第二章铸造成形2010修订
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机械制造工艺基础第二章铸造授课教案
安徽理工学校授课教案教研室：机械工程任课教师：胡俊锋第二章铸造§2－1 概述一、铸造的概念：将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔中，待其凝固后而得到一定形状和性能铸件的方法。
二、铸件的概念：铸造所得到的金属工件或毛坯。
三、铸造的分类按生产方法不同，铸造可分为砂型铸造和特种铸造。
但任何铸造方法都包括以下几步：（1）制造具有和零件形状相适应空腔的铸型。
（2）制备成分、温度都合格的液态金属。
（3）将液态金属浇注入铸型的空腔内（4）凝固后取出铸件并清理它的表面和内腔。
1．砂型铸造砂型铸造：用型砂紧实成形的铸造方法。
砂型铸造工艺过程如下：造型→造芯→烘干→合型→浇注→落砂→清理→铸件检验齿轮毛坯的砂型铸造工艺过程2．特种铸造特种铸造：砂型铸造以外的其他铸造方法。
常用的特种铸造有：金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、低压铸造、壳型铸造、陶瓷型铸造、密封铸造和连续铸造等。
四、铸造的特点1．优点（1）可以铸造各种形状复杂的铸件（2）铸件的尺寸与质量几乎不受限制（3）可以铸造任何金属和合金铸件（4）生产设备简单，投资少，原料来源广，成本低（5）减少了切削加工工作量，节省大量金属材料2．缺点（1）生产工序繁多，工艺过程较难控制，易产生缺陷（2）铸件尺寸均一性差，尺寸精度低（3）与锻件相比，铸件内在质量差，承载能力弱（4）生产工作环境差，温度高，粉尘多，劳动强度大§2－2 砂型的制作一、砂型和造型材料1．造型材料造型材料——制造砂型和砂芯的材料。
包括砂、黏土、黏结剂和其他附加物。
2．型砂和芯砂型砂：按一定比例配合的造型材料，经过混制，符合造型要求的混合料。
芯砂：按一定比例配合的造型材料，经过混制，符合造芯要求的混合料。
砂型在浇注和凝固过程中要承受熔融金属的冲刷、静压力和高温的作用，并要排出大量气体，型芯则要承受凝固时的收缩压力，因此型砂和芯砂应具有以下几方面的性能要求：（1）可塑性：型砂和芯砂在外力作用下要易于成型（2）强度：型砂和芯砂在外力作用下要不易破坏（3）耐火性：型砂和芯砂在高温下要不软化、烧结、粘附（4）透气性：型砂和芯砂紧实后要易于通气（5）退让性：型砂和芯砂在冷却时其体积可以被压缩3．砂型砂型：用型砂制成，包括形成铸件形状的空腔、型芯和浇冒口系统的组合整体。
机械制造基础铸造成形培训课件
第十二页，共125页。
3. 铸型(zhùxínɡ)条件 1）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； 3）铸型中的气体阻碍充型； 4）铸件结构(jiégòu)，壁厚过小、壁厚变化剧烈、结构(jiégòu) 复杂、大平面都影响充型。
第十三页，共125页。
2.1.2.2 合金(héjīn)的收缩
凝固区和液相区。其中凝固区对铸件质量(zhìliàng)有较大影响。 铸件的凝固方式也可根据凝固区的宽窄来划分，如图2-1。
1）逐层凝固：纯金 属或共晶成分的合 金的凝固，如图2-1a；
2）糊状凝固：结晶 (jiéjīng)温度范围很 宽的合金的凝固， 如图2-1c；
图2-1 铸件的凝固方式
a)逐层凝固 b)中间凝固 c)糊状凝固
第二十四页，共125页。
1.热应力
由热阻碍引起，落砂后热应力仍存在于铸件内，是一
种残留铸造应力，以框架铸件为例，说明残留热应力的形 成过程(guòchéng)，如图2-12所示，其热应力形成过程 第 (gu一òc阶hé段ng)，分两三者阶都段。塑 性 变形(biàn xíng)，无热 应力；
第二阶段，一塑性，一 弹性，仍无热应力；
第十七页，共125页。
1. 缩孔和缩松的形成(xíngchéng)
（1）缩孔的形成 形成条件，金属在恒温或很窄的温度范围 内结晶(jiéjīng)，铸件壁以逐层凝固方式凝固。形成过程如图 2-7所示：
缩孔产生的基本原因是合金的液态收缩(shōu suō)和凝 固收缩(shōu suō)值大于固态收缩(shōu suō)值，且得不到 补偿。缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域，此区域也称热 节。
