铸 造,铸造 :将液态金属浇铸到和零件形状相适应的铸型型腔中，待金属冷却凝固后获得毛坯件的生产方法。 在材料成形工艺发展过程中，铸造是历史上最悠久的一种工艺，在我国已有6000多年历史了。从商代时期就掌握青铜器铸造技术。河南安阳出土的商朝祭器司母戊鼎，重达832.84kg，长、高都超过1m（见图1），四周饰有精美的蟠龙纹及饕餮(传说中的一种贪吃的野兽)。,砂 型 铸 造 大连理工大学工程训练中心,如北京明朝永乐青铜大钟，重达46.5t，钟高6.75m，钟唇厚22cm，外径3.3m，钟体内遍铸经文22.7万字，击钟时尾音长达2分钟以上，传距20km。外形和内腔如此复杂、重量如此巨大、质量要求如此高的青铜大钟，若不采用精湛的铸造技术与方法，是难以用其他任何方法制造的。,铸造生产的优点： 可以生产形状复杂，特别是具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。 适应性广，工艺灵活性大。(各种合金,重量从几克到几百吨,壁厚由0.1mm1m 以上)。 材料来源广，成本低（可以直接利用废几件）。 生产批量范围大(单件或几百万件/年)。,缺点： 1）废品率高；劳动条件差。 2）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产 生缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧度低于同种材料的锻件。 3）铸件质量不够稳定。,铸件举例,铸件举例,一 .砂型铸造 在铸造生产中，砂型铸造占极大的比例，有80%左右的铸件都是用砂型铸造生产的，这是目前最广泛的 一种铸造方法。,1.1 造型与造芯方法,在砂型铸造中，造型和造芯是最基本的工序。它们对铸件的质量、生产率和成本的影响很大。 造型过程中，型砂在外力作用下形成并达到一定的紧实度或密度而成为砂型，型砂质量直接影响铸件的质量。,湿型砂组成： 原砂: 是骨干材料，占型砂总质量的 82%-99%。主要含SIO2耐高温物质. 粘结剂：水玻璃，膨润土，混合粘土等起到粘结砂粒的作用 。 附加物：煤粉生成高温保护黑烟，水提高强度润湿度。,型砂结构示意图,1.2：湿型砂性能要求： 1.湿态强度。 2.透气性。 3.耐火度。 4.退让性。 5.溃散性。 6.流动性。,1.3 造型方法 造型通常可分为手工造型和机器造型。,一、手工造型 1）整模造型 这种造型的特点是采用整体模样。模样截面由大到小，放在一个砂箱内，可一次从砂型中取出，造型比较方便。动画为轴盖铸件整模造型操作顺序。,手工整模造型,根据模样的不同特征手工造型的方法主要有整体模造型、分开模造型、挖砂造型、多箱造型、活块造型和刮板造型等。,2）分模造型,分模造型的特点就是将模样沿最大界面分为两半，型腔位于上下两个砂箱内，常用于最大截面在中间的零件，最简单的分模造型即为两箱分模造型。,手工分模造型,3）挖砂造型,模样是整体的，但铸件分型面为曲面。为便于起模，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂。 挖砂造型生产效率很低，但对操作人员的技术要求较高，它只适用于单件少量生产的小型铸件。当铸件的生产数量较多时，可采用假箱造型代替挖砂造型。,挖砂造型,4）活块造型：是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，肋条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费时，工人技术水平要求高。主要用于单件、小批生产带有突出部分、难以起模的铸件。,活块造型,5）假箱造型,假箱造型是利用预制的成形底板或假箱来代替挖砂造型中所挖去的型砂。,假箱造型,2.三箱造型,当铸件两端截面尺寸比中间部分大，必须采用分开模造型，动画所示为一槽轮铸件，如采用两箱造型则无法取出模样，故应采用三箱造型。 三箱造型有两个分型面，且分型面一般为平面，只能手工造型。