铸造缺陷及预防培训讲义

1、勤奋敬业 追求卓越差压铸造操作要点及注差压铸造操作要点及注意事项意事项勤奋敬业 追求卓越 差压铸造是上个世纪60年代发展起来的铸造新方法，这种方法源于低压铸造，它兼有低压铸造和压力釜的特点，因此一经出现就体现出巨大的生命力，1961年保加利亚索菲亚铸造研究所在低压铸造的基础上研制了差压铸造法，该方法与传统重力铸造、真空吸铸以及低压铸造相比，在复杂薄壁件生产中显示出明显的优势，受到广泛关注。保加利亚在1974年举办的展览会上展出了能生产出达100Kg的复杂铝合金铸件的差压设备，标志着差压铸造工艺已经成熟。勤奋敬业 追求卓越 随着国内制造业水平的提高，差压铸造主机设备的性能也将得到提高，并朝着多用

2、化、专业化、标准化的方向发展。差压铸造过程控制系统经历了模拟调节器，数字PID控制发展阶段，正在向智能控制和混合智能控制的方向发展，控制系统由最初的手动阀门，眼睛观测仪表演变到计算机程序控制，各种电磁阀、数字组合阀以及各种温度传感器的使用，使得信号采集处理，操作控制、反馈补偿更加准确及时，控制精度更高。勤奋敬业 追求卓越 差压铸造的工作原理是将铸型和坩埚分别置于主体部分的上下两个互相隔绝又可相互连通的密闭压力筒内；经密封后，在上下筒体内通入预定压力的干燥气体介质，达到平衡后，采用一定的方法（减压法或增压法）使下筒的压力比上筒的压力高，金属液在压力的作用下自下而上充型，铸型充满后增压、保压，铸件

3、在较高的压力下结晶凝固，然后解除压力，使剩余的金属液流回坩埚，最后卸除环境压力。勤奋敬业 追求卓越勤奋敬业 追求卓越1.4勤奋敬业 追求卓越(1)减少铸件针孔缺陷。由于差压铸造的压力较高、氢在铝液中溶解度增大，再加上在高压下金属凝固速度提高，合金凝固时H来不及析出而以原子态存在于铸件内,从而使针孔大为减少。(2)改善铸件表面的质量。在液态金属填充铸型时，型壁的沟纹或粗糙部分会存在一层气体薄膜。阻碍液态金属侵入凹坑的能力强，因而铸件表面的粗糙度就较小。(3)差压铸造可明显减少大型复杂铸件凝固时的热裂倾向。由于差压铸造有极强的补缩能力，可及时充填出现的缩孔及微裂纹，在一定程度“焊合”消除了一些热裂

4、的隐患。勤奋敬业 追求卓越(4)差压铸造的补缩能力是低压铸造的45倍。型腔中的液态金属在凝固的过程中只有在形成的固相骨架能承担住外界气体的压力(大气压、差压铸造时的上筒压力)时才有形成缩松、缩孔的机会；否则在外界的压力的作用下会将这些都是真空的大大小小的孔隙压缩，使之消失，因此铸件在各种成型方式下其外界压力都参与补缩。 (5)差压铸造空气密度大导热速度快，因此可减少凝固时间2025，亦即提高凝固速度，使其晶粒也有所细化。勤奋敬业 追求卓越(1)压力下结晶使气体以非气孔的形式残存在金属液中，这对在较高温度下工作的零件的尺寸稳定性及强度均有不良影响; (2)铸型内反压力较大影响液态金属的填充能力，

5、铝液表面形成的氧化膜不仅要带入铸型中而且由于它的存在使铝液表面张力大大提高，影响对铸型薄壁部位的充填; (3)高密度空气导热系数大，尤其是金属模具同步进气时降温严重，影响液态金属的充填。勤奋敬业 追求卓越 我单位经常生产致密性要求较高的铝合金壳体类铸件一般采用粘土砂干型、二氧化碳硬化树脂砂内芯、差压铸造工艺生产。浇注出来的铸件经常会出现疏松、针孔、气孔、缩孔、等铸造缺陷。 下面就以这些压差铸造过程经常遇到的铸造缺陷为例来分析讨论操作者在操作过程中需要注意的事项和要点：勤奋敬业 追求卓越1疏松疏松 疏松的特征铸件断面上有分散或细小的缩孔，有时借助放大镜，甚至显微镜才能发现，称为缩松。铝液在凝固时

