第1页：第二章 铸造与铸造生产特点
2.1 合金的铸造性能——一、铸造生产的特点：
- 优点
- 可铸出结构形状复杂的铸件；适应性广；成本低。
- 缺点
- 铸件组织性能差；生产工序多，质量不稳定，废品率高；工作条件差，劳动强度高。
第2页：铸造在机械设备中的应用比重
铸造非常重要：在一般的机械设备中，铸件占机器总量的 45%~90%，而铸件的成本仅占机器总量的 20%~25%。
第3页：铸造的分类
二、铸造的分类：
- 砂型铸造
- 特种铸造：熔模铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、金属型铸造
第4页：合金的铸造性能与充型能力
- 合金的铸造性能
- 包括流动性（fluidity）、收缩性（contractility）、吸气性、各部位的成分不均匀性（偏析 segregation）等。
- 充型能力
- 液态金属充满铸型型腔、获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，叫做液态金属的充型能力（mold filling capacity）。
一、液态金属的充型能力——1、合金的流动性对充型能力的影响。
第5页：铁碳合金流动性与成分的关系
图 2-2 所示为铁碳合金的流动性与成分的关系：共晶成分合金结晶温度范围最小，流动性最好；含碳量越远离共晶成分，结晶温度范围越宽，流动性越差。
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第7页：浇铸条件与铸型条件的影响
2、浇铸（pouring）条件对充型能力的影响：
3、铸型条件对充型能力的影响：包括铸型的蓄热能力、温度、透气性以及型腔结构与排气条件等。
第8页：合金的凝固特性：逐层凝固
四、合金的凝固特性——1、逐层凝固：纯金属或共晶成分合金在恒温下结晶，凝固过程中铸件截面上的凝固区域宽度为零，截面上固液两相界面分明，随着温度的下降，固相区不断增大，逐渐到达铸件中心，这种凝固方式称为「逐层凝固」，如图 2-3 所示。
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第10页：中间凝固与体积凝固
- 中间凝固
- 金属的结晶温度范围较窄，或结晶温度范围虽宽但铸件截面温度梯度大；凝固区域宽度介于逐层凝固与体积凝固之间。
- 体积凝固
- 合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度很小，液固共存的凝固区域很宽，甚至贯穿整个铸件截面。
- 影响凝固方式的主要因素：a 合金的结晶温度范围（取决于合金成分，范围越小越趋于逐层凝固）；b 铸件的温度梯度（梯度越大越趋于逐层凝固）。
- 凝固方式对铸件质量的影响：通常，逐层凝固时合金的充型能力强，产生冷隔、浇不足、缩孔、偏析、热裂等缺陷的倾向小。
注：源文件「编析」按标准术语修正为「偏析」。
第11页：合金的收缩性
五、合金的收缩性：
- a 金属的液态收缩和凝固收缩是产生缩孔、缩松的主要原因。
- b 固态收缩是产生内应力以至引起变形和产生裂纹的主要原因。
- 1、影响收缩的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构与铸型条件。
- 2、收缩对铸件质量的影响：缩孔、缩松、内应力、变形和裂纹。
第12页：缩孔和缩松的产生
- 缩孔
- 纯金属和共晶合金在恒温下结晶、逐层凝固时产生，常集中在铸件上部或粗大部位等最后凝固的区域。
- 缩松
- 具有一定凝固温度范围的合金，凝固在较大的区域内同时进行时容易形成，常分布在铸件壁的轴线区域及厚大部位。
第13页：铸造应力：热应力
