铸造工艺基础讲稿.ppt

关于铸造工艺基础关于铸造工艺基础第一页，讲稿共一百三十八页哦第一章第一章概述概述1什么是铸造什么是铸造?将液体金属浇铸到与零件形状相适应将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得一定形状、尺寸和性能零件或毛坯的方法。一定形状、尺寸和性能零件或毛坯的方法。第二页，讲稿共一百三十八页哦铸造特点铸造特点优点：优点：1.可以生产形状复杂的零件，尤其复杂内腔的毛坯可以生产形状复杂的零件，尤其复杂内腔的毛坯(如箱如箱体、气缸等体、气缸等)2.适应性广，工业常用的金属材料均可铸造。适应性广，工业常用的金属材料均可铸造。几克几克几几百吨。百吨。3.原材料来源广泛。价格低廉。原材料来源广泛。价格低廉。废钢，废件，切屑废钢，废件，切屑4.铸件的形状尺寸与零件非常接近，减少切削量，属铸件的形状尺寸与零件非常接近，减少切削量，属少无切削加工。少无切削加工。应用广泛：应用广泛：农业机械农业机械4070%机床：机床：7080%重重量铸件量铸件第三页，讲稿共一百三十八页哦缺点：缺点：1.机械性能不如锻件机械性能不如锻件(组织粗大，缺陷多等组织粗大，缺陷多等)2.砂型铸造中，单件，小批，工人劳动强度砂型铸造中，单件，小批，工人劳动强度大。大。3.铸件质量不稳定，工序多，影响因素复杂，铸件质量不稳定，工序多，影响因素复杂，易产生许多缺陷。易产生许多缺陷。第四页，讲稿共一百三十八页哦1金属液态成型金属液态成型一、铸件的凝固一、铸件的凝固铸件凝固过程中，在其断面上存在三个区域，铸件凝固过程中，在其断面上存在三个区域，即已凝固的即已凝固的固相区固相区、液固两相并存的、液固两相并存的凝固区凝固区和未开始凝固的和未开始凝固的液相区液相区。其中凝固区的宽窄。其中凝固区的宽窄对铸件质量影响较大。其宽窄决定着铸件的对铸件质量影响较大。其宽窄决定着铸件的凝固方式。凝固方式。第五页，讲稿共一百三十八页哦第六页，讲稿共一百三十八页哦1）逐层凝固逐层凝固纯金属或共晶成分的合金，凝固时铸件的纯金属或共晶成分的合金，凝固时铸件的断面上不存在液、固两相并存的凝固区，已断面上不存在液、固两相并存的凝固区，已凝固层与未凝固的液相区之间界限清晰，随凝固层与未凝固的液相区之间界限清晰，随着温度的下降，已凝固层不断加厚，液相区着温度的下降，已凝固层不断加厚，液相区逐渐减小，一直到铸件完全凝固，这种凝固逐渐减小，一直到铸件完全凝固，这种凝固方式称为方式称为逐层凝固逐层凝固。第七页，讲稿共一百三十八页哦（2）糊状凝固糊状凝固如果合金的结晶温度范围很宽，且铸件断如果合金的结晶温度范围很宽，且铸件断面的温度梯度较小，则在开始凝固的一段时面的温度梯度较小，则在开始凝固的一段时间内，铸件表面不会形成坚固的已凝固层，间内，铸件表面不会形成坚固的已凝固层，而是液、固两相共存区贯穿铸件的整个断面。而是液、固两相共存区贯穿铸件的整个断面。这种凝固方式先呈糊状，然后整体凝固，故这种凝固方式先呈糊状，然后整体凝固，故称为称为糊状凝固糊状凝固。第八页，讲稿共一百三十八页哦（3）中间凝固中间凝固大多数铸造合金的凝固方式介于逐层凝固和大多数铸造合金的凝固方式介于逐层凝固和糊状凝固之间，即在凝固过程中，铸件断面糊状凝固之间，即在凝固过程中，铸件断面上存在一定宽度的液固两相共存的凝固区，上存在一定宽度的液固两相共存的凝固区，称为称为中间凝固方式中间凝固方式。第九页，讲稿共一百三十八页哦铸件凝固方式影响因素铸件凝固方式影响因素铸件采取何种凝固方式主要取决于该合金的铸件采取何种凝固方式主要取决于该合金的结晶温度范围结晶温度范围和和铸件的温度梯度铸件的温度梯度。合金的结。合金的结晶温度范围愈窄，铸件的凝固区域就愈窄，晶温度范围愈窄，铸件的凝固区域就愈窄，愈倾向于逐层凝固。如砂型铸造时，低碳钢愈倾向于逐层凝固。如砂型铸造时，低碳钢的凝固为逐层凝固，而高碳钢的结晶温度范的凝固为逐层凝固，而高碳钢的结晶温度范围较宽成为糊状凝固。围较宽成为糊状凝固。第十页，讲稿共一百三十八页哦铸件的温度梯度主要影响因素铸件的温度梯度主要影响因素1）铸造合金的性质。如铸造合金的导热性愈）铸造合金的性质。如铸造合金的导热性愈好、结晶潜热愈大，则铸件均匀温度的能力好、结晶潜热愈大，则铸件均匀温度的能力愈强，温度梯度就愈小。愈强，温度梯度就愈小。2）铸型的蓄热能力和导热性愈好，对铸件的）铸型的蓄热能力和导热性愈好，对铸件的激冷能力愈强，使铸件的温度梯度愈大。激冷能力愈强，使铸件的温度梯度愈大。3）提高浇注温度，会降低铸型的冷却能力，）提高浇注温度，会降低铸型的冷却能力，从而降低铸件的温度梯度。