机械制造基础-铸造成形.pptx

第第2 2章章 铸造成形铸造成形 2.12.1 液态成形理论基础液态成形理论基础2.2 2.2 砂型铸造方法砂型铸造方法2.3 2.3 特种铸造方法特种铸造方法 2.4 2.4 铸造工艺设计铸造工艺设计 2.5 2.5 铸件结构工艺性铸件结构工艺性2.6 2.6 铸造成形新发展铸造成形新发展返回返回 铸造：将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应铸造：将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。铸造是生产机器零件毛坯的主要方法之或零件的方法。铸造是生产机器零件毛坯的主要方法之一，其实质是液态金属逐步冷却凝固成形。一，其实质是液态金属逐步冷却凝固成形。铸造的优点：铸造的优点：1）可以铸出内腔、外形很复杂的毛坯；）可以铸出内腔、外形很复杂的毛坯；2）工工艺艺灵灵活活性性大大。几几乎乎各各种种合合金金，各各种种尺尺寸寸、形形状状、重量和数量的铸件都能生产；重量和数量的铸件都能生产；3）本钱较低。原材料来源广泛，价格低廉。）本钱较低。原材料来源广泛，价格低廉。铸造的缺点：铸造的缺点：2 2）铸铸件的机械性能件的机械性能较较低。低。3 3）铸造工序多，难以精确控制，使铸件质量不够稳定。）铸造工序多，难以精确控制，使铸件质量不够稳定。4 4）劳动条件较差）劳动条件较差,劳动强度较大。劳动强度较大。1 1）铸铸造造组组织织疏疏松松、晶晶粒粒粗粗大大，内内部部易易产产生生缩缩孔孔、缩缩松松、气孔等缺陷。气孔等缺陷。机床、内燃机、重型机器机床、内燃机、重型机器机机 械械 类类 别别风机、压缩机风机、压缩机拖拉机拖拉机农业机械农业机械汽车汽车%709060 8050 70 40 7020 30表表2-1 各类机械工业中铸件重量比各类机械工业中铸件重量比 铸铸造造在在机机械械制制造造业业中中应应用用十十分分广广泛泛，在在各各种种类类型型的的机器设备中铸件占很大比重。如表机器设备中铸件占很大比重。如表2-1所示。所示。第第1节节 液态成形理论基础液态成形理论基础2.1.1 金属的凝固金属的凝固2.1.2 金属与合金的铸造性能金属与合金的铸造性能2.1.3 铸造性能对铸造性能对铸件质量的影响铸件质量的影响2.1.1 金属的凝固金属的凝固1.液态金属的结构与性质液态金属的结构与性质1）液液态态金金属属的的结结构构：固固态态金金属属经经加加热热变变为为熔熔融融状状态态即即得得液液态态金金属属，是是由由呈呈有有序序排排列列的的游游动动原原子子集集团团组组成成，其其结结构构与与原原有有固固体体结结构构相相似似，但但热热运运动动剧剧烈烈，温温度度越越高高，热热运动越剧烈，原子集团越小，游动越快。运动越剧烈，原子集团越小，游动越快。2）液态金属的性质：具有粘度和表面张力。）液态金属的性质：具有粘度和表面张力。2.液态金属的凝固液态金属的凝固 液液态态金金属属由由液液态态转转变变为为固固态态的的过过程程，包包括括形形核核和和长长大大两两个个过过程程。得得到到的的凝凝固固组组织织（铸铸态态晶晶粒粒形形态态、大大小小、分布、缺陷等）取决于成分、冷却速度、形核条件等。分布、缺陷等）取决于成分、冷却速度、形核条件等。3.铸件的凝固方式铸件的凝固方式 在在铸铸件件凝凝固固过过程程中中，铸铸件件断断面面上上存存在在三三个个区区域域，即即固固相相区区、凝凝固固区区和和液液相相区区。其其中中凝凝固固区区对对铸铸件件质质量量有有较较大大影影响响。铸件的凝固方式也可根据凝固区的宽窄来划分，如图铸件的凝固方式也可根据凝固区的宽窄来划分，如图2-1。a)逐层凝固逐层凝固b)中间凝固中间凝固c)糊状凝固糊状凝固图图2-1 铸件的凝固方式铸件的凝固方式1）逐逐层层凝凝固固：纯纯金金属属或或共共晶晶成成分分的的合合金金的的凝凝固固，如如图图2-1a；2）糊糊状状凝凝固固：结结晶晶温温度度范范围围很很宽宽的的合合金金的的凝凝固固，如如图图2-1c；3）中中间间凝凝固固：介介于于逐逐层层凝凝固固和和糊糊状状凝凝固固之之间间，大大多多数数合合金为此凝固方式，如图金为此凝固方式，如图2-1b所示。所示。铸铸件件质质量量与与凝凝固固方方式式有有关关，逐逐层层凝凝固固时时，合合金金充充型型能能力力强强（流流动动性性好好），便便于于防防止止缩缩孔孔、缩缩松松。而而糊糊状状凝凝固固时时，充型能力差，易产生缩松。充型能力差，易产生缩松。4.