铸造工艺学整理
一． 型砂紧实后的结构
1-原砂砂粒
2-粘结剂
3-附加物
4 微孔
二 。 原砂作用
1、为砂型提供了必要的耐高温性能和热物理性能，有助高温金属顺利充型，以及使金属液在铸型中冷却、凝固并得到所要求形状和性能的铸件。
2、原砂砂粒为砂型提供众多孔隙，保证型、芯具有一定透气性，有利于浇注时气体的逸出。
V三 、孔隙率的表征 nn100%V0
Vn砂型（芯）的微孔容积
V0－砂型（芯）的总体积
测量方法?
①排煤油、酒精等润湿性液体法，能测出
真实微孔容积。0°≦θ﹤90 °
②排水银等非润湿性液体则不准确。
90°≦θ≦180 °。
四、粘接剂流变性
粘接剂流变性 指在力的作用下粘接剂流动和变形的性质。度量物质流变性常用物理量为粘度。
对型砂的影响
混砂所消耗的功率和时间，主要取决于粘结剂的流变性，具体关系有待进一步研究总结。
五、铸型接触区
概念 铸型与金属液直接相接触及受到其影响的部分，可称为接触区，其余铸型部分称为未接触区或一般区。
b蓄热系数，bc a热扩散率，a 型c 材R热阻铸件接触区
概念 铸型影响下，在铸件表面形成凝固组织的一层金属。
铸型（热）接触区深度δ件=k’β k’为常数 β为冷却能力系数
六、影响传热的因素
1、热的不平衡程度：温度梯度铸件和铸型热物理性能：a,b及辐射系数。
2、几何因数：铸件、铸型厚度。
3、不同的砂型具有不同的传热影响因数，也就形成了不同的砂型温度场。
七、干、湿砂型浇注时温度分布曲线
1、铸型中某一点的温度随时间延长温度先升高；在浇注后的某一瞬间，离界面距离越远，温度越低。 2、 浇注后铸型表面层的温度迅速地接近液体金属的温度，而铸型其它部分仍处于相当低的温度。铸型表层的热作用
比较剧烈，必须予以足够重视。
八、湿砂型中不同水分的四个区（如图1-2-4）
D区—干砂区 M区—水分饱和凝聚区 U区—水分不饱和凝聚区 G区—未受影响区
九、膨胀缺陷概念 由于硅砂膨胀形成的热应力而引起的铸造缺陷称为膨胀缺陷。
夹砂结疤、鼠尾、沟槽主要发生在湿型情况下，毛刺主要发生在有机粘结剂砂型中
膨胀夹砂 铸件表面有局部凸出的长条疤痕，其边缘与铸件本体分离，它下面夹有一薄层砂或涂料层。常出现在上型ba＝R
表面及下型的凸台面。
冲蚀夹砂（结疤） 由于金属液在铸型表面冲出了一块砂的地方或在沸腾的地方出现了一块凸出的疤。
十 夹砂结疤防止(1) 造型材料方面：正确选用和配制型砂是防止夹砂的主要措施。 (2) 铸造工艺方面：避免大平面在水平位置浇注。(3) 铸件结构方面：尽量避免大平面，铸造圆角要合适。不同形状的型腔，其抗夹砂能力是不同的。 十一 铸型中的气体 气体来源 ① 型腔和型砂孔隙中的空气（N2，O2) ② 铸型尤其是湿型中水分，热作用下形成水蒸气； ③ 有机、无机粘接剂型砂、附加物分解燃烧产生的气体。
十二 侵入性气孔
概念 侵入性气孔也叫外因气孔，是由于砂型（芯）中的气体侵入金属中造成的。 常出现在铸件上部靠近型（芯）壁或浇注位置处，是湿型铸件中最常见的一种缺陷。 它的体积较大，形状不圆整，有时近似梨形。
防止侵入性气孔的措施：① 减小砂型（芯）在浇注时的发气量。 ② 使浇注时产生的气体容易从砂型（芯） 中排 出，提高透气性。 ③ 提高气体进入金属液的阻力。 ④ 使形成的气泡容易从金属液中浮出。
十三 粘砂
概念 粘砂是铸钢、铸铁件生产中常见的铸造缺陷之一。铸件部分或整个表面粘着一层型砂与金属氧化物形成的化合物称为粘砂。粘砂大多发生在铸件的厚壁部分、浇冒口附近等部位，通常铸钢比铸铁件粘砂严重，湿型铸造比干型严重。
