铸、锻、焊工艺及应用教学模块 重点、难点及解决办法： 铸、锻、焊工艺及应用教学模块 重点、难点及解决办法： 铸造、锻压、焊接的分类、特点及 应用；砂型铸造与铸件结构工艺性； 模锻特点与板料冲压，焊条电弧焊。 教学重点： 铸件结构工艺性分析、金属塑性成 形原理理解及焊接缺陷原因分析。 教学难点： 检索分析、查阅参考文献、现场 教学与学做合一。 解决方法：

课题一　 铸造

本课题重点与难点 教 学 重 点 铸造的特点、分类及应用； 砂型铸造工艺。 教 学 难 点 砂型铸造工艺、金属铸造 性能对铸件质量的影响。

4.1.1 铸造工艺基础 1、铸造生产的特点 铸造的成形是由液态凝结成固态的过程，是制造机械零件毛坯或零件的一种重要工艺方法。 优点： 4.1.1 铸造工艺基础 1、铸造生产的特点 铸造的成形是由液态凝结成固态的过程，是制造机械零件毛坯或零件的一种重要工艺方法。 优点： （1）能制造各种尺寸和形状复杂的铸件，特别是内腔复杂的铸件，如各种箱体、床身、机架等零件的毛坯。 （2）常用的金属材料均可用铸造方法制成铸件，有些材料（如铸铁、青铜）只能用铸造方法来制造零件。 （3）铸造所用的原材料来源广泛，价格低廉。 （4）铸件的形状与零件尺寸较接近，可节省金属的消耗，减少切削加工费用。

4.1.1 铸造工艺基础 缺点：铸造生产过程复杂，工序较多，常因铸型材料、模具、铸造合金、合金的熔炼与浇注等工艺过程难以综合控制，而出现缩孔、缩松、砂眼、冷隔、裂纹等铸造缺陷。因此铸件质量不够稳定，铸件的力学性能不及同类材料的锻件。 2、铸造的分类 铸造一般按造型方法来分类，习惯上分为砂型铸造和特种铸造。 砂型铸造包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型三类。 特种铸造按造型材料的不同，又可分为两大类：一类以天然矿产砂石作为主要造型材料，如熔模铸造、壳型铸造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等；一类以金属作为主要铸型材料，如金属型铸造、离心铸造、连续铸造、压力铸造、低压铸造等。

4.1.2 砂型铸造 1、砂型铸造的工艺过程 砂型铸造的工艺过程如下图所示。

4.1.2 砂型铸造 砂型铸造生产套筒铸件的工艺流程示意图

4.1.2 砂型铸造 模样是用来形成铸型型腔的工艺装备,按组合形式，可分为整体模和分开模。 2、模样和芯盒 4.1.2 砂型铸造 2、模样和芯盒 模样是用来形成铸型型腔的工艺装备,按组合形式，可分为整体模和分开模。 芯盒是制造砂芯或其他种类耐火材料芯所用的装备。 模样和芯盒由木材、金属或其他材料制成。

4.1.2 砂型铸造 制造铸型或型芯用的材料，称为造型材料。一般指砂型铸造用的材料 ，包括砂、有机或无机粘结剂、水和其他附加物。 4.1.2 砂型铸造 3、造型材料 制造铸型或型芯用的材料，称为造型材料。一般指砂型铸造用的材料 ，包括砂、有机或无机粘结剂、水和其他附加物。

4.1.2 砂型铸造 造型是指用型砂、模样、砂箱等工艺装备制造砂型的过程。制芯是将芯砂制成符合芯盒形状的砂芯的过程。 4、造型和制芯 4.1.2 砂型铸造 4、造型和制芯 造型是指用型砂、模样、砂箱等工艺装备制造砂型的过程。制芯是将芯砂制成符合芯盒形状的砂芯的过程。 1）造型 （1）手工造型 手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。 （1）整体模制型 （2）分块模造型

4.1.2 砂型铸造 （3）挖砂造型 （4）假箱造型 （5）活块造型 （6）刮板造型

4.1.2 砂型铸造 （7）两箱造型 （8）三箱造型 （9）脱箱造型 （10）地坑造型

4.1.2 砂型铸造 （2）机器造型

4.1.2 砂型铸造 2）制芯 芯的主要作用是形成铸件的内腔或局部外形。 单件、小批生产时采用手工制芯，大批生产时采用机器制芯。 4.1.2 砂型铸造 2）制芯 芯的主要作用是形成铸件的内腔或局部外形。 单件、小批生产时采用手工制芯，大批生产时采用机器制芯。 手工制芯常采用芯盒制芯。 3）浇注系统 浇注系统是为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。 通常有浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道和冒口组成，如右图所示。