影响铸件凝固方式的因素影响铸件凝固方式的因素1）合合金金的的结结晶晶温温度度范范围围:结结晶晶温温度度范范围围越越小小，凝凝固固区区域域越越窄窄，越越倾倾向向于于逐逐层层凝凝固固。低低碳碳钢钢，近近共共晶晶成成分分铸铸铁铁倾倾向向于于逐逐层层凝凝固固，高高碳碳钢钢、远远共共晶晶成成分分铸铸铁铁倾倾向向于于糊糊状状凝凝固。固。2）铸件的温度梯度：在合金的结晶温度范围已定时，假设）铸件的温度梯度：在合金的结晶温度范围已定时，假设铸件的温度梯度由小变大，则凝固区由宽变窄，倾向于逐层铸件的温度梯度由小变大，则凝固区由宽变窄，倾向于逐层凝固。如图凝固。如图2-2所示。所示。图图2-2 温度梯度对凝固区域的影响温度梯度对凝固区域的影响铸件温度梯度主要取决于：铸件温度梯度主要取决于：a)合合金金的的性性质质。合合金金的的凝凝固固温温度度越越低低、热热导导率率越越高高、结结晶晶潜潜热热越越大大，温温度度梯梯度度越越小小，如如多多数铝合金。数铝合金。b)铸铸型型的的蓄蓄热热能能力力越越强强，激激冷冷能能力力越越强强，温温度度梯梯度度越越大大，如如金属型铸造易得致密组织。金属型铸造易得致密组织。c)浇注温度越高，温度梯度减小。浇注温度越高，温度梯度减小。2.1.2 金属与合金的铸造性能金属与合金的铸造性能 铸铸造造性性能能是是表表示示合合金金铸铸造造成成形形获获得得优优质质铸铸件件的的能能力力；用充型能力、收缩性等来衡量。用充型能力、收缩性等来衡量。2.1.2.1 充型能力充型能力 充充型型能能力力：熔熔融融金金属属或或合合金金充充满满铸铸型型型型腔腔，获获得得形形状完整、轮廓清晰铸件的能力。主要影响因素有：状完整、轮廓清晰铸件的能力。主要影响因素有：图图2-3 螺旋形标准试样螺旋形标准试样1.金属或合金的流动性金属或合金的流动性 流流动动性性是是熔熔融融金金属属的的流流动动能能力力，合合金金的的流流动动性性用用浇浇注注流流动动性性试试样样的的方方法法来来衡衡量量，一一般般采采用用如如图图2-3所所示示的的螺螺旋旋形形试试样样。流流动动距离越长，表明流动性越好。距离越长，表明流动性越好。决定合金流动性的主要因素有：决定合金流动性的主要因素有：1）合金的种类。）合金的种类。2）合合金金的的成成分分。同同种种合合金金，成成分分不不同同，其其结结晶晶特特点点不不同同，流流动动性性也也不不同同。如如图图2-4所所示示铅铅锡锡合合金金的的流流动动性性与与相相图图的的关关系系；纯纯金金属属和和共共晶晶合合金金在在恒恒温温下下结结晶晶，为为逐逐层层凝凝固固方方式式，如如图图2-5a所所示示，凝凝固固层层表表面面光光滑滑，阻阻力力小小，故故流流动动性性好好，同同时时共共晶晶合合金金熔熔点点最最低低，故故流流动动性性最最好好。而而亚亚共共晶晶合合金金，为为中中间间凝凝固固方方式式，复复杂杂枝枝晶晶阻阻碍碍流流动动，故故流流动性差，动性差，如图如图2-5b所示。所示。图图2-4铅锡合金的流动性与相图的关系铅锡合金的流动性与相图的关系3）杂杂质质和和含含气气量量。固固态态夹夹杂杂物物使使粘粘度度增增加加，流流动动性性下下降降；如灰铁中的如灰铁中的MnS；含气量越少，流动性越好。；含气量越少，流动性越好。2.浇注条件浇注条件1）浇浇注注温温度度越越高高，保保持持液液态态的的时时间间越越长长，流流动动性性越越好好；温温度度越越高高，合合金金粘粘度度越越低低，阻阻力力越越小小，充充型型能能力力越越强强。故故提提高高浇浇注注温温度度能能有有效效提提高高充充型型能能力力；但但过过高高吸吸气气量量和和总总收收缩缩大大，易易产产生生铸铸造造缺缺陷陷。故故在在保保证证充充型型能能力力的的前前提提下下温温度度应应尽尽量量低低。生生产产中中薄薄壁壁件件常常采采用用较较高高温温度度，厚厚壁壁件采用较低浇注温度。件采用较低浇注温度。2）充型压力。压力越大，充型能力越强。）充型压力。压力越大，充型能力越强。3.铸型条件铸型条件1）铸型的蓄热能力越强，充型能力越差；）铸型的蓄热能力越强，充型能力越差；2）铸型温度越高，充型能力越好；）铸型温度越高，充型能力越好；3）铸型中的气体阻碍充型；）铸型中的气体阻碍充型；4）铸铸件件结结构构，壁壁厚厚过过小小、壁壁厚厚变变化化剧剧烈烈、结结构构复复杂杂、大大平面都影响充型。平面都影响充型。2.1.2.2 合金的收缩合金的收缩1、收收缩缩。合合金金从从液液态态冷冷却却至至常常温温的的过过程程中中，体体积积或或尺尺寸寸缩缩小的现象。通常用体收缩率或线收缩率来表示：小的现象。