铸造种类和特点

/index.php?ed ition-view-1795-0#3重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺，也称浇铸。

广义的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造、消失模铸造，泥模铸造等；窄义的重力铸造专指金属型浇铸。

学习目标1）了解铸造的分类、特点、应用。

2）理解合金的铸造性能及对铸件质量的影响，常用铸造合金的铸造性能。

3）了解砂型铸造的工艺过程及工艺要点（分型面、浇注位置、工艺参数等的正确选择），会画简单铸件的铸造工艺简图。

4）了解其他常用特种铸造方法的特点及应用、铸造技术发展趋势。

5）初步具备合理选择典型铸件的铸造方法、分析铸件结构工艺性，具有铸件质量与成本分析的初步能力。

铸造是毛坯或零件成形的主要方法之一。

本章主要介绍铸造成形的基础理论知识；砂型铸造与常用特种铸造工艺方法、特点、应用；铸造工艺设计要点、铸件的结构等内容。

铸件第一节铸造基本知识回目录一、概述【铸造】是指将熔化后的金属液浇入铸型中，待凝固、冷却后获得具有一定形状和性能铸件的成形方法。

铸造具有如下特点：（1）对铸件形状和尺寸的适应性强。

它可以生产各种形状、各种尺寸的毛坯，特别适宜制造具有复杂内腔的零件。

铸件的尺寸可小至几毫米，大至几十米；质量（重量）从几克至数百吨。

（2）对材料的适应性强。

可适应大多数金属材料的成形，对不宜锻压和焊接的材料，铸造具有独特的优点。

（3）铸件成本低。

这是由于铸造原材料来源丰富，铸件的形状接近于零件，可减少切削加工量，从而降低铸造成本。

因此铸造是毛坯生产最主要的方法之一，如按重量计，机床中 60%～80%、汽车中50%～60%采用铸件。

但由于铸造工艺环节多，易产生多种铸造缺陷，且一般铸件的晶粒粗，力学性能不如锻件。

因此铸件一般不适宜制作受力复杂和受力大的重要零件，而主要用于受力不大或受简单静载荷（特别适合于受压应力）的零件，如箱体、床身、支架、机座等。

铸造分为砂型铸造和特种铸造两大类。

砂型铸造是以型砂为主要造型材料制备铸型的铸造工艺方法，它具有适应性广、生产准备简单、成本低廉等优点，是应用最广的铸造方法；特种铸造是除砂型铸造以外其它铸造方法的总称，常用的特种铸造方法有金属型铸造、压力铸造、熔模铸造、离心铸造、实型铸造等。

特种铸造一般具有铸件质量好或生产率高等优点，具有很大的发展潜力。

二、金属的铸造性能【金属的铸造性能】是指铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力，是材料的一项重要工艺性能。

铸造性能通常用金属液的流动性、收缩率等衡量。

1．流动性【流动性】是指金属液本身的流动能力，流动性好坏影响到金属液的充型能力。

（1）流动性对铸件质量的影响流动性好的金属，浇注时金属液容易充满铸型的型腔，能获得轮廓清晰、尺寸精确、薄而形状复杂的铸件；还有利于金属液中夹杂物和气体的上浮排除。

相反，金属的流动性差，则铸件易出现冷隔、浇不到、气孔、夹渣等缺陷。

下图为冷隔。

冷隔（2）常用金属的流动性金属的流动性可用螺旋线长度来测定，下图为螺旋形试样。

将金属液浇注入螺旋形铸型中，在相同的铸造条件下，获得的螺旋线越长，表明金属液的流动性越好。

表为常用合金的流动性。

螺旋形试样常用合金的流动性铸造合金铸型材料浇注温度（℃）螺旋线长度（mm）灰铸铁w (C+Si) =6.2%w (C+Si) =5.2%w (C+Si) =4.2%砂型砂型砂型13001300130018001000600硅黄铜砂型1100 1000 铝硅合金金属型700 750 锡青铜砂型1040 420铸钢：w C =0.4%砂型砂型16001640100200（3）影响流动性的因素1）合金的种类与化学成分不同种类的合金具有不同的流动性，根据流动性试验测得的螺旋线长度，常用铸造合金中，灰铸铁的流动性较好，而铸钢的流动性较差。

