9
§2.3 液态金属成形件工艺过程设计
2.3.1 铸造工艺设计内容与步骤。
1、铸造工艺设计的内容。
大批量生产或大型铸件： 铸件图，铸造工艺过程图，铸型装配图， 操作技术规程等。
小批量生产或一般产品： 铸件图，铸造工艺过程图。
2、铸造工艺设计步骤。 （ 依据零件图按步骤设计 ）
1）结构工艺过程分析； 2）铸造工艺过程方案的拟定； 3）砂芯设计；
(图 2.9)
7
5、铸造应力。
—— 铸件在冷却过程中，因固态收缩受到阻碍而引起的内应力。
1）热应力； 2）相变应力； 3）机械阻碍应力。
6、铸件的变形和裂纹。
◎铸造应力的防止：
- 合理设计铸件结构； -尽量选用收缩率小的合金； -采用同时凝固工艺； -合理设置浇口和冒口； -时效处理。
—— 当铸造残余应力超过金属的屈服强度极限时，铸件变形； —— 当铸造残余应力超过金属的抗拉强度极限时，铸件开裂。
材料成形技术基础
（第2版）
胡亚民 主编
1
1、绪论
§1.1 材料成形技术过程形态学模型简介
1.1.1 产品和过程。
产品技术的主题是“设计”——“做什么” 过程技术的主题是“制造”——“怎么做”
1.1.2 过程技术。
(把产品的设计和构思制造成物化的具体产品。)
过程形态学模型的研究方法
（图1.1）
1.1.3 材料过程系统。
2、气体在金属液中的溶解度。
—— 金属吸收气体的饱和浓度。 （ cm³ / 100g ）
3、气体的析出。
1）气体以分子形式扩散析出； 2）于金属内形成化合物排出； 3）以气泡形式从金属液中逸出。
4、气孔。 侵入气孔， 析出气孔， 反应气孔。 5、气体对铸件品质的影响。
（表 2.8）
2.2.5 铸件化学成分的偏析。 宏观偏析， 微观偏析。
11
2.3.3 浇注系统及其设计。
1、浇注系统概述。 —— 引导金属液进入铸型的系列通道。
1）功能。 ① 将液态金属导入型腔；
② 挡渣并排除型腔内的空气；
③ 调节铸件温度分布； ④ 保证金属液充满型腔。
2）结构。 浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道。
（图 2.35）
3）形式。顶部注入式、中间注入式、底部注入式、阶梯注入式。 （图 2.36）
1、切削加工；
3、电加工； （图1.7）
2、化学腐蚀加工；
4、冲压加工。 （图1.8）
1.2.3 质量增加过程。
被加工材料的质量在制造过程会增加。 1、电镀； 2、快速成型。
4
2、液态材料铸造成形技术过程
§2.1 概述
铸造成形技术是指制造铸型、熔炼金属、将金属液
注入型腔凝固，获得金属工件的成形方法。
1.1.6 制造过程的完整模型。
制造过程包涵材料过程、能量过程、信息过程。 （图1.5）
3
§1.2 现代制造过程分类
1.2.1 质量不变过程。
被加工材料在制造过程没有或很少改变质量。 （图1.6） 1、 塑性变形。 锻造、扎制、粉末压制。 2、 浇注。
1.2.2 质量减少过程。
被加工材料的质量在制造过程会减少。
1、金属凝固的条件。 液、固两相的能量差为相变驱动力。
2、金属凝固的过程。 液相中不断形成晶核并长大，直至结晶终了。
3、铸件的三种凝固方式。
（图 2.4）
1）逐层凝固； 2）体积凝固； 3）中间凝固。
6
2.2.3 铸件的收缩。
1、基本概念。
—— 铸件在“液态→凝固→固态→冷却”过程中体积减小的现象。
（图 2.1）
优点：投资小，生产周期短，技术过程灵活，能制造形状复杂的零件。 缺点：工序多，难以精确控制；易产生铸造缺陷，铸件品质不稳定。
类型： 1）生产方式分类： 砂型铸造，特种铸造。
2）材料分类： 铸铁，铸钢，铸铜，铸铝，……
铸造是制造零件毛柸常用的一种生产方式。
（表 2.1）
5
§2.2 铸造成型技术过程理论基础
2、浇注系统的设计。
1）要求。
① 阻止熔渣、气体、非金属夹杂物进入型腔； ② 防止型腔和型芯被冲蚀； ③ 降低浇注温度； ④ 在设定的部位把金属液引入型腔； ⑤ 减小浇注系统的体积，节约材料。
1、贯通过程 —— 质量不变过程； 2、发散过程 —— 质量减少过程； 3、收敛过程 —— 质量增加过程。
（图1.2）
2
1.1.4 能量过程系统。
通过传递媒体向被加工材料提供能量。
（图1.3）
1.1.5 信息过程系统。
通过传递媒体把形状信息加于被加工材料，
使之改变形状。
（图1.4）
（形状信息过程伴随着性能信息过程。）
以单位体积或长度的变化量表示。
（式2.1 式2.2）
2、收缩的三个阶段。
1）液态收缩阶段； （图2.5）
2）凝固收缩阶段；
3）固态收缩阶段。
3、铸件的实际收缩。
1）摩擦阻力； 2）热阻力；
3）机械阻力。
4、铸件的缩孔和缩松
缩孔形成 缩松形成
(图 2.6) (图 2.8)
缩孔和缩松的防止： 1）采用顺序凝固原则； 2) 加压补缩。
2、选择分型面。
1）使全部或大部分铸件处于同一半型内，避免错型； （图 2.30）
2）减少分型面的数目；
（图 2.31）
3）分型面尽量选用平面；
（图 2.32）
4）使型腔和主要型芯位于下腔。
3、确定主要工艺过程参数。 1）加工余量；
2）最小铸出孔； 3）起模斜度； 4）铸造圆角； 5）铸造收缩率。
（表 2.12） （图 2.34）
1）变形与防止。 变形： （图 2.15 图 2.16）
防止：铸造应力；采用反变形法。 （图 2.17）
2）裂纹与防止。 热裂：（图 2.18）
冷裂：（图 2.19）
8
2.2.4 金属的吸气性。
1、金属液吸收气体的过程。
1）气体分子撞击到金属液表面，并吸附在表面； 力。
—— 液态金属充满铸型型腔，获得合格铸件的能力。
影响充型能力的因素： 1）金属的流动性；（图 2.2 表2.3 图2.3）
2）铸型的性质； 3）浇注条件；
4）铸件结构。 R = V / S (折算厚度) 2.2.2 铸件的凝固。
——铸型中的合金从液态转变成固态的过程。
4）浇注系统设计； 5) 冒口、冷铁的设计； 6）绘制铸造工艺过程图。
10
2.3.2 铸造成形方案的拟定。
1、确定铸型位置。 1）铸件的重要表面向下； （图 2.25 图2.26）
2）铸件的宽大平面向下或倾斜浇注； （图 2.27）
3）铸件的薄壁部分向下；
（图 2.28）
4）铸件的厚大部分向上。
（图 2.29）