通常用体收缩率或线收缩率来表示：体收缩率体收缩率线收缩率线收缩率式中式中 、合金在合金在 、时的体积（时的体积（）；）；、合金在合金在 、时的长度（时的长度（）；）；、合金在合金在 至至 温度范围内的体收缩系数温度范围内的体收缩系数和线收缩系数（和线收缩系数（）合金的收缩过程可分为三个阶段：如图合金的收缩过程可分为三个阶段：如图2-6所示。所示。1 1）液液态态收收缩缩。指指合合金金从从浇浇注注温温度度冷冷却却到到液液相相线线温温度度过过程程中中的收缩。的收缩。2 2）凝凝固固收收缩缩。指指合合金金在在液液相相线线和和固固相相线线之之间间凝凝固固阶阶段段的的收收缩缩。结结晶晶温温度度范范围围越越大大，收收缩缩率率越越大大。液液态态和和凝凝固固收收缩缩时时金金属液体属液体积缩积缩小，是形成小，是形成缩缩孔和孔和缩缩松的基本原因。松的基本原因。3 3）固固态态收收缩缩。指指合合金金从从固固相相线线温温度度冷冷却却到到室室温温时时的的收收缩缩。用用线线收收缩缩率率表表示示。它它对对铸铸件件形形状状和和尺尺寸寸精精度度影影响响很很大大，是是铸铸造造应应力力、变变形形和和裂裂纹纹等等缺缺陷陷产产生生的的基基本本原原因因。图图2-6 铸造合金收缩过程示意图铸造合金收缩过程示意图I液液态收缩态收缩 II凝凝固收缩固收缩 III固固态收缩态收缩a)合金状态图合金状态图 b)一定温度范围合金一定温度范围合金 c)共晶合金共晶合金 a)b)c)2.影响收缩的因素影响收缩的因素1）化学成分）化学成分;2）浇注温度越高，过热度越大，收缩越大）浇注温度越高，过热度越大，收缩越大;3）铸铸件件结结构构和和铸铸型型条条件件，铸铸件件结结构构造造成成各各局局部部冷冷却却速速度度不不同同，产产生生内内部部应应力力阻阻碍碍收收缩缩；铸铸型型和和型型芯芯产产生生机机械械阻阻力。力。收收缩缩是是造造成成缩缩孔孔、缩缩松松、应应力力、变变形形和和裂裂纹纹的的基基本本原原因因;充充型型能能力力不不好好，铸铸件件易易产产生生浇浇不不到到、冷冷隔隔、气气孔孔、夹夹杂、缩孔、热裂等缺陷。杂、缩孔、热裂等缺陷。2.1.32.1.3 铸造性能对铸件质量的影响铸造性能对铸件质量的影响2.1.3.1 缩孔和缩松缩孔和缩松 凝凝固固结结束束后后在在铸铸件件某某些些部部位位出出现现的的孔孔洞洞。大大而而集集中中的的孔孔洞洞称称为为缩缩孔孔，细细小小而而分分散散的的孔孔洞洞称称缩缩松松。缩缩孔孔缩缩松松可可使使铸件力学性能大大降低，以致成为废品。铸件力学性能大大降低，以致成为废品。缩缩孔孔产产生生的的基基本本原原因因是是合合金金的的液液态态收收缩缩和和凝凝固固收收缩缩值值大大于于固固态态收收缩缩值值，且且得得不不到到补补偿偿。缩缩孔孔产产生生的的部部位位在在铸铸件件最后凝固区域，此区域也称热节。最后凝固区域，此区域也称热节。（1）缩缩孔孔的的形形成成 形形成成条条件件，金金属属在在恒恒温温或或很很窄窄的的温温度度范范围围内内结结晶晶，铸铸件件壁壁以以逐逐层层凝凝固固方方式式凝凝固固。形形成成过过程程如如图图2-72-7所示所示：1.缩孔和缩松的形成缩孔和缩松的形成图图2-7 缩孔形成过程示意图缩孔形成过程示意图（2 2）缩缩松松的的形形成成 其其基基本本原原因因也也是是液液态态收收缩缩和和凝凝固固收收缩缩大大于于固固态态收收缩缩。但但主主要要出出现现在在糊糊状状凝凝固固的的合合金金中中，或或断断面面较较大大的铸件壁中。形成过程如图的铸件壁中。形成过程如图2-82-8所示。所示。一一般般出出现现在在铸铸件件壁壁的的轴轴线线区区域域、热热节节处处、冒冒口口根根部部和和内内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方。浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方。图图2-8 缩松形成过程示意图缩松形成过程示意图（3）缩孔缩松的形成规律）缩孔缩松的形成规律1）合合金金的的液液态态收收缩缩和和凝凝固固收收缩缩越越大大（如如铸铸钢钢、白白口口铁铁等等），铸件越易形成缩孔。，铸件越易形成缩孔。2）合金的浇注温度越高，液态收缩越大，越易形成缩孔。）合金的浇注温度越高，液态收缩越大，越易形成缩孔。3）结结晶晶温温度度范范围围宽宽的的合合金金，倾倾向向于于糊糊状状凝凝固固，易易形形成成缩缩松。纯金属和共晶成分合金倾向于逐层凝固，易形成缩孔。松。纯金属和共晶成分合金倾向于逐层凝固，易形成缩孔。