从而降低铸件的温度梯度。第十一页，讲稿共一百三十八页哦总之，合金的总之，合金的结晶温范围愈小结晶温范围愈小，铸件断面的，铸件断面的温度梯度愈大温度梯度愈大，铸件愈倾向于，铸件愈倾向于逐层凝固逐层凝固方式，方式，也愈容易铸造；所以铸造倾向于糊状凝固的也愈容易铸造；所以铸造倾向于糊状凝固的合金铸件时，如锡青铜和球墨铸铁等，应采合金铸件时，如锡青铜和球墨铸铁等，应采用适当的工艺措施，减小其凝固区。用适当的工艺措施，减小其凝固区。第十二页，讲稿共一百三十八页哦2液态合金的充型能力液态合金的充型能力液态金属液态金属充满铸型型腔充满铸型型腔，获得尺寸精确获得尺寸精确、轮轮廓清晰廓清晰的成型件的能力。的成型件的能力。充型能力不足充型能力不足浇不足浇不足冷冷隔隔夹夹砂砂气气孔孔夹夹 渣渣不能得到完整的零件没完整融合缝隙或凹坑第十三页，讲稿共一百三十八页哦影响充型能力的主要因素影响充型能力的主要因素1.合金的流动性合金的流动性2.浇注条件浇注条件3.铸型的充型条件铸型的充型条件4.铸件的结构铸件的结构第十四页，讲稿共一百三十八页哦合金的流动性合金的流动性合金的流动性是指液态合金自身的流动能力，合金的流动性是指液态合金自身的流动能力，属于合金的一种主要铸造性能。良好的流动属于合金的一种主要铸造性能。良好的流动性性1）易于铸造出薄而复杂的铸件，）易于铸造出薄而复杂的铸件，2）利于）利于铸件在凝固时的补缩，铸件在凝固时的补缩，3）气体和非金属夹杂）气体和非金属夹杂物的逸出和上浮。反之流动性差的合金，易物的逸出和上浮。反之流动性差的合金，易使铸件上出现浇不足、冷隔、气孔、夹渣和使铸件上出现浇不足、冷隔、气孔、夹渣和缩孔等缺陷。缩孔等缺陷。第十五页，讲稿共一百三十八页哦测定流动性的方法测定流动性的方法通常用浇注的螺旋形试样的长度来衡量合金的流动性。如图所示的螺旋形试样，其截面为等截面的梯形，试样上隔50mm长度有一个凸点，以便于计量其长度。合金的流动性愈好，其长度就愈长。第十六页，讲稿共一百三十八页哦影响流动性的主要因素影响流动性的主要因素主要是化学成分：主要是化学成分：1.共晶成分共晶成分的合金，其结晶同的合金，其结晶同纯金属纯金属一样，是在恒温下进行的。从铸一样，是在恒温下进行的。从铸型表面到中心，液态合金逐层凝固，由于已凝固层的内表面光滑，型表面到中心，液态合金逐层凝固，由于已凝固层的内表面光滑，对液态合金的流动阻力小。而且，由于共晶成分合金的凝固温度对液态合金的流动阻力小。而且，由于共晶成分合金的凝固温度最低，相同浇注温度下其过热度最大，延长了合金处于液态的时最低，相同浇注温度下其过热度最大，延长了合金处于液态的时间，故流动性最好。间，故流动性最好。2.非共晶成分非共晶成分其已凝固层和纯液态区之间存在一个液固两相共存其已凝固层和纯液态区之间存在一个液固两相共存的区域，使得已凝固层的内表面粗糙。所以非共晶成分的合金的区域，使得已凝固层的内表面粗糙。所以非共晶成分的合金流动性变差，且随合金成分偏离共晶点愈远，其结晶温度范围流动性变差，且随合金成分偏离共晶点愈远，其结晶温度范围愈宽，流动性愈差。愈宽，流动性愈差。第十七页，讲稿共一百三十八页哦第十八页，讲稿共一百三十八页哦铁碳合金流动性与含碳量的关系第十九页，讲稿共一百三十八页哦浇注条件浇注条件（1）浇注温度浇注温度（2）充型压力充型压力第二十页，讲稿共一百三十八页哦（1）浇注温度）浇注温度提高液态合金的浇注温度能改善其流动性，因提高液态合金的浇注温度能改善其流动性，因而提高其充型能力。因为浇注温度高，液态合而提高其充型能力。因为浇注温度高，液态合金的过热度大，在铸型中保持液态流动的能力金的过热度大，在铸型中保持液态流动的能力愈强，且使液态合金的粘度及其与铸型之间的愈强，且使液态合金的粘度及其与铸型之间的温度差都减小，从而提高了流动性。因此，对温度差都减小，从而提高了流动性。因此，对薄壁铸件或流动性较差的合金可适当提高浇注薄壁铸件或流动性较差的合金可适当提高浇注温度，以防产生浇不足和冷隔。温度，以防产生浇不足和冷隔。第二十一页，讲稿共一百三十八页哦但是浇注温度过高，又会使液态合金吸气严重、但是浇注温度过高，又会使液态合金吸气严重、收缩增大，反而易使铸件产生其它缺陷，如气收缩增大，反而易使铸件产生其它缺陷，如气孔、缩孔、缩松、粘砂和晶粒粗大等。故在保孔、缩孔、缩松、粘砂和晶粒粗大等。故在保证液态合金流动性足够的前提下，浇注温度应证液态合金流动性足够的前提下，浇注温度应尽可能低。通常灰铸铁浇注温度为尽可能低。通常灰铸铁浇注温度为12001380；铸钢为；铸钢为15201620；铝合金为；铝合金为680780。薄壁复杂件取上限温度值，厚件则。