铸造砂型铸造的基本工艺流程如图2-9所示。一、手工造型全部由手工或手动工具完成的造型工序称为手工造型。手工造型时，填砂、紧实和起模都用手工来完成。手工造型操作方便灵活、适应性强、模样生产准备时间短，但生产率低、劳动强度大、铸件质量不易保证。故手工造型只适用于单件或小批量生产。二、机器造型按紧实方式不同，机器造型可分为压实造型、震压造型、抛砂造型和射砂造型。三、型芯制作当制作空心铸件、铸件的外壁内凹，或铸件具有影响起模的外凸时，经常要用到型芯，制作型芯的工艺过程称为制芯。学习情境三 特种铸造一、熔模铸造1.熔模铸造的工艺过程熔模铸造的工艺过程
8、如图2-10所示。图2-10 熔模铸造的工艺过程2.熔模铸造的特点和应用范围与普通砂型铸造相比，熔模铸造具有以下特点。（1）熔模铸造的铸型无分型面，不需要起模斜度，也不必另装型芯，型腔光滑，所以铸件精度高（IT14IT11），表面粗糙度低（Ra为12.51.6 m），熔模铸造是重要的无切削加工方法。（2）由于液态金属是在铸型处于高温时浇注，提高了液态金属的流动性，故可铸出轮廓清晰的薄壁铸件。（3）型壳经过硬化、焙烧后发气性小，透气性、退让性和出砂性较好，铸件废品率低。（4）熔模铸造可用于铸造各种合金铸件，包括铝、铜等有色金属、合金钢及熔点高、难加工的特种合金等，对于耐热合金的复杂件铸造，熔模铸
9、造几乎是唯一的生产方法。二、金属型铸造1.金属型的结构与材料根据分型面位置不同，金属型可分为垂直分型式、水平分型式和复合分型式三种结构，其中垂直分型式金属型开设浇注系统和取出铸件比较方便，易实现机械化，应用较广泛。图2-11 铸造铝合金活塞用的垂直分型式金属型2.金属型铸造工艺措施1）加强金属型的排气2）在表面喷刷涂料3）预热金属型4）开型3.金属型铸造的特点（1）铸件尺寸精度高，尺寸公差等级为IT14IT12，表面质量好，表面粗糙度Ra值为12.56.3 m，机械加工余量小。（2）铸件的晶粒较细，力学性能好。（3）金属型铸造可实现“一型多铸”，提高了生产率，且节约造型材料。三、压力铸造1.压
10、铸机和压铸工艺过程工作原理如图2-12所示。图2-12 卧式冷压室压铸机的工作原理2.压力铸造的特点及应用（1）压铸件尺寸精度高，表面质量好。（2）压力铸造可以压铸壁薄、形状复杂以及具有很小的孔和螺纹的铸件。（3）压铸件的强度和表面硬度较高。（4）压力铸造生产率高，可实现半自动化及自动化生产。四、低压铸造1.低压铸造工艺过程低压铸造的工作原理如图2-13所示。图2-13 低压铸造原理图2.低压铸造的特点和应用五、离心铸造1.离心铸造的类型心铸造机的工作原理如图2-14所示。卧式离心铸造的铸型绕水平轴旋转，见图2-14（a），适合浇注长径比较大的各种管件；立式离心铸造的铸型绕垂直轴旋转，见图2-
11、14（b），适合浇注各种盘、环类铸件。图2-14 离心铸造机工作原理示意图2.离心铸造的特点及应用六、各种铸造方法的比较各种铸造方法都有其优缺点和适用范围，因此，在决定某铸件究竟采用哪种铸造方法时，必须结合生产的具体情况综合考虑，如铸件的形状、大小、合金种类、生产批量、精度和质量要求，以及车间现有设备和技术条件等，要进行全面的分析比较，才能正确选择合适的铸造方法。学习情境四 铸造工艺设计一、铸件浇注位置和分型面的选择1.确定浇注位置的原则（1）铸件的重要加工面或主要工作面应尽可能置于铸型的下部或侧立位置，避免气孔、砂眼、缩孔等缺陷出现在工作面上。（2）平板、圆盘类铸件的大平面应朝下，以防止产生
12、气孔、夹砂等缺陷。（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）铸件的厚壁部分应放在上面或接近分型面，以便安装冒口进行补缩。2.确定分型面的原则（1）铸件应尽可能放在一个砂箱内，或将重要加工面和加工基准面放在同一砂箱中，以保证铸件的尺寸精度。如图2-20所示为管子塞头的分型方案，根据本原则，图2-20（b）比图2-20（a）的方案合理。（2）应尽量减少分型面的数量，并力求用直分型面代替特殊形状的分型面。如图2-21所示。（3）应尽量减少型芯或活块的数目，并注意降低砂箱高度。如图2-23所示。（4）为方便下芯、合型及检查型腔尺寸，通常把主要型芯放在下型中。如图2-24所示。
13、图2-20 管子塞头的分型方案图2-21 绳轮铸件的分型方案图2-22 起重臂铸件的分型方案图2-23 端盖铸件的分型方案图2-24 机床支柱的分型方案二、工艺参数的确定1.确定机械加工余量2.确定铸件收缩率3.确定起模斜度4.确定型芯头的构造5.最小铸出孔及槽学习情境五 砂型铸造铸件结构设计一、铸造工艺对铸件结构设计的要求1）避免外部侧凹铸件在起模方向上若有侧凹，必将增加分型面的数量，增加砂箱数量和造型工时，铸件也容易产生错型，影响铸件的外形和尺寸精度。如图2-27（a）所示的端盖，由于上下法兰的存在，使铸件产生侧凹，铸件具有两个分型面，所以必须采用三箱造型，或增加环状外型芯，造型工艺复杂。
14、若改为如图2-27（b）所示的结构，取消上部法兰，使铸件只有一个分型面，则可采用两箱造型，可以显著提高造型效率。图2-27 端盖的设计2）凸台、肋板的设计设计铸件侧壁上的凸台、肋板时，考虑到起模方便，应尽量避免使用活块和型芯。如图2-28（a）、（b）所示的凸台均妨碍起模，应将相近的凸台连成一片，并延长到分型面。如图2-28（c）、（d）所示凸台就不需要活块和型芯，便于起模。图2-28 凸台的设计2.合理设计铸件内腔1）尽量避免出现或减少型芯如图2-29（a）所示悬臂支架采用方形中空截面，为形成其内腔，必须采用悬臂型芯，型芯的固定、排气和出砂都很困难。若改为如图2-29（b）所示工字形开式截面，则可省去型芯。如图2-30（a）所示结构带有向内的凸缘，则必须采用型芯形成内腔，若改为如图2-30（b）所示的结构，则可通过自带型芯形成内腔，使工艺过程大大简化。图2-29 悬臂支架2）型芯要便于固定、排气和清理型芯在铸型中的支承必须牢固，否则型芯会因无法承受浇注时液态金属的冲击而产生偏心缺陷，造成废品。3）应避免出现封闭空腔如图2-32（a）所示铸件为封闭的空腔结构，其型芯安放困难、排气不畅、无法清砂、结构工艺性极差。若改为如图2-3
