第二篇 毛 坯 成 形

1. 第二篇 毛 坯 成 形 [机械制造工程]精品课程小组

2. 毛坯成形篇 概述 一、毛坯成形类型 以成形时材料的形态特征分类：液态成形、固态成形、粉末成形、连接成形 二、毛坯成形的重要性 1.毛坯的内在质量——零件的机械性能； 2.毛坯的外在质量——形状尺寸的准确性； 3.成本费用。

3. 第五章 液态成型（铸造）

4. 教学目的与要求: 1.了解铸造的基本原理。 2.掌握常用铸造方法的主要工艺过程、特点及应用条件。 教学内容： 1.铸造成形的基本原理。 2.各种常用铸造方法。 3.各种常用铸造方法的综合比较。 重点：常用铸造方法的工艺特点及应用条件。 难点：铸造的基本原理。

5. 主要参考书： 1.《机械制造工程概论》（第三版），王金凤主编，航空工业出版社，2006年。　 2.《机械工程材料》（修订版），周凤云主编，华中理工大学出版社，2002年。 3.《材料成型工艺基础》（第三版），沈其文主编，华中理工大学出版社，2003年。

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8. 概 述 一、液态成形（铸造） 液态成形是将液态金属浇注到与所要求的毛坯或零件的形状和尺寸相适应的铸型型腔中，冷却凝固后获得毛坯或零件的一种毛坯成形工艺方法。

9. 二、液态成形的特点 液态成形具有的优点 1. 一次成形，易获得形状复杂件 ; 2. 适应性强、应用广泛 ; 3.加工成本低 ; 液态成形的缺点 1. 液态成形工序多; 2.机械性能差; 3.劳动条件差。

10. 三、液态成形工艺方法的分类 1、按铸型材料来分：砂型铸造、金属型铸造、石墨型铸造、陶瓷铸造； 2、按充型方式来分：重力充型、高压充型、低压充型、离心力充型； 3、按液态成形工艺方法的作用力不同又可分为两类： 重力作用下的液态成形工艺方法：砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、气化模铸造、陶瓷型铸造等； 外力作用下的液态成形工艺方法：离心铸造、压力铸造、低压铸造、挤压铸造等。

11. 四、应用 • 一般用于形状复杂，受力不大件。像主轴变速箱、尾座、床身等。

12. 第一节 合金的铸造性能 • 常用合金的流动性和收缩性来评价的合金的铸造性能，即铸件的质量。 用模样造型 用芯盒造型芯以形成铸件内孔 零件 成形原理 带浇注系统的铸件 铸件成品

13. 一、合金的充型 • 充型—— 液态合金填充铸型的过程。 • 充型能力——液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件的能力。 • 充型能力不足时，会产生浇不到、冷隔、夹渣、气孔等缺陷。

14. （一）合金的流动性 合金的流动性是： 液态合金本身的流动能力。合金的流动性越好，填充性也越好。 1、流动性对铸件性能的影响 (1)有利于液态合金中气体和熔渣的上浮与排除； (2)有助于对凝固过程中所产生的收缩进行补缩； (3)若合金的流动性差，铸件容易产生浇不到、冷隔等缺陷，而且也是引起铸件气孔、夹渣和缩孔等缺陷的间接原因。

15. 合金流动性的测定

16. 2、影响流动性的因素 • 合金的流动性主要与合金的化学成分有关。 铁碳合金的化学成分与流动性的关系

17. 几种合金流动的比较: 1、铸铁大于铸钢； 2、共晶大于非共晶； 3、近共晶大于远共晶。

18. （二）浇注温度 • 浇注温度越高，金属液的粘度越低，且因其过热度高，金属液蓄热多，保持液态的时间长，故有利于提高金属液的充型能力。 • 但浇注温度过高，会导致金属的收缩增大，吸气增多，氧化严重，使铸件产生缩孔、缩松、气孔和粘砂等缺陷。