6、形成晶核并长大，枝晶长成骨架，把未凝固的最后铝液分割成孤立小熔池，使这些小熔池铝液凝固时的体收缩导致的体积亏损难于得到补偿，结果形成许多细小而分散的小孔，即缩松。疏松是铸造工作者最常见也最难解决的缺陷，由于液态金属在凝固的同时伴随着体收缩和线收缩，因此工艺设计和生产操作不当都会导致铸件内部形成疏松缺陷，解决疏松缺陷重点考虑以下几方面：勤奋敬业 追求卓越1.1工艺设计工艺设计 工艺设计时考虑铸件从上到下、从距离缝隙浇道最远端到缝隙浇道顺序凝固的原则。同时保证合金在浇注系统内由缝隙浇道（内浇道）、过度浇道、横浇道到连接升液管口的直浇道顺序凝固。这样可以保证铸件补缩通道畅通，压力能够传递，充分发挥压

7、差铸造压力补缩的优势。在操作时可以采取设置冷铁调节铸件局部凝固速度，增设缝隙浇道缩短铸件在凝固时补缩距离等具体工艺措施。勤奋敬业 追求卓越1.21.2金属液的质量金属液的质量 金属液的质量对铸件疏松缺陷影响非常大，若金属液的质量较差，氧化夹杂严重会使金属液粘度增大，不利于铸件补缩，而且两个相邻的氧化膜为形成初期裂纹提供位置和机会，凝固时补缩不足，会在这些区域形成微缩松，即氧化膜容易形成疏松源。因此在金属炉料选用尽量使用纯净度高的原材料，少用回炉料，杜绝使用坩埚最底部的炉底水回收锭。熔炼过程中尽可能减少金属液的搅动，充分进行除气、排渣。勤奋敬业 追求卓越1.3工艺参数选择工艺参数选择 在满足铸型

8、充满的情况下，充型速度宜选择下限，这样既可以避免充气时产生紊流、飞溅造成氧化夹杂，又能增加金属液对浇道的烘烤时间，调整铸件凝固速度，强化顺序凝固效果；增压压差要大，因为加压凝固能够强化合金凝固期间补缩能力，从而充填枝晶间的微缩孔，但选择增压压力也不是越大越好还要充分考虑到铸件变形及粘砂、跑火等其它因素。勤奋敬业 追求卓越2针孔针孔 从理论上讲，原子氢在铝液中溶解与系统压力有关，采用差压铸造工艺时，金属液是在压力下充型、压力下结晶，因此氢在铝液中的溶解度增大，加上在压力下金属凝固速度提高，合金凝固时H来不及析出而以原子态存在于铸件内，从而使针孔大大减少。但是工艺及过程控制不当也会形成针孔缺陷。解

9、决针孔问题首先从两个途径来采取措施：一是降低金属液中原始气体的含量，即“防”和“排”；二是阻止气体析出，即“溶”，其次要设计合理的工艺来防止针孔缺陷产生。勤奋敬业 追求卓越2.1降低金属液中气体的含量降低金属液中气体的含量 炉料熔化前进行喷砂、烘烤，去除炉料表面的油污、水分和有机物，减少熔炼过程中的油污、水分和有机物在高温下反应产生的氢原子进入金属液中；在加入炉料之前对熔化炉和熔炼工具进行预热，使炉中的水分充分蒸干，控制金属液熔炼和处理过程中的温度使之不要过高，避免金属液与水汽发生剧烈反应；在熔炼处理过程中尽量避免对金属液的搅拌。熔炼后的金属液加覆盖剂，防止金属液与空气进行接触；浇注前对金属液

10、进行精炼，去除已经溶入金属液内部的气体，除气后立即扒渣、浇注，不可停留过久，防止再吸气；给定合理的铸造工艺参数，应避免金属液在升液和浇注过程中浇道和型腔中产生紊流、翻腾、飞溅等，以保证金属液熔体的平稳传输。勤奋敬业 追求卓越2.2阻止气体析出阻止气体析出 阻止铸型内金属液析出气体，首先就要增大金属液的气体溶解度，金属液在压力下凝固，增大压力能够提高金属液的溶解度，所以在压差铸造过程中避免在气源压力不足条件下浇注，设备出现问题必须立即修复。其次增大冷却速度，铸件冷却速度越快，凝固区域就越小，枝晶不易封闭液相，而且凝固速度越大，产生的过饱和浓度区和析出气泡存在时间就越小，气体来不及扩散，气孔不容易

