第二講(上)材料成型基礎(chǔ)

材料成型技術(shù)(第二講)

主講：教授2024/2/191第二講鑄造(casting)§2-1概述一．學(xué)習(xí)的目的1.解決產(chǎn)品設(shè)計中結(jié)構(gòu)的工藝和工藝人員對產(chǎn)品的工藝性審查；2.解決實際生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量缺陷的改進(jìn)和質(zhì)量分析；3.選擇合理的工藝參數(shù)，滿足產(chǎn)品性能與成本的平衡。2024/2/192二．定義：

液態(tài)成型（鑄造）：將熔煉一定化學(xué)成分的合金澆注到具有與零件形狀相適應(yīng)的鑄型空腔中，待其冷卻凝固后獲得一定形狀、尺寸和機(jī)械性能的成型方法。

舉例：在礦山機(jī)械重機(jī)中占整機(jī)70～90﹪（基礎(chǔ)件、床身等），在汽車、運(yùn)輸機(jī)械中占50～70﹪左右(箱體等)。2024/2/193三．優(yōu)缺點(diǎn)

1.優(yōu)點(diǎn)：1）制造復(fù)雜的型腔，箱體、殼體、機(jī)座等內(nèi)腔零件中存在許多內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)；2）適應(yīng)性廣:(1)選材廣泛，鑄鐵、鋼、有色金屬、合金鋼等；(2)大小皆宜，重量、尺寸大小范圍廣，如墊片、機(jī)座等；(3)不分批量，單件、小批、中批、大批生產(chǎn)。3）原材料來源廣，成本低，投資少，也可用廢舊機(jī)件，廢鋼和切屑等作原材料；4）加工余量小，節(jié)約材料，減小加工工作量。

2024/2/1942.缺點(diǎn)：

1）機(jī)械性能差，有縮孔、縮松、氣孔、晶粒粗大、組織不致密等；2）質(zhì)量穩(wěn)定性差，鑄造過程復(fù)雜，影響因素多；3）勞動強(qiáng)度大，工作條件差。四．應(yīng)用1.可形成原材、鑄鋼錠、鍛造件的坯料；2.直接形成零件，精度無嚴(yán)格要求（球磨機(jī)的鋼球，熔蠟鑄造件）3.型腔復(fù)雜的毛坯件。2024/2/195§2-2鑄造的工藝基礎(chǔ)一．概述1.工藝性能（鑄造性能）：鑄造工藝過程中獲得外形正確、內(nèi)腔健全鑄件性能，反映了鑄造成型的難易程度，是一個綜合性能，不是單一的物理性能。它包含流動性、收縮性、吸氣性和偏析等。2.學(xué)習(xí)目的1）掌握影響鑄件質(zhì)量的因素，改善鑄件質(zhì)量的工藝；2）選擇合理鑄造工藝方法和工藝參數(shù)（溫度、造型方法、澆注系統(tǒng)等）；

3）改進(jìn)設(shè)計和合理選材。2024/2/196二．流動性1.定義：金屬在液態(tài)下的流動能力或液態(tài)金屬充滿型腔的能力。2.測量方法：在相同工藝參數(shù)的條件下，澆注試件的截面形狀尺寸相同，澆注合金液的螺旋形試樣，以形成試樣的長度來衡量。見P2表1-1。3.液態(tài)金屬的凝固方式

1）層狀凝固：恒溫下在凝固過程中，固液兩相界面清楚，隨溫度下降固體不斷加厚，直至液體中心。2）糊狀凝固：由于鑄件截面的溫度場比較平坦，結(jié)晶的溫度范圍很寬，在某一段時間內(nèi)，凝固區(qū)貫穿整個截面，內(nèi)表面粗糙，液體流動阻力大，在凝固區(qū)域內(nèi)，既有結(jié)晶的晶體也有液體。3）中間凝固：如果結(jié)晶溫度較窄，但鑄件截面的溫度變化較大，凝固區(qū)介于兩者之間。2024/2/197a)b)C)12342024/2/198＊4.影響因素

熱交換條件、流動時間、流體的動力學(xué)條件，流動速度，具體來講就是合金成分、澆注溫度、鑄型的填充條件。

1）合金的種類及成分

種類不同，成分不同，結(jié)晶的特性不同，流動性差別較大。例如，我們用鑄鐵制造形狀復(fù)雜零件，鑄鋼制造形狀較簡單的零件。

（1）純金屬及共晶成分的合金，流動性好。（c＝4.3%）

共晶成分的合金的結(jié)晶一般是在恒溫或溫度變化范圍很窄的情況下發(fā)生的，均屬層狀凝固方式，液態(tài)金屬在填充型腔的過程中，由于金屬表面的散熱條件好，首先凝固結(jié)殼，再逐層向內(nèi)凝固，無明顯樹枝晶存在，其內(nèi)表面光滑，無尖端防熱，不會發(fā)生阻止金屬液流動的金枝，金屬流動的阻力小。缺陷是易產(chǎn)生縮孔。2024/2/1992024/2/1910（2）結(jié)晶溫度范圍越窄，流動性越好