19. （三）填充压力 增大填充压力，可以使液态金属充型能力增强。 （四）铸型导热能力 铸型导热能力越差，液态金属处于高温下的时间越长，有利于液态金属的流动和充型。 （五）铸型阻力 铸型型腔狭窄、形状复杂或铸型材料的发气量大，型腔内气体量就显著增加，如果铸型排气又不通畅，则造成铸型内气体反压力增大，导致铸型对金属液流动阻力增加，从而降低合金流动性。

20. 二、合金的收缩性 （一）合金收缩的概念 液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象称为合金的收缩。 收缩能使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷。

21. 收缩过程经历的三个阶段

22. 体积收缩率： • 合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金体积的缩减，常用体积收缩率表示，是形成铸件缩孔和缩松缺陷的基本原因。 线收缩率： • 合金的固态收缩，直观地表现为铸件轮廓尺寸的减小，因而常用铸件单位长度上的收缩量，即线收缩率来表示，是铸件产生内应力、变形和裂纹的基本原因。

23. （二）影响合金收缩的因素 1. 化学成分 2. 浇注温度 3. 铸件结构和铸型条件

24. （三）铸件中的缩孔与缩松 ⑴ 缩孔的形成 ⑵ 缩松的形成

25. 缩孔和缩松的防止： • 缩孔： • 采用冒口和冷铁实现定向凝固。 • 缩松： • 热节处安放冷铁；涂激冷涂料；加大结晶压力

26. 熔化 合 箱 落砂、清理 检 验 铸 件 型砂 模型 铸型 铸造工艺图 零件图 芯盒芯砂 芯型 第二节 重力作用下的液态成形工艺方法 一、砂型铸造 • 砂型铸造的工艺过程 砂型铸造动画演示过程

27. 常见的砂型铸造方法演示 1、整模造型 2、分模造型 3、三箱造型 4、挖砂造型 5、活块造型 6、机器造型

28. 三、金属型铸造 1、概念 • 液态金属在重力作用下注入金属型中成形的方法，称为金属型铸造，习惯上亦称之为硬模铸造。由于金属型可重复使用，故它又有永久型铸造之称。 • 制造金属型的材料应根据浇注的合金选用，一般金属型材质的熔点应高于液态合金的温度。浇注锡、锌、镁等低熔点合金，可用灰铸铁做金属型；浇注铝、铜等合金，要用合金铸铁或钢做金属型。

29. 金属型铸造过程演示

30. 2、金属型铸造工艺 (1) 加强金属型的排气； (2) 在金属型的工作表面上喷刷涂料； (3) 预热金属型并控制其温度。

31. 3、金属性铸造的优缺点及其应用(和砂型铸造相比)3、金属性铸造的优缺点及其应用(和砂型铸造相比) 优缺点比较： (1) 投入费用（金属型>砂型） (2) 加工质量（金属型优于砂型） (3) 加工效率（金属型高于砂型） (4) 灵活性（砂型优于金属型） (5) 劳动强度、劳动条件

32. 应用条件比较： (1) 生产批量 砂型：单件小批；金属型：大批量生产 (2) 铸件材料（指材料的熔点） 金属型有限制；而砂型无限制。 (3) 铸件尺寸重量大小 金属型铸造不适合制造形状复杂（尤其是内腔形状复杂）、薄壁和大型铸件。 金属型铸造主要用于铜、铝、镁等非铁铸件的大批生产，如内燃机活塞、缸盖、油泵壳体、轴瓦、衬套、盘盖等中小型铸件。

33. 四、熔模铸造 1、概念 熔模铸造是液态金属在重力作用下浇入由蜡模熔失后形成的中空型壳并在其中成形从而获得精密铸件的方法，又称为失蜡铸造。

34. 2、熔模铸造的基本工艺过程

35. 3、熔模铸造的特点及应用 熔模铸造的优点： ⑴ 铸件精度高，表面粗糙度低，质量好，又称精密铸造。 ⑵ 可铸出形状复杂的薄壁铸件。 ⑶ 铸造合金种类不受限制，钢铁及非铁合金均可适用。 ⑷ 生产批量不受限制，单件、小批、成批、大量生产均可适用。

