第一节 概述
第二节 铸造的工艺基础
第三节 砂型铸造
第四节 特种铸造
第二章 铸 造
金属的成形方法可分为 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 。
铸造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一,与其
它工艺方法相比,它具有成本低,工艺灵活性大,适合生
产不同材料、形状和重量的铸件,并适合于批量生产。
第一节 概 述
但它的缺点是公差较大,易产生
内部缺陷。
第二节 铸造的工艺基础
? 定义,铸造是指将熔融态的金属 ( 或合金 ) 浇注于
特定型腔的铸型中凝固成形的金属材料成形方法 。
? 铸造的基本过程:
液 态
金 属 充 型 铸 件
凝 固
收 缩
? 实质,液态金属 ( 或合金 ) 充填铸型型腔并在其中
凝固和冷却 。
砂型铸造概略图
? 主要影响因素
铸造的主要影响因素主要体现在二个方面:一是影响
充型的主要因素和影响凝固收缩的主要因素。
阶 段 主要影响因素


充 型
金属的流动性
浇注温度
充型压力
凝 固
收 缩
凝固方式
冷却速度
? 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
实验如右图所示:
? 浇注温度,
T浇注 ↑
t凝固 ↑
流动性 ↑δ粘度 ↓
充填路径 ↑
充型能力 ↑
? 充型能力,
P充型 ↑ V流动 ↑ 充型能力 ↑
? 铸件的凝固方式,
在铸件凝固过程中,对铸件质量影响较大的主要
是固液两相并存的凝固区的宽窄。 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
纯金属和共晶成分的合
金在凝固中因为不存在固液
两相并存的凝固区,所以固
体与液体分界面清晰可见,
一直向铸件中心移动。
糊状凝固
铸件在结晶过程中,当结
晶温度范围很宽,且铸件截面
上的温度梯度较小,则不存在
固相层,固液两相共存的凝固
区贯穿整个区域。
中间凝固
大多数合金的凝固是介于逐
层凝固和糊状凝固之间,称为中
间凝固。
一般认为:铸模的冷却能力越大, 越有利于在结晶
过程中保持较大的温度梯度, 从而利于柱状晶区的发展 。
柱状晶择优取向, 晶界往往容易富集第二相, 特别是
在两种位向交叉面是受力的薄弱环节, 轧制时容易开裂 。
因此,钢铁或镍合金(塑形较差)应避免柱状晶的出
现;而有色金属,有时要求获得柱状晶。
思 考,若要避免柱状晶的出现,应采用哪种凝固方式,并
如何实现?
讨 论:
? 铸件的收缩,
定义,收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过
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
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




