第2节 金属型铸件的成形特点
金属的铸造成形
1、冷却速度快，组织致密，
2、工艺简单，生产效率高；
3、适于横截面一定的钢材、
铝材和铸铁管等铸件的生产。
离心铸造
特种铸造
消失模铸造：
定义：是指用泡沫塑料聚苯乙烯制成带有浇冒系统的
模型，覆上涂料，用干砂造型，不需取模，直接浇注的铸 造生产方法。
消失模铸造
特种铸造
消失模铸造：
工艺过程：（视频）
生产准备
砂型铸造
技术要求：型（芯）砂具有一定的强度、透气性、退让性
盒溃散性等。 影响因素： 1、造型因素： 主要指砂型
的紧实程度。
（右图表示 了几种常用 的压实型砂 的方法）
生产准备
砂型铸造
2、型砂的影响：
1）原砂、粘结剂和稀释剂的成分配比；
型 砂
原 砂
石 英 砂 铬 铁 矿 砂 锆 英 砂
缩松形成过程示意图
铸件中的缩孔和缩松
铸造成形理论基础
危害：显著降低铸件的机械性能，造成铸件渗漏等。
预
防 措
缩孔： 采用冒口和冷铁实现定向凝固。 缩松：
热节处安放冷铁；涂激冷涂料；加大结晶压力.
施
铸件中的缩孔和缩松
铸造成形理论基础
顺序凝固：是指通过在铸件上可能出现疏松的后大部位
安装冒口或放置冷铁等工 艺措施，使铸件上远离冒 口的部位先凝固（图中
铸造合金的收缩
铸造成形理论基础
分类：
收缩分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
浇注温度
铸 件 温 度 降 低
液态收缩
开始凝固温度
凝固收缩
凝固终止温度
体 积 收 缩 线收缩
固态收缩
金属铸造特点及应用
金属铸造特点及应用金属铸造是通过熔化金属材料，将其倒入铸型中，冷却后得到所需形状的一种制造工艺。
金属铸造具有以下特点：1.灵活性高：金属铸造可以生产各种形状和尺寸的零件和构件，因此具有很高的灵活性。
无论是简单的零件还是复杂的构件，金属铸造都可以胜任。
2.材料广泛：金属铸造涵盖了几乎所有可铸造的金属和合金材料，如铁、铝、镁、铜、锌等。
这使得金属铸造具有广泛的应用领域。
3.成本低：金属铸造设备相对简单，生产效率高，并且可以进行大批量生产，因此成本相对较低。
此外，金属铸造还能够利用废旧金属进行再利用，降低生产成本。
4.性能优异：由于金属铸造是通过熔化金属材料进行成型的，所以成品的性能通常比较好。
金属铸件的强度、硬度、耐热性能等都可以满足各种工程要求。
金属铸造有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：1.汽车工业：金属铸造在汽车工业中应用广泛。
例如，发动机缸体和缸盖、曲轴、曲柄销等都可以通过金属铸造来生产。
金属铸造能够提供较高的成品质量和较低的成本，同时也满足了汽车发动机所需的高强度和耐热性能。
2.航空航天工业：金属铸造在航空航天工业中的应用也非常广泛。
例如，航空发动机的涡轮叶片、涡轮盘等就是通过金属铸造来制造的。
金属铸造能够满足航空发动机对于高温、高强度的要求，同时也能够实现复杂零件的成型。
3.工程机械：金属铸造也在工程机械领域得到了广泛应用。
例如，挖掘机的铲斗、铲刀、履带链等零部件大部分都是通过金属铸造来生产的。
金属铸造能够提供高强度和耐磨损性能，因此非常适合用于工程机械中。
4.家电行业：金属铸造在家电行业中的应用也比较常见。
例如，冰箱的压缩机外壳、洗衣机的滚筒等零部件通常是通过金属铸造来制造的。
金属铸造能够提供复杂形状和高强度，同时还能够满足产品外观的要求。
总之，金属铸造具有灵活性高、材料广泛、成本低和性能优异的特点，因此在各个领域都有广泛的应用。
随着技术的不断进步，金属铸造的应用前景将更加广阔。
7.3金属的铸造性能详解
第一节 铸造成形工艺的特点和分类
优点：
铸造
1】可制造形状复杂的零件； 2】适应性广;工艺灵活性大. 3】原材料广泛； 4】成本低,设备简单，生产周期短。
缺点：
1】生产过程复杂、质量不稳定、废品率高； 2】表面质量、机械性能不高； 3】劳动条件差、劳动强度大
砂型铸造过程:
机械设计人员 铸造技术人员
金属在恒温或很窄的温度范围内结晶， 铸件壁呈逐层凝固方式
缩松的形成条件:
主要出现在呈现糊状凝固方式的合金 （结晶温度范围较宽）中或截面较大的铸 件壁中。
影响缩孔、缩松形成的因素
铸造
1 合金的成分:结晶温度范围越小的合金，产
生缩孔的倾向越大；结晶范围越大的合金， 产生缩松的倾向越大
