机械制造基础：第二章 铸造工艺

2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础第二讲第二讲 铸造工艺铸造工艺铸造工艺： 液态金属铸造型腔冷却铸件你见过哪些机器上有铸件铸件的优越性 形状复杂 适应性好 成本低铸造方法 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础老祖宗的作品：老祖宗的作品：青铜青铜器器编编钟钟器器皿皿虎牛祭案(春秋晚期）青铜 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础现现代作品：代作品：发动发动机缸体机缸体 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础现现代作品：代作品：镶宝镶宝戒指戒指树树 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础复杂复杂零件零件 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础本本讲内讲内容容 铸造工艺基础 常见铸造合金 砂型铸造 特种铸造 铸件的结构工艺性 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础一、一、铸铸造工造工艺艺基基础础 总结铸造工艺的目的： 避免铸件可能出现的缺陷 尽可能获取合格的铸件 那么 铸件容易产生哪些缺陷？ 是什么原因造成的缺陷？ 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础1、常、常见铸见铸造缺陷造缺陷 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础常常见铸见铸造缺陷造缺陷 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础第一第一类类缺陷：缺陷：浇浇不足、冷隔不足、冷隔 较大的薄板 浇不足 冷隔 原因： 合金流动性存在差异 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础第二第二类类缺陷：缺陷：缩缩孔、孔、缩缩松松 完整的外壳下面 缩孔 缩松 成因 铸件凝固过程的收缩 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2、形成、形成这两类这两类缺陷的原因缺陷的原因 仔细考察这两方面的原因 合金流动性的差异 合金凝固时产生收缩 合金为什么会有这样的差异？ 如何评价？ 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（1）合金流）合金流动动性性评评价价实验实验 液态金属的充型 合金的流动性 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础实验发现实验发现了了铁碳铁碳合合金流金流动动性性与与含含碳碳量量的的关关系系 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础流流动动性性为为什什么与么与含含碳碳量有量有关关？ 含碳量决定了合金凝固过程中： 开始凝固的温度高低 合金处于固液混合状态的温度范围宽窄 即可决定： 合金的凝固方式 关键在于：凝固方式决定流动性差异 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础铸铸件的凝固方式件的凝固方式逐层凝固逐层凝固糊状凝固糊状凝固中间凝固中间凝固 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础凝固凝固对对流流动动性的影性的影响响恒恒温温下凝固下凝固一定一定温温度范度范围围下凝固下凝固 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础不同凝固方式不同凝固方式对对流流动动性性试验试验的影的影响响 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（2）铸铸件的收件的收缩缩 收缩现象 温度降低 液态收缩、凝固收缩、固态收缩（）合金种类C%浇铸温度液态收缩凝固收缩固态收缩总体积收缩铸造碳钢0.3516101.637.812.4白口铸铁3.0014002.44.25.4 - 6.312 12.9灰灰铸铁铸铁3.5014003.50.13.3 - 4.26.9 7.8 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础收收缩缩特性特性为为什什么与么与合金成分有合金成分有关关？ 合金成分决定 开始凝固的温度高低 越高则开始浇注的温度越高 越高则固态收缩越大 合金处于固液混合状态的温度范围宽窄 越宽则凝固收缩越大 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础3、第一、第一类类缺陷的改缺陷的改进进措施措施 第一类铸造缺陷 浇不足 冷隔 改进措施 提高金属液流动性 选择流动性好的合金 提高金属液的充型能力 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础液液态态金金属属充型能力的影充型能力的影响响因素因素 浇铸条件 浇铸温浇铸温度度：温度高，保持流动的时间长 充型充型压压力力：压力高有利于充型 压力铸造、低压铸造、离心铸造 铸型填充条件 铸铸型材料型材料：造型材料比热容影响金属液降温速度 金属型比砂型容易浇不足、冷隔 铸铸型型温温度度：铸型预热有利于金属液保持流动性 铸铸型中的型中的气气体体：铸型的排气能力影响型腔气压 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础但是：如果但是：如果浇浇注注温温度太高度太高 提高温度 充型能力提高 薄板浇注需要提高浇注温度 但是过高 缩孔 缩松 粘砂 气孔 晶粒粗大 因此满足铸件要求后不宜过高 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础如果如果铸铸型型预热预热不不当当 砂型预热后铸型强度可能下降 易粘砂 金属液冲击下可能垮砂 形成夹砂、砂眼、夹渣 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础4、第二、第二类类缺陷的改缺陷的改进进措施措施（1）凝固特性对形成缩孔、缩松的影响（2）改进措施？ 