11、析出，差压铸造中在满足浇注成型的情况下通过降低浇注温度或铸型型温来增大其冷却速度。勤奋敬业 追求卓越2.3设计合理的铸造工艺设计合理的铸造工艺 做好“防”、“排”、“溶”的同时我们还要充分考虑工艺设计对针孔的影响。工艺设计不合理会导致液体补缩通道过早“冻结”，这样使压力不能顺序传递，因此最后凝固部分的金属液实际上处在自由凝固状态，随着温度的降低，气体在金属液中的溶解度急剧下降，原子氢析出变成分子氢而形成针孔。因此在工艺设计时冷铁的尺寸、材料选择要适当，激冷作用不宜过强，以免阻隔了差压铸造中压力传递的通道，使得压力无法传递，随着凝固的进行铸件局部形成孤岛，在孤岛区富集的氢会析出聚集。勤奋敬业 追

12、求卓越3气孔气孔 气孔的特征是在铸件表面和内部存在有孔洞，呈圆形、椭圆或不规则形，有时由多个孔组成气孔群。孔内无其它物质存在，大多表面较光滑，这种缺陷称气孔缺陷。气孔的种类较多，有时弥散分布在铸件各处，有时只有个别部位有气孔。在铸件表皮下有气孔，又称为皮下气孔，一般呈泪滴状，经机械加工后才会发现。勤奋敬业 追求卓越 铸件出现气孔缺陷要根据具体情况来判断形成原因和制定相应解决措施。若气孔较大、连续出现气孔缺陷的铸件浇注日期比较接近，首先要检查升液管是否漏气，升液管经过多次使用、长时间浸泡在金属液中会被腐蚀，局部位置腐蚀过快就会形成凹坑，随着腐蚀时间的延长凹坑越来越深直至漏气。在日常操作中初次使用

13、的升液管和使用时间较长的升液管在使用前必须经过认真检查，发现凹坑及时更换；勤奋敬业 追求卓越 若气孔存在于铸件表面特别是存在于与金属冷铁接触面位置，则为冷铁表面存在油污或浇注前冷铁表面烘烤不干，因此冷铁使用前要经过喷砂处理，浇注前要对冷铁表面进行均匀烘烤，生产过程中冷铁激冷面面积过大通常在激冷面钻5-8的小通孔，然后用型砂将小通孔密封，用来增强冷铁激冷面在浇注时的排气能力。另外铸型烘烤不干和浇注速度过快也会形成气孔影响铸件质量；树脂砂发气量大，开设砂芯向外引气气道措施对于避免铸件产生气孔也非常必要。勤奋敬业 追求卓越4砂眼砂眼 砂眼的特征是铸件表面或内部包容着砂粒的孔穴，称之为砂眼缺陷，铸件表

14、面的砂眼，清理时砂粒脱落而留下孔穴。坭芯的紧实度和砂粒间的结合力是影响砂眼的重要因素。坭芯的紧实度不足，砂粒间的孔隙大，铝液就易于钻入；砂粒间结合力弱，钻入砂粒间的铝液就会把砂粒挤出来形成砂眼。在流动的铝液冲刷力作用下，砂粒间结合力弱，砂粒也会被冲刷下来，砂眼是砂型铸造方法最常见的缺陷之一 ，而砂型差压铸造更容易引起砂眼缺陷。解决砂眼缺陷应注意从以下几方面入手 ：勤奋敬业 追求卓越 差压铸造浇道多、金属液流程长并且对铸型冲刷力大，因此浇注时在满足充满型腔条件下浇注速度越慢越好；在造型过程中注意缝隙浇道与铸件之间拐角处的型砂紧实度，此处在造型时空间狭小，型砂流动性差，紧实度低，要单独用手舂对此处

15、进行舂砂，修型时采用圆角过渡避免出现尖角，刷涂料时对此处多刷一遍涂料以增加紧实度和表面强度；勤奋敬业 追求卓越清理干净陶瓷过滤网处的浮砂，陶瓷过滤网虽能有效去除金属液的氧化夹杂，但在安放固定时容易造成该处铸型产生浮砂，在合箱前要特别注意将此处浮砂清理干净；在合箱前认真清理型腔，吹净表面浮砂，铸型若局部起皮必须认真清理，重新修补、刷涂料、烘烤，合箱过程中特别注意砂型磕碰、摩擦引起掉砂。最重要的是需要从基本抓起，提高型芯的型砂强度以及造型和制芯的紧实度。勤奋敬业 追求卓越 5缩孔缩孔 缩孔的特征是在铸件表面或内部存在有形状极不规则的孔，孔壁粗糙并带有枝状晶，这种缺陷称为缩孔。铸件某些部位，通常是最