2 浇注条件:提高浇注温度，合金的总体积收
检验铸件的方法有： 1、外观检验法 2、射线探伤法 3、磁力探伤法 4、超声波反射探伤 5、压力试验法
四、铸件缺陷的修补
修补铸件缺陷常用的方法有： 1、电焊或气焊焊补 2、填腻子修补 3、环氧树脂粘补剂粘补 4、浸渍修补法 5、金属液熔补法
1.铸造内应力产生的的原因主要有哪些? 2.既然提高浇注温度可以提高液态合金的 充型能力,但为什么又要防止浇注温度过高? 3.缩孔缩松产生的原因及防止措施？ 4.常见的铸造缺陷有那些？ 5.如何防止冷裂和热裂的产生？ 6. 防止铸件变形的措施？
铸造
热应力生成原因
主要原因是由于铸件壁厚不均匀、 各部分的冷却速度不同。
铸造
铸造
判断规律：
*最后冷却收缩部位受拉应力，先 冷却收缩部位受压应力。 *铸件形状越复杂，壁厚差越大， 合金固态收缩率越大，则铸件中 的热应力将越大。
机械应力的形成
精确成型技术-第六讲-金属型铸造技术ppt课件
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金属型的浇注系统
➢ 顶注式 ➢ 中间注入式 ➢ 底注式 ➢ 缝隙式
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《材料精确成形技术》 第六讲
金属型铸造技术
金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金 属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。
铸型是用金属制成，可以反复使用多次（几百次 到几千次），故又有永久型铸造之称。
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3. 金属型或金属型芯，在铸件凝固过程中无退 让性，阻碍铸件收缩 。
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金属型铸造工艺特点
➢ 未预热的金属型不能进行浇注。 ➢ 金属型的浇注温度，一般比砂型铸造时高；
浇注速度应做到先慢，后快，再慢。 ➢ 拔芯与铸件出型时间要适当。 ➢ 要使金属型在生产过程中温度变化恒定。 ➢ 需在金属型的工作表面喷刷涂料。
体金属将金属型烫热。
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金属型的冷却方法
1.风冷：即在金属型外围吹风冷却，强化对 流散热。风冷方式的金属型，虽然结构简 单，容易制造，成本低，但冷却效果不十 分理想。
(完整版)第二节常用的铸造方法
第二节常用的铸造方法(五)离心铸造离心铸造是将金属液浇入绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型，在离心力的作用下凝固的铸造方法。
铸件的轴线与旋转铸型的轴线重合。
铸型可用金属型、砂型、陶瓷型、熔模壳型等。
1．离心铸造机离心铸造机是离心铸造所用的设备，按其旋转轴空间位置的不同分为立式、卧式二种。
立式离心铸造机的铸型是绕垂直轴旋转（图2-2-41a）,由于金属液的重力作用,铸件的内表面呈抛物线形,故铸件不易过高,它主要用于铸造高度小于直径的环类、套类及成形铸件。
卧式离心铸造机的铸型是绕水平轴旋转（图2-2-41b），铸件的壁厚较均匀，主要用长度大于直径的管类、套类铸件。
图2-2-41 离心铸造示意图图 2-2-9 离心铸造2．离心铸造的特点和应用与其它铸造方法相比，离心铸造的优点是：（1）优点1）铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好。
2）铸造圆形中空铸件时，不用型芯和浇注系统，简化了工艺过程，降低了金属消耗。
3）提高了金属液的充型能力，改善了充型条件，可用于浇注流动性较差的合金及薄壁铸件。
4）可生产双金属铸件，如钢套内镶铜轴承等，其结合面牢固、耐磨，又可节约贵重金属材料。
5）离心铸造适应性较广，铸造合金的种类几乎不受限制。
既合适于铸造中空件，又可以铸造成形铸件。
中空铸件的内径通常为8～3000mm；铸件长度可达8000mm；质量可由几克至十几吨。
但离心铸造不宜生产易偏析的合金（如铅青铜等），铸件内表面较粗糙，尺寸不易控制。
