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1、 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础第六章第六章 铸造成型铸造成型6.1 合金的铸造性能合金的铸造性能6.2 铸造工具与设备铸造工具与设备6.3 砂型铸造造型（芯）材料砂型铸造造型（芯）材料6.4 铸造成型方法铸造成型方法6.5 铸造工艺设计铸造工艺设计6.6 铸件结构设计铸件结构设计6.7铸造常见缺陷及控制铸造常见缺陷及控制 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础概念将熔融的金属液浇注入铸型内，待冷却凝固后获得所需形状和性能的毛坯或零件的工艺过程称为铸造。用铸造方法制成的毛坯或零件称为铸件。铸造工艺过程主要包括：金属熔炼
2、、铸型制造、浇注凝固和落砂清理等。铸件的材质有碳素钢、合金钢、铸铁、铸造有色合金等。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础铸造成型特点铸造成型特点适于做复杂外形，特别是适于做复杂外形，特别是复杂内腔的毛坯复杂内腔的毛坯对材料的适应性广，铸件对材料的适应性广，铸件的大小几乎不受限制的大小几乎不受限制成本低，原材料来源广泛，成本低，原材料来源广泛，价格低廉价格低廉,一般不需要昂一般不需要昂贵的设备贵的设备是某些塑性很差的材料是某些塑性很差的材料(如铸铁等如铸铁等)制造其毛坯或制造其毛坯或零件的唯一成型工艺零件的唯一成型工艺铸造成型铸造成型优优 点点 山山东东交交通
3、通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础液态成型特点液态成型特点工艺过程比较复杂，一些工艺工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控制过程还难以控制液态成形零件内部组织的均匀性、液态成形零件内部组织的均匀性、致密性一般较差致密性一般较差液态成形零件易出现缩孔、缩松、液态成形零件易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷，产品缺陷，产品 质量不够稳定质量不够稳定由于铸件内部晶粒粗大，组织不均由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴匀，且常伴 有缺陷，其力学性能有缺陷，其力学性能比同类材料的塑性成形低比同类材料的塑性成形低液态成型液态成型缺缺
4、点点 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.1.1合金的充型能力合金的充型能力6.1.2合金的收缩合金的收缩6.1.3合金的吸气性合金的吸气性 6.1 合金的铸造性能合金的铸造性能 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础液态合金的工艺性能表征为液态合金的液态合金的工艺性能表征为液态合金的铸造性能铸造性能通常是指合金的通常是指合金的流动性流动性、收缩性收缩性吸气性吸气性及及偏析偏析等性能等性能合金合金铸造性能铸造性能是是选择铸造金属材料选择铸造金属材料，确定铸件的铸确定铸件的铸造工艺方案造工艺方案及进行及进行铸件结构设计铸件
5、结构设计的的依据依据 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.1.1合金的充型能力合金的充型能力充型能力的概念充型能力的概念:充型能力的决定因素充型能力的决定因素1、合金的流动性，、合金的流动性，2、外界条件。、外界条件。熔融合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状完熔融合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状完整的铸件的能力叫做液态合金的充型能力。整的铸件的能力叫做液态合金的充型能力。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础合金流动性对充型能力的影响合金流动性对充型能力的影响影响合金流动性的因素影响合金流动性的因素 合金的种类合金的种类:灰
6、铸铁流动性最好；铸钢流动性最差。灰铸铁流动性最好；铸钢流动性最差。合金的成分合金的成分：同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特：同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特点，流动性也不同。纯金属流动性较好。点，流动性也不同。纯金属流动性较好。杂质：杂质：含气量：熔融合金中的含气量愈少，合金的流动性愈好。含气量：熔融合金中的含气量愈少，合金的流动性愈好。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础浇注条件对充型能力的影响浇注条件对充型能力的影响浇注浇注条件条件浇注温度浇注温度充型压力充型压力浇注系统浇注系统浇注温度越高，液态金属的粘度越小，浇注温度越高，液态金属的粘度