非共晶的合金，結(jié)晶的產(chǎn)生是在一定溫度范圍內(nèi)。如果合金的成分與共晶的成分相差越大，則結(jié)晶溫度的間隔越大，形成初晶的溫度越高，產(chǎn)生初晶的數(shù)量越多，樹枝狀的晶體愈發(fā)達(dá)，在金屬由外向內(nèi)的凝固過程中，內(nèi)部產(chǎn)生許多樹枝狀的晶體，從而阻礙了金屬原有的流動性。缺陷是易產(chǎn)生縮松、縮孔。注：一般來講，越接近共晶成分的合金，其流動性越好，鑄造性能越好。2024/2/1911（3）固溶性能好壞的影響以固溶形態(tài)存在的合金，增大固溶度可提高合金的流動性。雜質(zhì)與含氣量：其越多，則流動性越差。合金的質(zhì)量熱容、密度、熱導(dǎo)率：質(zhì)量熱容、密度越大、熱導(dǎo)率越小，流動性越好。Si、P由于具有熱（冷）脆性，S總以化合物的形態(tài)分布在晶體的晶界上，熔點(diǎn)低具有熱脆性，且S的負(fù)電性較大，極易以FeS的形式存在構(gòu)成結(jié)晶的晶核，產(chǎn)生枝晶，阻礙金屬的流動。（4）產(chǎn)生的缺陷：縮松、冷隔、縮孔、澆不到等。（5）措施：盡量選擇合適的合金（接近共晶成分），降低部分元素的含量，如硫。2024/2/19122）鑄型特點(diǎn)影響（散熱條件、液態(tài)存在時間長短）（1）型砂對流動性的影響

含水量大、透氣性差，易造成型腔內(nèi)氣隔，阻礙金屬流動。水在高溫的金屬中易產(chǎn)生汽化，故造成金屬充腔阻力增大。氣體越多，壓力越大，排氣不暢，則充型能力下降。缺陷是易產(chǎn)生氣孔。（2）導(dǎo)熱性的影響

導(dǎo)熱性好的鑄模，金屬液以液態(tài)的形式存在的時間短，導(dǎo)致熔化的金屬過早凝固，出現(xiàn)初晶的可能性和數(shù)量大，阻礙其流動。蓄熱系數(shù)越大，蓄熱能力強(qiáng),導(dǎo)熱性愈好,對液態(tài)合金的激冷能力愈強(qiáng),則合金的流動性愈差。缺陷是易產(chǎn)生澆不足、冷隔、氣孔等缺陷。（3）澆注系統(tǒng)的影響

型腔過窄，直澆口過低，壓差小，金屬的流動動力不足。澆口截面尺寸太小，布置不當(dāng)，截面形狀的不合理性，阻礙金屬的流動。

缺陷是易產(chǎn)生澆不足。2024/2/19132024/2/1914（4）零件結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理的影響

壁厚設(shè)計不合理，小于最小壁厚，壁厚不均勻，急劇變化，導(dǎo)致流動阻力大，流動性差。鑄件的折算厚度（體積/表面積)越大，鑄件結(jié)構(gòu)形狀越簡單，其充型能力越好。（5）產(chǎn)生的缺陷：澆不足、冷隔、氣孔、夾渣等。

（6）措施1°改善型砂水的含量，對沙進(jìn)行烘干；2°設(shè)計合理的澆注系統(tǒng)，加高直澆口，擴(kuò)大內(nèi)澆口，增加出氣口；3°合理的選材及合理的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計；4°鑄型加熱保溫150～400℃。2024/2/1915

3）澆注條件的影響

（1）澆注條件包括澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、充型壓力和澆注溫度。（2）澆注系統(tǒng)越復(fù)雜，液態(tài)合金流動的阻力越大，其充型能力越差；（3）液態(tài)合金所受的靜壓力越大，其充型能力就越好，如在砂型鑄造中，常用加高直澆道等工藝措施提高金屬的靜壓力，而在壓力鑄造和低壓鑄造等特種鑄造中，液態(tài)合金在壓力下充型，能有效地提高其充型能力；（4）澆注溫度越高，合金的流動性越好。2024/2/1916（5）提高澆注溫度能顯著提高液態(tài)合金的充型能力。實際生產(chǎn)中提高液態(tài)合金的充型能力主要是通過提高澆注溫度來實現(xiàn)的。但對鑄件質(zhì)量而言，并非澆注溫度越高越好，應(yīng)在保證充型能力的前提下，采用較低的澆注溫度。對鑄鐵件，可采用“高溫出爐、低溫澆注”，高溫出爐能使鐵液中一些難熔的固體質(zhì)點(diǎn)熔化，鐵液中的未熔質(zhì)點(diǎn)和氣體在澆包中的鎮(zhèn)靜階段有機(jī)會上浮而除去。

