铸造工艺基础
铸造、热处理、锻造工艺基础
5.2锻造比 • 锻造比是锻造时金属变形程度的一种表示方法。 锻造比以金属变形前后的横 断面积的比值来表示。不同的锻造工序，锻造比的计算方法各不相同。 • 1、拔长时，锻造比为y=F0/F1或y=L1/L0 • 式中F0,L0—拔长前钢锭或钢坯的横断面积和长度； • F1 ,L1—拔长后钢锭或钢坯的横截面积和长度。 • 2、镦粗时的锻造比，也称镦粗比或压缩比，其值为 • y=F1/F0或y=H0/H1 • F0, H0—镦粗前钢锭或钢坯的横截面积和高度； • F1, H1—镦粗后钢锭或钢坯的横截面积和高度。
三箱造型浇注位置和分型面
5/
2.3浇注位置选择原则
（1）铸件的重要加工面应朝下或侧立。因铸件的上表面容易产生砂眼、气孔、 夹渣等缺陷，组织也不如下表面致密； （2）铸件的大平面应朝下。大平面朝上容易产生夹砂缺陷 （3）为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷，应将面积较大的薄壁部分 置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜的位置； （4）对于容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在铸型的上部或侧面，以便 在铸件厚壁处直接安置冒口,使之实现自下而上的定向凝固。
两组数 铸铁选用
13/
4.1 PROCAST仿真简介 • Procast是为评价和优化铸造工艺与铸造产品而开发的专业CAE软件 • Procast是所有铸造模拟软件中集成化程度最高的 • 配备了功能强大的数据接口和自动网格划分工具 • 全部模块化设计，适合任何铸造过程的模拟 • 采用有限元技术，是目前唯一能对铸造凝固过程进行热——流动——应力完
24/
5.4锻造术语 • 锻件重量：锻件毛坯的实际重量 • 飞边重量：锻造过程中外轮廓分模面处多余的材料 • 料芯重量：锻造过程中内孔多余的材料 • 火耗重量： 锻件在锻打过程中的热损耗 • 下料重量（切料重量）：锻打一件锻件所需要的钢坯重量 • 材料消耗定额：锻打一件锻件所需要的钢材消耗总重量
机械制造基础-铸造
课程性质性质：机械制造基础(金属工艺学)是一门有关制造金属零件常用的加工及工艺方法的综合性技术基础课。
加工方法●铸造●压力加工●焊接●热处理 ●切削加工 用材（金属及合金）●钢材、锻件、铸件等。
热加工工艺毛坯金属材料冷加工工艺零件金属材料或毛坯改善金属材料或毛坯的加工性能和力学性能课程主要内容金属材料导论(工程材料)铸造金属压力加工焊接切削加工金属材料导论铸造压力加工焊接切削加工汽车生产物流示意图压力加工油漆车身装配内部装饰驱动桥装配变速箱装配轮胎装配底盘装配 车身安装 最后试验发动机装配发动机试验机械加工热处理锻造熔化造型浇铸压铸油漆机械加工自动线热处理第二篇 铸造定义：●将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸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（成形）方法，称为铸造，是生产金属零件和毛坯的主要形式之一。
铸造的特点性材料材质：不限，特别是脆结构：复杂外形、内腔～壁厚：尺寸：几毫米～十几米重量：几克～几百吨m mm 12.02．铸件成本低原材料：来源广、价格低、投资少、易生产铸件：机械加工量相对较小，成本低缺点: 1．废品率较高，生产过程难以控制；2．铸件力学性能较差；3．砂型铸造铸件精度较差。
优点：1．具有较强的适应性与其他零件成形工艺相比，铸造成形具有生产成本低，工艺灵活性大，不受零件尺寸大小及形状结构复杂程度限制等特点。
铸造不仅是生产毛坯的基本方法，而且用精密铸造还可制得精度高和表面粗糙度低的零件。
第一章铸造工艺基础（一）合金的铸造性能合金的铸造性能是合金铸造成型所表现的工艺性能，主要包括流动性、收缩性等。
