第 6章 金属的液态成型
? 金属的液态成型是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属
浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成型方法。
金属的液体成型也称为铸造。
? 金属液态成型具有下列优点：
? (1)能制造各种尺寸和形状复杂的铸件，尤其是内腔复杂的
铸件。
? (2)铸件的形状和尺寸与零件很接近，因而节省了金属材料
和加工工时。
? (3)绝大多数金属均能用液态成型方法制成铸件。
? (4) 液态成型生产适用于各种生产类型。
? (5) 液态成型所用的原材料来源广泛，价格低廉，并可回
收使用，还可利用金属废料和废机件。
6.1 合金的液态成型工艺理论基础
? 6.1.1 合金的充型能力
? 6.1.2合金的收缩性能
? 6.1.3 合金的偏析和吸气性
6.1.1 合金的充型能力
? 1.合金的充型能力概念
? 液态合金充满铸型型腔，并获得形状完整、
轮廓清晰、尺寸准确的铸件的能力，称为
合金的充型能力。
? 2.影响合金充型能力的因素
? ①合金的流动性
? ②浇注温度
? ③铸型特点
6.1.2合金的收缩性能
? 1.合金收缩的概念
? 高温合金液从浇入铸型到冷凝至室温的整个过程中，其体
积和尺寸减小的现象，称为收缩。
? 整个收缩过程，可划分为三个互相联系的阶段。
? ①液态收缩 是指合金液从浇注温度冷却到凝固开始温度
(液相线温度 ) 之间的体积收缩。这个阶段合金处于液态的
收缩，它使型腔内液面降低。
? ②凝固收缩 合金从凝固开始温度冷却到凝固终止温度 (固
相线温度 )之间的体积收缩，仍表现为型腔内液面降低。
? ③固态收缩 是指合金从凝固终止温度冷却到室温之间的
体积收缩。
? 2,影响合金收缩的因素
? ①化学成分
? ②浇注温度
? ③铸件结构与铸型条件
? 3.缩孔, 缩松, 内应力的形成和控制
? (1)缩孔、缩松的形成及控制
? 合金液在铸型内冷凝过程中，若其体积收
缩得不到补充时，将在铸件最后凝固的部
位形成孔洞，这种孔洞称为缩孔。缩孔分
为集中缩孔和分散缩孔两类。通常所说的
缩孔，主要是指集中缩孔，分散缩孔一般
称为缩松。
? ① 缩孔形成过程
? ② 缩松形成过程
? ③缩孔与缩松的控制 任何形态的缩孔都会使铸件
力学性能显著下降，缩松还能影响铸件的致密性
和物理、化学性能。因此，缩孔和缩松是铸件的
重大缺陷，必须根据铸件技术要求，采取适当工
艺措施，予以控制。
? 缩松分布面广，难以发现，难以消除。集中缩孔
易于检查与修补，并可采取工艺措施加以防止。
因此，生产中应尽量避免产生缩松或尽量使缩松
转化为缩孔。防止缩孔与缩松的主要措施是：
? 合理选择铸造合金
? 合理选用凝固原则
显微缩松 顺序凝固原则
阀体铸造方案 同时凝固原则
? (2)铸造内应力、变形和裂纹的形成和控制
? 铸件在凝固后继续冷却时，若在固态收缩阶段受
到阻碍,则将产生应力，此应力称为 铸造内应力。
它是铸件产生变形、裂纹等缺陷的主要原因。
? ① 铸造内应力形成过程 铸造内应力按其产生原
因，可分为热应力和机械应力两种。
? 热应力 铸件在凝固和冷却过程中，由于不同部位
不均衡的收缩而引起的应力称为热应力。
? 机械应力 铸件在固态收缩时因受到机械阻碍而形
成的应力，称为机械应力，也称收缩应力。
? ②铸件的变形与裂纹 当铸件中存有内应力时，
会使其处于不稳定状态。
? ③铸件变形、裂纹的控制 所有减少铸造内应力
的措施都有肋于控制铸件的变形和裂纹。
6.1.3 合金的偏析和吸气性
? 1.偏析
? 在铸件中出现化学成分不均匀的现象称为偏析。偏析使铸
件性能不均匀，严重时会造成废品。偏析分为晶内偏析和
区域偏析两类。
? 晶内偏析 (又称枝晶偏析 )是指晶粒内各部分化学成分不均
匀的现象。采用扩散退火可消除晶内偏析。
? 区域偏析是指铸件上、下部分化学成分不均匀的现象。为
防止区域偏析，在浇注时应充分搅拌或加速合金液冷却。
? 2.吸气性
? 合金在熔炼和浇注时吸收气体的性能称为合金的吸气性。
平板变形 结构对变形的影响
热应力的形成过程
6.2 常用液态成型合金及其熔铸
? 6.2.1常用铸铁件及其熔铸工艺
? 6.2.2.铸钢件
? 6.2.3 有色合金铸件生产
6.2.1常用铸铁件及其熔铸工艺
? 1.灰口铸铁
? ① 灰口铸铁的育孕处理
? 孕育处理就是在浇注前往铁水中加入孕育
剂，以产生大量人工晶核，细化珠光体基
体。
? ② 灰口铸铁的铸造性能 灰口铸铁有良好的