薄壁复杂件取上限温度值，厚件则取下限。取下限。第二十二页，讲稿共一百三十八页哦（2）充型压力充型压力液态合金在流动方向上所受压力愈大，其充液态合金在流动方向上所受压力愈大，其充型能力愈好。砂型铸造时，是由直浇道高度型能力愈好。砂型铸造时，是由直浇道高度提供静压力作为充型压力，所以直浇道的高提供静压力作为充型压力，所以直浇道的高度度第二十三页，讲稿共一百三十八页哦铸型的充型条件铸型的充型条件在铸型凡能增大液态合金流动阻力、降低流在铸型凡能增大液态合金流动阻力、降低流速和加快其冷却的因素，均会降低其充型能速和加快其冷却的因素，均会降低其充型能力。如铸型型腔过窄、预热温度过低、排气力。如铸型型腔过窄、预热温度过低、排气能力太差及铸型导热过快等，均使液态合金能力太差及铸型导热过快等，均使液态合金的充型能力降低。的充型能力降低。第二十四页，讲稿共一百三十八页哦4铸件的结构铸件的结构铸件的壁愈薄、结构形状愈复杂，液态合金铸件的壁愈薄、结构形状愈复杂，液态合金的充型能力愈差。应采取适当提高浇注温度、的充型能力愈差。应采取适当提高浇注温度、提高充型压力和预热铸型等措施来改善其充提高充型压力和预热铸型等措施来改善其充型能力。型能力。铸件模数：铸件体积与散热表面积之比第二十五页，讲稿共一百三十八页哦3铸造合金的收缩铸造合金的收缩从浇注、凝固、直至冷却至室温的过程中，从浇注、凝固、直至冷却至室温的过程中，铸造合金的体积或尺寸会缩减的现象为收缩，铸造合金的体积或尺寸会缩减的现象为收缩，收缩是合金的物理属性。但铸造合金的收缩收缩是合金的物理属性。但铸造合金的收缩给铸造工艺带来许多困难，是形成缩孔、缩给铸造工艺带来许多困难，是形成缩孔、缩松、变形和裂纹等多种铸造缺陷的根本原因。松、变形和裂纹等多种铸造缺陷的根本原因。第二十六页，讲稿共一百三十八页哦收缩的三个阶段收缩的三个阶段1）液态收缩：）液态收缩：从金属液浇入铸型到开始凝固之前。从金属液浇入铸型到开始凝固之前。液态收液态收缩减少的体积与浇注温度与开始凝固的温度的温差成正比。缩减少的体积与浇注温度与开始凝固的温度的温差成正比。2）凝固收缩：）凝固收缩：从凝固开始到凝固完毕。从凝固开始到凝固完毕。同一类合金，凝同一类合金，凝固温度范围大者，凝固体积收缩率大。如：固温度范围大者，凝固体积收缩率大。如：35钢，钢，体体积收缩率积收缩率3.0%，45钢钢4.3%3）固态收缩：）固态收缩：凝固以后到常温。凝固以后到常温。固态收缩影响铸件尺寸，固态收缩影响铸件尺寸，故用故用线收缩线收缩表示。表示。第二十七页，讲稿共一百三十八页哦第二十八页，讲稿共一百三十八页哦合金收缩合金收缩固态合金冷却固态合金冷却液态合金冷却液态合金冷却液态收缩液态收缩凝固收缩凝固收缩缩孔：缩孔：恒温下结晶恒温下结晶缩松：两相区结晶缩松：两相区结晶线形收缩线形收缩裂纹裂纹变形变形应力应力第二十九页，讲稿共一百三十八页哦影响收缩的因素影响收缩的因素1）化学成分：）化学成分：铸铁中促进石墨形成的元素增加，收缩铸铁中促进石墨形成的元素增加，收缩减少。减少。如：如：灰口铁灰口铁C，Si，收，收，S收收。因石墨。因石墨比容大，体积膨胀，抵销部分凝固收缩。比容大，体积膨胀，抵销部分凝固收缩。2）浇注温度：）浇注温度：温度温度液态收缩液态收缩3）铸件结构与铸型条件）铸件结构与铸型条件铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍。实际收缩小于铸件在铸型中收缩会受铸型和型芯的阻碍。实际收缩小于自由收缩。自由收缩。铸型要有好的退让性。铸型要有好的退让性。第三十页，讲稿共一百三十八页哦第三十一页，讲稿共一百三十八页哦缩孔缩孔的形成：的形成：纯金属、共晶成分和凝固温度纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金，浇注后在型腔内是由表及里范围窄的合金，浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中，如得不到合金的逐层凝固。在凝固过程中，如得不到合金液的补充，在铸件最后凝固的地方就会产生液的补充，在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔。缩孔。