第四章 材料的液态成形工艺.ppt

主讲人：于美杰主讲人：于美杰 副教授副教授Tel：88396181Email：工程材料与机械制造基础第四章第四章材料的液态成形工艺材料的液态成形工艺n本章基本要求本章基本要求n影响金属充型能力的因素及控制措施影响金属充型能力的因素及控制措施n合金的收缩方式、能够引起的缺陷种类、预防措合金的收缩方式、能够引起的缺陷种类、预防措施施n不同铸造方法的特点及应用不同铸造方法的特点及应用n各种铸造合金的特点及应采取的铸造工艺各种铸造合金的特点及应采取的铸造工艺n铸件的结构工艺性铸件的结构工艺性第四章第四章目录目录v 第一节第一节 金属铸造工艺简介金属铸造工艺简介v 第二节第二节 铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识v 第三节第三节 砂型铸造砂型铸造v 第四节第四节 特种铸造特种铸造v 第五节第五节 铸件结构工艺性铸件结构工艺性v 第六节第六节 计算机在铸造生产中的应用简介计算机在铸造生产中的应用简介v什么是液态成形？什么是液态成形？v 是指将是指将液态液态（或熔融态、浆状）材料注入一定形状（或熔融态、浆状）材料注入一定形状和尺寸的和尺寸的铸型铸型(Mold)(Mold)（或模具）型腔（或模具）型腔(Mold Cavity)(Mold Cavity)中，中，凝固凝固后获得固态毛坯或零件的方法后获得固态毛坯或零件的方法第一节第一节金属铸造工艺简介金属铸造工艺简介v铸造铸造 （CastingCasting）n优点优点l形状复杂件形状复杂件l大小、批量不受限大小、批量不受限l原材料来源广、成本低原材料来源广、成本低n缺点缺点l尺寸精度不高、表面质量低尺寸精度不高、表面质量低l易产生气孔、砂眼、缩孔、缩松等缺陷易产生气孔、砂眼、缩孔、缩松等缺陷l对相同材料，铸件性能不如锻件好。对相同材料，铸件性能不如锻件好。n常用金属铸件材质：常用金属铸件材质：铸铁、有色合金、铸铁、有色合金、碳素钢、合金钢碳素钢、合金钢、金属金属间化合物间化合物n砂型铸造生产流程砂型铸造生产流程第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺Castingtechniques第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识v合金的铸造性能合金的铸造性能n良好的铸造性能：良好的铸造性能：l熔化熔化时，不氧化、不易吸气（氧化性、吸气性）；时，不氧化、不易吸气（氧化性、吸气性）；l浇注浇注时，易充型（流动性）；时，易充型（流动性）；l凝固凝固时，收缩小，成分均匀（收缩性、偏析性）；时，收缩小，成分均匀（收缩性、偏析性）；l冷却冷却时，变形和开裂倾向小（缺陷）。时，变形和开裂倾向小（缺陷）。n一、液态金属的充型能力一、液态金属的充型能力l金属液的流动性金属液的流动性l浇注条件，如温度、压力浇注条件，如温度、压力l铸型特性，如铸型结构、铸型材质铸型特性，如铸型结构、铸型材质Basic knowledge For Casting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识n合金充型能力好，能有效防止铸件出现合金充型能力好，能有效防止铸件出现冷隔冷隔、浇不足浇不足、气孔气孔、夹渣夹渣、缩孔缩孔等缺陷。等缺陷。l冷隔冷隔铸件上出现未被完全融合在一起的缝隙，多出现在远铸件上出现未被完全融合在一起的缝隙，多出现在远离浇口的宽大表面或薄壁处、金属流汇合处，以及冷铁、芯离浇口的宽大表面或薄壁处、金属流汇合处，以及冷铁、芯撑等激冷部位。撑等激冷部位。l浇不足浇不足未浇满，常出现在远离浇口的部位及薄壁处。未浇满，常出现在远离浇口的部位及薄壁处。ProcessingFeatures of Casting冷隔、浇不足气孔缩孔视频视频第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺v1.1.金属液的流动性金属液的流动性 n影响流动性的因素：影响流动性的因素：l合金成分：合金成分：纯金属、共晶成分纯金属、共晶成分合金流动性好合金流动性好l材质：材质：灰铸铁灰铸铁硅黄铜硅黄铜铝合金铝合金锡青铜锡青铜铸钢铸钢n为什么共晶成分流动性好？为什么共晶成分流动性好？共晶成分熔点低、保持液态时间长；恒温结晶，流动性好。共晶成分熔点低、保持液态时间长；恒温结晶，流动性好。非共晶成分在两相区内结晶凝固，大量枝状晶粒阻碍液体流动。非共晶成分在两相区内结晶凝固，大量枝状晶粒阻碍液体流动。