而且造型时工艺操作比较麻烦，只适应于单件小批生产。,三箱造型,由于三箱造型的中箱高度与中箱模样的高度相等，故中箱的通用性较差。并且由于机器造型不能采用三箱造型，在大批生产时，往往采用外型芯环，从而使槽轮铸件的三箱造型变为两箱造型。,变三箱造型为两箱造型,二. 铸造工艺设计,2.1.浇注位置的选择原则,浇注位置，即浇注时，铸件在铸型中所处的位置。 (1)铸件的重要加工面或主要工作面应朝下，若难以做到朝下也应尽量位于侧面（因为金属液的比重大于砂、渣）。浇注时，砂眼气泡和夹渣往往上浮到铸件的上表面，所以上表面的缺陷通常比下部要多；由于重力的关系，下部的铸件最终比上部要致密。,浇注位置选择原则1,(2)铸件的大平面尽可能朝下，或采用倾斜浇注。铸型的上表面除了容易产生砂眼、气孔、夹渣外，大平面还极易产生夹砂缺陷。这是由于在浇注过程中，高温的液态金属对型腔上表面有强烈的热辐射，型砂因急剧膨胀和强度下降而拱起或开裂。拱起处或裂口浸入金属液中，形成夹砂缺陷。同时铸件的大平面朝下，也有利于排气，减小金属液对铸型的冲刷力。,浇注位置选择原则2,(3)尽量将铸件大面积的薄壁部分放在铸型的下部或垂直、倾斜。这样能增加薄壁处金属液的压强，提高金属液的流动性，防止薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷。,浇注位置选择原则3,(4)热节处应位于分型面附近的上部或侧面。 以便安放冒口，实现定向凝固，进行补缩。,浇注位置选择原则4,(5)便于型芯的固定和排气，这样能减少型芯的数量。,浇注位置选择原则5,2.2 分型面的选择原则,分型面是铸型组元间的结合面，通常分型面是在确定浇注位置后再选择确定。但也可以在分析各种分型面的利、弊之后，再次调整浇注位置。在生产中浇注位置和分型面有时是同时确定的。分型面的选择在很大程度上影响着铸件的质量(主要是尺寸精度)、成本和生产效率。因此，分型面的选择要在保证铸件质量的前提下，尽量简化工艺，节省人力物力。,(1)分型面应设在铸件最大截面处，以保证模样从型腔中顺利取出。尽量采取平面分型，避免曲面分型。,分型面选择原则1,(2)应使铸件全部或大部放在同一砂箱。若不在同一砂箱，错型时易造成尺寸偏差。,分型面选择原则4,(3)尽可能减少铸件的分型面，尽量做到只有一个分型面。 这是因为： 多一个分型面多一份误差，使精度下降； 分型面多，造型工时大，生产率下降； 机器造型只能两箱造型，故分型面多，不能进行大批量生产。,分型面选择原则2,(4)应尽量使加工基准面与大部分加工面在同一砂箱内以确保铸件的加工精度。,(5)应尽量使型腔及主要型芯位于下型，以便于造型、下芯、合型及检验。 但下型型腔也不宜过深(否则不宜起模、按放型芯)，并力求避免吊芯和大的吊砂。,2.3. 浇注系统的确定,浇注系统是指液态金属流入铸型型腔的通道。 1. 浇注系统的组成及作用 浇注系统一般包括外浇口、直浇道、横浇道、内浇道等，见动画。,浇注系统的作用应能平稳地将金属液引入铸型，要有利于档渣和排气，并能控制铸件的凝固顺序。 (1)外浇口。其作用是容纳注入的金属液并缓解液态金属对砂型的冲击。小型铸件通常为漏斗状(称浇口杯)，较大型铸件为盆状(称浇口盆)。,浇注系统的组成,(2)直浇道。是连接外浇口与横浇道的垂直通道，改变直浇道的高度可以改变型腔内金属液的静压力从而改善液态金属的充型能力。 (3)横浇道。横浇道是将直浇道的金属液引入内浇道的水平通道，一般开在砂型的分型面上。横浇道的主要作用是分配金属液入内浇道和隔渣。,(4)内浇道。内浇道直接与型腔相连，其作用是调节金属液流入型腔的方向和速度，以及调节铸件各部分的冷却速度。,浇注系统的类型很多，根据金属的种类和铸件的形状及内浇道在铸件上开设的位置，可分为顶注式、底注式、中间注入式和分段注入式等几种类型。,1）顶注式浇注系统,2.浇注系统的类型,优点是易于充满型腔，型腔中金属的温度自下而上递增，因而补缩作用好、简单易做、节省金属材料。缺点是对铸型冲击较大，有可能造成冲砂和飞溅，而且会加剧金属的氧化。所以这类浇注系统多用于重量轻，高度低和形状简单的铸件，见动画。