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1、第7章 铸造成型,铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状、尺寸和性能的铸件的成型方法。铸造方法常用于制造零件毛坯、制造承受载荷及压应力的结构件，及一些有特殊性能要求的构件。特点：铸造成型法对工件的尺寸形状几乎不受任何限制；铸件材料不受限制；铸件的尺寸、重量和生产批量不受限制；铸件的成本较低，经济性好。但铸件力学性能较差，质量不稳定。,铸造的特点：,铸造成型法对工件的尺寸形状几乎不受任何限制；铸件材料不受限制；铸件的尺寸、重量和生产批量不受限制；铸件的成本较低，经济性好；但铸件力学性能较差，质量不稳定。,7.1 砂型铸造,7.1.1 砂型铸造的工艺过程,砂型铸造是指
2、用型砂紧实成型的方法。砂型铸造的工艺过程包括：制模、配砂、造型、造芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理和检验。砂型铸造的工艺过程如图7-1所示。,图7-1 砂型铸造的工艺示意图,1、造型材料,制造铸型用的材料称为造型材料。造型材料包括型砂和芯砂。型砂和芯砂应具备如下性能：具有一定的强度；具有一定的透气性；具有较高的耐火性；具有一定的容让性等。,(1)型（芯）砂的种类,型砂可根据所处的位置不同而分成面砂、背砂（填充砂）和单一砂；根据适用的铸造合金不同分成铸铁用砂、铸钢用砂和有色金属用砂；根据在浇注前是否烘干分成干型砂（烘模砂）和湿型砂（潮模砂）。,(2)型砂和芯砂的成分,组成型（芯）砂的原材料有原砂
3、、粘结剂和辅助材料等。原砂为主要成分，常用石英砂、石英-长砂石、粘土砂等。粘结剂的作用是将原砂粘结，使型（芯）砂具有一定的强度，常用的粘结剂有粘土、油类（矿物油和植物油）、合脂和水玻璃等。辅助材料起到提高透气性、退让性，防止粘砂、粘模的作用，常用的辅助材料有锯木屑、煤粉、石墨粉和煤油等。,2、造型方法,用型砂及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。造型时，用模样形成铸型的型腔，用型腔形成铸件的外部轮廓。造型方法分为手工造型和机器造型两大类。,(1)手工造型,全部用手工或手动工具完成造型过程的造型方法称为手工造型。手工造型方法有以下几种：整模造型 图7-2所示 分模造型 图7-3所示 挖砂造型
4、图7-4所示 假箱造型 图7-5所示 活块造型 图7-6所示 三箱造型 图7-7所示 刮板造型 图7-8所示,图7-2 整模造型,图7-3 分模造型,图7-4 手轮铸件的挖砂造型过程,图7-5 假箱造型,图7-6 活块造型,图7-7 三箱造型,图7-8 刮板造型,(2)机器造型,机器造型是指用机器完成全部或至少完成紧砂操作的造型方法。机器造型的实质就是机器代替人完成手工紧砂和起模过程，它是现代化铸造车间的基本造型方法。其特点是：生产率高，铸件尺寸精度高，表面质量好，改善了工人劳动条件，适用于成批和大量生产。,图7-9 震压造型机的工作过程,常用的紧砂方法有震实、压实、震压、抛砂、射压等几种型式