合金的结晶温度区间越大，流动性越差合金的结晶温度区间越大，流动性越差ProcessingFeatures of Casting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识ProcessingFeatures of Casting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识图图43铁碳合金流动性与含碳量关系铁碳合金流动性与含碳量关系第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识n浇注条件浇注条件对充型能力的影响对充型能力的影响l温度高，液态金属粘度降低，流动性提高；过热度大，液态温度高，液态金属粘度降低，流动性提高；过热度大，液态存在时间长，充型能力提高；存在时间长，充型能力提高；l温度过高，易出现粘砂、气孔和晶粒粗大的缺陷。温度过高，易出现粘砂、气孔和晶粒粗大的缺陷。l（视频：粘砂、夹砂（视频：粘砂、夹砂）l压力高，液体注入型腔的流速加快，充型能力提高。压力高，液体注入型腔的流速加快，充型能力提高。n铸型条件铸型条件对充型能力的影响对充型能力的影响l铸型结构和材质铸型结构和材质l凡能增加液体流动阻力的，使冷却速度加快的，均降低充型凡能增加液体流动阻力的，使冷却速度加快的，均降低充型能力能力。（壁厚不小于规定的。（壁厚不小于规定的“最小壁厚最小壁厚”）ProcessingFeatures of Casting不利因素：形腔复杂、直浇道低、浇口截面积小、不利因素：形腔复杂、直浇道低、浇口截面积小、铸型排气不畅、铸型材料导热性过高、铸件壁太薄铸型排气不畅、铸型材料导热性过高、铸件壁太薄第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识v二、合金的凝固特性二、合金的凝固特性n铸件在凝固过程中，其断面一般存在三个区域：固相区、铸件在凝固过程中，其断面一般存在三个区域：固相区、凝固凝固区区、液相区液相区。n三种凝固方式三种凝固方式l逐层凝固逐层凝固l中间凝固中间凝固l体积凝固：又称糊状凝固体积凝固：又称糊状凝固n影响凝固方式的因素影响凝固方式的因素l成分或结晶温度区间成分或结晶温度区间：越窄，越趋于逐层凝固：越窄，越趋于逐层凝固l铸件截面的温度梯度铸件截面的温度梯度：梯度越大，越趋于逐层凝固：梯度越大，越趋于逐层凝固ProcessingFeatures of Casting液固液固两相两相第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识ProcessingFeatures of Casting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺结晶温度区间结晶温度区间铸件截面温度梯度铸件截面温度梯度第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识n三种凝固方式的区别三种凝固方式的区别ProcessingFeatures of Casting凝固方式凝固方式结晶温度结晶温度区间区间铸件铸件温度梯度温度梯度凝固区凝固区宽度宽度充型能力充型能力示意图示意图逐层凝固逐层凝固零零大大零零强强中间凝固中间凝固较窄较窄大大较宽较宽次之次之体积凝固体积凝固宽宽小小宽宽差差取决于取决于成分成分第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识v三、三、合金的收缩特性合金的收缩特性n收缩：合金冷却过程中，体积和尺寸减小的现象。收缩：合金冷却过程中，体积和尺寸减小的现象。n液态收缩：浇注温度凝固开始温度液态收缩：浇注温度凝固开始温度n凝固收缩：凝固开始温度凝固结束温度凝固收缩：凝固开始温度凝固结束温度n固态收缩：凝固结束温度室温固态收缩：凝固结束温度室温ProcessingFeatures of Casting收缩收缩方式方式表现表现引起引起缺陷缺陷表征表征液态液态收缩收缩液面下降液面下降缩孔缩孔缩松缩松体收缩率体收缩率凝固凝固收缩收缩固态固态收缩收缩尺寸减小尺寸减小变形变形裂纹裂纹线收缩率线收缩率三个收缩阶段三个收缩阶段第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识v影响收缩的因素：影响收缩的因素：n化学成分化学成分：灰铸铁中，：灰铸铁中，C C、SiSi、S S，收缩率小，收缩率小n浇注温度浇注温度：越高，液态收缩越大：越高，液态收缩越大n铸件结构与铸型条件铸件结构与铸型条件：壁厚不均匀、铸型与型芯间，产生阻力，阻：壁厚不均匀、铸型与型芯间，产生阻力，阻力力，收缩小，收缩小ProcessingFeatures of