4.1.2 砂型铸造 4）冒口和铸型结构 尺寸较大的铸件或体收缩率较大的金属还要加设冒口起补缩作用，为便于补缩，冒口一般设在铸件的厚部或上部。冒口还可起排气和集渣作用。

4.1.2 砂型铸造 铸件的结构工艺性是指所设计的铸件结构不仅应满足使用的要求，还应符合铸造工艺的要求和经济性。 5、铸件的结构工艺性 4.1.2 砂型铸造 5、铸件的结构工艺性 铸件的结构工艺性是指所设计的铸件结构不仅应满足使用的要求，还应符合铸造工艺的要求和经济性。 1）铸件的外形 （1）外形力求简单平直。（2）避免或减少活块。

4.1.2 砂型铸造 （3）尽量减少分型面的数量

4.1.2 砂型铸造 （4）应设计结构斜度

4.1.2 砂型铸造 （5）避免收缩受阻 （6）避免过大水平面

4.1.2 砂型铸造 2）铸件的孔和内腔 （1）尽量少用或不用芯。 （2）有利于芯的固定、排气和清理，防止产生偏芯、气孔等缺陷。 4.1.2 砂型铸造 2）铸件的孔和内腔 （1）尽量少用或不用芯。 （2）有利于芯的固定、排气和清理，防止产生偏芯、气孔等缺陷。 3）铸件的壁厚及壁间连接 （1）铸件的壁厚应合理 常用砂型铸造铸件的最小壁厚：

4.1.2 砂型铸造 （2）铸件的壁厚应均匀 （3）铸件的壁间连接应合理。 1）转角处应有结构圆角。 2）避免交叉和锐角连接。 4.1.2 砂型铸造 （2）铸件的壁厚应均匀 （3）铸件的壁间连接应合理。 1）转角处应有结构圆角。 2）避免交叉和锐角连接。 3）应避免壁厚突变。

4.1.3 特种铸造 特种铸造是指与砂型铸造不同的其他铸造方法。特种铸造有近二十种，常用的有熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造等。 1、金属型铸造 金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。 根据分型面位置不同，金属型分为整体式、垂直分型式、水平分型式和复合分型式。 垂直分型式便于开设内浇道和取出铸件，易于实现机械化，应用较多。

4.1.3 特种铸造 垂直分型式金属型：

4.1.3 特种铸造 金属型铸造与砂型铸造比较：在技术上与经济上有许多优点。 4.1.3 特种铸造 金属型铸造与砂型铸造比较：在技术上与经济上有许多优点。 （1）金属型导热快，铸件冷却迅速，晶粒细小，其力学性能比砂型铸件高。 （2）铸件的精度和表面质量比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定。 （3）铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约15～30％。 （4）不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80～100％。

4.1.3 特种铸造 金属型铸造虽有很多优点，但也有不足之处。如： （1）金属型制造成本高、生产周期长。 4.1.3 特种铸造 金属型铸造虽有很多优点，但也有不足之处。如： （1）金属型制造成本高、生产周期长。 （2）金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不到、开裂或铸铁件产生白口等缺陷。 （3）金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。

4.1.3 特种铸造 2、压力铸造 压力铸造是指熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。 4.1.3 特种铸造 2、压力铸造 压力铸造是指熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。 压铸工艺过程是：向型腔喷射涂料、闭合压型、压射金属、打开压型顶出铸件。 压铸型是压铸工艺过程的关键装备，是由定型、动型及金属芯组成的压铸用金属型其性能、精度、表面质量要求很高，必须用热作模具钢制造，并进行严格的热处理。 压铸机是压铸生产专用机器，主要有开合型、压射、抽芯、顶出铸件等机构组成。分为热压室式和冷压室式两类。

4.1.3 特种铸造 压力铸造具有如下特点： （1）压铸的生产率比其他铸造方法都高，并易于实现半自动化、自动化。 4.1.3 特种铸造 压力铸造具有如下特点： （1）压铸的生产率比其他铸造方法都高，并易于实现半自动化、自动化。 （2）压铸件尺寸精度高，表面质量好。 （3）可铸出结构复杂、轮廓清晰的薄壁、深腔、精密铸件。 （4）压铸件组织细密，强度、硬度比砂型铸件提高25%～40%。 （5）设备和压铸型费用高，压铸型制造周期长，所以只适应大批量生产。 （6）压铸件不能进行热处理，因加热时气体膨胀会造成表面鼓泡或变形。