5、，其中震压式紧砂方法应用最广。目前应用广泛的起模方法有顶箱、漏模、翻转三种。,3、造芯,型芯用来获得铸件的内腔，有时也可作为铸件难以起模部分的局部铸型。制造型芯的过程称为造芯。与型砂相比，芯砂必须具有更高的强度、耐火性、透气性、退让性和溃散性。造芯方法分为手工造芯和机器造芯。手工造芯时，主要采用芯盒造芯，如图7-10所示，它可以造出形状比较复杂的型芯。单件、小批生产大中型回转体型芯时，可采用刮板造芯。,图7-10 芯盒造芯1型芯，2芯盒，3定位销，4夹钳,在造芯过程中，应注意：为了提高型芯的刚度和强度，需在型芯中放入芯骨；为了提高型芯的透气性，需在型芯的内部制作通气孔；为了提高型芯的强度和透气
6、性，一般型芯需烘干使用。,图7-11 浇注系统的组成1浇口杯，2直浇道，3横浇道，4内浇道,4、浇注系统 为了使金属液进入型腔而开设在铸型中的一系列通道称为浇注系统。浇注系统设计得不合理，铸件易产生夹砂、砂眼、夹渣、浇不足、气孔和缩孔等缺陷。浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成，如图7-11所示。,5、熔炼,铸铁的熔炼是用铸造生铁和铸造车间的回炉料（浇、冒口和废品等），经过配料计算后在化铁炉中进行的。熔炼的要求是：金属液的化学成分合格；金属液的温度合格；熔炼效率高；能耗低；无污染。常用的熔炼设备有：冲天炉（适于熔炼铸铁）、电弧炉(适于熔炼铸钢)、坩埚炉（适于熔炼有色金属）、感应加热炉（
7、适于熔炼铸钢和铸铁等）。,6、合箱浇注、落砂清理和检验,(1)合箱浇注将铸型的各个组元（如上型、下型、型芯、浇口杯等）组合成一个完整铸型的操作过程称为合箱。合箱后要保证铸型型腔几何形状、尺寸的准确性和型芯的稳定性。将金属液由浇包注入铸型的操作称为浇注。,浇注时应选择合适的浇注温度、合适的浇注速度。一般薄壁件宜用快速浇注，厚壁件宜用慢-快-慢的方式浇注。浇注时，为防止铸型中的CO爆炸以及逸出时工人中毒，必须在冒口和排气口上点火，使CO燃烧；为防止熔渣进入铸型，应做好挡渣工作。,浇注时，若浇注温度过低，就会产生浇不足、冷隔、夹渣等缺陷；浇注时，若浇注温度过高，则金属液吸气多，液体收缩大，又容易产生
8、气孔、缩孔、缩松以及裂纹，同时会使晶粒变粗，铸件机械性能因而下降。浇注时，若速度快，金属液易充满型腔，同时可减少氧化。浇注时，速度过快，金属液对铸型的冲击加剧，会因此造成型（芯）砂冲落的现象，即冲砂。,(2)落砂清理,用手工或机械使铸件和铸型、型芯（芯砂）、砂箱分离的操作过程称为落砂。清除铸件表面的型砂，内部砂芯，飞边毛刺，浇、冒口以及修补缺陷一等系列工作，叫铸件的清理。人工清理时劳动强度大，卫生条件差，费工、费时。目前，有很多清理工作已由机械来完成。,(3)检验,铸件的质量检验方法分为外部检验和内部检验。通过眼睛观察，找出铸件的表面缺陷，如铸件外形尺寸不合格、砂眼、粘砂缩孔、浇不足、冷隔等，
9、称为外部检验。利用一定设备找出铸件的内部缺陷，如气孔、缩松、渣眼、裂纹等，称为内部检验。常用的内部检验方法有化学成分检验、金相检验、力学性能检验、耐压试验、超声波探伤等。,7.1.2 铸件结构工艺性,铸件结构工艺性是指铸件结构的合理性。铸件结构不仅要满足使用的要求，还要满足铸件材料和铸造工艺的要求。合理地设计铸件结构，可以简化铸造工艺，提高生产率，保证铸件质量，降低铸件成本。,1、铸造工艺对铸件结构的要求,（1）铸件外形应力求简单。铸件外形尽可能采用平直轮廓，尽量少用非圆曲面，以便于制造模样和造型。,（2）应尽量减少分型面。,图7-17 减少分型面 a）不合理，（b）合理,（3）铸件应有起模斜