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)。
%100
1
10 ???
V
VV
V?
体积收缩率:
%1 00
1
10 ???
L
LL
L?
线收缩率:
其中 V0,L0表示铸件在高温 T0时的体积和一维方向的长度;
V1,L1表示铸件在高温 T1时的体积和一维方向的长度。
注意,在铸模尺寸设计时必须考虑铸件的收缩因素。即利
用每种材料特定的收缩率和实际铸件的尺寸,来换算成铸
模型腔的尺寸。
合金的收缩给铸模的设计和铸件的精密成形等带来较
大困难,是多数铸造缺陷产生的根源。
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
表 2-1 典型合金的收缩率 ε V
? 缩孔,
? 铸造缺陷
定义,缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时,在铸
件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。
产生原因,先
凝固区域堵住液
体流动的通道,
后凝固区域收缩
所缩减的容积得
不到补充。
? 疏松,
定义,疏松是指金属液在铸模中冷却和凝固时,在铸件
的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。
产生原因,当合金的结晶温度范围很宽或铸件断面温
度梯度较小时,凝固过程中有较宽的糊状凝固两相并存
的区域。随着树枝晶长大,该区域被分割成许多孤立的小
熔池,各部分熔池内剩余液态合金的收缩得不到补充,最
后形成了形状不一的分散性孔洞 即缩松 。
另外,疏松还可能由凝固时被截留在铸件内的气体无
法排除所致。不过,疏松内表面应该是光滑,近似球状。
危害,显著降低铸件的机械性能,造成铸件渗漏等。
防止措施,采取顺序凝固的办法避免缩孔、疏松的出现。
顺序凝固示意图
安装冒口或放置冷铁等工
艺措施,使铸件上远离冒
口的部位先凝固 (图中
Ⅰ ),尔后在靠近冒口的
部位凝固 (图中 Ⅱ, Ⅲ ),
最后是冒口本身凝固。
顺序凝固,是指通过在铸件上可能出现疏松的后大部位
内置冷铁法
外置冷铁法
设置冒口法
冒口、冷铁共用法
? 裂纹与变形,
在铸件的固态收缩阶段会引起铸造应力。
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:
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:
以有利于释放铸造应力为原则;
1、采用正确的铸造工艺( 正确设计浇注系统、补缩系统等);
2、铸件形状设计要求简单、对称和厚薄均匀;
3、对铸件进行热处理。
? 其它铸造缺陷,
鼓 泡 渗 漏
冷 隔 未 注 满
第三节 砂型铸造
砂型铸造 是指用砂粒制备铸型来生产铸件的铸造方
法 。 可追溯到公元前 3000~ 4000年, 用石头和金属型做
出铜器 。
砂型铸造概略图
? 铸模设计:
? 确定浇注位置和分型面,
浇注位置,指浇注时铸件再铸型中所处的位置。
分型面,指铸型的分割或装配面。
正确设置浇注位置和分型面是完成造型、取模、设置
浇冒系统和安装砂芯的需要。
? 确定主要工艺参数,
正确选择收缩量、
机械加工余量和拔模
斜度等。
拔模斜度
? 浇注系统的设计,
浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道;通常由
交口杯、直浇道、横浇道和内浇道等组成。
设计原则,确保液态金属能够平稳
而合理地充满型腔。
? 补缩系统的设计,
为消除缩孔和疏松,必须
设置冒口、冷铁等补缩系统。
浇注系统示意图
设计原则,(教材 P20)
1,冒口的凝固时间必须大于或等于铸件被补缩部分的凝
固时间。
2,冒口应具有足够大的体积,以保证有足够的金属液补
充铸件内部的体收缩。
3,在铸件凝固时,冒口与被补缩部位之间应有通畅的补
缩通道。
4,为增加铸件局部冷却速度,在铸型局部区域设置激冷
能力强的材料(如铸铁、石墨或铸钢等)作为冷铁。
? 生产准备:
? 模型和芯盒的设计,
模型的内轮廓应该与铸件的外轮廓的形状相一致,并
且在尺寸上比铸件 大出一个收缩量 。
对于有孔或中空的铸件,需在模腔中 放置型芯 来获得。
型芯的尺寸设计也要考虑到收缩量的问题。
? 型(芯)砂的制备,
技术要求,型(芯)砂具有一定的强度、透气性、退让性
盒溃散性等。
影响因素:
1,造型因素:
主要指砂型
的紧实程度。
(右图表示
了几种常用
的压实型砂
的方法)
2,型砂的影响:
1)原砂、粘结剂和稀释剂的成分配比;
型 砂
稀释剂原 砂 粘结剂




















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。
?