缩松缩松的形成：铸件最后凝固的收缩未能得到的形成：铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者补足，或者结晶温度范围宽的合金呈糊状凝结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域固，凝固区域较宽，液、固两相共存，树较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开的小液枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所致。体区难以得到补缩所致。第三十二页，讲稿共一百三十八页哦缩孔易出现的部位缩孔易出现的部位第三十三页，讲稿共一百三十八页哦缩孔和缩松的防止缩孔和缩松的防止采用适当的工艺措施，使铸件实现采用适当的工艺措施，使铸件实现“顺序凝顺序凝固固”，即可获得无缩孔的铸件。，即可获得无缩孔的铸件。所谓顺序凝固是指，采用一些适当的工艺措所谓顺序凝固是指，采用一些适当的工艺措施，使铸件远离冒口或浇口的部位最先凝固施，使铸件远离冒口或浇口的部位最先凝固靠近冒口的地方次凝固，最后才是冒口本身靠近冒口的地方次凝固，最后才是冒口本身凝固。实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口中凝固。实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去。去。第三十四页，讲稿共一百三十八页哦顺序凝固第三十五页，讲稿共一百三十八页哦实现顺序凝固方法实现顺序凝固方法合理布置内浇道及确定浇铸工艺。合理布置内浇道及确定浇铸工艺。合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。第三十六页，讲稿共一百三十八页哦由于铸件上容易产生缩孔的厚大部位即热节不止一个，仅靠铸件顶部的冒口补缩，难以保证铸件底部厚大部位不出现缩孔。为此，在该处设置冷铁，以加快其冷却速度，使其最先凝固，以实现自下而上的顺序凝固。由此可知，冷铁的作用是加快铸件某处的冷却速度，以控制或改变铸件的凝固顺序。冷铁通常采用钢、铸铁或铜等制成。第三十七页，讲稿共一百三十八页哦第三十八页，讲稿共一百三十八页哦4铸造内应力、变形和裂纹铸造内应力、变形和裂纹铸件完全凝固后便进入了固态收缩阶段，若铸件完全凝固后便进入了固态收缩阶段，若铸件的固态收缩受到阻碍，将在铸件内部产铸件的固态收缩受到阻碍，将在铸件内部产生应力，称为铸造应力。它是铸件产生变形生应力，称为铸造应力。它是铸件产生变形和裂纹的基本原因。和裂纹的基本原因。按照应力产生的原因，将铸造应力分为按照应力产生的原因，将铸造应力分为热应热应力力和和机械应力机械应力两种。两种。第三十九页，讲稿共一百三十八页哦内应力内应力热应力热应力机械应力机械应力变形变形裂纹裂纹铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件的壁厚不均铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件的壁厚不均匀，导致不同部位不均衡的收缩而引起的应力。匀，导致不同部位不均衡的收缩而引起的应力。铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生的应力。浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生的应力。残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定状态，将自发残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应力，以回到稳定的平衡状态。地通过铸件的变形来缓解其应力，以回到稳定的平衡状态。当热应力大到一定程度会导致出现裂纹。当热应力大到一定程度会导致出现裂纹。第四十页，讲稿共一百三十八页哦热应力的形成过程第四十一页，讲稿共一百三十八页哦当铸件处于高温阶段（当铸件处于高温阶段（t0-t1）时，两杆都处于塑性状态，尽管此）时，两杆都处于塑性状态，尽管此时两杆的冷速不同、收缩也不同步，但瞬时的应力可通过塑性变时两杆的冷速不同、收缩也不同步，但瞬时的应力可通过塑性变形来自行消失，在铸件内无应力产生；形来自行消失，在铸件内无应力产生；继续冷却，冷速较快的杆继续冷却，冷速较快的杆II进入弹性状态，粗杆进入弹性状态，粗杆I仍然处于塑性状仍然处于塑性状态（态（t1-t2），此时由于细杆），此时由于细杆II的冷速较快、收缩较大，所以细杆的冷速较快、收缩较大，所以细杆II会会受到拉伸，粗杆受到拉伸，粗杆I会受到压缩（图会受到压缩（图b），形成暂时内应力，但此内应），形成暂时内应力，但此内应力很快因粗杆力很快因粗杆I发生了微量的受