《制造工程基礎(chǔ)》課件 第一章 金屬的液態(tài)成形

第一章金屬的液態(tài)成形什么是鑄造：液態(tài)材料成形技術(shù)通常稱之為鑄造。鑄造（casting）：將熔融的液態(tài)金屬（合金）平穩(wěn)澆注到具有與零件形狀相當?shù)蔫T型空腔中，待其凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的一種成形方法。適合形狀復(fù)雜鑄件鑄件大小不受限制使用的材料范圍廣1.1鑄造成形技術(shù)的特點、分類充填型腔凝固冷卻

工藝靈活生產(chǎn)率高手工造型的兩箱造型圖解型芯Core上箱flask

下箱分型面P/L型腔Cavatity澆注系統(tǒng)gatingsystem排氣孔鑄造工藝特點：（1）適應(yīng)性廣。適應(yīng)鑄鐵、碳鋼、有色金屬等材料；鑄件大小、形狀和重量幾乎不受限制；壁厚1mm到1m，質(zhì)量零點幾克到數(shù)百噸。（2）可復(fù)雜成形。適合形狀復(fù)雜，尤其是有復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯或零件。（3）成本較低?？芍苯永贸杀镜土膹U機件和切屑，設(shè)備費用較低。（4）存在不足。如組織疏松、晶粒粗大，鑄件內(nèi)部常有縮孔、縮松、氣孔等組織缺陷產(chǎn)生，導致鑄件力學性能，特別是沖擊性能較低，質(zhì)量不穩(wěn)定。（5）污染環(huán)境，工作環(huán)境較差。鑄造生產(chǎn)會產(chǎn)生粉塵、有害氣體和噪聲對環(huán)境的污染。1.1合金的充型能力

充型概念：液態(tài)合金填充鑄型的過程。充型能力：液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力，稱為液態(tài)金屬充填鑄型的能力，簡稱液態(tài)金屬的充型能力。合金的鑄造性能

金屬的流動性鑄型性質(zhì)影響因素：充型能力不足的后果：澆不足即是鑄件未能獲得完整的形狀；冷隔即是鑄件雖可獲得完整的外形，但存有未完全熔合的垂直接縫，鑄件的機械性能嚴重受損。澆注條件鑄型條件

在相同澆注工藝條件下，將金屬液澆入鑄型中，測出其實際螺旋線長度。澆出的試樣愈長，合金的流動性愈好。金屬的流動性：流動性測試：澆注螺旋形標準試樣流動性

充型能力易薄壁復(fù)雜鑄件氣孔、夾渣、縮孔①澆注溫度高,流動性好，充型能力強溫度過高，液態(tài)合金的收縮增大，氧化、吸氣嚴重，鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔、粘砂、粗晶等缺陷。②澆注壓力

大,流動速度越快，充型能力強。澆注壓力過高，發(fā)生噴射和飛濺現(xiàn)象，金屬易氧化，氣體來不及排出。澆注條件：鑄型性質(zhì)（導熱能力）：鑄型與金屬的熱交換強度影響金屬液保持流動時間。鑄型的蓄熱系數(shù)愈大，金屬液于其中保持液態(tài)的時間就愈短，充型能力下降。如液態(tài)金屬在金屬鑄型中的流動性比在砂鑄型中差。鑄型的溫度較高，就能減少金屬液與鑄型的溫差，從

而提高金屬液的充型能力。如在金屬型中澆注鋁合金鑄件，將鑄型溫度由340℃提高到520℃，在相同的澆注溫度（760℃）下，螺旋線長度則由525mm增加到950mm。鑄件結(jié)構(gòu)（阻力）：衡量鑄件結(jié)構(gòu)的因素是鑄件的折算厚度R（R=V/S，其中V為鑄件體積，S為鑄件散熱表面積）和復(fù)雜程度，它們決定著鑄型型腔的結(jié)構(gòu)特點。如果鑄件體積相同，在同樣的澆注條件下：

R大的鑄件由于與鑄型的接觸的表面積相對較小，熱量散失比較緩慢，則充型能力較高。鑄件的壁越薄，R越小，則充型能力較弱。1.2鑄造合金的收縮性1.2.1收縮的概念1.2.2收縮的三個階段1.2.4鑄件的縮孔和縮松1.25鑄造內(nèi)應(yīng)力1.2.6鑄件的變形和裂紋1.2.3影響收縮的三個因素

1.2.1收縮的概念收縮的概念：合金在澆注、凝固直至冷卻到室溫的過程中，體積和尺寸減小的現(xiàn)象?？捎皿w收縮率和線收縮率定量表示：

①液態(tài)收縮②凝固收縮（包括狀態(tài)改變和溫度下降）③固態(tài)收縮鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的根本原因。鑄件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、變形、裂紋的主要原因。

1.2.2收縮的三個階段

1.2.3影響收縮的三個因素

碳、硅含量高，收縮率越小；

硫含量高，收縮率越大?；瘜W成分幾種阻力

（1）鑄型表面的摩擦阻力（2）熱阻力：鑄件各部分收縮時彼此制約產(chǎn)生的阻力。（3）機械阻力：鑄型和型芯的阻力澆注溫度鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件

1.2.3影響收縮的三個因素凝固過程中，由液態(tài)收縮和凝固收縮引起的體積縮減如得不到金屬液的補充，會在鑄件最后凝固部分形成孔洞。集中孔洞成為縮孔，細小分散的孔洞稱為縮松。

