[财务管理]材料成型教案Microsoft Word 文档.doc

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1、教 案课程名称： 材料成型技术基础 授课学期： 2008-2009学年（一） 专业班级： 机械061、2、3、4、5、6班 课程时数： 36学时 授课教师： 张学文、裴永存 北华大学机械工程学院2008年 9月1日一、课程性质：考查课 二、先修课程： 工程制图、公差与测量技术基础、机械原理及设计等 三、教材及推荐参考书（含教材名称、主编、出版社、出版年）：1、教材 材料成型技术基础计 主编 崔令江 郝滨海 副主编 莫德秀 王吉岱 机械工业出版社 2008.3 2、主要参考书 材料成型技术基础计 孙广平 主编 国防工业出版社 2007.1 材料成型技术基础计 主编 陈金德 邢建东 西安交大出版社

2、 2004.7 材料成型技术基础计 邢建东 陈金德 主编 机械工业出版社 2007.8 四、考核办法： 期末考试 五、学习方法及注意事项： 在理论与实践相结合的基础上培养学生分析问题和解决问题的能力。适当反映国内外材料成型技术的科技成果及其发展趋势。 六、教学内容简介（包括本课程在课程体系及学生能力培养中的作用）： 本课程全面地介绍了金属材料和非金属材料的各种成型工艺方法、成型特点、成型质量问题与对策、及各种成型所用成型设备等。包括金属液态成型、金属塑性成型、焊接成型、塑料成型、粉末成型等，并介绍了材料成型方法的基本原则。本课程适应国家学科调整的改革方向，按照宽口径、后基础的原则，将机械加工成

3、型与材料成型相结合，注重实践能力的培养，为学生拓宽知识面、提高实践能力提供了宽的空间。 教 案 正 页 （No. 1 ）授课教师张学文授课时间地点2008-10-8 2228、2102授课题目铸造成形方法教学目的及要求了解砂型铸造、特种铸造、精密铸造成型的成型工艺重点、难点重点是砂型铸造，难点是特种铸造教学方法与手段板书与多媒体相结合教学内容提要时间分配课堂导入 从历史悠久的金属液态成形工艺导入本课90授课要点 2 金属液态成形 2.1 概述1. 凝固理论的发展2. 凝固技术的发展3. 计算机在合金液态成形方面的应用与发展 2.2 铸造成形方法一、砂型铸造1.砂型铸造工艺过程及砂型结构2.砂型

4、的种类 （1）湿砂型 （2）干型 （3）表面干型 （4）化学硬化砂型3.造型方法 （1）手工造型 （2）机器造型 （3）造型方法的选用原则二、特种铸造1.金属型铸造 （1）金属型的材料与构造（2）金属型的铸造工艺特点 （3）金属型铸造的特点及适用范围 2.低压铸造 （1）低压铸造的工艺过程（2）低压铸造的特点和适用范围 3.离心铸造 （1）离心铸造的工作原理（2）铸型转速的确定 （3）离心铸造的特点和适用范围 4.陶瓷型铸造 5.实型铸造203040布置作业、小结课后总结：根据课堂实际效果及所反映的问题作出有针对性地总结（手写）2 金属液态成形2.1 概述金属液态成形工艺有铸造、液态冲压和液态

5、模锻等多种方法，其中历史悠久、应用最广泛的是铸造；铸造是将满足一定化学成分要求的熔融金属液在重力场或其他外力场的作用下，浇入到预先制好的模型中，经冷却、凝固后获得与模型型腔形状完全相同的零件的工艺方法和过程。用这种方法获得的零件称为铸件。金属的液态成形适应性广，能铸出重量小至几克、大至数百吨，壁厚从0.2mm至1m，长度从几毫米至几十米，形状从简单到复杂的铸件。从有色、黑色金属到难熔合金均可采用铸造方法成形。它即可用于单件小批量生产，又可用于成批大量的机械化、自动化生产。据统计，在机械行业采用液态成形方法生产的零件约占整机重量的60一90。液态成形铸件的形状及尺寸接近零件，加工余量比自由锻件小

6、，甚至可实现少、无切削加工，从而节约材料和加工费用、降低成本、所用原材料来源广，设备投资少。但是，液态成形工序多，工艺控制较困难，也存在一定的环境污染，劳动条件相对差等缺点。随着技术的进步和管理水平的提高，现代化铸造车间不断建立，完全实现了机械化、自动化生产，生产环境大大改善，劳动强度大幅度降低，这是铸造生产的发展方向，它将改变人们对铸造生产的传统观念和认识。按铸件的成形条件和制备铸型的材料不同铸造方法可分为砂型铸造、熔模铸造、压力铸造、离心铸造、金属型铸造、低压铸造、真空吸铸和消失模铸造等。随着铸造新技术、新工艺、新设备、新材料的不断应用，铸件质量、尺寸精度、力学性能和生产率有了很大提高。同

