铸 造 生 产引 言
1、何为铸造？
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形方法，称为铸造。
2、铸造优缺点优点：
1）可以生产出形状复杂，特别是具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。
2）铸造生产的适应性广，工艺灵活性大。工业上常用的金属材料均可用来进行铸造，铸件的重量可由几克到几百吨，壁厚可由 0.5mm到 1m左右。
3）铸造用原材料大都来源广泛，价格低廉，并可直接利用废机件，故铸件成本较低。
缺点：
1）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、
气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧度低于同种材料的锻件。
2）铸件质量不够稳定。
第一节 合金的铸造性能一、流动性,
1.流动性：
流动性是指熔融金属的流动能力。
合金流动性的好坏，通常以,螺旋形流动性试样,的长度来衡量，将金属液体浇入螺旋形试样铸型中，在相同的浇注条件下，合金的流动性愈好，所浇出的试样愈长。
2,流动性的影响因素：
1） 合金的种类,不同种类的合金，具有不同的螺旋线长度，即具有不同的流动性。其中灰铸铁的流动性最好，
硅黄铜、铝硅合金次之，而铸钢的流动性最差。
2） 化学成分和结晶特征：
纯金属和共晶成分的合金，凝固是由铸件壁表面向中心逐渐推进，凝固后的表面比较光滑，对未凝固液体的流动阻力较小，所以流动性好，见图 9-3a。 在一定凝固温度范围内结晶的亚共晶合金，凝固时铸件内存在一个较宽的既有液体又有树枝状晶体的两相区。凝固温度范围越宽，则枝状晶越发达，对金属流动的阻力越大，金属的流动性就越差，见图 9-3b。
二、铸造合金的收缩铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象称为收缩。它主要包括以下三个阶段：
1.液态收缩 金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。
2.凝固收缩 熔融金属在凝固阶段的体积收缩。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。
3.固态收缩 金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。
三,影响合金收缩的因素
1,化学成分 不同成分的合金其收缩率一般也不相同。在常用铸造合金中铸钢的收缩最大，灰铸铁最小。
2,浇注温度 合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。
3,铸件结构与铸型条件 铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，
且互相阻碍，又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。这种阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。
四、收缩对铸件质量的影响
1.缩孔和缩松
（ 1）缩孔的形成缩孔总是出现在铸件上部或最后凝固的部位，其外形特征是：内表面粗糙，形状不规则，多近于倒圆锥形。通常缩孔隐藏于铸件的内部，有时经切削加工才能暴露出来。
缩孔形成的主要原因是液态收缩和凝固收缩。缩孔形成过程见图 9-6。
（ 2）缩松的形成宏观缩松多分布在铸件最后凝固的部位，显微缩松则是存在于在晶粒之间的微小孔洞，形成缩松的主要原因也是液态收缩和凝固收缩所致。缩松形成过程见图 9-7。
（ 3）缩孔、缩松的防止措施
a）采用定向凝固的原则 所谓定向凝固，是使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。冒口和冷铁的合理使用，可造成铸件的定向凝固，有效地消除缩孔、缩松。定向凝固原则见图 9-8。
b）合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置及浇注工艺,
浇注位置的选择应服从定向凝固原则；内浇道应开设在铸件的厚壁处或靠近冒口；要合理选择浇注温度和浇注速度，在不增加其它缺陷的前提下，应尽量降低浇注温度和浇注速度。
浇注系统 冒口冷铁第二节 常用铸造合金一、铸铁铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。
在这些合金中，碳的质量分数超过了在共晶温度时能保留在奥氏体固溶体中的量。
（一） 铸铁的分类
1,根据碳在铸铁中的存在形式分类
（ 1）白口铸铁 指碳主要以游离碳化铁形式出现的铸铁，
断口呈银白色。
（ 2）灰铸铁 指碳主要以片状石墨形式出现的铸铁，断口呈灰色。它是工业中应用最广的铸铁。
（ 3）麻口铸铁 指碳部分以游离碳化铁形式出现，部分以石墨形式出现，断口灰白相间。
2,根据铸铁中石墨形态分类
（ 1）普通灰铸铁 石墨呈片状，见图 9-10；