铸造性能，主要表现在流动性好和收缩性
小两个方面。
? ③ 灰口铸铁的铸造工艺特点
? 2,球墨铸铁 (简称球铁 )
? ① 球墨铸铁球化、孕育处理 球铁是用灰口铸铁
成份的铁水经球化、孕育处理后制成的。为保证
球铁质量,生产中应注意下列几点,
? 球墨铸铁的化学成分选择 原铁水成分与灰口铸铁
原则上相同，但要求严格。
? 球化剂和孕育剂
? ②球墨铸铁的铸造性能和工艺特点
? 3.可锻铸铁
? 可锻铸铁件的生产过程是，首先获得白口铸铁件，
然后经高温石墨化退火。
a） 堤坝式包底冲入法 b) 型内球化法
6.2.2.铸钢件
? 1.铸钢件的熔炼
? 2,铸钢的铸造性能和工艺特点
6.2.3 有色合金铸件生产
? 1.铸造铝合金
? ① 铝合金铸造性能和工艺特点
? ② 铝合金的精炼和变质处理
? 2.铸造铜合金
? ① 铜合金铸造性能和工艺特点
? ②铜合金铸造熔炼特点
6.3砂型铸造方法
6.3.1各种造型方法的特点和应用
? 造型是砂型铸造的最基本工序，通常分为手工造
型和机器造型两大类。
? 1,手工造型方法的特点和应用
? 目前手工造型方法在铸造生产中应用很广。手工
造型时最主要的紧砂和起模两工序是用手工进行
的。手工造型具有操作灵活、适应性强、工艺装
备简单、生产准备时间短、成本低等优点。但铸
件质量较差、生产率低、劳动强度大、要求工人
技术水平较高。因此主要用于单件小批生产，特
别是重型和形状复杂的铸件生产。
? 2,机器造型的特点和应用
震压式造型机的工作过程
6.3.2铸造工艺设计
? 1.铸造工艺方案的确定
? (1) 浇注位置的选择
? ①铸件的重要加工面或主要工作面应朝下
或位于侧面。
? ②铸件的宽大平面应朝下。
? ③易形成缩孔的铸件应将截面较厚的部分
放在分型面附近的上部或侧面。
? ④应能减少型芯的数量,便于型芯的固定、
排气和检验。
床身的浇注位置
吊车卷筒的浇注位置
平板的浇注位置
箱盖的浇注位置
缸头
减少型芯的数量来确定浇注位置
? (2) 铸型分型面的选择
? 两半个铸型相互接触的表面，称为分型面。它对于
铸件质量、制模、制芯、合箱和切削加工等工艺的复杂
程度有很大影响。选择时应在保证铸件质量的前提下，
考虑下列原则,
? ① 应使铸件的全部或大部处于同一砂箱内。
? ②应使铸件的加工面和加工基准面处于同一砂箱中。
? ③应尽量减少分型面的数量，最好只有一个分型面。
? ④应尽量减少型芯和活块的数量，以简化制模、造型、
合箱等工序。
? ⑤为便于造型、下芯、合箱及检验型腔尺寸，应尽量使
型腔和主要型芯处于下箱。
? ⑥为保证从铸型中取出模样，而不损坏铸型，分型面应
选在铸件的最大截面处。
? ⑦应尽量选用平直面作分型面，少用曲面，以简化模具
制造和造型工艺。
支架的浇注位置
铸件的分型面
螺栓塞头的分型面
轮毂的分型面
绳轮铸件
机床支柱
起重臂的分型面
? (3)工艺参数的确定
? ①机械加工余量
? ②收缩率
? ③拔模斜度 (起模斜度 )
? ④ 芯头
? ⑤浇注系统
? ⑥冒口
拨模斜度图
芯头的构造
浇注系统
? 3,铸造工艺图示例
? (1)选择分型面
? (2)确定浇注位置
? (3)确定工艺参数
? ①加工余量
? ②拔模斜度
? ③线收缩率
? ④型芯头
支承台零件图
支承台铸造工艺图
支承台毛坯图
6.4 合金液态成型件的结构工艺设计
? 6.4.1 砂型铸造工艺对铸件结构的要求
? 1,铸件外形应力求简单
? 2.减少与简化分型面
? 3.避免不必要的型芯和活块
? 4.有利于型芯的定位、固定、排气和清理
? 5.应有结构斜度
托架外形设计
减少分型面数量
两种结构设计
内腔设计
轴承支架铸件
增设工艺孔
结构斜度
6.4.2合金铸造性能对铸件结构的要求
? 铸件壁的设计
? (1) 铸件壁厚应适当
? ①铸件壁厚
? ②合理截面形状设计结构时，应根据载荷
性质和大小，合理选择截面形状 (如空心、
工字形、丁字形、槽形和箱形 )，并在脆
弱处增设加强筋。
? ③铸件外壁、内壁和筋的临界厚度
铸件壁厚的设计
铸件转角的设计
? (2) 铸件壁的连接应合理
? ①铸件内圆角的大小应与其壁厚相适应，
过大会造成金属局部积聚，增加形成缩孔
的倾向。一般圆角处内接圆直径，不超过
相邻壁厚的 1,5倍。
? ②筋或壁的连接应避免交叉和锐角，主要
目的是为了减少热节，防止产生缩孔、缩
松等缺陷。
? ③厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡。
几种不同铸件壁厚的过渡形式及尺
寸
? (3)铸件应尽量避免有过大的水平面
?
