液态金属铸造成形

液态金属铸造成形

简介

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液态金属铸造成形

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将液态金属浇注到与零件形状、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方法，通常称为金属液态成形或铸造。 工艺特点

1．可生产形状任意复杂的制件，特别是内腔形状复杂的制件。 2．适应性强，合金种类不受限制，铸件大小几乎不受限制。 3.材料来源广，废品可重熔，设备投资低。 4．废品率高、表面质量较低、劳动条件差。

工艺基础-充型能力

液态合金填充铸型的过程。充型能力是液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件的能力。充型能力不足时，会产生浇不足、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。[2]

充型能力首先取决于金属本身的流动性（流动能力），同时又受铸型性质、浇注条件和铸件结构等因素的影响。

一、液态合金的流动性

合金的流动性是： 液态合金本身的流动能力。 二、浇注条件

1.浇注温度 一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。

2.充型压力 液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。 3.浇注系统结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。

三、铸型充填条件

1.铸型的蓄热系数 铸型的蓄热系数表示铸型从其中的金属吸取热量并储 存在本身的能力。

2.铸型温度 铸型温度越高，液态金属与铸型的温差越小，充型能力越强。 3.铸型中的气体 四、铸件结构

1.折算厚度 折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积与表面积之比。折算厚度大，热量散失慢，充型能力就好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。

2.铸件复杂程度 铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的充填就困难。

工艺基础-凝固与收缩

一、铸件的凝固方式

1. 逐层凝固 2. 糊状凝固 3. 中间凝固 影响铸件凝固方式的主要因素：

1.合金的结晶温度范围，合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固 。

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2.铸件的温度梯度，在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决与铸件内外层之间的温度差。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄。

二、合金的收缩

合金的收缩经历如下三个阶段：

1.液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。

2.凝固收缩 从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。 3.固态收缩 从凝固终止温度到室温间的收缩。

体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因。

缩孔与缩松: 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得不到补充，则在铸件最后凝

固的部位形成一些孔洞 。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。 缩孔和缩松的防止: 防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固次序，使铸件实现“顺序凝固”。

冒口：储存补缩用金属液的空腔。

顺序凝固：铸件按照一定的次序逐渐凝固。 同时凝固：整个铸件几乎同时凝固

工艺基础-应力、变形与裂纹

一、液态成形内应力

铸件在凝固以后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力。 机械应力（收缩应力）是合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒系统的机械阻碍而形成的内应力。机械应力是暂时应力。热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的应力。 热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩，是永久应力。[3]

二、铸件的变形与防止

防止变形的方法：1.使铸件壁厚尽可能均匀；2.采用同时凝固的原则；3.

采用反变形法。

三、铸件的裂纹与防止

热裂的形状特征是：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。 热裂的防止：1. 应尽量选择凝固温度范围小，热裂倾向小的合金。 2. 应提高铸型和型芯的退让性，以减小机械应力。

3. 对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制硫的含量，防止热脆性。

冷裂的特征是：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。 冷裂的防止：1.使铸件壁厚尽可能均匀；

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2.采用同时凝固的原则；

3.对于铸钢件和铸铁件，必须严格控制磷的含量，防止冷脆性。 铸钢的熔铸工艺特点

1. 铸钢的铸造性能差，流动性差、收缩大。铸件要安放冒口和冷铁，必须严格控制浇注温度；铸件壁不能太

薄。

2. 铸钢的热处理，退火：C ³0.35%；正火：C £0.35%。 3. 铸钢的熔炼 铸造有色合金 铸造铜合金

铸造黄铜 (Cu-Zn)：铸造黄铜有相当高的力学性能，如σb=250~450Mpa，δ=7~30%，HBS=60~120。因其含铜

量低，价格低于铸造青铜，而且它的凝固温度范围小，有优良的铸造性能。所以铸造黄铜常用于生产重载低速下或一般用途下的轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门及大型螺旋桨等耐蚀件等。

铸造青铜：青铜是指除了铜锌合金以外的其它铜合金 。铸造锡青铜的力学性能虽低于黄铜，但其耐磨、耐蚀性优于黄铜，锡青铜特别适合制造高速滑动轴承和衬套。除锡青铜外，还有铝青铜、铅青铜、铍青铜等，其中铝青铜有优良的力学性能和耐磨、耐蚀性，但铸造性能较差，仅用于重要用途的耐磨、耐蚀件。

铸造铝合金 铝硅合金（Al-Si）：铝硅合金流动性好、线收缩率低、热裂倾向小、气密性好，又有足够的强度，所以应用

最广。常用于制造形状复杂的薄壁件或气密性要求较高的铸件，如内燃机缸体、化油器、仪表外壳等。

铝铜合金（Al-Cu）：铝铜合金的铸造性能差，热裂倾向大、气密性和耐蚀性较差，但耐热性较好，主要用于制造活塞、汽缸头等。

铝镁合金（Al-Mg）：铝镁合金是所有铝合金中比强度最高的，主要用于航天、航空或长期在大气、海水中工作的零件等 。

铝锌合金（Al-Zn） 2成形工艺

砂型铸造

一、手工造型

适用于单件、小批量生产 二、机器造型 1)生产效率高;