（2）应用离心铸造主要用于生产各种管、套、环类铸件，如铸铁管、铜套、滑动轴承、缸套、双金属钢背铜套等铸件，也可用于生产齿轮、叶轮、涡轮等成形铸件。
（六）熔模铸造熔模铸造是指在易熔（如蜡料）制成的模样上包覆若干层耐火涂料，待其干燥硬化后熔出模样而制成型壳，型壳经高温培烧后即可浇注的铸造方法。
熔模铸造是精密铸造方法之一。
1．熔模铸造的工艺过程熔模铸造的工艺过程如动画2-2-7所示。
第二章铸造成形讲解
•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。
• 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。
铸件的凝固方式之三
铸造 碳钢 0.35 1610
白口 铸铁 3.00 1400
灰口 铸铁 3.50 1400
液态 收缩 1.6
2.4
3.5
凝固 固态 总收缩 收缩 收缩 （%）
3
7.8 12.46
12~ 4.2 5.4~6.3
12.9 6.9~ 0.1 3.3~4.2 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
1、合金的流动性 2、浇注条件 3、铸型填充能力
充型能力不强，则易产生浇不足（short run） 、 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，便于浇出轮廓清 晰、薄而复杂的铸件。
金属的铸造成型工艺.ppt
低压铸造：
➢ 定义：是指液态金属在低的气体压力作用下从坩埚中
自下而上地充填型腔并凝固而获得铸件的一种铸造方法。
➢ 工艺过程：
低压铸造火车车轮示意图
➢ 特点和应用：
1、充型压力和充型速度易于控制，气孔、夹渣较少； 2、铸型散热快，组织致密，机械性能好； 3、无需冒口设置，金属利用率高； 4、铸件尺寸精度高，表面光洁； 5、适于生产质量要求高的铝镁等有色金属铸件。
第三章 金属的铸造成型工艺
第一节 概述 第二节 铸造的工艺基础 第三节 砂型铸造 第四节 特种铸造
第一节 概 述
金属的成形方法可分为铸造、塑性成形（或称压力加 工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大类。
铸造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其 它工艺方法相比，它具有成本低，工艺灵活性大，适合生 产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。
作用下将熔融金属浇注到铸型中制造铸件的一种铸造方法， 也称永久型铸造。
➢ 工艺过程：
➢ 特点和应用：
1、可重复使用，生产效率高，劳动条件好，但成本高； 2、铸件精度高，表面粗糙度较低； 3、金属散热性能好，晶粒细化，机械性能好； 4、不透气且无退让性，易造成铸件浇不足或开裂。 5、适于生产大批量有色金属铸件。
使之在高压和高速下充填型腔，并在高压下成形结晶而获 得铸件的一种铸造方法。
➢ 工艺过程：
大型压铸机及压铸模
➢ 特点和应用：
1、浇注时间短，易于机械化、自动化作业； 2、铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好； 3、铸件尺寸精度高，表面光洁； 4、凝固速度快，排气困难，易形成疏松和缩孔； 5、模具成本高，铸件尺寸受限； 6、适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产。
连续铸造：
特种铸造简介金属型铸造压力铸造
第四章特种铸造简介第一节金属型铸造通过重力作用进行浇注,将熔融金属浇入金属铸型获得铸件的方法称为金属型铸造。
用金属材料制成的铸型称为金属型。
金属型常用灰铸铁或铸钢制成。
型芯可用砂芯或金属芯,砂芯常用于高熔点合金铸件,金属芯常用于有色金属铸件。
图4.1所示为采用垂直分型方式的金属型。
图4.1垂直分型式金属型1—底座;2—活动半型;3—定位销;4—固定半型与砂型铸造比较,金属型铸造有如下特点:①金属型可以多次使用,浇注次数可达数万次而不损坏,因而可节省造型工时和大量的造型材料。
