铸造教学课件

铸造基础教学课件铸造的定义与应用铸造是一种将液态金属浇注到预先制备好的铸型中，冷却凝固后获得所需形状、尺寸和性能的金属制品的工艺技术作为人类掌握最早的金属成型技术之一，铸造工艺至今仍是现代制造业的重要基础铸造技术的应用极为广泛，几乎遍及所有工业领域•机械工业齿轮箱、机床床身、液压部件•汽车工业发动机缸体、缸盖、曲轴、变速箱壳体•航空航天发动机叶片、结构框架、燃烧室组件•船舶工业船用螺旋桨、柴油机缸体、轴承座•轨道交通转向架、制动系统、车厢连接件•能源装备风电主轴、水轮机叶片、核电安全阀铸造在制造业的地位万吨500025%70%中国年产铸件工业总产值占比机械零件比例中国已连续多年保持全球最大铸件生产国地位，铸造及相关产业链在工业总产值中约占25%，是机械设备中约70%的零部件采用铸造工艺生产，年产量超过5000万吨，约占全球总产量的45%制造业的重要支柱按重量计算可达90%以上作为关键基础工艺，铸造直接影响产品性能和质量现代铸造工业已经形成完整的产业链，包括模具设计制造、合金材料研发、熔炼设备、检测仪器等配套产业中国铸造行业从业人员超过200万，相关企业数量超过2万家，构成了庞大的产业集群铸造史简述1古代铸造（公元前4000年-公元前1000年）人类最早的铸造活动可追溯至公元前4000年左右的美索不达米亚地区，以青铜器为主中国商周时期青铜礼器铸造技术达到巅峰，司母戊鼎重达

832.84公斤，展示了高超的铸造工艺2中世纪至工业革命（14-18世纪）14世纪欧洲出现第一座铁水高炉，18世纪随着工业革命，英国发明了铁水搅拌工艺，生产出可锻铸铁，铸造技术逐步应用于机械制造3近代铸造（19-20世纪中）19世纪贝塞麦转炉和平炉的发明使钢铁铸造成为可能20世纪上半叶，压力铸造、离心铸造、精密铸造等特种铸造工艺相继出现，极大扩展了铸造应用范围4现代铸造（20世纪后期至今）铸造产品实例船用大型螺旋桨汽车发动机缸体航空发动机叶片现代大型货轮和邮轮使用的螺旋桨直径可达10米以上，现代汽车发动机缸体主要采用铝合金高压铸造工艺，要航空发动机涡轮叶片工作温度高达1100℃以上，通常采单重超过80吨，通常采用铜合金材料通过砂型铸造工艺求高精度、高气密性和良好的导热性能内部结构复杂，用高温合金材料通过精密铸造工艺制造单晶叶片铸造制造这类大型铸件要求材料组织均匀，耐腐蚀性好，壁厚一般在3-8mm之间，是精密铸造技术的典型应用技术是当今最先进的铸造工艺之一，可控制金属凝固方强度高，是铸造工艺的巅峰之作向形成单一晶体结构这些铸造产品的成功应用展示了铸造工艺适应不同尺寸、材料和性能要求的广泛能力从日常生活中的水龙头到国防工业中的火箭发动机，铸造技术支撑着现代工业文明的发展铸造工艺基本步骤模具制造根据产品设计图纸，考虑收缩率、加工余量等因素，设计制造铸造模具模具材料可以是木材、树脂、金属或3D打印材料，取决于工艺要求和生产批量金属熔炼在熔炼设备中将固态金属加热至液态，调整成分和温度，进行除气、除渣等处理，确保金属液质量熔炼温度通常比金属熔点高出50-150℃，以保证浇注过程中有足够的流动性浇注将准备好的金属液倒入浇口，通过浇注系统填充型腔控制浇注速度和温度，避免湍流和气体卷入浇注完成后，金属开始冷却凝固冷却凝固金属液在铸型中冷却凝固成形控制冷却速率对获得理想的金属组织结构至关重要凝固过程中需注意补缩，避免缩孔和缩松缺陷后处理铸件从铸型中取出后，进行落砂、清理、去除浇冒口、热处理、机械加工等后处理工序，最终获得符合要求的铸件产品铸造工艺各步骤紧密相连，每个环节都会影响最终产品质量现代铸造工艺通常由专业团队协作完成，融合了材料学、热力学、流体力学等多学科知识常用铸造材料铁基材料•灰铸铁含碳量

3.0-

3.5%，碳以片状石墨形式存在，具有良好的减震性和可切削性，广泛用于机床床身、汽缸套等•球墨铸铁通过球化处理使碳以球状石墨形式存在，兼具铸铁的铸造性和钢的机械性能，用于曲轴、齿轮等•可锻铸铁通过热处理将白口铸铁中的碳化物分解为团絮状石墨，韧性好，用于小型受力部件•铸钢碳含量

2.11%，强度高，韧性好，但铸造性能较差，用于高强度结构件有色金属材料•铝合金密度小，强度较高，耐蚀性好，主要用于汽车、航空等轻量化部件•铜合金导热导电性好，耐蚀性优异，用于水泵、阀门、螺旋桨等•镁合金最轻的工程金属，比强度高，用于便携电子设备外壳等•钛合金比强度极高，耐腐蚀，主要用于航空航天高端部件特种铸造材料•高温合金能在800℃以上高温环境长期工作，用于燃气轮机、航空发动机热端部件•耐热钢在600-800℃环境下保持良好性能，用于锅炉、汽轮机部件•耐磨铸铁含高铬、高锰等元素，具有优异耐磨性，用于矿山、水泥等工业磨损部件•超低温钢在-196℃以下仍保持韧性，用于液化天然气储运设备材料选择是铸造工艺的首要环节，直接决定了铸件的性能和使用寿命铸造材料需同时具备良好的铸造工艺性能（流动性、收缩率小、抗裂性好）和使用性能（强度、韧性、耐磨、耐蚀等）合金元素的添加能显著改善材料性能，如硅提高流动性，铬提高耐蚀性，钼提高高温强度等模具设计要点结构设计原则•分型面设计合理，确保易于脱模•避免锐角，采用圆角过渡减小应力集中•壁厚均匀，避免厚薄不均引起的缩松和变形•加入适当的筋条增强强度，同时不影响铸件收缩•考虑后续机加工需求，预留适当加工余量尺寸与公差控制•计算并补偿金属凝固收缩率（铸铁约1%，铝合金约