7、越小，过热度高，金属液内含热过热度高，金属液内含热 量多，保持量多，保持液态的时间长，充型液态的时间长，充型 能力强。能力强。液态金属在流动方向上所受的压力称为充型液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力。充型压力越大压力。充型压力越大,充型能力越强。充型能力越强。浇注系统的结构越复杂，则流动浇注系统的结构越复杂，则流动 阻力越大，充型能力越差。阻力越大，充型能力越差。铸型条件铸型条件铸型的蓄热系数、温度以及铸型中的气体等铸型的蓄热系数、温度以及铸型中的气体等均影响合金的流动性均影响合金的流动性当铸件壁厚过小、厚薄部分过渡面多、有当铸件壁厚过小、厚薄部分过渡面多、有大的水平面等结构时，都使合
8、金液的流动大的水平面等结构时，都使合金液的流动困难。困难。铸件结构铸件结构 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.1.2合金的收缩合金的收缩合金收缩合金收缩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固态收缩固态收缩裂纹裂纹变形变形应力应力缩松缩松:两相区结晶两相区结晶 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础影响收缩的因素影响收缩的因素 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.1.3合金的吸气性合金的吸气性1气体来源铸件中的气体一般来源于合金的熔炼过程、铸型和浇注过程三
9、个方面2气体种类及存在形态在铸件中存在的气体主要是氢和氧，其次是氮，以及一氧化碳和二氧化碳等 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.2铸造工具与设备铸造工具与设备6.2.1常用合金铸件生产用具常用合金铸件生产用具6.2.2铸铁熔炼设备铸铁熔炼设备6.2.3铸钢熔炼设备铸钢熔炼设备6.2.4铸造有色合金的熔炼设备铸造有色合金的熔炼设备 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.2.2铸铁熔铸铁熔炼设备炼设备铸造车间常用的化铁炉有冲天炉、工频感应炉，小型铸造车间还有的使用三节炉 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系
10、材料成型基础材料成型基础6.2.3铸钢熔炼设备铸钢熔炼设备铸钢熔炼设备有电弧炉、钢包精炼炉、感应电炉、等离子电弧炉、平炉等图6.6电弧炉结构1炉体倾转机构2配电设备3电缆4电极夹持与升降机构5石墨电极6操作孔7炉盖8出钢槽9炉体10炉体支撑机构 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.2.4 铸造有色合金的熔炼设备铸造有色合金的熔炼设备铸造有色合金的熔炼炉根据其结构和热源的不同，有坩埚炉、感应电炉、反射炉和电弧炉多种炉型。图6.7坩埚炉结构示意图 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.3 砂型铸造造型（芯）材料砂型铸造造
11、型（芯）材料6.3.1造型和制芯材料组成及特点造型和制芯材料组成及特点6.3.2型（芯）砂应具备的性能要求型（芯）砂应具备的性能要求6.3.3常用型（芯）砂常用型（芯）砂 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.3.1造型和制芯材料组成及特点造型和制芯材料组成及特点型（芯）砂是由原砂、粘结剂、水及其它附加物（如煤粉、重油、木屑等）经混制而成，根据粘结剂的种类不同，可分为粘土砂、水玻璃砂、树脂砂等 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.3.2型（芯）砂应具备的型（芯）砂应具备的性能要求性能要求强度：强度：型（芯）砂应应具有
12、一定的强度，以保证在浇注时铸型在液型（芯）砂应应具有一定的强度，以保证在浇注时铸型在液体金属的冲刷和压力作用下不掉砂、不变形以及在造型、合箱和搬运体金属的冲刷和压力作用下不掉砂、不变形以及在造型、合箱和搬运过程中不损坏。过程中不损坏。透气性：透气性：型（芯）砂具有良好的透气性，以保证在液态金属的作用型（芯）砂具有良好的透气性，以保证在液态金属的作用下，铸（芯）型中产生的大量气体能通过砂粒间的空隙顺利排出型外，下，铸（芯）型中产生的大量气体能通过砂粒间的空隙顺利排出型外，从而消除或减少铸件内产生气孔等缺陷。从而消除或减少铸件内产生气孔等缺陷。耐火度和化学稳定性型：耐火度和化学稳定性型：（芯）砂应
13、具有一定的耐火度和化（芯）砂应具有一定的耐火度和化学稳定性，以保证在高温液态金属作用下不软化、不熔化、不与液态学稳定性，以保证在高温液态金属作用下不软化、不熔化、不与液态金属发生化学反应，使铸件不易粘砂和不产生过量气体。金属发生化学反应，使铸件不易粘砂和不产生过量气体。退让性型：退让性型：（芯）砂应具有良好的退让性，这是因为铸件在凝固（芯）砂应具有良好的退让性，这是因为铸件在凝固和随后冷却过程中将伴随着体积的收缩。和随后冷却过程中将伴随着体积的收缩。工艺性能：工艺性能：型（芯）砂应具有良好的工艺性能，即在造型时不粘型（芯）砂应具有良好的工艺性能，即在造型时不粘模，具有好的流动性和可塑性，使铸型