压塑性变形而自行消失（图发生了微量的受压塑性变形而自行消失（图c）；）；当进一步冷至更低温度时（当进一步冷至更低温度时（t2-t3），两杆均进入了弹性状态，），两杆均进入了弹性状态，此时由于两杆的温度不同、冷却速度也不同，所以二者的收缩此时由于两杆的温度不同、冷却速度也不同，所以二者的收缩也不同步，粗杆也不同步，粗杆I的温度较高，还要进行较大的收缩，细杆的温度较高，还要进行较大的收缩，细杆II的温度较的温度较低，收缩已趋于停止，因此粗杆低，收缩已趋于停止，因此粗杆I的收缩必定受到细杆的收缩必定受到细杆II的阻碍，使其的阻碍，使其收缩不彻底，在部产生拉应力；而杆收缩不彻底，在部产生拉应力；而杆II则受到杆则受到杆I因收缩而施与的压因收缩而施与的压应力（图应力（图d）。直到室温，残留热应力一直存在。）。直到室温，残留热应力一直存在。第四十二页，讲稿共一百三十八页哦铸件壁厚不均或各部分冷却速度不同使铸件铸件壁厚不均或各部分冷却速度不同使铸件的的厚壁处或心部厚壁处或心部受受拉应力拉应力、薄壁或表层薄壁或表层受受压压应力应力，且随着铸件壁厚差的增大、各部分冷，且随着铸件壁厚差的增大、各部分冷却速度差的不同、铸造合金线收缩率的提高、却速度差的不同、铸造合金线收缩率的提高、以及其弹性模量的增大，铸件的热应力增大。以及其弹性模量的增大，铸件的热应力增大。第四十三页，讲稿共一百三十八页哦残留热应力的预防残留热应力的预防预防铸件产生热应力的基本措施是减小铸预防铸件产生热应力的基本措施是减小铸件各部分之间的温度差，使其均匀冷却。件各部分之间的温度差，使其均匀冷却。具体为：具体为：选择弹量模量较小的合金作为铸造合金；选择弹量模量较小的合金作为铸造合金；设计铸件结构时，力求使其壁厚均匀；设计铸件结构时，力求使其壁厚均匀；采用合理的铸造工艺，使铸件的凝固符合采用合理的铸造工艺，使铸件的凝固符合同时凝固原则。同时凝固原则。第四十四页，讲稿共一百三十八页哦将内浇口开在铸件的薄壁处，以减缓其冷却速度；而在铸件的厚壁处放置冷铁，以加快其冷却速度。总之，铸件采用同时凝固原则可减小其产生应力、变形和裂纹的倾向；且不必设置冒口，使工艺简化，并节约了金属材料。采用同时凝固的缺点是在铸件的心部会产生缩孔或缩松缺陷。第四十五页，讲稿共一百三十八页哦机械应力机械应力机械应力是因铸件的收缩受到铸型或型芯等的机械阻碍而形成机械应力是因铸件的收缩受到铸型或型芯等的机械阻碍而形成的应力的应力，机械应力会导致形成裂纹，机械应力会导致形成裂纹，应适时开箱加以解决。应适时开箱加以解决。预防方法：提高铸型和型芯的退让性。第四十六页，讲稿共一百三十八页哦铸件的变形与防止铸件的变形与防止具有残留内应力的铸件，厚的部位受拉应力、具有残留内应力的铸件，厚的部位受拉应力、薄的部位受压应力。处于这种状态的铸件是薄的部位受压应力。处于这种状态的铸件是不稳定的，将自发地变形以减小其内应力，不稳定的，将自发地变形以减小其内应力，以趋于稳定状态。变形的结果是受拉应力的以趋于稳定状态。变形的结果是受拉应力的部位趋于缩短变形、受压应力的部位趋于伸部位趋于缩短变形、受压应力的部位趋于伸长变形，以使铸件中的残余应力减小或消除。长变形，以使铸件中的残余应力减小或消除。第四十七页，讲稿共一百三十八页哦结论：结论：厚部、心部厚部、心部受拉应力，出现受拉应力，出现内凹变形内凹变形。薄部、表面薄部、表面受压应力，出现受压应力，出现外凸变形。外凸变形。平板铸件，其中心部位散热较边缘要慢，所以受拉应力；边缘处则受压应力，且平板的上表面比下表面冷却得快导轨部分较厚，受拉应力；其床壁部分较薄，受压应力，于是床身发生朝着导轨方向的弯曲，使导轨下凹。第四十八页，讲稿共一百三十八页哦变形的防止变形的防止1.为防止变形，应尽可能使铸件的壁厚均匀为防止变形，应尽可能使铸件的壁厚均匀2.使铸件的截面形状对称，使铸件的截面形状对称，3.在铸造工艺上应采取相应措施，力求使其在铸造工艺上应采取相应措施，力求使其同时凝固；同时凝固；4.对细长易变形的铸件，在制造模型时，将对细长易变形的铸件，在制造模型时，将模型制成与变形方向正好相反的形状以抵模型制成与变形方向正好相反的形状以抵消其变形，这种方法为消其变形，这种方法为反变形法反变形法。第四十九页，讲稿共一百三十八页哦铸件的裂纹与防止铸件的裂纹与防止当铸造内应力超过铸件的强度极限时，铸件当铸造内应力超过铸件的强度极限时，铸件便产生裂纹。裂纹是铸件的严重缺陷，必须便产生裂纹。裂纹是铸件的严重缺陷，必须设法防止。按照裂纹的形成温度不同，将裂设法防止。按照裂纹的形成温度不同，将裂纹分为热裂和冷裂两种。纹分为热裂和冷裂两种。