1.2%）•确定铸件与模具间的配合关系，保证尺寸精度•合理设置拔模斜度（一般为1:50至1:100）•控制型腔表面粗糙度，影响铸件表面质量浇注系统设计•合理设置浇口位置，确保金属液平稳充型•计算浇注系统截面尺寸，控制金属液流速•设计合理的冒口，确保补缩效果•加入冷铁、冷却水道等控制凝固顺序模具使用寿命考量•选用高耐磨材料制作高磨损区域•设计模块化结构，便于快速更换磨损部件•考虑热疲劳影响，特别是压铸模具•提供足够的冷却和润滑系统•设计便于维护和清理的结构模具设计是铸造工艺的核心环节，直接影响铸件质量和生产效率现代模具设计通常采用三维CAD软件完成，并结合CAE分析验证设计方案模具设计工程师需要同时考虑铸造工艺要求和经济性因素，在保证质量的前提下降低成本模具制造流程设计与建模基于产品三维模型，考虑收缩率、加工余量、分型面等因素，设计模具的三维CAD模型完成包括型芯、型腔、浇注系统等所有模具组件的详细设计工艺规划确定加工工艺路线，编制数控程序，选择适当的刀具和加工参数现代模具制造普遍采用CAM软件生成刀具路径，实现高效精确加工机械加工使用数控铣床、加工中心、电火花加工、线切割等设备对模具毛坯进行粗加工和精加工高精度模具部分区域加工精度要求可达±

0.005mm增材制造3D打印技术在模具制造中的应用日益广泛，特别适用于复杂内腔的快速成型金属3D打印可直接制作铸造模具，树脂3D打印常用于制作可消失模型热处理对模具进行淬火、回火等热处理工艺，提高硬度和耐磨性常用模具钢热处理后硬度可达HRC45-55，确保足够的使用寿命表面处理6对模具型腔表面进行抛光、镀铬、氮化等表面处理，提高表面光洁度和耐磨性高端模具表面粗糙度可达Ra

0.2μm以下装配与调试将各模具组件精确装配，检查配合间隙和运动精度通过试模生产少量样件，分析问题并修正，直至模具性能满足生产要求传统机械加工与现代数控技术相结合是当前模具制造的主流方式高精度要求下，优秀模具可实现