7、时，也为高科技产业的发展奠定了基础，近年来现代铸造技术的发展主要表现在以下几个方面。1.凝固理论的发展 凝固是铸件形成过程的重要环节，它直接决定着铸件的组织和缺陷的形成。近些年来，借助物理化学、金属学和计算数学等学科，凝固理论的研究有了很大的发展。人们对许多条件下的凝固现象和组织特征有了进一步的认识和研究，促进了许多凝固技术和凝固成形方法的发展和应用。凝固理论已建立了铸件冷却速度与枝晶臂间距及枝晶壁间距与力学性能的关系，从而为合理选择铸造工艺参数来控制铸件力学性能创造了条件。2.凝固技术的发展凝固技术的发展主要表现在定向凝固技术、快速凝固技术和生产复合材料等方面。 定向凝固技术就是控制液态金属

8、沿传热流动反方向凝固的新技术，它经历了从功率降低法快速凝固法液态金属冷却法的发展过程。定向凝固技术在高温合金燃气轮机叶片铸件的生产中得到广泛应用。 快速凝固技术通常是指以大于级的冷却速度或以数ms级的固液界面推进速度使液相凝固成固相。利用快速凝固技术及合金成分的调整，控制合金的结晶过程，能获得具有良好的物理、化学性能的非晶态合金。当合金以足够高的冷却速度凝固时，呈一种非平衡凝固过程，往往形成亚稳相(或称介稳相)，使合金中某成分的亚稳固溶度扩大，晶粒细化至微米级，甚至纳米级。对某些材料，可得到准晶或非晶组织，这就使得合金的强度、塑性、耐磨性、耐蚀性提高。此外，快冷材料还能提高零件的抗应力腐蚀性能

9、和磁性性能等。目前，快速凝固技术在变压器铁心材料、计算机磁头及外围设备中某些零件的材料、钎焊材料等方面得到广泛应用。 凝固技术的另一发展是生产复合材料。复合材料就是在非金属和金属基体中引入增强相(或特殊成分的材料)，通过控制凝固过程，使增强相按所希望的方式进行排列，从而获得一种具有特殊性能的材料。目前己发展了多种制取复合材料的方法。如结合定向凝固技术制取的定向复合材料等。复合材料是一种很有发展前途的材料，也是目前研究的热点之一。3.计算机在合金液态成形方面的应用与发展 计算机的应用正在从各个方面推动着铸造业的发展和变革。计算机的应用将在四个方面发挥着无可替代的作用，即铸造过程的数值模拟(或数值

10、仿真)，快速样件制造技术(或称快速成形技术)，过程控制和集成制造技术。2.2 铸造成形方法 铸造在传统上是获得金属毛坯的方法，目前仍然是机械制造工业中十分重要的成形方法。铸造成形的方法很多，根据铸型寿命的不同，可分为一次铸型(如砂型、陶瓷型)、永久铸型(如金属型)和复砂铸型；根据铸型制造方法的不同，可分为手工造型和机器造型；根据砂型种类的不同，可分为干型、湿型、表干型等；根据模样种类可分为金属模造型、塑料造型、木模造型等等。一、砂型铸造 砂型铸造是以型砂为材料制备铸型，并依靠液态金属合金自身重量的流动性，在重力下充填铸型生产铸件的方法。有别于砂型铸造的其他铸造方法，统称为特种铸造。砂型铸造是铸

11、造生产中应用最为广泛的一种方法，它具有不受铸件的形状、大小、复杂程度及合金种类的限制，单件、成批和大量生产均可应用，原材料来源广泛且成本低等优点。目前我国砂型铸件约占全部铸件总生产量的80以上。1.砂型铸造工艺过程及砂型结构砂型铸造工艺过程如图2-1所示。首先，根据零件的形状和尺寸设计并制造出模样和芯盒，配制好型砂和芯砂。然后，用型砂和模样在砂箱中制造砂型，用芯砂在芯盒中制造型芯；再把砂芯装入砂型中，并合箱既得完整的铸型。将金属液浇入到铸型的型腔中，冷却凝固后，经落砂清理即得所需铸件。砂型的组成如图2-2所示，砂型由上半砂型、下半砂型和砂芯组装面成；上下砂型的外面套着便于紧砂和搬运的上砂箱和下

