第一篇金属的铸造成形工艺wg
第一篇金属的液态成形
1. 金属的液态成形(铸造)1.0概述将金属材料加热到高温熔化状态，然后采取一定的成形方法，待其冷却、凝固后获得所需金属制品，这种制造金属毛坯的过程称为金属的液态成形。
金属的液态成形除了铸造之外，还有液态模锻。
1.0.1铸造的定义铸造是指将液态合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得所需形状、尺寸和性能的毛坯或零件的金属液态成形方法。
它是生产机器零件毛坯的主要方法之一。
1.0.2铸造的基本过程铸造生产的基本过程包括以下三个步骤：①根据零件的要求，准备一定的铸型；②把金属液体浇满铸型的型腔；③金属液体在铸型型腔中冷凝成形，获得一定形状和尺寸的铸件。
1.0.3铸造生产的特点铸造的实质就是液态金属(合金)逐步冷凝成形，具有以下特点：优点：①适应性广几乎所有金属及其合金，只要能够熔化成液态便能铸造，尤其是适合生产塑性差的材料。
②工艺灵活性大各种形状、尺寸(壁厚从0.5～1000mm、轮廓从几毫米至几十米)、重量(从几克～几百吨)和生产批量的铸件都能生产，能够制成如机床床身、箱体、机架、支座等具有复杂内腔的毛坯。
某些形状极其复杂的零件只能用铸造方法制造毛坯。
③省工省料铸件毛坯与零件形状相似，尺寸相近，加工余量小，金属利用率高，可以省工省料，精密铸件甚至不需切削加工，就可直接装配。
④生产成本低铸造用的原材料来源广泛，可直接利用报废的机件和切屑。
造型设备投资少，易操作。
缺点：①铸件内部晶粒比较粗大，组织疏松，容易产生气孔、夹渣等铸造缺陷，机械性能和可靠性不如锻件，尤其是冲击韧性较差，不宜制造受冲击或交变载荷作用的零件。
②生产过程比较复杂，工序多且一些工艺过程难以精确控制，铸件质量不稳定，废品率较高。
③工人劳动强度大，劳动条件差。
1.0.4铸造生产的发展历史我国是世界上最早掌握铸造生产的文明古国之一。
早在三千多年前，青铜铸器已有应用，二千五百多年前，铸铁工具也已相当普遍。
我国劳动人民对世界铸造业的三大贡献(三大铸造技术)：泥型铸造(砂型铸造)、铁型铸造(金属型铸造)、失蜡铸造(熔模铸造)。
金属工艺学 铸造成形PPT课件
变。开型不能过早。不能激冷 铸件。
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 减少砂粒间隙。适当降低金属的浇
8 粘砂
砂（或涂料）的混（化）合物
注温度。提高型砂、芯砂的耐
或一层烧结构的型砂，致使铸
火度。
件表面粗糙。
在铸件表面上，有一层金属瘤状物 严格控制型砂、芯砂性能。改善浇
9 夹砂
或片状物，在金属瘤片和铸件
金属工艺学适于做复杂外形特别是复杂内腔的毛坯对材料的适应性广铸件的大小几乎不受限制成本低原材料来源广泛价格低廉一般不需要昂贵的设备是某些塑性很差的材料如铸铁等制造其毛坯或零件的唯一成型工艺铸造成型金属工艺学工艺过程比较复杂一些工艺过程还难以控制液态成形零件内部组织的均匀性致密性一般较差液态成形零件易出现缩孔缩松气孔砂眼夹渣夹砂裂纹等缺陷产品质量不够稳定由于铸件内部晶粒粗大组织不均匀且常伴有缺陷其力学性能比同类材料的塑性成形低液态成型金属工艺学71铸造成形工艺基础711合金的流动性和充型能力液态合金的工艺性能表征为液态合金的铸造性能通常是指合金的流动性收缩性吸气性及偏析等性能合金铸造性能是选择铸造金属材料确定铸件的铸造工艺方案及进行铸件结构设计的依据金属工艺学充型能力的概念
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铸件检验及铸件常见缺陷
序 缺陷名称
缺陷特征
预防措施
1
气孔
在铸件内部、表面或近于表面处，有大 小不等的光滑孔眼，形状有圆的、 长的及不规则的，有单个的，也有 聚集成片的。颜色有白色的或带一 层暗色，有时覆有一层氧化皮。
降低熔炼时流言蜚语金属的吸气量。减 少砂型在浇注过程中的发气量，改 进铸件结构，提高砂型和型芯的透 气性，使型内气体能顺利排出。
铸件检验及铸件常见缺陷
第一章 金属型铸造
2）水平分型金属型 如图1-19所示，铸型主体由上、 下两半型组成，下半型固定在工作台面上，上半型 作开（合）型动作。可以配置各种型芯，抽芯及顶 出。砂芯安放方便，但不便于设计浇、冒口系统， 排气条件差。适用于轮盘类铸件。
易造成的缺陷： 1.气体阻力大造成浇不足、冷隔。 2.排不出的气体造成铸件侵入性气孔的 产生。
气体的来源：高温下涂料发气 有气体 潮气 油污
透 气 性 导 致 的 特 点
型腔内原
需采取的措施： 1.金属型上设置排气装置，如排气槽、排
气塞，局部死角处要加强排气
2.尽可能的清除产气根源。
1.2.3 金属型无退让性对铸件成型的影响
• 缺点:
(1) 金属型制造成本高。
(2) 金属型急冷、不透气，而且无退让性，易造成 铸件浇不足、冷隔、开裂或铸铁件白口等缺陷。
