第一章铸造 概述 铸造一—将液态金属浇注到铸型型腔中,待其冷却凝固后,获得一定形状的毛坯 或零件的方法。 铸造生产的特点: 优点一一零件的形状复杂;工艺灵活;成本较低。 缺点—一机械性能较低:精度低:效率低;劳动条件差。 分类: 砂型铸造一—90%以上 特种铸造—一铸件性能较好,精度低,效率高 我国铸造技术历史悠久,早在三千多年前,青铜器已有应用:二千五百年前 铸铁工具已经相当普遍。泥型、金属型和失蜡型是我国创造的三大铸造技术。 §1-1金属的铸造性能 合金的铸造性能是表示合金铸造成型获得优质铸件的能力。通常用流动性和 收缩性来衡量。 合金的流动性 1、流动性概念 流动性一一液态合金的充型能力 流动性好的合金: 易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件 有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除 易于补缩及热裂纹的弥合。 合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度来衡量。试样越长,流动性越好 2、影响合金流动性的因素 a、合金性质方面 纯金属、共晶合金流动性好。(恒温下结晶,凝固层内表面光滑) 亚、过共晶合金流动性差 ((在一定温度范围内结晶,凝固层内表面粗糙不平)) b、铸型和浇注条件 提高流动性的措施: 提高铸型的透气性,降低导热系数; 确定合理的浇注温度;
1 第一章 铸造 概述 铸造——将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯 或零件的方法。 铸造生产的特点： 优点——零件的形状复杂；工艺灵活；成本较低。 缺点——机械性能较低；精度低；效率低；劳动条件差。 分类： 砂型铸造——90%以上 特种铸造——铸件性能较好，精度低，效率高 我国铸造技术历史悠久，早在三千多年前，青铜器已有应用；二千五百年前， 铸铁工具已经相当普遍。泥型、金属型和失蜡型是我国创造的三大铸造技术。 §1-1 金属的铸造性能 合金的铸造性能是表示合金铸造成型获得优质铸件的能力。通常用流动性和 收缩性来衡量。 一、合金的流动性 1、流动性概念 流动性——液态合金的充型能力。 流动性好的合金： 易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件； 有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除； 易于补缩及热裂纹的弥合。 合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度来衡量。试样越长，流动性越好。 ２、影响合金流动性的因素 a、合金性质方面 纯金属、共晶合金流动性好。（恒温下结晶，凝固层内表面光滑） 亚、过共晶合金流动性差。 （（在一定温度范围内结晶，凝固层内表面粗糙不平）） b、铸型和浇注条件 提高流动性的措施： 提高铸型的透气性，降低导热系数； 确定合理的浇注温度；
提高金属液的压头 浇注系统结构简单。 C、铸件结构 铸件壁厚>最小允许壁厚 合金的收缩 1、收缩的概念 收缩是铸件中的缩孔、缩松、变形和开裂等缺陷产生的原因。 收缩的三个阶段: 液态收缩形成缩孔、缩松(体收缩率) 凝固收缩 固态收缩 产生变形和裂纹(线收缩率) 几种铁碳合金的体积收缩率 合金种类含碳浇注温度|液态收缩|凝固收缩|固态收缩|总体积收|线收缩率 (%) (%) (%)缩(%) (%) 碳素铸钢|0.35 1610 1.6 3.0 7.86 12.461.382.0 白口铸铁3.01400 4.05.46.31212.91.35-2.0 灰铸 1400 3.34.26.97.8 2、铸件的缩孔和缩松 缩孔的形成 纯金属或共晶成分的合金易形成缩孔 缩松的形成 结晶温度范围大的合金易形成缩松。 