机械粘砂 ——金属渗入到砂粒间空隙，将砂粒固定在铸件表面； 化学粘砂 ——金属或金属氧化物和造型材料形成化合物，将砂层粘结在铸件表面。
防止化学粘砂措施：
① 防止形成化学粘砂层：这可由防止金属氧化，避免金属氧化物与型砂起化学作用来达到。措施有：将金属液脱氧和适当降低浇注温度，在型砂中加入能很快形成还原性气氛的加入物如煤粉、重油、沥青、有机粘结剂等；采用涂料；生产耐热钢、不锈钢等高合金铸件和大型铸件时，采用锆砂、镁砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特殊耐火材料作型砂或涂料。 ② 降低化学粘砂层与铸件表面的结合力：在型砂中加入适量(3～5％)氧化铁粉；注意选用合适的原砂。
防止机械粘砂措施(1) 采用细砂、提高铸型紧实度、铸型表面刷涂料，有利于防止粘砂
(2) 铸铁件型砂中采用煤粉砂。煤粉在400℃以上发生裂解，析出光亮碳层。光亮碳包覆在砂粒表面，由于光亮碳不被金属及金属氧化物湿润，对防粘砂有突出作用。
(3) 降低浇注温度。
1、 铸造概念及特点
①铸造是机器零件或毛坯采用液态金属直接成型的一种制造方法。所铸出的金属制品称为铸件。
②具体过程：将金属熔炼成具有一定化学成分、一定温度的液态金属，在重力场或外力场（压力或离心力等）作用下，浇注到具有一定几何形状、尺寸大小的铸型型腔中，待液态金属结晶、凝固并冷却到一定温度后，从铸型型腔中取出，经过清理、切除浇冒口而获得铸件（亦就是机器零件或毛坯）。
2、 型砂的基本结构
型砂紧实后的结构 毛细管多孔体系或称为微孔－多孔体系。
型砂紧实后的结构组成 包括原砂砂粒、粘接剂、附加物和微孔等。
型砂结构组成的主要作用
3、湿砂型表层的水分迁移
①水分迁移对湿砂型中的温度、湿度的影响
②水分迁移对型砂强度的影响
③湿型中水分迁移的传热传质特征
4、膨胀缺陷
①膨胀缺陷概念、种类及产生原因
由于硅砂膨胀形成的热应力而引起的铸造缺陷。
夹砂结疤、鼠尾、沟槽主要发生在湿型情况下，毛刺主要发生在有机粘结剂砂型中。
②夹砂结疤缺陷的防止措施
5、型壁移动
①型壁移动的概念、原因及对铸件质量的影响 金属液浇入铸型后砂型壁发生位移地现象，称为型壁移动。 它对铸件尺寸精度、缩孔、缩松等缺陷的形成有很大的影响。 ②型壁移动的防止措施
6、侵入性气孔 ①侵入性气孔概念及形成条件
侵入性气孔也叫外因气孔，是由于砂型（芯）中的气体侵入金属中造成的。
形成条件：P气>P静+P阻+P腔
②防止侵入性气孔的措施
7、反应气孔
①反应气孔概念及界面产生气体的化学反应
金属与铸型（包括型砂、芯砂、涂料、冷铁），金属与熔渣或金属液内部某些元素、化合物之间发生反应形成的气孔，称为反应气孔。又称为针孔或皮下孔。
②了解反应气孔成因及防止措施
8、粘砂
① 机械粘砂概念、产生条件及防止措施
它是指铸件表面粘附着砂粒和金属的机械混合物，它是由金属渗入铸型表面的微孔中形成的，渗入深度大于砂粒半径时，就形成粘砂。
产生条件： 2COSP金PP腔毛P 临＝P气P腔＝P气r ② 化学粘砂概念及防止措施
第二篇 重点掌握内容
1、造型（芯）方法分类
机械粘结、化学粘结、物理固结，具体包括哪些造型（芯）方法。
2、 湿型铸造特点 基本特点，优点和缺点；粘土砂型类别。
3、湿型砂性能要求
水分、最适宜干湿程度和紧实度，透气性，湿态强度，起模性、破碎指数，抗夹砂结疤类缺陷的能力，发气量和有效煤粉含量。 了解湿型砂性能检测原理和检测方法
4、石英质原砂
①矿物组成和化学成分
②原砂的颗粒组成
符号表示法，平均细度（AFS）表示法