(3) 铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度， 铸件在铸型中停留的时间以及所用的涂料，对 铸件质量的影响敏感，控制难度大。 近年来，为了防止浇注时金属液流动过程中形成紊 流，减少氧化夹渣及卷气等缺陷，采用倾转式 浇注已成为金属型铸造的主流方式，见图1-1。
涂料组成：
1）耐火材料：氧化锌、滑石粉、锆砂粉、硅藻 土粉等。 2）粘结剂：水玻璃、糖浆、纸浆废液等。
3）溶剂：水等。
4）附加物
从上面的一些分析可知，确定金属型浇 注工艺规范时，应铸件材质、形状大小、复 杂程度等考虑以下三点原则：
• （1）保证铸件全部表面能得到清晰的外形， 没有冷隔和浇不足的现象，也就是希望冷却 慢些，要求有较高的浇注温度和金属型温度。 • （2）保证铸件变形小，不发生扭曲和裂纹， 要求金属型温度高而浇注温度低。 • （3）保证铸件组织细密，力学性能好，希望 快速冷却，要求较低的金属型温度和浇注温 度。
金属的铸造成形工艺
四、铸造工艺的分类
★按造型材料及工艺特点分为：普通砂型铸造和特种铸造。 普通砂型铸造包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型三类。 特种铸造按造型材料的不同，又可分为两大类：一类以天
然矿产砂石作为主要造型材料，如熔模铸造、壳型铸造、负压 铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷 型铸造等；一类以金属作 为主要铸型材料，如金属型铸造、离心铸造、连续铸造、压力 铸造、低压铸造等。 ★按金属填充铸型时是否施加外力分为：重力作用下的铸造 成形和外力作用下的铸造成形。
早期的铸件大多是农业生产、宗教、生活等方面的工 具或用具，艺术色彩浓厚。那时的铸造工艺是与制陶工艺 并行发展的，受陶器的影响很大。
司母戊方鼎
曾侯乙尊盘
青铜尊盘出土于曾侯乙墓。尊盘由尊和盘组成，尊置于盘中。 尊盘的口沿是非常精细的镂空的变形龙纹和龙形雕饰，均可 分辨出每条盘龙上的眼睛。是采用“失蜡法”的铸造方法。 尊和盘均铸有“曾候乙作持用终”铭文。
保持1～2年，设备综合开工率>80%，装备全部 开工率<50%，装备标准化、系列化、商品
标准化、系列化、商品化
化程度很低
注：CT为铸件尺寸公差(Casting Tolerances)的代号，见GB／T6414-1986
★铸件处理 铸件自浇注冷却的铸型中取出后，有浇口、冒
口及金属毛刺披缝，砂型铸造的铸件还粘附着砂子， 因此必须经过清理工序。
铸件清理的设备有抛丸机、浇口、冒口切割机 等。砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序， 所以在选择造型方法时 ，应尽量考虑到为落砂清 理创造方便条件。
有些铸件因特殊要求，还要经铸件后处理，如 热处理、整形、防锈处理、粗加工等。
★铸型准备 不同的铸造方法有不同的铸型准备内容。如砂型铸造：铸
第一篇 金属的铸造成型工艺
第一章1．合金的铸造性能合金的铸造性能是指合金在铸造过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力。
包括流动性、收缩性、吸气性及偏析等性能。
液态合金填充铸型的过程称为充型。
充型能力不足，易产生浇不到、冷隔等缺陷。
影响充型能力的因素：•1）、合金的流动•2）、浇注条件:①浇注温度：浇注温度对合金流动性的影响很显著。
浇注温度越高，越有利提高合金的流动性。
但浇注温度过高，会导致铸件产生缩孔、缩松、气孔和粘砂等缺陷，薄壁复杂铸件或流动性较差的合金适当提高浇注温度来提高流动性。
②浇注压力：增大浇注压力显然可改善流动性。
•3）、铸型充填条件①铸型导热能力：金属型导热能力强，容易降低合金的流动性。
而干砂型，特别是将铸型在加热状态下浇注金属液时，其合金的流动性将显著增加。
②铸型的阻力：铸型内反压力增大，将导致铸型对金属液流动的阻力增加，从而降低合金流动性。
2.合金的流动性是指液态金属的流动能力，在铸造时是指液态合金充填铸型型腔的能力。
1）共晶成分合金的流动性最好2）非共晶成分合金的流动性较差合金的凝固温度范围越大，树枝晶越发达，其流动性也越差。
影响金属粘度的成分对流动性有影响。
如P和S。
P：降低粘度，有冷脆。
S：使粘度增加。
3.合金从浇注、凝固直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象，称为收缩。
收缩经历如下三个阶段：(1)液态收缩ε液(2)凝固收缩ε凝（以体收缩率表示，是缩孔及缩松的基本原因。
）(3)固态收缩ε固：以线收缩率表示，是应力、变形及裂纹的基本原因。
铸钢收缩率最高，而灰铸铁最小。
4. 铸件中的缩孔与缩松：(1)缩孔和缩松的形成①缩孔的形成：纯金属和共晶成分的合金，易形成集中的缩孔。
②缩松的形成：凝固温度范围大的合金，缩松倾向大。
缩松分为宏观缩松和显微缩松两种。
(2)缩孔和缩松的防止：①缩孔的防止：其具体办法是：采用冒口和冷铁，控制铸件定向凝固。