2.缩孔和缩松的防止缩孔和缩松的防止 一一定定成成分分的的合合金金，缩缩孔孔、缩缩松松的的数数量量可可以以相相互互转转化化，但但其总容积基本一定，如图其总容积基本一定，如图2-9所示。所示。图图2-9铁碳合金成分与体积收缩率的关系铁碳合金成分与体积收缩率的关系防防止止缩缩孔孔和和缩缩松松的的基基本本原原则则是是：采采用用合合理理的的工工艺艺条条件件，使使缩缩松松转转化化为为缩缩孔孔，并并使使缩缩孔孔移移至至冒冒口口中。中。（1 1）按照顺序凝固原则进行凝固）按照顺序凝固原则进行凝固 是是指指采采用用各各种种工工艺艺措措施施，使使铸铸件件上上从从远远离离冒冒口口的的局局部部到到冒冒口口之之间间建建立立一一个个逐逐渐渐递递增增的的温温度度梯梯度度，从从而而实实现现由由远远离离冒冒口口的的局局部部向向冒冒口口的的方方向向顺顺序序地地凝凝固固，如如图图2-10所所示示，使缩孔转移到冒口中。使缩孔转移到冒口中。（2 2）合理确定内浇道位置及浇注工艺）合理确定内浇道位置及浇注工艺 内内浇浇道道的的引引入入位位置置应应按按照照顺顺序序凝凝固固原原则则确确定定；浇浇注注温温度度和和浇浇注注速速度度应应根根据据铸铸件件结结构构、浇浇注注系系统统类类型型确确定定，慢慢浇浇有有利利于于顺顺序序凝凝固固，有有利利于于补补缩缩，消除缩孔。消除缩孔。适适用用于于收收缩缩大大或或壁壁厚厚差差异异大大，易易产产生生缩缩孔孔的的合合金金铸铸件件，如如铸钢铸钢、高高强强度灰度灰铸铁铸铁、可锻铸铁等。、可锻铸铁等。图图2-10顺序凝固原则示意图顺序凝固原则示意图（3 3）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 冒冒口口，在在铸铸件件厚厚壁壁处处和和热热节节部部位位设设置置冒冒口口，是是防防止止缩缩孔、缩松最有效的措施。孔、缩松最有效的措施。冷冷铁铁，用用铸铸铁铁、钢钢、铜铜等等材材料料制制成成的的激激冷冷物物。加加大大冷冷却速度，却速度，调节调节凝固凝固顺顺序。序。补补贴贴，在在铸铸件件壁壁上上部部靠靠近近冒冒口口处处增增加加一一个个楔楔型型厚厚度度，使使铸铸件件壁壁厚厚变变成成朝朝冒冒口口逐逐渐渐增增厚厚的的形形状状，即即造造成成一一个个向向冒冒口逐口逐渐递渐递增的温度梯度，增大增的温度梯度，增大补缩补缩距离。距离。三三者者综综合合应应用用是是消消除除缩缩孔孔缩缩松松的的有有效措施效措施，如图，如图2-112-11所示。所示。图图2-11 冒口冷铁的作用冒口冷铁的作用2.1.3.2 铸造应力铸造应力铸铸造造应应力力:铸铸件件的的固固态态收收缩缩受受到到阻阻碍碍而而引引起起的的内内应应力力。可可分为热应力和收缩应力；分为热应力和收缩应力；热热阻阻碍碍：铸铸件件各各局局部部由由于于冷冷却却速速度度不不同同，收收缩缩量量不不同同而而引起的阻碍引起的阻碍,由由其引起的其引起的应应力称力称热应热应力。力。机机械械阻阻碍碍：铸铸型型、型型芯芯对对铸铸件件收收缩缩的的阻阻碍碍,由由其其引引起起的的应应力称机械力称机械应应力（收力（收缩应缩应力）。力）。1.1.热应力热应力 第第一一阶阶段段，两两者者都都塑塑性性变变形，无形，无热应热应力；力；第第二二阶阶段段，一一塑塑性性，一一弹弹性，仍无性，仍无热应热应力；力；第第三三阶阶段段，两两者者均均弹弹性性变变形形，冷冷却却慢慢的的受受拉拉，快快的的受受压压。残残留留热热应应力力和和合合金金的的弹弹性性模模量量、线线收收缩缩系系数数、铸铸件件各各局局部部壁壁厚厚差差异异及及温温度度差差成成正正比。比。图图2-12 热应力的形成热应力的形成 由由热热阻阻碍碍引引起起，落落砂砂后后热热应应力力仍仍存存在在于于铸铸件件内内，是是一一种种残残留留铸铸造造应应力力，以以框框架架铸铸件件为为例例，说说明明残残留留热热应应力力的的形形成过程，如图成过程，如图2-122-12所示，所示，其其热应热应力形成力形成过过程分三程分三阶阶段段。2.2.收缩应力收缩应力 由由机机械械阻阻碍碍产产生生，一一般般都都是是拉拉应应力力，在在形形成成应应力力的的原原因因消消除除时时，应应力力也也随随之之消消除除。但但如如果果临临时时拉拉应应力力和和残残留留热热应应力力同同时时作作用用在在某某瞬瞬间间超超过过铸铸件件的的强强度度极极限限时时，铸铸件将产生裂纹。件将产生裂纹。如图如图2-132-13所示。所示。3.3.减小和消除铸造应力的措施减小和消除铸造应力的措施1 1）合合理理设设计计铸铸件件结结构构。