12、砂箱。砂型内腔形状借助模样(或模板)来形成，用以形成铸件的外轮廓。铸件中间的孔通过在砂型型腔内放入砂芯来获得。为了使砂芯在型内一定位置能固定，砂芯做得比铸件内孔长一些，这个长出的部分叫芯头；它可在砂型内形成支撑和固定砂芯的芯座。砂型和砂芯间与铸件形状有关的部分叫型腔，用以形成铸件，它是铸型的成形单元。为了将金属液引入到型腔内，还需要在砂型内做出浇注系统(包括浇口杯、直浇道、横浇道及内浇道等组元)。浇注后，金属液在砂型内冷却凝固、便形成所需要的铸件。在实际生产中，根据铸件的特点和工艺要求铸型中还会有一些其他的结构单元，比如冒口、冷铁、补贴等。2.砂型的种类 （1）湿砂型 向石英砂中加入适量的粘土

13、、煤粉等附加物和水分，混制而成的型砂称为湿型砂。用湿型砂经填充、舂实等工序，烧注前不进行烘干或硬化。 湿砂型由于不用烘干砂型和相应的烘干装置故可降低材料成本、节省投资和降低能源消耗，缩短铸件生产周期，提高生产率。与各种化学自硬砂型相比，不需要特殊的型砂配方和原材料；同干型相比，生产劳动条件好，易于实现机械化和自动化。但湿砂型只具有一定的湿强度，且在浇注时，砂型表面易出现水分的汽化和迁移，使铸件容易产生气孔、冲砂、胀砂、夹砂等铸造缺陷。因此，湿砂型主要应用于生产各种中小铸件，特别适合于机械化、自动化生产。对于质量要求高和厚壁的大、中型铸件不宜采用此种方法。（2）干型 经过烘干的铸型称为干型。铸型

14、经烘干后提高了强度和透气性，大大减少了由于铸型方面的原因而产生的气孔、砂眼、胀砂、夹砂等铸造缺陷。干型的缺点是砂型变形大，生产周期长，需要烘干设备，增加燃料消耗，恶化劳动条件，难于实现机械化和自动化，有被自硬砂型取代的趋势。它主要用于质量要求高、结构复杂、单件或小批生产的大、中型铸件。（3）表面干型 表面干型是指铸型表面仅有一层很膊的型砂被烘干(烘干层一般为1015mm厚，根据铸件的特点和要求而定)，铸型其他部分仍然是湿的。表面干型通常用经过活化处理的膨润土作粘结剂，砂型工作表面上涂刷涂料后，直接在造型场地用移动式烘炉或其他烘干器使砂型表面干燥。这种砂型，在制造大中型铸铁件中应用较多。 （4）

15、化学硬化砂型(即自硬砂型) 化学硬化砂型是指铸型靠型砂自身的化学反应而硬化，一般不需烘干，或只经低温烘烤。其优点是强度高、节约能源、效率高。缺点是与粘土砂相比，成本较高，且易产生粘砂等缺陷。自硬砂型对于各种铸件均可采用，但较多用于铸钢件和大中型铸铁件。3.造型方法 （1）手工造型 （2）机器造型 用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型方法称为机器造型。其生产效率高，劳动条件好，已被现代化铸造车间广泛采用，并可与机械化砂处理、浇注、落砂等工序共同组成生产流水线。但机器造型设备投资费用高，生产准备时间长，适用于中小型铸件的批量生产。（3）造型方法的选用原则 在选择造型方法时应充分考虑铸件的尺寸、重

16、量和结构形式，除此之外，还应参照如下选择原则： 1)造型方法应和生产批量相适应。机器造型的生产效率较高，且对环境的污染小，所生产的铸件的尺寸精度较高，但设备和工艺装备的费用高，生产准备时间长，因而适用于中、小型铸件成批或大量生产。单件小批生产的重型铸件，手工造型仍是重要的方法。 2)湿型造型是应用最广泛的造型方法之一，砂型铸造时应优先选用湿砂型。当湿砂型不能满足要求时，再考虑选择表面干型、干型或自硬砂型。 3)造型方法应适合工厂的实际生产条件，并兼顾铸件的技术要求和成本等因素。二、特种铸造 所谓特种铸造是指与普通砂型铸造在造型材料、造型方法、液态金属的充填形式和金属液在型内的凝固条件等方面有着

17、显著差别的铸造方法。目前特种铸造方法已发展到几十种，常用的有熔模铸造、金属型铸造、离心铸造、压力铸造、低压铸造、陶瓷型铸造，另外还有实型铸造、磁型铸造、石墨型铸造、反压铸造、连续铸造和挤压铸造等方法。 1.金属型铸造 将液态金属浇入到由金属材料制成的铸型中，以获得铸件的方法称为金属型铸造。与砂型不同，金属型可以反复使用，因而金属型铸造又称永久型铸造。 (1)金属型的材料与构造 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浇入液态合金的温度。浇注锡、锌、镁等低熔点合金，可选用灰铸铁做金属型；浇注铝、铜等合金，一般选用合金铸铁或钢做金属型。 金属型的结构首先必须考虑保证铸件(连