0.01mm内的尺寸控制，确保铸件的一致性和可靠性模具制造技术的进步也推动了铸造工艺向高精度、高效率方向发展金属熔炼基础熔炼设备分类冲天炉适用于大批量灰铸铁熔炼，燃料为焦炭，炉型为立式，熔化率可达10-30吨/小时电弧炉通过电极与金属间产生的电弧放电加热，适用于铸钢和球铸铁熔炼，温度控制精确感应炉利用电磁感应原理加热金属，无污染，温度控制精确，广泛用于有色金属和优质铸铁熔炼坩埚炉小型熔炼设备，适用于小批量有色金属熔炼，操作简单，投资成本低熔炼工艺控制要点成分控制通过合理配料和化学分析确保合金成分在规定范围内，必要时添加合金元素进行调整温度控制使用热电偶或红外测温仪测量并控制熔体温度，保持在目标温度±5°C范围内气体含量控制通过真空处理、惰性气体吹扫或添加除气剂降低熔体中的氢、氧等气体含量夹杂物控制使用过滤器、陶瓷过滤网或静置法去除熔体中的非金属夹杂物常见熔炼问题及解决方法浇注工艺详解浇口系统设计浇口系统是金属液进入型腔的通道，包括直浇道、横浇道和内浇道合理的浇口系统设计应满足以下要求•保证金属液平稳充型，避免湍流和气体卷入•过滤熔体中的夹杂物和氧化物•控制充型速度和温度•优化凝固顺序，实现顺序凝固常用的浇口系统类型有直浇式、底注式、阶梯式等，应根据铸件结构和材料特性选择合适的浇口系统浇注速度控制浇注速度直接影响充型质量和铸件内部质量速度过快会导致湍流、气体卷入和型砂冲刷；速度过慢则可能导致冷隔和未充满浇注速度的计算公式为v=μ√2gh，其中μ为流量系数，g为重力加速度，h为有效液面高度对于不同材料，推荐浇注速度如下•灰铸铁300-500mm/s•铸钢350-550mm/s•铝合金200-400mm/s•铜合金250-450mm/s金属流动性影响因素金属流动性是指液态金属在铸型中充满型腔的能力，影响因素包括•金属液温度温度越高，流动性越好，但过高会增加气体溶解度和氧化倾向•合金成分Si、P等元素提高流动性，S、Bi等元素降低流动性•铸型温度预热铸型可改善金属液流动性•型腔结构壁厚、拐角、截面变化等影响流动性实际生产中，通常采用螺旋试样法测试金属流动性，指导浇注工艺参数设定防止夹杂与氧化夹杂物和氧化膜是影响铸件质量的主要因素，预防措施包括•使用陶瓷过滤网过滤金属液中的夹杂物•设计合理的浇口系统，避免金属液直接冲击型壁•使用覆盖剂保护金属液表面，减少氧化铸件冷却与凝固凝固过程的基本原理金属从液态转变为固态的过程称为凝固凝固通常从铸型壁处开始，逐渐向内部发展凝固过程分为三个阶段形核阶段金属液中形成固态晶核晶体生长阶段晶核向周围生长，形成枝晶结构完全凝固阶段剩余液体完全凝固，形成最终组织多数金属在凝固过程中伴随着体积收缩，必须通过设置冒口或内冷铁等方式实现顺序凝固，确保补缩效果冷却速率对组织与性能的影响冷却速率是影响铸件金相组织和性能的关键因素•快速冷却形成细小晶粒，提高强度和硬度，但可能增加内应力和变形•缓慢冷却形成粗大晶粒，提高塑性和韧性，减小内应力不同区域冷却速率不均匀会导致组织和性能的不均匀性，甚至产生热裂纹实际生产中通常根据铸件要求综合考虑冷却条件控温措施与应用为实现理想的凝固顺序和组织结构，常采用以下控温措施冷铁在铸件热节处放置金属冷铁，加速局部冷却，避免缩孔和缩松保温冒口在冒口外部使用保温材料，延缓冒口凝固，提高补缩效果铸型预热降低金属液与铸型的温差，减小内应力和变形冷却水道在压铸模具中设置水冷通道，加速冷却，提高生产效率绝热套在特定区域使用绝热材料，控制凝固方向凝固模拟技术现代铸造工艺普遍采用计算机模拟技术预测凝固过程•有限元或有限差分方法模拟温度场和凝固过程•预测缩孔、缩松等凝固缺陷的位置和程度铸件清理与后处理铸件清理•落砂将铸件从铸型中取出，去除附着的型砂•抛丸/喷砂通过高速抛射钢丸或砂粒清除铸件表面氧化皮和残余型砂•切割去除浇冒口系统，通常使用砂轮切割、等离子切割或火焰切割•打磨去除毛刺和飞边，平整铸件表面热处理•退火消除内应力，改善可加工性•正火细化组织，提高强度和韧性的平衡•淬火+回火提高硬度和耐磨性•固溶+时效提高铝合金、镁合金等的强度•等温淬火球墨铸铁获得奥氏体球墨铸铁表面处理•喷漆提供防腐蚀和装饰性外观•电镀增加表面硬度和耐腐蚀性•阳极氧化铝合金铸件表面形成氧化保护膜•喷涂应用特种涂层提高表面性能•浸渍填充微小孔隙，提高气密性机械加工•粗加工去除多余的铸造余量•精加工达到设计尺寸精度和表面质量•钻孔/攻丝加工连接孔和螺纹•铰孔/镗孔提高孔的精度和表面质量•装配面加工确保与其他零件的配合精度铸件后处理工序是提升铸件质量和性能的关键环节根据不同的铸件要求，后处理工艺组合也各不相同例如，高压铸造的汽车铸件通常需要X射线无损检测、热处理和精密机加工；而普通灰铸铁件可能只需简单清理和粗加工后处理成本通常占铸件总成本的20-40%，是铸造企业成本控制的重要方面常见铸造工艺分类砂型铸造金属型铸造利用型砂制作铸型的传统工艺，占铸造市场70%份使用金属模具代替砂型的铸造方法具有较高的尺额优点是适应性强，成本低，适合各种尺寸和批寸精度和表面质量，生产效率高，但模具成本高，量；缺点是精度和表面质量较低分为黏土砂、树适用于有色金属小型零件的中大批量生产脂砂、水玻璃砂等多种类型压力铸造连续铸造在高压下将熔融金属压入金属模具的工艺分金属液连续浇入冷却模具中，形成连续的铸坯为高压、低压和真空压力铸造优点是生产效或型材的工艺广泛用于生产钢坯、铝型材等率高，尺寸精度好，表面光洁；缺点是设备投半成品，具有高效率、低成本的特点资大，不适合大型铸件离心铸造精密铸造利用离心力使金属液充填模具并凝固的工艺特别包括失蜡铸造、陶瓷型铸造等能生产复杂形状、适合生产回转体零件，如管材、套筒等具有金属高精度、薄壁铸件，表面质量好，但成本较高广致密、性能好、生产效率高等特点泛应用于航空、医疗、精密机械等领域铸造工艺的选择取决于多种因素，包括铸件材料、尺寸、复杂度、精度要求、生产批量和成本等在实际生产中，常常需要综合考虑这些因素，选择最适合的铸造工艺随着技术的发展，不同铸造工艺之间的界限也在逐渐模糊，复合工艺和新型工艺不断涌现，为铸造行业带来新的发展机遇砂型铸造工艺流程铸造设计根据产品图纸，设计铸造工艺方案，包括分型面确定、工艺参数计算、浇注系统和冒口设计等考虑收缩率、加工余量和工艺余量模样制作根据工艺设计，制作木质、树脂或金属模样，用于在型砂中留出铸件形状的型腔模样尺寸考虑收缩率，通常比实际铸件略大砂混制备将石英砂与粘结剂（如粘土、树脂等）按一定比例混合，制备具有适当强度、透气性和退让性的型砂不同铸件可能需要不同配比的型砂造型与制芯利用模样在型砂中形成型腔，同时制作表示铸件内腔的型芯造型方法包括手工造型、机器造型和流水线自动造型等合箱与浇注将上下型砂箱合拢，放入型芯，形成完整铸型将熔炼好的金属液按工艺要求浇入铸型，填充型腔冷却与清理金属液在铸型中冷却凝固后，将铸件从型砂中取出，清除浇冒口系统，并进行后续清理、检验和加工等工序砂型铸造是最传统也是应用最广泛的铸造工艺，约占全球铸件产量的70%根据使用的型砂类型，砂型铸造可分为黏土砂铸造、树脂砂铸造、水玻璃砂铸造等现代砂型铸造已经高度自动化，通过造型机、混砂机、落砂机等设备实现连续生产砂型铸造适用于从小型精密零件到数十吨的大型铸件，具有广泛的适应性和较低的生产成本特种铸造工艺失蜡精密铸造低压/压力铸造离心铸造又称失蜡法或精密铸造，工艺流程包括制作蜡模、组装蜡树、制作陶瓷型壳、低压铸造利用压缩空气将金属液从保温炉中压入金属模具；压力铸造则是在高通过高速旋转的金属模具，利用离心力使金属液紧贴模壁并凝固的工艺该方脱蜡、烧结、浇注和清理等步骤该工艺可生产高精度、复杂形状的铸件，表压（15-150MPa）下将金属液高速注入金属模具这类工艺生产效率高，铸件法生产的铸件组织致密，性能好，特别适合生产管状或环状零件，如铸铁管、面粗糙度可达Ra