合金的铸造性能是选择铸造合金、确定铸造工艺方案及进行铸件结构设计的依据，合金铸造性能的好坏，直接影响铸件质量。
充型能力液态金属充满铸型，获得尺寸精确、轮廓清晰的铸件，取决于充型能力。
在液态合金充型过程中，一般伴随着结晶现象，若充型能力不足，在型腔被填满之前，形成的晶粒将充型的通道堵塞，金属液被迫停止流动，铸件将产生浇不足或冷隔等缺陷。
铸造成型工艺
第7章铸造成型工艺⏹⏹⏹⏹⏹金属成型方法概述铸造、塑性成形（或称压力加工）、切削加工、焊接和粉末冶金五大类。
1、铸造的概念2、铸造的分类3、铸造的特点4、铸造的应用。
手工(紧实)造型造型时填砂抛砂（紧实）造型震压（紧实）造型机器造型型芯撑及其应用大型铸件的型芯铸造生产线上浇注浇注现场§7-1 铸造工艺基础❑定义：❑铸造的基本过程：液态金属充型铸件凝固收缩实质：主要影响因素冷却速度凝固方式凝固收缩充型条件浇注条件金属的流动性充型铸造主要影响因素阶段⏹⏹金属的流动性：改善金属的流动性加快凝固中液体的补缩排除内部夹杂物和气体形成薄壁复杂的铸件有利于金属流动性测试实验⏹合金的流动性是液态金属能否充满铸型，获得外形完整、尺寸准确、轮廓清晰的铸件的基本条件⏹⏹浇注条件：1. 浇注温度高温出炉，低温浇注”2.充型压力：P 充型↑V 流动↑充型能力↑铸型的充填条件◆铸型材料◆铸型温度◆铸型中的气体◆铸件结构二、凝固收缩☐☐铸件的“凝固方式”就是依据凝固区的宽窄来划分的逐层凝固糊状凝固中间凝固⏹⏹⏹2.铸件的收缩：定义：分类：浇注温度室温凝固终止温度开始凝固温度液态收缩凝固收缩固态收缩体积收缩线收缩收缩率：⏹液态收缩和凝固收缩体收缩率⏹固态收缩线收缩率1010注意： 3.3～4.20.13.614003.50灰口铸铁5.4～6.34.22.414003.00白口铸铁7.863.01.616100.35碳钢固态收缩（％）凝固收缩（％）液态收缩（％）浇注温度（℃）碳含量（％）合金种类影响因素◆化学成分◆浇注温度◆铸件结构三、铸造缺陷1. 缩孔与缩松：缩孔：产生原因：产生原因：后形成了形状不一的分散性孔洞即缩松。
危害：防止措施：（图中Ⅰ）（图中Ⅱ、Ⅲ）顺序凝固：内置冷铁法外置冷铁法设置冒口法冒口、冷铁共用法2. 铸造应力：铸造应力相变应力热应力机械应力铸件收缩受阻铸件因V 冷却、温度不同，各部位收缩不一致产生铸件组织发生相变时，因温度差异出现体积变化不一致铸造应力：减少和消除铸造应力的方法3. 变形与裂纹：⏹⏹⏹铸件特殊位置的裂纹示意图裂纹的常见部位：裂纹和变形的防止：冷隔浇不足 4.其它铸造缺陷：鼓泡渗漏§7-2 砂型铸造工艺砂型铸造是指用砂粒制备铸型来生产铸件的铸造方砂型铸造概略图应用最普遍，工艺准备造型落砂合箱浇注造芯清理检验熔炼金属配砂、制模砂型铸造（一）造型材料型砂和芯砂透气性可塑性耐火性足够的强度退让性一、造型与造芯（二）模样与芯盒木材（三）造型1、手工造型整模造型挖砂造型三箱造型活块造型刮板造型假箱造型分模造型整模造型。
铸造基础知识
热应力的形成过程：金属在不同温度的两种力学状态 塑性状态：应力使金属产生塑性变形而应力消失 弹性状态：应力使金属产生弹性变形而保持应力 临界温度T临：金属塑性、弹性状态的转变温度 钢和铸铁 620℃～650 ℃
顺序凝固的优点：
可有效地防止缩孔和缩松。
缺点：
1、耗费许多合金。 2、增加造型工时，加大了
铸件成本。
3、顺序凝固扩大了铸件各 部分的温度差，热应力大， 促进了铸件产生应力、变 形和裂纹倾向。
三、铸造应力、变形和裂纹
1、铸造应力
铸件凝固后，固态收缩，受到阻碍，内部产生应力。 应力大于屈服强度——变形； 应力大于抗拉强度——裂纹。 类型：热应力、收缩应力（机械应力）。
2、可以用各种金属，如铸铁、钢、非铁金属、难熔合金铸造铸件。 3、可以生产重量从几克到几百吨，壁厚从不到一毫米到几百毫米的