18、同浇、冒口系统)能从金属型中顺利取出。金属型按分型面的不同分为整体式、水平分型式、垂直分型式和复合分型式四种。其中，垂直分型式的金属型因开设浇、冒口、取出铸件均较方便和易实现机械化等优点而应用较多。金属型的型腔采用机械加工制成，简单的内腔可用金属芯，复杂内腔多采用砂芯或组合式型芯。由于金属型没有透气性，必须设置出气孔等透气装置。金属型的浇注系统多采用底注式或侧注式，以防止浇注时金属液飞溅，产生冷隔、冷豆等铸造缺陷，影响铸件质量。图2-4为铝活塞的金属型，该金属型采用垂直分型式。有左、右两半型和底板组成，左半型固定在底板上，右半型用铰链联接，所以，也称为铰链开合式金属型。其浇注系统采用鹅颈缝隙式

19、浇注系统，使金属液平稳充型。为防止金属型过热，将金属型设计成夹层空腔，采用循环水冷却装置。 (2)金属型的铸造工艺特点 采用金属型铸造时，要在金属型与液态金属接触的工作表面上喷刷涂料，对避免高温金属液与型腔表面直接接触，防止高温金属液对型壁的直接冲刷，延长金属型的使用寿命。涂料还有一定的排气、蓄气能力，可防止铸件产生气孔。同时利用涂层的厚薄可调整铸件各部分的冷却速度，提高铸件的表面质量。涂料多采用耐火材料(石英粉、石墨粉、氧化锌)、水玻璃与水调制而成。 金属型对高温金属液有强烈的激冷作用，对金属型进行适当的预热，可有效防止铸件因冷却过快而产生的浇不足、冷隔、裂纹和白口等铸造缺陷。同时，也降低了

20、铸型与金属液的温差，提高了金属型的寿命。通常，浇注铸铁件的金属型的工作温度约为250300，有色金属件约为100250。 金届液浇注到金属型内之后，铸件在金属型中不能停留时间过长，因为铸件的冷却收缩会使出型和抽芯难于进行，铸件产生裂纹和白口的可能性也会增大，因而，铸件凝固后应尽快出型。合适的开型时间由实验确定，一般情况下，铸铁件出型温度为780950，开型时间为10-20s；对于一般中小型铸件约为浇注后10-60s。 （3）金属型铸造的特点及适用范围 1）金属型复用性好，可实现一型多铸，节省了大量造型材料和工序，生产率大大提高，并有利于实现机械化和自动化。 2）铸件力学性能高、尺寸精度高。铸件

21、冷却速度快，晶粒细密，故铸件力学性能和尺寸精度都很高。金属型铸件的尺寸精度可达ITl2ITl4，表面粗循度可达；铸件的加工余量小，可节约原材料和加工费用。 3)金属型制造成本高，周期长，不适于单件、小批生产。由于金属型型腔是用机械加工方法制造的，且金属型冷却速度快，故不适于用来铸造内部形状复杂的铸件和大型薄壁件。当用于铸钢等高熔点金属时，由于金属型热疲劳严重，故其寿命较低。2.低压铸造 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。它是在0.020.07MPa的压力下，将金属液注入型腔，并在一定的压力下结晶凝固以获得铸件的方法。(1)低压铸造的工艺过程 在如图2-5所示的低压铸造装置中

22、，下部为盛有液态金属的密封坩埚，上部为铸型，铸型通常为金属型或砂型，若采用金属型则在浇注之前应预热至一定温度，并喷刷涂料。工作时，由进气管将干燥的压缩空气或惰性气体通人盛有金属液的坩埚中，由于金属液面受到气体压力的作用，金属液沿升液管上升，并经浇口进入型腔，铸型型腔充满后，保持压力直至铸件完全凝固。然后使坩埚与大气相通，消除金属液面上的压力后、升液导管和浇口内的金属液因重力作用而回流至坩埚内，最后打开铸型取出铸件。低压铸造时，铸件不需另设冒口，而由浇口兼起补缩作用。为使铸件实现自上而下的顺序凝固，浇口的截面积尺寸必须足够大，且应开在铸件的厚壁处。另外，选择合适的增压速度、保压压力及保压时间对保

23、证铸件质量非常重要。 （2）低压铸造的特点和适用范围 1)浇注时的压力和速度可调，可适应各种不同铸型(如金属型、砂型、熔模铸型等)。由于所用压力较低，所以充型平稳，对铸型的冲刷力小，气体易排出，减少铸造缺陷。 2)铸件在压力下结晶，不但可以使铸件组织细密，且铸件表面质量高于金属型。3)便于实现铸件的顺序凝固，有效防止缩孔和缩松等铸造缺陷的产生。4)利用压力充型和补缩，简化了浇冒口系统的结构，金属的利用率很高，一般可达90以上。 5)低压铸造可适用于不同壁厚、不同结构、不同合金种类的铸件。其铝镁合金铸件的壁厚最大可达150mm，最小壁厚仅为0.7mm。6)低压铸造的主要问题是升液管寿命短，液态金