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（1）缩缩孔、孔、缩缩松的形成松的形成过过程程结论结论：逐：逐层层凝固形成凝固形成缩缩孔孔 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础缩缩松松现现象象 缩松 宏观缩松 微观缩松 缩松与缩孔倾向相反 逐层凝固（小、大） 糊状凝固（大、小） 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础缩缩松的形成松的形成过过程程结论结论：糊：糊状状凝固形成凝固形成缩缩松松 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（2）防止）防止缩缩孔孔缩缩松：定向凝固松：定向凝固定向凝固（定向凝固（顺顺序凝固）序凝固） 先冷的不易形成缩孔和宏观缩松 凝固过程、冒口、冷铁 温度场、应力、（铝青铜、铝硅合金、铸钢） 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础但是定向凝固但是定向凝固问题问题更多更多 糊状凝固的合金（锡青铜） 流动性很差，冒口起不到补缩作用 不均匀的温度场导致铸件 不均匀热应力 变形 裂纹 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础5、第三、第三类类缺陷：缺陷：变变形、裂形、裂纹纹 除了正常收缩变形 铸件外形不规则变形 外形破坏：裂纹 成因 铸件不均匀的内应力 热应力 机械应力 铸件强度降低 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（1）铸铸造造热应热应力力先冷受压先冷受压后冷受拉后冷受拉室温下：室温下： 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础避免避免热应热应力的措施：同力的措施：同时时凝固凝固 同时凝固 均匀温度场避免先冷后冷 可用于 铸铁： 缩孔缩松倾向小 锡青铜： 糊状凝固，定向也没有用，不能避免微观缩松 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（2）机械）机械应应力力 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（3）铸铸件件变变形及防止形及防止 不均匀内应力导致 铸造后变形、切削后变形 防止措施 壁厚均匀、形状对称、同时凝固、反变形、时效处理、人工时效（退火） 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（4）铸铸件切削后的件切削后的变变形形 圆柱体铸件 铸造后的应力分布？ 先冷受压、后冷受拉 车削外圆后 变短？变长？ 去掉受压部分，收缩变短 钻孔后 变短？变长？ 去掉受拉部分，拉伸变长 铣削侧面后？ 向去掉一侧弯曲 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（5）裂）裂纹纹及其防止及其防止 高温下形成：热裂 凝固末期 局部固液混合强度极低 合金性质 结晶温度宽、糊状凝固 含S增加热脆性 铸型阻力机械应力大 低温下形成：冷裂 （受拉、应力集中）部位 合金塑性 含P增加冷脆性 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础6、总结总结：共晶：共晶铸铁铸铁好好 共晶成分铸铁的优良性质 固液线间距离最小（1148）结晶温度范围小 逐层凝固 流动性最好 没有小晶粒阻碍流动 无糊状凝固时的发达树状晶架 凝固收缩和固态收缩最小 凝固收缩0.1，总收缩率最小（7左右） 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础总结总结：共晶：共晶铸铁铸铁好好 第一第一类类流流动动性缺陷：性缺陷：浇浇不足、冷隔不足、冷隔 在在铁碳铁碳合金中流合金中流动动性最好，性最好，最最不易出不易出现浇现浇不足和冷隔不足和冷隔 第二第二类类收收缩缩性缺陷：性缺陷：缩缩孔、孔、缩缩松松 缩缩孔孔缩缩松松倾倾向小向小 流动性好保证：只要合理利用冒口，补缩作用明显 不用定向凝固，可避免形成不均匀热应力 第三第三类内应类内应力缺陷：力缺陷：变变形、裂形、裂纹纹 不均不均匀热应匀热应力力倾倾向小向小：可采用同时凝固避免铸件不均匀温度场 机械机械应应力小力小：收缩率小 变变形形倾倾向最小向最小：不均匀内应力倾向最小 热热裂裂倾倾向小向小： 凝固末期没有固液混合阶段 收缩倾向小，机械应力较小，铸型阻力较小 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础铸铸造缺陷及其防止措施造缺陷及其防止措施 铸造缺陷 名称（JB302-64） 质量控制 严格控制合金成分 铸件结构工艺性 热处理消除应力、改善性能 制定合理技术要求：有缺陷不一定都是废品 制定合理对症的工艺措施 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础关关于于铸铸造工造工艺艺性性合金成分合金成分凝固方式凝固方式流动性流动性结晶温度结晶温度范围宽窄范围宽窄收缩特性收缩特性第一类缺陷第一类缺陷冷隔、浇不足冷隔、浇不足第二类缺陷第二类缺陷缩孔、缩松缩孔、缩松 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础两类两类缺陷的改缺陷的改进进第一类缺陷第一类缺陷冷隔、浇不足冷隔、浇不足提高提高浇注温度浇注温度铸型预热铸型预热缩孔、缩松缩孔、缩松收缩过大收缩过大粘砂粘砂超过铸型超过铸型耐热温度耐热温度晶粒粗大晶粒粗大冷却过程冷却过程太长太长气孔气孔高温下发高温下发生反应生反应铸型强度降低铸型强度降低粘砂粘砂金属液冲击下可能垮砂金属液冲击下可能垮砂夹砂、砂眼、夹渣夹砂、砂眼、夹渣 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础两类两类缺陷的改缺陷的改进进第二类缺陷第二类缺陷缩孔、缩松缩孔、缩松顺序凝固顺序凝固第三类缺陷第三类缺陷热应力热应力变形、裂纹变形、裂纹不均匀温度场不均匀温度场铸型阻铸型阻碍收缩碍收缩同时凝固同时凝固逐层凝固逐层凝固糊状凝固糊状凝固缩孔缩孔缩松缩松 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础分分清清楚楚 合金固有的凝固方式 逐层凝固 糊状凝固 中间凝固 两种工艺 为了避免缩孔、缩松 顺序凝固（或者称为“定向凝固”） 为了避免形成热应力 同时凝固 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础二、常二、常见铸见铸造合金造合金 铸铁 灰口铸铁：碳多以石墨形态存在 灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁 白口铸铁：硬、脆、难以加工，不能用 铸钢 铸造铜、铝合金 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础普通灰普通灰铸铁铸铁 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础普通灰普通灰铸铁铸铁的性的性质质 片状石墨 b 120250MPa、抗拉强度很差 塑性、韧性差 抗压强度与钢接近（应合理应用） 不能锻造、焊接性能极差（白口组织） 铸造性能极好 切削加工性能极好 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础灰灰铸铁铸铁的的优优良性能良性能 优良的减振性 耐磨性好 锁锈了怎么办？ 