铸件，如气缸体、气缸、曲轴、减速箱体、活塞等。 铸型：砂型或金属型和砂芯或金属芯组成的成形工具。 铸型质量影响铸件尺寸精度、表面粗糙度和力学性能。 按铸型和浇注方式不同分砂型铸造和特种铸造。 铸件通常作为毛坯，经切削加工后成为零件才能使用，但有时也可作
度越低越好。 流动压力越大，流动速度越快，充型能力越好。
三、铸型条件（铸型导热能力、铸型流动阻力）
铸型导热能力差，散热慢，则合金保持在液态的时间长，充型 能力好。砂型比金属型好
加高直浇口、扩大浇口截面积、安置出气口，则可提高液态合 金的充型能力。
此外，零件壁厚小、复杂程度高充型能力降低。
§1-2 铸件的凝固
一、铸件的凝固
铸型中的合金从液态转变为固态的过程，称为铸件的凝固， 或称结晶。
铸造篇
第四节 铸件中的气孔
一.析出性气孔: 见教材P47图2-12 高温液态吸收的气体凝固时溶解度降低，又来不及 排出，形成“针孔”。 防止：1.对金属液进行“除气处理”. 2.清除炉料中的油污和水分. 3.烘干浇注用具. 4.降低铸型含水量.
浸入性气孔: 二.浸入性气孔 浸入性气孔 砂型和型芯在浇注时产生的气体聚集在型腔内表层浸 入金属液内形成，多出现在铸件局部的上表面，尺寸 较大，呈椭圆形或梨形，孔内表面被氧化。 防止：1.提高型砂透气性. 2.减少型芯发气性. 反应性气孔： 三.反应性气孔： 反应性气孔 由高温金属液与铸型材料、冷铁、熔渣之间发生化学 反应产生的气体留在铸件内形成气孔。 防止：1.皮下气孔——见教材P48图2－13a. 降低砂型的 含水量。 2.冷铁气孔——见教材P48图2－13b. 清理冷铁表 面油污和铁锈。
震压式造型机
微震压实式造型机
3）射压造型机： 射砂—压实 见教材P65图2—25 垂直分型 无箱造型 优点：与配砂、浇注、落砂构成一个完整的 自动生产线，生产率高达240—300箱/h 缺点：垂直分型，下芯困难，对模具精度要 求高。 应用：大批量生产小型简单件。 4）射芯机： 见教材P66图2—27， 填砂与紧砂同时完成，生产率很高，既可用 于造芯，又可用于造型。 如热芯盒射芯机，冷芯盒射芯机，（采用特 种粘结剂）
二．机器造型： 机器造型： 1.优缺点： 1)优点： ①生产率高 ②劳动条件好 ③铸件尺寸精确、表面光洁、加工余量小. ④生产成本低(因批量大). 2)缺点： 设备、模板、专用砂箱投资大，一般情况下，造型 机、造芯机、机械化砂处理设备、浇注和落砂等工 序需共同组成流水线。 2.应用：目前已广泛应用于中、大批量的铸件生产. 3.机器造型（造芯）的基本原理： 见教材P57图2—24顶杆起模式震压造型机的工作过程。
电子课件——机械制造工艺基础(第七版) 1第一章 铸造
1 §1—1 概述 2 §1—2 砂型铸造 3 §1—3 特种铸造及铸造新技术
第一章 铸造
§1—1 铸造基础
一、 铸造及其分类
将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型 腔中，凝固后获得具有一定形状、尺寸 和性能的毛坯或零件
砂型铸造
铸 造
特种铸造
熔模铸造 金属型铸造 压力铸造 离心铸造
§第1一—章1 铸铸造造基础
整模两箱造型
§第1—一2章 砂型铸铸造造
模样分成两 部分，分别 制造上型和 下型，型腔 则位于上型 和下型之间
分模两箱造型
§第1—一2章 砂型铸铸造造
2）脱箱造型 在可脱砂箱内造型，合型后浇注前脱去砂箱
§第1—一2章 砂型铸铸造造
3）挖沙造型 下型分型面挖成不平分型面（曲面、非平面）
§第1—一2章 砂型铸铸造造
气动微振压实造型机紧砂
§第1—一2章 砂型铸铸造造
3．造芯
制造型芯的过程称为造芯
手工造芯 机器造芯
芯盒造芯
§第1—一2章 砂型铸铸造造
4．合型
又称合箱，是将铸型的各个组元 组合成一个完整铸型的操作过程
5．熔炼
熔炼是使金属由固态转变为熔融状态的过程
§第1—一2章 砂型铸铸造造
6．浇注
（1）浇注工具
4．铸造圆角
相邻两表面的过渡圆角
§第1—一2章 砂型铸铸造造
5．芯头