1.6μm，尺寸精度达IT7-9级广泛应用于航空发动机叶片、医尺寸精度好，表面光洁，但设备投资大广泛应用于汽车轮毂、发动机缸盖、轴套、轴承等离心铸造根据旋转轴线方向可分为卧式和立式两种现代离心疗植入物、精密仪器等领域缸体等汽车零部件的生产，是现代汽车制造的核心工艺之一铸造设备转速可达1500转/分，生产效率高消失模铸造熔模铸造壳型铸造使用泡沫塑料（通常是聚苯乙烯）制作完整的模型，埋入干砂中，浇注时模型采用可熔性材料（如石蜡）制作精确模型，然后用耐火材料包覆，烘干后熔出使用热金属模样，将涂有热固性树脂的型砂附着在模样表面形成薄壳，然后合气化消失，金属液填充模型原有空间该工艺无需造型和制芯，可以一次成形模型，形成型腔，再浇注金属这种方法可获得高精度、高表面质量的铸件，箱浇注壳型铸造的铸件尺寸精度和表面质量较好，生产效率高，适合中小型非常复杂的铸件，降低了制造难度特别适合生产形状复杂、内腔多的铸件，特别适用于小型精密零件和艺术品铸造在珠宝制造和艺术品生产中应用广泛铸件的大批量生产，如汽车零部件、阀门、轴承座等如汽车发动机缸体、泵体等典型铸造工艺参数123浇注温度范围冷却速率与组织性能合金元素对流动性影响冷却速率是影响铸件组织和性能的关键因素以灰铸铁为例不同合金元素对金属流动性和成型能力有显著影响材料熔点浇注温度过热度•快速冷却（10℃/s）形成白口组织，硬度高但脆性大铸铁Si提高流动性，S降低流动性，P提高流动性但增加脆性灰铸铁1150℃1350-200-•中速冷却（2-10℃/s）形成灰口-白口过渡组织，强度和1450℃300℃韧性平衡铝合金Si大幅提高流动性（特别是7-13%时），Cu略降低流•慢速冷却（2℃/s）形成灰口组织，加工性好但强度较动性碳钢1450-1550-100-低铜合金Zn提高流动性，Sn、Pb提高流动性但降低强度，Al降1520℃1650℃130℃低流动性铝合金冷却速率对力学性能的影响铝合金580-680-80-120℃镁合金Al提高流动性，Zn稍降低流动性，Mn显著降低流动性•快速冷却晶粒细小，二次相颗粒细小分散，强度高650℃750℃•慢速冷却晶粒粗大，二次相粗大，强度下降20-30%合金设计中需平衡流动性与最终性能需求，有时需添加专门的铜合金950-1050-70-120℃流动性改善元素1050℃1150℃镁合金650℃680-30-100℃750℃浇注温度过高会导致气体吸收增加、氧化严重、粘砂和粗大晶粒；温度过低则可能导致流动性差、冷隔和未充满实际生产中需根据铸件形状、壁厚和浇注系统调整温度铸造工艺参数的精确控制是保证铸件质量的关键现代铸造企业通常建立完整的工艺参数数据库，并利用计算机辅助系统实现参数的精确控制和记录对于高端铸件，可能需要实时监测温度、压力、气体含量等多项参数，并根据反馈数据动态调整工艺过程铸造工艺对产品设计的要求拔模斜度设计为确保铸件能够顺利从铸型中取出，必须在垂直于分型面的表面设计适当的拔模斜度•砂型铸造外表面1-3°，内表面2-5°•金属型铸造外表面

0.5-1°，内表面1-2°•压力铸造外表面

0.5-1°，内表面1-

1.5°•高度越大，斜度应越大•内腔斜度应大于外表面斜度拔模斜度不足会导致铸件难以取出或损坏型腔，斜度过大则会增加加工余量和材料浪费圆角与倒角设计在铸件设计中，应避免尖锐棱角，采用适当的圆角和过渡•外部尖角应设置半径为1-3mm的圆角•内部尖角应设置半径为3-6mm的圆角•相交壁处应采用光滑过渡，避免直角连接•加强筋与主体连接处应设计过渡圆角合理的圆角设计可以减少应力集中，降低裂纹倾向，同时改善金属流动和填充能力合理的结构简化铸造友好型设计应遵循以下原则•避免不必要的复杂形状，减少外凸和凹陷•尽量使用对称结构，便于造型和减小变形•合理布置筋条和加强肋，避免热节•根据铸造工艺特点简化结构，如压铸件可采用更薄的壁厚•尽可能减少型芯数量，降低制造复杂度结构简化不仅有利于铸造工艺实施，还能降低成本、提高生产效率壁厚均匀化分型面选择收缩裕量考虑铸件各部分壁厚应尽量均匀，避免厚薄相差过大合理的分型面设计对铸造工艺至关重要设计时必须考虑金属凝固收缩•铸铁件壁厚比不应超过4:1•选择最大投影面积作为分型面•灰铸铁约

1.0%线收缩率铸件尺寸精度控制收缩率补偿计算分模面对精度影响不同材料和工艺的收缩率差异较大，必须准确补偿•线收缩率计算模具尺寸=铸件尺寸×1+收缩率分模面是两个型腔接合的界面，对铸件精度有显著影响%•分模面错位会导致铸件错台，偏差一般为

0.1-

0.5mm•体积收缩率约为线收缩率的3倍•分模面附近的尺寸精度往往低于其他部位•不同合金典型收缩率灰铸铁

1.0%，铸钢

2.0%，铝合•减小分模面影响的措施提高模具精度，增加定位销金

1.2%数量，提高模具刚性•影响收缩的因素合金成分，壁厚，冷却条件，浇注•关键尺寸应尽量安排在同一型腔内，避开分模面温度•对于复杂铸件，可能需要对不同部位采用不同收缩率尺寸检测方法铸造精度等级铸件尺寸检测采用的方法和设备不同铸造工艺能达到的精度等级•常规量具卡尺、千分尺、量块、量规等•普通砂型铸造IT14-16级，公差带