14、有清晰的轮廓。模，具有好的流动性和可塑性，使铸型有清晰的轮廓。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.3.3常用型（芯）砂常用型（芯）砂粘土型砂：由原砂、粘土、附加物及水按一定比例混制而成一般大型、复杂的重要铸件用干型（芯）砂或表面干型砂，而中小型铸件或成批大量生产铸件大都采用湿型砂。水玻璃砂：由用水玻璃作粘结剂的型（芯）砂，它是由原砂、水玻璃和附加物等组成有机粘结砂：由用植物油、合脂和树脂作粘结剂将原砂、粘土、附加物和水混制而成的一种型砂 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.4 铸造成型方法铸造成型方法6.4.1砂型
15、铸造砂型铸造6.4.2特种铸造特种铸造 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.4.1砂型铸造砂型铸造金 属熔炼落砂炉 料准备合型浇注芯 砂配置砂 芯干燥铸 件 热处理铸 件检验造型型 砂干燥造芯清理铸件型 砂配置模 样芯盒制作图6.9砂型铸造生产工序流程 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.4.1 砂型铸造砂型铸造整模造型分模造型三箱造型三箱造型活块造型挖砂造型挖砂造型刮板造型等（1）手工造型手工造型 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.4.1 砂型铸造砂型铸造 造型方法主要特
16、点适用范围按砂箱特征区分铸型由上型和下型组成，造型、起模、修型等操作方便适用于各种生产批量，各种大、中、小铸件铸型由上、中、下三部分组成，中型的高度须与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型费工，应尽量避免使用主要用于单件、小批量生产具有两个分型面的铸件在车间地坑内造型，用地坑代替下砂箱，只要一个上砂箱，可减少砂箱的投资。但造型费工，而且要求操作者的技术水平较高常用于砂箱数量不足，制造批量不大的大、中型铸件铸型合型后，将砂箱脱出，重新用于造型。浇注前，须用型砂将脱箱后的砂型周围填紧，也可在砂型上加套箱主要用在生产小铸件，砂箱尺寸较小 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材
17、料成型基础6.4.1 砂型铸造砂型铸造造型方法主要特点适用范围按模样特征区分模样是整体的，多数情况下，型腔全部在下半型内，上半型无型腔。造型简单，铸件不会产生错型缺陷适用于一端为最大截面，且为平面的铸件模样是整体的，但铸件的分型面是曲面。为了起模方便，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂。每造一件，就挖砂一次，费工、生产率低用于单件或小批量生产分型面不是平面的铸件为了克服挖砂造型的缺点，先将模样放在一个预先作好的假箱上，然后放在假箱上造下型，省去挖砂操作。操作简便，分型面整齐用于成批生产分型面不是平面的铸件 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.4.1 砂型铸造
18、砂型铸造造型方法主要特点适用范围按模样特征区分将模样沿最大截面处分为两半，型腔分别位于上、下两个半型内。造型简单，节省工时常用于最大截面在中部的铸件铸件上有妨碍起模的小凸台、肋条等。制模时将此部分作成活块，在主体模样起出后，从侧面取出活块。造型费工，要求操作者的技术水平较高主要用于单件、小批量生产带有突出部分、难以起模的铸件用刮板代替模样造型。可大大降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，要求操作者的技术水平较高主要用于有等截面的或回转体的大、中型铸件的单件或小批量生产 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.4.1 砂型铸造砂型铸造（2）机器造型
19、机器造型压实造型震击造型抛砂造型射砂造型（3）起模方法）起模方法顶箱起模漏模起模反转起模 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.4.2特种铸造特种铸造1熔模铸造用易熔材料如蜡料制成模样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成形壳，制出模样后经高温焙烧即可浇注的铸造方法称熔模铸造。2金属型铸造将熔融金属浇入金属铸型而获得铸件的方法称为金属型铸造3压力铸造3压力铸造过程熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法称为压力铸造4低压铸造在一个盛有液态金属的密封坩埚中，由进气管通入干燥的压缩空气或惰性气体，由于金属液面受到气体压力的作用，金属液则自下而上地沿升液导
20、管和浇口充满铸型的型腔，保持压力直至铸件完全凝固。5离心铸造将熔融金属浇入绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型，在离心力作用下，凝固成形的铸造方法 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.5 铸造工艺设计铸造工艺设计6.5.1浇注系统设计浇注系统设计6.5.2浇注位置的选择浇注位置的选择6.5.3铸型分型面的选择铸型分型面的选择6.5.4确定工艺参数确定工艺参数6.5.5铸造工艺图的绘制铸造工艺图的绘制 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.5.1浇注系统设计浇注系统设计浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道四部分组成图6.1