铸造的优点： 1）可以铸出内腔(nèi qiānɡ)、外形很复杂的毛 坯； 2）工艺灵活性大。几乎各种合金，各种尺寸、 形状、重量和数量的铸件都能生产； 3）成本较低。原材料来源广泛，价格低廉。
3. 铸型(zhùxínɡ)条件 1）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； 3）铸型中的气体阻碍充型； 4）铸件结构(jiégòu)，壁厚过小、壁厚变化剧烈、结构(jiégòu) 复杂、大平面都影响充型。
第十三页，共125页。
2.1.2.2 合金(héjīn)的收缩
凝固区和液相区。其中凝固区对铸件质量(zhìliàng)有较大影响。 铸件的凝固方式也可根据凝固区的宽窄来划分，如图2-1。
1）逐层凝固：纯金 属或共晶成分的合 金的凝固，如图2-1a；
2）糊状凝固：结晶 (jiéjīng)温度范围很 宽的合金的凝固， 如图2-1c；
图2-1 铸件的凝固方式
a)逐层凝固 b)中间凝固 c)糊状凝固
第二十四页，共125页。
1.热应力
由热阻碍引起，落砂后热应力仍存在于铸件内，是一
种残留铸造应力，以框架铸件为例，说明残留热应力的形 成过程(guòchéng)，如图2-12所示，其热应力形成过程 第 (gu一òc阶hé段ng)，分两三者阶都段。塑 性 变形(biàn xíng)，无热 应力；
第二阶段，一塑性，一 弹性，仍无热应力；
第十七页，共125页。
1. 缩孔和缩松的形成(xíngchéng)
（1）缩孔的形成 形成条件，金属在恒温或很窄的温度范围 内结晶(jiéjīng)，铸件壁以逐层凝固方式凝固。形成过程如图 2-7所示：
缩孔产生的基本原因是合金的液态收缩(shōu suō)和凝 固收缩(shōu suō)值大于固态收缩(shōu suō)值，且得不到 补偿。缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域，此区域也称热 节。
铸造的优点： 1）可以铸出内腔(nèi qiānɡ)、外形很复杂的毛 坯； 2）工艺灵活性大。几乎各种合金，各种尺寸、 形状、重量和数量的铸件都能生产； 3）成本较低。原材料来源广泛，价格低廉。
第二章铸造成形
T
① ② ③ 成分(%) 成分
缩孔， 缩孔，缩松
应力，变形， 应力，变形，裂纹
2、铸造合金的收缩 、
合金 种类 铸造 碳钢 白口 铸铁 灰口 铸铁 含碳量 （%） ） 0.35 3.00 3.50 浇注 温度 1610 1400 1400 液态 收缩 1.6 2.4 3.5 凝固 收缩 3 4.2 0.1 固态 收缩 7.8 5.4~6.3 3.3~4.2 总收缩 （%） ） 12.46 12~ 12.9 6.9~ 7.8
铸件上可能产生缩孔或缩松的部位
凝固等温线法 内切圆法
•等 温 线 未 画 等 到的部位
•内切圆大的部位可能产生缩 内切圆大的部位可能产生缩 孔或缩松
铸造内应力、 §2.1.3 铸造内应力、变形 及裂纹
• 1、铸造内应力（internal stress） 铸造内应力（ 铸造内应力 ） • 2、铸件的变形（distortion） 、铸件的变形（ ） • 3、铸件的裂纹（crack） 、铸件的裂纹（ ）
塔，北京大钟寺明代的大钟。 北京大钟寺明代的大钟。 《天工开物》是世界上有关金属加工工艺最早的科学著作之 天工开物》 一
司母戊鼎
司母戊鼎是中国商代后期王 室祭祀用的青铜方鼎， 室祭祀用的青铜方鼎，1939 在河南省安阳市出土， 年3在河南省安阳市出土，因 其腹部著有“司母戊” 其腹部著有“司母戊”三字 而得名， 而得名，现藏中国国家博物 司母戊鼎器型高大厚重， 馆。 司母戊鼎器型高大厚重， 又称司母戊大方鼎， 133厘 又称司母戊大方鼎，高133厘 口长110厘米、口宽79 110厘米 79厘 米、口长110厘米、口宽79厘 832.84千克 千克， 米、重832.84千克，鼎腹长方 形，上竖两只直耳下有四根 圆柱形鼎足， 圆柱形鼎足，是中国目前已 发现的最重的青铜器。 发现的最重的青铜器。充分 显示出商代青铜铸造业的生 产规模和技术水平。 产规模和技术水平。
4加工(2章A理论、铸锻)
时落砂消除对收缩的阻碍等措施。
3.合金的吸气性 吸气性是指金属液吸收气体的能力。 气体主要来源于造型材料中的水分，
主要是氢气，其次是氮气和氧气。 为减少金属液中的气体，可采取
减少吸气量 (真空冶炼 ……) 及时排出气体 (如在铝液中加入六氯乙烷，当其受