缺口敏感性小： 赖皮：内部已经好多微缺口了 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础灰灰铸铁铸铁的石墨化的石墨化 珠光体灰铸铁（P基） 石墨细小、分布均匀 强度硬度高、用于重要机件 珠光体铁素体灰铸铁（PF基） 石墨呈粗大片状 强度略低、铸造性能极好、减振性好 铁素体灰铸铁（F基） 石墨过多、过于粗大，应用极少 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础化化学学成分影成分影响响石墨化石墨化 C%Si% vs 壁厚 I白口 IIa麻口 IIP基 IIbPF基 IIIF基 最佳：共晶 C%=3%-3.5% Si1.4%-2.4% S、P有害，Mn有益 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础不同厚度不同不同厚度不同组织组织不同性能不同性能 一包铁水 C%=3.2% Si%=1.8% wc+wsi%=5.0% 凝固后不同厚度截面上的组织 5mm：白口或麻口 10mm：P基灰铸铁 20mm：P基灰铸铁 30mm：PF基灰铸铁 40mm：F基灰铸铁 薄了不行，厚了更不行510203040 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础原因：冷却速度影原因：冷却速度影响响石墨化石墨化快快慢慢 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础其他常其他常识识 孕育铸铁实质为P基 牌号（GB5675-85） HT100（F基） 、HT150（PF基） HT200、HT250 （P基） HT300、HT350 （孕育） 壁厚越大，抗拉强度越小？（讨论其原因） 生产特点 共晶，工艺简化、1200-1350浇铸、时效 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础可可锻铸铁锻铸铁黑心可黑心可锻铸铁锻铸铁 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础珠光体可珠光体可锻铸铁锻铸铁 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础可可锻铸铁锻铸铁常常识识 玛铁：白口铸铁经石墨化退火形成 基体：F、P 抗拉b 300400MPa 有一定塑性韧性，但还是不可锻造 牌号 KTH300-06：抗拉MPa伸长率 （黑心、珠光体、白心） 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础球墨球墨铸铁铸铁 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础球墨球墨铸铁铸铁常常识识 强度接近钢：900MPa 伸长率18 铸造性能近似灰铸铁 牌号：QT40018 生产： 铁水高含碳 球化处理孕育处理 正火：P基 退火：F基 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础蠕墨蠕墨铸铁铸铁 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础蠕墨蠕墨铸铁铸铁常常识识 性能介于灰铸铁和球墨铸铁 导热耐热性好、抗氧化、耐磨性极好 牌号（GB5612-85） RuT-400：抗拉强度 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础铸钢铸钢常常识识 应用广泛 强度高、塑性韧性优良、焊接性能好 铸焊联合结构：重型机械制造 加入10各种合金元素 耐磨、耐腐蚀、耐热 铸造性能差：糊状凝固 浇注温度高、流动性差 收缩率大、一定要定向凝固 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础铸钢铸钢件的件的铸铸造工造工艺艺示例示例 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础铸铸造造铜铜、铝铝合金合金 铸造铜合金 铸造铝合金 生产特点 收缩率高，定向凝固 锡青铜除外：为什么？ 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础这这是什是什么铸铁么铸铁？可可锻铸铁锻铸铁 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础这这是什是什么铸铁么铸铁？球墨球墨铸铁铸铁 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础这这是什是什么铸铁么铸铁？蠕墨蠕墨铸铁铸铁 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础这这是什是什么铸铁么铸铁？普通灰普通灰铸铁铸铁 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础一一个个小小问题问题关关于壁厚于壁厚与与强度强度 铸造厂生产了一批灰铸铁件。经检测，随炉单个浇注的30试棒的抗拉强度为2052l0MPa，符合图纸提出的HT200的要求。用户验收时，在铸件不同部位取样，检测结果表明，铸件上壁厚为： 8mm处的b为200MPa 15mm处的b为196MPa 25mm处的b为175MPa 30mm处的b为168MPa。 据此，用户认为该批铸件不合格，理由是： 1）铸件机械性能不符合HT200要求 2）铸件整体强度不均匀 试判断用户的意见是否正确，为什么? 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础三、砂型三、砂型铸铸造造砂型砂型铸铸造特点：造特点：是是传统传统的的铸铸造方法造方法适适应应性好性好各各种种形形状状、大小、大小、数数量、合金量、合金 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础三、砂型三、砂型铸铸造造砂型铸造的主要工艺问题（一）砂型铸造工艺过程（二）砂（芯）型制造手工造型机器造型、机器造芯（三）砂型铸造工艺方案的确定浇注位置铸型分型面铸造工艺参数型芯设计铸造工艺图 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（一）砂型（一）砂型铸铸造工造工艺过艺过程程零件工作零件工作图图铸铸造工造工艺图艺图模模样图样图、芯盒、芯盒图图、铸铸型装配型装配图图制造模制造模样图样图及芯盒及芯盒预处预处理造型材料理造型材料混制混制型砂型砂混制混制芯砂芯砂造型造型制芯制芯烘干烘干铸铸型型烘干烘干型芯型芯合型合型浇浇注注落砂、落砂、清清理理检验检验铸铸件件热处热处理理合格合格铸铸件件准准备备炉炉料料熔熔炼炼金金属属化化验验湿湿型型湿湿芯芯干型干型干芯干芯 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础飞轮飞轮毛坯砂型毛坯砂型铸铸造工造工艺过艺过程程 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础砂型砂型1、上砂箱、上砂箱; 2、型腔、型腔(铸铸件件); 3、上型芯、上型芯头头; 4、出、出气气口口; 5、冒口、冒口; 6、外、外浇浇口口; 7、直、直浇浇道道8、下砂箱、下砂箱; 9、分型面、分型面; 10、下型芯、下型芯头头; 11、冷、冷铁铁; 12、内浇内浇道道; 