4.1.3 特种铸造 3、熔模铸造

4.1.3 特种铸造 熔模铸造特点和应用范围 （1）可生产形状复杂、轮廓清晰、薄壁（0.2mm～0.7mm），且无分型面的铸件。 4.1.3 特种铸造 熔模铸造特点和应用范围 （1）可生产形状复杂、轮廓清晰、薄壁（0.2mm～0.7mm），且无分型面的铸件。 （2）熔模铸造的尺寸精度高（IT10～IT14），表面粗糙度值低（Ra12.5～1.6μm），可实现少（无）切削加工。 （3）能铸造各种合金铸件，尤其适于铸造高熔点、难切削加工和利用其他加工方法难以成形的合金，如耐热合金、磁钢和不锈钢等。 （4）生产批量不受限制，可实现机械化流水线生产。 （5）工艺过程复杂、生产周期较长（4～15天），生产成本较高。 （6）因蜡模易变形，型壳强度不高等原因，铸件质量一般不超过25kg。 熔模铸造主要生产小型零件。

4.1.3 特种铸造 4、离心铸造

4.1.4 铸件质量与成本分析 1、铸件质量分析

4.1.4 铸件质量与成本分析 2、铸件成本分析 1）铸造方法对成本的影响 4.1.4 铸件质量与成本分析 2、铸件成本分析 1）铸造方法对成本的影响 铸件的成本除与原材料成本、设计成本有关外，还应考虑其工艺成本，如模样或铸型的制造成本、铸件的后续机加工成本、设备费用、原材料的利用率等因素。 铸造方法很多，应根据铸件的结构特点、形状、尺寸大小、合金种类、技术要求及设备等具体条件进行全面分析比较，合理选择，才能达到优质、高产、低成本的目的。

4.1.4 铸件质量与成本分析 2）生产批量对铸件成本的影响 4.1.4 铸件质量与成本分析 2）生产批量对铸件成本的影响 中小型零件生产批量的大致划分：单件：＜10件/年；小批：10～200件/年；中批：200～500件/年；大批：500～5000件/年；大量：＞5000件/年。单件和小批生产的铸件，应尽量减少工装、模样、铸型、设备的费用，但可允许有较大的加工余量；而对成批、大量生产的铸件，则主要应考虑其生产率高，原材料利用率高，机加工余量小，但可适当增加工装、模样、铸型等的开支。

4.1.5 铸造新工艺和新技术简介 1、实型铸造 中实型铸造又称为气化模铸造和消失模铸造，其原理是用泡沫塑料（包括浇冒口系统）代替木模或金属模样进行制造，造型后模样不取出，铸型呈实体，浇入液态金属后，模样燃烧、气化、消失，金属液充填模样位置，冷却凝固后得到铸件。强度是指金属材料抵抗塑性变形（永久变形）和断裂的能力。抵抗塑性变形和断裂的能力越大，则强度越高 实型铸造应用范围较广，可适用于各类合金，几乎不受铸件结构、尺寸、重量和生产批量的限制，特别适用于生产形状复杂的铸件，如模具、汽缸头、管件、曲轴、叶轮、壳体、床身、机座等。

4.1.5 铸造新工艺和新技术简介 2、磁型铸造 磁型铸造是将装有气化模和铁丸的砂箱置于磁场中，铁丸在磁场作用下相互结合在气化模外形成铸型，当金属液浇入磁型时，高温金属将气化模逐渐烧失，而占据型腔，待冷却凝固后撤出磁场，则磁型自然散落，从而获得铸件的方法 磁型铸造已在机车车辆、拖拉机、兵器、采掘、动力、轻工、化工等制造业得到应用，适用于各种批量、各种合金的中、小型铸件。

4.1.5 铸造新工艺和新技术简介 3、低压铸造 低压铸造是使液体金属在较低的压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法，他是介于重力铸造和压力铸造之间的一种铸造方法，具有液体金属充型比较平稳；铸件成形性好，铸件轮廓清晰、表面质量好，有利于大型薄壁铸件的成形；铸件组织致密，力学性能好；劳动条件好，设备简单，易实现机械化和自动化。

4.1.5 铸造新工艺和新技术简介 4、半固态铸造 半固态铸造是指将既非全呈液态又非全呈固态的固态－液态金属混合浆料，经压铸机压铸，形成铸件的铸造方法。这种铸造方法能大大减少对压铸机的热冲击，提高压铸机的使用寿命，可明显提高铸件的质量，降低能量消耗，便于进行自动化生产。

4.1.5 铸造新工艺和新技术简介 5、悬浮铸造 悬浮铸造时指在浇注金属液时，将一定量的金属粉末加到金属液流中，使其与金属液掺和在一起而流入铸型的一种铸造方法。所添加的粉末材料称为悬浮剂，常用的有铁粉、铸铁丸、铁合金粉、钢丸等。 悬浮铸造可明显地提高铸钢、铸铁的力学性能，减少缩孔和缩松，提高铸件的抗热裂性能，减少铸锭和厚壁铸件中化学成分不均匀性，提高铸件和铸锭的凝固速度。缺点是对悬浮剂和浇注温度的控制要求较高。