热分解时产生大量气泡上浮，带走金属液中的氢气 ) 铸钢件不宜使用氢气在钢中产生白点（微裂纹）。
其基本特点是塑变成形。 单晶体变形过程如图
❖多晶体的塑性变形
金属一般都是多晶体，塑性变形较单 晶体复杂 。除晶粒内部的滑移变形外， 还有晶粒与晶粒间的滑动和转动，即晶 间变形。
由于多晶体中每个晶粒的位向不同， 各晶粒的塑性变形将受到周围位向不同 的晶粒及晶界的影响和约束。
其变形抗力也比同种金属的单晶体高 得多。
②变形速度
变形速度在不同的 速度范围内对锻压 性能有不同的影响。 ▪ C左:来不及消除加工硬化 的影响，使金属的塑性下降 ，变形抗力提高. ▪ C右:当变形速度较大时，由于 塑性变形的热效应，使金属的 温度升高，变形抗力下降，从而又改善了可锻性。 ➢ 高速锤锻造和高能成形就是利用了这一原理。
但常用的一些锻造方法，其变形速度都低于上述临界速度，由其本质塑 性差的合金钢和高碳钢，均采用减慢变形速度的工艺，以防止坯料破裂。
⑶再结晶
如果对塑性变形后的金属加热，金属原子获 得足够高的动能，因塑性变形而被拉长的晶粒 及碎晶等将重新生核、结晶，形成新的细小均 匀的等轴晶粒等轴晶粒，从而消除了加工硬化 现象，这一过程称为再结晶。
纯金属的再结晶温度T再≈0.4T熔。
⒉金属的冷、热变形
再结晶温度以上的塑性变形称为热变形。 在再结晶温度以下（通常指低于回复温度） 的塑性变形称为冷变形。
3.合金的吸气性 吸气性是指金属液吸收气体的能力。 气体主要来源于造型材料中的水分，
主要是氢气，其次是氮气和氧气。 为减少金属液中的气体，可采取
减少吸气量 (真空冶炼 ……) 及时排出气体 (如在铝液中加入六氯乙烷，当其受
热分解时产生大量气泡上浮，带走金属液中的氢气 ) 铸钢件不宜使用氢气在钢中产生白点（微裂纹）。
其基本特点是塑变成形。 单晶体变形过程如图
❖多晶体的塑性变形
金属一般都是多晶体，塑性变形较单 晶体复杂 。除晶粒内部的滑移变形外， 还有晶粒与晶粒间的滑动和转动，即晶 间变形。
由于多晶体中每个晶粒的位向不同， 各晶粒的塑性变形将受到周围位向不同 的晶粒及晶界的影响和约束。
其变形抗力也比同种金属的单晶体高 得多。
②变形速度
变形速度在不同的 速度范围内对锻压 性能有不同的影响。 ▪ C左:来不及消除加工硬化 的影响，使金属的塑性下降 ，变形抗力提高. ▪ C右:当变形速度较大时，由于 塑性变形的热效应，使金属的 温度升高，变形抗力下降，从而又改善了可锻性。 ➢ 高速锤锻造和高能成形就是利用了这一原理。
但常用的一些锻造方法，其变形速度都低于上述临界速度，由其本质塑 性差的合金钢和高碳钢，均采用减慢变形速度的工艺，以防止坯料破裂。
⑶再结晶
如果对塑性变形后的金属加热，金属原子获 得足够高的动能，因塑性变形而被拉长的晶粒 及碎晶等将重新生核、结晶，形成新的细小均 匀的等轴晶粒等轴晶粒，从而消除了加工硬化 现象，这一过程称为再结晶。
纯金属的再结晶温度T再≈0.4T熔。
⒉金属的冷、热变形
再结晶温度以上的塑性变形称为热变形。 在再结晶温度以下（通常指低于回复温度） 的塑性变形称为冷变形。
铸造-第2部分2010
措施：①选用收缩小的合金，如普通灰铸铁； ② 选用结晶温度区间小的合金防止缩松; ③安放冒口、 加冷铁等实现顺序凝固。
①采用冒口、冷铁的顺序凝固 采用顺序凝固是生产中防止 铸件产生缩孔的有效方法。 顺序凝固是指铸件按规定方向 从一部分到另一部分逐渐凝固的过 程。如图2.1.50所示（书图1-6、 1-7）。
6）铸造应力、变形和裂纹
铸件在凝固之后的继续冷却过程中，其固 态收缩若受到阻碍，铸件内部将产生内应力， 这些内应力有时是在冷却过程中暂存的，有时 则一直保留到室温，后者称为残余内应力。铸 造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因。
（1）铸造应力（收缩、热、相变应力）与变形 铸件的固态收缩受到阻碍而产生的应力叫铸造应 力。铸造应力分为热应力和机械（收缩）应力。（相变应
力因小而不计）
①热应力与变形
热应力的形成过程
热应力是铸件在凝固和冷却过程中，各部分冷却速度不 同，致使在同一时期内铸件各部分3 框形铸件热应力形成过程示意图
热应力的分布和铸件的变形（刚度小时，变形是应力的释放过程）遵循以下规律：