在保證鐵液具有足夠流動性的條件下，應(yīng)選擇盡可能低的澆注溫度。2024/2/1917（5）產(chǎn)生的缺陷

1°晶粒粗大；（溫度過高，人為地增大了結(jié)晶溫度的范圍）

2°產(chǎn)生縮孔、縮松、粘沙等缺陷。原因：溫度過高，金屬的總收縮量增大，吸氣多，氧化嚴(yán)重，金屬流動性太好，將沖壞型腔產(chǎn)生粘沙等缺陷。

（6）措施：選擇合理的澆注溫度，保證充滿型腔的前提下盡量將溫度降低些。舉例：灰鑄鐵：1230~1450°C，鑄鋼：1520~1620°C，

鋁合金：680~780°C。2024/2/1918

三．收縮1．收縮的概念

合金從液態(tài)冷卻至室溫的過程中，其體積或尺寸縮小的現(xiàn)象稱為收縮。收縮是鑄造合金本身的物理性質(zhì)。它是鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、熱應(yīng)力、變形及裂紋等鑄造缺陷的基本原因。2024/2/1919收縮的實質(zhì)：隨著溫度下降，合金中空穴數(shù)量減少，原子間距縮短。2024/2/19202．收縮的過程液態(tài)金屬注入鑄型以后，從澆注溫度冷卻到空溫要經(jīng)歷三個互相聯(lián)系的收縮階段：2024/2/19211)液態(tài)收縮從澆注溫度冷卻至始固的液相線溫度(50~150℃)的收縮。（1）表現(xiàn)：金屬處于液態(tài)，型腔內(nèi)金屬液面下降，放熱。（2）改進(jìn)方法：設(shè)計保溫冒口，可以補(bǔ)充金屬液。2)凝固收縮從液相線冷卻至固相線的溫度(凝固的終止溫度)的收縮。表現(xiàn)：型腔內(nèi)金屬液面繼續(xù)下降，放出部分熱量，合金的凝固溫度范圍越大，（硬殼內(nèi)金屬液面下降），產(chǎn)生縮孔。2024/2/1922（3)固態(tài)收縮

凝固終止溫度至冷卻至室溫之間的收縮。表現(xiàn)：合金體積的縮減，鑄件外形尺寸的減小，產(chǎn)生應(yīng)力、變形和裂紋。3.產(chǎn)生的缺陷1）在液態(tài)和凝固態(tài)產(chǎn)生縮孔、縮松；2）在固態(tài)產(chǎn)生尺寸變小；3）在固態(tài)冷卻速度過快，鑄造應(yīng)力、變形、裂紋。

2024/2/19234.影響因素1）化學(xué)成分：不同合金、不同成分,其收縮率不同。C的含量增大：溫度降低時，C在合金中的溶解度下降，析出游離態(tài)的石墨，石墨的比重小，體積增大，可抵消部分凝固收縮的體積。例如：鑄鋼、白口鑄鐵，收縮大。S的含量增大：阻止了石墨的析出，不能可抵消凝固收縮的體積，2）澆注條件：與溫度、冷卻速度相關(guān)，澆注溫度越高，過熱度越大，冷卻速度越快，則收縮越嚴(yán)重。3）鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件：與鑄件形狀復(fù)雜程度、壁厚、各部分的冷卻速度、型腔表面的摩擦等相關(guān)。（自由收縮受阻）2024/2/1924（1）鑄件各部分的冷卻速度不同，相互制約和牽制產(chǎn)生收縮阻力（壁厚不均勻、位置不當(dāng)）；（2）鑄型與型芯對收縮的機(jī)械阻力（退讓性不好）。5．縮孔與縮松

在鑄件的凝固過程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，使鑄件的最后凝固部位出現(xiàn)孔洞。容積較大而集中的孔洞稱為縮孔，細(xì)小而分散的孔洞稱為縮松。鑄件中不論存在何種形態(tài)的孔洞，都會減少鑄件的有效受力而積，產(chǎn)生應(yīng)力集中，使其承載能力和氣密性等使用性能下降，因此，縮孔和縮松是鑄件的重要缺陷，必須設(shè)法防止。2024/2/19251)縮孔