Casting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺合金种类合金种类灰铸铁灰铸铁可锻铸铁可锻铸铁球墨铸铁球墨铸铁碳素铸钢碳素铸钢铝合金铝合金铜合金铜合金线收缩率（）0.8-1.01.2-2.00.8-1.31.38-2.00.8-1.61.2-1.4常用铸造合金的线收缩率常用铸造合金的线收缩率第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识v收缩对铸件质量的影响：收缩对铸件质量的影响：n缩孔和缩松：铸件在凝固过程中，由于金属液态收缩和凝固收缩造缩孔和缩松：铸件在凝固过程中，由于金属液态收缩和凝固收缩造成的体积减小，成的体积减小，得不到液态金属的补充得不到液态金属的补充，在铸件最后凝固的部位形，在铸件最后凝固的部位形成了孔洞，成了孔洞，容积较大而集中的孔洞成为容积较大而集中的孔洞成为缩孔缩孔；细小而分散的孔洞成细小而分散的孔洞成为为缩松缩松。n铸造应力、变形、裂纹：铸件的固态收缩受限，产生铸造应力，在铸造应力、变形、裂纹：铸件的固态收缩受限，产生铸造应力，在应力作用下产生变形甚至开裂。应力作用下产生变形甚至开裂。ProcessingFeatures of Casting上部、厚部中心轴线部第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识（1 1）缩孔）缩孔n分布区域：集中在上部或厚大部位等最后凝固区域分布区域：集中在上部或厚大部位等最后凝固区域n产生条件：逐层凝固产生条件：逐层凝固n控制措施：顺序凝固控制措施：顺序凝固（2 2）缩松）缩松n分布区域：分布于铸件的轴线区域、厚大部位或浇口附近分布区域：分布于铸件的轴线区域、厚大部位或浇口附近n产生条件：较宽的区域内同时凝固产生条件：较宽的区域内同时凝固n控制措施：顺序凝固控制措施：顺序凝固n顺序凝固顺序凝固：在厚大部位开设冒口补缩的工艺在厚大部位开设冒口补缩的工艺。远离冒口部位先。远离冒口部位先凝固，并依次向冒口推进，冒口最后凝固。凝固，并依次向冒口推进，冒口最后凝固。n（使铸件的凝固按薄壁厚壁冒口的顺序先后进行，让缩孔（使铸件的凝固按薄壁厚壁冒口的顺序先后进行，让缩孔移入冒口中，从而获得致密的铸件）移入冒口中，从而获得致密的铸件）ProcessingFeatures of Casting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识ProcessingFeatures of Casting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识（3 3）热应力热应力n形成原因：铸件壁厚不均匀、各部位冷却速度不同，导致收缩量不形成原因：铸件壁厚不均匀、各部位冷却速度不同，导致收缩量不一致一致n特点：热应力不会自行消除，又称特点：热应力不会自行消除，又称残余内应力残余内应力n控制措施：控制措施：同时凝固同时凝固 、热处理、热处理（4 4）机械应力）机械应力n形成原因：收缩时受到铸型或型芯的阻碍作用形成原因：收缩时受到铸型或型芯的阻碍作用n特点：铸件落砂后，机械应力能够自行消除特点：铸件落砂后，机械应力能够自行消除n控制措施：改善铸型或型芯的退让性控制措施：改善铸型或型芯的退让性（5 5）相变应力）相变应力n形成原因：冷却速度不同，组织结构转变的时间不同形成原因：冷却速度不同，组织结构转变的时间不同n特点：不会自行消除特点：不会自行消除n控制措施：控制措施：同时凝固同时凝固ProcessingFeatures of Casting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识n同时凝固同时凝固：减小冷却过程中铸件各部位的温差，使收缩一致。：减小冷却过程中铸件各部位的温差，使收缩一致。方法：方法：薄壁处设浇口、厚壁处装冷铁薄壁处设浇口、厚壁处装冷铁。n框形铸件热应力的形成过程框形铸件热应力的形成过程ProcessingFeatures of Casting(a)框形铸件I粗杆、II细杆(b)II冷却快先凝固收缩、I处于塑性状态，II受拉伸，I受压缩（暂时）(c)I杆开始收缩，产生塑性变形，使内应力消失，II收缩完成(d)I杆继续收缩，但受II杆牵制，最终I中产生拉应力，II中产生压应力第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识ProcessingFeatures of Casting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识（5 5）变形与裂纹）变形与裂纹n当铸造应力超过材料的强度极限时，会产生裂纹当铸造应力超过材料的强度极限时，会产生裂纹。n热裂纹热裂纹：铸件在高温下形成的裂缝，外观形状曲折而不规则，铸件在高温下形成的裂缝，外观形状曲折而不规则，断口呈氧化色。热裂是铸件在凝固末期形成的，是铸钢和铸铝断口呈氧化色。