0.5-

2.0mm•三坐标测量机精度可达

0.001mm，适合复杂轮廓测•精密砂型铸造IT11-13级，公差带

0.2-

0.5mm量•金属型铸造IT10-12级，公差带

0.1-

0.3mm•光学扫描非接触式测量，可获得全表面数据•压力铸造IT8-10级，公差带

0.05-

0.2mm•CT扫描可测量内部结构尺寸•精密铸造IT7-9级，公差带

0.02-

0.1mm•激光跟踪仪适合大型铸件测量•微铸造IT6-7级，公差带

0.01-

0.03mm提高铸件尺寸精度的关键措施包括优化模具设计和制造工艺，控制金属液浇注温度和速度，优化冷却条件减小变形，采用数控加工提高模具精度，以及建立完善的质量控制体系对于尺寸要求特别高的部位，可采用预留加工余量+机械加工的方式确保最终精度铸造常见缺陷种类气孔缺陷缩孔/缩松裂纹/热裂表现为铸件内部或表面的圆形或椭圆形空洞，直径从微米到毫米不等成因包括金属液含气量高、型砂透缩孔表现为铸件内部的不规则空洞，多发生在热节处；缩松则是疏松多孔的区域主要由金属凝固收缩且补铸件表面或内部的不规则线状或网状裂缝热裂多发生在凝固过程中，冷裂则发生在铸件冷却后成因包括气性差、浇注系统设计不合理导致气体卷入、型砂水分过高等气孔严重影响铸件气密性和强度，特别是承缩不良造成影响因素包括铸件结构设计不合理、冒口设计不当、浇注温度过高、冷却条件不当等这类结构设计不合理造成的应力集中、冷却不均匀引起的热应力、合金成分不当降低热裂倾向、铸型阻碍铸件收压部件如阀体、缸体等缺陷严重降低铸件承载能力和疲劳强度缩等裂纹类缺陷通常无法修复，是最严重的铸造缺陷之一夹杂/夹渣冷隔/冷接非金属物质（如氧化物、砂粒）嵌入铸件内部或表面主要原因金属液在流动过程中温度降低，不同流股相遇时未能完全融合形成的接缝主要原因•金属液净化处理不充分•浇注温度过低•浇注系统过滤不良•充型速度过慢•型砂强度不足导致冲蚀•型腔预热不足•浇注操作不当导致夹渣•浇注系统设计不合理表面缺陷变形/尺寸偏差铸件表面的各种瑕疵，包括铸件形状或尺寸与设计不符主要原因缺陷形成机理分析熔体氧化与气体吸收金属在熔炼和浇注过程中易与空气接触发生氧化，同时吸收氢、氧、氮等气体，导致铸件内部气孔和夹杂缺陷氧化膜形成机理•金属表面原子与氧分子反应，形成致密氧化膜•氧化膜破裂后，新鲜金属表面继续氧化•浇注过程中湍流和搅拌加剧氧化•氧化膜在浇注系统中破碎，形成夹杂物气体溶解机理•氢气主要来源于空气湿度和原材料水分•氢在液态金属中溶解度远高于固态金属•凝固过程中析出形成气孔•温度越高，气体溶解度越大收缩与补缩不良金属从液态到固态通常会经历三个阶段的收缩液态收缩、凝固收缩和固态收缩缩孔形成机理•最后凝固区域无法得到液态金属补缩•热节处容易形成孤立液相区•凝固顺序不合理导致补缩通道提前关闭•冒口补缩能力不足或位置不当缩松形成机理•树枝晶间液态金属补缩不足•合金凝固温度范围越宽，缩松倾向越大•壁厚不均匀区域容易形成缩松缺陷预防与修复方法优化熔炼工艺改进熔炼工艺是预防多种缺陷的基础•控制原材料质量，减少杂质和水分含量•加强熔体精炼，去除气体和夹杂•使用除气剂（如六氯乙烷、氮气吹扫等）降低氢含量•使用变质剂改善组织结构（如铝合金加入Sr、Na等）•严格控制熔炼温度和时间，避免过热氧化•添加适量覆盖剂保护熔体表面改进浇注工艺合理的浇注工艺能有效减少多种缺陷•优化浇口系统设计，实现平稳充型•采用底注式或斜撇式浇口系统减少气体卷入•使用陶瓷过滤网过滤夹杂物•控制浇注温度在合适范围•保持稳定的浇注速度•合理设计溢流槽和冒口位置•浇注前预热铸型，减少冷隔倾向提高模具与型砂质量高质量的模具和型砂是保证铸件品质的关键•严格控制型砂性能（强度、透气性、耐火度等）•使用高质量铸造涂料改善表面质量•提高模具加工精度和表面质量•增强模具刚性，减小变形•优化排气系统设计，提高透气性•合理设计冷铁和冷却系统，控制凝固顺序缺陷修复技术对于已经出现的铸造缺陷，可采用以下修复方法焊接修复适用于裂纹、缩孔等局部缺陷，根据材料选择合适的焊接方法浸渍处理用树脂或其他材料填充微小孔隙，提高气密性金属喷涂修复表面缺陷和尺寸偏差热等静压处理在高温高压下消除内部孔隙，提高致密度机械加工去除表面缺陷，调整尺寸缺陷预防是铸造质量控制的核心理念通过计算机辅助设计与模拟，可以在铸造前预测潜在缺陷并优化工艺参数建立完善的质量控制体系，包括原材料检验、过程控制和产品检测，能够显著降低缺陷率对于高端铸件，应采用零缺陷理念，通过严格的工艺控制从源头预防缺陷的产生铸造质量检测与标准无损检测技术理化性能检测射线检测（RT）利用X射线或γ射线穿透铸件，在底片上显示内金相检验通过显微镜观察金属组织结构，评价晶粒大小、相分部缺陷适用于检测内部缩孔、气孔、夹杂等缺陷，检测灵敏度布、夹杂物等需要制备金相试样，属于破坏性检验高，可发现直径为壁厚1-2%的缺陷超声波检测（UT）利用超声波在材料中的传播和反射特性检测机械性能测试包括拉伸、压缩、弯曲、冲击、硬度等测试，评内部缺陷优点是深度大，可检测较厚铸件，缺点是对表面状态价铸件的强度、韧性和硬度等性能要求高，解释结果需要经验化学成分分析使用光谱仪、X射线荧光等设备分析铸件化学成分，磁粉探伤（MT）适用于铁磁性材料表面和近表面缺陷检测，尤确保合金成分符合要求其是裂纹类缺陷操作简便，灵敏度高，可检测微小裂纹密度测定通过阿基米德原理测定铸件密度，评估铸件内部致密度和气孔率渗透探伤（PT）利用毛细管现象检测表面开口缺陷，适用于各气密性测试对于需要气密性的铸件（如泵体、阀体等），进行种材料简单经济，显示直观，但只能检测表面缺陷气压或水压测试，检查是否有泄漏涡流检测（ET）利用电磁感应检测表面和近表面缺陷，适用于导电材料速度快，可实现自动化检测质量标准体系国家标准GB/T9438《铸钢件通用技术条件》、GB/T26655《铸铁件检验》、GB/T15115《铝合金铸件》等规定了各类铸件的技术要求和检验方法国际标准ISO8062《铸件尺寸公差和加工余量》、ASTM