单元1 铸造（课件）《机械基础》上好课（苏教版·凤凰职教）

《机械基础》（苏教版·凤凰职教） 上好课—中职专业课 模块八 热加工方法 单元1 铸造 教学目标 知识目标 1. 熟记铸造的定义、优缺点及砂型铸造、特种铸造两大分类。 2.掌握五种特种铸造的原理、特点及适用生产场景。 能力 目标 1. 能够精准辨析各类铸造缺陷，针对简单缺陷提出初步改进方案。 2. 能够根据零件结构、生产批量、精度要求，合理选择铸造工艺。 情感 目标 1. 认识铸造工艺的工业应用价值，树立严谨、精益求精的工匠精神和工业生产思维。 2. 培养主动探究工艺问题、分析生产故障的能力，提升专业认同感与学习主动性。 教学引入 这通红的铁水，浇出了什么？ 观察与思考 画面中，上千度的熔融金属从包中倾倒而下，火花四溅。 这些炽热的金属液浇入模具后，经过冷却凝固，就变成了我们看到的各种金属零件毛坯。 想一想：机床床身、发动机缸体、水龙头——这些形状复杂的零件，是怎么"浇"出来的？ 教学引入 生活中的铸造件：它们就在你身边 机床床身 大型复杂内腔，减震耐磨 机床箱体/主轴箱 多孔多腔结构，一次成型 精密铸件 管道接头、阀门壳体等 知识讲授：什么是铸造？ 铸造定义：将熔融金属浇入铸型，待其冷却凝固后， 获得一定形状和性能铸件的加工方法。 三大核心要素 ① 熔融金属 固体金属加热熔化，呈液态后才能浇注成型。 ② 铸型 容纳金属液的模具，决定铸件形状和尺寸。 ③ 冷却凝固 金属液在型腔内由液态变为固态，形成铸件。 应用定位：多用于机械设备的毛坯和零件生产，是机械制造工业的基础工艺之一。 知识讲授：铸造的优点 优点一：可制造形状复杂的毛坯 尤其适用于带复杂内腔的零件，如箱体、床身、机架等。 优点二：生产适应性广 工艺灵活，各种金属材料均可铸造；铸件重量从几克到几百吨，壁厚从0.5mm到1m均可生产。 优点三：成本低廉 原材料来源广、价格低，可回用报废机件，设备投资相对较少，生产成本低。 知识讲授：铸造的缺点 铸件内部缩孔缺陷（剖面） 缺点一：组织疏松，晶粒粗大 铸件内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷。 缺点二：力学性能较差 冲击韧度低，抗拉强度不如同材料的锻件。 缺点三：质量不稳定 工序多、影响因素复杂，铸件质量不易精确控制。 辩证看待：铸造虽有不足，但在复杂毛坯生产中仍不可替代。 知识讲授：铸造的分类 铸造方法分为两大类：砂型铸造 和 特种铸造 砂型铸造 在砂型中生产铸件 应用最广泛的铸造方法 造型材料价廉、铸型制造简便 适用于各种批量生产 + 特种铸造 金属型铸造 压力铸造 熔模铸造（失蜡铸造） 消失模铸造 离心铸造 知识讲授：砂型铸造 砂型铸造现场（砂箱与型砂） 定义：在砂型中生产铸件的铸造方法。 主要特点 造型材料价廉易得，成本低 铸型制造简便，周期短 对铸件批量适应性强 钢、铁、大多数有色合金均可采用 是目前应用最广泛的铸造方法 知识讲授：砂型铸造 知识讲授：砂型铸造工艺流程 从模样到合格铸件，砂型铸造要经过以下完整流程： ①制作 模样芯盒 ②制砂 ③造型造芯 ④合型 ⑤熔炼 ⑥浇注 ⑦落砂清理 ⑧检验 最后经外观检验、内部缺陷检测、理化性能检验， 合格铸件方可入库或转入机加工序。 