1.2.4鑄件的縮孔和縮松充滿鑄型形成外殼液面下降繼續(xù)下降形成縮孔縮孔和縮松的概念：縮孔形成的條件：金屬在恒溫或很小的溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，如純金屬、共晶成分的合金，澆注后在型腔內(nèi)是由表及里的以逐層凝固方式進行凝固?？s孔產(chǎn)生的基本原因：合金的液態(tài)收縮和凝固收縮值遠大于固態(tài)收縮值?？s孔產(chǎn)生的部位：一般在鑄件的最后凝固區(qū)域，上部或中心部，以及鑄件兩壁相交處，即熱節(jié)?？s松形成的基本原因也是金屬的液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮?？s松形成過程示意圖形成縮松的基本條件：金屬的結(jié)晶溫度范圍較寬，呈糊狀凝固方式?？s松產(chǎn)生的部位：大多分布在鑄件中心軸線處、熱節(jié)處、冒口根部、內(nèi)澆口附近或縮孔下方?？s孔形成機理：逐層凝固方式下最后凝固部位得不到補充而形成的空隙。

縮松形成機理：糊狀凝固方式下所分隔的小熔池得不到補縮形成的小孔隙。名稱分布特征存在部位容積大小形狀特征縮孔集中上部/最后較大倒錐狀縮松分散特殊區(qū)域較小不規(guī)則縮孔和縮松的形成規(guī)律：合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大，越易形成縮孔；合金澆注的溫度愈高，液態(tài)收縮愈大，愈易形成縮孔；純金屬和共晶成分合金傾向于逐層凝固，易形成縮孔；結(jié)晶溫度范圍寬的合金，傾向于糊狀凝固，易形成縮松?？s孔和縮松的防止縮孔和縮松位置的確定（熱節(jié)部位）1.凝固等溫線法2.最大內(nèi)切圓法縮孔內(nèi)切圓常用來確定鑄件上相交壁處的縮孔位置縮孔的防止：逐層凝固原則縮孔和縮松的防止縮孔防止方法：合理布置內(nèi)澆道及確定澆鑄工藝合理應(yīng)用冒口、冷鐵等技術(shù)措施內(nèi)澆道設(shè)計：內(nèi)澆道的引入位置應(yīng)按照順序凝固原則確定，應(yīng)將內(nèi)澆道開設(shè)在冒口上，使充型的熾熱金屬液首先流經(jīng)冒口。主要作用：控制金屬液充填鑄型的速度和方向，調(diào)節(jié)鑄型各部分的溫度和鑄件的凝固順序，并對鑄件有一定的補縮作用。冒口設(shè)計：應(yīng)將冒口安放在鑄件最厚和最高處，其尺寸要足夠大。

主要作用：補償鑄件凝固時的收縮。調(diào)整溫度分布，控制凝固順序。排氣、集渣。利用冒口觀察型腔內(nèi)的充型情況。冷鐵：在鑄件一些局部厚大的部位上安放冷鐵，加快該處的冷卻，以便充分發(fā)揮冒口的補縮作用。冷鐵的作用：

與澆注系統(tǒng)和冒口配合控制鑄件的凝固次序。

加速鑄件的凝固速度，細化晶粒組織，提高鑄件的力學性能。減小冒口尺寸，提高工藝出品率。

冷鐵：在鑄件結(jié)構(gòu)形成的厚大處與熱節(jié)處，實行快速凝固。加壓補縮：壓力下凝固，可顯著消除或減輕顯微縮松?？s松防止方法：冷鐵冒口熱應(yīng)力鑄造內(nèi)應(yīng)力：鑄件在凝固以后的繼續(xù)冷卻過程中，其固態(tài)收縮受到阻礙而引起的內(nèi)應(yīng)力。鑄件在凝固和冷卻過程中，由于鑄件壁厚不均勻，各部分冷卻速度不同，造成同一時刻各部分收縮不一致，從而在鑄件中相互制約產(chǎn)生熱應(yīng)力thermalstress。機械應(yīng)力鑄件固態(tài)收縮受到鑄型、型芯及澆注系統(tǒng)的機械阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。

1.2.5鑄件內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力熱應(yīng)力的形成過程熱應(yīng)力的特點：結(jié)論：固態(tài)收縮使鑄件厚壁或心部受拉伸。薄壁或表層受壓縮。合金固態(tài)收縮率愈大，鑄件壁厚差別愈大，形狀愈復(fù)雜，所產(chǎn)生的熱應(yīng)力愈大。防止熱應(yīng)力產(chǎn)生的途徑：縮小鑄件各部位的溫差，使其均勻冷卻。Ⅰ、選用彈性模量小的合金；Ⅱ、設(shè)計壁厚均勻的鑄件；Ⅲ、從工藝方面促使鑄件各部位同時凝固。同時凝固——整個鑄件幾乎同時凝固可有效防止熱應(yīng)力；節(jié)省金屬，簡化工藝、減少工作量；缺點是鑄件中心區(qū)域往往有縮松，鑄件不致密。變形方向：受拉部位趨于縮短，受壓部位趨于伸長。