（ 2）蠕墨铸铁 石墨呈蠕虫状，见图 9-11；
（ 3）可锻铸铁 石墨呈团絮状，见图 9-12；
（ 4）球墨铸铁 石墨呈球状，见图 9-13。
二,铸钢：
（一）铸钢的种类与性能铸钢按化学成分的不同，可分为以下两大类：
1,碳素铸钢指以碳为主要合金元素并含有少量其他元素的铸钢。
根据碳质量分数的高低可分为低碳、中碳和高碳铸钢。
铸钢的强度与球墨铸铁相近，但铸钢的冲击韧度和疲劳强度都高得多，另外，铸钢的焊接性能远比铸铁优良。
2,铸造合金钢对于具有较高力学性能或某些特殊性能要求的零件或工具，可采用合金铸钢（即铸造合金钢）。合金铸钢按其合金质量分数可分为低合金铸钢和高合金铸钢。
（二）铸钢的铸造工艺特点
1,钢液的流动性差：
其铸件壁厚不能小于 8mm，且浇注系统应力求简单、
截面尺寸要比铸铁大、铸型常用干型。此外，铸钢件晶粒粗大，热裂、气孔和粘砂等倾向大，故应根据具体情况确定合适的浇注温度。一般小件、薄壁及形状复杂的铸件，
其浇注温度比钢的熔点高 150℃ 左右；大件、厚壁铸件的浇注温度比钢的熔点高 100℃ 左右。
2,铸钢的体积收缩率和线性缩率大：
铸钢的体积收缩率为 10%-14%，线收缩率为 1.8%-
2.5%。
3,易吸气氧化和粘砂。
三,有色金属铸造：
（一）铝合金铸造
1,铸造铝合金的种类按化学成分的不同，铸造铝合金可分为铸造铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。
2,铝合金的铸造工艺特点
（ 1）铸造铝合金熔点低、流动性好、对型砂耐火度要求不高，可用细砂造型，以减小铸件表面粗糙度值，
还可浇注薄壁复杂铸件。
（ 2）为防止铝液在浇注过程中的氧化和吸气，通常采用开放式浇注系统及应用蛇形直浇道和缝隙内浇道等。
（ 3）应形成合理的温度分布，使铸型进行定向凝固，
并在最后凝固部分设置冒口进行补缩，以消除缩孔和缩松。
（二）铜合金铸件的生产
1,铜合金种类铸造铜合金按其成分不同可分为黄铜和青铜。
2,铜合金的铸造工艺特点
（ 1）铸造黄铜熔点低、结晶温度窄（ 30℃ -70℃ ），流动性好、对型砂耐火度要求不高，可用细砂造型，以减小铸件表面粗糙度值、减小加工余量，并可浇注薄壁铸件。
但其收缩率大、容易产生集中缩孔，铸造时应配置较大的冒口。
（ 2）锡青铜在液态下易氧化，在开设浇道时，应尽力使金属液流动平稳、防止飞溅，故常用开放式及底注式浇注系统。锡青铜的凝固温度宽（ 150℃ -200℃ ），凝固收缩和线收缩率小，虽不易产生大的集中缩孔，但常出现枝晶偏析与缩松，降低铸件的致密度。这种缩松便于储存润滑油，适宜制造滑动轴承。壁厚不大的锡青铜铸件常采用同时凝固原则，锡青铜适合采用金属型铸造，利用快速冷却与补缩，铸件结晶细小致密。
第三节 砂型铸造用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造。砂型铸造是应用最广泛的一种铸造方法，其主要工序包括：制造模样（木模），制备造型材料、造型、造芯、合型、熔炼、
浇注、落砂、清理与检验等。
一、造型方法的选择用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。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。
（一）手工造型手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。
手工造型操作灵活、适应性广、工艺装备简单、成本低，
但其铸件质量差、生产率低、劳动强度大、技术水平要求高，所以手工造型主要用于单件小批生产，特别是重型和形状复杂的铸件。
1.手工造型方法分类根据砂型的不同特征，手工造型方法可分为：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型、组芯造型；根据模样的不同特征，手工造型方法可分为：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造型。各种手工造型方法的示意图如图 1-15所示。
两箱造型是造型的最基本方法，
铸型由成对的上型和下型构成，操作简单。适用于各种生产批量和各种大小的铸件。
三箱造型的铸型由上、中、下三型构成。中型高度需与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型操作费工。主要适用于具有两个分型面的单件、小批生产的铸件。
脱箱造型主要采用活动砂箱来造型，在铸型合型后，
将砂箱脱出，重新用于造型。 一个砂箱可制出许多铸型。
金属浇注时为防止错型，需用型砂将铸型周围填紧，也可在铸型上套箱。常用于生产小铸件，因砂箱无箱带，故砂箱一般小于 400mm。
地抗造型是利用车间地面砂床作为铸型的下箱。大铸件需在砂床下面铺以焦炭，埋上出气管，以便浇注时引气
。地坑造型仅用或不用上箱即可造型，因而减少了造砂箱的费用和时间，但造型费工、生产率低，要求工人技术水平高。适用于砂箱不足，或生产要求不高的中、大型铸件
，如砂箱、压铁、炉栅、芯骨等。