②金属型加工精确,型腔变形小,型壁光洁,因此,铸件形状准确,尺寸精度高(IT12~IT10),表面粗糙度R a值小(12.5~6.3微米)。
③金属型传热迅速,铸件冷却速度快,因而晶粒细力学性能较好。
④生产率高,无粉尘,劳动条件得到改善。
⑤金属型的设计、制造、使用及维护要求高,制造成本高,生产准备时间较长。
金属型铸造主要应用于非铁合金铸件的大批量生产,其铸件不宜过大,形状不能太复杂,壁不能太薄。
第二节压力铸造使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(简称压铸)。
压力铸造在压铸机上进行。
压铸机主要由压射装置和合型机构组成。
按压铸型是否预热,可分为冷室压铸机和热室压铸机;按压射冲头的位置,又可分为立式和卧式。
生产上以卧式冷室压铸机应用较多。
图4.2所示为卧式冷室压铸机的工作原理图。
图4.2卧式冷室压铸机的工作原理图1—动型;2—定型;3—压射冲头;4—铸件;5—压室定量勺内的熔融金属注入压室后,压射冲头(俗称活塞、柱塞)向左推进,将熔融金属压入闭合的压铸型型腔,稍停片刻,使金属液在压力下凝固,然后向右退回压射冲头,分开压铸型,推杆(图中未画出)顶出压铸件。
压力铸造有如下特点:①可以铸造形状复杂的薄壁铸件。
②铸件质量高,强度和硬度都较砂型或金属型铸件高,尺寸精度可达IT12~IT10,表面粗糙度R a值可达3.2~0.8 微米。
金属型铸造
第三节 金属型的破坏原因
多次交变热应力→微小裂纹（大于疲劳强度极 限）→裂纹扩大→报废
措施：涂料；磨去微小裂纹。
3. 铸铁生长 原因：铸铁金属型时，浇注高温下，铸铁中珠光体
分解，使铸铁体积增大，称为铸铁生长。因为，生长 部位不均匀，则引起应力，加快热疲劳裂纹的扩展。
4. 氧气侵蚀 高温、热疲劳裂纹氧化，使裂纹进一步扩展。
其塑性变形值
1 1(Ts T1)
1 合金在T1与Ts之间的线收缩率。
当1大于铸件本身在温度T1时的塑性变形极限
时，
0
则会产生热裂。
② 冷裂（原因）
随铸件温度下降到再结晶温度以下的某一温度T2， 则合金处在弹性变形状态，金属型腔或型芯的阻碍收
缩可能在铸件中产生内应力，其值为：
9
第一节 金属型铸件的成形特点
16
第三节 金属型的破坏原因
5. 金属液的冲刷 过程：高温下，金属型强度降低，液体金属的侵蚀的表
面会与铸件粘在一起，取件时破坏金属型表面。压铸时更 明显。措施： 选用适当涂料，合理设计浇注系统。
6. 铸件的摩擦 过程：浇注系统、型芯等处，包紧力引起的摩擦力较大，
易磨损金属型。压铸时，这种破坏较突出。 措施：选择合适涂料，控制好铸型各处工作温度，及时
第三节 金属型的破坏原因
金属型的破坏原因▲
1. 应力的叠加 铸铁件中常有铸造应力，如采用铸铁作为制型材
料，则铸型应经消除应力的充分退火处理。否则铸造 内应力与热应力叠加，易使铸型破坏（出现裂纹）。
2. 热疲劳应力 原因：每浇注一个铸件，金属型型壁就会经受一次
加热和冷却过程，型壁内表面就经受一次交变应力的 作用（加热时为压应力，冷却时为拉应力）。
机械制造基础(金属工艺学) 第二章 铸造
第2章 铸造
01 铸造工艺基础 02 合金铸件的生产工艺 03 砂型铸造 04 特种铸造 05 铸件结构设计
第2章 铸造
铸造工艺特点 1）适合制造形状复杂的毛坯
第2章 铸造
铸造工艺特点 2）毛坯大小不受限制
第2章 铸造
铸造工艺特点 3）材料不受限制（能熔化的金属） 4）生产成本低（原材料来源广泛） 5）应用广泛（历史最久的金属成型方法，40%~80%）
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—浇注位置 1）铸件的重要加工面应朝下或位于侧面
2.3 砂型铸造
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—浇注位置 2）铸件宽大平面应朝下
2.3 砂型铸造
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—浇注位置 3）面积较大的薄壁部分应置于铸型下部
2.3 砂型铸造
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—分型面 分型面：铸型组元之间的结合面或分界面。 分型面影响： 1）铸件质量； 2）生产工序的难易； 3）切削加工的工作量。