36. 熔模铸造的缺点： ⑴ 工序复杂，生产周期长。 ⑵ 原材料价格高，铸件成本高。 ⑶ 铸件不能太大、太长，否则蜡模易变形，丧失原有精度。

37. 熔模铸造的应用: • 熔模铸造是一种实现少无切削加工的、先进的精密成形工艺，它最适用于25kg以下的高熔点、难以切削加工的合金铸件的成批、大量生产。 • 目前主要用于航天飞行器、飞机、汽轮机、泵、汽车、拖拉机和机床上的小型精密铸件和复杂刀具的生产。

38. 第三节 外力作用下的液态成形工艺方法 一、离心铸造 1、概念 • 将液态金属浇入高速旋转（通常为250～1500r/min）的铸型中，使其在离心力作用下充填铸型和凝固而形成铸件的液态成形工艺称为离心铸造。

39. 2、离心铸造的类型 （1）立式离心铸造

40. （2）卧式离心铸造

41. 3、离心铸造的特点及应用 离心铸造的优点： ⑴ 用离心铸造生产空心旋转体铸件时，可省去型芯、浇 注系统和冒口。 ⑵ 由于旋转时液体金属在所产生的离心力作用下，密度 大的金属被推往外壁，而密度小的气体、熔渣向自由 表面移动，形成自外向内的定向凝固，因此补缩条件 好，铸件组织致密，力学性能好。 ⑶ 便于浇注“双金属”轴套和轴瓦，如在钢套内镶铸一薄层 铜衬套，可节省价格较贵的铜料。

42. 离心铸造的应用 离心铸造的缺点： ⑴ 铸件内自由表面粗糙，尺寸误差大，品质差。 ⑵ 不适用于密度偏析大的合金（如铅青铜）及铝、镁等 轻合金。 • 离心铸造主要用来大量生产管筒类铸件，如铁管、铜套、缸套、双金属钢背铜套、耐热钢辊道、无缝钢管毛坯、造纸机干燥滚筒等，还可用来生产轮盘类铸件，如泵轮、电机转子等。

43. 二、压力铸造 1、概念 • 压力铸造（简称压铸）是在高压作用下将液态或半液态金属快速压入金属压铸型（亦可称为压铸模或压型）中，并在压力下凝固而获得铸件的液态成形方法。 • 金属液在高压下以高速充填压铸型，是压铸区别于其它铸造工艺方法的重要特征。

44. 2、种类（根据压室的种类） （1）热压室压铸机

45. （2）冷压室压铸机

46. 3、压力铸造的特点及应用 （和金属型铸造相比） 特点比较： (1) 投入费用（压力铸造投入费用大） (2) 工件质量（压力铸造工件质量高） (3) 加工效率（压力铸造效率高） (4) 灵活性（准备铸型的时间是一样的） (5) 劳动强度和条件（压力铸造劳动强度更小，条件更好）

47. 应用条件： (1) 生产批量 金属型铸造应用于中小批量生产；压力铸造应用于大批量生产。 (2) 铸件材料（无差异） (3) 铸件的尺寸重量（金属型铸造中小尺寸，压力铸造小尺寸） (4) 铸件质量要求 压力铸造适用于铸件质量较高的零件；金属型铸造适用于铸件质量较低的零件。 (5) 铸件形状复杂程度 压力铸造适于铸造形状复杂的铸件。

48. 三、低压铸造 1、概念 • 低压铸造是介于金属型铸造和压力铸造之间的一种铸造方法，是在0.02～0.07 MPa的低压下将金属液注入型腔，并在压力下凝固成形而获得铸件的方法。

49. 低压铸造工作原理示意图

50. 2、低压铸造的特点 （1）浇注时的压力和速度可以调节，故可适用于各种不同铸 型（如金属型、砂型等），铸造各种合金及各种大小的 铸件。 （2）采用底注式充型，金属液充型平稳，无飞溅现象，可避 免卷入气体及对型壁和型芯的冲刷，提高了铸件的合格 率。 （3）省去补缩冒口，金属利用率提高到 90～98%。 （4）铸件在压力下结晶，铸件组织致密、轮廓清晰、表面光 洁，力学性能较高，对于大薄壁件的铸造尤为有利。 （5）劳动强度低，劳动条件好，设备简易，易实现机械化和 自动化。