铸造工艺原理和总结
一、实质、特点及应用
1．铸造定义
是指熔炼金属、制造铸型、并将熔融金属浇注入铸型内、凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法。
铸造实质：是利用熔融金属的流动性能实现成形。
铸件：用铸造方法得到的金属零件。
铸型：形成铸件形状的工艺装置。
2．铸造的特点
1）成形方便、适应性强
·尺寸、形状不受限制
长度从几mm-20m；厚度从0.5-500mm；重量从几克-几百吨；
·材料的种类和零件形状不受限制。
2）生产成本较低（与锻造比）
·设备费用低；
·减少加工余量，节省材料；
·原材料来源广泛。
3）组织性能较差
·晶粒粗大、不均匀；
·力学性能差；
·工序繁多、易产生铸造缺陷。
4）工作条件差、劳动强度大。
3、铸造的应用
1）形状复杂、特别是具有复杂内腔的零件：箱体、缸体和壳体；
2）尺寸大、质量大的零件，如床身、重型机械零件；
3）力学性能要求不高，或主要承受压应力作用的零件，如底座、支架；
4）特殊性能要求的零件，如球磨机的磨球、拖拉机的链轨。
4、铸造成形的基本工序
二、金属的铸造性能
——是指金属材料铸造成形的难易程度。
评价指标：流动性和收缩性。
（一）流动性
——是指熔融金属有流动能力
1、表示方法
螺旋试样长度L，如L铸钢=20mm，L铸铁=1800mm，铸铁的流动性比铸钢好。
2、影响流动性的因素
1）化学成分：共晶合金最好，纯金属差；
2）浇注温度：T浇愈高，保温时间愈长，流动性愈好，但收缩性大和浇毁铸型。
经验：“高温出炉，低温浇注”。
3）铸型类别
影响铸型蓄热能力和透气性；
如、干砂型>湿砂型>金属型。
4）铸型结构
简单、壁厚的铸型>复杂、壁薄的铸型。
3、流动性对铸件质量的影响
流动性好：铸件形状完整、轮廓清晰；
利于气体和夹杂物上浮排出和补偿；
流动性不好：产生浇不到和冷隔、气孔和夹杂等
缺陷。
4、防止流动性不好缺陷方法
调整化学成分、提高浇注温度和改善铸型条件。
（二）收缩性
——指浇注后熔融金属逐渐冷却至室温时总伴随着体积和尺寸缩小的特性。
1、表示方法：体收缩率（液体）和线收缩率（固体）
2、影响收缩率的因素
1）化学成分
2）浇注温度愈高，收缩率愈大，体收缩率（1.6%/100℃）。
3）铸型强度愈高，铸件结构愈复杂，对收缩量的影响愈大。
3、收缩性对铸件质量的影响
收缩率愈小愈好，即尺寸愈精确、组织愈致密，否则易产生铸造缺陷：缩孔和缩松：铸造应力、变形和裂纹。
三、铸造方法
1、砂型铸造
-----手工造型和机器造型
1）手工造型特点
比较灵活，适应性强，生产成本低，但生产率低，劳动强度大，铸件的质量较差。
2）手工造型应用
小批量、新产品试制、工艺装备的制作、机器的修理和重型复杂铸件。
3）机器造型过程
4）机器造型特点和应用
生产率高、铸件质量好、不受工人技术水平或情绪影响、易实现自动化、工作条件好，但成本高、准备时间长，适合大批量生产。
2、特种铸造
方法：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型、磁型铸造；
1）熔模铸造
（1）定义
是指用易熔材料（如蜡）制成模样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成型壳，熔出模样后经高温熔浇即可浇注的方法。
（2）过程：两次造型、两次浇注。
母模→压型→熔蜡→铸造单个蜡样→组合蜡样→结壳（多次浸涂料、撒砂、干硬）→加热脱蜡制成壳型→填砂造型、焙浇→浇注→落砂、清理→铸件
·精度高
可达半精加工的精度（IT11-IT14，Ra12.5-3.2），因模样加工精确、逐个修理、无起模和合型。
·适应性强
各种金属材料铸造，特别是铸钢和耐热合金；不需起模、结构形状不限；
·生产率低
工序繁多、周期长。
（4）应用
各种批量、主要用于高熔点金属材料和复杂结构的小零件。
2）金属型铸造
（1）定义
指用重力浇注，将熔融金属浇入金属铸型获得铸件的方法。
（2）过程（以垂直分型为例）
金属铸型组成：底座、定型、动型、型芯、定位销。