尽尽量量防防止止牵牵制制收收缩缩的的结结构构，如如壁壁厚厚均匀，壁之间连接均匀等。均匀，壁之间连接均匀等。2 2）尽量选用线收缩率小、弹性模量小的合金。）尽量选用线收缩率小、弹性模量小的合金。3 3）采采用用同同时时凝凝固固的的工工艺艺。如如图图2-142-14所所示示，各各局局部部温温差差小小，不不易易产产生生热热应应力力。主主要要用用于于收收缩缩较较小小的的一一般般灰灰铸铸铁铁、结结晶晶范范围围大大，不不易易实实现现冒冒口口补补缩缩，对对气气密密性性要要求求不不高高的的锡锡青青铜铜铸件等。铸件等。4 4）设法改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇冒口。）设法改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇冒口。5 5）对对铸铸件件进进行行时时效效处处理理。自自然然时时效效、热热时时效效（去去应应力力退退火）和共振时效。火）和共振时效。2.1.3.3 铸件的变形与裂纹铸件的变形与裂纹1.1.铸件的变形铸件的变形 残残留留铸铸造造应应力力超超过过铸铸件件材材料料的的屈屈服服极极限限时时产产生生的的翘翘曲曲变变形形。如如图图2-15所所示示的的框框架架铸铸件件，图图2-16的的T形形梁梁，当当刚刚度度不不够够时时，将将产产生生如如下下图图的的变变形形。再再如如图图2-17所所示示的的车车床床床床身的变形。身的变形。图图2-15 框架铸件的变形框架铸件的变形图图2-16 T形梁的变形形梁的变形 防防止止铸铸造造应应力力的的方方法法也也是是防防止止变变形形的的根根本本方方法法；同同时时在在工工艺艺上上还还可可以以采采用用反反变变形形法法，提提早早落落砂砂去去应应力力退火消除机械应力。退火消除机械应力。2.2.铸件的裂纹：铸件的裂纹：当当铸铸造造应应力力超超过过金金属属的的强强度度极极限限时时，铸铸件件便便产产生生裂裂纹。可分为热裂和冷裂。纹。可分为热裂和冷裂。1）热热裂裂 在在凝凝固固末末期期高高温温下下形形成成的的裂裂纹纹。裂裂纹纹外外表表被被氧氧化化而而呈呈氧氧化化色色，裂裂纹纹沿沿晶晶粒粒边边界界产产生生和和开开展展，外外形形曲曲折折而而不规则；裂纹短，缝隙宽。不规则；裂纹短，缝隙宽。产产生生原原因因：凝凝固固末末期期，合合金金绝绝大大局局部部已已成成固固体体，但但强强度度和和塑塑性性很很低低，当当铸铸件件受受到到机机械械阻阻碍碍产产生生很很小小的的铸铸造造应应力力就就能能引起热裂。分布在应力集中处或热节处。引起热裂。分布在应力集中处或热节处。防止热裂的措施：防止热裂的措施：应尽量选用凝固温度范围小、热裂倾向小的合金；应尽量选用凝固温度范围小、热裂倾向小的合金；提高铸型、型芯的退让性，减小机械应力；提高铸型、型芯的退让性，减小机械应力；合理设计浇道、冒口；合理设计浇道、冒口；对于铸钢、铸铁件，严格控制硫含量，防止热脆性。对于铸钢、铸铁件，严格控制硫含量，防止热脆性。2 2）冷冷裂裂 是是铸铸件件处处于于弹弹性性状状态态即即在在低低温温时时形形成成的的裂裂纹纹。其其外外表表光光滑滑，具具有有金金属属光光泽泽或或呈呈微微氧氧化化色色，裂裂纹纹穿穿过过晶晶粒粒而而发发生生，外外形形规规则则，常常是是圆圆滑滑曲曲线线或或直直线线。防防止止方方法法是尽量减少铸造应力。是尽量减少铸造应力。思考题：思考题：1.1.何何谓谓合合金金的的铸铸造造性性能能？它它可可以以用用哪哪些些性性能能来来衡衡量量？铸铸造性能不好，会引起哪些缺陷？造性能不好，会引起哪些缺陷？2.2.试试分分析析图图2-182-18所所示示铸铸件件：1 1）哪哪些些是是自自由由收收缩缩，哪哪些些是是受受阻阻收收缩缩？2 2）受受阻阻收收缩缩的的铸铸件件形形成成哪哪一一类类铸铸造造应应力力？3 3）图示各点应力属于什么性质（拉应力、压应力）？图示各点应力属于什么性质（拉应力、压应力）？图图2-18 铸件铸件 砂砂型型铸铸造造是是应应用用最最广广的的铸铸造造方方法法，约约占占总总产产量量的的80%以上，其基本工艺过程如下：以上，其基本工艺过程如下：第第2 2节节 砂型铸造方法砂型铸造方法 零件图零件图铸造工艺图铸造工艺图模样图、芯盒图、铸型装配图模样图、芯盒图、铸型装配图制造模样及芯盒制造模样及芯盒混制芯砂混制芯砂预处理造型材料预处理造型材料混制型砂混制型砂造型造型制芯制芯准准备备炉料炉料熔熔炼炼金属金属浇注浇注化验化验落砂、清理落砂、清理检验检验热处理热处理合格铸件合格铸件合型合型烘干铸型烘干铸型烘干芯子烘干芯子 造造型型和和制制芯芯是是砂砂型型铸铸造造最最基基本本的的工工序序，按按照照紧紧实实型型砂砂和起模的方法，可分为手工造型和机器造型两大类。