1.2.6鑄件的變形T型梁鑄鋼件變形示意圖平板鑄形的變形b.去應(yīng)力退火或自然時效。防止措施：a.反變形法。例如：床身鑄件床身導軌面的翹曲變形當鑄件的內(nèi)應(yīng)力超過金屬的強度極限時，鑄件變產(chǎn)生裂紋。根據(jù)產(chǎn)生的原因，可分為熱裂紋和冷裂紋。凝固末期，開始固態(tài)收縮，鑄件高溫強度很低，如果固態(tài)收縮受到砂型和砂芯的阻礙，機械應(yīng)力超過此時的強度，即發(fā)生熱裂。1.2.7鑄件的裂紋特征：裂紋短、形狀曲折、縫隙寬、縫內(nèi)呈氧化色防止：合理設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu)改善砂型和砂芯的退讓性嚴格限制鋼和鑄鐵中硫的含量選擇結(jié)晶溫度范圍窄、收縮率小的合金冷裂紋：在較低溫度（彈性狀態(tài)）下，由于熱應(yīng)力和機械應(yīng)力綜合作用造成的裂紋。特征：裂縫細小，表面光滑，呈連續(xù)圓滑曲線或直線狀，有金屬光澤或呈輕微氧化色。輪轂輪輻輪緣冷裂紋的防止：減小鑄造應(yīng)力——嚴格控制鋼和鑄鐵中磷的質(zhì)量分數(shù)

實現(xiàn)同時凝固防裂肋降低合金的脆性砂型鑄造（Sanding

casting）砂型鑄造（Sanding

casting）:

用型砂和芯砂作為造型和制芯的材料，利用重力作用使得液態(tài)金屬充填鑄型型腔的一種工藝方法。型芯Core上箱flask

下箱分型面P/L型腔Cavatity澆注系統(tǒng)gatingsystem排氣孔砂型鑄造（Sanding

casting）優(yōu)點：適應(yīng)性廣；

技術(shù)靈活性大；不受零件的形狀、大小、復(fù)雜程度及合金種類限制；

生產(chǎn)準備過程較簡單。缺點：鑄件尺寸精度較差；

表面粗糙度高；

鑄件的內(nèi)部品質(zhì)較低。砂型鑄造工藝過程工藝準備造型落砂合箱澆注造芯清理檢驗熔煉金屬配砂、制模手工造型(全部完成填砂、緊實、起模、合箱…)簡介：按砂箱特征區(qū)分：兩箱造型用2個砂箱制成砂型砂沖子模樣砂箱底板（a）造下砂型（b）造上砂型（c）開外澆口、扎通氣孔澆口棒（d）起出模樣（e）合型（f）帶澆口鑄件兩箱造型三箱造型用2個砂箱制成砂型鑄型由上、中、下三個部分構(gòu)成（a）鑄件（b）模樣上箱模樣中箱模樣下箱模樣（C）造下箱（d）造中箱（e）造上箱（f）起模、放型芯、合型兩箱造型三箱造型脫箱造型用2個砂箱制成砂型鑄型由上、中、下三個部分構(gòu)成鑄型合型后，將砂箱脫出，重新用于造型。套箱兩箱造型三箱造型脫箱造型刮板造型用2個砂箱制成砂型鑄型由上、中、下三個部分構(gòu)成鑄型合型后，將砂箱脫出，重新用于造型。不用模型和芯盒造型，而是用刮板。（a）帶輪鑄件（b）刮板（圖中字母表示與鑄件的對應(yīng)部位）（c）刮制下型（d）刮制上型（e）合型兩箱造型三箱造型脫箱造型刮板造型地坑造型用2個砂箱制成砂型鑄型由上、中、下三個部分構(gòu)成鑄型合型后，將砂箱脫出，重新用于造型。不用模型和芯盒造型，而是用刮板。地坑代替砂箱，技術(shù)水平要求高。按模樣特征區(qū)分：整模造型分模造型挖沙造型活塊造型手工造型舉例1（整模造型）：砂沖子模樣砂箱底板（a）造下砂型（b）造上砂型（c）開外澆口、扎通氣孔澆口棒（d）起出模樣（e）合型（f）帶澆口鑄件手工造型舉例2（分模造型）：（a）鑄件（b）模樣上箱模樣中箱模樣下箱模樣（C）造下箱（d）造中箱（e）造上箱（f）起模、放型芯、合型手工造型舉例3（挖砂造型）：手工造型舉例4（活塊造型）：（a）零件圖（b）鑄件（c）模樣（d）造下砂型（e）取出模樣主體（f）取出活塊機器造型(至少完成緊實、起模…)特點：生產(chǎn)率高，勞動強度低；鑄件尺寸精度好，加工余量少；鑄件質(zhì)量穩(wěn)定，精度和表面質(zhì)量高；投資較大（專用砂箱、設(shè)備），適合大批量生產(chǎn)。不適合于三箱造型和活塊造型。特種鑄造特種鑄造：造型材料、造型方法、金屬液充型型式和金屬在鑄型中的凝固條件等方面與普通砂型鑄造有顯著差別的鑄造方法。熔模鑄造壓力鑄造離心鑄造金屬型鑄造熔模鑄造通常是先用低熔點易熔材料（一般用蠟質(zhì)材料）制成模樣，再在蠟?zāi)１砻嫱可蠑?shù)層耐火材料，待其硬化干燥后，將其中的蠟?zāi)Ｈ凼е瞥蔁o分型面的鑄型型殼，再經(jīng)焙燒后進行澆注，獲得鑄件。(a)壓型(b)壓制蠟?zāi)?c)焊蠟?zāi)＝M(d)結(jié)殼、脫模(e)澆注(f)鑄件熔模鑄造優(yōu)點：各種鑄造合金成批、大量生產(chǎn)；