16、后凝固的热节处，因铝液液态和凝固时期体收缩不能得到液态铝合金及时补偿，从而在该处产生缩孔。勤奋敬业 追求卓越 差压铸造方法生产的铸件缩孔一般出现在缝隙浇道根部，这种情况首先要检查炉底水是否充足，其次要检查升液管是否漏气，再次检查升液管口烘烤温度是否过低，管口过早凝结使补缩压力不能顺利传递也会造成铸件缩孔，最后检查铸件保压时间，保压时间短铸件未完全凝固前金属液回流也是形成铸件缩孔缺陷的重要因素。勤奋敬业 追求卓越 6错箱错箱 铸件较高的壳体内芯一般整体做出，而外型由砂箱叠箱组成，如果操作不当合箱后就会出现错箱，而错箱容易致使壳体铸件外圆加工余量不足。错箱情况分为两种，一种是整箱错箱，如图一所示：

17、单个砂箱整体偏向一侧，导致砂箱轴心与砂芯轴心不同轴且轴心处于平行状态，这时铸件整体壁厚差都比较大；第二种是下侧错箱，如图二所示：砂箱与砂芯的轴心成一定的角度，此时砂箱上平面铸件壁厚经过调整后比较均匀，但下平面铸件壁厚差大。勤奋敬业 追求卓越铸件铸型砂芯图一：整箱错箱勤奋敬业 追求卓越 6.1整箱错箱整箱错箱 造成砂箱整箱错箱通常为在壁厚调整后砂箱未紧固前砂箱吊运过程中两侧钢丝绳对砂箱的作用力不均致使砂箱移动，采用平衡吊吊运让钢丝绳垂直于箱柄而不接触砂箱可避免错箱。在造型和合箱时采用金属定位销定位即能省掉壁厚调整工序，又可杜绝此类错箱缺陷，此方法虽好但对砂箱质量要求极为严格，增加了铸件生产成本，

18、在能够保证加工余量时我公司基本选用通用砂箱，因此很少采用金属定位销定位方法。勤奋敬业 追求卓越砂芯铸件铸型图二:下侧错箱勤奋敬业 追求卓越 6.2下侧错箱下侧错箱 下侧错箱实际上就是砂芯与铸型不同轴，解决下侧错箱缺陷从三点入手：1造型前检查铸型模具与造型底板是否垂直；2制芯前检查砂芯与制芯底板是否垂直；3检查芯骨与制芯芯座和铸型砂箱上的合芯芯座是否垂直。以上三点只要一点出现不垂直都会导致铸件合箱时每个砂箱上平面在壁厚调整均匀后砂箱下平面铸件壁厚差大。因此在造型、制芯前都要吹净模具、芯盒、芯骨、芯座、造型和制芯所用的底板表面浮砂，认真检查模具、芯盒、芯骨与底板或芯座的接触面是否有毛刺、飞边或局部

19、凸起，并及时进行修理。勤奋敬业 追求卓越7壁厚超差壁厚超差 有重量要求的壳体类铸件对壁厚尺寸公差非常严格，壁厚偏厚铸件重量会超差，壁厚偏薄则铸件局部强度不能满足使用要求。壳体类铸件一般内腔为铸造毛坯面而外圆需要进行机械加工，因此铸件内腔质量决定壁厚质量，形成铸件内腔的砂芯质量对壁厚影响最大，其次是铸件变形。影响砂芯质量因素分为三种，第一种影响因素是芯盒缩尺设置不合理，第二种影响因素是砂芯变形，第三种影响因素是砂芯退让性不稳定。勤奋敬业 追求卓越7.1芯盒缩尺芯盒缩尺 芯盒缩尺主要依据铸件材质而定，但是制造砂芯所用的造型材料，铸件的形状、结构等也会对铸件内腔尺寸有一定的影响，芯盒缩尺设置偏大则铸