和起模的方法，可分为手工造型和机器造型两大类。2.2.12.2.1 手工造型手工造型1.1.手工造型手工造型 全全部部用用手手工工或或手手开开工工具具完完成成的的造造型型。手手工工造造型型特特点点：操操作作灵灵活活，工工艺艺装装备备（模模样样、芯芯盒盒、砂砂箱箱）简简单单，生生产产准准备备时时间间短短，适适应应性性强强，可可用用于于各各种种大大小小形形状状的的铸铸件件。缺缺点点是是对对工工人人技技术术水水平平要要求求较较高高，生生产产率率低低，劳劳动动强强度度大大，铸铸件质量不稳定，用于单件、小批生产。件质量不稳定，用于单件、小批生产。2.2.常用手工造型特点及应用常用手工造型特点及应用 手手工工造造型型按按模模样样特特征征可可分分为为：整整模模造造型型，分分模模造造型型、活活块块造造型型、挖挖砂砂造造型型、假假箱箱造造型型、刮刮板板造造型型；按按砂砂箱箱特特征征分分：两两箱箱造造型型、三三箱箱造造型型、脱脱箱箱造造型型、地地坑坑造造型型。具具体体特特点及应用见表点及应用见表2-22-2。为为省省却却挖挖砂砂操操作作，在在造造型型前前特特制制一一个个底底胎胎，然然后后在在底底胎胎上上造造下下箱箱；底底胎可多次使用，不参与浇注胎可多次使用，不参与浇注表表2-2 常用手工造型方法的特点及应用常用手工造型方法的特点及应用造型方法造型方法主要特点主要特点适用范围适用范围整模造型整模造型整整体体模模，平平面面分分型型面面，型型腔腔在在一一个个砂砂箱箱内内；造造型型简简单单，铸铸件件精精度度表表面面质量较好质量较好分模造型分模造型模模样样沿沿最最大大截截面面分分为为两两半半，型型腔腔位位于上、下两个砂箱，造型简便于上、下两个砂箱，造型简便挖砂造型挖砂造型假箱造型假箱造型最最大大截截面面位位于于一一端端并并为为平平面面的的简简单单铸铸件件的的单单件件、小小批生产批生产最最大大截截面面在在中中部部，一一般般为为对对称称性性铸铸件件，如如套套、管管、阀类零件单件、小批生产阀类零件单件、小批生产模模样样为为整整体体，但但分分型型面面不不是是平平面面，造造型型时时手手工工挖挖去去阻阻碍碍取取模模的的型型砂砂，生产率低，技术水平高生产率低，技术水平高分分型型面面不不是是平平面面的的铸铸件件的的单件、小批生产单件、小批生产分分型型面面不不是是平平面面的的铸铸件件的的成批生产成批生产活块造型活块造型对对铸铸件件上上妨妨碍碍起起模模的的小小部部分分做做成成活活动动部部分分。起起模模时时先先取取出出主主体体部部分分，再取出活动部分再取出活动部分用用于于妨妨碍碍起起模模部部分分的的铸铸件件的单件、小批生产的单件、小批生产采采用用活活动动砂砂箱箱造造型型，合合型型后后脱脱出出砂砂箱箱表表2-2 常用手工造型方法的特点及应用常用手工造型方法的特点及应用造型方法造型方法主要特点主要特点适用范围适用范围刮板造型刮板造型用用刮刮板板代代替替模模样样造造型型。节节约约木木材材，缩缩短短生生产产周周期期，生生产产率率低低，技技术术水水平高，精度较差平高，精度较差两箱造型两箱造型铸铸型型由由上上型型和和下下型型构构成成，各各类类模模样样，操作方便操作方便三箱造型三箱造型脱箱造型脱箱造型用用于于等等截截面面或或回回转转体体大大中中型铸件的单件、小批生产型铸件的单件、小批生产最最基基本本的的造造型型方方法法。各各种种铸型，各种批量铸型，各种批量铸铸件件两两端端截截面面尺尺寸寸比比中中间间大大，必必须须有两个分型面有两个分型面主主要要用用于于手手工工造造型型，具具有有两两个个分分型型面面的的铸铸件件的的单单件件、小批生产小批生产用于小铸件的生产。用于小铸件的生产。地坑造型地坑造型在在地地面面砂砂床床中中造造型型，不不用用砂砂箱箱或或只只用上箱用上箱用用于于要要求求不不高高的的中中、大大型型铸件的单件、小批生产铸件的单件、小批生产续续整模造型三箱造型挖砂造型假箱造型活块铸造刮板造型 机机器器造造型型：用用机机器器全全部部或或至至少少完完成成紧紧砂砂操操作作的的造造型型。生生产产效效率率高高，劳劳动动条条件件好好，砂砂型型质质量量好好（紧紧实实度度高高而而均均匀匀，型型腔腔轮轮廓廓清清楚楚，铸铸件件质质量量也也好好。但但设设备备和和工工艺艺装装备备费费用用高高，生产准备时间较长，适于中小铸件的成批或大量生产。