縮孔通常隱藏在鑄件上部或最后凝固部位，經(jīng)機(jī)械加工后可暴露來。有時，

縮孔產(chǎn)生在鑄件的上表面上，呈明顯凹坑?？s孔的外形特征是近于倒錐形。內(nèi)表面不光滑。鑄件縮孔的形成過程如下圖所示。假定合金在恒溫下凝固或凝固溫度范圍很窄，合金由表及里逐層凝固。液態(tài)金屬填滿鑄型以后，由于鑄型的表面不斷向外散熱，使靠近型腔表面的金屬溫度很快就降低到凝固溫度，凝固成一層外殼。溫度繼續(xù)下降，外殼不斷加厚。

2024/2/19262024/2/19272024/2/1928

同時，內(nèi)部的剩余液體由于本身的液態(tài)收縮和補(bǔ)充凝固層的凝固收縮，其體積減小。液態(tài)收縮和凝固收縮造成的體積縮減逐漸積累，在重力的作用下液面與頂面相脫離。如此進(jìn)行下去，外殼不斷加厚，液面不斷下降。待合金完全凝固，就在鑄件中形成了縮孔。已經(jīng)產(chǎn)生縮孔的鑄件自凝固終了溫度冷卻到室溫，因固態(tài)收縮使外形尺寸略有縮小。由此可知，鑄件中的縮孔是由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮而產(chǎn)生的。2024/2/19292)縮松縮松多分布于鑄件的軸線區(qū)域、內(nèi)澆道附近,甚至厚大鑄件的整個斷面，它分布面廣，

難于控制。對鑄件的力學(xué)性能影響很大，是鑄件最危險的缺陷之一。

2024/2/1930縮孔與縮松的形成過程2024/2/1931

縮松的形成過程如上圖所示。具有較寬凝固溫度范圍的合金在鑄件的截面上溫度梯度又較小的條件下凝固時，液態(tài)金屬最后在心部較寬的區(qū)域內(nèi)同時析出，初生的樹枝晶把液體分隔成許多小的封閉區(qū)。這些小封閉區(qū)液態(tài)金屬的收縮得不到外界金屆液的補(bǔ)充，便形成細(xì)小、分散的孔洞即縮松?？s松形成的基本原因和縮孔一樣，也是合金的液態(tài)收縮和凝固收縮所致。2024/2/19323）產(chǎn)生的部位（1）縮孔：壁厚過大部位。（2）縮松：鑄件芯部，較深層。4）影響因素（1）液態(tài)金屬收縮大，收縮容積大，易產(chǎn)生縮松；（2）澆注溫度高，易產(chǎn)生縮孔，液態(tài)收縮越大，則產(chǎn)生縮孔傾向越大；（3）結(jié)晶溫度間隔大易產(chǎn)生縮松。5）改進(jìn)措施（1）順序凝固的工藝措施（控制各處的冷卻速度）。

任何合金的收縮都是一定要發(fā)生的，為了防止縮松和縮孔的產(chǎn)生，可通過改善各處的冷卻速度來實現(xiàn)。

2024/2/1933

在實際生產(chǎn)中，通常采用順序凝固原則，并設(shè)法使分散的縮松轉(zhuǎn)化為集中的縮孔，再使集中的縮孔轉(zhuǎn)移到冒口中，最后將冒口去除，即可獲得完好的鑄件。即通過設(shè)置冒口和冷鐵．使鑄件從遠(yuǎn)離冒口的地方開始凝固并逐漸向冒口推進(jìn)，冒口最后凝固。鑄件凝固順序：薄壁→厚壁→冒口。

鑄件順序凝固示意圖2024/2/1934

為了實現(xiàn)鑄件的順序凝固，應(yīng)合理地選擇內(nèi)繞道在鑄件上的引入位置，開設(shè)冒口并放置冷鐵。生產(chǎn)上為提高液態(tài)金屬的補(bǔ)縮效果，常采用發(fā)熱保溫冒口。

冒口補(bǔ)縮示意圖

2024/2/1935（2）合理布置澆注系統(tǒng)和澆注工藝

1°壁厚處設(shè)冒口，不斷補(bǔ)充冷卻收縮所需要的液體金屬；

2°

最遠(yuǎn)處放冷鐵，遠(yuǎn)端先冷，不斷補(bǔ)充金屬液。3°一般采取高溫慢澆，順序凝固的工藝方法注

1°冒口的作用：補(bǔ)縮、排氣、浮渣；2°冷鐵用來調(diào)節(jié)冷卻速度，不起補(bǔ)縮作用。（3）合理設(shè)計鑄件的結(jié)構(gòu)：壁厚均勻且大于允許的最小壁厚。6）鑄造應(yīng)力、變形和裂紋鑄件在冷卻的過程中，收縮受阻，為保持平衡，則必然要產(chǎn)生附加的應(yīng)力。2024/2/1936（1）鑄造應(yīng)力