铸件厚壁处或心部受拉应力，受拉应力的部位变形时趋 于缩短向内凹；薄壁或表层受压应力，受压应力的部位变形 时趋于伸长向外凸（象弓箭书中p10图1-8）。 图为床身铸件，其导轨部分较厚，受拉应力；其床身壁 部分较薄、受压应力，于是床身发生朝导轨方向的弯曲。
（薄壁）
把铸型预热到适当温度，可以减少铸型和液体合金之 间的温差，从而减缓合金冷却速度，提高合金流动性。
c.铸型透气性
高温液态合金浇入铸型时，巨大热量会使铸型中的气体 膨胀，型砂中的少量水分还会汽化，煤粉、木屑等有机物会 燃烧产生大量的气体，这些气体会使型腔中的压力急剧升高， 阻碍液态合金流动，降低合金流动性。因此，铸型需有良好 的透气性。
①采用冒口、冷铁的顺序凝固 采用顺序凝固是生产中防止 铸件产生缩孔的有效方法。 顺序凝固是指铸件按规定方向 从一部分到另一部分逐渐凝固的过 程。如图2.1.50所示（书图1-6、 1-7）。
6）铸造应力、变形和裂纹
铸件在凝固之后的继续冷却过程中，其固 态收缩若受到阻碍，铸件内部将产生内应力， 这些内应力有时是在冷却过程中暂存的，有时 则一直保留到室温，后者称为残余内应力。铸 造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因。
（1）铸造应力（收缩、热、相变应力）与变形 铸件的固态收缩受到阻碍而产生的应力叫铸造应 力。铸造应力分为热应力和机械（收缩）应力。（相变应
力因小而不计）
①热应力与变形
热应力的形成过程
热应力是铸件在凝固和冷却过程中，各部分冷却速度不 同，致使在同一时期内铸件各部分3 框形铸件热应力形成过程示意图
热应力的分布和铸件的变形（刚度小时，变形是应力的释放过程）遵循以下规律：
铸件厚壁处或心部受拉应力，受拉应力的部位变形时趋 于缩短向内凹；薄壁或表层受压应力，受压应力的部位变形 时趋于伸长向外凸（象弓箭书中p10图1-8）。 图为床身铸件，其导轨部分较厚，受拉应力；其床身壁 部分较薄、受压应力，于是床身发生朝导轨方向的弯曲。
（薄壁）
把铸型预热到适当温度，可以减少铸型和液体合金之 间的温差，从而减缓合金冷却速度，提高合金流动性。
c.铸型透气性
高温液态合金浇入铸型时，巨大热量会使铸型中的气体 膨胀，型砂中的少量水分还会汽化，煤粉、木屑等有机物会 燃烧产生大量的气体，这些气体会使型腔中的压力急剧升高， 阻碍液态合金流动，降低合金流动性。因此，铸型需有良好 的透气性。
(最新整理)成形第2章铸造
材料、能量和信息三个基本要素的流动及其相互 作用形成物质流、能量流和信息流,使毛坯和零件的成 形得以实现
质量不变过程: 铸造、塑性成形、表面处理等
()
1
物 质
质量减少过程:切削加工、热切割、板料冲裁等
流
质量叠加过程:焊接、胶接和机械连接等
2021/7/26
5
2．能量流 各种能量的消耗和转化过程称为能量流
10～14.5 12～14
5～8
1.3～2.0 1.5～2.0 0.7～1.0
浇注温度：随着浇注温度的提高，金属冷却时的
液态收缩会增大，总体积收缩相应大。
铸型条件：铸件冷却过程中，由于各部分冷却速度
的不同，使收缩相互制约而不能自由收
缩，也可能受到铸型、型芯等的阻碍而
不能自由收缩。
阻碍越大，收缩越小
2021/7/26
借助高倍放大镜才能发现的缩松称为显微缩松。
铸件有缩松缺陷的部位，在气密性试验时易渗漏
特征：多产生在铸件的轴线附近和热节部位 （即厚度较大，冷速较慢的金属积聚处）
凝固温度范围越宽，糊状凝固越明显，铸件 越易产生缩松缺陷
2021/7/26
15
结果：
缩孔：铸件最后凝固上部的集中的体积收缩
缩松：铸件最后凝固区间的分散的体积收缩
3．信息流 形状信息流 性能信息流
产品的加工要求
将生产过程中的物质流、能量流和信息流系统 化,即“机械制造技术系统” ,具有“自动化、 柔 性化、高效化”的综合效果特征
4．材料成形技术的发展趋势
(1) 优化常规工艺
(2) 新型加工方法不断出现
(3) 高新技术与工艺紧密结合
2021/7/26
6
第2章 铸造
质量不变过程: 铸造、塑性成形、表面处理等
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物 质
质量减少过程:切削加工、热切割、板料冲裁等
流
质量叠加过程:焊接、胶接和机械连接等
2021/7/26
5
2．能量流 各种能量的消耗和转化过程称为能量流
10～14.5 12～14
5～8
1.3～2.0 1.5～2.0 0.7～1.0
浇注温度：随着浇注温度的提高，金属冷却时的