生产准备时间较长，适于中小铸件的成批或大量生产。2.2.22.2.2 机器造型机器造型1.1.机器造型的紧砂方法机器造型的紧砂方法 机机器器造造型型的的紧紧砂砂方方法法主主要要有有压压实实、振振实实、振振压压、抛抛砂砂四种基本形式。四种基本形式。1）振振压压紧紧砂砂：以以压压缩缩空空气气为为动动力力，工工作作原原理理如如图图2-19所所示。示。2）抛砂紧实：工作原理）抛砂紧实：工作原理如图如图2-20所示。所示。2.2.机器造型的起模方法机器造型的起模方法1）顶箱起模：）顶箱起模：如图如图2-21a所示。机构简单，但易漏砂，用所示。机构简单，但易漏砂，用于型腔简单、高度小的铸型，多用于上型，以省却翻箱。于型腔简单、高度小的铸型，多用于上型，以省却翻箱。2）漏模起模：）漏模起模：如图如图2-21b所示。一般用于形状复杂或高度所示。一般用于形状复杂或高度较大的铸型。较大的铸型。3）翻转起模：）翻转起模：如图如图2-21c所示。机构较复杂，但不易掉砂，所示。机构较复杂，但不易掉砂，适用于型腔较深，形状复杂的铸型，常用于下型。适用于型腔较深，形状复杂的铸型，常用于下型。三、造型生产线三、造型生产线 将将造造型型机机和和其其它它辅辅机机（翻翻转转机机、下下芯芯机机、合合型型机机、压压铁铁机机、落落砂砂机机等等）按按照照铸铸造造工工艺艺流流程程，用用运运输输设设备备（铸铸型型输输送送机机或或辊辊道道）联联系系起起来来，组组成成一一套套机机械械化化、自自动化铸造生产系统，动化铸造生产系统，如图如图2-222-22所示。所示。思考题：思考题：1.1.手工造型常用哪几种造型方法，各适用于何种零件？手工造型常用哪几种造型方法，各适用于何种零件？2.2.机器造型有何优缺点，有哪几种紧砂方法和起模方法？机器造型有何优缺点，有哪几种紧砂方法和起模方法？第第3 3节节 特种铸造方法特种铸造方法 与与一一般般砂砂型型铸铸造造不不同同的的其其他他铸铸造造方方法法统统称称为为特特种种铸铸造造，如如熔熔模模铸铸造造、金金属属型型铸铸造造、压压力力铸铸造造、低低压压铸铸造造、离离心心铸铸造、挤压铸造、实型铸造等。造、挤压铸造、实型铸造等。2.3.12.3.1 熔模铸造熔模铸造 在在易易熔熔模模样样表表面面包包覆覆若若干干层层耐耐火火涂涂料料，待待其其硬硬化化干干燥燥后后，将将模模样样熔熔去去后后而而制制成成型型壳壳，经经浇浇注注而而获获得得铸铸件件的的一一种种方法。模样材料多为蜡质，故又称失蜡铸造。方法。模样材料多为蜡质，故又称失蜡铸造。1.1.熔模铸造的工艺过程熔模铸造的工艺过程 熔熔模模铸铸造造的的工工艺艺过过程程如如图图2-23所所示示，主主要要有有以以下下过过程程：制制造造压压型型、制制造造熔熔模模、制制造造型型壳壳、脱脱模模、焙焙烧烧、浇浇注、清理。注、清理。2.2.熔模铸造的特点和适用范围熔模铸造的特点和适用范围 熔熔模模铸铸造造适适用用于于制制造造形形状状复复杂杂，难难以以加加工工的的高高熔熔点点合合金金及及有有特特殊殊要要求求的的精精密密铸铸件件；主主要要用用于于汽汽轮轮机机、燃燃汽汽轮轮机机叶叶片片、切切削削刀刀具具、仪仪表表元元件件、汽汽车车、拖拖拉拉机机及及机机床床等等零零件件的生产。的生产。主要特点如下：主要特点如下：1 1）铸铸件件的的精精度度和和表表面面质质量量高高；尺尺寸寸公公差差IT11IT11 IT14IT14，12.512.5 1.6 1.6；2 2）可制）可制造造形状形状较较复复杂杂的的铸铸件件；3 3）适适用用于于各各种种合合金金铸铸件件，尤尤其其是是高高熔熔点点和和难难以以加加工工的的高高合金合金钢钢，如耐，如耐热热合金、不合金、不锈钢锈钢、磁、磁钢钢等。等。4 4）工工艺艺过过程程较较复复杂杂，生生产产周周期期长长，使使用用费费和和消消耗耗的的材材料料费较贵费较贵，多用于小型零件。，多用于小型零件。2.3.22.3.2 金属型铸造金属型铸造1.1.金属型的构造金属型的构造 金金属属型型的的材材料料一一般般采采用用铸铸铁铁，铸铸件件内内腔腔可可用用金金属属型型芯芯或或砂砂芯芯得得到到。结结构构有有整整体体式式、水水平平分分型型式式如如图图2-24a2-24a 、垂垂直直分分型式型式如图如图2-24b2-24b、复合分型式、复合分型式如图如图2-24c2-24c等。等。金金属属型型铸铸造造是是在在重重力力作作用用下下将将金金属属液液体体浇浇入入金金属属铸铸型型以以获获得得铸铸件件的的方方法法。