防止大平面的设计
? (4)铸件结构应有利于自由收缩
轮辐的设计
? (5)应防止铸体翘曲变形
平板设计
? （ 6） 合理选择铸件的凝固原则
铸件的凝固原则
? 3.组合铸件
铸钢组合铸件 浇合铸件的结构
6.5 特种铸造及铸造新工艺技术简
介
? 6.5.1 熔模铸造
? 1.熔模铸造的工艺过程
? ①母模
? ②压型
? ③蜡模
? ④结壳
? ⑤脱蜡
? ⑥造型和焙烧
? ⑦浇注
熔模铸造工艺过程
? 2,熔模铸造的特点及应用范围
? ①能铸造各种合金铸件，尤其适于铸造高熔点、
难切削加工和用别的加工方法难以成形的合金，
如耐热合金、磁钢等。
? ②可生产形状复杂、轮廓清晰、薄壁 (0,2～ 0.7
mm)，且无分型面的铸件。
? ③生产批量不受限制，可实现机械化流水生产。
? ④工艺过程复杂，生产周期较长 (4～ 15天 ),生产成
本较高。
? ⑤因蜡模容易变形，型壳强度不高等原因，铸件
的重量一般限制在 25 kg以内。
6.5.2 金属型铸造
? 金属液靠重力浇入用金属制成的铸型中，以获
得铸件的方法，称为金属型铸造。金属型可重
复使用，故又称永久型铸造。
? 1,金属型的构造
垂直分型式金属型
? 2,金属型铸造的工艺特点
? 金属型导热比砂型快，没有退让性，所以铸件易产生冷隔、
浇不足、裂纹等缺陷，灰铸铁件常产生白口组织。此外，
在高温金属液的冲刷下，易损坏铸型，影响了金属型的寿
命和铸件的表面质量，造成取出铸件困难。为减少和避免
这些缺点，生产时需采用下列工艺措施：
? ①金属型应保持合理的工作温度。
? ②为保护型腔和减缓铸型的传热速度，型腔表面和浇冒口
中要涂以厚度为 0.2～ 1.0 mm的耐火涂料，以使金属液和
铸型隔开。
? ③因金属型无退让性，故应掌握好适宜的开型时间。
? ④为防止铸铁件产生白口组织，其壁厚一般应大于 15 mm，
并控制铁水中碳、硅的质量分数不小于 6％。
? 3.金属型铸造的特点和应用范围
? 与砂型铸造相比，金属型铸造有以下特点：
? ①实现了“一型多铸”，节约了大量造型材料、工时和占
地面积，提高了生产率，改善了劳动条件。
? ②金属型冷却快，铸件结晶组织细密，力学性能和致密度
高。
? ③铸件的公差等级可达 IT14～ ITl2，表面粗糙度 Ra值为
12.5～ 6.3 μm，加工余量为 0.8～ 1.6 mm。
? ④金属型制造成本高、周期长，不适于小批量生产，不宜
铸造形状复杂、大型薄壁件，铸铁件易产生白口组织。此
外，必须采用机械化、自动化装置进行生产，才能改善劳
动条件。
? 金属型铸造主要适于大批量生产形状简单的有色合金铸件
和灰铸铁件。
6.5.3 压力铸造
? 在高压下，将液态或半液态金属高速压入金属铸型，并在高压下凝固 成形的铸造方法，称为压力铸造（亦称挤压铸造，简称压铸）。
? 1.压铸工艺过程
? 2.压铸的特点和应用范围
? 由于液态金属的充填、成形和凝固都是在压力作用下完成的。因此,该工艺具有如下优点：
? ①生产率比其他铸造方法都高，并易于实现半自动化，自动化。
? ②可铸出结构复杂、轮廓清晰的薄壁、深腔、精密铸件，可直接铸出
各种孔眼、螺纹、齿形、花纹和图案等，也可压铸镶嵌件。
? ③可获得公差等级为 IT13～ IT11、表面粗糙度 Ra值为 3,2～ 0,8μm
的铸件，可实现少、无切削加工。
? ④铸件强度和表面硬度高，组织细密，其抗拉强度比砂型铸件提高约 25～ 40％。
? ⑤压铸设备和压铸型费用高，压铸型制造周期长，只适于大批量生产。
? ⑥因金属液充型速度高，又在压力下成形，所以铸件内常有小气孔,并常存在于表皮下面。
? 3.压力铸造工艺的发展趋势
? ①用压力铸造法将液态金属压渗到陶瓷纤维增强材料中，
制成局部增强金属基复合材料，将成为廉价，便捷的批量
生产先进金属基复合材料的良好方法。
? ②扩大应用，提高质量，使铸件向更优质，高性能、大
型化，复杂化的方向发展重点。重点解决的问题是：尽量
减少液态金属充型过程中空气的卷入 (这也是造成铸件起
泡的主要原因 )。为此，一则要改进压射系统，尽量做到
低速大流量全部壁横截面平稳充型；二是改进模具设计并
采取真空、充氧等措施排除充型前型腔中的空气。尽量减
少冲头挤压前挤压料缸 (压室 )中浇入的液态金属过早‘凝
固结壳’给铸件带来的缺陷，为此，除改进工艺与模具设
计外，近年来国外新发展的固体粉末润滑剂和采用升液管