液态收缩会增大，总体积收缩相应大。
铸型条件：铸件冷却过程中，由于各部分冷却速度
的不同，使收缩相互制约而不能自由收
缩，也可能受到铸型、型芯等的阻碍而
不能自由收缩。
阻碍越大，收缩越小
2021/7/26
借助高倍放大镜才能发现的缩松称为显微缩松。
铸件有缩松缺陷的部位，在气密性试验时易渗漏
特征：多产生在铸件的轴线附近和热节部位 （即厚度较大，冷速较慢的金属积聚处）
凝固温度范围越宽，糊状凝固越明显，铸件 越易产生缩松缺陷
2021/7/26
15
结果：
缩孔：铸件最后凝固上部的集中的体积收缩
缩松：铸件最后凝固区间的分散的体积收缩
3．信息流 形状信息流 性能信息流
产品的加工要求
将生产过程中的物质流、能量流和信息流系统 化,即“机械制造技术系统” ,具有“自动化、 柔 性化、高效化”的综合效果特征
4．材料成形技术的发展趋势
(1) 优化常规工艺
(2) 新型加工方法不断出现
(3) 高新技术与工艺紧密结合
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第2章 铸造
(完整word版)机械制造基础教案第2章铸造.doc
机械制造基础课程教案授课时间 第周星期第节课次 授课方式理论课□√讨论课□实验课□习题课□ 其他□课时 （请打√）8安排授课题目（教学章、节或主题） ： 第 2 章 铸造成形教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次） ： 1． 熟悉合金的铸造性能及其对铸件质量的影响。
2． 掌握砂型铸造和常用特种铸造方法的特点，对典型铸件具有较合理地选用铸造方法的能力。
3． 熟悉砂型铸造浇注位置、分型面及铸造工艺参数的选择，能绘制典型铸件的铸造工艺简图。
4． * 了解铸铁的石墨化及其对铸件组织和性能的影响，了解常用铸造合金的获得方法及铸造特 点。
5． 具有分析零件铸造结构工艺性的初步能力。
6. 了解铸造新工艺、新技术及其发展趋势。
教学重点及难点：重点：浇注位置和分型面的选择，铸造工艺图。
合金的铸件性能和影响因素。
铸铁件生产的基本原理和工艺要求。
铸件结构设计要求，常用合金铸件的结构特点 难点：浇注位置和分型面的选择；铸造工艺图教 学 基 本 内 容方法及手段一、什么是液态成型（铸造生产）将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。
二、砂型铸造的工艺过程型砂铸铸 模型型落检铸造合零砂 工 熔化浇冷却件 、 验艺 箱件图清图凝固型理芯 盒芯砂芯课程教案（续）教学基本内容方法及手段三、铸造生产的特点1．可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。
如汽缸体、汽缸盖、蜗轮叶片、床身件等。
2．适应性强：（ 1）合金种类不受限制；（ 2）铸件大小几乎不受限制。
3．成本低：（1）材料来源广；（2）废品可重熔；（3）设备投资低。
4．废品率高、表面质量较低、劳动条件差。
1金属液态成型工艺基础§1-1 液态金属的充型能力与流动性充型能力——液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件的能力。
充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。
一、液态合金的流动性合金的流动性是：液态合金本身的流动能力。
5.2 第三篇 第二章 锻造成形
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
第三篇 金属塑形加工
第二章
锻造成形
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
第二章 锻造成形
目
录
第一节
锻造方法
第二节
第三节
锻造工艺规程制定
锻件结构工艺性
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
第一节 锻造方法
在加压设备及工（模）具作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部
的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法，
第二节 锻造工艺规程制定
一、绘制锻件图
3. 模锻斜度
（1）对于锤上模锻，模锻斜度一般为5o~15o；