组芯造型是用若干块砂芯组合成铸型，而无需砂箱。
它可提高铸件的精度，但成本高。适用于大批量生产形状复杂的铸件。
整模造型的模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型缺陷
。适用于铸件最大截面在一端，且为平面的铸件。
挖砂造型的模样是整体的，但铸件分型面为曲面。为便于起模，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂、其造型费工、生产率低，工人技术水平要求高。用于分型面不是平面的单件、小批生产铸件。
假箱造型是为克服挖砂造型的挖砂缺点，在造型前预先做个底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不参予浇注，故称假箱。比挖砂造型操作简单，且分型面整齐。适用于成批生产中需要挖砂的铸件。
分模造型是将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下两个砂箱内，造型简单省工。常用于最大截面在中中部的铸件。
活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，
肋条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费时，工人技术水平要求高。主要用于单件、小批生产带有突出部分、
难以起模的铸件。
刮板造型是用刮板代替实体模样造型，它可降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，工人技术水平要求高。用于有等载面或回转体的大、中型铸件的单件、小批生产、如带轮、铸管、弯头等。
（二）机器造型机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。机器造型铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小，但需要专用设备，投资较大，适合大批量生产。
1,机器造型方法分类常用的机器造型方法有：压实紧实、高压紧实、震击紧实、震压紧实、微震紧实、抛砂紧实、射压紧实、射砂紧实。
压实紧实方法单纯借助压力紧实砂型，机器结构简单、噪声小，
生产率高，消耗动力少
，型砂的紧实度沿砂箱高度方向分布不均匀，
上下紧实度相差很大。
主要适用于成批生产高度小于 200mm薄而小的铸件。
高压紧实主要是用较高压实比压（一般在 0.7MPa-1.5M
Pa）压实砂型。砂型紧实度高，铸件尺寸精度高，表面粗糙度 Ra值小，废品率低，生产率高、噪声低、灰尘小、易于机械化、自动化、但机器结构复杂、制造成本高。主要适用于需大量生产的中、小型铸件，如汽车、机械车辆、缝纫机等产品较为单一的制造业。
震击紧实主要依靠震击力坚实砂型。该方法机器结构简单，制造成本低，但噪声大、生产率低、要求厂房基础好。砂型坚实度沿砂箱高度方向愈往下愈大。
主要适用于需成批生产的中，小型铸件。
震压紧实是经过多次震击后再压实砂型。该方法生产率高
，能量消耗少，机械磨损少，砂型坚实度较均匀，但噪声大。
广泛用于成批生产中
、小型铸件。
微震紧实是在加压坚实型砂的同时，
砂箱和模板作高频率
、小振幅震动。此方法生产率较高、紧实度均匀、噪声小。广泛用于成批生产中、
小型铸件。
抛砂紧实是利用离心力抛出型砂，
使型砂在惯性力下完成填砂和坚实。该方法生产率高，能量消耗少、噪声低、型砂坚实度均匀、适用性广。主要适用于单件
、小批、成批、大量生产中、大型铸件或大型芯。
射压紧实是使压缩空气骤然膨胀，将型砂射人砂箱进行填砂和坚实，再进行压实。该方法生产率高，坚实度均匀，砂型型腔尺寸精确、表面光滑、工人劳动强度低、易于自动化、但造型机调整维修复杂。主要适用于大批、大量生产的形状简单的中、小型铸件。
二、铸造工艺设计
1、体积收缩大的合金及壁厚差较大的铸件，
应按定向凝固的原则，
将壁厚较大的部位和铸件的热节部置于上部或侧部，以便设置冒口进行补缩。
2、重要加工面、耐磨表面等质量要求较高部位应置于下面或侧面。
（一） 铸造方案的确定
3、具有大面积的薄壁铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部，同时要尽量使薄壁部分处于垂直位置或倾斜位置。见图 9－ 2。
4、起模斜度（拔模斜度） 为使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒中脱出，平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度称为起模斜度。凡垂直于分型面（分盒面）的没有结构斜度的壁均应设起模斜度。起模斜度的大小，应根据模壁测量面高度、模样材料及造型方法确定。
5、具有大平面的铸件，应将铸件的大平面朝下。见图 9
－ 3。
6、尽量减少型芯的数目，最好使型芯位于下型以便下芯和检查，同时应保证型芯在铸型中安放牢靠、排气通畅。
（二）分型面的选择分型面为铸型组元间的接合面，选择分型面应考虑以下原则：