? 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。
第四节 特种铸造
为获得高质量, 高精度的铸件, 提高生产率, 人们在
砂型铸造的基础上, 创造了多种其它的铸造方法;通常把
这些有别于砂型铸造的其他铸造方法通称为特种铸造 。
特种铸造 金属型 铸造
熔模铸造
消失模
铸造
连续铸造 离心铸造
低压铸造
压力铸造 七种









? 金属型铸造:
? 定义, 金属型铸造是指利用金属材料制成铸型,在重力
作用下将熔融金属浇注到铸型中制造铸件的一种铸造方法,
也称永久型铸造。
? 工艺过程,
? 特点和应用,
1、可重复使用,生产效率高,劳动条件好,但成本高;
2、铸件精度高,表面粗糙度较低;
3、金属散热性能好,晶粒细化,机械性能好;
4、不透气且无退让性,易造成铸件浇不足或开裂。
5、适于生产大批量有色金属铸件。
? 熔模铸造:
? 定义, 是指利用易熔材料制成模型,并在模型表面粘
结一定厚度的耐火材料,然后将模型熔化而使金属液充满
型腔的一种铸造方法。
? 工艺过程,
? 特点和应用,
1、铸件尺寸精度高,表面光洁;
2、可铸造形状复杂零件;
3、工艺过程复杂,生产周期长,成本高;
4、适于铸造小尺寸的各类合金铸件,特别是少切削或
无切削精密铸件。
? 应用实例, 航空发动机等轴晶叶片的制备
航空发动机叶片早期采用变形高温合金材料,随着
合金材料强度要求的提高,人们采用合金化的方法来提
高强度,效果明显,但同时也增加了材料的加工难度。
目前,世界各国等轴晶叶片的生产通常利用真空环境
下的熔模铸造来解决这一技术难题。
? 压力铸造:
? 定义, 是指将液态或半液态合金浇入压铸机的压室中,
使之在高压和高速下充填型腔,并在高压下成形结晶而获
得铸件的一种铸造方法。
? 工艺过程,
大型压铸机及压铸模
? 特点和应用,
1、浇注时间短,易于机械化、自动化作业;
2、铸型散热快,晶粒细化,耐磨、耐蚀性好;
3、铸件尺寸精度高,表面光洁;
4、凝固速度快,排气困难,易形成疏松和缩孔;
5、模具成本高,铸件尺寸受限;
6、适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产。
? 低压铸造:
? 定义, 是指液态金属在低的气体压力作用下从坩埚中
自下而上地充填型腔并凝固而获得铸件的一种铸造方法。
? 工艺过程,
低压铸造火车车轮示意图
? 特点和应用,
1、充型压力和充型速度易于控制,气孔、夹渣较少;
2、铸型散热快,组织致密,机械性能好;
3、无需冒口设置,金属利用率高;
4、铸件尺寸精度高,表面光洁;
5、适于生产质量要求高的铝镁等有色金属铸件。
? 离心铸造:
? 定义, 是指将液态金属浇入高速旋转的铸型中,使金
属在离心力的作用下充填型腔并凝固成形的铸造方法。
? 工艺过程,
2、改善金属的流动性,提高了充型能力;
3、简化了中空圆柱形铸件的生产过程;
4、成分偏析严重,尺寸难以控制;
5、特别适于横截面呈圆柱的铸件生产。
? 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。
? 特点和应用,
1、离心力改善了补缩条件,缩孔等缺陷减少;
? 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。
连续铸造工艺过程示意图
? 消失模铸造:
? 定义, 是指用泡沫塑料聚苯乙烯制成带有浇冒系统的
模型,覆上涂料,用干砂造型,不需取模,直接浇注的铸
造生产方法。
? 工艺过程, 如下图所示。
? 特点和应用,
1、不分型,不起模,工艺简化,精度提高;
2、能制造形状复杂的铸件和工艺品;
3、冒口设置可自由设置,不易产生缩孔、疏松等;
4、易产生有害气体,铸件易渗碳,降低铸件表面质量;
5、适于生产起模困难,形状复杂的铸件。
? 喷射铸造:
? 定义, 是指将熔融金属连续不断地浇注到沿固定方向
匀速移动的旋转轴上,快速凝固成形的一种铸造方法。
? 工艺
过程,
平直零件的喷射近净成形 正开始与条状零件的直接铸
造相竞争;此外,喷射铸造管件、板件及方坯的生产工艺
开始达到实际生产水平。