高熔點、難加工的高合金鋼的小型鑄件；

鑄件精度較高；

表面粗糙度低；

形狀可較復(fù)雜。缺點：工序繁雜、生產(chǎn)周期長；

原料較貴、鑄件成本較高；

大尺寸的蠟?zāi)＿€易變形。壓力鑄造壓力鑄造（Highpressurediecasting）：在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高速度充填壓鑄型（壓鑄模具）型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。(a)合型澆注(b)壓鑄(c)泄壓(d)準備開模1——坩堝2——進口3——壓室4——壓射沖頭5——金屬液6——通道7——噴嘴優(yōu)點：易于實現(xiàn)機械化自動化，操作簡單；可獲得形狀復(fù)雜件；

鑄件精度較高（IT11~IT13）；

表面粗糙度低（3.2~0.8mm）；

鑄件晶粒細小，組織致密，力學性能好。缺點：壓鑄件表皮下易產(chǎn)生小氣孔；

不能進行較大余量的切削加工；

不能進行熱處理，氣體膨脹使表面起泡或變形；

投資大、費用高，準備時候長。壓力鑄造離心鑄造離心鑄造：將液體金屬注入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，使金屬液在離心力的作用下充滿鑄型和形成鑄件的技術(shù)和方法。立式離心鑄造機臥式離心鑄造機優(yōu)點：鑄件組織致密，內(nèi)部不易產(chǎn)生缺陷；

可獲得形狀復(fù)雜件；

缺點：用于生產(chǎn)異形鑄件時有一定的局限性；鑄件內(nèi)孔直徑不準確，內(nèi)孔表面比較粗糙；

質(zhì)量較差，加工余量大；

投資大、費用高，準備時候長。離心鑄造金屬型鑄造金屬型鑄造：又稱硬模鑄造，它是將液體金屬澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種鑄造方法。鑄型用金屬制成，可以反復(fù)使用多次（幾百到幾千次）。(a)整體型(b)水平分型(c)垂直分型(d)綜合分型1——型芯；2——燒口杯；3——型腔；4——金屬芯優(yōu)點：鑄件的力學性能較高；

鑄件的尺寸精度高和表面粗糙度較低；鑄件品質(zhì)和尺寸較穩(wěn)定，節(jié)約金屬；

易實現(xiàn)機械自動化、生產(chǎn)率高，可大批量生產(chǎn)。

缺點：鑄造周期長，成本高；

透氣性差易造成澆不足、開裂和氣孔等缺陷；

不宜鑄造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄壁或大型鑄件。

金屬型鑄造鑄造工藝過程圖的繪制（補充）鑄造工藝過程圖：在零件圖上用規(guī)定的技術(shù)符號表示出鑄造工藝過程內(nèi)容的圖形。鑄造工藝圖是鑄造過程最基本和最重要的工藝文件之一，它對模樣的制造、工藝裝備的準備、造型造芯、型砂烘干、合型澆注、落砂清理及技術(shù)檢驗等，都起著指導和依據(jù)的作用。鑄造工藝圖是利用紅、藍兩色鉛筆，將各種簡明的工藝符號，標注在產(chǎn)品零件圖上的圖樣。名稱技術(shù)符號和表示方法圖例分型面用紅色細實線表示，并用紅色寫出“上、中、下”字樣。兩箱造型三箱造型分模面用紅色細實線表示，在任一端畫“<”號。