b 铸造应力、变形和裂纹——1）热应力：铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内各部分收缩不一致而引起的应力。
第14页：铸造应力：机械应力
2）机械应力：合金的线收缩受到铸型、型芯、浇筑系统和冒口的机械阻碍作用而形成的应力。
第15页：防止缩孔缩松的顺序凝固原则
3、防止缩孔和缩松的方法——顺序凝固原则：设置冒口、冷铁。
阀体铸件的两种铸造方案：左侧是未安设冒口时，在热节处（即内接圆直径最大的厚大部位）可能产生缩孔；右侧为安设冒口和冷铁后，因铸件实现顺序凝固而免除了缩孔的出现。
第16页：减少铸造应力的方法
4、减少铸造应力的方法：
- a 同时凝固原则：浇口开在薄壁处、厚壁处放冷铁。
- b 改善铸型和砂芯的退让性。
5、顺序凝固原则与同时凝固原则：前者利于补缩、防止缩孔缩松；后者利于减小内应力、防止变形和裂纹，应根据铸件特点选用。
第17页：铸件重要表面的浇注位置
铸件上重要表面应放在铸型下面，如果做不到可放侧面或倾斜放置；截面较厚的部分放上面便于设冒口补缩。
第18页：铸铁的铸造性能特点
2.2 常用铸造合金的铸造性能特点——1、铸铁：
- a 灰铸铁：熔点较低，流动性好，凝固温度范围小，凝固收缩小，具有良好的铸造性能。
- b 可锻铸铁：熔点比灰铸铁高，凝固温度范围较大，流动性差，体积收缩和线收缩都较大；应提高浇注温度，采取顺序凝固原则，设置冒口和冷铁。
- c 球墨铸铁：性能介于灰铸铁和铸钢之间，流动性与灰铸铁基本相同；但球化处理时铁水温度有所下降，必须提高铁水出炉温度；球墨铸铁在凝固收缩前有较大的膨胀，应采用提高铸型刚度、增设冒口等措施防止缩孔、缩松的产生。
第19页：铸钢的铸造性能特点
2、铸钢：
- a 熔点高，易产生粘砂：型砂应具有较高的耐火性、透气性和强度。
- b 流动性比铸铁差，应采用干砂型，增大浇注系统截面积，保证足够的浇注温度等提高充型能力。
- c 收缩性大，要设置较多、尺寸较大的冒口，采用顺序凝固原则防止缩孔、缩松的产生；对壁厚均匀的薄壁铸钢件，可采用同时凝固原则和多通道的内浇口，使钢液能尽快而均匀地填充砂型。
第20页：铸造有色合金的铸造性能
3、铸造有色金属：常用的有铝合金和铜合金，大都流动性好、收缩性大、易吸气和氧化；熔点低，易被污染和烧损，因而应在坩埚炉内进行熔化。
第21页：型（芯）砂的组成与性能要求
- 型（芯）砂
- 通常由石英砂、粘土（或其它粘结材料）和水按一定的比例混制而成，要具有「一强三性」，即一定的强度、透气性、耐火性和退让性。
2.3 砂型铸造的特点与应用：机床床身、轧钢机机架、减速器箱体、带轮等一般铸件常用砂型铸造。
注：源文件写作「轧钢机机器」「混速器箱体」，按行业通用写法修正为「轧钢机机架」「减速器箱体」。
第22页：砂型铸造工艺过程
一、砂型铸造工艺过程：本页为砂型铸造工艺过程示意，源文件未提取到工序说明文字，建议对照原课件图示补充造型、制芯、合箱、浇注、落砂与清理等工序内容。
第23页：
第24页：第4次课重点：液态金属的充型能力
2.2 铸造工艺的工艺特点——一、液态金属的充型能力（第4次课重点内容）：
- 1、合金的流动性对充型能力的影响
- 2、浇铸（pouring）条件对充型能力的影响：a 浇注温度、b 充型压力、c 浇注系统
- 3、铸型条件对充型能力的影响
第25页：第4次课重点：合金的凝固特性
2.2 铸造工艺的工艺特点——二、合金的凝固特性（第4次课重点内容）：包括逐层凝固、中间凝固与体积凝固三种凝固方式，及其主要影响因素与对铸件质量的影响。
第26页：第4次课重点：合金的收缩性
合金的收缩性（第4次课重点内容）：
- 收缩的三个阶段：液态收缩、凝固收缩、固态收缩
- 液态收缩与凝固收缩导致缩孔、缩松
- 固态收缩导致内应力、变形和裂纹
- 改善铸型退让性可减少收缩阻力