第五十页，讲稿共一百三十八页哦热裂热裂热裂是在铸件凝固末期的高温下形成的。其形状特征是：热裂是在铸件凝固末期的高温下形成的。其形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内金属呈氧化色；且裂纹裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内金属呈氧化色；且裂纹沿晶界产生，外形曲折。因为在凝固末期，铸件绝大部分沿晶界产生，外形曲折。因为在凝固末期，铸件绝大部分已凝固成固态，但其强度和塑性较低，当铸件的收缩受到已凝固成固态，但其强度和塑性较低，当铸件的收缩受到铸型、型芯和浇注系统等的机械阻碍时，将在铸件内部产铸型、型芯和浇注系统等的机械阻碍时，将在铸件内部产生铸造应力，若铸造应力的大小超过了铸件在该温度下的生铸造应力，若铸造应力的大小超过了铸件在该温度下的强度极限，即产生热裂。热裂是铸钢件、可锻铸铁件以及强度极限，即产生热裂。热裂是铸钢件、可锻铸铁件以及一些铝合金铸件的常见缺陷，一般出现在铸件的应力集中一些铝合金铸件的常见缺陷，一般出现在铸件的应力集中部位，如尖角、截面突变处或热节处等。部位，如尖角、截面突变处或热节处等。第五十一页，讲稿共一百三十八页哦防止热裂的方法防止热裂的方法选择结晶温度范围窄的合金生产铸件，因为结晶温度范围愈宽的选择结晶温度范围窄的合金生产铸件，因为结晶温度范围愈宽的合金，其液、固两相区的绝对收缩量愈大，产生热裂的倾向也愈合金，其液、固两相区的绝对收缩量愈大，产生热裂的倾向也愈大。如灰铸铁和球铁的凝固收缩很小，所以热裂倾向也；但铸钢、大。如灰铸铁和球铁的凝固收缩很小，所以热裂倾向也；但铸钢、铸铝和可锻铸铁的热裂倾向较大。铸铝和可锻铸铁的热裂倾向较大。减少铸造合金中的有害杂质，如减少铁减少铸造合金中的有害杂质，如减少铁-碳合金中的磷、硫含量，碳合金中的磷、硫含量，可提高铸造合金的高温强度。可提高铸造合金的高温强度。改善铸型和型芯的退让性。退让性愈好，机械应力愈小，形成热裂改善铸型和型芯的退让性。退让性愈好，机械应力愈小，形成热裂的可能性愈小。具体措施是采用有机粘结剂配制型砂或芯砂；在型的可能性愈小。具体措施是采用有机粘结剂配制型砂或芯砂；在型砂或芯砂中加入木屑或焦炭等材料可改善退让性。砂或芯砂中加入木屑或焦炭等材料可改善退让性。减小浇、冒口对铸件收缩的阻碍，内浇口的设置应符合同时减小浇、冒口对铸件收缩的阻碍，内浇口的设置应符合同时凝固原则。凝固原则。第五十二页，讲稿共一百三十八页哦冷裂冷裂冷裂是铸件在较低的温度下，即处于弹性状态时形成的冷裂是铸件在较低的温度下，即处于弹性状态时形成的裂纹。裂纹。特征：特征：裂纹细小、呈连续直线状、裂纹表面有金属光泽或裂纹细小、呈连续直线状、裂纹表面有金属光泽或呈微氧化色呈微氧化色。冷裂纹是穿晶而裂，外形规则光滑，常出现。冷裂纹是穿晶而裂，外形规则光滑，常出现在形状复杂的、大型铸件的、受拉应力的部位，尤其易出在形状复杂的、大型铸件的、受拉应力的部位，尤其易出现在应力集中处。此外，一般脆性大、塑性差的合金，如现在应力集中处。此外，一般脆性大、塑性差的合金，如白口铁、高碳钢及一些合金钢等也易产生冷裂纹。白口铁、高碳钢及一些合金钢等也易产生冷裂纹。防止冷裂的方法是设法减小铸造应力和降低铸造合金的防止冷裂的方法是设法减小铸造应力和降低铸造合金的脆性。如尽量减小铁脆性。如尽量减小铁-碳合金中的磷含量，可降低其脆碳合金中的磷含量，可降低其脆性；且铸件在浇注之后，也勿过早落砂。性；且铸件在浇注之后，也勿过早落砂。第五十三页，讲稿共一百三十八页哦5铸件中的气体铸件中的气体1气孔对铸件质量的影响气孔对铸件质量的影响破坏金属连续性破坏金属连续性较少承载有效面积较少承载有效面积气孔附近易引起应力集中，机械性能气孔附近易引起应力集中，机械性能弥散孔，气密性弥散孔，气密性21侵入气孔侵入气孔2析出气孔析出气孔3反应气孔反应气孔第五十四页，讲稿共一百三十八页哦侵入气孔侵入气孔砂型材料表面聚集的气体侵入金属液体中而砂型材料表面聚集的气体侵入金属液体中而形成。形成。气体来源：气体来源：造型材料中水分，造型材料中水分，粘结剂，各种粘结剂，各种附加物。附加物。特征：特征：多位于表面附近，尺寸较大，呈椭圆多位于表面附近，尺寸较大，呈椭圆形或梨形形或梨形,孔的内表面被氧化。孔的内表面被氧化。预防：预防：降低型砂降低型砂(型芯砂型芯砂)的发气量，增加铸的发气量，增加铸型排气能力型排气能力,选择合适的芯砂粘结剂。选择合适的芯砂粘结剂。第五十五页，讲稿共一百三十八页哦析出气孔析出气孔溶于金属液中的气体在冷凝过程中，因气体溶于金属液中的气体在冷凝过程中，因气体溶解度下降而析出，溶解度下降而析出，使铸件形成气孔。