13、型砂、型砂; 14、横浇横浇道道 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（二）砂型（芯）制造方法（二）砂型（芯）制造方法 手工造型 机器造型 机器造芯 机器造型（芯）的特点 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础1、手工造型、手工造型（1）手工造型的工序流程）手工造型的工序流程模模样样砂箱砂箱平板平板安放模安放模样样填填砂砂紧实紧实扎扎气气孔、做合型孔、做合型号号开开型型起模起模开设浇开设浇口口修型修型合型合型装配型芯装配型芯 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（2）整模造型）整模造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（2）整模造型）整模造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（3）分模造型）分模造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（3）分模造型）分模造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（3）三箱分模造型）三箱分模造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（4）挖挖沙造型沙造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（5）假箱造型）假箱造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（6）活）活块块造型造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（6）活）活块块造型造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（7）刮板造型）刮板造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（7）刮板造型）刮板造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（8）地坑造型）地坑造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（9）造型方法）造型方法选择选择 手工造型：刮板造型 vs 实体模样造型：批量 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2、机器造型、机器造型 （1）震压造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2、机器造型、机器造型 震压造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2、机器造型、机器造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2、机器造型、机器造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2、机器造型、机器造型 （2）射砂造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2、机器造型、机器造型 射砂造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（垂直分型）射砂造型全（垂直分型）射砂造型全过过程程 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（垂直分型）射砂造型全（垂直分型）射砂造型全过过程程 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础3、机器造芯、机器造芯 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础3、机器造芯、机器造芯 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础4、机器造型（芯）的工、机器造型（芯）的工艺艺特点特点 适宜： 一个分型面 两箱造型 不宜 三箱造型 活块 如图铸件适合机器造型 三箱改两箱 使用外型芯 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础（三）砂型（三）砂型铸铸造工造工艺艺方案的确定方案的确定 砂型铸造工艺方案的确定 1、浇注位置 2、铸型分型面 3、铸造工艺参数 4、型芯设计 5、铸造工艺图 6、综合示例 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础1、浇浇注位置的注位置的选择选择原原则则 铸件的重要部位置于下部； 重要的加工面朝下或呈直立状态； 铸件的大平面朝下； 保证铸件充满； 有利铸件的补缩； 避免使用吊芯，便于下芯。 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础1、浇浇注位置的注位置的选择选择原原则则 重要表面朝下、大平面朝下（侧立） 为什么 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础1、浇浇注位置的注位置的选择选择原原则则 重要表面朝下、大平面朝下（侧立） 为什么 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础导轨导轨面向下面向下 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础1、浇浇注位置的注位置的选择选择原原则则 重要表面朝下、大平面朝下（侧立） 为什么 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础1、浇浇注位置的注位置的选择选择原原则则 防止浇不足、冷隔 薄壁朝下、垂直、倾斜 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础1、浇浇注位置的注位置的选择选择原原则则 防止浇不足、冷隔 薄壁朝下、垂直、倾斜 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础1、浇浇注位置的注位置的选择选择原原则则 容易产生缩孔 厚壁在上 安置冒口 定向凝固定向凝固 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础1、浇浇注位置的注位置的选择选择原原则则 简化工艺 便于合箱 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2、分型面的、分型面的选择选择原原则则应使铸件全部或大部置于同一半型内；尽量减少分型面的数量；分型面应尽量采用平面；便于下芯、合箱合检查型芯尺寸；不使砂箱过高；减少铸件清理合机械加工的工作量 