24、属在保温过程中易产生氧化和夹渣。低压铸造目前已经广泛应用于铝、铜、镁等有色合金铸件的大批量生产，如发动机的气缸盖、曲轴、活塞等，也可用于球墨铸铁件的生产。 3.离心铸造 将熔融金属浇入高速回转的铸型中、使金属液在离心力的作用下、充填铸型和凝固成形的方法称为离心铸造。 (1)离心铸造的工作原理 离心铸造特别适于生产圆筒形类铸件，而且不用型芯，仅仅依靠离心力就能形成圆筒内孔。离心铸造在离心铸造机上进行，根据铸型旋转轴空间位置的不同、离心铸造机可分为立式和卧式两种(图2-6)。立式离心铸造机中铸型绕垂直轴旋转，浇注时，熔融金属在离心力的作用下，并不填满整个型腔，而是紧靠铸型内表面凝固成形、铸件厚度的

25、大小取决于所浇入的金属液的量。铸件内表面由于重力的作用呈现上薄下厚的抛物线形，铸件高度越大，内表面上下部位的壁厚差越大。立式离心铸造机主要适用于生产高度不大的环、套类铸件。卧式离心铸造机上铸型是绕水平轴旋转的，所生产的铸件在轴向或径向上的壁厚是均匀的，因此，卧式离心铸造机适合生产长度较大的管类、筒类铸件。 离心铸造时。为提高金属型的使用寿命防止铸件与型壁粘合，便于取出，同时，也为了防止铸铁件产生白口，在浇注前，应对铸型喷刷涂料。离心铸造金属型所用涂料的组成与金属型铸造相似。另外，离心铸造时，为减小金属型对合金的激冷作用，提高铸件质量，保护金属型，在浇注之前要对铸型进行预热，并在连续生产过程中，

26、根据铸件的质量要求和生产条件，使金属型保持一定的工作温度范围。(2)铸型转速的确定 离心铸造时，铸型的转速直接决定了离心力的大小；而离心力的大小对铸件质量起着十分重要的影响。铸型转速过低，就没有足够的离心力，会使立式离心铸造时金属充型不良，卧式离心铸造时出现金属液雨淋现象；并使铸件内出现夹渣、内表面凸凹不平等缺陷。如铸型转速过高，则过大的离心力会引起铸件的纵向开裂。不同的铸件及工艺，应选用不同的铸型转速，应在保证铸件质量的前提下，选取最低的铸型转速。实际生产中，通常按如下的经验公式来确定：式中 铸型的转速； 液态金属的重度； R铸件内表面的半径。(3)离心铸造的特点和适用范围1)适于生产圆筒形

27、类铸件，可省却型芯和浇冒系统，使铸造工序简化，成本降低。2)铸件从外向内顺序凝固，铸件组织致密，极少存在缩孔、缩松、气孔等缺陷。3)便于生产双金属铸件。在滑动轴承制造中，可在钢套上镶铸薄层铜衬，经离心铸造生产后、钢套与铜衬结合面牢固，并节省了铜料。 4)离心铸造件易产生偏析，不宜铸造比重偏析大的合金，如铅青铜、铅合金、镁合金等；内孔尺寸偏差大，内表面粗糙，加工余量大；设备投资大，不适于单件、小批生产。离心铸造主要用于铸铁管、气缸套、铜套、双金属轴承等铸件的成批生产。4陶瓷型铸造 将液态金属在重力下浇注到陶瓷型中形成铸件的方法称为陶瓷型铸造。它是在砂型铸造和熔模铸造的基础上发展起来的一种精密铸造

28、方法。(1)陶瓷型铸造的工艺过程 陶瓷型铸造的工艺过程如图27所示，它包括砂套造型、灌浆与胶结、起模、喷烧、焙烧、合型、浇注等工序。1)砂套造型 通常用水玻璃砂制出一砂套，其作用相当于砂型铸造的背砂，制造砂套的木模应比制造铸件的木模增大一个陶瓷料的厚度。砂套造型时，砂套上部应留有浇注陶瓷浆料的灌浆孔和排气孔。 2)灌浆与胶结 将铸件模样固定在平板上，刷上分型剂，扣上砂套，将配制好的陶瓷浆由浇口浇入。灌满后数分钟，陶瓷浆开始胶结。陶瓷浆由耐火材料(刚玉粉、铝矾土等)、粘结剂(水解硅酸乙酯)、催化剂(氧化钙、氧化镁)、透气剂(双氧水)等混合制成。 3)起模与喷烧 灌浆515mm后，陶瓷浆料的硅胶骨

