机械制造技术第2版 任家隆 任近静第4章

1、第4章 铸 造,4.1 铸造工艺基础,4.1.1 合金的铸造性能,4.1.2 常用合金铸件生产,4.1.1 合金的铸造性能,1. 液态合金的充型 液态金属填充铸型的过程简称充型。 液体金属充满型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰 的成形件的能力称为充型能力。充型能力不足时， 会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。 影响合金充型能力的主要因素： 1)合金的流动性 合金种类、合金成分 2)浇注条件 浇注温度、充型压力 3)铸型填充条件 蓄热能力、温度、气体、结构,影响,影响,影响,衡量合金流动性最常用的试样是螺旋形流动性试样，如右图所示。在常用铸造合金中，灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铸钢的流动性最差。,4.1.1 合金的铸造性能,4.1.1 合金的铸造性能,图 4-1 Fe-C合金流动性与碳的质量分数的关系,(1)铸件的凝固方式及影响因素 1）铸件的凝固方式（见图4-2 ） 逐层凝固。 糊状凝固。 中间凝固。 2）影响凝固方式的因素 凝固温度范围: 愈小-凝固区域愈窄 逐层凝固； 愈大-凝固区域愈宽 糊状凝固。 铸件温度梯度: 随温度梯度由小到大.凝固区域由宽变窄,2.合金的凝固与收缩,4.1.1

2、 合金的铸造性能,图4-2 铸件的凝固方式,4.1.1 合金的铸造性能,a) 逐层凝固 b) 中间凝固 c) 糊状凝固,(2)铸造合金的收缩 1)收缩的概念 铸造合金在凝固和冷却过程中, 其体积和尺寸缩减的现象称为收缩。收缩能使铸件 产生缩孔、 缩松、裂纹、变形、内应力等。 合金的收缩分三个阶段： 液态收缩：液相线温度间的收缩 凝固收缩：固相线温度间的收缩 固态收缩：凝固终止温度至室温之间 的收缩如图4-3 所示。,浇注温度与开始凝固温度,开始凝固 温度至凝固终止温度,4.1.1 合金的铸造性能,4.1.1 合金的铸造性能,图4-3铸造合金的收缩阶段 -液态收缩 -凝固收缩 -固态收缩,2）影响收缩的因素,化学成分。 不同化学成分的合金,其收缩率 不同（铸钢最大,灰铸铁最小）。 浇注温度。合金的浇注温度越高,过热度越大, 液态收缩也越大,总收缩量增加。 铸件结构与铸型条件。在铸型中冷凝时, 铸件 不是自由收缩,会受到铸件各部位因冷速不同,相 互制约而产生的阻力以及铸型和型芯对收缩产生 的机械阻力的影响。,4.1.1 合金的铸造性能,3）收缩对铸件质量的影响,缩孔与缩松。 产生：液态合金

3、在冷凝过程中因收缩所减少的体积得不到液体金属的及时补充，则在铸件最后凝固部位形成不规则的孔洞，其中大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。,图44 缩孔的形成过程,浇道,缩孔,4.1.1 合金的铸造性能,图4- 5 缩松的形成,4.1.1 合金的铸造性能,缩松和缩孔。可使铸件力学性能、气密性和物 理化学性能大大降低，以致成为废品。 防护措施： a.合理选择铸造合金。 b.顺序凝固原则：保证按照远离冒口的部位最先 凝固，冒口最后凝固的顺序进行。 c.安放冒口和冷铁、实现顺序凝固。 d.如在远离冒口的的厚大部位放置冷铁，加快该 处 的冷却速度，使其先凝固。 e.控制浇注温度与速度。应在满足充型能力的前 提下, 尽量降低浇注温度和速度。,3）收缩对铸件质量的影响,4.1.1 合金的铸造性能,图4-6 铸件顺序凝固示意图,图4-7 铸件同时凝固示意图,4.1.1 合金的铸造性能,4.1.1 合金的铸造性能,铸造应力和变形。按应力形成的原因铸造应力分为机械应力、热应力和相变应力。 热应力: 由于铸件 形状复杂, 厚薄不均, 各部分的冷却速度不 同, 收缩不一致而引 起的内应力。 机械应力:铸件