第27页：铸件结构应利于简化铸造工艺
二、铸件结构工艺性——1、铸件结构应利于简化铸造工艺：
- a 铸件外形要尽量简单，并尽量少用曲面，尽量避免使用活块。
- b 铸件内腔结构应符合铸造工艺要求，尽量不用或少用型芯。
第28页：铸件的结构斜度
c 铸件的结构斜度：凡垂直于分型面的非加工表面，应留一定大小的结构斜度，以利于起模和保证铸件尺寸精度。
第29页：铸件壁厚应合理
2、铸件结构应利于避免产生铸件缺陷——a 壁厚合理：应满足最小壁厚要求，尽量减小壁厚（细化晶粒，节省材料）；为保证强度可用加强筋，避免厚大截面。
第30页：铸件壁厚力求均匀
b 铸件壁厚力求均匀：避免局部厚大截面与壁厚突变，以减少热节、缩孔缩松及热应力的产生。
第31页：铸件壁的连接与圆角
- c 铸件壁的连接：铸件拐弯和交接处应采用较大的圆角连接，避免锐角结构，以避免因应力集中而产生开裂。
- d 避免较大水平面：较大的水平面不利于排气与排渣，也易产生夹砂缺陷。
第32页：思考题：铸件为什么要有结构圆角
思考题：为什么铸件要有结构圆角？如何修改下图铸件上的不合理圆角？
提示：圆角可避免转角处应力集中和开裂、改善金属液流动与充型，并便于起模；锐角与过大的圆角（易形成热节）均属不合理结构，应改为适当半径的过渡圆角。
第33页：铸件的结构工艺性小结
铸件的结构工艺性（第4次课重点内容）：
- 外形：尽量简单，便于起模
- 内腔：尽量不用或少用型芯
- 结构斜度：垂直于分型面的非加工表面应留斜度
- 壁厚：合理、均匀，避免厚大截面
- 连接：采用圆角，避免锐角
- 避免较大水平面
目标：既利于简化铸造工艺，又利于保证铸件质量。
第34页：2.4 特种铸造：熔模铸造
2.4 特种铸造——一、熔模铸造：又称「失蜡铸造」，铸件有较高的精度和表面质量，故有「精密铸造」之称。
第35页：熔模铸造的工艺特点与应用
- 1、基本工艺过程：压制蜡模 → 组装模组 → 结壳 → 脱蜡 → 焙烧 → 浇注
- 2、特点：铸件精度和表面质量高，可铸高熔点与难切削合金；但工序复杂、生产周期长，铸件尺寸和重量受限。
- 3、应用：适用于各种合金材料，尤其是高熔点合金及难切削加工合金的铸造，批量不受限制；主要用于成批生产形状复杂、精度要求高或难以进行切削加工的小型零件，如汽轮机叶片和叶轮、大模数滚刀等。
第36页：金属型铸造
- 金属型铸造
- 在重力作用下将熔融金属浇入金属铸型获得铸件的铸造方法；金属型可重复使用，所以又称「永久型铸造」。
- 1、金属型的结构及其铸造工艺
- 2、特点：冷却速度快，铸件组织致密、精度和表面质量较高
- 3、应用：大批量生产形状简单的有色合金铸件，如铝活塞、气缸等
第37页：压力铸造
- 压力铸造
- 熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。
- 1、压力铸造的工艺过程
- 2、特点：铸件精度高、表面光洁、生产率高，可铸薄壁复杂件
- 3、应用：主要用于大批生产低熔点合金的中小型铸件，如喇叭等
第38页：低压铸造
- 低压铸造
- 铸型安放在密封的坩埚上方，坩埚中通以压缩空气，在熔池表面形成低压力，使金属液通过升液管充填铸型和控制凝固的铸造方法。
- 1、工作原理：低压气体加压，金属液自下而上平稳充型
- 2、特点：充型平稳、铸件致密、金属利用率高
- 3、应用：广泛用于大批量生产铝合金和镁合金铸件
第39页：离心铸造
- 离心铸造
- 将熔融金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下填充铸型和结晶，从而获得铸件的方法。
- 1、特点：铸件组织致密，可省去型芯与浇注系统，金属利用率高
- 2、应用：目前主要用于生产空心回转体铸件，如铸铁管、气缸套等，也可用于生产双金属铸件