同类合金中，化学成分不同，合金的结晶特点不同，其流动性也不一样。

一般合金的结晶是在一个温度区间内完成，结晶时先形成的初晶会阻碍金属液的流动；而共晶合金是在恒温下结晶，无初晶形成，对金属液的阻力较小，另外共晶合金的熔点低，在同样的浇注温度下，共晶合金结晶前有足够的时间充满铸型的型腔，所以共晶合金的铸造性能优良。

合金的成分越远离共晶点，结晶温度范围越宽，其流动性越差。

因此在满足使用性能的前提下，铸造合金应尽量选用共晶合金或接近共晶成分的合金。

2）浇注工艺条件提高浇注温度可改善金属的流动性。

浇注温度越高，金属保持液态的时间越长，其粘度也越小，所以流动性也就越好。

因此适当提高浇注温度是改善流动性的工艺措施之一。

另外铸型材料的导热性、铸型内腔的形状和尺寸等因素对流动性也有影响。

2．收缩率【收缩】是铸造合金从液态凝固和冷却至室温过程中产生的体积和尺寸的缩减。

包括液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个阶段。

【液态收缩】是金属液由于温度的降低而发生的体积缩减。

【凝固收缩】是金属液凝固（液态转变为固态）阶段的体积缩减。

液态收缩和凝固收缩表现为合金体积的缩减，通常称为“体收缩”。

【固态收缩】是金属在固态下由于温度的降低而发生的体积缩减，固态收缩虽然也导致体积的缩减，但通常用铸件的尺寸缩减量来表示，故称为“线收缩”。

合金收缩的三个阶段（1）收缩对铸件质量的影响液态收缩和凝固收缩若得不至到补足，会使铸件产生缩孔和缩松缺陷；固态收缩若受到阻碍会产生铸造内应力，导致铸件变形开裂。

1）缩孔与缩松【缩孔】是由于金属的液态收缩和凝固收缩部分得不到补足时，在铸件的最后凝固处出现的较大的集中孔洞，见下图。

【缩松】是分散在铸件内的细小的缩孔。

缩孔的形成过程缩孔和缩松都使铸件的力学性能下降，缩松还使铸件在气密性试验和水压试验时出现渗漏现象。

生产中可通过在铸件的厚壁处设置冒口的工艺措施，使缩孔转移至最后凝固的冒口处，从而获得完整的铸件，如下图所示，冒口是多余部分，切除后便获得完整、致密的铸件；也可以通过合理地设计铸件结构，避免铸件局部金属积聚，来预防缩孔的产生。

阀体的冒口补缩2）变形与开裂铸件凝固后继续冷却过程中，若固态收缩受到阻碍就产生铸造内应力，当内应力达到一定数值，铸件便产生变形甚至开裂。

铸造内应力主要包括收缩时的机械应力和热应力二种，机械应力是铸型、型芯等外力的阻碍收缩引起的内应力；热应力是铸件在冷却和凝固过程中，由于不同部位的不均衡收缩引起的内应力。

生产中为减小铸造内应力，经常从改进铸件的结构和优化铸造工艺入手，如铸件的壁厚应均匀，或合理地设置冷铁等工艺措施，使铸件各部位冷却均匀，同时凝固，从而减小热应力；铸件的结构尽量简单、对称，这样可减小金属的收缩受阻，从而减小机械应力。

（2）影响收缩率的因素1）合金的种类和成分合金的种类和成分不同，其收缩率不同，铁碳合金中灰铸铁的收缩率小，铸钢的收缩率大。

下表为常用铸造合金的线收缩率。

常用铸造合金的线收缩率(%)合金种类灰铸铁球墨铸铁铸钢铝硅合金普通黄铜锡青铜自由收缩0.7~1.0 1.0 1.6~2.3 1.0~1.2 1.8~2.0 1.4受阻收缩0.5~0.9 0.8 1.3~2.0 0.8~1.0 1.5~1.7 1.2注：金属的体收缩约等于线收缩的 3倍。