铸铸型型用用金金属属制制成成，可可反反复复使使用用，故故又又称永久型铸造。称永久型铸造。2.2.金属型铸造的工艺特点金属型铸造的工艺特点 1 1）金金属属型型预预热热：未未预预热热的的金金属属型型导导热热性性好好，使使金金属属液液冷冷却却过过快快，铸铸件件易易出出现现冷冷隔隔、浇浇不不足足、夹夹杂杂、气气孔孔等等缺缺陷陷；铸铸型型受受强强烈烈热热冲冲击击，应应力力倍倍增增，极极易易损损坏坏。故故在在浇浇注注前前必必须须预热。预热温度应根据合金种类和铸件结构而定。预热。预热温度应根据合金种类和铸件结构而定。2 2）刷刷涂涂料料：金金属属型型外外表表应应喷喷刷刷一一层层耐耐火火涂涂料料，以以保保护护型型壁壁外外表表，免免受受直直接接冲冲蚀蚀和和热热击击。还还可可改改变变冷冷却却速速度度，蓄蓄气气和和排排气气。不不同同合合金金采采用用不不同同涂涂料料，铝铝合合金金常常用用含含氧氧化化锌锌粉粉、滑滑石石粉粉和和水水玻玻璃璃的的涂涂料料；灰灰铸铸铁铁用用石石墨墨、滑滑石石粉粉、耐火粘土、桃胶和水。耐火粘土、桃胶和水。3 3）浇浇注注温度温度：浇浇注温度注温度应应比砂型比砂型铸铸造高造高2020 30300 0C C。4 4）开开型型时时间间:在在型型内内停停留留时时间间越越长长，温温度度越越低低，收收缩缩量量越越大大，取取出出铸铸件件越越困困难难，产产生生内内应应力力和和裂裂纹纹的的倾倾向向越越大大；同同时时金金属属型型的的温温度度越越高高，冷冷却却时时间间越越长长，生生产产率率下下降降。因此适宜的开型因此适宜的开型时间时间十分重要十分重要。3 3.金属金属型型铸铸造的特点和造的特点和应应用范用范围围 金金属属型型铸铸造造适适用用于于大大批批生生产产的的有有色色合合金金铸铸件件，如如铝铝合合金的活塞，汽缸体等。金的活塞，汽缸体等。1 1）金属型）金属型铸铸件冷却快，件冷却快，组织组织致密，机械性能致密，机械性能较较高；高；2 2）铸铸件件的的精精度度和和表表面面质质量量较较高高；尺尺寸寸公公差差IT13IT13 IT16IT16，12.512.5 6.3 6.3；3 3）实实现现了了“一一型型多多铸铸”，提提高高了了生生产产率率，改改善善了了劳劳动动条条件；件；4 4）金金属属型型不不透透气气且且无无退退让让性性，铸铸件件易易产产生生浇浇不不到到、裂裂纹纹或白口等缺陷。或白口等缺陷。2.3.32.3.3 压力铸造压力铸造 压压力力铸铸造造：将将熔熔融融金金属属在在压压铸铸机机中中以以高高速速压压射射入入金金属属铸型内，并在压力下结晶的铸造方法。铸型内，并在压力下结晶的铸造方法。1 1、压铸压铸设备设备和和压铸压铸工工艺过艺过程程 压压铸铸过过程程主主要要由由压压铸铸机机来来实实现现。常常用用压压铸铸机机分分为为热热压压室室和和冷冷压压室室两两大大类类。压压室室与与坩坩埚埚相相连连的的为为热热压压室室，适适于于低低熔熔点点合合金金；压压室室与与熔熔化化设设备备分分开开的的为为冷冷压压室室，广广泛泛用用于于压压铸铸铝铝、镁镁、铜铜等等合合金金。如如卧卧式式冷冷压压室室压压铸铸机机，其其工工作作原原理理如如图图2-252-25，包包括括合合型型、浇浇注注，压压射射、开开型型、顶顶出铸件几个过程。出铸件几个过程。2.2.压力铸造的特点和应用范围压力铸造的特点和应用范围 缺点：缺点：1 1）压压铸铸时时，高高速速液液流流会会包包住住大大量量空空气气，凝凝固固后后在在铸铸件件表表皮皮下形成许多气孔，故不能太多加工和热处理。下形成许多气孔，故不能太多加工和热处理。优点：优点：1 1）铸铸件件的的尺尺寸寸精精度度高高，表表面面粗粗糙糙度度小小，尺尺寸寸公公差差IT11 IT11 IT15IT15，3.23.2 0.8 0.8；2）可可压压铸铸形形状状复复杂杂的的薄薄壁壁精精密密铸铸件件，如如可可直直接接铸铸出出螺螺纹纹、齿形；齿形；3 3）压压铸铸件件在在高高压压下下结结晶晶，组组织织致致密密，力力学学性性能能好好，其其强强度比砂型铸件提高度比砂型铸件提高25%25%40%40%；4 4）生生产产率很高，生率很高，生产过产过程易于机械化和自程易于机械化和自动动化。化。2 2）设备投资大，生产准备周期长，只适于大量生产。）设备投资大，生产准备周期长，只适于大量生产。压压力力铸铸造造主主要要用用于于生生产产铝铝、锌锌、镁镁等等有有色色合合金金铸铸件件，如发动机缸体、缸盖、箱体、支架等。如发动机缸体、缸盖、箱体、支架等。1.1.低低压铸压铸造的工造的工艺过艺过程程 ：低压铸造的工艺