（2）模锻斜度与模腔的深度(h)和宽度(b)有关，
h/b越大时，取较大的斜度值；
（3）内壁斜度α2比外壁斜度α1 大2⁰ ~5⁰
4. 模锻圆角半径
模锻件的外圆角半径r取1.5~12mm，内圆角 径R比r大2~3倍。
（1）扣模
用来对坯料进行全部或局部扣形，以生产长杆非回转体锻件。
(a) 扣模
(b) 筒模
(c) 合模
扣模
（2）筒模
主要用于锻造齿轮、 法兰盘等盘类零件。
筒模
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
第一节 锻造方法
4. 胎模锻
（3）合模 可锻制形状复杂、精度较高的非回转体锻件。
合模
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
2. 曲柄压力机上模锻
曲柄压力机是采用曲柄连杆系统作为工作机构的压力机。
1—电动机； 2—小带轮； 3—大带轮； 4—传动轴；
5 —小齿轮； 6 —大齿轮；
7 —离合器； 8 —曲柄； 9 —连杆； 10 —滑块； 11 —楔形工作台； 12 —下顶杆；13 —楔铁； 14 —顶料连杆； 15 —制动器；16 —凸轮
第三篇 金属塑形加工
第二章
锻造成形
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
第二章 锻造成形
目
录
第一节
锻造方法
第二节
第三节
锻造工艺规程制定
锻件结构工艺性
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
第一节 锻造方法
在加压设备及工（模）具作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部
的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法，
第二节 锻造工艺规程制定
一、绘制锻件图
3. 模锻斜度
（1）对于锤上模锻，模锻斜度一般为5o~15o；
（2）模锻斜度与模腔的深度(h)和宽度(b)有关，
h/b越大时，取较大的斜度值；
（3）内壁斜度α2比外壁斜度α1 大2⁰ ~5⁰
4. 模锻圆角半径
模锻件的外圆角半径r取1.5~12mm，内圆角 径R比r大2~3倍。
（1）扣模
用来对坯料进行全部或局部扣形，以生产长杆非回转体锻件。
(a) 扣模
(b) 筒模
(c) 合模
扣模
（2）筒模
主要用于锻造齿轮、 法兰盘等盘类零件。
筒模
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第一节 锻造方法
4. 胎模锻
（3）合模 可锻制形状复杂、精度较高的非回转体锻件。
合模
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
2. 曲柄压力机上模锻
曲柄压力机是采用曲柄连杆系统作为工作机构的压力机。
1—电动机； 2—小带轮； 3—大带轮； 4—传动轴；
5 —小齿轮； 6 —大齿轮；
7 —离合器； 8 —曲柄； 9 —连杆； 10 —滑块； 11 —楔形工作台； 12 —下顶杆；13 —楔铁； 14 —顶料连杆； 15 —制动器；16 —凸轮
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§2.1.1 液态合金的充型
• 液态合金填充铸型的过程，简称充型。 液态合金填充铸型的过程，简称充型。 • 充型能力 液态合金充满铸型型腔，获得形状完 液态合金充满铸型型腔， 轮廓清晰铸件的能力， 整，轮廓清晰铸件的能力，称为液态合金的充型 能力。 能力。 • 影响充型能力的因素
1、合金的流动性 、 2、浇注条件 、 3、铸型填充能力 、
•残余应力 •薄壁处受压力，厚壁处受拉力
•变形
防止变形的措施
• 设计铸件时尽可能壁厚均匀，形状对称。 • 采取同时凝固。 • 设计“反变形”量。
•时效处理：有内应力的铸件在加工前置于 露天半年以上，或550~650ºC去应力退火。
3、铸件的裂纹与防止
• 热裂 热裂是铸件在高温下产生的裂纹。 其形状特征是：裂纹短，缝隙宽，形状 曲折，缝内呈氧化色。
常见铸造缺陷的特征及产生的原因
