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第4章 第4章 金属材料成形工艺 4.1 常用金属铸造工艺 将熔化的金属液浇注到具有与零件形状相适应的铸型型腔中，待其凝固、冷却后，获得零件或毛坯的生产方法称为铸造。用铸造方法得到的毛坯或零件称为铸件。 铸造具有如下特点： （1）可以制造各种形状的铸件，且铸件形状和尺寸与零件很接近，节约金属，节省工时。 （2）铸件的尺寸和重量几乎不受限制。 （3）可以适应各种材料，特别是低塑性及不能锻造和焊接的材料。 （4）铸造用原材料来源广，价格低廉，可回收利用。 铸造生主要可分为砂型铸造和特种铸造两类。其中砂型铸造是铸造生产中的最基本的方法。 4.1.1 砂型铸造工艺 砂型铸造是指用模样（型芯）在型（芯）砂制造的砂型中注入金属液，获得铸件的方法。其工艺过程如图4.1所示。 1 造型材料 造型材料指用于制造砂型和型芯的材料，包括型砂、芯砂和涂料等。它们用砂、水、黏结剂和附加物配制而成。型（芯）砂的性能好坏，直接影响到铸件的质量，因此配制好的型（芯）砂，必须具备良好的可塑性，足够的强度，好的透气性，高的耐火性，还要有一定的退让性。 2 造型 制造铸型的工艺过程称为造型，造型分手工造型和机器造型两大类。 （1）手工造型。手工造型时紧砂和起模用手工完成，操作灵活，适应性强，模样成本低，但铸件质量较差，生产率低，劳动强度大，主要用于单件、小批生产。 （2）机器造型。机器造型是用模板和砂箱在专门的造型机上进行造型。它使填砂、紧砂和起模等操作实现机械化。其生产率高，铸型质量好，改善了工人劳动条件，适于大批生产。 3 造芯 当铸件有内腔时，一般需制作型芯。型芯用芯盒制成，芯盒结构有整体式、对开式和拆开式三种，如图4.3所示。造芯方法也分手工造芯和机器造芯两种。 1．手工造芯 手工将芯砂填入芯盒，经紧实修整后制成型芯。形状简单、高度不大的型芯用整体式芯盒；回转体及形状对称的型芯用对开式芯盒；形状复杂的大、中型型芯采用拆开式芯盒。 2．机器造芯 机器造芯用于成批、大量生产的型芯，常用方法有振压式造芯和射芯法。 4 浇注系统。金属液进入铸型型腔时所经过的一系列彼此相连的通道称为浇注系统。完整的浇注系统包括外浇口、直浇道、横浇道和内浇道，如图4.4所示。 （1）外浇口。金属液的直接注入处。作用是减轻液流对铸型的直接冲击，阻拦熔渣流入直浇道。 （2）直浇道。外浇口下一段圆锥形垂直通道。作用是使金属液产生一定静压力，改善铸型的填充性。 （3）横浇道。将金属液引入内浇道的水平通道。作用是挡渣，并向内浇道分配液流。 （4）内浇道。把金属液直接导入型腔的通道。利用内浇道的位置、大小和数量，可以控制金属液进入型腔的速度和方向。 4.1.2 合金的铸造性能 合金在铸造过程中表现出来的工艺性能称为铸造性能。包括流动性、收缩、偏析倾向、吸气性和氧化性等。 1 流动性 合金的流动性是指液态金属的流动能力。合金流动性越好，液态金属填充铸型的能力越强，易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。影响合金流动性的因素主要是化学成分、浇注温度和铸型的填充性等。 2 合金的收缩 （1）收缩概念及影响因素。铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为收缩。合金液从浇注温度冷却到室温要经历三个阶段：液态收缩、凝固收缩和固态收缩。影响收缩的因素有：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件等。 （2）缩孔的形成及防止措施。金属液在铸型内凝固时，由于液态和凝固收缩造成体积减小，若得不到金属液补足，将在铸件最后凝固部位形成孔洞，称为缩孔。缩孔分为集中缩孔和分散缩孔两类。合理控制铸件的凝固过程，建立良好的补缩条件，就能获得致密铸件。 4.2 特种铸造简介 特种铸造指有别于砂型铸造的其他铸造方法，如金属型铸造、熔模铸造、离心铸造、压力铸造、磁型铸造等。 4.2.1 金属型铸造 将金属液浇入到金属铸型中，依靠重力作用而获得铸件的铸造方法称为金属型铸造。金属型可以重复使用，所以又称为“永久型铸造”。 1．金属型铸造的特点及应用范围 金属型铸造：金属型使用寿命长，节约造型工时，提高生产率；铸件尺寸精度高，表面粗糙度小；铸件冷却快，晶粒细小，力学性能好；铸件工艺利用率高，金属液消耗量少。缺点是金属型生产周期长，成本高；铸型无退让性和透气性；铸件易形成白口，不易生产大型、复杂铸件。金属型铸造适于大批量生产有色金属合金铸件。 2．金属型的构造及铸造工艺特点 根据分型面位置的不同，金属型一般分为垂直分型式、水平分型式和复合分型式等。如图4.5所示。其中垂直分型式便于设置浇冒口及取出铸件，易于实现机械化，所以应用最多。 图4.5 金属型的结构 金属型铸造时应采取以下一些工艺措施： （1）金属型腔要涂0.2～1.0mm厚的耐火衬料与表面涂料。 （2）喷刷涂料和浇注前金属型要预热，以使