4、的固 态收缩受到铸型和型 芯的机械阻碍而产生 的应力称为机械应力。,图4-8 热应力的形成 +表示拉应力；-表示压应力,图4-9 机械应力示意图,4.1.1 合金的铸造性能,4）铸件的裂纹与防止,热裂:在高温下形成的裂纹。 其形状特征是:缝隙宽、形状 曲折、缝内呈氧化色。,冷裂：在低温下形成的裂纹。 其形状特征是:裂纹细小、呈连续 直线状:有时缝内呈轻微氧化色。,合金性质 铸型阻力,降低内应力 控制含磷量,4.1.1 合金的铸造性能,4.1.2 常用合金铸件生产,1. 普通灰铸铁件 普通灰铸铁件是铸造生产中应用最广泛的一种金属材料。常用来制造承受较小冲击的载荷、需要减振耐磨的零件，如机床床身等。 2. 孕育铸铁件 孕育铸铁件是指铁液经孕育处理后，获得的亚共晶灰铸铁。 3. 可锻铸铁件 可锻铸铁件是白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳可锻化处理，改变其金相组织或成分而获得的有较高韧性铸铁。,4. 球墨铸铁件 球墨铸铁件内部组织中的石墨呈球状，是一种广泛应 用的高强度铸铁。 5. 蠕墨铸铁 蠕墨铸铁的组织为金属基体上均匀分布着蠕虫状石墨。 6. 铸钢件 铸造性差，易产生缩松、缩孔、裂纹等铸造缺陷。

5、 7. 铸造铝合金件 铸造铝合金熔点较低，流动性好，可用细砂造型，故 表面尺寸比较精确，但力学性能差。 8. 铸造铜合金件 铸造铜合金通常分为铸造黄铜和铸造青铜。,4.1.2 常用合金铸件生产,4.2 砂型铸造,4.2.1 造型方法选择,4.2.2 铸造工艺设计,4.2.1 造型方法选择,1. 砂型铸造的工艺过程（如图4-10） 2. 砂型铸造方法 (1)手工造型(如图4-11)。手工造型的方法很多, 常用的造型方法有整模造型、分模造型、挖砂造 型、活块造型、刮板造型、假箱造型等。 (2)机器造型（震压式造型） 将紧砂和起模实 现机械化的造型方法。,图4-10 砂型铸造的工艺过程,4.2.1 造型方法选择,图4-11 手工造型,4.2.1 造型方法选择,4.2.2 铸造工艺设计,1. 铸造工艺图的设计,图4-12 零件图、铸件工艺图与铸件图 a)零件图 b)铸件工艺图 c)铸件图,（1）浇注位置的选择 浇注位置:是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。,4.2.2 铸造工艺设计,1）铸件的重要工作面、主要的加工面应朝下或侧立放置。,床身 锥齿轮 起重机卷筒,4.2.2 铸造工艺设计,2）铸件

6、的大平面应朝下放置。,3）应将铸件薄而大的平面放在下部、侧面或倾斜位置。,4.2.2 铸造工艺设计,图4-13 薄壁件的浇注位置,4）应将铸件的厚大部分放在上部或侧面。,4.2.2 铸造工艺设计,5）确定浇注位置时应尽量减少型芯的数量, 要有利于型芯的安装、固定、检查和排气。,4.2.2 铸造工艺设计,（2）铸型分型面的选择,铸型分型面: 是指两半铸型相互接触的表面。,4.2.2 铸造工艺设计,分型面选择原则如下： 1）应使造型工艺简化。 为了便于起模，分型面应选择在铸件的最大截面处。 分型面的选择应尽量减少型芯和活块的数量。 分型面应尽量平直。（如图） 尽量减少分型面，特别是机器造型时，只能有一个分型面。 2)尽量将铸件重要加工面或大部分加工面、加工基准面置于同一个砂箱中。（如图） 3）使型腔和主要芯位于下箱,便于下芯、合型和检查型腔尺寸。,4.2.2 铸造工艺设计,4.2.2 铸造工艺设计,4.2.2 铸造工艺设计,（1）加工余量的确定 加工余量的大小，要根据铸件的大小、生产批量、合金种类、铸件复杂程度以及加工面在铸型中的位置来确定。 （2）起模斜度 一般外壁斜度0., 内壁斜度