使铸件形成气孔。原因：原因：金属熔化和浇注中与气体接触被吸收金属熔化和浇注中与气体接触被吸收(H2O2NOCO等等)特征：特征：分布广，气孔尺寸甚小，分布广，气孔尺寸甚小，影响气密性影响气密性预防：减少气体来源、阴止气体析出。预防：减少气体来源、阴止气体析出。第五十六页，讲稿共一百三十八页哦反应气孔反应气孔金属液与铸型材料，型芯撑，冷铁或溶渣之金属液与铸型材料，型芯撑，冷铁或溶渣之间，因化学反应生成的气体而形成的气孔。间，因化学反应生成的气体而形成的气孔。如：如：冷铁有锈冷铁有锈Fe3O4+CFe+CO 冷冷铁附近生成气孔铁附近生成气孔防止：防止：冷铁冷铁型芯撑表面不得有锈蚀，油污，型芯撑表面不得有锈蚀，油污，要干燥。要干燥。第五十七页，讲稿共一百三十八页哦第二章第二章砂型铸造砂型铸造目前，铸件生产的主要方法，砂型铸件占铸目前，铸件生产的主要方法，砂型铸件占铸件总量的件总量的90%以上，可生产各种铸钢，灰铁，以上，可生产各种铸钢，灰铁，球铁，可锻铸铁，有色金属等。用于铸造各球铁，可锻铸铁，有色金属等。用于铸造各种机械零件。种机械零件。第五十八页，讲稿共一百三十八页哦砂型铸造的工艺过程砂型铸造的工艺过程工工 艺艺 准准 备备造造 型型落落 砂砂合合 箱箱浇浇 注注造造 芯芯清清 理理检检 验验熔炼金属熔炼金属配砂、制模配砂、制模第五十九页，讲稿共一百三十八页哦第一节第一节造型方法造型方法造型是砂型铸造的重要工序，大体分造型是砂型铸造的重要工序，大体分手工手工和和机器机器造型两大类。手工造型主要用于单件或造型两大类。手工造型主要用于单件或小批量铸件的生产，而机器造型则主要用于小批量铸件的生产，而机器造型则主要用于大批量的铸件制造。大批量的铸件制造。第六十页，讲稿共一百三十八页哦1手工造型手工造型手工造型操作灵活、大小铸件均能适应。在实际生产中，由手工造型操作灵活、大小铸件均能适应。在实际生产中，由于铸件的结构特点、批量大小、使用要求及生产条件的不同，于铸件的结构特点、批量大小、使用要求及生产条件的不同，所用的造型方法也不一样。所用的造型方法也不一样。手工造型对模型的要求不高，一般采用成本较低的木模。手工造型对模型的要求不高，一般采用成本较低的木模。对于尺寸较大的回转体或等截面的铸件，还可以采用成对于尺寸较大的回转体或等截面的铸件，还可以采用成本更低的刮板造型法。因此，尽管手工造型的生产率较本更低的刮板造型法。因此，尽管手工造型的生产率较低、获得铸件的尺寸精度及表面质量也较差，但对工人低、获得铸件的尺寸精度及表面质量也较差，但对工人的技术水平要求较高，且在实际生产中很难完全以机器的技术水平要求较高，且在实际生产中很难完全以机器造型取代。尤其是对于单件、小批铸件的生产。造型取代。尤其是对于单件、小批铸件的生产。第六十一页，讲稿共一百三十八页哦2机器造型机器造型机器造型是将手工造型中的紧砂和起模工步机器造型是将手工造型中的紧砂和起模工步实现了机械化的方法。与手工造型相比，不实现了机械化的方法。与手工造型相比，不仅提高了生产率、改善劳动条件而且提高了仅提高了生产率、改善劳动条件而且提高了铸件精度和表面质量。但是机器造型所用的铸件精度和表面质量。但是机器造型所用的造型设备和工艺装备的费用高、生产准备时造型设备和工艺装备的费用高、生产准备时间长，只适用于中、小铸件成批或大量的生间长，只适用于中、小铸件成批或大量的生产。产。第六十二页，讲稿共一百三十八页哦第六十三页，讲稿共一百三十八页哦第六十四页，讲稿共一百三十八页哦第六十五页，讲稿共一百三十八页哦第六十六页，讲稿共一百三十八页哦机器造型的特点机器造型的特点1.采用模板的两箱造型。所谓模板就是将模采用模板的两箱造型。所谓模板就是将模型、浇注系统沿分型面与底板联结成一体型、浇注系统沿分型面与底板联结成一体的专用工装，一般采用金属材料制造。有的专用工装，一般采用金属材料制造。有单面模板和双面模板之分。单面模板和双面模板之分。2.不能采用三箱造型和活块造型。不能采用三箱造型和活块造型。第六十七页，讲稿共一百三十八页哦2砂型铸件结构的工艺性砂型铸件结构的工艺性在设计铸件结构时，不仅应考虑到能否满足铸件的使用在设计铸件结构时，不仅应考虑到能否满足铸件的使用性能和力学性能需要，还应考虑到铸造工艺和所选用合性能和力学性能需要，还应考虑到铸造工艺和所选用合金的铸造性能对铸件结构的要求。金的铸造性能对铸件结构的要求。1.铸造工艺对铸件结构设计的要求铸造工艺对铸件结构设计的要求2.