1.分型面应尽量采用平面分型，避免曲面分型，并应尽量选在最大截面上，以简化模具制造和造型工艺。见图 9－ 4。
a) 不正确 b) 正确
2、尽量将铸件全部或大部放在同一砂箱以防止错型、飞翅、毛刺等缺陷，保证铸件尺寸的精确。见图 9－ 5。
a) 不合理 b) 合理
3、应使铸件的加工面和加工基准面处于同一砂箱中。见图 9－ 6。
a) 不合理 b) 合理
4、若铸件的加工面很多，又不可能全部与基准面放在分型面的同一侧时，则应使加工基准面与大部分加工面处于分型面的同一侧。
5、尽量减少分型面的数目，最好只有一个分型面。见图 9
－ 7。
a) 不合理 b) 合理
6、铸件的非加工表面上，尽量避免有披缝。见图 9－ 8。
7、分型面的选择应尽量与铸型浇注时位置一致。
a) 不正确 b) 正确第四节 特种铸造一、熔模铸造熔模铸造是用易熔材料制成模样，然后在模样上涂挂若干层耐火涂料制成型壳，经硬化后再将模样熔化，排出型外，从而获得无分型面的铸型。铸型经高温焙烧后即可进行浇注。
(一 )熔模铸造的工艺过程熔模铸造的工艺过程包括：蜡模制造、结壳、脱蜡、
焙烧和浇注等，其流程图及铸造过程示意图如下：
（二）熔模铸造的主要特点及适用范围
1）铸件的精度和表面质量较高，尺寸公差等级可达 IT14-
IT11，表面粗糙度 Ra值可达 12.5μ-1.6 μ。
2）适用于各种合金铸件。
3）可制造形状较复杂的铸件，铸出孔的最小直径为 0.5
mm，最小壁厚可达 0.3mm。
4）工艺过程较复杂，生产同期长，制造费用和消耗的材料费用较高，多用于小型零件（从几十克到几千克），一般不超过 25kg。
二、金属型铸造金属型铸造又称硬模铸造，是将液体金属浇入金属铸型，在重力作用下充填铸型，以获得铸件的铸方法。
（一）金属型为保证使用寿命，制造金属型的材料具备如下的性能
：高的耐热性和导热性，反复受热不变形，不破坏；一定的强度、韧性及耐磨性；好的切削加工性能。金属型材料一般选用铸铁、碳素钢或低合金钢。
（二）金属型铸造的工艺特点
1,金属型预热 金属型预热温度主要通过试验来确定，一般不低于 150℃ 。
2,刷涂料 金属型表面应喷刷一层耐火涂料（厚度为 0.3
mm－ 0.4mm），以保护型壁表面，免受金属液的直接冲蚀和热击。
3.浇注 由于金属型的导热能力强，因此浇注温度应比砂型铸造高 20℃ － 30℃ 。铝合金为 680℃ － 740℃,铸铁为
1300℃ － 1370℃,锡青铜为 1100℃ － 1150℃,对薄壁小件取上限，对厚壁大件取下限。
（三）金属型铸造的特点和应用范围
1）金属型铸件冷却快，组织致密，力学性能高。
2）铸件的精度和表面质量较高
3）浇冒口尺寸较小，液体金属耗量减少，一般可节约 15%
－ 30%。
4）不用砂或少用砂。
金属型铸造的主要缺点是金属型无透气和退让性，铸件冷却速度大，容易产生浇不到、冷隔、裂纹等缺陷。
三、压力铸造压力铸造（简称压铸）的实质是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填金属型型腔，
并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。常用压射压力为 5－ 1500MPa，
0.5－ 5m/s，充填时间很短
，约 0.01－ 02s。
压铸过程主要由压铸机来实现。压铸机分热压室式和冷压室式两类。热压室式压铸机工作原理见图 9－ 3。
冷压室式压铸特点是压室和熔化合金的坩埚连成一体
，压室浸在液体金属中,多用于低熔点合金。冷压室式压铸机分立式和卧式两种类型，卧式冷压室式压铸机工作原理见图 1－ 28与图 9-4。
（二）压铸的特点和应用
1.压铸优点：
2.1）铸件的尺寸精度最高，表面粗糙度 Ra值最小。
2）铸件强度和表面硬度都较高。
3）生产效率很高，生产过程易于机械化和自动化。
2,压铸缺点：
1）压铸时，高速液流会包住大量空气，凝固后在铸件表皮下形成许多气孔，故压铸件不宜进行较多余量的切削加工，以免气孔外露。
2）压铸黑色金属时，压铸型寿命很低，困难较大。
3）设备投资大，生产准备周期长。
四、离心铸造离心铸造：是将金属浇入高速旋转的铸型中，使液态金属在离心力的作用下充填铸型并结晶，称为离心铸造。
离心铸造的特点及应用范围
1。特点
（ 1）金属利用率高，省芯、浇注系统，成本低。
（ 2）铸件组织致密，无缩孔、气孔、夹渣等缺陷，机械性能高。
（ 3）充型能力强，便于流动性差的合金和薄壁铸件的生产。
（ 4）便于制造双金属铸件。
（ 5）内径尺寸误差大，粗糙、偏析。
2。应用主要用于空心旋转体铸件，如铸铁管、汽缸套、铜套、
双金属轴承、圆环等。
思考题：
1、铸造工艺的主要优缺点是什么？
2、铸件为什么要有铸造圆角和拔模斜度？
3、什么是铸造合金的三个收缩阶段？缩孔、疏松主要发生在哪一收缩阶段？
4、需要三箱造型的铸件是否可用两箱造型完成？举例说明此时产生的主要问题是什么？
5、机器造型是否能全部代替手工造型？为什么？
6、熔模铸造的主要工艺过程有哪些？
7、为什么金属型铸造不能完全代替砂型铸造？
8、压力铸造主要适应于什么样的铸件生产？