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2、分型面的、分型面的选择选择原原则则 简化工艺 平直分型面单单件小批件小批时时：耐用：耐用弯弯曲分型面曲分型面 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础关关于分型面的于分型面的数数目目机器造型机器造型手工造型手工造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2、分型面的、分型面的选择选择原原则则 简化工艺 减少分型面 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础减减少分型面的少分型面的两种两种方案方案 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础三通管砂芯三通管砂芯 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2、分型面的、分型面的选择选择原原则则 简化工艺 避免活快 避免型芯 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2、分型面的、分型面的选择选择原原则则 铸件全部或大部位于同一砂箱 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2、分型面的、分型面的选择选择原原则则 型腔、型芯位于下箱 便于造型、下芯、合箱、检验铸件壁厚 但应避免型腔过深、吊芯、大吊砂 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2、分型面的、分型面的选择选择原原则则 避免砂箱过高 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础3 3、铸铸造工造工艺参数艺参数的确定的确定 （1）铸造收缩率 铸铸造凝固、冷却后尺寸造凝固、冷却后尺寸缩缩小小 体体积积：模：模样样 铸铸件件 零件零件 合金的收合金的收缩缩、切削加工、切削加工 铸铸造模造模样样比例尺：比例尺：“ “收收缩缩尺尺” ” 需要考需要考虑铸虑铸型阻碍收型阻碍收缩缩、不、不规则规则收收缩变缩变形等特殊情形等特殊情况况 合金成分、合金成分、铸铸型机械阻碍、型机械阻碍、铸铸件各部分制件各部分制约约 收收缩缩率率 灰灰铸铁铸铁0.7%1.0% 铸铸造造碳钢碳钢1.3%2.0% 铝铝硅合金硅合金0.8%1.2% P32：几：几种种合金的砂型合金的砂型铸铸造收造收缩缩率率 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础3 3、铸铸造工造工艺参数艺参数的确定的确定 （2）机械加工余量 机器造型 铸铁 非铁合金(贵) 余量相对更大 朝上表面 侧面、底面 P33：灰铸铁机械加工余量表 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础3 3、铸铸造工造工艺参数艺参数的确定的确定 （3）起模斜度 手工造型 153 机器造型 3 10 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础3 3、铸铸造工造工艺参数艺参数的确定的确定 （4）最小铸孔尺寸 大孔有利于均匀壁厚、减少加工余量 小孔铸造不经济 灰铸铁铸件最小孔径 单件：3050mm 成批：1520mm 大量：1215mm 不加工孔：不论大小均要铸造 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础4 4、型芯、型芯设计设计 型芯的作用： 发动机缸体内腔的形成 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础4 4、型芯、型芯设计设计 型芯在浇注时形成内腔的过程 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础4 4、型芯、型芯设计设计 型芯头 斜度 上6 15 下5 10 间歇 1mm4mm 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础型芯的形式型芯的形式 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础复杂复杂型芯型芯实实例例 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础复杂复杂型芯型芯实实例例 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础复杂复杂型芯型芯实实例例 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础复杂复杂型芯型芯实实例例 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础复杂复杂型芯型芯实实例例 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础5 5、铸铸造工造工艺图艺图 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础浇浇注系注系统统 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础关关于冒口于冒口 冒口的主要作用 补缩：防止缩孔、缩松 另外 集渣、排气 位置 最后被补缩部位的顶部 热节处 尽可能是最高处 类型 明冒口、暗冒口 顶冒口、侧冒口、贴边冒口 高低位置冒口用冷铁隔开补缩范围 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础6、综综合示例：支架合示例：支架 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础方案方案I：支架：支架铸铸件工件工艺图艺图 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础方案方案II：支架：支架铸铸造工造工艺图艺图 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础方案方案II彩彩图图 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础6、综综合示例：合示例：C6140进给进给箱体箱体 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础分型面方案分型面方案 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础铸铸造工造工艺图艺图 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础四、特四、特种铸种铸造造 特种铸造方法 1.熔模铸造 2.金属型铸造 3.压力铸造 4.低压铸造 5.离心铸造 6.陶瓷型铸造 7.