向挤压料缸供给金属液系统也有显著效果。
? ③改造原有压力铸造设备，发展新的压力铸造机系列．
6.5.5 低压铸造
? 低压铸造是介于重力铸造 (如砂型、金属型
铸造 )和压力铸造之间的一种铸造方法。它
是使液态合金在压力下，自下而上地充填
型腔，并在压力下结晶，以形成铸件的工
艺过程。由于所用的压力较低 (2～ 7N／
cm2)，所以称低压铸造。
? 1,低压铸造的工艺过程
? 升液、浇注 通入干燥的压缩空气，合金
液在较低压力下从升液管平稳的上升进入
型腔。
? 加压、凝固 型内合金液在较高压力下结
晶，只至全部凝固。
? 减压、降液 坩锅上部与大气连通，升液
管与浇口内尚未凝固的合金液因重力作用
而流回坩锅。
? 开型、取出铸件。
低压铸造工作原理
? 2.低压铸造的特点和应用范围
? ①底注充型，平稳且易控制，减少了金属液注入
型腔时
? 的冲击，飞溅现象，提高了产品的合格率。
? ②金属液上升速度和结晶压力可人为控制。
? ③不需另设冒口，而由浇口兼起补缩作用，故浇
泣系统简单，金属利用率高。
? ④与重力铸造 (砂型、金属型 )比较，铸件的轮廓
清晰，组织致密，力学性能好，尤其是对大型薄
壁件的铸造非常有利。
? ⑤此外，设备较压铸简易，便于实现机械化和自
动化生产。
6.5.6 离心铸造
? 金属液态合金浇入高速旋转 (250～ 1500r
／ min)的铸型中，使金属液在离心力作用下
充填铸型并结晶，这种铸造方法称离心铸
造。
热室压铸机工作原理
卧式冷室压铸机工作原理
离心铸造原理
6.5.6 连续铸造
? 连续铸造是生产铸管和铸锭的一种铸造方法，其原理
是将液态金属不断地浇入称为结晶器的特殊的金属型中，
然后将冷凝的铸件连续不断地从结晶器的另一端拉出，按
需要截取，可获得任意长度的铸件。
? 1.连续铸造的工作原理
? 2.连续铸造的特点及应用范围
①连续铸造免去了浇口、冒口、降低了金属消耗。
? ②冷却迅速，表层组织细密，且易实现机械化生产，生产
率高。
? ③铸件合金不受限制，钢、铁、铜、铝及其它合金均可铸
造。
连续铸造原理图
6.5.7 消失模 (气化模 )铸造技术
1.生产原理及工艺流程
2.消失模铸造工艺的优越性
3.消失模铸造技术发展趋势
1.生产原理及工艺流程
2.消失模铸造工艺的优越性
? ① 它是一种近无余量的新型成型工艺
? ②铸件内部质量提高
? ③对环境无公害，易实现清洁生产
? ④方便了铸件结构的设计
? ⑤简化砂处理工序，减少设备占地面积，
从而降低设备费用
3.消失模铸造技术发展趋势
? ① 随着严格的质量控制体系的建立和各关键工序
监控仅表的完善，消失模铸件的质量将进一步提
高，废品率将大为下降。
? ②在模具设计和制造领域，将大量采用快速原形
制造技术和并行环境下计算机模拟仿真，从而大
大缩短模具的生产时间，实现铸件的快捷生产。
? ③随着泡沫塑料尾气净化装置和旧砂处理设备的
进一步改善，以及各工序间自动化程度的提高，
将使消失模铸造工厂 (车间 )绿色化。
? ④随着技术的进步，消失模铸造技术将与其他先
进的铸造工艺相结合，开创出更新的复杂工艺，
将使铸件质量和生产效率进一步提高．
6.5.8近代化学冷硬砂铸造工艺
? 1.无机化学粘结剂型 (芯 )砂
? 当前铸造生产中应用最广泛的无机化学粘结剂是
水玻璃，其次为水泥，近年来又开发出磷酸盐聚
合物的无机化学粘结剂。
? 2.有机化学粘结剂型 (芯 )砂
? 长期以来，铸造生产中就采用植物油作粘结剂配
芯砂，然而随着科学技术的进步以及对铸件的产
量和精度的要求越来越高，人工合成的有机高分
子材料和化工副产品也就逐步地应用于铸造生产。
开创出各种类型的有机化学（树脂）粘结剂型 (芯 )
砂。
6.5.9 金属液态成型工艺技术发展状
况
? 1,铸造工艺技术现状
? 2,金属液态成型过程的计算机模拟技术研
究有一定发展
? 3,精密成形技术取得较大进展
? 4.先进制造工艺技术发展趋势
? 金属的液态成型是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属
浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成型方法。
金属的液体成型也称为铸造。
? 金属液态成型具有下列优点：
? (1)能制造各种尺寸和形状复杂的铸件，尤其是内腔复杂的