7、（3）铸造圆角 圆角半径一般约为相交两壁平均厚度的1/3 1/2。 （4）铸造收缩率 收缩量的大小与金属的线收缩率有关，灰铸铁为0.7% 1.0%， 铸钢为1.5% 2%。,2. 铸件工艺参数的确定,4.2.2 铸造工艺设计,4.3 特种铸造,4.3.1 金属型铸造,4.3.2 熔模铸造,4.3.3 压力铸造,4.3.4 离心铸造,4.3.1 金属型铸造,b) 垂直分型式,c) 复合分型式,a) 水平分型式,金属型铸造,金属型铸造是依靠重力将熔融金属浇入铸型而获得铸件的方法。 1.金属型铸造的特点 1）实现了“一型多铸”, 生产率高,成本低,便于机械化与自动化生产。 2）铸件精度高, 表面质量好，减少了铸件的机械加工余量。 3）金属型传热快, 铸件的冷却速度快,晶粒细,经济性能提高。 4）制造成本高,周期长,不适合单件小批生产；形状尺寸受限制,易产生白口。 2.金属型铸造的应用范围 主要用于中、小型有色合金铸件的大批量生产,如铝活塞、气缸体、缸盖、液压泵壳体、轴瓦、衬套等。,4.3.1 金属型铸造,4.3.2 熔模铸造,熔模铸造 是用易熔的蜡质材料制成模样，在模样上包裹若干层耐火涂料，

8、然后制成型壳，熔去模样后经高温焙烧即可浇注。 熔模铸造 1. 熔模铸造的工艺过程（见图4-24）,母模-压型-压制蜡模-单个蜡模 -蜡模组-制壳-脱蜡-填砂浇注,图424 熔模铸造工艺流程,4.3.2 熔模铸造,2. 熔模铸造的特点 1)可生产形状复杂的铸件, 薄壁铸件。 2)铸件尺寸精度高, 表面质量好。 3)适应性广。 4)工艺过程复杂, 生产周期长, 铸型的制造费用高,铸件不宜太大。 3. 熔模铸造的应用 适于汽车、机床、风动工具、气轮机等的构件。,4.3.2 熔模铸造,4.3.3 压力铸造,压力铸造 是将液态或半液态合金在高压下快 速地压入金属铸型，并在压力下结晶而获得铸件 的铸造方法。 1. 压力铸造的工艺过程 将金属液压入压室, 活塞将其压入闭合的铸型中, 金属在压力下凝固, 退回活塞分开压型,推杆顶出压 铸件。,2. 压力铸造的特点 1)生产率高。 2 )铸件的精度和表面质量高。 3 )铸件冷却速度快，晶粒细密，强度较高。 4 )力学性能好。 5 )设备贵，铸件易产生气孔、缩孔。 3. 压力铸造的应用 这种铸造方法适于汽车、飞机、电器的有色合金件。,4.3.3 压力铸造,

9、4.3.4 离心铸造,离心铸造是将金属浇入高速旋转的铸型中，使液态金属在离心力的作用下充填铸型并结晶。,图426 离心铸造 a）绕垂直轴旋转 b）绕水平轴旋转,1.离心铸造的特点 1)金属利用率高，省芯、浇注系统，成本低。 2)铸件组织致密，无缩孔、气孔、夹渣等缺陷, 力学 性能高。 3)充型能力强，便于流动性差的合金和薄壁铸件 的生产。 4)便于制造双金属铸件。 5)内径尺寸误差大，粗糙、偏析。 2.离心铸造的应用 主要用于空心旋转体铸件，如铸铁管、气缸套、 铜套、双金属轴承、圆环等。,4.3.4 离心铸造,4.4 常用铸造方法的比较,金属型铸造 熔模铸造 压力铸造 低压铸造,4.4 常用铸造方法的比较,1. 金属型铸造 （1）铸型材料 一般采用铸铁，也可选用碳钢或低合金钢为金属型芯或砂芯，薄壁复杂件或黑色金属件多采用砂芯，形状简单件或有色金属件多采用金属型芯。 (如图) （2）铸造工艺 排气、涂料、控制温度、及时开型。 （3）缺点 不透气, 导热快,无退让性,易产生浇不足、冷隔 、裂纹等缺陷。,4.4 常用铸造方法的比较,（4）工艺措施 1）开排气孔，排气槽。 2）喷刷涂料，避免高温金属液与金属型内表面的接触。一般铝合金铸件用氧化锌粉 、滑石粉和水玻璃涂料，灰铸铁件一般用石英粉、石墨粉、炭黑等。 3）预热金属型和控制温度120350 。 4）及时开型。 （5）应用 1）冷却块改密，力学性能高，抗拉强度可提高25%，屈服强度平均提高20%。 2）铸件尺寸精度可达IT12IT14, Ra=6.3 12.5m。 3）一型多铸。 4）主要用于铜、铝、镁等有色金属的大批量生产。,4.4 常用铸造方法的比较,2.熔模铸造,(1)工艺过程 (如图) (2)特点及应用 1）尺寸精度，表面质量可达IT11IT

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