29、架基本形成，在浆料尚有一定弹性时应立即起模。为加速陶瓷型的固化速度、应采用明火喷烧整个型腔。 4)焙烧与合型 将陶瓷型加热到350550 ，焙烧25h，以去除残存的水份、乙醇等杂质，进一步提高铸型强度，然后合型。 5)浇注 合型之后即可浇注。浇注湿度可略高，以获得轮廓清晰的铸件。 (2)陶瓷型铸造的特点和适用范围 1)由于陶瓷层处于弹性状态下起模，型腔尺寸不易变化，同时，陶瓷型在高温时变形小，所以，陶瓷型铸件的尺寸精度和表面质量与熔模铸造相近。 2)陶瓷型铸件的大小几乎不受限制，从几公斤到十几吨，都可采用陶瓷型进行铸造。另外，由于陶瓷材料耐高温，因而可以用陶瓷型浇注合金钢、模具钢、不锈钢等高熔

30、点合金。 3)适合于单件、小批牛产，生产周期短；但不适合于大批量、重量轻或形状复杂的铸件，生产过程难以实现机械化和自动化。 目前，陶瓷型铸造主要用于生产厚大的精密铸件，广泛用于冲模、锻模、压铸模、热拉模、玻璃器器皿模、金属型、热芯盒等铸件，也可用于生产铸钢件、有色金属件。5.实型铸造 实型铸造包括普通粘结剂砂实型铸造、磁型铸造和真空实型铸造。 (1)普通粘结剂砂实型铸造 这种铸造方法采用普通粘土砂或树脂砂作为造型材料，将采用泡沫塑料制造的模祥放置在砂型内，造型后不取出模样就浇注金属；在金属液的热作用下，模样气化消失从而获得铸件。 实型铸造时用泡沫塑料的整体模和浇冒口代替木模或金属模进行造型，造

31、型后，模样并不取出，呈实体铸型，浇注时泡沫塑料遇熔融金属立即气化消失，金属液取代整体模位置而结晶凝固，形成与整体模形状尺寸相同的铸件。 目前，泡沫聚苯乙烯是实型铸造中最常用的模样材料，而泡沫酚醛、泡沫聚氨脂等由于发气量大、气化后残余物多等原因不适于用作实型铸造模样材料。 实型铸造的优点是模样没有分型面，造型时不必起模，因而铸件的形状尺寸精确。铸件上的空穴，在模样上可直接做出，省去型芯。与熔模铸造相比，实型铸造工艺过程大为简化，且可以铸造大、中型铸件。 (2)磁型铸造 磁型铸造是在实型铸造基础上发展起来的一种特种铸造方法。将表面覆有耐火材料的泡沫塑料模放入磁丸箱中，然后填入磁丸，并经微震紧实后置

32、入固定的磁型机内，在强磁场力的作用下，磁丸互相吸引结合形成既有强度和紧实度，又有良好透气性的成型铸型，然后即可浇注金属液。在浇注过程中，泡沫塑料模逐渐消失，液体金属逐渐占据泡沫塑料模的位置，凝固后形成与泡沫塑料模形状相同的铸件。铸件凝固后断电，磁场消失，磁丸重新恢复流动性，卸掉磁丸即可取出铸件，卸绰的磁丸经净化处理后可重复使用。 磁型铸造是用铁丸或钢丸代替石英砂，用磁场代替粘结剂。铁丸或钢丸的直径约为0.31.5mm，一般磁型铸造铝合金铸件时宜选用铁丸，而磁型铸造铸铁件和铸钢件时应选择钢丸。铁丸或钢丸的耐热性低于石英砂，为保护铁丸或钢丸，应在泡沫塑料模的表面涂抹耐火材料，厚度约为0.52mm。

33、 磁型铸造的主要特点有： 1)造型材料可反复使用，不用型砂，无砂尘危害，设备简单，占地面积小。 2)模样无分型面，不需起模，铸件精度及表面质量高，加工余量小。 3)由于铁丸或钢丸冷却速度快，故铸件的晶粒细小，其力学性能高于砂型铸件。 4)成本低于砂型铸造，约可降低成本1530，且便于实现机械化和自动化。5)磁型铸造不宜用于生产大型或复杂的铸件，其原因首先在于发泡模具制造困难，费用昂贵，而且若铸件轮取尺寸较大或较重，势必需要庞大的磁型机，则设备投资费用增大；另外，若铸件形状复杂，难以保证铁丸或钢丸能够自由流动地充填到模样的内腔和凹穴部位，易影响铸件的成形。6)气化模燃烧时产生大量烟气污染环境；易