③原砂的颗粒形状
角形系数定义：单位质量原砂的实测比表面积与单位质量同样粗细等直径假想圆球的表面积（即理论比表面积）的比值。 了解非石英质原砂种类和应用范围。
5、粘土
①粘土的种类、矿物成分、晶体结构及性质 ②粘土交换性阳离子及活化处理 ③粘土属型鉴别方法 ④膨润土的质量和检验
6、附加物
① 附加物种类及应用范围
②煤粉的作用 高温下形成的光泽碳，减轻机械粘砂缺陷；制造的还原性气氛，减轻了化学粘砂；形成的焦渣堵塞孔隙，使金属液不能渗入，减轻机械粘砂；可能因发气量过大，造成铸件气孔或浇不足缺陷，恶化车间环境。
7、湿型砂的性能要求和配方
①铸铁件湿型砂性能要求和配方
②铸钢件湿型砂性能要求和配方
③高密度造型分类、型砂内部强度分布特点
④旧砂特性、热砂
⑤湿型砂性能检验
了解湿型的混制工艺。
8、无机化学粘结剂砂芯（型） ①无机化学粘结剂种类及硬化方法 ②钠水玻璃及吹CO2硬化 钠水玻璃化学式、模数；插管法，盖罩法，真空CO2硬化法；吹CO2工艺。 ③钠水玻璃砂存在问题及解决途径
了解自硬钠水玻璃砂
9、有机化学粘结剂砂芯（型）
①砂芯的分级、砂芯粘结剂的分类和选用 ②壳芯（型） 壳法用粘结剂，翻斗法、吹砂法，特点。
③热芯盒法砂芯 粘结剂、催化剂，特点 ④自硬冷芯盒造芯（酸催化树脂自硬砂） 粘结剂、催化剂、偶联剂，特点 ⑤气硬冷芯盒法造芯（三乙胺法、 SO2法）
了解油砂和合脂砂。 式中，
10、铸造用涂料 ①涂料的作用 ②涂料的流变特性 ③涂料的组成 ④涂料的涂覆方法
第三篇 重点掌握内容
1、铸造工艺设计概念、设计依据、内容及程序
2、铸件结构设计 设计原则及应用实例
3、铸造工艺方案确定 ①造型方法及选择 ②浇注位置选择原则及应用实例 ③分型面的选择原则及应用实例
4、砂芯设计
①砂芯形状、个数确定原则 ②芯头结构 芯头种类，芯头长度、斜度、间隙和附加机构（压紧环、防压环和积砂槽）。 ③芯头承压面积的核算
5、铸造工艺设计参数
①常规条件下的工艺参数概念及选取 铸造收缩率、机械加工余量、起模斜度。
②特定条件下的工艺参数概念及选取 最小铸出孔的尺寸，工艺补正量、分型负数、反变形量，砂芯负数、分芯负数等。
6、浇注系统概念 、组成和基本要求
7、液态金属在砂型中流动的水力学特性
8、液态金属在浇注系统中的流动情况
①液态金属在浇口杯中的流动情况 浇口杯作用，产生水平漩涡的不良影响及防止措施
②液态金属在直浇道中的流动情况 直浇道功用，直浇道中的流动状态
③直浇道窝
④横浇道中金属的流动 横浇道作用，横浇道阻渣原理及发降阻渣作用的条件
⑤内浇道中的流动 内浇道作用及流量分配的不均匀性，内浇道的设计原则
9、浇注系统的基本类型及选择
①浇注系统的充满条件
②封闭、开放式浇注系统
③按内浇道在铸件上的位置分类浇注系统 定义、特点和具体形式
10、计算阻流截面的水力学公式
①奥赞公式 ②浇注时间的选择 ③金属液在型内的上升速度的核算 ④流量系数μ的确定
11、铸铁件浇注系统的设计步骤
了解铸钢件浇注系统的计算方法。
11、冒口的定义、种类和形状
12、通用冒口的补缩原理 基本条件，冒口位置的选择原则，冒口有效补缩距离及影响因数。
13、通用冒口尺寸的确定 比例法和模数法等。
14、提高通用冒口补缩效率的方法 大气压力冒口，保温及发热冒口
15、铸铁件实用冒口的设计 实用冒口概念、种类和应用范围
16、冷铁概念、分类、作用和安放位置
了解实用冒口和冷铁的尺寸计算
铸造的概念：铸造生产是用液态合金形成产品的方法，将液态合金注入铸件中使之冷却、凝固，这种制造金属制品的过程称为金属生产，简称铸造，所铸出的金属制品称为铸件。