热裂是铸件在凝固末期形成的，是铸钢和铸铝常见的缺陷。常见的缺陷。n控制措施：改善型砂退让性、减少含控制措施：改善型砂退让性、减少含S S量量n冷裂纹冷裂纹：铸件处于弹性状态时，其热应力和机械应力总值超过铸件处于弹性状态时，其热应力和机械应力总值超过合金强度极限而形成的。其外形呈连续直线状或圆滑曲线状，合金强度极限而形成的。其外形呈连续直线状或圆滑曲线状，断口干净，具有金属光泽或称轻微氧化色。断口干净，具有金属光泽或称轻微氧化色。n控制措施：结构设计合理、减少铸造应力控制措施：结构设计合理、减少铸造应力ProcessingFeatures of Casting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识v四、合金的吸气性及气孔四、合金的吸气性及气孔n吸气性：液态金属在熔炼和浇注时能够吸收周围气体的能力称吸气性：液态金属在熔炼和浇注时能够吸收周围气体的能力称为。为。n气孔气孔:聚集在铸件中没有排出的气体叫气孔，气孔是铸件中最常聚集在铸件中没有排出的气体叫气孔，气孔是铸件中最常见的缺陷。见的缺陷。l1.析出性气孔析出性气孔 溶入金属液的气体在铸件冷凝过程中，随温度下降，合金液溶入金属液的气体在铸件冷凝过程中，随温度下降，合金液对气体的溶解度对气体的溶解度下降，气体析出并留在铸件内形成的气孔称为下降，气体析出并留在铸件内形成的气孔称为析出性气孔。析出性气孔。l2.侵入性气孔侵入性气孔 造型材料中的气体侵入金属液内所形成的气孔称为侵入性气造型材料中的气体侵入金属液内所形成的气孔称为侵入性气孔。孔。l3.反应性气孔反应性气孔 反应性气孔主要是指金属液与铸型之间发生化学反应所产生反应性气孔主要是指金属液与铸型之间发生化学反应所产生的气孔。的气孔。Design ofCasting Process第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识v五、五、常用铸造合金的特点常用铸造合金的特点v（1 1）灰铸铁）灰铸铁n接近共晶成分、熔点低、流动性好；接近共晶成分、熔点低、流动性好；n由于石墨化膨胀使其收速率小，故不易产生缩孔、缩松、裂纹由于石墨化膨胀使其收速率小，故不易产生缩孔、缩松、裂纹等缺陷；等缺陷；n影响灰铸铁组织和性能的因素影响灰铸铁组织和性能的因素l化学成分：化学成分：C实现石墨化、实现石墨化、Si强烈促进石墨化强烈促进石墨化l注：若注：若Si含量少，即使含量少，即使C多，也难石墨化多，也难石墨化l冷却速度：冷却速度：快快白口白口中中麻口（麻口（Fe3C石墨）石墨）慢慢灰口灰口n碳当量碳当量：将硅对铸铁石墨化的影响折算成碳对石墨化的影响：将硅对铸铁石墨化的影响折算成碳对石墨化的影响 w wc c(%)+0.3w(%)+0.3wSiSi(%)(%)n碳当量接近共晶成分，合金流动性好。碳当量接近共晶成分，合金流动性好。Design ofCasting Process第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识n孕育铸铁孕育铸铁l孕育处理孕育处理：通过向低碳含量的铁液中冲入孕育剂，促使铸铁：通过向低碳含量的铁液中冲入孕育剂，促使铸铁形成形成分散细小石墨分散细小石墨并且基体晶粒得到并且基体晶粒得到细化细化的方法。的方法。l孕育剂：常用孕育剂：常用含含Si75%的的硅铁硅铁l目的：目的：加入外来质点，增加石墨结晶核心；加入外来质点，增加石墨结晶核心；得到珠光体基体的灰铁；得到珠光体基体的灰铁；细化石墨片；细化石墨片；提高灰口铁的强度、硬度；提高灰口铁的强度、硬度；l孕育铸铁流动性比普通铸铁差，收缩率高。孕育铸铁流动性比普通铸铁差，收缩率高。Design ofCasting Process第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺n可锻铸铁可锻铸铁l白口铸铁经长时间石墨化退火获得团絮状石墨白口铸铁经长时间石墨化退火获得团絮状石墨l流动性差流动性差，原因：，原因：C、Si含量较铸铁低，熔点高、凝固温度含量较铸铁低，熔点高、凝固温度范围大。范围大。