1°熱應(yīng)力：與零件的結(jié)構(gòu)相關(guān)，各部分的冷卻速度不一致所至。

2°機(jī)械應(yīng)力：在冷卻過程中，鑄件收縮受到鑄型、型芯、以及澆注系統(tǒng)的機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。它是暫時的，當(dāng)經(jīng)過落砂、除去澆冒口和清理后消失。（2)變形及防止

1°產(chǎn)生的原因：熱應(yīng)力引起的，鑄件由于存在結(jié)構(gòu)上和鑄造工藝上的不足，引起一定的鑄造應(yīng)力，殘留在鑄件內(nèi)部，最終釋放后而導(dǎo)致的變形。2024/2/1937如果鑄件存在內(nèi)應(yīng)力，則鑄件處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)。鑄件厚的部分受拉應(yīng)力，薄的部分受壓應(yīng)力。鑄件本身總是力圖通過變形來減緩內(nèi)應(yīng)力，因此細(xì)而長、厚又薄的鑄件易發(fā)生變形。

2024/2/1938（3）熱應(yīng)力的形成過程2024/2/1939

如圖所示，車床床身的導(dǎo)軌部分因較厚而受拉應(yīng)力，床身腹部分因較薄而受壓應(yīng)力，于是導(dǎo)軌會產(chǎn)生向下的撓曲變形。受拉應(yīng)力部分（厚壁），向內(nèi)凹;受壓應(yīng)力部分（薄壁），向外凸。2°防止的方法①設(shè)計合理結(jié)構(gòu)，如壁厚均勻、對稱分布、壁厚差均勻過渡。②選擇合理的工藝措施：拉應(yīng)力處采用順序冷卻，反向補(bǔ)償，提高型砂的退讓性。③采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚕嘶?、人工時效等。

2024/2/19403）鑄件裂紋及防止1°產(chǎn)生根本原因：如果鑄造內(nèi)應(yīng)力超過合金的強(qiáng)度極限，則會產(chǎn)生裂紋。裂紋分為熱裂和冷裂兩種。2°熱裂：在凝固的過程中固相線高溫附近形成的。①形狀：裂紋短、形狀曲折、縫隙寬、斷面有嚴(yán)重氧化、無金屬光澤、裂紋沿晶界產(chǎn)生和擴(kuò)展。②常見的鑄件：鑄鋼和鋁合金鑄件中。③產(chǎn)生的原因：在凝固后期，其結(jié)晶的骨架已形成，在晶粒間還存在少量的液態(tài)金屬，強(qiáng)度低，如果線收縮受阻（型芯和鑄型退讓性差），收縮產(chǎn)生的應(yīng)力超過該狀態(tài)下的強(qiáng)度。2024/2/1941ⅰ.結(jié)構(gòu)不好，冷卻速度不均勻，收縮不協(xié)調(diào)；ⅱ.金屬材料收縮率大，高溫強(qiáng)度低；ⅲ.型砂、型芯退讓性差。④防止措施：ⅰ.設(shè)計合理的鑄件結(jié)構(gòu)（壁厚均勻、避免應(yīng)力集中等）；ⅱ.選擇退讓性好的型砂；

ⅲ.大的型芯可采用中空結(jié)構(gòu)或內(nèi)部填以焦炭；Ⅳ.嚴(yán)格限制鑄鋼和鑄鐵中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；選用收縮率小的合金等。2024/2/19423°冷裂：在低溫下形成的。

①形狀特征：位于受拉部位，應(yīng)力集中處，其裂縫細(xì)小，呈連續(xù)直線狀，干凈、光滑的斷口，有時呈輕微氧化色，延伸至鑄件的表面。

②常見鑄件：壁厚差別大，形狀復(fù)雜或大而薄的鑄件易產(chǎn)生冷裂。

③產(chǎn)生原因：在熱應(yīng)力和收縮應(yīng)力同時作用下引起的。④防止措施：ⅰ.提高合金力學(xué)性能；ⅱ.減小鑄造應(yīng)力，合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu)。2024/2/1943四．吸氣性在冶煉和澆注時吸收氣體的性能。

1.侵入氣孔

1）產(chǎn)生原因：在澆注時，由于在高溫的作用下，水分汽化、有機(jī)附加物的燃燒產(chǎn)生的氣體，同時這些氣體不能及時排出而卷入金屬液中。2）主要特征：（1）位于在鑄件上表面和型腔表面附近；（2）呈光滑梨形或橢圓形的大孔洞。

3）防止措施：（1）盡量降低型(芯)砂的水份和其他有機(jī)物；（2）增強(qiáng)砂型(芯)的排氣能力；（3）合理設(shè)計澆冒口系統(tǒng)（以便于排氣）。2024/2/19442.析出氣孔