铸造生产的特点: 适用范围广、可制造各种金属、铸件的尺寸精度高、成本低廉。
三个质量等级：
合格品：铸造生产过程中质量稳定，用户评价铸件质量能满足使用要求
一等品：达到工业发达国家70年代末，80年代初的水平，用户评价铸件质量达到国内先进水平优等品：达到国际同类铸件的当代先进水平，生产过程稳定，用户评价铸件能达到国际水平，并在国际市场有竞争能力
型砂的基本结构：它是由原砂和粘结剂组成的一种具有一定强度的微孔—多孔隙体系或叫毛细孔多孔隙体系。
与湿型温度场I、II、III区对应D、M、U三区分别为干砂区D、蒸汽/水分迁移区M（水分饱和区和凝聚区）、水分未饱和区和凝聚区U 膨胀缺陷：由于硅砂膨胀形成热应力而引起的铸造缺陷通常叫做膨胀缺陷，其中包括夹砂结疤、鼠尾、沟槽、毛刺。
防止夹砂结疤措施：一方面，设法减少型砂受热后的膨胀量以减少膨胀应力和提高砂型强度，以免砂型表面层脱离本体而拱起；工艺方面措施：①浇注时间应可能短 ②内浇口的布置适当分散 ③平板铸件可采用以倾斜浇注 ④铸型上扎气眼 ⑤修型时避免用压勺来回压大平面，防止分层 ⑥在容易产生夹砂的地方划出小沟槽或插钉子
防止砂眼的原则措施：①提高砂型的表面强度 ②正确地设置浇冒口系统 ③仔细地进行造型、和箱，、浇注等操作。
型壁移动：金属浇入铸型后砂型壁发生位移的现象称之。
造成型壁移动的原因：在金属液的热作用下型壁移动发生膨胀；砂型紧实度低，在金属压力作用下，砂型进一步被紧实。由于金属盒造型材料的种类有很多，因此影响因素也很多。
侵入性气孔的形成条件：p气（p静p阻p腔）
p气为金属—铸型界面上气泡所在处的过剩压力
p静gh h是气泡所在位置至浇口杯内液面的高度，p为金属液密度，g为重力加速度
p阻 气体进入金属内所需克服的阻力
p腔 作用在金属液面上型腔内气体的压力
防止侵入性气孔的措施：防止侵入性气孔主要从较少p气，增加气体进入金属液的阻力和使气泡容易从金属液中浮出等方面入手。 ⑴减少砂型在浇注时的发气量⑵使浇注时产生的气体容易从砂型中排出⑶提高气体进入金属液的阻力。
反应性气孔：金属与铸型、金属与熔渣或金属液内部某些元素、化合物之间发生反应形成的气孔称之。
金属及铸型界面产生的气体引起铸件表层组织异常或某些组分超标：:1：球墨铸铁件表层出现片状石墨 2：铸钢件表面增碳、增硫、增磷
机械粘砂：指铸件的部分或整个表面桑粘附着一层砂粒和金属的机械混合物，它是由金属渗入铸型表面的微孔中形成的。
防止机械粘砂的措施（从铸型方面考虑）：⑴减小铸型表面的微孔尺寸。⑵型砂中加入能适当提高铸型背压或能产生隔离层的附加物。⑶改用非硅质特种原砂。 此外，降低金属的浇注温度和减少金属液压力等措施也有一定防止机械粘砂的作用，但常受其他工艺条件的制约。
化学粘砂（烧结粘砂）：化学粘砂是铸件的部分或整个表面上粘附一层由金属氧化物和造型材料相互作用而生成的低熔点化合物。
防止化学粘砂的措施：1.尽量避免在铸件和铸型界面产生形成低熔点化合物的化学反应 2.促使影城易剥离性粘砂层或者易剥离的烧结层 铸渗现象：铸渗现象又称为铸件表面合金化，它是利用金属—铸型键的相互作用使铸型表面涂料层中的合金元素渗入到铸件表面形成一层合金层。
粘土砂型类型：粘土砂型根据在合箱和浇注时状态不同分为 湿型，干砂型和表面烘干砂型。 湿砂型用湿型砂按造型时情况可分为面砂、背砂和单一砂。
判断型砂干湿程度有以下几种方法：⑴水分也叫含水量或湿度 ⑵手捏感觉 ⑶紧实率
流动性：型砂在外力或自重作用下，沿模样和砂粒之间相对移动的能力称之。