消失模铸造 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础戒指戒指树树 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础1 1、熔模、熔模铸铸造造熔模铸造IT 11IT 111414，Ra25Ra253.23.2复杂复杂形形状状，但，但铸铸件不宜件不宜过过大大无分型面无分型面金金属属熔液保熔液保温时间长温时间长，流，流动动性好性好壳壳体强度有限体强度有限最小壁厚最小壁厚达达0.7mm0.7mm，最小直，最小直径径0.5mm0.5mm适用于适用于铸铸造各造各种种金金属属，尤其是合金高熔点合金，尤其是合金高熔点合金制造制造复杂复杂周期周期长长适于适于难难切削、高熔点、切削、高熔点、复杂复杂小零件小零件不受批量限制不受批量限制缺点缺点工工艺过艺过程程复杂复杂，生，生产产周期周期长长冷却冷却过过程程缓缓慢，慢，铸态组织铸态组织粗大，力粗大，力学学性能性能较较差差 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础熔模熔模铸铸造生造生产过产过程程 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础熔模熔模铸铸造生造生产过产过程程 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础结壳结壳 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础 右图为采用熔模铸造生产的钛合金人工关节 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础飞飞机机发动发动机叶片机叶片 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2、金、金属属型型铸铸造造金金属属型型铸铸造的特点及造的特点及应应用范用范围围1 1、机械性能高，、机械性能高，与与砂型相比，抗拉强度提高砂型相比，抗拉强度提高 2525、延伸率提高、延伸率提高2020；2 2、铸铸件的精度和表面光件的精度和表面光洁洁度高；度高；3 3、铸铸件的工件的工艺艺收得率高，收得率高，节约节约15153030；4 4、劳动条劳动条件好、有利于件好、有利于环环保；保；5 5、生、生产产效率高，易效率高，易实现实现机械化和自机械化和自动动化；化；6、铸铸件冷却快，件冷却快，组织组织致密，力致密，力学学性能好。性能好。 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础金金属属型型铸铸造造 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础金金属属型型铸铸造生造生产过产过程程 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础金金属属型型铸铸造的四造的四种种分型方式分型方式 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础金金属属型型铸铸造的造的缺点和不足缺点和不足1. 生产成本高，适合大批量生产2. 铸件易形成浇不足和开裂等缺陷，3. 工艺过程参数控制严格4. 采用金属型生产的铸件重量和形状方面有局限性、不易制造复杂、薄壁件。 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础应应用用实实例例形形状简单状简单的中小的中小零件批量生零件批量生产产 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础3、压压力力铸铸造造 主要优点： 压铸件尺寸精度高 铸件强度和表面硬度高 可以压铸复杂形状的薄壁件 具有很高的生产效率 主要缺点： 铸件中残留气体多，不宜进行过多的 表面机械加工和热处理 不宜小批量生产 适用范围： 航空航天、汽车、仪器仪表、医疗器械等 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础3、压压力力铸铸造造 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础冷室冷室压铸压铸 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础热室压铸a-浇口b-动模c-定模d-浇注缸e-加压活塞 f-压室g-保压浇壶h-坩埚i-加热炉k-通道l-压铸机m-喷嘴 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础压铸镶压铸镶嵌件嵌件 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础压压力力铸铸造的工造的工艺艺特点特点 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础4、低、低压铸压铸造造 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础4、低、低压铸压铸造造 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础4、低、低压铸压铸造造 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础低压铸造的工艺特点 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础低压铸造的特点 低压铸造的特点 液态金属在压力作用下由下而上地充满型腔，并在外力的作用下结晶凝固，进行补缩； 低压铸造的充型过程即与重力铸造不同，又与压力铸造有区别（压力铸造为高速高压几千几万千牛/米2，而低压铸造为2060千牛/米2 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础低压铸造的优点低压铸造的优点液态金属充型平稳，夹杂缺陷减少；型腔内液流与气流方向一致，减少了产生气孔的可能性；铸件成型性好。金属液在外力作用下强迫流动，提高了金属的充填能力，有利于形成轮廓清晰，表面光洁的铸件；铸件组织致密，机械性能高；金属收得率高（8098）。 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础5、离心、离心铸铸造造 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础5、离心、离心铸铸造造 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础5、离心铸造 液态金属浇入旋转的铸型中，金属在离心力作用下充填铸型和凝固成型。 特点及适用范特点及适用范围围适用于旋转体铸件的生产，省去浇冒口；铸件致密，机械性能好；可以实现双金属铸造，易产生偏析，内表面不易控制。 