②缩松的防止：采用在热节处安放冷铁或在局部砂型表面涂激冷涂料，加大铸件的冷却速度；或用加大结晶压力，以破碎枝晶，减少其对金属液流动的阻力，从而达到部分防止缩松的效果。
材料加工工程金属的铸造成形
砂型铸造
➢ 补缩系统的设计：
为消除缩孔和疏松，必须 设置冒口、冷铁等补缩系统。
铸模设计
砂型铸造
设计原则：1、冒口的凝固时间必须大于或等于铸件被补 缩部分的凝固时间。 2、冒口应具有足够大的体积，以保证有足够的金属液补 充铸件内部的体收缩。 3、在铸件凝固时，冒口与被补缩部位之间应有通畅的补 缩通道。 4、为增加铸件局部冷却速度，在铸型局部区域设置激冷 能力强的材料（如铸铁、石墨或铸钢等）作为冷铁。
铸模设计
砂型铸造
铸模设计：
➢ 确定主要工艺参数：
正确选择收缩量、 机械加工余量和拔模 斜度等。
拔模斜度 铸模设计
砂型铸造
➢ 浇注系统的设计：
浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道；通常由 交口杯、直浇道、横浇道和内浇道等组成。
设计原则：确保液态金属能够平稳 而合理地充满型腔。
浇注系统示意图 铸模设计
机器造型
整分挖活三刮地 模模砂块箱板坑 造造造造造造造 型型型型型型型
为了正确地选择造型方法，必须对各种造型方法 的特点有所了解（视频）
砂型铸造生产过程简介
砂型铸造
铸模设计：
➢ 确定浇注位置和分型面：
浇注位置： 指浇注时铸件在铸型中所处的位置。 分型面： 指铸型的分割或装配面。
正确设置浇注位置和分型面是完成造型、取模、设置浇冒 系统和安装砂芯的需要。
铸模设计
砂型铸造
生产准备：
➢ 模型和芯盒的设计：
模型的内轮廓应该与铸件的外轮廓的形状相一致，并且在 尺寸上比铸件大出一个收缩量。
对于有孔或中空的 铸件，需在模腔中放置 型芯来获得。型芯的尺 寸设计也要考虑到收缩 量的问题。
生产准备
砂型铸造
金属铸造工艺论文[五篇范例]
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金属铸造工艺论文[五篇范例]第一篇：金属铸造工艺论文金属铸造工艺论文摘要：铸造是将通过熔炼的金属液体浇注入铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作过程。
铸造是常用的制造方法，铸造是一种古老的制造方法，在我国可以追溯到6000年前。
随着工业技术的发展，铸大型铸件的质量直接影响着产品的质量，因此，铸造在机械制造业中占有重要的地位。
由零件的结构特点，提出多种浇注和分型方案，综合对比分析，选择最为理想的浇注位置及分型面。
制定出详细的铸造工艺方案。
关键字：铸造工艺性；铸造工艺方案；铸造工艺参数；补缩系统；浇注系统铸造工艺种类：铸造工艺可分为重力铸造、压力铸造、砂型铸造、压铸、熔模铸造和消失模铸造。
铸造方法常用的是砂型铸造，其次是特种铸造方法，如：金属型铸造、熔模铸造、石膏型铸造等。
各种特种铸造方法均有其突出的特点和一定的局限性，对铸件结构也各有各自的特殊要求。
重力铸造重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺，也称浇的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造，泥模铸造等；窄义的重力铸造专指金属型浇铸。
压力铸造压力铸造是指金属液在其他外力（不含重力）的作用下注入铸型的工艺。
广义的压力铸造包括压铸机的压力铸造和真空铸造、低压铸造、离心铸造等；窄义的压力铸造专指压铸机的金属型压力铸造，简称压铸。
这几种铸造工艺是目前有色金属铸造中最常用的、也是相对价格最低的。
砂型铸造砂型铸造是一种以砂作为主要造型材料，制作铸型的传统铸造工艺。
砂型一般采用重力铸造，有特殊要求时也可采用低压铸造、离心铸造等工艺。
砂型铸造的适应性很广，小件、大件，简单件、复杂件，单件、大批量都可采用。
砂型铸造用的模具，以前多用木材制作，通称木模。
木模缺点是易变形、易损坏；除单件生产的砂型铸件外，可以使用尺寸精度较高，并且使用寿命较长的铝合金模具或树脂模具。
虽然价格有所提高，但仍比金属型铸造用的模具便宜得多，在小批量及大件生产中，价格优势尤为突出。
金属铸造形成的工艺过程(ppt 45页)
四、挤压铸造
挤压铸造：用铸型的一部分直接挤压金属液，使金属在压力 作用下成形、凝固而获得零件或毛坯的方法；又称液态模锻。
1. 挤压铸造的原理及工艺过程
挤压铸造原理如图所示，铸型中浇入金属液，上型向 下运动挤压金属液而成形。挤压铸造的压力和速度较低， 无涡流飞溅现象，成形时伴有局部塑性变形，铸件致密无 气孔。
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缺点：
(1)依靠自由表面所形成的内孔尺 寸偏差大，而且内表面粗糙，若 需切削加工，必须加大余量； (2)不适于密度偏析大的合金及轻 合金铸件，如铅青铜、铝合金、 镁合金等。 (3) 因需要专用设备的投资，故 不适于单件、小批生产。