1、何为铸造？
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形方法，称为铸造。
2、铸造优缺点优点：
1）可以生产出形状复杂，特别是具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。
2）铸造生产的适应性广，工艺灵活性大。工业上常用的金属材料均可用来进行铸造，铸件的重量可由几克到几百吨，壁厚可由 0.5mm到 1m左右。
3）铸造用原材料大都来源广泛，价格低廉，并可直接利用废机件，故铸件成本较低。
缺点：
1）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、
气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧度低于同种材料的锻件。
2）铸件质量不够稳定。
第一节 合金的铸造性能一、流动性,
1.流动性：
流动性是指熔融金属的流动能力。
合金流动性的好坏，通常以,螺旋形流动性试样,的长度来衡量，将金属液体浇入螺旋形试样铸型中，在相同的浇注条件下，合金的流动性愈好，所浇出的试样愈长。
2,流动性的影响因素：
1） 合金的种类,不同种类的合金，具有不同的螺旋线长度，即具有不同的流动性。其中灰铸铁的流动性最好，
硅黄铜、铝硅合金次之，而铸钢的流动性最差。
2） 化学成分和结晶特征：
纯金属和共晶成分的合金，凝固是由铸件壁表面向中心逐渐推进，凝固后的表面比较光滑，对未凝固液体的流动阻力较小，所以流动性好，见图 9-3a。 在一定凝固温度范围内结晶的亚共晶合金，凝固时铸件内存在一个较宽的既有液体又有树枝状晶体的两相区。凝固温度范围越宽，则枝状晶越发达，对金属流动的阻力越大，金属的流动性就越差，见图 9-3b。
二、铸造合金的收缩铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象称为收缩。它主要包括以下三个阶段：
1.液态收缩 金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。
2.凝固收缩 熔融金属在凝固阶段的体积收缩。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。
3.固态收缩 金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。
三,影响合金收缩的因素
1,化学成分 不同成分的合金其收缩率一般也不相同。在常用铸造合金中铸钢的收缩最大，灰铸铁最小。
2,浇注温度 合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。
3,铸件结构与铸型条件 铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，
且互相阻碍，又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。这种阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。
四、收缩对铸件质量的影响
1.缩孔和缩松
（ 1）缩孔的形成缩孔总是出现在铸件上部或最后凝固的部位，其外形特征是：内表面粗糙，形状不规则，多近于倒圆锥形。通常缩孔隐藏于铸件的内部，有时经切削加工才能暴露出来。
缩孔形成的主要原因是液态收缩和凝固收缩。缩孔形成过程见图 9-6。
（ 2）缩松的形成宏观缩松多分布在铸件最后凝固的部位，显微缩松则是存在于在晶粒之间的微小孔洞，形成缩松的主要原因也是液态收缩和凝固收缩所致。缩松形成过程见图 9-7。
（ 3）缩孔、缩松的防止措施
a）采用定向凝固的原则 所谓定向凝固，是使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。冒口和冷铁的合理使用，可造成铸件的定向凝固，有效地消除缩孔、缩松。定向凝固原则见图 9-8。
b）合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置及浇注工艺,
浇注位置的选择应服从定向凝固原则；内浇道应开设在铸件的厚壁处或靠近冒口；要合理选择浇注温度和浇注速度，在不增加其它缺陷的前提下，应尽量降低浇注温度和浇注速度。
浇注系统 冒口冷铁第二节 常用铸造合金一、铸铁铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。
在这些合金中，碳的质量分数超过了在共晶温度时能保留在奥氏体固溶体中的量。
（一） 铸铁的分类
1,根据碳在铸铁中的存在形式分类
（ 1）白口铸铁 指碳主要以游离碳化铁形式出现的铸铁，
断口呈银白色。
（ 2）灰铸铁 指碳主要以片状石墨形式出现的铸铁，断口呈灰色。它是工业中应用最广的铸铁。
（ 3）麻口铸铁 指碳部分以游离碳化铁形式出现，部分以石墨形式出现，断口灰白相间。
2,根据铸铁中石墨形态分类
（ 1）普通灰铸铁 石墨呈片状，见图 9-10；