铸件。
? (2)铸件的形状和尺寸与零件很接近，因而节省了金属材料
和加工工时。
? (3)绝大多数金属均能用液态成型方法制成铸件。
? (4) 液态成型生产适用于各种生产类型。
? (5) 液态成型所用的原材料来源广泛，价格低廉，并可回
收使用，还可利用金属废料和废机件。
6.1 合金的液态成型工艺理论基础
? 6.1.1 合金的充型能力
? 6.1.2合金的收缩性能
? 6.1.3 合金的偏析和吸气性
6.1.1 合金的充型能力
? 1.合金的充型能力概念
? 液态合金充满铸型型腔，并获得形状完整、
轮廓清晰、尺寸准确的铸件的能力，称为
合金的充型能力。
? 2.影响合金充型能力的因素
? ①合金的流动性
? ②浇注温度
? ③铸型特点
6.1.2合金的收缩性能
? 1.合金收缩的概念
? 高温合金液从浇入铸型到冷凝至室温的整个过程中，其体
积和尺寸减小的现象，称为收缩。
? 整个收缩过程，可划分为三个互相联系的阶段。
? ①液态收缩 是指合金液从浇注温度冷却到凝固开始温度
(液相线温度 ) 之间的体积收缩。这个阶段合金处于液态的
收缩，它使型腔内液面降低。
? ②凝固收缩 合金从凝固开始温度冷却到凝固终止温度 (固
相线温度 )之间的体积收缩，仍表现为型腔内液面降低。
? ③固态收缩 是指合金从凝固终止温度冷却到室温之间的
体积收缩。
? 2,影响合金收缩的因素
? ①化学成分
? ②浇注温度
? ③铸件结构与铸型条件
? 3.缩孔, 缩松, 内应力的形成和控制
? (1)缩孔、缩松的形成及控制
? 合金液在铸型内冷凝过程中，若其体积收
缩得不到补充时，将在铸件最后凝固的部
位形成孔洞，这种孔洞称为缩孔。缩孔分
为集中缩孔和分散缩孔两类。通常所说的
缩孔，主要是指集中缩孔，分散缩孔一般
称为缩松。
? ① 缩孔形成过程
? ② 缩松形成过程
? ③缩孔与缩松的控制 任何形态的缩孔都会使铸件
力学性能显著下降，缩松还能影响铸件的致密性
和物理、化学性能。因此，缩孔和缩松是铸件的
重大缺陷，必须根据铸件技术要求，采取适当工
艺措施，予以控制。
? 缩松分布面广，难以发现，难以消除。集中缩孔
易于检查与修补，并可采取工艺措施加以防止。
因此，生产中应尽量避免产生缩松或尽量使缩松
转化为缩孔。防止缩孔与缩松的主要措施是：
? 合理选择铸造合金
? 合理选用凝固原则
显微缩松 顺序凝固原则
阀体铸造方案 同时凝固原则
? (2)铸造内应力、变形和裂纹的形成和控制
? 铸件在凝固后继续冷却时，若在固态收缩阶段受
到阻碍,则将产生应力，此应力称为 铸造内应力。
它是铸件产生变形、裂纹等缺陷的主要原因。
? ① 铸造内应力形成过程 铸造内应力按其产生原
因，可分为热应力和机械应力两种。
? 热应力 铸件在凝固和冷却过程中，由于不同部位
不均衡的收缩而引起的应力称为热应力。
? 机械应力 铸件在固态收缩时因受到机械阻碍而形
成的应力，称为机械应力，也称收缩应力。
? ②铸件的变形与裂纹 当铸件中存有内应力时，
会使其处于不稳定状态。
? ③铸件变形、裂纹的控制 所有减少铸造内应力
的措施都有肋于控制铸件的变形和裂纹。
6.1.3 合金的偏析和吸气性
? 1.偏析
? 在铸件中出现化学成分不均匀的现象称为偏析。偏析使铸
件性能不均匀，严重时会造成废品。偏析分为晶内偏析和
区域偏析两类。
? 晶内偏析 (又称枝晶偏析 )是指晶粒内各部分化学成分不均
匀的现象。采用扩散退火可消除晶内偏析。
? 区域偏析是指铸件上、下部分化学成分不均匀的现象。为
防止区域偏析，在浇注时应充分搅拌或加速合金液冷却。
? 2.吸气性
? 合金在熔炼和浇注时吸收气体的性能称为合金的吸气性。
平板变形 结构对变形的影响
热应力的形成过程
6.2 常用液态成型合金及其熔铸
? 6.2.1常用铸铁件及其熔铸工艺
? 6.2.2.铸钢件
? 6.2.3 有色合金铸件生产
6.2.1常用铸铁件及其熔铸工艺
? 1.灰口铸铁
? ① 灰口铸铁的育孕处理
? 孕育处理就是在浇注前往铁水中加入孕育
剂，以产生大量人工晶核，细化珠光体基
体。
? ② 灰口铸铁的铸造性能 灰口铸铁有良好的
铸造性能，主要表现在流动性好和收缩性
小两个方面。
? ③ 灰口铸铁的铸造工艺特点
? 2,球墨铸铁 (简称球铁 )
? ① 球墨铸铁球化、孕育处理 球铁是用灰口铸铁
成份的铁水经球化、孕育处理后制成的。为保证