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2)铸型质量好（紧实度高而均匀、型腔轮廓清晰）;

3)设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长。适用于中、小型铸件的成批、大批量生产。

1 ．机器造型的造型方法： 1）振击压实 2）汽动微振压实 3）高压造型 4）抛砂紧实

2 ．机器造型的造芯方法：

1）射芯机

2）壳芯机

特种铸造

特种铸造师指与普通砂型铸造有显著区别的一些铸造方法，如压力铸造、熔模铸造等。这些铸造方法能够提高铸件精度和质量，提高生产率，改善劳动条件，降低成本等，是铸造技术的发展方向之一。

特种铸造-熔模铸造

熔模铸造成形在易熔模样表面包覆若干层耐火材料，待其硬化干燥后，将模样熔去制成中空型壳，经浇

注而获得铸件的一种成形工艺方法。 熔模铸造的特点和适用范围：

1．铸件的精度和表面质量较高，公差等级可达IT11~IT13，表面粗糙度Ra值达1.6~12.5μm。

2．合金种类不受限制，尤其适用于高熔点及难加工的高合金钢，如耐热合金、不锈钢、磁钢等。

3．可铸出形状较复杂的铸件，如铸件上宽度大于3mm的凹槽、直径大于2mm的小孔均可直接铸出。

4．生产批量不受限制，单件、成批、大量生产均可适用。

5．工艺过程较复杂，生产周期长；原材料价格贵，铸件成本高；铸件不能太大、太长，否则熔模易变形，

丧失原有精度。

特种铸造-压力铸造

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压力铸造成形是液态金属在高压作用下快速压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的成形工艺方法。 压力铸造的特点和适用范围：

1．铸件的尺寸精度和表面质量最高。公差等级一般为IT11~IT13级，Ra为3.2~0.8μm。

2．铸件的强度和表面硬度高。抗拉强度可比砂型铸造提高25~30%，但伸长率有所下降。

3．可压铸出形状复杂的薄壁件。

4．生产率高。国产压铸机每小时可铸50~150次，最高可达500次。 5．便于采用镶嵌法。

6．压铸设备投资大，压铸型制造成本高，工艺准备时间长，不适宜单件、小批生产。

7．由于压铸型寿命的原因，目前压铸尚不适宜铸铁、钢等高熔点合金的铸造。

8．压铸件内部存在缩孔和缩松，表皮下形成许多气孔。 在压铸件的设计和使用中，应注意的问题

1.应使铸件壁厚均匀，并以3~4mm壁厚为宜，最大壁厚应小于6~8mm，以防止缩孔、缩松等缺陷。

2.压铸件不能进行热处理或在高温下工作，以免压铸件内气孔中的气体膨胀，导致铸件表面鼓泡或变形。

3 . 压铸件应尽量避免切削加工，以防止内部孔洞外露。

4.由于压铸件内部疏松，塑性、韧性相对较差，因此不适宜制造承受冲击的制件。 3工艺设计

铸件结构设计

一、铸件壁厚的设计 1 ．合理设计铸件壁厚 1）铸件的临界壁厚

在砂型铸造条件下，临界壁厚≈3×最小壁厚在最小壁厚和临界壁厚之间就是适宜的铸件壁厚。

2）铸件截面形状,铸件壁厚应均匀、避免厚大截面 二、铸件壁的连接 1 ．铸件的结构圆角 2 ．避免锐角连接

3 ．厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡

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4 ．减缓筋、辐收缩的阻碍

三、铸件外形的设计

1 ．避免外部侧凹、凸起； 2 ．分型面应尽量为平直面；

3 ．凸台、筋条的设计应便于起模。 四、铸件内腔的设计

1 ．应尽量减少型芯的数量，避免不必要的型芯。 2 ．便于型芯的固定、排气和清理。 五、铸件结构设计应考虑的其它问题 1 ．铸造方法

2 ．组合铸件的设计

砂型铸造工艺设计

一、浇注位置的选择

浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。

1.铸件的重要加工面和受力面应朝下或位于侧面

2.应将面积较大的薄壁部位置于铸型下部，或使其倾斜位置 3.铸件的大平面应朝下

4.为防止铸件产生缩孔、缩松的缺陷，应使铸件的厚大部位朝上或侧放 二、分型面的选择

1.分型面应选在铸件的最大截面处。

2. 应尽量使铸件的全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件的尺寸精度。 3. 应尽量减少分型面的数量，并尽可能选择平面分型。

4. 为便于造型、下芯、合箱及检验铸件壁厚，应尽量使型腔及主要型芯位于下箱。

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