起模性：型砂的起模性是表示起模时模样或模板与砂型分离是否容易损坏，是否产生砂型开裂或掉落的性能。起模性好坏与型砂湿态抗压强度是两种截然不同的特性
含泥量对湿型砂性能的影响：⑴原砂中泥分增多，则型砂的孔隙直径减小，透气性下降。 ⑵当其他条件相同时，原砂含泥量增多，则砂型的湿态抗压强度提高，达到最适宜干湿状态的型砂含水量也提高。 ⑶如果原砂的泥分中不含粘土矿物，则原砂中的含泥量增多会使型砂变脆，起模性能变坏。
原砂的烧结点：烧结点指的是原砂颗粒表面或砂粒间的混杂物开始融化的温度。它是原砂各种组合成分耐火性能的综合反应。
铸造工作者通常根据所含粘土矿物种类不同所采用的粘土分为铸造用粘土和铸造用膨润土两类
在湿型砂中煤粉所起的作用：⑴在铁液的高温作用下，煤粉产生大量还原性气体，防止金属液被氧化，并使铁液表面的氧化铁还原，减少了金属氧化物和造型材料进行化学反应的可能性。⑵煤粉受热形成的半焦充填堵塞砂型表面颗粒间的孔隙，使金属液不能渗入。⑶煤粉受热后变为胶质体，具有可塑性。⑷煤粉在受热时产生的光亮碳阻止了型砂与铁液的界面反应，而且使型砂不易被金属液所润湿，对防止机械粘砂有更加显著的作用。
铸造工艺设计：根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量和声场条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。
铸造工艺设计的内容：一般包括铸造工艺图，铸件（毛坯）图、铸型装配图（合箱图）、工艺卡及操作工艺规程。
铸造工艺性：零件结构的铸造工艺性指的是零件的结构应符合铸造生产的要求，易于保证铸件品质，简化铸造工艺过程和降低成本。 砂型铸造工艺方案通常包括：造型、造芯方法和铸型种类的选择，浇注位置及分型面的确定等。
从避免缺陷方面审查铸件结构：⑴铸件应有合适的壁厚 ⑵铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意壁厚过度和圆角 ⑶铸件内壁应薄于外壁 ⑷壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节 ⑸利于补缩和实现顺序凝固 ⑹防止铸件翘曲变形 ⑺避免教主位置上有水平的大平面结构
从简化铸造工艺方面改进零件结构：⑴改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋板的结构 ⑵取消铸件外表侧凹 ⑶改进铸件内腔结构以减少砂芯⑷减少和简化分型面 ⑸有利于砂芯的固定和排气⑹减少清理铸件的工作量 ⑺简化模具的制造⑻大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造
为什么要选择分型面？分型面的优劣，在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率，应仔细地分析、对比，慎重选择。
分型面的选择原则：1.应使铸件全部或大部置于同一半型内 2.应尽量减少分型面的数目 3.分型面应尽量选用平面 4.便于下芯、合箱和检查型腔尺寸 5.不使砂箱过高 6.受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度 7.注意减轻铸件清理和机械加工量
砂芯的作用：是形成铸件内腔、孔和铸件外形不能出砂部位。砂型局部要求特殊性能的部分，有时也用砂芯。