球铁质量,生产中应注意下列几点,
? 球墨铸铁的化学成分选择 原铁水成分与灰口铸铁
原则上相同，但要求严格。
? 球化剂和孕育剂
? ②球墨铸铁的铸造性能和工艺特点
? 3.可锻铸铁
? 可锻铸铁件的生产过程是，首先获得白口铸铁件，
然后经高温石墨化退火。
a） 堤坝式包底冲入法 b) 型内球化法
6.2.2.铸钢件
? 1.铸钢件的熔炼
? 2,铸钢的铸造性能和工艺特点
6.2.3 有色合金铸件生产
? 1.铸造铝合金
? ① 铝合金铸造性能和工艺特点
? ② 铝合金的精炼和变质处理
? 2.铸造铜合金
? ① 铜合金铸造性能和工艺特点
? ②铜合金铸造熔炼特点
6.3砂型铸造方法
6.3.1各种造型方法的特点和应用
? 造型是砂型铸造的最基本工序，通常分为手工造
型和机器造型两大类。
? 1,手工造型方法的特点和应用
? 目前手工造型方法在铸造生产中应用很广。手工
造型时最主要的紧砂和起模两工序是用手工进行
的。手工造型具有操作灵活、适应性强、工艺装
备简单、生产准备时间短、成本低等优点。但铸
件质量较差、生产率低、劳动强度大、要求工人
技术水平较高。因此主要用于单件小批生产，特
别是重型和形状复杂的铸件生产。
? 2,机器造型的特点和应用
震压式造型机的工作过程
6.3.2铸造工艺设计
? 1.铸造工艺方案的确定
? (1) 浇注位置的选择
? ①铸件的重要加工面或主要工作面应朝下
或位于侧面。
? ②铸件的宽大平面应朝下。
? ③易形成缩孔的铸件应将截面较厚的部分
放在分型面附近的上部或侧面。
? ④应能减少型芯的数量,便于型芯的固定、
排气和检验。
床身的浇注位置
吊车卷筒的浇注位置
平板的浇注位置
箱盖的浇注位置
缸头
减少型芯的数量来确定浇注位置
? (2) 铸型分型面的选择
? 两半个铸型相互接触的表面，称为分型面。它对于
铸件质量、制模、制芯、合箱和切削加工等工艺的复杂
程度有很大影响。选择时应在保证铸件质量的前提下，
考虑下列原则,
? ① 应使铸件的全部或大部处于同一砂箱内。
? ②应使铸件的加工面和加工基准面处于同一砂箱中。
? ③应尽量减少分型面的数量，最好只有一个分型面。
? ④应尽量减少型芯和活块的数量，以简化制模、造型、
合箱等工序。
? ⑤为便于造型、下芯、合箱及检验型腔尺寸，应尽量使
型腔和主要型芯处于下箱。
? ⑥为保证从铸型中取出模样，而不损坏铸型，分型面应
选在铸件的最大截面处。
? ⑦应尽量选用平直面作分型面，少用曲面，以简化模具
制造和造型工艺。
支架的浇注位置
铸件的分型面
螺栓塞头的分型面
轮毂的分型面
绳轮铸件
机床支柱
起重臂的分型面
? (3)工艺参数的确定
? ①机械加工余量
? ②收缩率
? ③拔模斜度 (起模斜度 )
? ④ 芯头
? ⑤浇注系统
? ⑥冒口
拨模斜度图
芯头的构造
浇注系统
? 3,铸造工艺图示例
? (1)选择分型面
? (2)确定浇注位置
? (3)确定工艺参数
? ①加工余量
? ②拔模斜度
? ③线收缩率
? ④型芯头
支承台零件图
支承台铸造工艺图
支承台毛坯图
6.4 合金液态成型件的结构工艺设计
? 6.4.1 砂型铸造工艺对铸件结构的要求
? 1,铸件外形应力求简单
? 2.减少与简化分型面
? 3.避免不必要的型芯和活块
? 4.有利于型芯的定位、固定、排气和清理
? 5.应有结构斜度
托架外形设计
减少分型面数量
两种结构设计
内腔设计
轴承支架铸件
增设工艺孔
结构斜度
6.4.2合金铸造性能对铸件结构的要求
? 铸件壁的设计
? (1) 铸件壁厚应适当
? ①铸件壁厚
? ②合理截面形状设计结构时，应根据载荷
性质和大小，合理选择截面形状 (如空心、
工字形、丁字形、槽形和箱形 )，并在脆
弱处增设加强筋。
? ③铸件外壁、内壁和筋的临界厚度
铸件壁厚的设计
铸件转角的设计
? (2) 铸件壁的连接应合理
? ①铸件内圆角的大小应与其壁厚相适应，
过大会造成金属局部积聚，增加形成缩孔
的倾向。一般圆角处内接圆直径，不超过
相邻壁厚的 1,5倍。
? ②筋或壁的连接应避免交叉和锐角，主要
目的是为了减少热节，防止产生缩孔、缩
松等缺陷。
? ③厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡。
几种不同铸件壁厚的过渡形式及尺
寸
? (3)铸件应尽量避免有过大的水平面
?