l没有石墨化膨胀阶段，故收缩大，没有石墨化膨胀阶段，故收缩大，形成缩孔和裂纹的倾向较形成缩孔和裂纹的倾向较大大l铸造工艺：铸造工艺：提高浇注温度提高浇注温度顺序凝固原则顺序凝固原则提高型砂的退让性提高型砂的退让性第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识Design ofCasting Process第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺n球墨铸铁球墨铸铁l铁液经球化剂球化处理（铁液经球化剂球化处理（球化剂球化剂：稀土镁合金，加入量为铁液：稀土镁合金，加入量为铁液质量的质量的1.32%）l流动性流动性与灰铸铁基本相同与灰铸铁基本相同l易产生易产生浇不足、冷隔浇不足、冷隔，原因：，原因：球化处理时使铁液温度降低球化处理时使铁液温度降低截面温度梯度小截面温度梯度小l石墨化膨胀会使铸件外形尺寸增大石墨化膨胀会使铸件外形尺寸增大l铸造性能铸造性能介于灰铸铁与铸钢之间介于灰铸铁与铸钢之间l凝固方式：凝固方式：体积凝固体积凝固l铸造工艺：铸造工艺：提高铸型刚度提高铸型刚度提高铁水温度、增设冒口以防止缩孔和缩松提高铁水温度、增设冒口以防止缩孔和缩松第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识Design ofCasting Process第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺n铸钢铸钢l特点：特点：熔点高熔点高粘砂粘砂流动性差流动性差浇不足、冷隔浇不足、冷隔收缩性大收缩性大缩孔、缩松、裂纹缩孔、缩松、裂纹l铸造工艺：铸造工艺：提高浇注温度提高浇注温度型砂要具有较高的耐火度、透气性和强度（硅砂）型砂要具有较高的耐火度、透气性和强度（硅砂）顺序凝固原则（多冒口）顺序凝固原则（多冒口）改善铸件结构改善铸件结构增加铸型退让性增加铸型退让性增设防裂筋增设防裂筋降低降低S、P量，防止热脆和冷脆产生裂纹量，防止热脆和冷脆产生裂纹第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识Design ofCasting Process第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺n有色金属及合金有色金属及合金l特点：特点：流动性好流动性好收缩性大收缩性大容易吸气容易吸气易氧化易氧化l铸造工艺铸造工艺在坩埚炉内熔炼，不与燃料直接接触，避免引在坩埚炉内熔炼，不与燃料直接接触，避免引入杂质或烧损合金元素。入杂质或烧损合金元素。预热预热缩短时间缩短时间Design ofCasting Process第二节第二节铸造工艺基础知识铸造工艺基础知识第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第第三节三节砂型铸造砂型铸造v砂型铸造砂型铸造：是铸件生产的主要方法，占铸件总量的90%以上，可生产各种铸钢、灰铁、球铁、可锻铸铁、有色金属等。v2.1 2.1 砂型铸造生产流程砂型铸造生产流程SandCasting零件零件工艺图工艺图制造模型制造模型(零件模样芯盒零件模样芯盒)造型造型造芯造芯用型砂用型砂和芯砂和芯砂合箱、浇注合箱、浇注落砂、铸件落砂、铸件铸型铸型第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第三节第三节砂型铸造砂型铸造n型（芯）砂：通常由硅砂、粘土（或其他粘结材料）和水按一型（芯）砂：通常由硅砂、粘土（或其他粘结材料）和水按一定比例混合而成。定比例混合而成。n特性（一强三性）：一定的强度、透气性、耐火性、退让性特性（一强三性）：一定的强度、透气性、耐火性、退让性SandCasting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第三节第三节砂型铸造砂型铸造v砂型造型图解砂型造型图解SandCasting型芯型芯上箱上箱下箱下箱型腔型腔浇注系统浇注系统排气孔排气孔砂箱砂箱砂型砂型分型面分型面第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第三节第三节砂型铸造砂型铸造v浇注系统浇注系统n浇注系统作用：浇注系统作用：l引导液体金属平稳地充引导液体金属平稳地充满型腔，避免冲坏型壁满型腔，避免冲坏型壁和型芯和型芯l挡住熔渣进入型腔挡住熔渣进入型腔l调节铸件的凝固顺序调节铸件的凝固顺序n冒口的作用冒口的作用:l补缩补缩l出气出气l浮渣浮渣SandCasting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第三节第三节砂型铸造砂型铸造SandCasting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第三节第三节砂型铸造砂型铸造v 砂型铸造的造型方法砂型铸造的造型方法 （注意与铸造方法的区别）（注意与铸造方法的区别）SandCasting手工造型手工造型机械造型机械造型整模造型分模造型挖砂造型假箱造型刮板造型活块造型脱箱造型两箱造型三箱造型地坑造型震压式造型无箱射压造型抛砂造型射砂制芯按模样特征分按砂箱特征分填砂、紧实、填砂、紧实、起模都是机械起模都是机械化化第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第三节第三节砂型铸造砂型铸造v手工造型手工造型n 整模造型整模造型1 1、2 2 特点：模样为整体模样为整体，分型面为平面，铸型型腔全部在一个砂箱内铸型型腔全部在一个砂箱内，造型简单，铸件不会产生错箱缺陷。