在模样上：芯头是模样的凸出部分 在型芯上：芯头是型芯的外伸部分
§第1—一2章 砂型铸铸造造
6．浇注系统
（1）外浇口 （2）直浇道 （3）横浇道 （4）内浇道
7．冒口
§第1—一2章 砂型铸铸造造
三、砂型铸造的工艺过程
1．混砂
铸造加工的基础知识
铸造加工的基础知识铸造加工是利用熔化的金属或非金属材料，通过一定的工艺制造出各种形状的零部件的加工方式。
它可以生产高精度、复杂度高、尺寸大的工件，广泛应用于机械、电子、冶金、航空、船舶等行业。
铸造加工是一个综合性很强的领域，涵盖了物理、化学、材料学、机械学等多方面的知识。
下面，本文将分别从材料、工艺、设备、检测等几方面来介绍铸造加工的基础知识。
一、材料铸造加工的材料通常是金属或非金属材料。
金属材料主要包括铁、钢、铜、铝、锌、锡等，其中铁和钢是应用最广泛的材料。
不同的材料具有不同的特性，选择合适的材料是保证零部件质量的重要前提。
同时，铸造加工的材料需要满足低熔点、流动性好、易于得到等特点。
二、工艺铸造加工的工艺包括模具制造、熔炼、浇注、凝固、清理等过程。
其中模具制造是铸造加工的一个重要环节，模具的设计和制造要根据零部件的形状和尺寸来合理设置。
铸造加工的熔炼工艺需要注意炉温控制、熔化时间和浇注温度等因素，以确保金属液相组织均匀，同时，需要加入一定的熔剂来促进金属液相的流动。
浇注过程需要注意金属液态的流动和时间，以保证零部件的质量。
凝固过程决定了零部件的物理和化学性质，控制凝固过程可以得到各种不同性质的零部件。
最后，对于浇注后的零部件，需要进行清理工艺，如切断、去毛刺、打磨等。
三、设备铸造加工需要的设备包括熔炉、模具、浇注机、清理设备和热处理设备等。
熔炉是将金属熔化的设备，通常分为电炉、轧制炉和多向炉等。
模具是零部件铸造加工的基础，包括砂型、金属型、陶瓷型等，根据不同的生产需要选择合适的模具。
浇注机是将金属液态浇注到模具中的设备，主要有手动浇注、重力浇注、压铸机等。
清理设备是通过切割、去毛刺、去气孔等工艺对铸件进行清洁的设备。
热处理设备是赋予零部件所需的机械性能、物理性能和化学性能的设备，常用的设备有加热炉、振动设备、真空热处理等。
四、检测铸造加工的检测是保证零部件质量的重要手段。
常用的检测方法包括金相检测、物理性能测试、化学成分分析、尺寸测量等。
铝合金铸造基础知识
5 、铝硅合金中其它元素的作用：
镁：可提高强度和屈服极限，提高了合金的切削加工性。 锌：锌在铝合金中能提高流动性，增加热脆性，降低耐蚀性，故应控制锌的含 量在规定范围中。 铁：铁以FeAl3、Fe2Al7和Al－Si－ Fe的片状或针状组织存在于合金中，降低 机械性能，这种组织还会使合金的流动 性减低，热裂性增大，但由于铝合金对模具 的粘附作用十分强烈，当铁含量在 0.6％以下时尤为强烈。当超过0.6％后，粘模现 象便大为减轻，故含铁量一般应控制在0.6～1％范围内对压铸是有好处的，但最高 不能超过1.5％。 锰：锰在铝合金中能减少铁的有害影响，能使铝合金中由铁形成的片状或针状 组织变为细密的晶体组织，故一般铝合金允许有0.5％以下的锰存在。含锰量过高时， 会引起偏析。 镍：镍在铝合金中能提高合金的强度和硬度，降低耐蚀性。镍与铁的作用一样， 能减少合金对模具的熔蚀，同时又能中和铁的有害影响，提高合金的焊接性能。 钛：能显著细化铝合金的晶粒组织，提高合金的机械性能，降低合的热裂倾向。
三.铸造基本知识
1、定义：铸造就是液态金属的一种成型方式。 2、铸造的分类： 铸造的种类较多，有传统的砂型铸造、重力铸造、熔模铸造、高压铸造、低压铸造、 消失模具铸造、离心铸造、陶瓷型铸造、连续铸造等。 3、我厂采用的铸造方法主要有以下几种： ⑴、金属型铸造（重力铸造） 金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，在重力的作用下结晶凝固 以获得铸件的一种铸造方法。凝固顺序是自下而上的。 ⑵、高压铸造 压力铸造是将液态或半液态金属， 在高压作用下， 以高的速度填充压铸模的型腔， 并在压力下快速凝固而获得铸件的一种方法。压铸时常用压力是从几兆帕至几十兆帕 （即几十到几百个大气压） ， 填充初始速度在 0.5~70m/s 范围内。因此， 高压和高速 是压铸法与其他铸造法的根本区别， 也是重要特征 。