21、9浇注系统1浇口杯2直浇道3横浇道4内浇道 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.5.2浇注位置的选择浇注位置的选择浇注位置浇注位置指浇注时铸件在铸型中所处的位置。浇注位置不同，铸件质量不一样。下部质量比上部好。原因：（1）下部缺陷少（气体、熔渣上浮）。（2）下部无冷隔、浇不足（静压力大）。（3）晶粒细小、力学性能高（冷速快）。铸件侧面周长方向质量均匀，原因：在周长方向上冷却条件相近，同时凝固。所以：一般应从以下考虑：（1）铸件的重要加工面或主要工作面应朝下或侧立。（2）铸件的厚大部位置于上方或侧立。（3）铸件大平面应尽可能朝下。（4）铸件的薄壁部分应放在
22、下部或侧面。浇注位置以文字标出：上下或上中下 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础铸件的重要加工面或主要工铸件的重要加工面或主要工作面应朝下或侧立作面应朝下或侧立（1）铸件的重要加工面或质量要求高的面，尽可能置于铸型的下部或处于侧立位置。因为在液体金属的浇注过程中，其中的气体和熔渣往上浮；而且由于静压力较小的原因也使铸件上部组织不如下部的致密。如图7-10所示为车床床身的浇注位置：床身的导轨面是关键部分，要求组织致密且不允许有任何铸造缺陷，因此通常采用导轨面朝下的浇注位置。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础铸件的大平面朝
23、下（2）将铸件的大平面朝下，以免在此面上出现气孔和夹砂等缺陷。因为在金属液的充型过程中，灼热的金属液会对砂型上表面有强烈的热辐射作用，使该表面的型砂拱起或开裂，导致金属液钻进裂缝处，这将使铸件的该表面产生夹砂缺陷，如图7-11所示。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础将薄壁部分放在铸型的下部或处于侧立位置（3）具有大面积薄壁的铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部或处于侧立位置，以免产生浇不足和冷隔等缺陷。如图7-12所示。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.5.3铸型分型面的选择铸型分型面的选择选择原则选择原则应保证模样能
24、顺利的从铸型中取出；应保证模样能顺利的从铸型中取出；应尽量减少分型面的数量；应尽量减少分型面的数量；应尽量使分型面是一个平直的面；应尽量使分型面是一个平直的面；应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱；应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱；应使铸件的全部或大部分置入下箱；应使铸件的全部或大部分置入下箱；应尽量使型芯和活块的数量减少。应尽量使型芯和活块的数量减少。分型面分型面指铸型中相互结合的表面指铸型中相互结合的表面 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础1、尽可能使铸件全部或主要部分置于同一砂箱中（1）尽可能使铸件全部或主要部分置于同一砂箱中，以避免错型而造成尺寸偏
25、差。如图7-13所示：(a)不合理，铸件分别处于两个砂箱中。(b)合理，铸件处于同一个砂箱中，既便于合型，又可避免错型。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础2、尽可能使分型面为一平面（2）尽可能使分型面为一平面。如图7-14所示：（a）若采用俯视图弯曲对称面作为分型面，则需要采用挖砂或假箱造型，使铸造工艺复杂化。（b）起重臂按图中所示分型面为一平面，可用分模造型、起模方便。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础3、尽量减少分型面（3）尽量减少分型面。如左图所示：（a）槽轮铸件若采用三箱手工造型，操作复杂。（b）若槽轮部分用环
26、形芯来形成，可有二箱造型，简化造型过程，又保证铸件质量，提高生产率。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.5.4确定工艺参数确定工艺参数加工余量；加工余量；收缩率；收缩率；拔模斜度；拔模斜度；铸造圆角；铸造圆角；型芯及型芯头。型芯及型芯头。工艺参数工艺参数 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础加工余量加工余量孔的铸出：孔的铸出：要考虑铸出的可能性、必要性、要考虑铸出的可能性、必要性、和经济性。一般大孔用下芯的方式铸出，而和经济性。一般大孔用下芯的方式铸出，而小孔则用机加工完成。小孔则用机加工完成。山山东东交交通通职职业业