E446《铸钢件射线检测标准》等被广泛采用行业标准如JB/T5000《铸钢件》、JB/T7527《灰铸铁件》等针对特定行业的铸件标准企业标准大型企业通常制定自己的企业标准，要求往往高于国家和行业标准质量管理体系ISO9001质量管理体系、IATF16949汽车行业质量管理体系等规范铸造企业的质量管理流程现代铸造企业通常建立完整的质量检测体系，包括原材料进厂检验、过程控制检验和成品检验对于高端铸件，如航空航天、核电等领域的关键部件，采用100%检测策略，结合多种检测方法确保质量建立可追溯的质量记录系统，实现从原材料到成品的全过程质量追溯，是铸造行业质量管理的发展趋势铸造智能制造与数字化CAD/CAE/CAM技术应用计算机辅助技术已成为现代铸造工业的核心工具CAD计算机辅助设计创建铸件的三维模型，包括收缩率、加工余量和浇注系统设计CAE计算机辅助工程模拟金属流动、凝固过程和应力分布，预测缺陷CAM计算机辅助制造自动生成模具加工的数控程序，提高加工精度和效率这些技术的集成应用大幅降低了试错成本，缩短了产品开发周期，提高了铸件质量三维仿真与缺陷预测铸造过程的数值模拟已成为工艺优化的重要手段•充型过程模拟预测金属液流动路径，发现可能的卷气和冷隔•凝固过程模拟分析凝固顺序，预测缩孔和缩松位置•应力场模拟计算热应力分布，预测变形和裂纹•微观组织模拟预测晶粒大小和分布，评估机械性能常用的模拟软件包括ProCAST、MAGMASOFT、AnyCasting等，这些软件提供高精度的多物理场耦合分析智能车间实践案例铸造行业的智能制造正在全球范围内快速发展机器人自动浇注自动控制浇注温度、速度和路径，提高一致性智能造型线自动砂处理、造型、合箱和浇注的全流程自动化自动检测系统结合机器视觉和AI技术，实现铸件缺陷的自动识别数字孪生技术建立铸造车间的虚拟模型，实时监控和优化生产过程物联网应用通过传感器网络实时监测设备状态和工艺参数德国西门子公司在其数字化铸造车间中，实现了从订单接收到产品交付的全流程数字化管理，生产效率提升35%，能耗降低25%，不良品率降低20%大数据与人工智能应用大数据和AI技术在铸造行业的应用正在兴起•工艺参数优化基于历史数据建立模型，自动推荐最优工艺参数节能减排与绿色铸造新型环保型砂应用废砂再生与循环利用传统铸造砂含酚醛树脂等有害物质，新型环保砂解决方案包括废砂处理技术进展•水玻璃-有机酯硬化砂无毒无害，硬化速度可控•机械再生物理方法去除废砂表面粘结剂•呋喃无氮树脂砂降低氮氧化物排放80%以上•热法再生高温分解有机粘结剂，回收率90%•无机粘结剂砂不含有机物，无烟尘和有害气体•湿法再生水洗去除水溶性粘结剂•3D打印成型砂减少废砂产生，精度高•废砂综合利用制作建材、路基材料等清洁生产工艺节能熔炼技术绿色铸造工艺创新熔炼是铸造能耗最大环节，节能技术包括•消失模铸造减少砂用量50%以上•中频感应电炉能效可达80%，比传统炉高30%•真空铸造减少废气排放，提高铸件质量•蓄热式燃烧技术回收烟气余热，节能25%3•精确浇注减少废品率，节约能源和材料•低温熔炼工艺降低过热度，减少能耗•近净成形技术减少机加工量和材料浪费•炉体保温材料升级减少热损失20%以上水资源循环利用废气粉尘治理铸造水处理技术铸造废气处理技术•冷却水闭路循环减少新水使用90%以上•湿式除尘水喷淋+文丘里管，除尘效率95%•砂处理废水处理混凝沉淀+过滤，回用率80%•袋式除尘多级过滤，可处理微细粉尘•零排放技术蒸发结晶，实现废水完全回用•有机废气处理RTO蓄热式焚烧，净化率99%•雨水收集系统补充生产用水•低温等离子体技术处理有机废气新方法发达国家的铸造企业在节能减排方面取得了显著成效德国的现代化铸造厂与20年前相比，单位产品能耗降低了30%以上，废水排放减少70%，废气排放减少85%美国采用最佳可行技术BAT的铸造企业，单位产值污染物排放量比传统工艺低60%以上日本丰田集团通过全流程优化，铸造车间实现了98%的材料循环利用率中国铸造行业近年来也在积极推进绿色转型国家《铸造行业准入条件》和《铸造行业规范条件》对环保要求不断提高，推动了行业技术升级以沈阳铸造研究所为代表的研究机构开发了一系列绿色铸造技术，为行业可持续发展提供了技术支撑行业应用案例剖析汽车发动机缸体高压铸造船舶超大型件砂型铸造高铁转向架精密铸钢件现代汽车发动机缸体多采用铝合金高压铸造工艺，具有轻量化、高精度和高生产效率的特大型船用螺旋桨是砂型铸造的典型代表，材料通常为镍铝青铜或锰铝青铜以某远洋货轮高速铁路转向架是安全关键零部件，采用ZG40Mn2低合金铸钢，通过精密铸造和热处理点以某德系高端品牌V6发动机缸体为例，采用AlSi9Cu3合金，壁厚3-5mm，重量约的主推进器为例，直径