名称 特征 主要原因 、 砂眼 铸件内部或表面有充满 1、型砂强度不够或局部没舂紧 砂粒的孔眼 2、型腔、浇口内散砂未吹干净 、型腔、 3、合箱时砂型局部挤坏，掉砂 、合箱时砂型局部挤坏， 4、浇注系统不合理，冲坏砂型 、浇注系统不合理， 冷隔 铸件上有未完全融 1、浇注温度过低 、 合的缝隙， 合的缝隙 ， 接头处 2、浇注速度太慢 、 边缘圆滑。 边缘圆滑。 3、浇口位置不当或浇口太小 、 粘 砂 铸件的部分或整个 1、未刷涂料或涂料太薄 、 表面粘附着一层金 2、浇注温度过高 、 属和砂粒的机械混 3、型砂耐火隆不够。 、型砂耐火隆不够。 和物， 和物，多发生在铸 件厚壁和热节处。 件厚壁和热节处。
• 5、为什么灰口铸铁的收缩比碳钢小？ 、为什么灰口铸铁的收缩比碳钢小？
• 6、试分析如图所示铸件：
• • • 哪些自由收缩？哪些是受阻收缩？ 受阻收缩的铸件形成哪一类铸造应力？ 各部分应力属于拉应力还是压应力？
§2.2
铸造工艺及方法
• §2.2.1砂型铸造
– 造型材料与造型方法 – 铸造工艺设计 – 铸造工艺图
小孔则成群出现
缩孔
渣眼
形状为不规则的封 闭或敞露的空洞， 闭或敞露的空洞 ， 孔壁粗糙并带有枝 状晶， 状晶 ， 常出现在铸 件最后凝固部位。 件最后凝固部位。 孔内充满熔渣， 孔内充满熔渣，孔 形不规则
1、冒口设置不正确 、 2、合金成分不合格，收缩过大 、合金成分不合格， 3、浇注温度过高 、 4、铸件浇注系统设计不合理 、 1、浇注温度太低熔渣不易上浮 、 2、浇注时没有挡住熔渣 、 3、浇注系统不合理，挡渣作用 、浇注系统不合理， 差
• §2.2.2其他铸造方法
– – – – 金属型铸造 压力铸造 熔模铸造 离心铸造
砂型铸造（ §2.2.1 砂型铸造（Sand Casting） ）
§2.2.1.1 造型材料与造型方法 §2.2.1.2 铸造工艺设计 §2.2.1.3 铸造工艺图
§2.2.1.1造型材料与方法
型（芯）砂的组成?
T
① ② ③ 成分(%) 成分
缩孔， 缩孔，缩松
应力，变形， 应力，变形，裂纹
铸造合金的收缩
合金 种类 铸造 碳钢 白口 铸铁 灰口 铸铁 含碳量 （%） 0.35 3.00 3.50 浇注 温度 1610 1400 1400 液态 收缩 1.6 2.4 3.5 凝固 收缩 3 4.2 0.1 固态 收缩 7.8 5.4~6.3 3.3~4.2 总收缩 （%） 12.46 12~ 12.9 6.9~ 7.8
铸件中的缩孔与缩松
• 缩孔和缩松的形成 液态合金在冷凝过 程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减 的容积的得不到补足，则在铸件最后凝 固的部位形成一些孔洞
– 缩孔 它是集中在铸件上部或最后凝固的 部位容积较大的孔洞 – 缩松 分散在铸件某区域内的细小孔洞， 称为缩松
顺序凝固原则（定向凝固）
• 所谓顺序凝固，就是在铸件上可能出现 缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措 施，使铸件上远离冒口的部位先凝固， 尔后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒 口本身的凝固。 • 实现顺序凝固的措施。合理设计冒口和 安放冷铁。
常见铸造缺陷的特征及产生的原因
名称 夹砂 特征 主要原因 铸件表面上有凸起 1、型砂强度太低 、 的金属片状物， 的金属片状物，表 2、 浇注温度过高 、 面粗糙，边角锐利， 面粗糙，边角锐利， 3、内浇口过于集中，使局部型 、内浇口过于集中， 有小部分与铸件本 砂烘烤厉害。 砂烘烤厉害。 体相连。 体相连。 1 ． 热裂 ： 断面严 1、铸件设计不合理，壁厚差别 、铸件设计不合理， 重氧化 ， 无金属光 太大 泽 ， 断口沿晶界产 2、砂型（芯）退让性差阻碍铸 、砂型（ 生和发展， 生和发展 ， 外形曲 件收缩 折而不规则的裂纹。 浇注系统不当， 折而不规则的裂纹 。 、浇注系统不当，使铸件各部 3、 冷裂： 2．冷裂：穿过晶 分冷却收缩不均匀，造成过大 分冷却收缩不均匀， 体而不沿晶界断裂， 体而不沿晶界断裂， 的内应力 断口有金属光泽或 有轻微氧化色。 有轻微氧化色。
型砂是砂、粘结剂附加物和水组成
型（芯）砂应具备哪些主要性能？
可塑性、强度、透气性、耐火性、退让性
涂料的组成？作用？扑料？
石墨（石英粉）+粘土+水
手工造型方法
两箱造型
• 按砂箱特征
三箱造型 地坑造型
•机械应力 它是合金的线收缩受到铸型或型 芯机械阻碍而形成的内应力。