2.2.1 铸铁件生产 2）球墨铸铁 由于石墨成球状，它对基体的缩减和割裂作用减至最低限度，球墨
铸铁具有比灰铸铁高的多的力学性能，塑韧性大大提高。
2.2 合金铸件的生产工艺
2.2.1 铸铁件生产 2）球墨铸铁
球墨铸铁的牌号、 性能及用途 QTXXX-X
2.2 合金铸件的生产工艺
2.2.1 铸铁件生产 3）可锻铸铁 将白口铸铁件经长时间的高温石墨化退火，使白口铸铁中的渗碳体
04 特种铸造 05 铸件结构设计
2.3 砂型铸造
铸造工艺
砂型铸造
特种铸造
手工造型 机器造型 金属型铸造 熔模铸造
压力铸造 低压铸造
陶瓷型铸造 离心铸造
2.3 砂型铸造
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q
3
x3
(T1 T2 )
式中q 比热流
时间
通过调节中间层的热阻（如改变涂料层的成分或厚度）， 可控制铸件的凝固速度。
第二节 金属型铸件的成形特点 一 由金属材料的导热性能所引起的铸件成型特点
涂料层的成分及厚度 与比热流的关系 1－硅藻土涂料 2－锆英粉涂料 3－石墨粉涂料
涂料导热性越大， 其厚度对传热速度的影响越明显
金属型铸造时传热系统的温度分布特点 x1－铸件壁厚的一半 x2－金属型壁厚 x3－涂料层厚度 T0－铸件中心温度 T1－铸件表面温度 T2－铸件内表面温度 T3－铸型外表面温度 金属型铸造的传热过程主要 取决于中间层的传热过程
第二节 金属型铸件的成形特点
金属型铸件的成型特点 根据傅里叶定律，通过中间层的比热流可用下式表示：
第二节 金属型铸件的成形特点
增加金属型的壁厚，可 提高铸件的凝固速度。 但是，当型壁增加到某 一厚度后，对凝固速度 的影响就逐渐减弱，甚 至消失。
铸件的凝固时间与金属型壁厚的关系 1－平板铸件（300×300×30mm） 2－圆柱形铸件（Φ 68×250mm)
第二节 金属型铸件的成形特点
铸型壁厚对铸件壁厚 的相对厚度越小， 通过铸型外表面散出 热量所占比例越大。 铸型外表面散失热量的相对值 与x2/x1之间的关系 1－铸铁 2－铸钢
E 合金在T弹至T2时的弹性模数； a2 合金在T弹至T2时的线性收缩； T弹 合金进入弹性状态时的 温度； T2 铸件冷却至某一时刻的 温度。
第二节 金属型铸件的成形特拔取型芯和自铸型中取出铸件； 对严重阻碍铸件收缩的孔腔改用砂芯； 增大金属型的铸造斜度和涂料层的厚度，在涂料 中加入可减少摩擦系数的成分等。
第二节 金属型铸件的成形特点
与砂型铸造比较，金属型铸造时，铸件的成 形特点为 （1）金属材料的导热性比砂型材料的大； （2）金属型材料没有透气性； （3）金属型材料没有退让性
第二节 金属型铸件的成形特点
一 由金属材料的导热性能所引起的铸件成型特点
金属和涂料原材料的导热系数
第二节 金属型铸件的成形特点
第二节 金属型铸件的成形特点
不同材料的铸件在不同铸型中的凝固时间
第二节 金属型铸件的成形特点 二 由金属型材料无退让性所引起的铸件凝固收缩特点
若铸件收缩温度在该合金的再结晶温度以上，则合金 处于塑性状态。于是金属型阻碍铸件的自由收缩而使 铸件产生塑性变形，这一变形值 塑 的大小为
塑 a1 (T缩 T1 )
第二节 金属型铸件的成形特点
综上所述，影响金属型铸件的凝固速度的因素主要有 三个方面： 1.铸件材质 2.涂料层 3.铸型 金属型对铸件凝固速度的影响，主要与金属型材料 的热物理性能（如导热系数、比热容、重度、蓄热 系数）、金属型的壁厚及金属型的冷却条件等有关。 铸型的壁越厚，铸型的蓄热能力越强，铸件的凝固速 度越快。 对金属型外表面上的强制冷却措施，如吹风冷却、水 冷却等，都可加强金属型的散热效果，提高铸件的凝 固速度。
第二节 金属型铸件的成形特点
三 由金属型材料无透气型所引起的铸件成型特点
因气阻而造成铸件浇不足的示意图 采取措施： 建立金属型的排气系统； 尽可能消除产生气体的根源
铸件表层的针孔 1－针孔 2－铸件
a1 合金在T缩至T1温度范围内的线收缩率 ； T缩 合金开始线收缩的温度 ； T1 凝固至某一时刻铸件的 温度。
第二节 金属型铸件的成形特点
当铸件温度降低至合金的再结晶温度以下时，合金处 于弹性状态。金属铸型或型芯的阻碍收缩就可能在铸 件中产生内应力σ ，其值为
Ea2 (T弹 T2 )