砂芯应满足以下要求：砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件要求，具有足够的轻度和刚度，在铸件形成过程中善心所产生的气体能及时排出型外，铸件收缩时阻力小和容易清砂。
确定砂芯形状及分盒面选择的基本原则：1.保证铸件内腔尺寸精度 2.保证操作方便 3.保证铸件壁厚均匀 4应尽量减少砂型数目 5填砂面应宽敞，烘干支撑面是平面 6.砂芯形状适应砂型、制芯方法 除以上原则外，还应使每块砂芯有足够的断面，保证有一定的强度和刚度，并能顺利排出砂芯中的气体；使芯盒结构简单，便于制造和使用等。
机械加工余量：铸件为保证其加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工时又被窃取的金属层厚度，称为机械加工余量，简称加工余量。
铸造收缩率：铸造收缩率K的定义是KLMLJ100% LJ
LM—模样（或芯盒）工作面尺寸； LJ—铸件尺寸
起模斜度：为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。这个斜度，称为起模斜度。
分型负数：为了保证铸件尺寸精确，在拟定工艺时，为抵消铸件在分型面部位的增厚（垂直分型面方向），在模样上相应减去的尺寸，称为分型负数。
浇注系统：由浇口杯（外浇口）、直浇道、直浇道窝、横浇道和内浇道等部分组成。
横浇道发挥阻渣作用应具备的条件：1.横浇道应呈满流态，既满足充满条件 2.流速应尽可能低 3.内浇道的位置关系要正确 ①内浇道距直浇道应足够远，使渣团有条件浮起到超过内浇道的吸动区。 ②有正确的横浇道末端延长段。 ③封闭式浇注系统的内浇道应位于横浇道的下部，且和横浇道具有同一底面。④封闭式浇注系统的横浇道应高而窄，一般高比宽2倍，内浇道宜扁而窄 ⑤内浇道应远离横浇道的弯道；应尽量使用直的横浇道；内浇道同横浇的连接，呈锐角时初期进渣较多；呈锐角时增加紊流程度。
封闭式浇注系统的优缺点：封闭式浇注系统由较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气体，消耗金属少，清理方便。
主要缺点是 进入型腔的金属液流速度高，易产生喷溅和冲砂，使金属氧化，使型内金属液发生扰动、涡流和不平静。
开放式浇注系统：主要优点 进入型腔时金属液流速度小，充型平稳，冲刷力小，金属氧化轻。适用于轻合金铸件、球铁件等。漏包浇注的铸钢件也宜采用开放式浇注系统，但直浇道不能充呈满态，以防钢水外溢，造成事故。 主要缺点 阻渣效果稍差，内浇道较大，金属消耗略多。
选择冒口位置的原则：1.冒口应就近设在铸件热节的上方或侧旁2.冒口应尽量设在铸件最高、最后部位。对低处的热节增设补贴或使用冷铁，造成补缩的有利条件3.冒口不应设在铸件重要的、受力大的部位，以防组织粗大降低强度4.冒口位置不要选在铸造应力集中处，应注意减轻对铸件的收缩障碍，以免引起裂纹。5.尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件6.冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时，零件外观好7，不同高度上的冒口，应用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开。
冷铁：为增加铸件局部冷却速度，在型腔内部及工作界面安放在的金属块称为冷铁。
冷铁的分类：分为内冷铁和外冷铁两大类。 放置在型腔内能与铸件融合为一体的金属激冷块叫内冷铁。 造型时放在模样表面上的金属激冷块叫外冷铁。