<

<表鑄造技術(shù)符號和表示方法上下上中中下上下名稱技術(shù)符號和表示方法圖例分型分模面用紅色細實線表示。

<

<不鑄出孔和槽不鑄出的孔和槽用紅色線打叉。剖面要涂以紅色或細網(wǎng)紋格表示。上下名稱技術(shù)符號和表示方法圖例機械加工余量圖(a)：在零件圖上繪制工藝樣圖，用紅色實線表示。圖(b)：繪制墨線工藝圖樣時，粗實線表示毛坯輪廓，雙點劃線表示零件形狀。用紅色線表示加工余量，在加工符號附近注明加工余量數(shù)值，凡帶斜度的加工余量應(yīng)注明斜度。加工余量等級或數(shù)值可查GB/T6414。（a）（b）名稱技術(shù)符號和表示方法圖例型芯芯頭邊界用藍色線表示，并注明斜度和間隙數(shù)值；有兩個以上時，用“1#，2#”等標注。邊界符號一般用在芯頭及砂芯交界處用砂芯編號相同的小號數(shù)字表示，鐵芯須寫出“鐵芯”字樣。澆注系統(tǒng)位置與尺寸零件圖樣上繪制工藝圖樣時，用紅色單線或紅色雙線表示；注明尺寸繪制墨線工藝圖樣時，用細實單墨線或細實雙墨線表示；注明尺寸鑄件內(nèi)澆道橫澆道直澆道名稱技術(shù)符號和表示方法名稱活塊用紅色短線表示，并注明“活塊”。芯撐用紅色或藍色表示冷鐵用綠色或藍色繪出，并注明“冷鐵”4.1澆注位置和分型面的選擇澆注位置——指澆注時鑄件所處的空間位置鑄型分型面——指分開鑄型便于取模的鑄型接合面4.1.1澆注位置的選擇原則-保證鑄件質(zhì)量1.鑄件的重要加工面應(yīng)朝下或側(cè)立金屬液中的雜質(zhì)、氣體上浮在金屬液的上面；底部金屬純凈，結(jié)構(gòu)致密，質(zhì)量好。上中中下上下（2）（1）（1）2.鑄件的大平面應(yīng)朝下（水平或傾斜）可保證鑄件大平面的質(zhì)量，避免產(chǎn)生夾砂缺陷。3.面積較大的薄壁部位應(yīng)朝下（水平或傾斜）可避免澆不足、冷隔缺陷。4.對于容易產(chǎn)生縮孔的鑄件，應(yīng)使厚的部分放在鑄型的上部或側(cè)面。鑄鋼雙排鏈輪的澆注位置4.1.2分型面的選擇原則-簡化造型工藝1.分型面應(yīng)選在鑄件的最大截面處—方便起模2.分型面盡量采用直平面—簡化模具制造及造型工藝，避免挖砂3.盡量減少分型面的數(shù)量—砂箱數(shù)量少，簡化造型工藝，合型誤差小冒口分型面模樣芯頭分模面四箱造型3.盡量減少分型面的數(shù)量—砂箱數(shù)量少，簡化造型工藝，合型誤差小三箱造型兩箱造型3.盡量減少分型面的數(shù)量—砂箱數(shù)量少，簡化造型工藝，合型誤差小用外芯減少分型面用于大批量生產(chǎn)4.盡量使鑄件重要加工面置于同一砂箱中—避免產(chǎn)生錯箱、披縫和毛刺，增加清理工作量5.盡量減少型芯和活塊的數(shù)量—簡化制模、造型、合型等工序自帶砂芯，整模造型內(nèi)腔需砂芯，分模造型4.2鑄造工藝參數(shù)的確定4.2.1機械加工余量—指在鑄件表面留出的準備切削去的金屬層厚度。過大則費工，浪費金屬；過小則易造成報廢。

澆注時朝上的表面，其加工余量應(yīng)比底面和側(cè)面大；

鑄件尺寸越大，其加工余量應(yīng)隨之增大；

手工造型的加工余量應(yīng)比機器造型的大；

鑄件表面越粗糙，加工余量越大?；诣T鐵件的機械加工余量鑄件最大尺寸澆注位置加工面與基準面之間的距離<5050~120120~260260~500500~800800~1200<120頂面底、側(cè)面3.4~4.52.5~3.54.0~4.53.0~3.5————120~260頂面底、側(cè)面4.0~5.03.0~4.04.5~5.03.5~4.05.0~5.54.0~4.5———260~500頂面底、側(cè)面4.5~6.03.5~4.55.0~6.04.0~4.56.0~7.04.5~5.06.5~7.05.0~6.0——500~800頂面底、側(cè)面5.0~7.04.0~5.06.0~7.04.5~5.06.5~7.04.5~5.57.0~8.05.0~6.07.5~9.06.5~7.0—800~1200頂面底、側(cè)面6.0~7.04.0~5.56.5~7.55.0~5.57.0~8.05.0~6.07.5~8.05.5~6.08.0~9.05.5~7.08.5~106.5~7.54.2.2起模斜度—垂直于分型面的側(cè)壁均應(yīng)留一定斜度，以便于起模而不致于損壞砂型和砂芯。β=15?~30°β1,2,3=3°~10°（1）增加鑄件厚度鑄件基本尺寸aα（2）加減鑄件厚度鑄件基本尺寸aαa（3）減小鑄件厚度鑄件基本尺寸a4.2.3收縮率—鑄件冷卻后的尺寸比模型尺寸略微縮小?；铱阼T鐵：0.7%~1.0%鑄造碳鋼：1.3%~2.0%鋁硅合金：0.8%~1.2%錫青銅件：1.2%~1.4%

4.2.4最小鑄出孔—鑄件上較小的孔和槽一般不鑄出。4.2.5鑄造圓角—鑄造圓角的半徑值一般為兩相交壁平均厚度的1/3～1/2。drR=d+r4.2.6型芯頭和芯座（a）垂直芯頭（b）水平芯頭芯頭的構(gòu)造4.3澆注系統(tǒng)和冒口澆口杯直澆道橫澆道內(nèi)澆道澆口杯：接納、引入金屬液直澆道：引入金屬液，形成壓頭橫澆道：引入金屬液，阻撇熔渣內(nèi)澆道：引入金屬液，調(diào)控溫度場按內(nèi)澆道在鑄件上的位置分類普通式b)楔形式c)壓邊式d)雨淋式e)搭邊式

應(yīng)用：主要用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的各種黑色金屬鑄件和易氧化的有色合金鑄件。用于高度大的中、大型鑄件。內(nèi)澆道的設(shè)計1）內(nèi)澆道的作用：

