制造工艺基础 第二章 金属铸造成形工艺 2018年3月3日
第二章 金属铸造成形工艺 2018年3月3日 制造工艺基础
本章提纲 2.1铸造成形理论基础 2.2常用合金的铸造 2.3铸造成形工艺方法 2.4铸造工艺与铸件结构设计 2.5先进铸造成形技术
本章提纲 2.1 铸造成形理论基础 2.2 常用合金的铸造 2.3 铸造成形工艺方法 2.4 铸造工艺与铸件结构设计 2.5 先进铸造成形技术
2.1铸造成形理论基础 —特点、方法及应用 1、铸造工艺特点 )铸造成形的优点 ■适应性广 ■ 铸件的大小几乎不受限制 生产成本低 2)铸造成形的缺点 ·生产工序较多 ■力学性能较差 o f 铸件表面粗糙，尺寸精度不高 ·铸造工作环境较差
1、铸造工艺特点 2.1 铸造成形理论基础——特点、方法及应用 1)铸造成形的优点 ◼ 适应性广 ◼ 铸件的大小几乎不受限制 ◼ 生产成本低 2)铸造成形的缺点 ◼ 生产工序较多 ◼ 力学性能较差 ◼ 铸件表面粗糙，尺寸精度不高 ◼ 铸造工作环境较差
2.1铸造成形理论基础 特点、方法及应用 2、铸造工艺方法 铸造工艺方法的种类很多，一般可分为砂型铸造和特种 铸造两大类。 1)砂型铸造。用型砂和芯砂作为造型和制芯的材料，利用 重力作用使液态金属充填铸型型腔的一种工艺方法。砂 型铸造的主要工序包括制造模样和芯盒、制备型砂及芯 砂、造型、制芯、合箱、熔炼及浇注、落砂、清理和检 验等。 2)特种铸造。在造型材料、造型方法、金属液充型形式和 金属在型中的凝固条件等方面与普通砂型铸造有显著差 别的铸造方法，统称为特种铸造
2、铸造工艺方法 铸造工艺方法的种类很多，一般可分为砂型铸造和特种 铸造两大类。 2.1 铸造成形理论基础——特点、方法及应用 1)砂型铸造。用型砂和芯砂作为造型和制芯的材料，利用 重力作用使液态金属充填铸型型腔的一种工艺方法。砂 型铸造的主要工序包括制造模样和芯盒、制备型砂及芯 砂、造型、制芯、合箱、熔炼及浇注、落砂、清理和检 验等。 2)特种铸造。在造型材料、造型方法、金属液充型形式和 金属在型中的凝固条件等方面与普通砂型铸造有显著差 别的铸造方法，统称为特种铸造
2.1铸造成形理论基础 特点、方法及应用 3、铸造工艺应用 铸造由于可选用多种多样成分、性能的铸造合金， 加之基本建设投资少、工艺灵活性大和生产周期短等因 而广泛地应用在机械制造、矿中冶金交通运输、石化通 用设备、农业机械、能源动力、轻工纺织、土建工程、 电力电子、航空航天、国防军工等国民经济各部门，是 现代大机械工业的基础。 据估计，在机械各行业中，铸件质量所占的比例为 :机床、内燃机、重型机器占70%90%；风机、压缩机 占60%`80%；拖拉机占50%70%；农业机械占40%70 %;汽车占20%30%
3、铸造工艺应用 2.1 铸造成形理论基础——特点、方法及应用 铸造由于可选用多种多样成分、性能的铸造合金， 加之基本建设投资少、工艺灵活性大和生产周期短等因 而广泛地应用在机械制造、矿中冶金交通运输、石化通 用设备、农业机械、能源动力、轻工纺织、土建工程、 电力电子、航空航天、国防军工等国民经济各部门，是 现代大机械工业的基础。 据估计，在机械各行业中，铸件质量所占的比例为 ：机床、内燃机、重型机器占70％~90％；风机、压缩机 占60％~80％；拖拉机占50％~70％；农业机械占40％~70 ％；汽车占20％~30％
2.1铸造成形理论基础 合金铸造性能 1、合金的流动性 液态金属本身的流动能力称为“流动性”，是合金的铸 造性能之一。同样浇注条件下，合金的流动性与金属的成分 、温度、杂质含量及其物理性质有关。合金流动性的好与坏 ,通常以“螺旋形标准试样”的长度来衡量。 浇口杯 10 出 r 内浇遵 试样凸台 螺旋形标准试样
2.1 铸造成形理论基础——合金铸造性能 1、合金的流动性 液态金属本身的流动能力称为“流动性”，是合金的铸 造性能之一。同样浇注条件下，合金的流动性与金属的成分 、温度、杂质含量及其物理性质有关。合金流动性的好与坏 ，通常以“螺旋形标准试样”的长度来衡量。 螺旋形标准试样
2.1铸造成形理论基础 合金铸造性能 1、合金的流动性 影响合金流动性的因素 1)合金的种类不同合金因其共晶特性、粘度不同，其流动 性也不同。 2)合金的成分相同合金，其结晶特点对流动性影响很大， 结晶温度范围小的合金流动性好，结晶温度范围宽的合金 流动性差。 3)浇注条件 浇注温度与充型压力对合金流动性影响显著。 4)铸型的充填条件包括铸型的蓄热能力、铸型温度、铸型 中的气体与铸型结构
2.1 铸造成形理论基础——合金铸造性能 1、合金的流动性——影响合金流动性的因素 1）合金的种类 不同合金因其共晶特性、粘度不同，其流动 性也不同。 2）合金的成分 相同合金，其结晶特点对流动性影响很大， 结晶温度范围小的合金流动性好，结晶温度范围宽的合金 流动性差。 3）浇注条件 浇注温度与充型压力对合金流动性影响显著。 4）铸型的充填条件 包括铸型的蓄热能力、铸型温度、铸型 中的气体与铸型结构