27、学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础铸造收缩率铸造收缩率 铸件在凝固和冷却过程中会发生收缩而造成各部分体铸件在凝固和冷却过程中会发生收缩而造成各部分体积和尺寸缩小。积和尺寸缩小。为了使铸件的实际尺寸符合图样要求，为了使铸件的实际尺寸符合图样要求，在制作模样和芯盒时，模样和芯盒的制造尺寸应比铸在制作模样和芯盒时，模样和芯盒的制造尺寸应比铸件放大一个该合金的收缩率。件放大一个该合金的收缩率。合金收缩率的大小取决于铸造合金的种类及铸件的结合金收缩率的大小取决于铸造合金的种类及铸件的结构、尺寸等因素。构、尺寸等因素。通常灰通常灰铸铁铸铁的铸造收缩率是的铸造收缩率是0.7%1.0%，铸钢铸钢
28、的铸造的铸造 收缩率为收缩率为1.3%2.0%，铝合金铝合金的铸造收缩率为的铸造收缩率为0.8%1.2%，锡青铜锡青铜铸造收缩率为铸造收缩率为1.2%1.4%。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础拔模斜度拔模斜度 为了在造型和制芯时便于起模，以免损坏砂型和为了在造型和制芯时便于起模，以免损坏砂型和型芯，在模样、芯和的起模方向留有一定的斜度型芯，在模样、芯和的起模方向留有一定的斜度一般拔模斜度在一般拔模斜度在0.55之间。之间。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础铸造圆角铸造圆角凝固特性凝固特性热节、充型热节、充型不同转角不
29、同转角处的热节处的热节 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础型芯型芯型芯型芯是铸件的一个重要的组成部分，型芯的功用是是铸件的一个重要的组成部分，型芯的功用是形成铸件的内腔形成铸件的内腔,孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础型芯头型芯头型芯头型芯头:是型芯的是型芯的定位定位、支撑支撑和和排气排气的部分，的部分，设计时需考虑：设计时需考虑：保证定位准确、能承受砂芯保证定位准确、能承受砂芯自身重量自身重量和和液态合金的冲击、浮力液态合金的冲击、浮力等外力的作用，浇
30、注时砂芯内部产生等外力的作用，浇注时砂芯内部产生的气体能顺畅引出铸型等的气体能顺畅引出铸型等 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础最小铸出孔及槽最小铸出孔及槽铸件上的孔和槽铸出与否，取决于铸造工艺的可行性和必要性。一般说来，较大的孔和槽应当铸出，以减少切削工时和节约金属材料。如表7-2是铸件的最小铸出孔的尺寸。生产批量最小铸出孔直径（mm）灰铸铁件 铸钢件大量成批单件、小批121515303050305050表7-2铸件的最小铸出孔尺寸 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.5.5铸造工艺图的绘制铸造工艺图的绘制铸造工艺
31、图就是根据零件图利用各种铸造工艺符号，各种工艺参数，把制造模样和铸型所需的资料，直接绘制在图纸上的图样，图中应表示出铸件的浇注位置、分型面、型芯的形状、数量、尺寸及其固定方式、加工余量、起模斜度、收缩率、浇注系统、冒口、冷铁的尺寸和布置等 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.6 铸件结构设计铸件结构设计 6.6.1从合金的铸造性能考虑设计铸件结从合金的铸造性能考虑设计铸件结 构构 6.6.2从铸造工艺考虑设计铸件结构从铸造工艺考虑设计铸件结构 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.6.1从合金的铸造性能考虑设计从合金
32、的铸造性能考虑设计铸件结构铸件结构1.铸件的外形设计铸件的外形设计原则：原则：1、尽量使分型面少且平2、外形力求简单、平直 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础应保证模样能顺利从铸型中取出应保证模样能顺利从铸型中取出 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础应尽量减少分型面的数量应尽量减少分型面的数量 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础应尽量使分型面是一个平直的面应尽量使分型面是一个平直的面若分型面是一曲面，则必须用挖砂造型若分型面是一曲面，则必须用挖砂造型 山山东东交交通通职职业业学学院
33、院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础应尽量使型芯和活块的数量减少应尽量使型芯和活块的数量减少 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础应使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱应使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱,易于保证铸件的尺寸精度易于保证铸件的尺寸精度 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础铸件的铸件的内腔设计内腔设计原则：减少形芯数量，利于型芯的固定、排气和清理。原则：减少形芯数量，利于型芯的固定、排气和清理。作用：防止偏芯、气孔等缺陷的产生；作用：防止