防止大平面的设计
? (4)铸件结构应有利于自由收缩
轮辐的设计
? (5)应防止铸体翘曲变形
平板设计
? （ 6） 合理选择铸件的凝固原则
铸件的凝固原则
? 3.组合铸件
铸钢组合铸件 浇合铸件的结构
6.5 特种铸造及铸造新工艺技术简
介
? 6.5.1 熔模铸造
? 1.熔模铸造的工艺过程
? ①母模
? ②压型
? ③蜡模
? ④结壳
? ⑤脱蜡
? ⑥造型和焙烧
? ⑦浇注
熔模铸造工艺过程
? 2,熔模铸造的特点及应用范围
? ①能铸造各种合金铸件，尤其适于铸造高熔点、
难切削加工和用别的加工方法难以成形的合金，
如耐热合金、磁钢等。
? ②可生产形状复杂、轮廓清晰、薄壁 (0,2～ 0.7
mm)，且无分型面的铸件。
? ③生产批量不受限制，可实现机械化流水生产。
? ④工艺过程复杂，生产周期较长 (4～ 15天 ),生产成
本较高。
? ⑤因蜡模容易变形，型壳强度不高等原因，铸件
的重量一般限制在 25 kg以内。
6.5.2 金属型铸造
? 金属液靠重力浇入用金属制成的铸型中，以获
得铸件的方法，称为金属型铸造。金属型可重
复使用，故又称永久型铸造。
? 1,金属型的构造
垂直分型式金属型
? 2,金属型铸造的工艺特点
? 金属型导热比砂型快，没有退让性，所以铸件易产生冷隔、
浇不足、裂纹等缺陷，灰铸铁件常产生白口组织。此外，
在高温金属液的冲刷下，易损坏铸型，影响了金属型的寿
命和铸件的表面质量，造成取出铸件困难。为减少和避免
这些缺点，生产时需采用下列工艺措施：
? ①金属型应保持合理的工作温度。
? ②为保护型腔和减缓铸型的传热速度，型腔表面和浇冒口
中要涂以厚度为 0.2～ 1.0 mm的耐火涂料，以使金属液和
铸型隔开。
? ③因金属型无退让性，故应掌握好适宜的开型时间。
? ④为防止铸铁件产生白口组织，其壁厚一般应大于 15 mm，
并控制铁水中碳、硅的质量分数不小于 6％。
? 3.金属型铸造的特点和应用范围
? 与砂型铸造相比，金属型铸造有以下特点：
? ①实现了“一型多铸”，节约了大量造型材料、工时和占
地面积，提高了生产率，改善了劳动条件。
? ②金属型冷却快，铸件结晶组织细密，力学性能和致密度
高。
? ③铸件的公差等级可达 IT14～ ITl2，表面粗糙度 Ra值为
12.5～ 6.3 μm，加工余量为 0.8～ 1.6 mm。
? ④金属型制造成本高、周期长，不适于小批量生产，不宜
铸造形状复杂、大型薄壁件，铸铁件易产生白口组织。此
外，必须采用机械化、自动化装置进行生产，才能改善劳
动条件。
? 金属型铸造主要适于大批量生产形状简单的有色合金铸件
和灰铸铁件。
6.5.3 压力铸造
? 在高压下，将液态或半液态金属高速压入金属铸型，并在高压下凝固 成形的铸造方法，称为压力铸造（亦称挤压铸造，简称压铸）。
? 1.压铸工艺过程
? 2.压铸的特点和应用范围
? 由于液态金属的充填、成形和凝固都是在压力作用下完成的。因此,该工艺具有如下优点：
? ①生产率比其他铸造方法都高，并易于实现半自动化，自动化。
? ②可铸出结构复杂、轮廓清晰的薄壁、深腔、精密铸件，可直接铸出
各种孔眼、螺纹、齿形、花纹和图案等，也可压铸镶嵌件。
? ③可获得公差等级为 IT13～ IT11、表面粗糙度 Ra值为 3,2～ 0,8μm
的铸件，可实现少、无切削加工。
? ④铸件强度和表面硬度高，组织细密，其抗拉强度比砂型铸件提高约 25～ 40％。
? ⑤压铸设备和压铸型费用高，压铸型制造周期长，只适于大批量生产。
? ⑥因金属液充型速度高，又在压力下成形，所以铸件内常有小气孔,并常存在于表皮下面。
? 3.压力铸造工艺的发展趋势
? ①用压力铸造法将液态金属压渗到陶瓷纤维增强材料中，
制成局部增强金属基复合材料，将成为廉价，便捷的批量
生产先进金属基复合材料的良好方法。
? ②扩大应用，提高质量，使铸件向更优质，高性能、大
型化，复杂化的方向发展重点。重点解决的问题是：尽量
减少液态金属充型过程中空气的卷入 (这也是造成铸件起
泡的主要原因 )。为此，一则要改进压射系统，尽量做到
低速大流量全部壁横截面平稳充型；二是改进模具设计并