2）工艺条件金属的浇注温度对收缩率有影响，浇注温度越高，液态收缩越大；铸件的结构和铸型材料对收缩也有影响，型腔形状越复杂、铸型材料的退让性越差，对收缩的阻碍越大，当铸件结构设计不合理，铸型材料的退让性不良时，铸件会因收缩受阻而产生铸造应力，容易产生裂纹。

第二节砂型铸造回目录砂型铸造是在砂型中生产铸件的铸造方法。

由于其造型材料来源广泛，成本低廉，是最常用的铸造方法，目前我国砂型铸件约占铸件产量的 80%。

砂型铸造造型生产线砂型铸造工艺过程如下图所示。

主要包括以下几个工序：模样与芯盒准备、型砂与芯砂配制——造型、造芯——熔炼、浇注——落砂、清理——检验入库。

砂型铸造生产工艺流程(点击动画)一、模样和芯盒模样和芯盒是用来造型和造芯的基本工艺装备。

如图所示模样用于形成铸型的型腔，它和铸件的外形相适应；芯盒用于制造芯（芯子），其内腔与芯子的形状和尺寸相适应。

在单件或小批生产时，模样和芯盒可用木材制作，大批、大量生产时，可用铝合金、塑料等材料来制作。

模样芯盒芯子二、造型材料造型材料是指用于制造砂型（芯）的材料，主要包括型砂和芯砂。

型砂主要由原砂、粘结剂、附加物、水、旧砂按比例混合而成。

根据型砂中采用粘结剂种类的不同，型砂可分为粘土砂、树脂砂、水玻璃砂、油砂等。

型砂与芯砂应具备如下性能：①足够的强度；②较高的耐火性；③良好的透气性；④较好的退让性。

三、造型与造芯1．造型【砂型】铸型用于形成铸件的外形等，用型砂制成的铸型称为砂型。

根据生产性质不同 ,造型方法可分别采用手工造型或机器造型。

(1) 手工造型【手工造型】是全部用手工或手动工具完成的造型工序。

根据铸件的形状特点，可采用整体模造型、分块模造型、挖砂造型、活块造型、三箱造型、刮板造型等。

下表为几种手工造型方法的特点及应用。

造型方法简图主要特点应用整体模造型模样为整体，分型面为平面，型腔在同一砂箱中，不会产生错型缺陷，操作简单最大截面在端部且为一平面的铸件，应用较广分模造型模样在最大截面处分开，型腔位于上、下型中，操作较简单最大截面在中部的铸件，常用于回转体类等铸件挖砂造型整体模样，分型面为一曲面，需挖去阻碍起模的型砂才能取出模样，对工人的操作技能要求高，生产率低适宜中小型、分型面不平的铸件单件、小批生产活块造型将妨碍起模的部分做成活动的，取出模样主体部分后，再小心将活块取出，造型费工时用于单件小批生产，带有凸起部分的，难以起模的铸件刮板造型刮板形状和铸件截面相适应，代替实体模样，可省去制模的工序，操作要求高单件小批生产，大、中型轮类、管类铸件三箱造型用上、中、下三个砂箱，有两个分型面，铸件的中间截面小，用两个砂箱时取不出模样，必须分模，中箱高度有一定要求，操作复杂单件小批生产，适合于中间截面小，两端截面大的铸件(2) 机器造型【机器造型】是用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。

主要用于成批大量生产。

按紧砂方式不同，常用的造型机有震压造型、微震压实造型、高压造型、抛砂造型、射砂造型、气流冲击造型等。

其中以震压式造型机最为常用，震压式造型机适合于中、小型铸型，主要优点是结构简单、价格低，但噪音大、生产率不够高、铸型的紧实度不高。

震压造型示意图下图为多触头高压造型工作原理。

当压实活塞向上移动时，触头将型砂压实，触头自身可在多触头箱体相互联通的油腔内浮动，可适应不同形状的模样。

使整个砂箱的紧实度均匀。

高压造型型砂的紧实度、铸件的精度和表面质量都比较高，噪音小，生产率高；但结构较复杂、造价高，适用于各种形状中小型铸件的大批量生产。

多触头高压造型2．造芯芯的主要作用是形成铸件的内腔或局部外形。