记忆口诀：模样芯盒 → 制砂备料 → 造型造芯 → 合箱装配 → 熔炼金属 → 浇注成型 → 落砂清理 → 检验入库 橙色标注为核心关键工序（造型造芯、浇注），直接决定铸件质量 知识讲授：工序①：制作模样与芯盒 对开式木模芯盒 什么是模样和芯盒？ 模样：造型时占据铸件空间，决定铸件外形。 芯盒：用来制造型芯，决定铸件内腔形状。 常用材料 木材（最常用，价廉易加工） 金属（大批量生产，精度高） 特种铸造可用蜡模、泡沫塑料模（一次性） 知识讲授：工序②：制砂 原砂（型砂原料） 任务：制备造型砂和砂芯材料 四大原料组成 原砂：石英砂，耐火骨架 黏合剂：粘土/水玻璃/树脂，使砂粒粘结成型 附加物：改善透气性、退让性等性能 涂料：涂刷型腔表面，防止黏砂 环保要点：旧砂经处理后可与新砂混合复用， 既降低成本，又减少废弃物排放。 知识讲授：工序③：造型 砂箱造型现场 什么是造型？ 用型砂和模样制造铸型的过程，是砂型铸造最核心的工序。 手工造型 工人舂砂、起模 适用于单件、小批量生产 机器造型 机器紧实型砂 适用于大批量生产 关键：铸型的紧实度、型腔尺寸精度直接影响铸件质量。 知识讲授：主要造型方法 造型方法 特点 适用零件 整模造型 模样整体，分型面为平面 形状简单、最大截面在端部 两箱造型 上下两箱分开，最常用 各类中等复杂铸件 三箱造型 三个砂箱，两个分型面 两端大、中间小的铸件 刮板造型 用刮板刮出型腔，省模样 回转体、单件大铸件 其他方法 地坑、组芯、挖砂、假箱、活块造型 特殊结构铸件 知识讲授：工序③续：造芯 铸造木模与芯盒组件 什么是造芯？ 利用芯盒制造型芯（砂芯）的过程。型芯用于形成铸件的内腔或孔洞。 分类 手工造芯：单件、小批量生产 机器造芯：大批量生产，效率高 注意：砂芯必须开设通气孔道， 否则浇注时气体排不出去会形成气孔。 知识讲授：工序④：合型（合箱） 什么是合型？ 将铸型各单元（上下型、型芯等）组合装配成完整铸型的过程。 合型要点 合型前仔细检查砂型有无损坏 安放砂芯，定位准确、固定牢靠 合箱后再次检查型腔清洁度 放置压铁或夹紧，防止浇注时抬箱 砂箱合型示意 知识讲授：工序⑤：熔炼金属 熔炼中的熔融金属 任务 将固体金属加热熔化成液态，获得成分合格、温度适宜的金属液。 要点 常用设备：电炉（感应电炉） 控制金属液化学成分和温度 投料量不超过炉容量的6%~8% 安全提示：熔炼温度高达1500℃以上，必须严格遵守安全操作规程，防止烫伤和爆炸。 知识讲授：工序⑥：浇注 浇注现场：金属液注入铸型 什么是浇注？ 将熔融金属注入铸型的过程，是铸造最关键的环节。 浇注系统 引导金属液平稳流入型腔的通道，设计是否合理直接影响铸件质量。 操作要求： 浇注前检查设备与铸型 控制浇注温度和速度 浇注过程专人值守 知识讲授：工序⑦：落砂与清理 落砂 铸件冷却到一定温度后，破碎铸型，将铸件从型砂中分离出来。分手工落砂和机器落砂。 