34、使铸钢件增碳。通常，磁型铸造主要适用于质量在150kg以下的中小型铸钢件、铸铁件和有色合金铸件的大批量生产。(3)真空实型铸造 真空实型铸造与普通粘结砂实型铸造及磁型铸造相类似，所不同的是其造型材料为无任何添加剂的干新砂。造型时，将干新砂填人特制的砂箱，振实后将砂箱顶部覆盖一层塑料薄膜在真空状态下浇注。此工艺较上述两种方法有更大的优越性，如：由于干砂的流动性好，带有内腔的铸件可不必下芯；可成串浇注铸件；泡沫塑料的热能气体可由真空管道排出，净化生产环境等。教 案 正 页 （No. 2 ）授课教师张学文授课时间地点2008-10-10 31204、3702授课题目铸造成形方法教学目的及要求了解砂型

35、铸造、特种铸造、精密铸造成型的成型工艺重点、难点重点是浇注系统设计，难点是压铸铸造教学方法与手段板书与多媒体相结合教学内容提要时间分配课堂导入 从典型砂型手工造型工艺导入本课90授课要点 三、砂型铸造的工艺设计1铸造工艺设计依据 2铸造工艺方案的确定 3绕注系统的设计 2.3 精铸成形 一、熔模制造 1压型 2模料3熔模制造工艺 4熔模的组装二、型壳的制造1制造型壳用材料2耐火涂料的配制3制壳工艺三、型壳的焙烧及浇注 2.4 压铸成形和半固态成形 一、压铸机工作原理、 二、压铸模、三、压铸工艺四、压铸合金与压铸机的选择、五、半固态成型 2.5 铸造设备 一、铸造设备的分类二、砂处理设备 三、造

36、型制芯设备 四、熔炼设备 五、落砂及清理设备 15402510布置作业、小结课后总结：根据课堂实际效果及所反映的问题作出有针对性地总结（手写）三、砂型铸造的工艺设计砂型铸造生产中，在每种铸件生产之前都应进行铸造工艺设计，编制铸件生产过程的技术文件，既铸造工艺规程。铸造工艺规程既是生产指导性文件，又是生产准备、管理和铸件验收的依据。铸造工艺设计的好坏，对铸件质量、生产成本和生产率起着重要作用。1铸造工艺设计依据在进行铸造工艺设计前，设计者应掌握生产任务和要求，熟悉工厂和车间的生产条件，这是铸造工艺设计的基本依据。另外，要求设计者有一定的生产和设计经验，并具有经济观点和发展观点，才能较好地完成设计

37、任务。铸造工艺设计依据主要有：1)生产任务的要求。主要包括铸造零件的图样和技术要求，以及产品的数量和生产期限。2)实际生产条件。要掌握工厂和车间的设备种类和能力，掌握工厂和车间的原材料来源和应用情况。同时，也要掌握生产技术工人的实际操作技术水平。3)要考虑铸件生产的经济性。对各种原材料的价格，各种铸造方法的生产成本要有所了解，以便考虑该工艺的经济性。2铸造工艺方案的确定在制订砂型铸造的工艺过程之前，必须首先制订合理的铸造工艺方案，并绘制出正确的铸造工艺图。铸造工艺图是在零件图上用各种工艺符号表示出铸造工艺方案的图形。其中包括：铸件的浇注位置、铸型分型面、型芯的数量、形状及其固定方法、加工余量、

38、拔模斜度、收缩率、浇注系统、冒口、冷铁的尺寸及放置位置等。铸造工艺图是指导模样设计、生产淮备、铸型制造及铸件检验的基本工艺文件。根据铸造工艺图，结合所选择的造型方法，便可绘制出模型图和合箱图。铸造工艺方案通常包括造型、制芯方法、铸型种类的选择、浇注位置及分型面的确定等内容。要想制定出最佳铸造工艺方案，应对零件的结构进行深入的铸造工艺性分析，使之在结构上符合铸造生产的要求，避免铸件产生缺陷，简化铸造工艺过程。(1)浇注位置的确定 铸件的浇注位置是指浇注时铸件的主要表面在型内所处的状态和位置。浇注位置一般在造型方法确定之后，依据合金的种类、铸件的结构以及造型方法等来选择。浇注位置直接影响铸件的凝固

39、方式，应考虑以下原则：1)铸件的重要加工面或主要工作面应尽量朝下或侧立，以便这些面获得较好补缩，使铸件组织致密，也避免这些部位出现气孔、砂眼和缩孔等铸造缺陷。2)铸件的厚大部分处于上方或侧立，以便于冒口补缩，避免气孔产生(图28)。3)铸件薄壁部分应置于下部或侧面，避免出现浇不足、冷隔等铸造缺陷。 4)应使铸件的浇注位置与其合箱位置、冷却位置一致，避免合箱之后或浇注之后再翻转砂箱。 (2)分型面的选择 分型面是上、下两半铸型相互接触的表面。合理的分型面首先要便于起模，并考虑尽量使铸件全部或大部分位于同一半型，主要砂芯置于下半型中，以便于下芯、合箱、检查型腔尺寸等。还要考虑减少分型面的数目，选用