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础卧式离心铸造机 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础大型管件大型管件 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础更大的管道更大的管道 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础离心铸件最大直径可离心铸件最大直径可达达3米，最大长度米，最大长度8米米最大重量最大重量达几公斤达几公斤到十多吨到十多吨 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础立立式式离离心心铸铸造造机机 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础6、陶瓷型、陶瓷型铸铸造造 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础6、陶瓷型、陶瓷型铸铸造造 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础7、实实型型铸铸造（消失模）造（消失模） 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础7、消失模、消失模铸铸造造 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础消失模消失模铸铸造工造工艺艺 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础泡沫塑料模泡沫塑料模样样及及铸铸件件 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础 消失模技消失模技术术特点特点 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础 铸件精度高 消失模铸造的铸件质量和金属型铸造的铸件非常接近表面光滑，比砂型铸造的铸件表面粗糙度低，可达Ra3.212.5； 设计灵活 为铸件结构设计提供了充分的自由度 无传统铸造中的砂芯 清洁生产 无化学粘结剂 降低投资和生产成本优 点 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础消失模消失模铸铸造可生造可生产产的的铸铸件件1）各种铝合金铸件 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2）各）各种铸铁种铸铁件（灰件（灰铁铁、球、球铁铁） 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础3）各）各种铸钢种铸钢件件 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础 消失模铸造主要工序泡沫塑料模样的制作 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础聚聚苯苯乙乙烯烯珠粒及其珠粒及其预发预发泡泡 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础聚聚苯苯乙乙烯烯珠粒珠粒预发预发泡泡 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础板材粘接成形或板材粘接成形或发发泡成型泡成型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础发发泡成型或板材粘接成形泡成型或板材粘接成形 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础模模样样族族组组装装 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础浸涂料浸涂料 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础填填砂造型砂造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础浇浇注注与与充型充型过过程程 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础落砂（落砂（铸铸件件从从砂箱中倒出）砂箱中倒出） 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础各各种铸种铸造方法比造方法比较较序号铸造工艺适用合金种类铸件重量范围/kg最小壁厚/mm铸件表面粗糙度Ra/m铸件尺寸精度等级CT最小批量/件1砂型铸造不限不限312.5100810不限2壳型铸造不限 5031.6506910003熔模铸造不限 251.50.812.55710004金属型铸造不限中、小件3 (铝)5（铁）3.21007910005低压铸造非铁合金中、小件23.21005810006压力铸造非铁合金小件2（铜）0.51.0(其他)0.425(铝)0.225(镁)4810007离心铸造不限管件、套筒类不限3.2100100 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础各各种铸种铸造方法比造方法比较较8陶瓷型铸造钢、铁中、大件不限1.612.56859连续铸造不限坯料或型材412.5100600010真空铸造不限小件不限100011挤压铸造不限 2561.65079100012消失模铸造不限不限不限3.210079不限 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础选择铸选择铸造方法造方法 铸铝小连杆 样机试制 年产量1万件 年产量10万件 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础比比较较产量铸件制造成本（元/件）砂型金属型熔模压力1001.756.026.2518.7510000.621.232.671.95100000.330.371.930.501000000.300.291.800.16 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础五、五、铸铸件件结构结构工工艺艺性性观观察一察一个实个实例例 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础五、五、铸铸件件结构结构工工艺艺性性 工艺性好坏基本标准：制造成本 保证力学性能、工作性能是基本前提 考虑以下因素对结构工艺性的影响 合金性能 制造批量（大：自动化，小：手工） 铸造方法的特殊要求 讨论：铸件的结构工艺性一成不变吗？ 