20、件外圆加工后壁厚值偏薄，反之芯盒缩尺设置偏小则铸件壁厚值偏厚。铸造工艺设计人员通过大量的数据总结和实践摸索才能在模具设计时给定铸件合理的缩尺。 7.2砂芯变形砂芯变形 砂芯变形对铸件壁厚质量影响非常大，芯盒质量是保证砂芯质量的最基本条件，长期使用的芯盒要定期进行检测。芯盒分盒面存在局部高点或飞边、毛刺都会使芯盒不能卡紧而造成垂直于分盒面方向的径向尺寸增大，因此每次在制芯前都需要对芯盒认真检查及修锉。为了容易脱模，在砂芯硬化前需轻轻地对芯盒进行震击，震击力度要均匀，否则也会导致砂芯变形。勤奋敬业 追求卓越7.3砂芯退让性砂芯退让性 树脂加入量是影响砂芯退让性最重要的因素。其次同一个芯盒不同操作者

21、制芯砂芯的退让性都有差别，男职工比女职工力量大，制芯紧实度高，铸出的铸件内腔偏大，因此对壁厚要求较高的关重铸件尽量固定制芯操作者。再次砂粒粒度对砂芯退让性也存在影响，砂粒粒度小，则砂粒表面积增大，消耗的树脂多，增加了砂芯强度，同时砂粒间隙变小使铸件收缩所受的阻力增大，也会使砂芯的退让性变差。2.7.4铸件变形铸件变形 铸件浇注完成至加工外圆过程中变形也会影响铸件壁厚质量，因此浇注至打箱间隔时间不能过短，打箱过程中轻震浇冒口尽量避免直接敲击铸件。切割、转运、喷砂等后续处理工序铸件必须轻拿轻放不能磕碰。勤奋敬业 追求卓越 8跑火跑火 跑火是差压铸造操作人员最头疼的问题，一旦发生跑火，不仅铸件报废造

22、成浪费，而且跑火后金属液容易堵塞排气管道，设备维修困难。跑火发生在两个部位：升液管口和铸型。勤奋敬业 追求卓越8.1升液管口跑火升液管口跑火 差压铸造升液管口和砂箱在接触面垫石棉垫进行密封，但砂箱底面不平整或直浇道对正管口偏差过大会导致密封不严而跑火，扣箱前必须认真检查砂箱底面，及时刮去高点、抹平凹坑，对修复部位刷涂料烘烤；扣箱时仔细观察，确保直浇道与升液管口对正。铸型自重小于抬箱力也是造成升液管口部位跑火的原因之一，因此对于铸型自重小、抬箱力大的铸型在浇注时在砂箱上放压铁或用工装将砂箱固定在中隔板上。勤奋敬业 追求卓越8.2铸型跑火铸型跑火 铸型跑火可查看跑火具体位置：在分型面处跑火则为分型

23、面不平整石棉绳或封箱膏对型腔密封不严；在铸型上跑火则是砂型吃砂量小或砂型有裂纹影响铸型强度，差压铸造铸件充满型腔还要进行增压，对铸型的强度要求非常高。造型时要留有足够吃砂量满足铸型强度要求，扣箱时认真检查、修补型腔和分型面，确保不跑火条件下才能进行合箱浇注。 勤奋敬业 追求卓越9冷隔冷隔 冷隔的特征是铸件上有穿透或不穿透的，边缘呈圆角壮的缝，不能完全融为一体的缺陷，称冷隔。更严重时，则铸件就会残缺，或轮廓不完整，称浇不足。冷隔常出现在远离内浇道处，在铸件薄壁处和厚薄连接处以及金属流汇合处。 最轻的冷隔只是一条带有圆角棱边的浅槽。提高浇注温度、浇注速度、铸型温度都能解决冷隔缺陷，但具体情况要具体分析，工艺人员应根据现场实际生产环境采取相应的工艺措施。勤奋敬业 追求卓越10夹渣夹渣 夹渣的特征是铸件上有明的（铸件表面）或暗的（铸件内部），外形不规则的孔，孔内全部或局部被熔渣（多数是氧化夹渣）所填塞，这种缺陷称夹渣夹渣形成的时间先后可以分为一次夹渣和二次夹渣。 因为铝液在熔炼过程中产生且未清除干净，或浇注时挡渣不良，或浇注系统设置不当，造成渣滓随铝液进入型腔中形成夹渣缺陷，这类夹渣称为一次夹渣。 防止一次夹渣需选用干净的铝锭，减少铝液熔炼过程和浇注过程中产生氧化夹渣，浇注系统中设置集渣包和过滤网（块），强化挡渣能力。 铝液在进入型腔后，由于冲刷、紊