,顶注式浇注系统,2）底注式浇注系统,与顶注式浇注系统相反，底注式浇注系统是从铸件底部(下端面)注入型腔的。这类浇注系统的优点是充型平稳，,底注式浇注系统,排气方便，不易冲坏型腔和引起飞溅，适宜于大、中型的铸件。对易于氧化的合金，如铝、镁合金和某些铜合金也较适宜。 这类浇注系统的缺点是不利于定向凝固，补缩效果差，充型速度慢，不适合复杂薄壁铸件的充型。,3）中间注入式浇注系统,如动画所示，这是一种介于顶注和底注之间的注入方法，既降低了液流落下的高度，又使温度的分布较为均匀，内浇道处在分型面上，便于开设和选择部位。因此，这种浇注系统的应用很广。,中注式浇注系统,4）分段注入式浇注系统,分段注入式浇注系统亦称阶梯式浇注系统，是在铸件高度上设二层或二层以上的内浇道，它兼备了顶注式、底注式和中间注入式浇注系统的优点。,分段注入式浇注系统,2.4. 主要工艺参数的确定 1)收缩率：铸件凝固冷却后尺寸缩小。为保证尺寸要求，中小铸件的铸造收缩率为1%。 2）加工余量：在机械加工时切去的金属层厚度。小型灰铸铁的加工余量为3-5mm。 3）起模斜度：中小铸件的起模斜度为30分-3度。 4）不铸出的孔和槽：较小的孔和槽不铸出，直接用钻头加工更为方便。 5）铸造圆角是指铸件上壁和壁的交角应做成圆弧圆度，以防在该处产生缩孔和裂纹。铸造圆角半径一般为两相交壁平均厚度的1/31/2。,第三节 常见的铸造缺陷,产生气体 生成气孔 图3-1 气孔,3-2 缩孔的形成过程,砂眼：铸件中充塞有型砂的孔眼。 形成原因：铸型在搬运、合箱时因塌箱而遭破坏，以致浇注时造成冲砂，形成砂眼。,裂纹：当铸造应力超过金属的强度极限时，铸件便将产生裂纹，其中高温阶段产生的称为热裂，再结晶温度以下产生的称为冷裂。,三、形状、尺寸和重量不合格 1.浇不足：液态金属在浇满型腔前停止流动，将造成浇不足的缺陷。 图3-3 浇不足 2.变形：由于残余内应力造成铸件发生的塑性变形。 3.多肉类缺陷：铸件表面各种多肉类缺陷的总称，主要有： 飞翅、毛刺、抬箱、胀砂、冲砂、掉砂和外渗物等。,四、表面缺陷 1.冷隔：在铸件上有未完全融合的接缝。 图3-4 冷隔 2.粘砂：型砂耐火性不足时，砂粒将被烧融而粘在铸件表面上形成一层硬皮。 3.夹砂：铸件表面产生的疤片状金属突起物。,第四节 零件结构的铸造工艺性,一、铸件结构的合理性 铸件结构的铸造工艺性包括：铸件结构的合理性；铸件 结构的工艺性；铸件结构对铸造方法的适应性。 二、铸件结构的工艺性 三、铸造方法对铸件结构的特殊要求,一、铸件结构的合理性,（一）铸件应有合理的壁厚 每一种铸造合金都有其适宜的铸件壁厚范围，铸件壁厚过大或过小都会对铸件产生不良影响。若选定合金的适宜壁厚不能满足零件力学性能的要求，则应改选高强度的材料或选择合理的截面形状以及增设加强肋等措施，见图41。,图4-1 铸件的壁厚应合理,（二）铸件壁厚应力求均匀. 所谓壁厚均匀，是指铸件的各部分具有冷却速度相近的壁厚，见图42。铸件的内壁厚度应略小于外壁厚度。,图4-2 铸件的壁厚应均匀,（三）铸件壁的联接形式要合理 1. 铸件如果因为结构需要不能做冷压室式压铸到壁厚均匀，则不同壁厚的联接应采用逐渐过渡的形式，见图43。,图4-3 铸件壁厚的过渡形式,2. 对于铸件结构中有两个或三个甚至更多个壁相连的情况，可采用交错接头或环形接头的形式，见图44。,图4-4 铸件壁联结应尽量避免金属积聚,（四）尽量避免过大的水平面 过大的平面不利于金属液的填充，容易产生浇不到等缺陷，在进行铸件的结构设计时，应尽量将水平面设计成倾斜形状，见图45。,图4-5 避免大水平壁的结构,（五）铸件结构应避免冷却收缩受阻和有利于减小变形. 铸件在结构设计时，应尽量使其能自由收缩，以减小应力，避免裂纹。如图46所示的弯曲轮辐和奇数轮辐的设计，可使铸件能较好地自由收缩。,图4-6 轮辐的设计,二、铸件结构的工艺性,（一）铸件的外形设计 1. 应使铸件具有最少的分型面。 减少铸件分型面的数量，不仅可以减少砂箱的用量，降低造型工时，而且可以减少错箱