（ 2）蠕墨铸铁 石墨呈蠕虫状，见图 9-11；
（ 3）可锻铸铁 石墨呈团絮状，见图 9-12；
（ 4）球墨铸铁 石墨呈球状，见图 9-13。
二,铸钢：
（一）铸钢的种类与性能铸钢按化学成分的不同，可分为以下两大类：
1,碳素铸钢指以碳为主要合金元素并含有少量其他元素的铸钢。
根据碳质量分数的高低可分为低碳、中碳和高碳铸钢。
铸钢的强度与球墨铸铁相近，但铸钢的冲击韧度和疲劳强度都高得多，另外，铸钢的焊接性能远比铸铁优良。
2,铸造合金钢对于具有较高力学性能或某些特殊性能要求的零件或工具，可采用合金铸钢（即铸造合金钢）。合金铸钢按其合金质量分数可分为低合金铸钢和高合金铸钢。
（二）铸钢的铸造工艺特点
1,钢液的流动性差：
其铸件壁厚不能小于 8mm，且浇注系统应力求简单、
截面尺寸要比铸铁大、铸型常用干型。此外，铸钢件晶粒粗大，热裂、气孔和粘砂等倾向大，故应根据具体情况确定合适的浇注温度。一般小件、薄壁及形状复杂的铸件，
其浇注温度比钢的熔点高 150℃ 左右；大件、厚壁铸件的浇注温度比钢的熔点高 100℃ 左右。
2,铸钢的体积收缩率和线性缩率大：
铸钢的体积收缩率为 10%-14%，线收缩率为 1.8%-
2.5%。
3,易吸气氧化和粘砂。
三,有色金属铸造：
（一）铝合金铸造
1,铸造铝合金的种类按化学成分的不同，铸造铝合金可分为铸造铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。
2,铝合金的铸造工艺特点
（ 1）铸造铝合金熔点低、流动性好、对型砂耐火度要求不高，可用细砂造型，以减小铸件表面粗糙度值，
还可浇注薄壁复杂铸件。
（ 2）为防止铝液在浇注过程中的氧化和吸气，通常采用开放式浇注系统及应用蛇形直浇道和缝隙内浇道等。
（ 3）应形成合理的温度分布，使铸型进行定向凝固，
并在最后凝固部分设置冒口进行补缩，以消除缩孔和缩松。
（二）铜合金铸件的生产
1,铜合金种类铸造铜合金按其成分不同可分为黄铜和青铜。
2,铜合金的铸造工艺特点
（ 1）铸造黄铜熔点低、结晶温度窄（ 30℃ -70℃ ），流动性好、对型砂耐火度要求不高，可用细砂造型，以减小铸件表面粗糙度值、减小加工余量，并可浇注薄壁铸件。
但其收缩率大、容易产生集中缩孔，铸造时应配置较大的冒口。
（ 2）锡青铜在液态下易氧化，在开设浇道时，应尽力使金属液流动平稳、防止飞溅，故常用开放式及底注式浇注系统。锡青铜的凝固温度宽（ 150℃ -200℃ ），凝固收缩和线收缩率小，虽不易产生大的集中缩孔，但常出现枝晶偏析与缩松，降低铸件的致密度。这种缩松便于储存润滑油，适宜制造滑动轴承。壁厚不大的锡青铜铸件常采用同时凝固原则，锡青铜适合采用金属型铸造，利用快速冷却与补缩，铸件结晶细小致密。
第三节 砂型铸造用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造。砂型铸造是应用最广泛的一种铸造方法，其主要工序包括：制造模样（木模），制备造型材料、造型、造芯、合型、熔炼、
浇注、落砂、清理与检验等。
一、造型方法的选择用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。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。
（一）手工造型手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。
手工造型操作灵活、适应性广、工艺装备简单、成本低，
但其铸件质量差、生产率低、劳动强度大、技术水平要求高，所以手工造型主要用于单件小批生产，特别是重型和形状复杂的铸件。
1.手工造型方法分类根据砂型的不同特征，手工造型方法可分为：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型、组芯造型；根据模样的不同特征，手工造型方法可分为：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造型。各种手工造型方法的示意图如图 1-15所示。
两箱造型是造型的最基本方法，
铸型由成对的上型和下型构成，操作简单。适用于各种生产批量和各种大小的铸件。
三箱造型的铸型由上、中、下三型构成。中型高度需与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型操作费工。主要适用于具有两个分型面的单件、小批生产的铸件。
脱箱造型主要采用活动砂箱来造型，在铸型合型后，
将砂箱脱出，重新用于造型。 一个砂箱可制出许多铸型。
金属浇注时为防止错型，需用型砂将铸型周围填紧，也可在铸型上套箱。常用于生产小铸件，因砂箱无箱带，故砂箱一般小于 400mm。
地抗造型是利用车间地面砂床作为铸型的下箱。大铸件需在砂床下面铺以焦炭，埋上出气管，以便浇注时引气
。地坑造型仅用或不用上箱即可造型，因而减少了造砂箱的费用和时间，但造型费工、生产率低，要求工人技术水平高。适用于砂箱不足，或生产要求不高的中、大型铸件
，如砂箱、压铁、炉栅、芯骨等。