2.1铸造成形理论基础 合金铸造性能 2、合金的充型能力 液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状准确的优质铸 件的能力，称为“充型能力”。 影响因素 定义 影响原因 流动性好，易于浇注出轮廓清晰、形状完整的 合金的流动性 液态金属本身的流动能力 铸件；有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排 除；易于对铸件的收缩进行补缩 浇注温度 浇注时金属液的温度 浇注温度越高，充型能力越强 充型压力 金属液体在流动方向上 压力越大，充型能力越强。但压力过大或充型 所受的压力 速度过高会发生喷射、飞溅和冷隔现象 铸型中的气体 浇注时铸型中的水分被 铸型中的气体会阻碍液体的流动，也容易形成 汽化 气孔 铸型的传热系数 铸型从其中的金属吸取 传热系数越大，铸型的极冷能力就越强，金属 并向外传输热量的能力 保持液态的时间就越短，充型能力下降 铸型温度 铸型在浇注时的温度 铸型温度越高，液态金属冷却速度就越慢，充 型能力越强 浇注系统的结构 各浇道的结构 浇注系统的结构越复杂，流动阻力越大，充型 能力越差 铸件的折算厚度 铸件体积与表面积之比 折算厚度大，散热慢，充型能力好 铸件结构 铸件结构复杂程度 结构复杂，流动阻力大，充型能力差
2.1 铸造成形理论基础——合金铸造性能 2、合金的充型能力 液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状准确的优质铸 件的能力，称为“充型能力”。 影响因素 定义 影响原因 合金的流动性 液态金属本身的流动能力 流动性好，易于浇注出轮廓清晰、形状完整的 铸件；有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排 除；易于对铸件的收缩进行补缩 浇注温度 浇注时金属液的温度 浇注温度越高，充型能力越强 充型压力 金属液体在流动方向上 所受的压力 压力越大，充型能力越强。但压力过大或充型 速度过高会发生喷射、飞溅和冷隔现象 铸型中的气体 浇注时铸型中的水分被 汽化 铸型中的气体会阻碍液体的流动，也容易形成 气孔 铸型的传热系数 铸型从其中的金属吸取 并向外传输热量的能力 传热系数越大，铸型的极冷能力就越强，金属 保持液态的时间就越短，充型能力下降 铸型温度 铸型在浇注时的温度 铸型温度越高，液态金属冷却速度就越慢，充 型能力越强 浇注系统的结构 各浇道的结构 浇注系统的结构越复杂，流动阻力越大，充型 能力越差 铸件的折算厚度 铸件体积与表面积之比 折算厚度大，散热慢，充型能力好 铸件结构 铸件结构复杂程度 结构复杂，流动阻力大，充型能力差
2.1铸造成形理论基础 合金铸造性能 3、合金的吸气性 1)侵入气孔在浇注过程中，砂型及型芯 被加热，所含的水分蒸发、有机物及 侵入气孔 铸件 附加物挥发产生大量气体侵入金属液 型芯 而形成的气孔称为侵入气孔。 2)析出气孔溶解于金属液的气体在冷凝过程中，因气体溶 解度下降而析出，并在铸件中形成的气孔称为析出气孔。 3)反应气孔液态金属与铸型材料、芯撑、冷铁或熔渣之间 发生化学反应产生气体而形成的气孔称为反应气孔
2.1 铸造成形理论基础——合金铸造性能 3、合金的吸气性 2）析出气孔 溶解于金属液的气体在冷凝过程中，因气体溶 解度下降而析出，并在铸件中形成的气孔称为析出气孔。 3）反应气孔 液态金属与铸型材料、芯撑、冷铁或熔渣之间 发生化学反应产生气体而形成的气孔称为反应气孔。 1）侵入气孔 在浇注过程中，砂型及型芯 被加热，所含的水分蒸发、有机物及 附加物挥发产生大量气体侵入金属液 而形成的气孔称为侵入气孔
2.1铸造成形理论基础 合金的凝固与收缩 1、合金的凝固与凝固方式 铸造工艺是液态金属的凝固成形过程。金属的凝固过程 也是一个结晶过程，包括形核和晶体长大两个基本过程。 合金的凝固方式 液线 ■逐层凝固 固线 ·糊状凝固 中间凝固 成分 影响铸件凝固方式的因素 表层 中心 表层 中心 表层 中心 ■合金的结晶温度范围 a) b) 铸件的凝固方式 ■铸件断面的温度梯度
2.1 铸造成形理论基础——合金的凝固与收缩 1、合金的凝固与凝固方式 铸造工艺是液态金属的凝固成形过程。金属的凝固过程 也是一个结晶过程，包括形核和晶体长大两个基本过程。 铸件的凝固方式 合金的凝固方式 ◼ 逐层凝固 ◼ 糊状凝固 ◼ 中间凝固 影响铸件凝固方式的因素 ◼ 合金的结晶温度范围 ◼ 铸件断面的温度梯度