清理 去除浇冒口、表面黏砂和毛刺： 锤断、切割去除浇冒口 抛丸、喷砂清理表面 砂轮打磨毛刺飞边 清理后的铸件（机床床身） 知识讲授：工序⑧：检验 铸件检验分为三个层次，层层把关： 外观检验 表面粗糙度 表面缺陷（裂纹、砂眼） 尺寸误差检测 内部检验 超声波探伤 X射线检测 检查内部孔洞、裂纹 理化性能检验 化学成分分析 力学性能测试 金相组织检验 知识讲授：砂型铸造常见缺陷总览 缺陷名称 现象特征 主要原因 气孔 内部光滑孔洞，梨形或圆形，成群出现 型砂含水多、透气性差；砂芯烘干不良 缩孔 厚断面处不规则孔洞，孔壁粗糙带枝晶 壁厚差大；厚处凝固得不到金属液补充 砂眼 铸件内部或表面充塞砂粒的孔眼 型砂强度不足；合箱损坏铸型；冲砂 黏砂 铸件表面粘一层砂粒或低熔点化合物 型砂耐火性差；浇注温度过高 冷隔 未完全融合的缝隙，交接处呈光滑圆角 浇注温度低；浇注慢、中途中断 浇不足 铸件不完整，金属液未充满型腔 金属液量不足；铸件太薄；温度低 裂纹 铸件表面开裂，细小裂纹需仪器检测 壁厚差大；型砂退让性差；落砂过早 知识讲授：缺陷辨析 气孔 现象：孔壁光滑，呈梨形或圆形，成群出现 原因：型砂含水多、透气性差；砂芯烘干不良；浇注温度低、速度快 缩孔 现象：厚断面处形状不规则，孔壁粗糙带枝晶 原因：铸件壁厚差大；厚处最后凝固，得不到金属液补充 知识讲授：缺陷辨析 砂眼 现象：铸件内部或表面充塞着砂粒的孔眼。 原因： 型砂、芯砂强度不足 紧实度不够 合箱时损坏铸型 浇注系统不合理冲坏铸型 黏砂 现象：铸件表面粘一层砂粒或低熔点化合物。 原因： 型砂、芯砂耐火性差 浇注温度过高 未刷涂料或涂料太薄 对比记忆 砂眼是型砂被冲进铸件形成的孔洞——问题出在"型砂掉进去了"； 黏砂是铸件表面和型砂烧结在一起——问题出在"表面粘住了"。 知识讲授：缺陷辨析 冷隔 两股金属流未完全融合，交接处呈光滑圆角缝隙。 原因：浇注温度低、速度慢、中途中断。 浇不足 现象：铸件不完整，金属液没充满型腔。 原因： 金属液量不足 铸件壁太薄 浇注温度低 浇注速度慢 裂纹 现象：铸件表面开裂，细小裂纹需仪器检测。 原因： 壁厚相差大 砂型/砂芯退让性差 落砂过早 知识讲授：特种铸造概述 特种铸造是在砂型铸造基础上发展起来的精密、高效铸造方法， 主要包括以下五种： 金属型铸造 金属铸型 重复使用 压力铸造 高压高速 充型成型 熔模铸造 失蜡造型 精密复杂 消失模铸造 泡沫模样 浇注消失 离心铸造 旋转铸型 离心充型 共同特点：铸件精度高、表面质量好、力学性能优、 生产效率高，但设备投资大、成本较高，适用于特定零件的批量生产。 知识讲授：特种铸造类型 知识讲授：特种铸造①：金属型铸造 金属型铸造模具 原理：液态金属浇入金属铸型（铁模），在重力作用下充型成型。铸型可反复使用。 优点 铸型可反复使用 大批量效率高 无粉尘污染 铸件质量好、精度高 无砂眼黏砂缺陷 缺点 模具成本高、周期长 不适合单件小批量 冷却快、退让性差 易产生裂纹、浇不足 知识讲授：特种铸造②：压力铸造（压铸） 冷室压铸机 原理：高压（4~500MPa）使液态/半液态金属高速（0.5~120m/s）填充金属型腔，在压力下成型凝固。 核心特征：高压 + 高速 优点 精度和表面质量高 生产效率极高 可生产精密复杂小件 缺点 设备投入高 铸型加工复杂 不适合中小批量、低附加值产品 知识讲授：特种铸造③：熔模铸造 熔模铸造生产的精密铸件 工艺过程 用低熔点材料（石蜡）制作模样 模样表面涂耐火涂料并硬化 加热熔出模样，形成中空壳型 高温焙烧后浇注金属液 适合 形状复杂、精度要求高、难以加工的小型零件，如涡轮叶片。 局限 工艺复杂、成本高；不宜加工过大过重零件。 