组芯造型是用若干块砂芯组合成铸型，而无需砂箱。
它可提高铸件的精度，但成本高。适用于大批量生产形状复杂的铸件。
整模造型的模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型缺陷
。适用于铸件最大截面在一端，且为平面的铸件。
挖砂造型的模样是整体的，但铸件分型面为曲面。为便于起模，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂、其造型费工、生产率低，工人技术水平要求高。用于分型面不是平面的单件、小批生产铸件。
假箱造型是为克服挖砂造型的挖砂缺点，在造型前预先做个底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不参予浇注，故称假箱。比挖砂造型操作简单，且分型面整齐。适用于成批生产中需要挖砂的铸件。
分模造型是将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下两个砂箱内，造型简单省工。常用于最大截面在中中部的铸件。
活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，
肋条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费时，工人技术水平要求高。主要用于单件、小批生产带有突出部分、
难以起模的铸件。
刮板造型是用刮板代替实体模样造型，它可降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，工人技术水平要求高。用于有等载面或回转体的大、中型铸件的单件、小批生产、如带轮、铸管、弯头等。
（二）机器造型机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。机器造型铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小，但需要专用设备，投资较大，适合大批量生产。
1,机器造型方法分类常用的机器造型方法有：压实紧实、高压紧实、震击紧实、震压紧实、微震紧实、抛砂紧实、射压紧实、射砂紧实。
压实紧实方法单纯借助压力紧实砂型，机器结构简单、噪声小，
生产率高，消耗动力少
，型砂的紧实度沿砂箱高度方向分布不均匀，
上下紧实度相差很大。
主要适用于成批生产高度小于 200mm薄而小的铸件。
高压紧实主要是用较高压实比压（一般在 0.7MPa-1.5M
Pa）压实砂型。砂型紧实度高，铸件尺寸精度高，表面粗糙度 Ra值小，废品率低，生产率高、噪声低、灰尘小、易于机械化、自动化、但机器结构复杂、制造成本高。主要适用于需大量生产的中、小型铸件，如汽车、机械车辆、缝纫机等产品较为单一的制造业。
震击紧实主要依靠震击力坚实砂型。该方法机器结构简单，制造成本低，但噪声大、生产率低、要求厂房基础好。砂型坚实度沿砂箱高度方向愈往下愈大。
主要适用于需成批生产的中，小型铸件。
震压紧实是经过多次震击后再压实砂型。该方法生产率高
，能量消耗少，机械磨损少，砂型坚实度较均匀，但噪声大。
广泛用于成批生产中
、小型铸件。
微震紧实是在加压坚实型砂的同时，
砂箱和模板作高频率
、小振幅震动。此方法生产率较高、紧实度均匀、噪声小。广泛用于成批生产中、
小型铸件。
抛砂紧实是利用离心力抛出型砂，
使型砂在惯性力下完成填砂和坚实。该方法生产率高，能量消耗少、噪声低、型砂坚实度均匀、适用性广。主要适用于单件
、小批、成批、大量生产中、大型铸件或大型芯。
射压紧实是使压缩空气骤然膨胀，将型砂射人砂箱进行填砂和坚实，再进行压实。该方法生产率高，坚实度均匀，砂型型腔尺寸精确、表面光滑、工人劳动强度低、易于自动化、但造型机调整维修复杂。主要适用于大批、大量生产的形状简单的中、小型铸件。
二、铸造工艺设计
1、体积收缩大的合金及壁厚差较大的铸件，
应按定向凝固的原则，
将壁厚较大的部位和铸件的热节部置于上部或侧部，以便设置冒口进行补缩。
2、重要加工面、耐磨表面等质量要求较高部位应置于下面或侧面。
（一） 铸造方案的确定
3、具有大面积的薄壁铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部，同时要尽量使薄壁部分处于垂直位置或倾斜位置。见图 9－ 2。
4、起模斜度（拔模斜度） 为使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒中脱出，平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度称为起模斜度。凡垂直于分型面（分盒面）的没有结构斜度的壁均应设起模斜度。起模斜度的大小，应根据模壁测量面高度、模样材料及造型方法确定。
5、具有大平面的铸件，应将铸件的大平面朝下。见图 9
－ 3。
6、尽量减少型芯的数目，最好使型芯位于下型以便下芯和检查，同时应保证型芯在铸型中安放牢靠、排气通畅。
（二）分型面的选择分型面为铸型组元间的接合面，选择分型面应考虑以下原则：