34、偏芯、气孔等缺陷的产生；简化造型工艺，降低成本。简化造型工艺，降低成本。铸件内腔设计铸件内腔设计减少型芯的数量，避免不必要的型芯；减少型芯的数量，避免不必要的型芯；便于型芯的稳定、排气和铸件的清理。便于型芯的稳定、排气和铸件的清理。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础减少型芯的数量，避免不必要的型芯减少型芯的数量，避免不必要的型芯实例分析：实例分析：山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础实例分析实例分析：山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础便于型芯的稳定、排气和铸件的清理便于型芯的稳定、排
35、气和铸件的清理实例分析：实例分析：山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.6.2从铸造工艺考虑设计铸件结构从铸造工艺考虑设计铸件结构 缺陷分析：缺陷分析：结论：结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间1.铸件壁厚的设计铸件壁厚的设计原则原则1：合理设计铸件壁厚合理设计铸件壁厚概念：概念：最小壁厚：在各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小最小壁厚：在各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。厚度。主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。临界壁厚：各种铸造合金都存在一个临界壁
36、厚，在砂型铸造条件下，临界壁厚：各种铸造合金都存在一个临界壁厚，在砂型铸造条件下，各种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的各种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的3倍。倍。如果所设计铸件的壁厚小于允许的如果所设计铸件的壁厚小于允许的“最小壁厚最小壁厚”，铸件就易产生，铸件就易产生浇不足、冷隔等缺陷。浇不足、冷隔等缺陷。在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、缩松、结晶组织粗大等缺陷，缩松、结晶组织粗大等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。从而使铸件的力学性能下降。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础表7-3砂型铸造条件下铸件的最小壁厚值造方法
37、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金砂型铸造500500152015201520101261012 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础原则原则2铸件壁后应均匀，铸件壁后应均匀，避免厚大截面避免厚大截面缺陷分析：缺陷分析：铸铸件如果壁后过大会出现集中的缩孔铸铸件如果壁后过大会出现集中的缩孔 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础铸件壁的连接铸件壁的连接原则：原则：1.铸件的结构圆角；铸件的结构圆角；2.避免铸件壁的锐角连接；避免铸件壁的锐角连接；3.厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡；厚壁与薄壁间的连接要逐
38、步过渡；4.减缓肋、辐收缩的阻碍；减缓肋、辐收缩的阻碍；5.避免出现过大的水平面。避免出现过大的水平面。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础原则原则3原则原则2：避免锐角连接：避免锐角连接缺陷分析：缺陷分析：锐角连接处易出现热结合应力，并会导致应力集中，从锐角连接处易出现热结合应力，并会导致应力集中，从而产生裂纹、缩孔等缺陷。而产生裂纹、缩孔等缺陷。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础原则原则4原则原则4：减缓肋、辐收缩的阻碍：减缓肋、辐收缩的阻碍缺陷分析：铸件各部分冷却速度不同而收缩不一致，形成较大的内应力。缺陷分析：铸
39、件各部分冷却速度不同而收缩不一致，形成较大的内应力。当此应力超过合金的强度极限时，铸件会产生裂纹。当此应力超过合金的强度极限时，铸件会产生裂纹。实例分析实例分析1：山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础原则原则5原则原则5：避免出现过大的水平面避免出现过大的水平面缺陷分析：缺陷分析：薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时，因薄薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时，因薄 壁件金属液散热冷却快，渣、气易滞留在顶壁件金属液散热冷却快，渣、气易滞留在顶 面，易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣缺陷。面，易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣缺陷。实例：实例：山山东东交交通通职职业业学学院院