8.5米，重达65吨，是目前世界上最大的整体铸造螺旋桨之一采工艺保证高强度和高韧性以某350km/h高速列车的转向架框架为例，单件重约

1.2吨，25kg使用4000吨压铸机，模具采用热通道技术，浇注温度控制在680±10℃，模具温度用树脂砂一次性铸型，模具由数控铣床加工的泡沫塑料制成熔炼使用10吨电弧炉，总最大尺寸

3.2米，壁厚变化范围20-45mm采用水玻璃砂型铸造，辅以计算机模拟优化浇200±15℃，填充时间约

0.1秒，锁模力3500吨通过真空辅助系统，降低铸件气孔率至计需要7炉次连续浇注，浇注温度1180±15℃，浇注时间约40分钟冷却时间长达7天，注系统和冒口设计浇注温度控制在1580±20℃，采用多点同时浇注技术保证填充均匀

0.5%以下整个压铸周期约90秒，年产能可达10万件该工艺较传统砂型铸造缸体减重随后进行为期20天的精加工成品表面粗糙度Ra

3.2μm，动平衡精度G

2.5级该螺旋桨效铸件经过

1.5小时的共晶石墨化退火和3小时的正火处理，获得珠光体+铁素体组织最终30%，提高发动机功率密度15%率比传统设计提高4%，使船舶燃油消耗降低约3%产品抗拉强度≥650MPa，延伸率≥18%，冲击韧性≥40J/cm²，疲劳寿命大于30年设计使用周期每一件产品都进行100%超声波和射线探伤检测，确保无有害缺陷医疗植入物精密铸造航空发动机涡轮叶片医疗植入物如人工髋关节和膝关节需要极高的生物相容性和力学性能，通常采用钛合金或钴铬合金通过精密铸造制造生产过程在无航空发动机涡轮叶片工作在高温高压环境，采用镍基高温合金通过定向凝固或单晶铸造工艺制造熔炼和铸造在真空环境下进行，防尘车间进行，采用特殊的真空熔炼和浇注工艺，确保材料纯净度铸件表面经过特殊处理形成生物活性层，促进与骨组织的结合每止氧化和夹杂模具预热温度高达1500℃，采用精确控温的定向凝固炉实现从一端到另一端的有序凝固，形成柱状晶或单一晶体结构批产品都要进行严格的力学性能测试和生物相容性测试，确保安全可靠这种特殊组织结构使叶片在1100℃高温下仍保持足够的强度和抗蠕变性能铸造工厂布局与管理工厂布局优化铸造工厂布局对生产效率和成本有重大影响，主要考虑以下因素物流流线优化材料、半成品和成品的流动路径最短化，减少搬运和等待时间工序布置合理相关工序靠近布置，如造型和浇注区域相邻分区明确清洁区与污染区分开，防止交叉污染设备布置科学考虑设备维护空间和安全距离环保设施合理废气、废水、噪声处理设施集中布置仓储区规划原材料、模具、成品仓库位置合理，便于管理现代铸造工厂通常采用计算机辅助布局设计软件，通过模拟不同布局方案的物流强度和成本，选择最优方案标准作业流程标准作业流程SOP是确保铸造质量稳定的重要工具•详细规定各工序的操作步骤、参数和检查点•明确规定操作人员资质要求和培训内容•制定异常情况处理程序和应急预案•建立关键工序的审核和签字制度•定期更新和改进标准作业流程信息化管理系统铸造企业信息化管理系统主要包括ERP系统企业资源计划，整合订单、生产、库存、财务等信息MES系统制造执行系统，管理生产过程，实时监控工艺参数PLM系统产品生命周期管理，管理产品设计和工艺文件WMS系统仓库管理系统，管理原材料和成品库存LIMS系统实验室信息管理系统，管理质量检测数据能源管理系统监控和分析能源消耗数据这些系统相互集成，形成统一的信息平台，实现从订单到交付的全流程数字化管理精益生产实践精益生产理念在铸造行业的应用价值流图分析识别并消除浪费环节看板管理实现拉动式生产，减少在制品库存快速换模缩短换型时间，提高设备利用率铸造未来发展趋势高性能材料1新型铸造合金的开发与应用智能制造技术2数字化、网络化、智能化生产模式绿色清洁铸造3节能减排技术与循环经济模式铸造工艺创新4新工艺、新技术拓展铸造能力边界产业转型升级5全球格局调整与产业链重构高性能合金材料开发铸造材料的发展趋势包括高强铝合金Al-Li、Al-Sc等新型轻量化合金，强度提高30%以上镁合金创新改善阻燃性和耐腐蚀性，拓展应用领域高温合金突破使用温度提高100-150℃，延长航空发动机寿命功能性铸造材料磁性、导热、阻尼等特殊功能合金复合材料铸造金属基复合材料的近净成形工艺通过微合金化、纳米技术和组织控制，传统铸造材料性能将获得大幅提升智能制造和数字化全程铸造智能制造将实现全流程数字化转型数字孪生技术建立铸造全流程的虚拟模型，实现仿真优化人工智能应用深度学习算法优化工艺参数，预测产品质量5G+工业互联网实现设备互联和远程控制机器人与自动化从单工序自动化向全流程自动化转变增材制造集成3D打印与传统铸造工艺融合创新环保型铸造工艺持续推广绿色铸造将成为行业标准学习资源与推荐书目核心教材与参考书《现代铸造技术》（第四版）全面系统介绍铸造工艺原理与应用技术，适合高校教学和工程技术人员参考包含大量实例和最新技术进展1《铸造工艺及设备》详细阐述各类铸造工艺流程和设备选型，配有丰富的工程案例和操作指南，适合生产一线人员使用《铸造合金及熔炼技术》专注于铸造材料学和熔炼工艺，包括各种合金的成分设计、性能特点和熔炼控制要点《铸造缺陷分析与控制》系统介绍各类铸造缺陷的形成机理、识别方法和预防措施，配有大量实物照片和案例分析《铸造工艺CAE技术及应用》介绍铸造过程的计算机模拟原理和方法，包括流动、凝固和应力分析等，附有软件操作指南专业期刊与学术资源《铸造》中国铸造学会主办的核心期刊，报道国内外铸造领域的最新研究成果和技术进展2《特种铸造及有色合金》专注于特种铸造工艺和有色金属铸造技术的专业期刊《International