缩孔和缩松的防止 定向凝固一一在铸件可能出现缩孔的厚大部位,通过增设冒口或冷铁等工艺 措施,使铸件上远离冒口的部位先凝固,尔后是靠近冒口的部 位凝固,冒口本身最后凝固 结果一一使铸件各个部分的凝固收缩均能得到液态金属的补充,而将缩孔转 移到冒口之中 3、铸造应力 铸造内应力有热应力和机械应力,是铸件产生变形和开裂的基本原因 热应力的形成一一热胀冷缩不均衡 机械应力的形成一一收缩受阻 减少和消除应力的措施: 结构上一一壁厚均匀,圆角连接,结构对称。 工艺上一一同时凝固,去应力退火。 同时凝固和定向凝固比较
2 提高金属液的压头； 浇注系统结构简单。 C、铸件结构 铸件壁厚>最小允许壁厚 二、合金的收缩 1、收缩的概念 收缩是铸件中的缩孔、缩松、变形和开裂等缺陷产生的原因。 收缩的三个阶段： 液态收缩 形成缩孔、缩松（体收缩率） 凝固收缩 固态收缩 ——产生变形和裂纹（线收缩率） 几种铁碳合金的体积收缩率 合金种类 含碳 量（%） 浇注温度 （℃） 液态收缩 （%） 凝固收缩 （%） 固态收缩 （%） 总体积收 缩（%） 线收缩率 （%） 碳素铸钢 白口铸铁 灰铸铁 0.35 3.0 3.5 1610 1400 1400 1.6 2.4 3.5 3.0 4.0 0.1 7.86 5.4~6.3 3.3~4.2 12.46 12~12.9 6.9~7.8 1.38~2.0 1.35~2.0 0.8~1.0 2、铸件的缩孔和缩松 缩孔的形成： 纯金属或共晶成分的合金易形成缩孔。 缩松的形成： 结晶温度范围大的合金易形成缩松。 缩孔和缩松的防止： 定向凝固——在铸件可能出现缩孔的厚大部位，通过增设冒口或冷铁等工艺 措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口的部 位凝固，冒口本身最后凝固。 结果——使铸件各个部分的凝固收缩均能得到液态金属的补充，而将缩孔转 移到冒口之中 3、铸造应力 铸造内应力有热应力和机械应力，是铸件产生变形和开裂的基本原因。 热应力的形成——热胀冷缩不均衡 机械应力的形成——收缩受阻 减少和消除应力的措施： 结构上——壁厚均匀，圆角连接，结构对称。 工艺上——同时凝固，去应力退火。 同时凝固和定向凝固比较
定向凝固一一用于收缩大或壁厚差距较大,易产生缩孔的合金铸件,如 铸钢、铝硅合金等。定向凝固补缩作用好,铸件致密,但 铸件成本高,内应力大。 同时凝固一一用于凝固收缩小的灰铸铁 铸件内应力小,工艺简单,节省金属,组织不致密 4、铸件的变形 对于厚薄不均匀、截面不对称及具有细长特点的杆件类、板类及轮类等铸件, 当残余铸造应力超过铸件材料的屈服强度时,产生翘曲变形。 用反变形法防止箱体、床身导轨的变形。 5、铸件的裂纹 铸钢件热裂纹 (改善型芯的退让性,大的型芯制成中空的或内部填以焦碳) 轮形铸件的冷裂(减少铸件应力,降低合金的脆性)
3 定向凝固——用于收缩大或壁厚差距较大，易产生缩孔的合金铸件，如 铸钢、铝硅合金等。定向凝固补缩作用好，铸件致密，但 铸件成本高，内应力大。 同时凝固——用于凝固收缩小的灰铸铁。 铸件内应力小，工艺简单，节省金属，组织不致密。 4、铸件的变形 对于厚薄不均匀、截面不对称及具有细长特点的杆件类、板类及轮类等铸件， 当残余铸造应力超过铸件材料的屈服强度时，产生翘曲变形。 用反变形法防止箱体、床身导轨的变形。 5、铸件的裂纹 铸钢件热裂纹 （改善型芯的退让性，大的型芯制成中空的或内部填以焦碳） 轮形铸件的冷裂（减少铸件应力，降低合金的脆性）