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3. 离心铸造应用范围
用离心铸造法生产产量很大的铸件有以下几种： (1) 铁管，世界上每年球墨铸铁管件总产量的近一半是用离心铸造法生产的； (2) 柴油发动机和汽油发动机的气缸套。 (3) 各种类型的铜套。 (4) 双金属钢背铜套、各种合金的轴瓦。 (5) 造纸机滚筒。
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二、 压力铸造
定义：在高压（30～70MPa) 下将液态或半液态合金 快速( 5～100mm/s,t=0.05～0.2s))地压入金属铸型中， 并在压力下凝固，以获得铸件的方法。
压铸机按其工作原理结构形式分为： 冷压式压铸机（有卧式、立式、全立式）压铸机 热压式（有普通热室、卧式热室）压铸机。
环类或成形铸件。
2
3
（2）卧式离心铸造 铸型绕水平轴旋转， 铸件壁厚均匀， 应用广泛，主要用来生产长度较大的套筒及 管类铸件，如铜衬套、铸铁缸套、水管。
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（3）成形件的离心铸造
离心式实型铸造
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2、离心铸造的特点和适用范围
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寻找热节的方法
等温线法 内切圆法
冷铁
同时凝固— 整个铸件几乎同时凝固。
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暗冒口
冒口— 储存补缩用金属液的空 腔。 顺序凝固— 铸件按照一定的次序逐 渐凝固。
热节
冷铁
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§1-3 液态成形内应力、变形与裂纹
一、液态成形内应力
铸型
• 用模样形成铸型的型腔 • 模样可用木材、金属、塑料或其
它材料制造，并具有铸件相应部 分的形状。 • 铸件内部空腔几何形状是通过在 铸型中安放型芯来形成。 • 型芯一般由芯砂制备，比型砂要 求高。
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浇注系统
• 浇注系统是液态金属借以进入型腔的通道。
浇铸系统：造型时必须开出的引导液态金属进 入型腔的通道 浇口杯：减轻金属液流冲击 直浇口：使液态金属产生静压力 横浇口：挡渣及分配金属液进入内浇口 内浇口：控制金属液流入型腔的方向和速度
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型砂和芯砂应该具备的主要性能
• 强度： 液体金属冲击下不变形和毁坏。 塌箱 冲沙 砂眼 • 透气性 • 耐火性 • 退让性： 铸件在在冷凝的时候，砂型可被压缩的能力。退
让性不好，砂型容易产生内应力或开裂。砂型越紧实，退 让性越差，加入木屑可以提高退让性
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铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产 生内应力。
1.机械应力（收缩应力）
合金的线收缩受到铸型、型芯、 浇冒系统的机械阻碍而形成的内应 力。 机械应力是暂时应力。
上型 下型
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2．热应力
热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内铸 件各部分收缩不一致而引起的应力。
b）在一定温度范围内凝固 枝晶产生，扩展 固态和液态共存
第一篇金属的铸造成形工艺wg
（3）浇注温度 一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。 （4）浇注压力 增大浇注压力可以改善金属的流动性。 （5）浇注速率 速率太低，充满型腔前就过早凝固；速率太高，液态金属紊流， 冲击铸型表面，并致使金属氧化物形成，影响铸件表面质量。
相变，释放出大量的热。 • 铸件经充分冷却后被取出，然后进行后续处理。
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金属的浇铸和凝固
充型—— 液态合金填充铸型的过程。 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。
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螺旋形试验测定流动性0.45%C 铸钢：200