控制液態(tài)金屬充型速度和流動方向、溫度分布和凝固順序。2）形狀：扁平梯形、月牙形和三角形。3）位置的選擇：依據(jù)鑄件所需凝固方式和流動特性考慮。同時凝固：對于壁厚均勻的鑄件，擬采用多個內(nèi)澆道分散引入；對于不均勻的鑄件，則從薄壁處引入。順序凝固：從厚壁處引入金屬液。確定內(nèi)澆道位置的幾個具體問題：結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，壁厚差別大的補縮區(qū)域則按順序凝固從厚處引入；整個鑄件按同時凝固方式采用多個內(nèi)澆道充型。要求各內(nèi)澆道的流量分布合理。液流順壁流入，不沖刷型壁、型芯和鑄型凸出部分。避開鑄件重要部位，防止晶粒粗大。造型、清理操作方便，不阻礙鑄件收縮。一、冒口的作用：補縮、排氣、集渣二、冒口種類冒口的設(shè)計如需要補縮的部分與鑄型頂面的距離較大，或冒口上部受到鑄件另一部分結(jié)構(gòu)的阻礙以及在高壓釜中澆注時，常常采用暗冒口。

三、冒口位置

1、鑄件最高最厚部位，低處熱節(jié)設(shè)補貼或冷鐵；2、鑄件熱節(jié)上方或側(cè)旁；3、不應(yīng)設(shè)在鑄件最重要、受力大的部位；4、盡量用一個冒口同時補縮幾個熱節(jié)或鑄件；5、不選應(yīng)力集中部位；6、用冷鐵或其它方式使各個冒口的補縮范圍隔開；7、放在加工面上。可從以下幾方面進行分析：①分型面和分模面；②澆注位置、澆冒口的位置、形狀、尺寸和數(shù)量；③工藝參數(shù)；④型芯的形狀、位置和數(shù)目，型芯頭的定位方式和安裝方式；⑤冷鐵的形狀、位置、尺寸和數(shù)量；⑥其他。4.4鑄造工藝方案底板凸臺底板沉槽加強筋板內(nèi)凹凸臺示例1:支架缺點：底板上四個凸臺必須采用活塊，易產(chǎn)生錯箱。優(yōu)點：底面110mm凹槽容易鑄出，軸孔下芯方便，軸孔內(nèi)凸臺不妨礙起模。方案一方案二缺點：底板上110mm凹槽必須采用挖砂造型，軸孔內(nèi)凸臺妨礙起模，必須采用兩個活塊或下型芯優(yōu)點：鑄件位于同箱，避免錯箱及飛邊，凸臺不需活塊造型。鑄件外形的設(shè)計鑄件內(nèi)腔的設(shè)計鑄件壁厚的設(shè)計鑄件壁（肋）間的的連接設(shè)計

鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計指的是鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)要求，滿足鑄造性能和鑄造工藝對鑄件結(jié)構(gòu)的要求。5.1鑄件外形設(shè)計5.1.1應(yīng)減少和簡化分型面去掉外圓角，可便于整模造型5.1.1應(yīng)減少和簡化分型面盡可能使分型面為平面，去掉不必要的外圓角。5.1.2應(yīng)便于起模凸臺設(shè)計需用活塊或型芯才能成形

陰影處阻礙起模

陰影處阻礙起模

5.1.2應(yīng)便于起模C5.1.3鑄件應(yīng)有合適的結(jié)構(gòu)斜度鑄件上垂直于分型面的不加工表面，最好具有結(jié)構(gòu)斜度。5.2鑄件內(nèi)腔設(shè)計5.2.1應(yīng)避免不必要的型芯圖a圖b圖a采用中空結(jié)構(gòu)，要用懸臂型芯和型芯撐加固，圖b采用開式結(jié)構(gòu)，省去了型芯。5.2.1應(yīng)避免不必要的型芯圖a要采用型芯;圖b可用砂垛形成空腔，省去了型芯。圖a圖b5.2.2便于型芯的固定、排氣和清理5.2.2便于型芯的固定、排氣和清理a型芯定位需要型芯撐b增加了兩個工藝孔，型芯定位不用型芯撐，更加穩(wěn)固。5.3鑄件壁厚設(shè)計5.3.1鑄件最小壁厚鑄造方法鑄件尺寸（mm）合金種類鑄鋼灰口鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鋁合金銅合金砂型鑄造<200×20085～66533～5200×20~500×50010～126～1012846～8>500×50015～2015～2015～2010～12610～12表

砂型鑄造條件下鑄件的最小壁厚

在一定鑄造工藝條件下，所能澆注出的鑄件最小壁厚。鑄件壁厚小于“最小壁厚”，易產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷。5.3.2鑄件的最大壁厚

厚壁鑄件，易產(chǎn)生縮孔、縮松、晶粒粗大等缺陷，力學性能下降，故存在一個最大壁厚。在最小壁厚和最大壁厚之間就是適宜的鑄件壁厚。在砂型鑄造條件下:最大壁厚≈3×最小壁厚

壁厚/mm相對強度15~201.020~300.930~500.850~700.7鑄件的外壁、內(nèi)壁和肋的厚度比約為：1：0.8：0.6所謂鑄件壁厚均勻性，是為了使鑄件各處的冷卻速度相近，并非要求鑄件所有的壁厚完全相同。5.3.3鑄件壁厚力求均勻閥體鑄件的設(shè)計5.3.4壁厚不均勻或收縮率大的合金，需要冒口補縮，則應(yīng)使鑄件結(jié)構(gòu)便于實現(xiàn)定向凝固.圖