合金铸造性能对铸件结构工艺性的要求合金铸造性能对铸件结构工艺性的要求第六十八页，讲稿共一百三十八页哦铸造工艺对铸件结构设计的要求铸造工艺对铸件结构设计的要求1铸件外形的设计要求铸件外形的设计要求1.铸件的外形应力求简化，造型时便于起模。铸件的外形应力求简化，造型时便于起模。2.铸件的外形应尽可能使铸件的分型面数目最少。铸件的外形应尽可能使铸件的分型面数目最少。3.在铸件上设计结构斜度在铸件上设计结构斜度2铸件内腔的设计铸件内腔的设计1.铸件内腔尽量不用或少用型芯，以简化铸造工艺。铸件内腔尽量不用或少用型芯，以简化铸造工艺。2.当铸件的内腔较复杂、需用型芯形成时，应考虑好型芯当铸件的内腔较复杂、需用型芯形成时，应考虑好型芯的稳固、排气顺畅和清理方便。的稳固、排气顺畅和清理方便。BACK第六十九页，讲稿共一百三十八页哦（1）避免铸件的外形有侧凹。）避免铸件的外形有侧凹。第七十页，讲稿共一百三十八页哦（2）尽可能使分型面为平面，去掉不必要的外圆角。尽可能使分型面为平面，去掉不必要的外圆角。第七十一页，讲稿共一百三十八页哦（3）铸件上凸台和筋条的设计，铸件上凸台和筋条的设计，应考虑其结构便于造型应考虑其结构便于造型第七十二页，讲稿共一百三十八页哦BACK第七十三页，讲稿共一百三十八页哦2.铸件要尽量减少分型面数量铸件要尽量减少分型面数量第七十四页，讲稿共一百三十八页哦BACK第七十五页，讲稿共一百三十八页哦3、在铸件上设计结构斜度、在铸件上设计结构斜度在铸件的所有垂直于分型面的在铸件的所有垂直于分型面的非加工面非加工面上，应设计有上，应设计有结构结构斜度斜度如果没有结构斜度的，铸造工艺人员应铸造前给出如果没有结构斜度的，铸造工艺人员应铸造前给出拔模斜拔模斜度度，这样就不必要地增加了铸件的壁厚。，这样就不必要地增加了铸件的壁厚。结构斜度的大小，随垂直壁的高度而异。高度愈小，斜度结构斜度的大小，随垂直壁的高度而异。高度愈小，斜度愈大；内侧面的斜度应大于外侧面的。愈大；内侧面的斜度应大于外侧面的。铸件的结构斜度与拔模斜度不同，前者由设计零件的人铸件的结构斜度与拔模斜度不同，前者由设计零件的人确定，且斜度值较大；后者由铸造工艺人员在绘制铸造确定，且斜度值较大；后者由铸造工艺人员在绘制铸造工艺图时设计，且只对没有结构斜度的立壁给予较小的工艺图时设计，且只对没有结构斜度的立壁给予较小的角度（角度（0.53.0）。）。第七十六页，讲稿共一百三十八页哦第七十七页，讲稿共一百三十八页哦BACK第七十八页，讲稿共一百三十八页哦1.铸件内腔尽量不用或少用型芯，以简化铸造工艺铸件内腔尽量不用或少用型芯，以简化铸造工艺第七十九页，讲稿共一百三十八页哦BACK第八十页，讲稿共一百三十八页哦2.当铸件的内腔较复杂、需用型芯形成时，应考虑好型芯的当铸件的内腔较复杂、需用型芯形成时，应考虑好型芯的稳固、排气顺畅和清理方便。稳固、排气顺畅和清理方便。第八十一页，讲稿共一百三十八页哦BACK第八十二页，讲稿共一百三十八页哦合金铸造性能对铸件结构工艺性的要求合金铸造性能对铸件结构工艺性的要求1合理设计铸件的壁厚合理设计铸件的壁厚2铸件壁与壁连接的设计铸件壁与壁连接的设计3铸件的结构设计还应考虑到其它一些与合铸件的结构设计还应考虑到其它一些与合金铸造性能有关的问题金铸造性能有关的问题BACK第八十三页，讲稿共一百三十八页哦一、合理设计铸件的壁厚一、合理设计铸件的壁厚1.铸件的壁厚应适当。铸件的壁厚应适当。2.铸件壁厚尽可能均匀。铸件壁厚尽可能均匀。BACK第八十四页，讲稿共一百三十八页哦1铸件的壁厚应适当铸件的壁厚应适当由于各种铸造合金的流动性不同，在相同铸型条件下，获由于各种铸造合金的流动性不同，在相同铸型条件下，获得铸件的最小壁厚也不同。当然在不同铸型条件下，同一得铸件的最小壁厚也不同。当然在不同铸型条件下，同一种铸造合金铸件的最小厚度也不相同，冷却能力愈强的铸种铸造合金铸件的最小厚度也不相同，冷却能力愈强的铸型，获得铸件的最小壁厚应愈大。型，获得铸件的最小壁厚应愈大。在确定铸件的壁厚时，不仅保证铸件的强度和刚度等机在确定铸件的壁厚时，不仅保证铸件的强度和刚度等机械性能，而且应使铸件的壁厚大于所用合金的械性能，而且应使铸件的壁厚大于所用合金的“最小壁最小壁厚值厚值”，以免产生浇不足和冷隔缺陷。但铸件壁太厚，以免产生浇不足和冷隔缺陷。但铸件壁太厚，又易产生缩孔和缩松缺陷。因此，一般铸件的最大壁厚又易产生缩孔和缩松缺陷。因此，一般铸件的最大壁厚应不超过最小壁厚的三倍。应不超过最小壁厚的三倍。第八十五页，讲稿共一百三十八页哦铸造方法铸件尺寸/mm合金种类 铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金铜合