铸造基本知识及理论
程中，其体积或尺寸缩减的现象。
分类：分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
浇注温度
铸 液态收缩
件 温
开始凝固温度
体
度 降
凝固收缩
积 收
低
缩
凝固终止温度
固态收缩
室温
线收缩
收缩率：
体积收缩是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。 线收缩是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。
体积收缩率：
V
V0 V1 100% V1
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
稀释剂
粘结剂
石
铬
锆
英
铁
英
砂
矿
砂
砂
水
粘
水
树
溶
玻
剂
土
璃
脂
2）原砂的形状、粒度状况
一般认为：粒度在小尺寸范围呈正态分布，有利于
砂型强度的提高，但透气性较差。
➢
工 艺 过 程
特点及应用：
1、不受铸件材质、尺寸、质量和生产批量的限制； 2、属于一次性铸造成形，造型工作量大； 3、铸件精度和表面质量差； 4、砂型铸造缺陷多，废品率高，机械性能较差； 5、设备简单、投资少，价格低廉，应用广泛。
连续铸造：
➢ 定义：是指将熔融金属连续不断地浇注到被成为结晶
器的特殊容器中，凝固的铸件不断从结晶器的另一端被引 出，从而获得任意长度的等横截面铸件的铸造方法。
➢ 工艺过程：如右图所示。
➢ 特点和应用：
1、冷却速度快，组织致密， 机械性能好；
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。
阶 段 主要影响因素
2-1铸造工艺基础-1.2充型.收缩1
液态金属的流动性
流动性定义： 液态合金充满型腔，形成轮廓清晰， 形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力。 流动性不好：不能充满型腔，铸件易产生浇不到、冷
隔、气孔、夹杂等缺陷。
流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂
物上浮和对铸件进行补缩。
冷隔
浇不足
气孔
液态合金的流动性通常以“螺旋形试样”长度来衡 量。
机械学院金工教研室
课程考核方式及成绩评定方法
开课学时：48（理论44，实验4） 成绩构成：
卷面成绩60%：期末考试成绩×0.6；
实验成绩5%：实验室成绩（满分10分）/2；
作业成绩20%：共提交4次作业，每次5分，每次 作业打错1处扣1分，扣完5分为止；
平时成绩5%：缺席1次扣0.5分，扣完5分为止；
体收缩率：
线收缩率：
V0 V1 V 100% V (t0 t1 ) 100% V0
l0 l1 L 100% l (t0 t1 ) 100% l1
V0，V1——金属在 t0 和 t1 时的体积，m3； l0，l1——金属在 t0 和 t1 时的长度，m；
课程大作业10%：课程结束后提交大作业，满分 10分，答错一处扣1分，扣完10分为止。
机器生产过程：原材料——毛坯——零件——机器
机器制造方法： • 原材料选取择与改性（热处理）； • 毛坯成形（铸、锻、焊等）； • 零件成形（切削加工等）与装配。
主要教学内容
•
各种毛坯制造方法的生产原理、特点和应用
落砂后热应力仍存在与铸件之中，属于残余应力。
粗杆：拉应力
细杆：压应力
铸件热应力的产生
分析下列铸件内的纵向残余应力
厚壁筋板内拉伸应力 薄壁筋板内压缩应力