应用范围：铸件最大截面在一端，且为平面；例：盘、轴承、盖类。n分模造型分模造型 特点：模样沿最大截面分为两半模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱内。造型方便，但制作模样较麻烦。应用范围：最大截面在中部，一般为对称性铸件对称性铸件。例：套筒、管子和阀体等。n挖砂造型挖砂造型 特点：当铸件的外部轮廓为曲面，其最大截面不在端部，且模样又不宜分成两半时，应将模样做成整体（整模），造型时需挖去阻碍起模的型砂，分型面是曲面分型面是曲面。造型麻烦，生产率低。应用范围：单件小批生产模样薄、分模后易损坏或变形的铸件。例：手轮、法兰盘等。SandCasting两个砂型的两个砂型的分界面分界面第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第三节第三节砂型铸造砂型铸造n假箱造型假箱造型（成型底板造型）（成型底板造型）特点：为克服挖砂造型的挖砂缺点，在造型前预先做个成型底板预先做个成型底板（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不参予浇注，故称假箱。比挖砂造型操作简单，且分型面整齐。应用范围：适用于成批生产中需要挖砂的铸件。n三箱造型三箱造型 铸型由上、中、下三部分组成，中型的高度须与铸件两个分型面的间距相适应。特点：铸件两端截面尺寸比中间部分大铸件两端截面尺寸比中间部分大，采用两箱无法起模，将铸型放在三个砂箱中，组合而成。三箱造型的关键是选配合适的中箱。造型复杂，易错箱，生产率低，应尽量避免使用 应用范围：单件小批生产具有两个分型面的铸件。SandCasting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第三节第三节砂型铸造砂型铸造n活块造型活块造型 特点：将模样上妨碍起模的部分，做成可活动的活快，便于起模。造型和制作模样都很麻烦，生产率低。应用范围：单件小批生产单件小批生产带有突起部分的铸件。例：带凸台、筋条n刮板造型刮板造型 特点：用刮板代替实体模样造型，可降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，工人技术水平要求高。应用范围：用于有等截面或回转体的大、中型铸件大、中型铸件的单件、小批单件、小批生产生产。例：尺寸大于500mm的旋转体铸件，如带轮、飞轮、大齿轮。n地坑造型地坑造型 特点：在车间地坑内造型，用地坑代替下砂箱，只要一个上砂箱，可减少砂箱的投资，大型铸件单件生产大型铸件单件生产时,降低铸型高度，便于浇注操作。n脱箱造型脱箱造型特点：利用活动砂箱造型，一箱多用，适用于成批生产小型铸件成批生产小型铸件。SandCasting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第三节第三节砂型铸造砂型铸造v机械造型机械造型n加砂、紧砂与起模都由机器完成加砂、紧砂与起模都由机器完成n优点：生产率高，铸件尺寸精确，光洁度高，加工余量少，劳优点：生产率高，铸件尺寸精确，光洁度高，加工余量少，劳动强度小，大批量生产动强度小，大批量生产.n缺点：厂房、设备等要求高，投资大，批量生产才经济，缺点：厂房、设备等要求高，投资大，批量生产才经济，只适只适于两箱（中箱无法紧实），不宜用活块于两箱（中箱无法紧实），不宜用活块。SandCasting机械造型：机械造型：震实-压实-脱模砂型铸造连续生产线砂型铸造连续生产线第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第三节第三节砂型铸造砂型铸造v砂型铸造工艺制定原则砂型铸造工艺制定原则（1 1）造型方法的选择）造型方法的选择n应根据铸件的生产批量、尺寸的大小、形状的复杂程度，车间的生产设备、工人的技术水平选择造型方法。（2 2）分型面的选择分型面的选择 （在造型时上下两箱接触的面（在造型时上下两箱接触的面 ）n分型面一般应选择最大截面处分型面一般应选择最大截面处n尽量减少分型面，并使分型面平直，避免不必要的活块和型芯，以尽量减少分型面，并使分型面平直，避免不必要的活块和型芯，以便于起模，使造型工艺简化；便于起模，使造型工艺简化；n应尽量使铸件位于同一铸型内，应尽量使铸件位于同一铸型内，以保证铸件精度；以保证铸件精度；n尽量使型腔和主要型芯位于下型，以尽量使型腔和主要型芯位于下型，以便于造芯、下芯、合箱和检验便于造芯、下芯、合箱和检验铸件壁厚。