知识讲授：特种铸造④：消失模铸造 泡沫塑料模样（白模） 工艺特点 用泡沫塑料制作模样，浸耐火涂料后放入干砂中造型；浇注时模样受热汽化消失，金属液占据原来模样的位置。 主要优点 不需要取出模样，无分型面 铸件无飞边毛刺 拔模斜度要求低 表面质量高 可实现无切削或少切削加工 知识讲授：特种铸造⑤：离心铸造 离心铸造机正在浇注管坯 原理 熔融金属浇入高速旋转（250~1500转/分钟）的铸型，在离心力作用下充型并凝固。 适用零件 管、筒、套、辊、轮等回转体零件，如铸铁水管、气缸套。 特点：设备简单、成本低；离心力使组织致密、缺陷少，力学性能好。 传动部分 师生互动 讨论题1：为什么机床床身、发动机缸体这些零件要用铸造来生产，而不是直接用钢材切削加工？ 讨论题2：一个铸件表面出现了光滑的圆形孔洞，成群分布。 这可能是什么缺陷？可能是什么原因造成的？ 讨论题3：要大批量生产铝合金摩托车轮毂，精度要求高、表面要光亮，你认为应该选择哪种铸造方法？为什么？ 传动部分 知识点背诵 必背考点一：铸造的定义 将熔融金属浇入铸型，待其冷却凝固后获得一定形状和性能铸件的加工方法。 必背考点二：砂型铸造八道工序顺序 制作模样芯盒 → 制砂 → 造型造芯 → 合型 → 熔炼 → 浇注 → 落砂清理 → 检验 必背考点三：七种常见缺陷名称 气孔、缩孔、砂眼、黏砂、冷隔、浇不足、裂纹 必背考点四：五种特种铸造名称 金属型铸造、压力铸造、熔模铸造（失蜡）、消失模铸造、离心铸造 单项选择题 1. 砂型铸造中，形成铸件内腔或孔洞的是（　） A. 模样 B. 型芯（砂芯） C. 浇包 D. 浇注系统 正确答案：B 模样决定铸件外形，型芯（砂芯）决定铸件内腔和孔洞，芯盒是制造砂芯的工具。 课后练习 正确答案：B 缩孔出现在厚断面最后凝固处，孔壁粗糙带枝晶；气孔孔壁光滑呈圆形。注意区分。 课后练习 单项选择题 2. 铸件厚断面处出现形状不规则、孔壁粗糙带枝晶的孔洞，这是什么缺陷？（　） A. 气孔 B. 缩孔 C. 砂眼 D. 冷隔 单项选择题 3. 下列哪种铸造方法适合生产管、筒、套等回转体零件？（　） A. 金属型铸造 B. 压力铸造 C. 离心铸造 D. 熔模铸造 正确答案：C 离心铸造利用旋转离心力成型，特别适合管、筒、套、辊等回转体零件，组织致密。 课后练习 题目：简述砂型铸造的工艺流程（八道工序），并指出其中哪两道是决定铸件质量的关键工序。 课后练习 砂型铸造工艺流程为： ①制作模样、芯盒 → ②制砂 → ③造型、造芯 → ④合型 → ⑤熔炼金属 → ⑥浇注 → ⑦落砂清理 → ⑧检验。 其中造型造芯和浇注是决定铸件质量的关键工序—— 造型造芯决定铸型精度，浇注决定金属液能否平稳充型并形成合格铸件。 课堂小结 1. 简答题：完整写出砂型铸造工艺流程，并简述造型、浇注工序的核心作用。 2. 辨析题：对比说明气孔与缩孔、冷隔与浇不足的外观特征和产生原因的区别。 3. 应用题：结合本节课知识，说明单件大型机床床身、大批量小型精密铝合金零件分别适用何种铸造工艺，并说明理由。 课后作业 感谢观看 Lavf57.71.100 Codec by Bilibili XCode Worker v4.8.74(fixed_gap:False) Lavf62.3.100 $