鋁活塞結(jié)構(gòu)的改進5.4鑄件壁間的連接設(shè)計5.4.1采用圓角連接、圓滑過渡不同轉(zhuǎn)角處的熱節(jié)風缸鑄鋼件壁間的連接(a+b)/2≤88~1212~1616~2020~2727~3535~4545~60鑄鐵466810121620鑄鋼66810121620255.4.2避免銳角連接為減小熱節(jié)和內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)避免鑄件壁間銳角聯(lián)接。若兩壁間的夾角小于90，則應(yīng)考慮過渡形式。5.4.3厚壁與薄壁間要逐步過渡各部分的壁厚往往難以做到均勻一致，甚至存有很大差別。為減少應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)采用逐步過渡的方法，防止壁厚突變。5.4.4避免十字形交叉連接

接頭因交叉處熱節(jié)較大，內(nèi)部容易產(chǎn)生縮孔或縮松，內(nèi)應(yīng)力也難以松弛，故較易產(chǎn)生裂紋。5.4.5避免裂紋的結(jié)構(gòu)缺陷分析：鑄件各部分冷卻速度不同而收縮不一致，形成較大的內(nèi)應(yīng)力。當此應(yīng)力超過合金的強度極限時，鑄件會產(chǎn)生裂紋。實例分析：

輪緣、輪輻、輪轂間若比例不當，常因收縮不一致，內(nèi)應(yīng)力過大，使鑄件產(chǎn)生裂紋。輪輻的連接形式5.4.6避免大的水平面5.5鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的其它問題一．鑄件的結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮鑄造合金的某些使用性能設(shè)計灰鑄鐵件的結(jié)構(gòu)時，應(yīng)用其抗壓強度好的長處，避其抗拉強度差的短處?；诣T鐵支座件二、鑄件的結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮不同鑄造工藝的特殊性1．熔模鑄件的設(shè)計1）熔模鑄造工藝上一般不用冷鐵，少用冒口，多用直澆口直接補縮，故壁厚要均勻，或是壁厚分布滿足順序凝固要求，無分散熱節(jié)。2）為了便于浸掛涂料和撒沙，鑄孔的直徑不要太小和太深，應(yīng)大于2mm，薄壁件應(yīng)大于0.5mm，通孔深度不大于直徑的4～6倍，不通孔不大于2倍；鑄槽的寬度不要太小和太深，寬度應(yīng)大于2mm，為深度2～6倍；鑄件壁厚不要太薄，一般為2～8mm。熔模鑄件平面上的工藝孔和工藝筋3）熔模型殼的高溫強度低，易變形，平板型殼的變形尤甚，故熔模鑄件應(yīng)盡量避免有大平面。為防止變形，在鑄件大平面上設(shè)工藝孔或工藝筋，增加型殼的剛度。2．壓鑄件的設(shè)計壓鑄件設(shè)計應(yīng)盡量避免側(cè)凹坑和深腔，在無法避免時，至少應(yīng)便于抽芯，以便壓鑄件能從壓鑄型中順利取出。壓鑄件的兩種設(shè)計方案2．壓鑄件的設(shè)計壓鑄件設(shè)計應(yīng)盡量避免側(cè)凹坑和深腔，在無法避免時，至少應(yīng)便于抽芯，以便壓鑄件能從壓鑄型中順利取出。盡量采用壁厚均勻的薄壁結(jié)構(gòu)。壓鑄件適宜的壁厚一般為：鋅合金1-3mm，鋁合金1.5-5mm，銅合金2-5mm。壓鑄可以采用鑲嵌件，應(yīng)充分發(fā)揮鑲嵌件的優(yōu)越性，以便制出復(fù)雜件、改善壓鑄件局部性能和簡化裝配工藝。三、鑄件結(jié)構(gòu)的剖分與組合設(shè)計1．鑄件的剖分設(shè)計

將大鑄件或形狀復(fù)雜的鑄件設(shè)計成幾個較小的鑄件，經(jīng)機械加工后，再用焊接或螺釘連接等方法將其組合成整體。優(yōu)點：

1）能有效解決鑄造熔爐、起重運輸設(shè)備能力不足的困難，以小設(shè)備制造大設(shè)備。2）可根據(jù)使用要求用不同材料制造一個鑄件的不同部分，鑄造工藝簡單，鑄件品質(zhì)優(yōu)良，結(jié)構(gòu)合理。底座的焊接結(jié)構(gòu)3）易于解決整鑄時切削加工工藝或設(shè)備上的某些困難。機械連接的組合床身鑄件因成形工藝的局限性無法整鑄的結(jié)構(gòu)需采用剖分結(jié)構(gòu)。零件上性能要求不同的部分需采用剖分結(jié)構(gòu)。當零件上各部分對耐磨、導電或絕緣等性能要求不同時，常采用剖分結(jié)構(gòu)，分開制造后，再鑲鑄成一體。2．鑄件的組合設(shè)計利用熔模及氣化模鑄造等鑄造工藝具有無需起模、能制造復(fù)雜鑄件的特點，可將原需加工裝配的組合件，改為整鑄件，簡化制造過程，提高生產(chǎn)效率，方便使用。車床搖手柄的設(shè)計a)原設(shè)計（加工裝配）b)改進后的設(shè)計（整鑄）6.1鑄鐵6.2鑄鋼6.3鑄造有色金屬白口鑄鐵：碳全部以Fe3C(滲碳體)的形式存在，斷口呈