40、最大平面作为分型面，不应削弱铸件的结构强度。 (3)铸造工艺参数的选择 1)机械加工余量 在铸件上为切削加工而加大的尺寸称为机械加工余量。加工余量过大，则切削加工费力费时，浪费金属材料，余量过小，则不能完全除去铸件表面的缺陷，甚至露出铸件表皮，太小的加工余量还有可能由于铸件表面的粘砂及黑皮硬度高，加速刀具磨损。机械加工余量的具体数值取决于造型方法、生产规模、合金种类、铸件的大小、加工面与基准面的距离及加工面在浇注时的位置等。采用机器造型时，铸件精度高，余量可减小，而手工造型误差大，余量应加大；铸钢件的铸造性能较差，易产生缩孔、缩松等缺陷，表面粗糙度大，应加大余量。铸件尺寸越大或加工面与基准面的

41、距离越大，铸件的尺寸误差也越大，余量也应随之加大。浇注时朝上的表面易产生气孔、夹渣等缺陷，组织不如下表面致密，因此其加工余量应比底面和侧面大。 影响机械加工余量的因素很多，具体数据请参照国家标准GBT113501989及有关标准选用。 2)拔模斜度 拔模斜度又称铸造斜度。设计铸件时，为了使模样(或型芯) 易于从铸型(或芯盒)中取出，凡垂直于分型面的立壁(包括内、外两侧)，沿着起模方向应该设计出适当的铸造斜度，此斜度对于铸件的非加工面称为结构斜度，对于铸件的加丁表面称为拔模斜度。拔模斜度的大小应根据模样的拔模高度、粗糙度以及造型(芯)方法而定。 拔模斜度的具体数值应参照有关标准，应小于或等于十产

42、品图上所规定的拔模斜度值，以防止零件在装配或工作中与其他零件相妨碍。尽量使铸件内、外壁的模样与芯盒斜度取值相同，方向一致，以使铸件壁厚均匀。在非加工面上留拨模斜度时，要注意与相配零件的外形一致，保持整台机器的美观。拔模斜度的形式如图29。 铸件的结构斜度和拔模斜度应区分开来。前者是在零件图上示出，斜度值较大，后者是在铸造工艺图或模样图上标出，对零件图上没有结构斜度的立壁给予很小的角度。(4)铸造收缩率 铸件冷却收缩会使其尺寸比型腔尺寸小，为了保证铸件应有的尺寸，模样和芯盒的制造尺寸应加上合金的线收缩率。收缩率大小取决于合金的种类及铸件的结构、尺寸因素。通常灰铸铁为0.71.0，铸造碳钢为1.3

43、2.0，铝硅合金为0.81.2。 3绕注系统的设计 浇注系统是引导金属液流入铸型型腔的一系列通道的总称。它一般由浇口杯(又称外浇口)、直浇口、横浇口和内浇口等基本单元组成(图210)。浇注系统各组成单元的截面积对铸件成形的质量有着重要的影响。浇注系统的截面尺寸可以根据合金种类、重量、尺寸、壁厚以及所需浇注的压头高度及浇注时间等因素确定。生产中大多采用经验数据或经验图表直接查出，然后在生产实践中进行修改。团211所示为几种常见浇注系统。2.3 精铸成形 精密铸造又称精铸成形或熔模铸造，是一种能获得尺寸精度高、表面光洁铸件的铸造方法，在航空、船舶、汽车、拖拉机、机床、仪表等行业获得了广泛应用。其工

44、艺流程如图212所示。 一、熔模制造 熔模铸造的第一道工序就是制造熔模。熔模是用来形成耐火型壳中型腔的模型，为获得尺寸精确、表面光洁的铸件，熔模应具有高的尺寸精度和小的表面粗糙度。 1压型 压型是用来压制熔模的模具。按制造压型的材料不同可分为金属压型、非金属压型和复合材料压型。按压型的制造方法不同可分为；用母模复制、机械加工、母模复制和机械加工相结合。其中应用最广泛的是机械加工金属压型。图213为常见机械加工手工操作压型的结构。该型由上、下两半型组成，在两半型上分别做出型腔7，型芯8用于在熔模上形成空腔。工作时，将上、下两半压型合型，由定位销6定位，并用蝶形螺母将压型锁紧，将型芯8插入压型并用型芯销5锁紧，然后用注蜡枪向型腔内注入模料，待冷却后，即可获得所需的熔模。 2模料 制模材料有复杂的综合性能要求，单一原材料不能满足，模料通常由两种或更多种的原材料配制而成。模料种类很多，但最常用的模料是蜡质材料、树脂材料和高分子聚合物等。按模料的熔点高低不同，可