1）產(chǎn)生原因：在冶煉和澆注時，溶解在金屬液中的氣體，隨溫度的下降，溶解度減小，必然從金屬液中逸出。

2）主要特征：體積較小，分布于鑄件截面上。3）防止措施：（1）嚴(yán)格控制爐料質(zhì)量：含水、氧化物和油污；（2）把好冶煉工藝：加覆蓋劑，盡量縮短熔煉時間；（3）抓好燒注操作：保證工具干燥、干凈；避免劇烈攪拌；（4）合理設(shè)計澆注系統(tǒng)。

2024/2/19453.反應(yīng)氣孔1）產(chǎn)生原因：化學(xué)反應(yīng)的附加物。2）主要特征：（1）數(shù)量多而尺寸小(孔徑一般為1～3mm)；（2）大多數(shù)產(chǎn)生于鑄件表皮下1～3mm處；（3）形狀多呈針狀或球狀。

3）防止措施：（1）控制型砂的水分；（2）控制合金液的合氣量；（3）保證冷鐵、芯撐干燥，無銹、無油污等。2024/2/1946

§2-3鑄造方法（casting）一．在重力作用下的鑄造方法（合金液在自身重力下充型，不需外力）1.砂型鑄造采用具有一定性能的型(芯)砂來制造鑄型及砂芯，是目前各種液態(tài)成型方法中最基本、應(yīng)用最廣泛的成型方法。它具有靈活性大、生產(chǎn)周期短、成本最低等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計，砂型鑄造的鑄件約占鑄件總產(chǎn)量的80％一90％。其工藝過程如下:2024/2/19472024/2/19481)砂型的分類常用的砂型種類有濕型、干型、表面干型和各種化學(xué)硬化砂型等。（1）濕型：不烘干就澆注。1°濕型優(yōu)缺點(diǎn)：①周期短，節(jié)能；（不經(jīng)烘干即可澆注的）。②效率高，成本低；③易于實現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。④強(qiáng)度低，水分高，不易保證鑄件質(zhì)量。2°應(yīng)用：①適應(yīng)于中、小型零件（大型零件和壁厚零件不適宜）②質(zhì)量要求不高的鑄件。2024/2/1949（2）干型：烘干后澆注。

1°干型優(yōu)缺點(diǎn)：①強(qiáng)度高、透氣性好；②水分少，鑄件質(zhì)量高；③生產(chǎn)周期長，耗能；④設(shè)備投資大，難以實現(xiàn)機(jī)械化、自動化生產(chǎn)。

2°應(yīng)用：①中、大型鑄件；②單件、小批生產(chǎn)。（3）表面干型：僅將砂型表面烘干，內(nèi)部濕度不變。1°特點(diǎn)：①表層的強(qiáng)度高，生產(chǎn)周期短，節(jié)能；②透氣性和鑄件質(zhì)量一般。2°應(yīng)用：用于生產(chǎn)中、大型鑄件，各種批量的生產(chǎn)均宜。2024/2/1950（4）化學(xué)硬化：靠粘結(jié)劑自身的化學(xué)反應(yīng)來硬化砂型。如水玻璃秒型、水泥砂型、樹脂砂型等。

1°特點(diǎn)：①不用烘干，周期短、節(jié)能；②效率高、勞動條件好；③產(chǎn)品質(zhì)量高。④舊砂不可回收，成本高(如樹脂砂型)，易粘砂(如水玻璃砂型)。

2°應(yīng)用：①中、大型質(zhì)量高鑄件；②多用樹脂砂型。2024/2/1951

2）手工造型

緊砂、起模、修型、下芯及合箱等主要操作過程全是手工操作。（1）特點(diǎn)：1°適應(yīng)性強(qiáng)，制造成本低；2°生產(chǎn)率低，勞動強(qiáng)度大，3°鑄件質(zhì)量穩(wěn)定差。（2）應(yīng)用：單件、小批生產(chǎn)中，特別是大型、復(fù)雜的鑄件。2024/2/1952（3）分類（取出模型的方式）1°整模造型：模型為整體，型腔在一個砂箱中。

①特點(diǎn)：造型簡單，不會錯箱。

②應(yīng)用：分型面在在端部、且為平面的鑄件。2°分模造型：模型為對分型，型腔位于上、下砂箱內(nèi)。

①特點(diǎn)：模型制造復(fù)雜，造型方便。

②應(yīng)用：最大截面位于零件上的某一位置上。3°挖砂造型：模型為整體，阻礙拔模的型砂挖掉。

①特點(diǎn)：分型面是曲面，費(fèi)時。

②應(yīng)用：單件小批生產(chǎn)、分型面為非平面的鑄件。（手輪）2024/2/19534°活塊造型：妨礙起模的部分單獨(dú)制成可分離的獨(dú)立塊。