40、机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.7铸造常见缺陷及控制铸造常见缺陷及控制6.7.1 铸造常见缺陷铸造常见缺陷6.7.2 铸件的修补铸件的修补 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.7.1 铸造常见缺陷铸造常见缺陷缩孔的形成:纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金纯金属、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浇注后在型腔内是由表及里的逐层凝及里的逐层凝 固。在凝固过程中，如得不到合金液的补充，固。在凝固过程中，如得不到合金液的补充，在在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔铸件最后凝固的地方就会产生缩孔.1缩孔与缩松缩孔与缩松 山山东东交交通通
41、职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础缩松的形成原因缩松的形成原因:铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者 结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域结晶温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域 较宽，液、固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨较宽，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体区难以得到补缩所架将合金液分割开的小液体区难以得到补缩所 致。致。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础消除缩孔和缩松的方法消除缩孔和缩松的方法定向凝固原则定向凝固原则是铸件让远离冒口的地方先凝是铸件让远离冒口的地方先
42、凝固，靠近冒口的地方次凝固，固，靠近冒口的地方次凝固，最后才是冒口本身凝固。实现最后才是冒口本身凝固。实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去。中去。原理原理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。方法方法合理应用冒口、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。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础a）合理选择内浇道在铸件上的引入位置和高度；b）开设冒口；c）放置冷铁。冷铁是用来控制铸件凝固顺序的激冷物。解决缩孔的方法解决缩孔的方法 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础
43、铸件收缩时受阻就产生铸造应力，铸造应力按产生的原因不同，主要可分为热应力、收缩应力两种。（1）热应力：铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力，称热应力。（2）收缩应力：铸件在固态收缩时，因受铸型、型芯、浇冒口等外力的阻碍而产生的应力称收缩应力。2铸造应力 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础铸件收缩时受阻就产生铸造应力，当应力超过材料的屈服极限时，铸件产生变形。应力超过材料的抗拉强度时，铸件就产生裂纹3变形和裂纹4气孔在铸件内部、表面或近于表面处，出现的大小不等的光滑孔眼，山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料
44、成型基础在铸件内部或表面形状不规则的孔眼。孔眼不光滑，里面全部或部分充塞着熔渣。5渣气孔6砂眼在铸件内部或表面充塞着型砂的孔眼7粘砂在铸件表面上，全部或部分覆盖着一层金属（或金属氧化物）与砂（或涂料）的混（化）合物或一层烧结的型砂 山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础8夹砂在金属瘤片和铸件之间夹有一层型砂9冷隔在铸件上有一种未完全融合的缝隙或洼坑10浇不到金属液未完全充满型腔。山山东东交交通通职职业业学学院院 机机械械系系 材料成型基础材料成型基础6.7.2 铸件的修补铸件的修补铸件的修补方法有：铸件的修补方法有：1 1气焊或电焊修补气焊或电焊修补 2 2金属喷镀金属喷镀 3 3浸渍法浸渍法 填腻修补填腻修补 5 5金属液熔补金属液熔补