采取真空、充氧等措施排除充型前型腔中的空气。尽量减
少冲头挤压前挤压料缸 (压室 )中浇入的液态金属过早‘凝
固结壳’给铸件带来的缺陷，为此，除改进工艺与模具设
计外，近年来国外新发展的固体粉末润滑剂和采用升液管
向挤压料缸供给金属液系统也有显著效果。
? ③改造原有压力铸造设备，发展新的压力铸造机系列．
6.5.5 低压铸造
? 低压铸造是介于重力铸造 (如砂型、金属型
铸造 )和压力铸造之间的一种铸造方法。它
是使液态合金在压力下，自下而上地充填
型腔，并在压力下结晶，以形成铸件的工
艺过程。由于所用的压力较低 (2～ 7N／
cm2)，所以称低压铸造。
? 1,低压铸造的工艺过程
? 升液、浇注 通入干燥的压缩空气，合金
液在较低压力下从升液管平稳的上升进入
型腔。
? 加压、凝固 型内合金液在较高压力下结
晶，只至全部凝固。
? 减压、降液 坩锅上部与大气连通，升液
管与浇口内尚未凝固的合金液因重力作用
而流回坩锅。
? 开型、取出铸件。
低压铸造工作原理
? 2.低压铸造的特点和应用范围
? ①底注充型，平稳且易控制，减少了金属液注入
型腔时
? 的冲击，飞溅现象，提高了产品的合格率。
? ②金属液上升速度和结晶压力可人为控制。
? ③不需另设冒口，而由浇口兼起补缩作用，故浇
泣系统简单，金属利用率高。
? ④与重力铸造 (砂型、金属型 )比较，铸件的轮廓
清晰，组织致密，力学性能好，尤其是对大型薄
壁件的铸造非常有利。
? ⑤此外，设备较压铸简易，便于实现机械化和自
动化生产。
6.5.6 离心铸造
? 金属液态合金浇入高速旋转 (250～ 1500r
／ min)的铸型中，使金属液在离心力作用下
充填铸型并结晶，这种铸造方法称离心铸
造。
热室压铸机工作原理
卧式冷室压铸机工作原理
离心铸造原理
6.5.6 连续铸造
? 连续铸造是生产铸管和铸锭的一种铸造方法，其原理
是将液态金属不断地浇入称为结晶器的特殊的金属型中，
然后将冷凝的铸件连续不断地从结晶器的另一端拉出，按
需要截取，可获得任意长度的铸件。
? 1.连续铸造的工作原理
? 2.连续铸造的特点及应用范围
①连续铸造免去了浇口、冒口、降低了金属消耗。
? ②冷却迅速，表层组织细密，且易实现机械化生产，生产
率高。
? ③铸件合金不受限制，钢、铁、铜、铝及其它合金均可铸
造。
连续铸造原理图
6.5.7 消失模 (气化模 )铸造技术
1.生产原理及工艺流程
2.消失模铸造工艺的优越性
3.消失模铸造技术发展趋势
1.生产原理及工艺流程
2.消失模铸造工艺的优越性
? ① 它是一种近无余量的新型成型工艺
? ②铸件内部质量提高
? ③对环境无公害，易实现清洁生产
? ④方便了铸件结构的设计
? ⑤简化砂处理工序，减少设备占地面积，
从而降低设备费用
3.消失模铸造技术发展趋势
? ① 随着严格的质量控制体系的建立和各关键工序
监控仅表的完善，消失模铸件的质量将进一步提
高，废品率将大为下降。
? ②在模具设计和制造领域，将大量采用快速原形
制造技术和并行环境下计算机模拟仿真，从而大
大缩短模具的生产时间，实现铸件的快捷生产。
? ③随着泡沫塑料尾气净化装置和旧砂处理设备的
进一步改善，以及各工序间自动化程度的提高，
将使消失模铸造工厂 (车间 )绿色化。
? ④随着技术的进步，消失模铸造技术将与其他先
进的铸造工艺相结合，开创出更新的复杂工艺，
将使铸件质量和生产效率进一步提高．
6.5.8近代化学冷硬砂铸造工艺
? 1.无机化学粘结剂型 (芯 )砂
? 当前铸造生产中应用最广泛的无机化学粘结剂是
水玻璃，其次为水泥，近年来又开发出磷酸盐聚
合物的无机化学粘结剂。
? 2.有机化学粘结剂型 (芯 )砂
? 长期以来，铸造生产中就采用植物油作粘结剂配
芯砂，然而随着科学技术的进步以及对铸件的产
量和精度的要求越来越高，人工合成的有机高分
子材料和化工副产品也就逐步地应用于铸造生产。
开创出各种类型的有机化学（树脂）粘结剂型 (芯 )
砂。
6.5.9 金属液态成型工艺技术发展状
况
? 1,铸造工艺技术现状
? 2,金属液态成型过程的计算机模拟技术研
究有一定发展
? 3,精密成形技术取得较大进展
? 4.先进制造工艺技术发展趋势