喷刷涂料→定位→锁紧→浇注→分型→取铸件
（3）特点
·生产率高
一型多铸、凝固快、即取、连续生产、易实现自动化生产；
·精度较高
可达粗加工后的精度，IT12-IT16，Ra25-12.5；
·组织性能好
快冷、过冷度大、组织细密，性能比砂型铸件提高10%-20%；
·节省材料
·但易产生铸造缺陷
金属流动性差→浇不足、冷隔；
收缩应力大→裂纹；
透气性差→气孔；
冷却快→白口铸铁。
大批量、中小型、简单零件；多用于有色金属，很少用于黑色金属。
3）压力铸造
（1）定义
指熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。
（2）过程
压铸型：定型、动型（活塞、压室）及金属芯组成。
合型→浇注→压射→开型→顶出铸件
（3）特点
·生产率高
自动化生产，充型快，50-150次/小时，最高500次/小时，其它同金属型；
·精度高
可达半精加工后的精度，IT11-IT13，Ra6.3-1.6，不经加工可用；
·组织性能高
过冷度大且在压力下结晶、组织更细密，性能比砂型提高25%-30%，也比金属型性能好；
·但因排气性差，存在许多皮下小气孔，受热后铸件表面突起或变形；
·压铸机贵重、投资大。
（4）应用
大批量；汽车、电子仪表等部门，一些均匀薄壁、形状复杂的零件，如气缸、化油器等；多用于有色金属。
4）离心铸造
（1）定义
是指将熔融金属浇注绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型，在离心力的作用下凝固，成形的铸件线与旋转铸型轴线重合的铸造方法。
分为：立式（用于园环件）和卧式（用于管材），铸型可金可砂。
（2）过程
铸型旋转→浇注→定向凝固→分型、取件
（3）特点
·组织性能好
定向凝固的组织致密、性能优良；不易产生缩孔、气孔、夹杂等缺陷；
·成本低
设备简单、投资少；不需造芯和开设浇、冒口，省工少料；
·铸件内孔尺寸不准确、表面也比较粗糙。
（4）应用
主要应用于大批量各种圆筒状铸件的生产，特别是内表面质量要求不高的铸件，但需增大加工余量来保证表面质量，例、铸铁管、滑动轴承。
四、铸件结构工艺性
定义：是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，铸造成形的可行性和经济性，即铸造成形的难易程度。
良好的铸件结构应适应金属的铸造性能和铸造工艺性。
1、适应铸造性能的结构设计原则
----铸件壁的设计要求
1）合理壁厚
在满足铸件最小允许壁厚的前提下，尽量可能薄一点，即能保证熔融金属具有良好的流动性，又能避免产生因收缩量过大而引起的铸造缺陷（如缩孔）。
2）均匀壁厚
----是指各部分的壁厚冷却速度均匀。
内壁隔墙薄、四周壁应厚。
目的：减小应力、变形和开裂；防止热节产生缩孔。
3）过渡连接
·结构圆角
避免热节形成；改善应力分布；避免砂型损坏和产生砂眼。
·均匀交接
铸件上不同方向的壁或肋交接时，应避免造成金属聚集（热节），而产生缩孔。
·采用圆角、斜面、圆锥逐步过渡
目的：防止应力集中而开裂。
4）大平面倾斜
目的：利用填充和排气排查。
5）减小变形
（同热处理）对称结构、增设加强肋。
6）自由收缩
目的：有利减小因收缩应力而引起的应力开裂和变形。
2、适应铸造工艺的结构设计原则
----铸件形状设计要求
1）简化结构
----轮廓平直、分形面简单和最少。
·直线代曲面、模样成本低、便于分起模；
·结构紧凑、减少造型材料的消耗、砂箱尺寸和生产面积。
2）减少型芯
芯多成本高、不便排气和清理。
·开式结构代替闭式结构；
·凹抗扩展为凹槽；（节省外芯）
·凸缘外伸代内伸；（砂垛代芯）
3）便于芯的固定
目的：省芯撑、排气通畅、清砂方便。
4）避免使用活块
5）肋不影响起模
若肋条的布置与起模方向不平行也不垂直，会影响起模、填砂和紧砂。
6）结构斜度
铸件上凡是平行起模方向的非加工表面，都应设计结构斜度；立壁愈低，结构斜度愈大。可查表得：凸台为30-40度。
目的：起模方便、便于砂垛代芯、美观。
7）便于搬运：增设吊装孔或环。