Journalof CastMetals Research》国际知名铸造学术期刊，发表高水平研究论文《Metallurgical andMaterials Transactions》材料科学领域重要期刊，包含大量铸造相关研究中国知网铸造专题数据库收录大量铸造领域的学术论文、标准和专利资料在线课程与学习平台中国大学MOOC《铸造工艺学》由华中科技大学开设的在线课程，系统讲解铸造基础理论和工艺技术3哈尔滨工业大学《金属成形原理》涵盖铸造、锻造等金属成形工艺的基础理论，讲解深入浅出Coursera《Materials Processing》国际知名平台上的材料加工课程，包含铸造工艺模块中国铸造协会培训课程针对企业技术人员的专业培训，内容实用，紧跟行业发展B站专业铸造教学视频包含大量实操演示和工艺讲解视频，直观易懂行业标准与规范专业软件资源铸造行业主要技术标准包括铸造工程常用软件工具GB/T6414《铸造术语》规范铸造专业术语和定义ProCAST专业铸造模拟软件，可模拟充型、凝固和应力分析GB/T9438《铸钢件通用技术条件》规定铸钢件的技术要求和检验方法MAGMASOFT功能全面的铸造模拟软件，界面友好，适合工业应用GB/T26655《铸铁件检验》规定铸铁件的检验项目和标准AnyCasting性价比高的铸造模拟软件，适合中小企业使用GB/T15115《铝合金铸件》规定铝合金铸件的分类和技术要求Flow3D优秀的流体动力学分析软件，铸造流动模拟效果好GB/T11351《铸造缺陷术语和图例》统一铸造缺陷的术语和判定标准SolidWorks/UG/CATIA主流三维设计软件，用于铸件和模具设计JB/T7975《铸造用砂》规定铸造用砂的技术要求和检验方法大多数软件提供教育版或试用版，学生可以通过这些版本进行学习和实践这些标准是铸造生产和质量控制的基本依据，学习者应当熟悉掌握推荐学习路径先通过基础教材掌握铸造工艺的基本原理和方法，再结合在线课程进行系统学习，同时参考专业期刊了解行业最新发展实践方面，可通过铸造模拟软件进行虚拟实验，并争取参观实际铸造车间增加感性认识对于有条件的学习者，建议参加中国铸造协会或高校举办的专业培训和研讨会，与行业专家交流，深化理解和应用能力总结与提问环节核心知识点回顾技能要求与应用课后实践建议•铸造是将液态金属浇注到预先制备好的铸型中，冷却凝固后获得•铸造工艺设计能力根据产品要求，设计合理的铸造工艺方案•参观铸造企业，了解实际生产流程和设备所需形状、尺寸和性能的金属制品的工艺技术•材料选择与熔炼控制掌握各类铸造合金的特性和熔炼要点•使用铸造模拟软件进行虚拟实验，分析工艺参数影响•铸造工艺基本步骤包括模具制造、金属熔炼、浇注、冷却凝固•缺陷分析与处理能够识别铸造缺陷，分析原因并提出改进措施•参与简单铸件的设计和试制，积累实践经验和后处理•计算机辅助技术应用熟练使用CAD/CAE工具进行设计和模拟•收集不同类型的铸造缺陷样本，进行分析和讨论•主要铸造方法包括砂型铸造、金属型铸造、压力铸造、精密铸造、•质量控制与检测技术掌握铸件检测方法和质量标准•关注行业最新发展，参加学术研讨会和技术交流活动离心铸造等•铸造质量控制涉及材料选择、熔炼控制、浇注工艺、凝固控制和缺陷防治等多个环节•现代铸造工业正向智能制造、绿色生产和高性能材料方向发展常见问题解答问铸造行业就业前景如何？问小型铸造企业如何实现智能化转型？答铸造是制造业的基础工艺，就业需求稳定随着行业转型升级，对高素质铸造工程师的需求增加特别是熟答小型企业可采取渐进式转型策略先从关键工序入手，如熔炼过程自动化控制；引入基础的MES系统，实现悉智能制造、高性能材料和绿色铸造技术的人才更为紧缺就业方向包括汽车、航空、机械、能源等领域的铸造生产数据采集和分析；应用模拟软件优化工艺设计；引入简单的自动化设备，如机器人浇注系统可以考虑与高企业，以及研究院所和高校校或研究机构合作，利用产学研合作降低转型成本问如何提高铸件质量和降低废品率？问如何平衡铸造生产成本和产品质量？答提高铸件质量需要从全流程入手首先确保原材料质量和成分稳定；优化工艺设计，利用计算机模拟验证；答应采用适度质量理念，根据产品用途和要求确定合理的质量标准通过精益生产减少浪费；优化工艺减少严格控制熔炼和浇注工艺参数；加强操作人员培训；建立完善的质量检测和追溯体系应用统计过程控制SPC方加工余量；合理选择材料，避免过度规格；加强预防性维护减少设备故障；建立供应商评价体系，保证原材料性法持续监控关键参数，及时发现和解决异常价比；推行全员质量意识，减少人为错误和返工本课程为铸造工艺的基础入门课程，后续还可学习《铸造模具设计》、《特种铸造工艺》、《铸造自动化技术》等专业课程，深化知识体系铸造技术是一门兼具理论与实践的学科，建议学习者在掌握基本理论的同时，多参与实践操作，积累工程经验欢迎提出更多关于铸造工艺的问题，也可以在课后通过电子邮件或学习平台与教师团队保持交流祝各位学习顺利，在铸造领域取得优异成绩！。