銀色,具有良好的耐磨性。灰口鑄鐵：碳大部或全部以石墨形式存在，斷口呈暗灰色。麻口鑄鐵：碳大部分以Fe3C形式存在，是白口和灰口之間的過渡組織，因斷口處有黑白相間的麻點，故而得名。根據(jù)碳存在形式6.1.1分類6.1鑄鐵：指碳含量大于2.11%或組織中具有共晶的鐵碳合金。鑄鐵的石墨化：鑄鐵中的碳原子以石墨形式析出的過程，稱為石墨化。鑄鐵中碳的存在形式少量固溶在F、A中化合態(tài)的滲碳體(Fe3C)游離態(tài)石墨（G）Fe3C：亞穩(wěn)態(tài)，在高溫下可分解：Fe3C→3Fe+C（石墨G）碳是形成石墨元素，也是促進石墨化的元素硅是強烈促進石墨化的元素。a.碳和硅影響石墨化因素：化學成分和冷卻速度。①化學成分當碳、硅含量均高時，析出的石墨多且粗大c.錳弱阻礙石墨化元素。MnS一般控制在0.6~1.2%之間d.磷對石墨化影響不顯著。過高將增加的冷脆性限制在0.5%以下；高強度鑄鐵則限制在0.2~0.3%以下。硫高：易形成滲透碳Fe3C(白口組織)；熱脆性增加；力學性能和鑄造性能惡化。b.硫：強烈阻礙石墨化元素。限制在0.1～0.15%以下。②冷卻速度高溫慢冷條件下，碳以石墨的形式析出；冷卻較快時，析出的是滲透碳；緩慢冷卻或高溫下長時間保溫，均有利于石墨化。冷卻速度對鑄鐵組織的影響

影響鑄件冷卻速度的因素（1）鑄型材料金屬鑄型導熱快，鑄件的冷卻速度快，不利于石墨化，易產(chǎn)生白口組織（Fe3C

）。砂型導熱慢，鑄件易獲得灰口組織（G）。主要有兩個鑄型材料鑄件壁厚

（2）鑄件壁厚同一鑄件，厚壁處冷卻慢，有利于石墨化，易獲得灰口組織；

薄壁處冷卻快，不利于石墨化，易得到白口組織?；诣T鐵

呈片狀可鍛鑄鐵

團絮狀球墨鑄鐵

球狀蠕墨鑄鐵

蠕蟲狀灰口鑄鐵按石墨的形態(tài)分類鐵素體+片狀石墨P+F+片狀石墨6.1.2灰鑄鐵

化學成分：2.6~3.6%C，1.2~3.0%Si，0.4~1.2%MnS≤0.15%，P≤0.3%。

①組織：基體（F,F+P,P）+片狀石墨

鐵素體基體鐵素體+珠光體基體珠光體基體焊接性差，不能用于鍛造和沖壓。②性能：良好的減振性、耐磨性。

鑄造性能優(yōu)良，鑄件產(chǎn)生缺陷的傾向小。良好的切削加工性能。力學性能：

抗拉強度比鋼低得多；

塑性和韌性非常低；抗壓強度與鋼相當。③灰鑄鐵的孕育處理

目的：提高機械性能，斷面均勻性

方法：向鐵水中加入孕育劑(Fe-75%Si)

作用：細化石墨，避免鑄件表層出現(xiàn)白口；冷卻速度對其組織和性能影響減小。孕育鑄鐵普通灰鑄鐵③灰鑄鐵的孕育處理硅鐵硅鈣孕育處理后孕育處理前④牌號、用途GB5612-85,共分為：HT100,HT150,HT200,HT250,HT300,HT350

六個牌號。如：HT150——以Φ30mm單個試棒測出的

b

150MPa的灰口鑄鐵HT100：低負荷零件，如外罩、支架等；HT250：較大負荷的重要零件，如齒輪箱、軸承座等；HT350：高負荷的重要零件，如重型機床床身、齒輪等。6.1.3可鍛鑄鐵①組織和性能：(F,P)+團絮狀石墨

強度高(300~400MPa)，塑性、韌性好鐵素體基體珠光體基體

石墨呈團絮狀，對基體的割裂作用大大減輕，應(yīng)力集中也明顯降低，所以強度、塑性顯著提高

②特點：

可鍛鑄鐵雖然不再是脆性材料,但仍不可鍛造C,Si含量低：C2.4~2.7%,Si0.4~1.4%生產(chǎn)周期長，成本高③生產(chǎn)過程：石墨化退火處理白口鑄鐵

高溫、長時間退火

可鍛鑄鐵。溫度/℃時間/hA+Fe3C920~980℃A+團絮狀石墨10~20h100℃/h710~730℃~30hP+團絮狀石墨F+團絮狀石墨共析溫度黑心可鍛鑄鐵白心可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵按熱處理方法和金相組織不同分類如：KTH350-10——表示其為抗拉強度

b

350Mp斷后伸長率

10%的可鍛鑄鐵

KT：可鐵的拼音首字母，代表可鍛鑄鐵；H：黑的拼音首字母，代表黑心可鍛鑄鐵；

B：白的拼音首字母，代表白心可鍛鑄鐵；Z：珠的拼音首字母，代表珠光體可鍛鑄鐵。④牌號、用途6.1.4球墨鑄鐵①

組織與性能：(F,F+P,P)+球狀G

石墨球?qū)w的割裂、應(yīng)力