铸件壁厚。SandCasting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第三节第三节砂型铸造砂型铸造（3 3）浇注位置的选择）浇注位置的选择 （浇注时，铸件在型内所处的位置）（浇注时，铸件在型内所处的位置）n主要加工面、受力面等质量要求较高部位应置于下面或侧面，如汽缸浇注时的位置。（如图1）n具有大面积的薄壁铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部，以利于充型和气体排除。（如图2）n壁厚不均需要补缩时，宜将厚大部位置于上部或侧面。n应将铸件的大平面置于铸型下部，并使铸型侧斜浇注。（如图3）（4 4）工艺参数的选择）工艺参数的选择n机械加工余量机械加工余量：是指在切削加工时需要从铸件上切削掉的材料厚度。：是指在切削加工时需要从铸件上切削掉的材料厚度。与造型方法、合金种类、铸件尺寸有关。SandCasting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第三节第三节砂型铸造砂型铸造SandCasting图图1图图2图图3重要重要面面薄壁薄壁大平面第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第三节第三节砂型铸造砂型铸造n机械加工余量机械加工余量l机械造型余量小，手工造型余量大；机械造型余量小，手工造型余量大；l灰铸铁余量小；铸钢余量大；（浇注温度高）灰铸铁余量小；铸钢余量大；（浇注温度高）l有色金属多采用特种铸造，余量小；有色金属多采用特种铸造，余量小；l铸件愈大，余量愈大。铸件愈大，余量愈大。l铸件顶部余量应大。铸件顶部余量应大。n铸造收缩率铸造收缩率l铸件冷却后尺寸比型腔略小，因此模型尺寸应放大。铸件冷却后尺寸比型腔略小，因此模型尺寸应放大。放大量放大量等于收缩量。等于收缩量。l不同合金的收缩率：灰铁不同合金的收缩率：灰铁0.7-1%，铸钢，铸钢1.3-2%，有色金属，有色金属1左右。左右。SandCasting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第三节第三节砂型铸造砂型铸造n起模斜度起模斜度l为了便于起模，凡垂直于分型面的立壁，为了便于起模，凡垂直于分型面的立壁，在制造模型时在制造模型时需留需留出一定的斜度。出一定的斜度。153n结构斜度结构斜度l为了便于起模或结构本身需要，为了便于起模或结构本身需要，将铸件上将铸件上凡垂直于分型面的凡垂直于分型面的不需要机械加工的铸件表面不需要机械加工的铸件表面设计设计有一定的斜度。有一定的斜度。n型芯头与型芯座型芯头与型芯座l目的和作用：便于型芯的放置和固定目的和作用：便于型芯的放置和固定l芯头与芯座之间芯头与芯座之间14mm间隙，便于安装。间隙，便于安装。SandCasting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第四节第四节特种铸造特种铸造v特种铸造：特种铸造：n除了砂型铸造外，其他铸造方法的统称。除了砂型铸造外，其他铸造方法的统称。n特点特点:表面精度高，加工余量小；生产率高；劳动条件好。表面精度高，加工余量小；生产率高；劳动条件好。v分类分类n熔模铸造熔模铸造n金属型铸造金属型铸造n压力铸造压力铸造n低压铸造低压铸造n离心铸造离心铸造SpecialCasting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第四节第四节特种铸造特种铸造v1 1 熔模铸造熔模铸造n又称又称失蜡铸造失蜡铸造，是用易熔材料制成模型，然后在模型上涂挂耐，是用易熔材料制成模型，然后在模型上涂挂耐火材料，经硬化后，加热将蜡模熔出火材料，经硬化后，加热将蜡模熔出,获得无分型面的铸型，经获得无分型面的铸型，经高温对型壳焙烧后即可浇注高温对型壳焙烧后即可浇注 。n工艺过程工艺过程：SpecialCasting压型注蜡蜡模结壳、脱蜡、焙烧填砂、浇注第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第四节第四节特种铸造特种铸造n结壳：在蜡模表面涂上粘结剂后均匀挂上石英砂，然后通入硬结壳：在蜡模表面涂上粘结剂后均匀挂上石英砂，然后通入硬化剂硬化，反复化剂硬化，反复6 68 8次，获得次，获得6 610mm10mm的坚硬型壳。的坚硬型壳。n脱蜡：将结壳后的蜡模（组），浸入脱蜡：将结壳后的蜡模（组），浸入85859595的热水中，使蜡的热水中，使蜡模熔出，形成型腔。模熔出，形成型腔。n焙烧：焙烧：800800950 950，目的是彻底去除壳型中的残蜡和水分。，目的是彻底去除壳型中的残蜡和水分。