浇口杯
出气口
4.3%C 铸铁：1800 铸造成形工艺wg
温度（℃）
浇口杯
出气口
30
0
20
0 10
00
流动性（cm）
80
60
40
20
0
Pb
20
40
60
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冒口
冒口：保证工件质量，起排气、浮渣、补缩作用的部分
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冒口、排气、冷却及清理
• 任何一个具有显著收缩的铸件都需要设置与型腔相连 的冒口。
• 冒口:存储液态金属，补偿金属收缩，防止缩孔产生 应设计在铸件最后凝固部位
• 为了增加透气性，可在铸型上扎微小的透气孔。 • 当温度降低到一定程度时开始凝固，这个过程涉及到
第一篇金属的铸造成形 工艺wg
2020/12/1
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铸造成形
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。
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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。
• 共晶合金
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金属的凝固
• 非共晶合金
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铸件的收缩
• 铸件的收缩 分三个阶段 发生：
• 液体收缩： 凝固前的冷 却过程的收 缩。
• 凝固收缩： 从液体向固 体相变过程
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缩孔与缩松
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得不到补 充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞 。大而集中的称为缩孔，细小而 分散的称为缩松。
铸 件
图
芯盒
型
理
芯砂
芯
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造型材料
• 制造砂型的造型材料包括型砂、芯砂及涂料等。 • 型砂、芯砂：主要由原砂、粘土、有机或无机粘结剂
及水混合而成。 • 必要时加入煤粉、木屑等辅助材料，以利改善砂型的
透气性、容让性及高温浇注时形成的还原气体。 • 原沙：天然沙，石英含量高 • 粘结剂：粘土，颗粒细小。
80 Sb
铸铁流动性好，铸钢比较差：
(1)过热度：浇注温度和凝固开始温度之差，过热度越大，金属 液态保持时间越长，流动越远
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流动性（cm）
温度（℃）
(2)合金化学成分所决定的结晶特点
300 200 100
0 80 60 40 20 0
Pb 20 40 60 80 Sb
a）在恒温下凝固
（6）铸型导热能力 金属型铸造中，金属型导热能力强，合金的流动性降低。 而在砂型铸造中，在加热状态下，合金的流动性将显著增加。
（7）浇注系统的的结构 浇注系统的结构越复杂，流动阻力 越大，充型能力越差。
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金属的凝固
• 纯金属:在恒温下结晶。
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金属的凝固
1)缩孔和缩松的形成
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影响铸件收缩的因素
• 化学成分：随含碳量的增加，凝固收缩增加， 固态收缩略有缩减。
• 浇注温度：浇注温度越高，液态收缩越大。 • 铸件结构与铸型条件
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缩孔和缩松的防止 防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固
次序，使铸件实现“顺序凝固”。
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。
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砂型铸造的工艺过程
型砂
铸
铸
模型
型
落
零
造
件
工
图
艺
熔化 浇注
合 冷却 箱 凝固
砂 、 清
检 验