1.分型面应尽量采用平面分型，避免曲面分型，并应尽量选在最大截面上，以简化模具制造和造型工艺。见图 9－ 4。
a) 不正确 b) 正确
2、尽量将铸件全部或大部放在同一砂箱以防止错型、飞翅、毛刺等缺陷，保证铸件尺寸的精确。见图 9－ 5。
a) 不合理 b) 合理
3、应使铸件的加工面和加工基准面处于同一砂箱中。见图 9－ 6。
a) 不合理 b) 合理
4、若铸件的加工面很多，又不可能全部与基准面放在分型面的同一侧时，则应使加工基准面与大部分加工面处于分型面的同一侧。
5、尽量减少分型面的数目，最好只有一个分型面。见图 9
－ 7。
a) 不合理 b) 合理
6、铸件的非加工表面上，尽量避免有披缝。见图 9－ 8。
7、分型面的选择应尽量与铸型浇注时位置一致。
a) 不正确 b) 正确第四节 特种铸造一、熔模铸造熔模铸造是用易熔材料制成模样，然后在模样上涂挂若干层耐火涂料制成型壳，经硬化后再将模样熔化，排出型外，从而获得无分型面的铸型。铸型经高温焙烧后即可进行浇注。
(一 )熔模铸造的工艺过程熔模铸造的工艺过程包括：蜡模制造、结壳、脱蜡、
焙烧和浇注等，其流程图及铸造过程示意图如下：
（二）熔模铸造的主要特点及适用范围
1）铸件的精度和表面质量较高，尺寸公差等级可达 IT14-
IT11，表面粗糙度 Ra值可达 12.5μ-1.6 μ。
2）适用于各种合金铸件。
3）可制造形状较复杂的铸件，铸出孔的最小直径为 0.5
mm，最小壁厚可达 0.3mm。
4）工艺过程较复杂，生产同期长，制造费用和消耗的材料费用较高，多用于小型零件（从几十克到几千克），一般不超过 25kg。
二、金属型铸造金属型铸造又称硬模铸造，是将液体金属浇入金属铸型，在重力作用下充填铸型，以获得铸件的铸方法。
（一）金属型为保证使用寿命，制造金属型的材料具备如下的性能
：高的耐热性和导热性，反复受热不变形，不破坏；一定的强度、韧性及耐磨性；好的切削加工性能。金属型材料一般选用铸铁、碳素钢或低合金钢。
（二）金属型铸造的工艺特点
1,金属型预热 金属型预热温度主要通过试验来确定，一般不低于 150℃ 。
2,刷涂料 金属型表面应喷刷一层耐火涂料（厚度为 0.3
mm－ 0.4mm），以保护型壁表面，免受金属液的直接冲蚀和热击。
3.浇注 由于金属型的导热能力强，因此浇注温度应比砂型铸造高 20℃ － 30℃ 。铝合金为 680℃ － 740℃,铸铁为
1300℃ － 1370℃,锡青铜为 1100℃ － 1150℃,对薄壁小件取上限，对厚壁大件取下限。
（三）金属型铸造的特点和应用范围
1）金属型铸件冷却快，组织致密，力学性能高。
2）铸件的精度和表面质量较高
3）浇冒口尺寸较小，液体金属耗量减少，一般可节约 15%
－ 30%。
4）不用砂或少用砂。
金属型铸造的主要缺点是金属型无透气和退让性，铸件冷却速度大，容易产生浇不到、冷隔、裂纹等缺陷。
三、压力铸造压力铸造（简称压铸）的实质是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填金属型型腔，
并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。常用压射压力为 5－ 1500MPa，
0.5－ 5m/s，充填时间很短
，约 0.01－ 02s。
压铸过程主要由压铸机来实现。压铸机分热压室式和冷压室式两类。热压室式压铸机工作原理见图 9－ 3。
冷压室式压铸特点是压室和熔化合金的坩埚连成一体
，压室浸在液体金属中,多用于低熔点合金。冷压室式压铸机分立式和卧式两种类型，卧式冷压室式压铸机工作原理见图 1－ 28与图 9-4。
（二）压铸的特点和应用
1.压铸优点：
2.1）铸件的尺寸精度最高，表面粗糙度 Ra值最小。
2）铸件强度和表面硬度都较高。
3）生产效率很高，生产过程易于机械化和自动化。
2,压铸缺点：
1）压铸时，高速液流会包住大量空气，凝固后在铸件表皮下形成许多气孔，故压铸件不宜进行较多余量的切削加工，以免气孔外露。
2）压铸黑色金属时，压铸型寿命很低，困难较大。
3）设备投资大，生产准备周期长。
四、离心铸造离心铸造：是将金属浇入高速旋转的铸型中，使液态金属在离心力的作用下充填铸型并结晶，称为离心铸造。
离心铸造的特点及应用范围
1。特点
（ 1）金属利用率高，省芯、浇注系统，成本低。
（ 2）铸件组织致密，无缩孔、气孔、夹渣等缺陷，机械性能高。
（ 3）充型能力强，便于流动性差的合金和薄壁铸件的生产。
（ 4）便于制造双金属铸件。
（ 5）内径尺寸误差大，粗糙、偏析。
2。应用主要用于空心旋转体铸件，如铸铁管、汽缸套、铜套、
双金属轴承、圆环等。
思考题：
1、铸造工艺的主要优缺点是什么？
2、铸件为什么要有铸造圆角和拔模斜度？
3、什么是铸造合金的三个收缩阶段？缩孔、疏松主要发生在哪一收缩阶段？
4、需要三箱造型的铸件是否可用两箱造型完成？举例说明此时产生的主要问题是什么？
5、机器造型是否能全部代替手工造型？为什么？
6、熔模铸造的主要工艺过程有哪些？
7、为什么金属型铸造不能完全代替砂型铸造？
8、压力铸造主要适应于什么样的铸件生产？