①特點(diǎn)：操作難度大，費(fèi)時，易產(chǎn)生錯位。

②應(yīng)用：單件、小批，帶有凸起部分的、難以起模的鑄件。5°刮板造型：不用模型，只使用與鑄件回轉(zhuǎn)形面相同的母面樣板。

①特點(diǎn)：模型簡單，費(fèi)時，操作水平高。

②應(yīng)用：單件、小批生產(chǎn)，大型回轉(zhuǎn)類零件的鑄件（大齒輪坯等）。6°三箱造型：采用三個砂箱來造砂型。（中間砂箱有高度要求）

①特點(diǎn)：操作復(fù)雜，易位錯，機(jī)械化程度低。

②應(yīng)用：單件，小批，中間截面小的零件。（兩端帶法蘭的零件）2024/2/19547°假箱造型：利用預(yù)先制好的半個鑄型（假箱）代替底板，省去挖砂。

①特點(diǎn)：假箱參與造型，不組成鑄型，造型效率高，操作復(fù)雜。

②應(yīng)用：形狀復(fù)雜的小批量生產(chǎn)。8°地坑造型：不用砂箱，利用地下坑地造型。

①特點(diǎn)：成本低，占地面積大，生產(chǎn)環(huán)境差，生產(chǎn)率低。

②應(yīng)用：單件、大型鑄件。2024/2/1955手工造型分類2024/2/19562024/2/19573）機(jī)器造型

用機(jī)器來完成部分或全部造型操作的方法。（1）特點(diǎn)：1°效率高、勞動條件好；

2°產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；3°采用模板造型；（模板固定模樣、澆冒口的底版)，4°不宜采用三箱造型。（2）應(yīng)用：大批、大量生產(chǎn)；2024/2/1958（3）分類（按緊砂方式分）

1°震壓造型:

用機(jī)械震動來緊實型砂。①特點(diǎn)：設(shè)備簡單，造價低，緊實度較均勻，緊實力低，噪聲大，為0.15-0.4MP。②應(yīng)用：大量、小件鑄造。2°微振壓實造型：高頻、低幅、利用砂的慣性緊實；

①特點(diǎn)：效率高、緊實度均勻，場地要抗震，噪音大、機(jī)械壽命短；

②應(yīng)用：大批量、形狀較復(fù)雜的零件。2024/2/1959

3°高壓造型：較高的比壓（0.7-1.5MPa）緊實型砂。①特點(diǎn)：緊實度高、鑄件質(zhì)量高，噪聲小，生產(chǎn)率高，使用成本高。②應(yīng)用：大量或成批生產(chǎn)小型鑄件。4°拋砂造型：利用離心力拋砂緊實。

①特點(diǎn)：緊實度均勻、效率低、操作簡單、噪音小。②應(yīng)用：單件、小批，大、中型鑄件。2024/2/19604°氣沖造型：用燃?xì)饣驂嚎s空氣瞬時膨脹賬來緊實型砂。①特點(diǎn)：緊實度高、精度高、設(shè)備簡單、能耗低、噪音小。②應(yīng)用：成批、小型、復(fù)雜零件。5°負(fù)壓造型：型砂不用粘結(jié)劑，利用高密密封、抽真空來緊實型砂。①特點(diǎn)：投資少、精度高、舊砂可回用、能耗低、污染小、效率低。②應(yīng)用：單件、小批、形狀不復(fù)雜的零件。2024/2/19614）制芯單件小批用手工制作，成批大量用機(jī)械制作（射芯機(jī)、殼芯機(jī)）；2.金屬型鑄造金屬液澆注到金屬材料制成的鑄型中,以獲得成品的方法。1）特點(diǎn)：（1）節(jié)省材料,污染小(一型多件)；（2）工藝簡短、機(jī)械化程度高；（3）精度高，力學(xué)性能好；（4）造價高，排氣和退讓性差，易產(chǎn)生裂紋及其他缺陷；（5）冷卻速度快，不已鑄造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄壁的大型零件。2024/2/19623）金屬模的結(jié)構(gòu)（1）金屬型模體：材料一般是耐熱鑄鐵（高溫不熔化和變形）、鑄鋼；

1°組成：①型腔：形成一定形狀的鑄件。

②澆注系統(tǒng)：采用底澆注，縫隙式、直澆道；有時采用斜形和蛇形，以阻渣和降低流速。

③排氣槽、合模銷。2°型芯：形成鑄件的內(nèi)腔（孔、槽）；3°外圍結(jié)構(gòu)：夾緊、開合機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)等。2024/2/19632024/2/1964金屬型鑄造演示2024/2/19654）工藝特性

（1）鑄型必須預(yù)熱：其導(dǎo)熱性好，金屬液流動性將受影響，易產(chǎn)生冷隔、澆不到、氣孔等缺陷。注：1°澆注HT時，250~350℃，澆注鋁合金時，200~300℃。