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础1、铸铸造工造工艺对结构艺对结构的影的影响响 便于取模 外部不应有不必要的凸缘取模方向取模方向三箱造型三箱造型 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础1、铸铸造工造工艺对结构艺对结构的影的影响响 便于取模：起模斜度的方向 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础分型面分型面应尽应尽量量为为平面平面 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础分型面分型面应尽应尽量量为为平面平面 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础凸台凸台与与筋板筋板 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础凸台凸台与与筋板筋板 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础凸台凸台与与筋板筋板 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础不加工表面不加工表面应应有有结构结构斜度斜度 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础流流动动性：避免水平壁性：避免水平壁 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础避免容易避免容易热变热变形的形的结构结构 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础避免水平大平面避免水平大平面 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础不用或少用型芯不用或少用型芯 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自自带带型芯型芯 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础加强型芯加强型芯头头强度强度 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础加强型芯加强型芯头头强度强度 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础加强型芯加强型芯头头强度强度 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础2、合金、合金铸铸造性能造性能对铸对铸件件结构结构的影的影响响 最小壁厚限制 浇不足、冷隔 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础常常见见合金的最小壁厚限制合金的最小壁厚限制 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础合理壁厚：避免厚大截面合理壁厚：避免厚大截面 并非越大越好 “丁、工”字形、槽形、箱形、加强筋 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础大型大型铸铸件的壁厚件的壁厚仅仅15mm 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础用加强筋用加强筋减减小壁厚小壁厚 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础合理壁厚：壁厚均合理壁厚：壁厚均匀匀 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础合理壁厚：壁厚均合理壁厚：壁厚均匀匀 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础合理壁厚：壁厚均合理壁厚：壁厚均匀匀 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础合理壁厚：合理壁厚：顺顺序序与与同同时时凝固凝固收收缩缩明明显显的合的合金：金：顺顺序序凝固凝固收收缩缩小的小的合金：合金：同同时时凝固凝固 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础圆圆角角过过渡渡热节应热节应力分布力分布 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础圆圆角角过过渡金渡金属结属结晶晶 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础圆圆角角过过渡半渡半径径(a+b)/288-1212-16 16-20 20-27 27-35 35-45 45-60铸铁466810121620铸钢6681012162025 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础锐锐角角过过渡渡 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础转转角角结构结构 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础防裂筋防裂筋 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础减缓轮辐减缓轮辐收收缩缩阻碍阻碍 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础合理布置筋板位置合理布置筋板位置 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础避免阻碍避免阻碍铸铸件收件收缩缩 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础总结总结 各种铸造工艺方法的适用范围均有限 结构工艺性 与铸造方法有关 与合金铸造性能有关 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础圆圆角和角和结构结构斜度斜度 如图圆角合理吗？ 如图的结构斜度方向有问题 “结构斜度”还是“起模斜度”？ 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础三三个个小小问题问题 空心球铸造容易吗？ 操作不易：不易下芯 裂纹：型芯阻止收缩 下水道的井盖为什么有网状花纹 收缩、强度 砂箱箱带的条纹 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础下水道井盖下水道井盖 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础结构问题结构问题不加工面的不加工面的结构结构斜度斜度圆圆角角过过渡渡均均匀匀壁厚壁厚 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础总结总结 铸造工艺基础 流动性/充型能力/缩孔缩松/铸造应力/裂纹 铸造缺陷防止 常见铸造合金 四种铸铁、铸钢、铸造铜铝合金的铸造较难 砂型铸造 特种铸造 铸件的结构工艺性 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础作作业业！ 作业： （1）习题集： 一（317）、二（114） 三（29） （2）教材： p43（8题），54（56，9题）， p68（3，4题） p88（2，3，4，6，7，8，10，11题） 思考： 教材 ： p43（13题），54（14，78题） p6768（1，2，5题）、 p88（1，5，9题） 机床床身大多采用铸铁件的原因是什么？