n浇注：焙烧后趁热浇注，若壳型强度不足，可放在砂箱中用砂浇注：焙烧后趁热浇注，若壳型强度不足，可放在砂箱中用砂子填紧后再浇注，以防变形或破裂。子填紧后再浇注，以防变形或破裂。SpecialCasting压型注蜡蜡模结壳、脱蜡、焙烧结壳、脱蜡、焙烧填砂、浇注第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第四节第四节特种铸造特种铸造n熔模铸造特点熔模铸造特点l1）可浇注）可浇注形状复杂形状复杂的、的、薄壁薄壁铸件铸件l2）能铸造）能铸造高熔点合金高熔点合金(因型壳是高级耐火材料因型壳是高级耐火材料)l3）工序复杂，）工序复杂，大批量生产大批量生产l4）铸造）铸造精度高精度高，机加工量减少，机加工量减少l5）尺寸重量不能过大，小于）尺寸重量不能过大，小于25kgn熔模铸造应用熔模铸造应用l最适合最适合形状复杂形状复杂、难以切削、高熔点合金的小零件难以切削、高熔点合金的小零件，尤其适，尤其适合合大批量大批量生产。生产。l汽轮机叶片、大模数滚刀汽轮机叶片、大模数滚刀l古代形状复杂的器皿。古代形状复杂的器皿。SpecialCasting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第四节第四节特种铸造特种铸造v2 2 金属型铸造金属型铸造n铸型由铸铁或钢制造铸型由铸铁或钢制造，可反复使用。，可反复使用。n工艺措施工艺措施l浇注前要预热金属型，以免散热过快产生浇不足；浇注前要预热金属型，以免散热过快产生浇不足；l浇注前金属型内腔喷涂耐火涂料，以减缓热冲击并增加透气性；浇注前金属型内腔喷涂耐火涂料，以减缓热冲击并增加透气性；l分型面上设出气孔；分型面上设出气孔；l要及时取出铸件；要及时取出铸件；n铸造过程铸造过程SpecialCasting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第四节第四节特种铸造特种铸造n金属型铸造的特点金属型铸造的特点l1）铸型能反复使用，可）铸型能反复使用，可一型多铸一型多铸；l2）冷却速度快，组织致密，机械性能高）冷却速度快，组织致密，机械性能高；l3）尺寸精度和表面质量高）尺寸精度和表面质量高l4）劳动条件好，生产率高）劳动条件好，生产率高l5）铸型制造成本高，周期长；）铸型制造成本高，周期长；l6）透气性差，无退让性，铸件易产生浇不足、冷隔、裂纹）透气性差，无退让性，铸件易产生浇不足、冷隔、裂纹等缺陷；等缺陷；l7）铸造合金的熔点不能太高；）铸造合金的熔点不能太高；n金属型铸造的金属型铸造的应用应用l主要用于主要用于有色合金铸件的大批量生产有色合金铸件的大批量生产。l如：活塞、气缸盖、油泵壳体、铜瓦等。如：活塞、气缸盖、油泵壳体、铜瓦等。SpecialCasting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第四节第四节特种铸造特种铸造v3 3 压力铸造压力铸造n在在高压高压下将液态金属快速充满型腔，并在下将液态金属快速充满型腔，并在压力下凝固压力下凝固l铸型：铸型：金属型金属型l设备：压铸机设备：压铸机（压力铸造生产过程（压力铸造生产过程1、2）l压力：压力：50150MPan特点特点l1）铸件尺寸精度高、强度和表面硬度高）铸件尺寸精度高、强度和表面硬度高l2）充型能力强，可压铸）充型能力强，可压铸形状复杂的薄壁铸件形状复杂的薄壁铸件l3）设备投资大，铸型制造成本高）设备投资大，铸型制造成本高l4）充型过快，）充型过快，易产生气孔易产生气孔l4）适宜低熔点合金）适宜低熔点合金n应用应用l大批量大批量生产生产低熔点低熔点合金（如锌、铝、镁及铜）的中小型铸件。合金（如锌、铝、镁及铜）的中小型铸件。SpecialCasting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第四节第四节特种铸造特种铸造v4 4 低压铸造低压铸造n把铸型放在密封的坩埚上方，坩埚内通压缩空气，在金属液体表面把铸型放在密封的坩埚上方，坩埚内通压缩空气，在金属液体表面形成形成6060150kPa150kPa的低压，使液态合金在压力下自下而上地充填型腔的低压，使液态合金在压力下自下而上地充填型腔（多用金属型）（多用金属型）。SpecialCasting第第四四章章 金金属属的的液液态态成成形形工工艺艺第四节第四节特种铸造特种铸造v低压铸造低压铸造n低压铸造过程模拟低压铸造过程模拟、低压铸造生产过程低压铸造生产过程 n特点特点l1）充型压力和速度便于控制。）充型压力和速度便于控制。l2）铸件的组织致密，机械性能较高。）铸件的组织致密，机械性能较高。l3）一定压力下结晶，有补缩作用，不用冒口补缩。）一定压力下结晶，有补缩作用，不用冒口补缩。l4）铸件尺寸、形状范围广。）铸件尺寸、形状范围广