2°澆注過程中應(yīng)注意散熱，以免型溫高，造成組織粗大，模具的熱蝕和變形。（2）型腔噴刷涂料：防止金屬直接沖蝕和熱擊金屬模體。涂層厚度一般為0.3～0.5mm。

注：1°涂料的種類應(yīng)與不同的澆注合金相適應(yīng)；列如：鋁合金用氧化鋅，水玻璃等混合物；2°涂層不能調(diào)節(jié)鑄件的冷卻速度。2024/2/1966（4）及時開型取件：與收縮相關(guān)、在金屬型中存放時間越長，由于收縮受阻，產(chǎn)生的應(yīng)力越大，易產(chǎn)生鑄件開裂。注：1°在高溫強(qiáng)度足夠后，應(yīng)立即取件；2°中、小鑄件，為澆注后10～60s。2024/2/19673.殼型鑄造采用強(qiáng)度很高的型砂制成薄殼鑄型來澆注鑄件，是一種精密的砂型鑄造方法。1)制殼材料：酚醛樹脂、耐火材料、粘結(jié)劑。2)制殼工藝：模組經(jīng)涂掛漿料、撒砂、干燥、硬化等工序多次制作，最終壁厚5~10mm，最后脫模（95℃熱水或120℃水蒸氣）、焙燒。

3)特點(diǎn)：(1)精度高，加工余量少；2024/2/1968(2)鑄件表面粗糙度低，一般可達(dá)Ra6.3-12.5；(3)鑄件廢品率低，一般在1％一2％范圍內(nèi)；(4)易于實現(xiàn)機(jī)械化，生產(chǎn)率高；(5)耗材少，清砂方便；勞動強(qiáng)度低；(6)工作環(huán)境差，產(chǎn)生刺激性氣體。4）應(yīng)用

(1)制造薄壁件；透氣性很好，樹脂燃燒能保溫，冷卻較慢，組織細(xì)化，不易產(chǎn)生白口。

(2)主要用于大批量生產(chǎn)要求較高的小型鑄件。2024/2/19694.熔模鑄造（失蠟鑄造或精密鑄造采用一次性易熔性模樣代替金屬和木模的成形方法。1）特點(diǎn)及應(yīng)用（1）鑄件的精度和表面質(zhì)量較高，加工精度可達(dá)ITll~ITl3，表面祖糙度值Ra1.6～12.5；（2）適用于難加工或加工性能差的材料，如耐熱合金、不銹鋼、磁鋼等；（3）形狀復(fù)雜，質(zhì)量輕的小型零件，如壁厚為0.5mm。2024/2/19702024/2/1971（4）生產(chǎn)批量不受限制，單件、成批、大量生產(chǎn)均可。（5）工序多、周期長、成本高和外形不大的批量零件。2）工藝過程：（1）設(shè)計制造壓型：制蠟的模具，精度、粗糙度要求高。注：依據(jù)生產(chǎn)批量選用壓型材料：鋁合金、鋼和石膏。（2）制蠟?zāi)＃翰牧鲜鞘灐⒂仓岣饕话胫瞥?，造成相?yīng)的臘型和澆注系統(tǒng)。2024/2/1972

熔模鑄造工藝過程示意圖

a）母模b）澆注易熔合金c）壓型d）壓蠟e）蠟?zāi)）蠟?zāi)＝M合g）結(jié)殼h）脫蠟、焙燒i）造型、澆注

1-澆包2-內(nèi)澆道3-蠟料入口4-澆道棒5-砂箱6-填砂2024/2/1973（3）制殼：在石蠟上掛上一層耐高溫的涂料和硬化劑，厚度5～10mm。

（4）脫蠟與焙燒：將蠟組放在熱水槽（90℃）中熔化石蠟，對殼體焙燒800～950℃，目的是提高強(qiáng)度、去水和余蠟等。（5）澆注與清理

注：1°焙燒后應(yīng)趁熱澆注；

2°后處理工序：噴丸、堿煮、電化學(xué)處理。主要是清理表面、內(nèi)腔的殘殼、粘砂、氧化物等。2024/2/1974

熔模鑄造的工藝過程脫模制造母模制造壓型壓制蠟?zāi)１簾Y(jié)殼組成蠟?zāi)＝M鑄件清理澆注2024/2/1975二．外力作用下的液態(tài)成型方法1.壓力鑄造：熔融金屬在高壓下高速充型，并在壓力下凝固。

1）工藝流程：鑄型設(shè)計與制造→鑄型的安裝與調(diào)試→鑄型預(yù)熱→噴刷涂料→合型澆注→壓力冷卻→開型取件→檢查

2）壓鑄型（模）：定型（模），動型（模）及金屬芯組成