§1-2砂型铸造 砂型铸造造型方法 套筒的砂型铸造过程: △ 食情 造型方法: 手工造型一一单件、小批量生产 机器造型一一中、小件大批量生产 机器造芯一一中、小件大批量生产 柔性造型单元一一各种形状与批量生产 (一)手工造型 手工造型方法和特点 造型方法 整模造型 整体模型,分型面为平面 分模造型 分开模型,分型面多是平面 活块造型 将模样上有妨碍取摸的部分做成活动的 挖沙造型 造型时须挖去阻碍取模的型砂 刮板造型 和铸件截面形状相适应的板状模样 三箱造型 铸件两端截面尺寸较大,需要三个沙箱 (二)机器造型 机器造型是将填砂、紧实和起模等主要工序实现了机械化,并组成生产流水 线。机器造型生产率髙,铸型质量好,铸件质量高,适用于中小型铸件的大批量 生产。 机器造型方法:振压造型、髙压造型、抛砂造型 l、振压造型工作原理 a)填砂b)振实c)压实d)起模 2、多触头高压造型 3、抛砂机 (三)机器造芯 在大批量生产中,常用型芯制作设备是射芯机和壳(吹)芯机
4 §1-2 砂型铸造 一、砂型铸造造型方法 套筒的砂型铸造过程： 造型方法： 手工造型 ——单件、小批量生产 机器造型 ——中、小件大批量生产 机器造芯 ——中、小件大批量生产 柔性造型单元 ——各种形状与批量生产 （一）手工造型 手工造型方法和特点 造型方法 特点 整模造型 整体模型，分型面为平面 分模造型 分开模型，分型面多是平面 活块造型 将模样上有妨碍取摸的部分做成活动的 挖沙造型 造型时须挖去阻碍取模的型砂 刮板造型 和铸件截面形状相适应的板状模样 三箱造型 铸件两端截面尺寸较大，需要三个沙箱 （二）机器造型 机器造型是将填砂、紧实和起模等主要工序实现了机械化，并组成生产流水 线。机器造型生产率高，铸型质量好，铸件质量高，适用于中小型铸件的大批量 生产。 机器造型方法：振压造型、高压造型、抛砂造型。 1、振压造型工作原理 a) 填砂 b) 振实 c) 压实 d) 起模 2、多触头高压造型 3、抛砂机 （三）机器造芯 在大批量生产中，常用型芯制作设备是射芯机和壳（吹）芯机
射芯机工作原理和壳(吹)芯制造原理 (四)柔性制造单元 柔性制造单元通过在造型自动线上加设模板库及模板快换机构等,由计算机 集中控制模板的调运与更换、造型机工作参数、铸型质量的检验等。 二、砂型铸造工艺设计 铸造工艺图包括:铸件的浇注位置 铸型分型面 铸造工艺参数 支座的零件图、铸造工艺图、模样图及合型图 (一)浇注位置的选择 浇注位置一一浇注时铸件在铸型中的空间位置。 浇注位置的选择原则 铸件的重要加工面应朝下或位于侧面; 铸件的大平面应朝下 面积较大的薄壁部分置于铸型下部或侧面 铸件厚大部分应放在上部或侧面。 (二)铸型分型面的选择 三通的分型方案 四箱造型、三箱造型、两箱造型 分型面的选择原则 便于起模,使造型工艺简化; 尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱 尽量使型腔及主要型芯位于下型。 (三)工艺参数的确定 机械加工余量和最小铸出孔; 起模斜度 铸造收缩率 型芯头设计 (四)浇、冒口系统 (五)铸造工艺设计的一般程序 (五)铸造工艺设计的一般程序
5 射芯机工作原理和壳（吹）芯制造原理 （四）柔性制造单元 柔性制造单元通过在造型自动线上加设模板库及模板快换机构等，由计算机 集中控制模板的调运与更换、造型机工作参数、铸型质量的检验等。 二、砂型铸造工艺设计 铸造工艺图包括：铸件的浇注位置 铸型分型面 铸造工艺参数 支座的零件图、铸造工艺图、模样图及合型图 （一）浇注位置的选择 浇注位置——浇注时铸件在铸型中的空间位置。 浇注位置的选择原则： 铸件的重要加工面应朝下或位于侧面； 铸件的大平面应朝下； 面积较大的薄壁部分置于铸型下部或侧面； 铸件厚大部分应放在上部或侧面。 （二）铸型分型面的选择 三通的分型方案： 四箱造型、三箱造型、两箱造型 分型面的选择原则： 便于起模，使造型工艺简化； 尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱； 尽量使型腔及主要型芯位于下型。 （三）工艺参数的确定 机械加工余量和最小铸出孔； 起模斜度； 铸造收缩率； 型芯头设计。 （四）浇、冒口系统 （五）铸造工艺设计的一般程序 （五）铸造工艺设计的一般程序