同时凝固原则
• 尽量减少铸件各处的温度差，使铸件不 同壁厚各处在同一时间内凝固。 • 浇口开在薄壁处，在厚壁处安放冷铁， 力求使铸件各处同时冷却。
•同时凝固原则与顺序凝固原则对比
2、铸件的变形
• 铸件冷却到室温后，热应力保留在铸件中 •
2、析出气孔 、
溶解于金属液中的气体在冷凝过程中， 溶解于金属液中的气体在冷凝过程中，因气 体溶解度下降而析出，在铸件中形成的气孔。 体溶解度下降而析出，在铸件中形成的气孔。
3、反应气孔 、
浇入铸型中的金属液与铸型材料、型芯撑、 浇入铸型中的金属液与铸型材料、型芯撑、 冷铁或熔渣之间， 冷铁或熔渣之间，因化学反应产生气体而形 成的气孔。 成的气孔。
充型能力不强，则易产生浇不足（ 充型能力不强，则易产生浇不足（short run） 、 浇不足 ） 冷隔（ ） 冷隔（short run）…等。
合金的充型能力之一
合金的流动性
• 合金的流动性是指熔融合金的流动能力。
– 流动性好，充型能力强，便于浇注出轮廓清 晰、薄而复杂的铸件。
• 合金的流动性与合金的化学成份有关。
中南大学 Central South University
第二章
铸造成形
§ 2.1 铸造工艺基础
• • • • • 2.1.1 液态合金的充型 2.1.2 铸件的凝固收缩 2.1.3 铸造内应力，变形和裂纹 2.1.4 铸件中的气孔 2.1.5 铸件的质量控制
铸造的特点
• 可以生产出形状复杂的零件，特别是具 有复杂内腔的零件。 • 适应性广。 • 成本低。 • 铸件的尺寸和形状与零件非常接近。可 以减少切削加工量。 • 缺点：工序多，质量不易控制，内部组 织缺陷多，力学性能低。
名称 多肉 浇不足 落砂 抬箱 错箱 偏芯 变形
类别 表面 缺陷
名称 粘砂 夹砂 冷隔
裂 纹
成份 化学成份不合格 组织 金相不合格 和性 偏析 能不 过硬（白口） 合格
物理、机械性能 不合格
常见铸造缺陷的特征及产生的原因 （P11） ）
名称 特征 主要原因 主要为梨形、圆形、 、型砂太紧，透气性太差。 气孔 主要为梨形、圆形、椭 1、型砂太紧，透气性太差。 圆形的孔洞， 圆形的孔洞，表面较光 、型砂太湿，水份过多。 滑，一般不在铸件表面 2、型砂太湿，水份过多。 露出，大孔独立存在， 露出，大孔独立存在， 3、砂芯通气堵塞或未烘干。 、砂芯通气堵塞或未烘干。
合金的收缩性
1. 收缩及其影响因素
合金的收缩： 合金的收缩：铸件在凝固 和冷却过程中， 和冷却过程中，其体积或 尺寸减少的现象称为收缩。 尺寸减少的现象称为收缩。 包括： 包括： 液态收缩（体收缩率） ①液态收缩（体收缩率） 浇注温度—液相线 浇注温度 液相线 ②凝固收缩（体收缩率） 凝固收缩（体收缩率） 液相线—固相线 液相线 固相线 ③固态收缩（线收缩率） 固态收缩（线收缩率） 固相线—室温 固相线 室温
• 1、铸件的凝固方式 、
– 逐层凝固 – 糊状凝固 – 中间凝固
• 2、铸造合金的收缩 、 • 3、缩孔与缩松 、
铸件的凝固方式之一
• 逐层凝固
– 纯金属和共晶 成份的合金， 结晶温度是一 固定值。凝固 过程由表面向 中心逐步进行
温度
固 表层
液 中心
铸件的凝固方式之二
• 糊状凝固
– 结晶温度范围 很宽的合金， 从铸件的表面 至心部都是固 液两相混存。
流动动性的测定
• 流动性实验
几种不同合金流动性的比较
比较下面几种合金流动性能 *铸钢的流动性 铸钢的流动性 *铸铁的流动性 铸铁的流动性
实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。 实验证明铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。
合金的充型能力之二
浇注条件
• 浇注温度
– 浇注温度越高，充型能力越好。但温度过高。 会出现其他铸造缺陷。
本节复习
1、铸件的常见缺陷有哪些？产生的原因是什么？ 怎样防止？ 2、什么是同时凝固原则？什么是顺序凝固原则？下例 两图哪个是同时凝固？哪个是顺序凝固？为了防止铸 件产生内应力，应采取哪种凝固方式？
•同时凝固
•顺序凝固
• 3、区分下列名词： 、区分下列名词： – 逐层凝固与定向凝固 – 出气口与冒口 – 浇不足与冷隔 • 4、下列哪种情况易产生气孔，为什么？ 、下列哪种情况易产生气孔，为什么？ – 舂砂过紧 – 型芯撑生锈 – 起模时刷水过多
铸件上可能产生缩孔或缩松的部位