10、度,铸件上垂直于分型面的表面（尤其是大型铸件），为起模方便，应具有起模斜度。,（4）铸件应尽量不用或少用活块。,图7-18 避免活块（a）不合理，（b）合理,（5）铸件应尽量不用或少用型芯。（6）型芯要安放稳固，并有利于排气与清理。,图7-19 轴承支架铸件（a）工艺性不好，（b）工艺性好,2、铸造合金的铸造性对铸件结构的要求,（1）铸件壁厚应力求均匀（2）铸件应有合理的壁厚（3）铸件壁的连接应平缓、圆滑（4）应避免或减少收缩受阻（5）应尽量避免有过大的水平面,图7-20 锐角连接 图7-21 圆角连接（a）不合理，（b）合理（a）不合理，（b）合理,图7-22 轮辐设计 图7-23 避免有过
11、大的水平面（a）直轮辐，(b)弯曲轮辐（a）不合理，（b）合理,7.2 合金的特种铸造,除砂型铸造之外的其他铸造方法称为特种铸造。特种铸造的种类很多,常用的有：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造等。,7.2.1 离心铸造 离心铸造是将金属液浇入旋转着的铸型中，并在离心力的作用下凝固成铸件的铸造方法。,图7-24 离心铸造示意图（a）立式，（b）卧式,7.2.2 熔模铸造,熔模铸造是一种精密铸造方法。先用易熔材料制成模型或浇注系统，然后用造型材料将其包住，经过硬化后，加热熔失模型，制成无分型面的硬壳型，再在铸型中浇注液态合金铸成铸件。由于模型广泛采用蜡质材料制造，所以熔模铸造又称“失蜡铸造
12、”。,图7-20 熔模铸造的工艺过程（a）蜡模，（b）蜡模组，（c）制造型壳,7.2.3 金属型铸造,金属型铸造是指在重力作用下，将液态金属浇入用金属制成的铸型中而获得铸件的方法。金属型可重复使用几百次甚至几万次，所以又称永久型铸造。金属型根据分型面位置的不同可分为：垂直分型式、水平分型式和复合分型式等。其中垂直分型式的金属型具有开设浇口和取出铸件方便，也易于实现机械化等优点，所以应用较多。,图7-26 垂直分型式金属型,7.2.4 压力铸造,在高压下，快速地将液态或半液态的金属压入金属铸型，并使它在高压下凝固以形成铸件的方法，称为压力铸造。常用压力铸造的压力为570MPa，金属液的充型速度为
13、510m/s。压铸时所用的模具叫压型。压型与垂直分型的金属型相似，由定型（或静模）、动型（或动模）、拔出金属型芯的机构和自动顶出铸件的机构而组成。,图7-22 卧式冷压室式压铸机工作过程（a）合型浇注，（b）压射，（c）开型顶出铸件,7.3 消失模铸造,消失模铸造是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。消失模铸造我国称真空实型铸造，美国称消失模或气化模铸造，国际上称EPC工艺。,消失模铸造根据其铸型材料分类：自硬砂消失模铸造和无粘结剂干砂消失模铸造。根据浇注条件分类：普通消失模铸造和负压消失模铸造消失模铸造的特点：铸件质量好，成本低；材质不限，大小皆宜；尺寸精度高，表面光洁，减少清理，节省机加；内部缺陷大大减少，组织致密；可实现大规模、大批量生产；自动化流水线生态环保；可以大大改善作业环境、降低劳动强度、减少能源消耗。,7.3.1 消失模铸造工艺过程,消失模铸造的主要工序有：预发泡；模型成型；模型簇组合；模型簇浸涂；浇注；落砂清理。,图7-23 消失模铸造的全部工艺过程图,图7-24 消失模工艺的砂箱和浇注示意图,7.3.2 消失模铸造应用,图7-25 轿车刹车毂,图7-26 汽车排气管,图7-27 齿轮及管件,图7-28 农机配件,
