《金工实习》第2章 铸 造

第2章铸造2.1概述2.2砂型铸造2.3特种铸造下一页返回第2章铸造掌握手工造型的基本方法和砂型铸造工艺，了解常用铸造合金的熔炼方法和常见铸造缺陷产生的原因，能独立进行整模、分模、挖砂等两箱手工造型操作;了解常用特种铸造的主要原理、特点和应用。上一页返回2.1概述铸造是指熔炼金属、制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。铸造成型实质上是利用熔融金属的流动性能实现成型。铸造成型具有以下主要特点。1.铸造的适应性强铸造成型方法几手不受工件的形状、尺寸、重量和生产批量的限制。铸造材料可以是铸铁、铸钢、铸造非铁合金等各种金属材料，高分子材料、陶瓷材料等一也可采用类似的液态成型。2.成本较低铸造用原材料来源广泛，价格低廉，并可直接利用废机件和切屑。铸件的形状和尺寸接近于零件，能节省金属材料和切削加工工时。下一页返回2.1概述3.铸件的组织性能较差铸件晶粒粗大(铸态组织)，化学成分不均匀，其力学性能较差，铸件废品率较高。铸造常用于制造形状复杂或大型工件、承受静载荷及压应力的机械零件，如床身、机座、支架、箱体等。4.铸造工序较多，劳动条件较差铸造成型的方法很多，主要分为砂型铸造和特种铸造两类。砂型铸造是口前砂型铸造应用最广泛的一种铸造方法，其生产的铸件约占铸件总量的80%以上，砂型铸造的一般工艺过程如图2-1所示。上一页返回2.2砂型铸造2.2.1型(芯)砂型砂(或型芯砂)是制造砂型(或型芯)的材料，它的质量对铸件质量有很大的影响，如果型砂(或型芯砂)的质量不好，就可能使铸件产生气孔、砂眼、粘砂和夹砂等缺陷。1.型砂应具备的性能(1)可塑性。造型时型砂在外力的作用下能塑制成型，而当除掉外力并取出模样(或打开型芯盒)后，仍能保持不变的、清楚的轮廓形状的能力称为可塑性。型砂的可塑性随含水量(质量分数在8%以下)及黏结剂量的增加而提高，随原砂粒度的增大而降低。可塑性好的型砂，手感柔软，易成型，易起模。下一页返回2.2砂型铸造(2)强度。制成的砂型在外力作用下，不变形、不破碎的能力称为强度。型砂具有较高的强度，是保证砂型在搬运和浇注过程中不变形、不掉砂、不塌箱的基本要求。型砂中黏结剂含量多、原砂颗粒细小或不均时，都可提高其强度。(3)透气性。型砂能让气体通过的能力称为透气性。液体金属浇入腔后，铸型中新生的和残存的气体，都必须穿过型砂排出，否则就可能残留在铸件内而产生气孔。原砂颗粒越粗大越均匀、黍占结剂含量低;水分适当(质量分数为4%~6%)或加入易燃的附加物等均可改善型砂的透气性。(4)耐火度。型砂经受高温液体金属的作用后，型砂不被烧焦、不熔融、不软化的能力称为耐火度。型砂耐火性低会使铸件表面产生一层难以清除的粘砂层，使铸件表面粗糙，对切削加工非常不利。上一页下一页返回2.2砂型铸造型砂的

含量高、砂粒粗而圆，则耐火度就高;当型砂中黏结剂含量高、碱性物质含量高时，则会降低型砂的耐火度。(5)退让性。型砂的体积能被压缩的性能称为退让性。型砂的退让性差，会阻碍铸件凝固后的继续收缩，使铸件产生很大的内应力，甚至引起铸件变形或开裂。原砂细小均匀、黍占结剂含量多，都会降低型砂的退让性;加入可燃性附加物，可提高型砂的退让性。(6)耐用性。型砂经过重复使用后，仍能保持其本身品质的能力叫耐用性。经过使用的型砂，由于高温液体金属的作用，部分砂粒发生破碎，灰分增多，再用时必须再加适量的新砂。如果型砂的耐用性好，则需加入新砂的量就可以减少，能降低生产成本。由于型芯多置于铸型型腔的内部，浇注后其周围被高温液体金属包围，工作条件差，所以对型芯砂的性能要求要比型砂高一些。上一页下一页返回2.2砂型铸造对于尺寸小，形状复杂或重要的型芯，可用桐油、亚麻仁油等植物油作为黏结剂，以便提高型芯砂的性能。但是，由于植物油是重要的工业原料，成本高，应尽量少用。2.型砂的组成(1)原砂。原砂即新砂，一般采自海、河或山地，但并非所有的砂子都能用于铸造，铸造用砂应控制。①化学成分。砂的主要成分是石英和少量杂质(钠、钾、钙、铁等氧化物)。石英的化学成分是二氧化硅()，它的熔点高达

，原砂中

含量越高，其耐火性越好。铸造用砂

的质量分数为85%~97%。上一页下一页返回2.2砂型铸造②粒度与形状。砂粒愈大，则耐火性和透气性越好。原砂粒度可通过标准筛过筛测定。标准筛筛号分为:6 、12、20、30、40、50、70、100、140、200和270。筛号表示每英寸长度上筛孔的数口，筛号越大则表示砂的粒度越细，常用的是50~200号筛。砂粒的形状可分为圆形、多角形和尖角形。一般铸铁湿型砂多采用颗粒均匀的圆形或多角形的天然硅砂或硅长石砂;高熔点金属铸件造型用砂需选用含量高的粗砂，以保证浇注时砂粒不被高温金属液烧熔。(2)黏结剂。用来黏结砂粒的材料称为黏结剂，如水玻璃、桐油、干性植物油、树脂和黏土等。上一页下一页返回2.2砂型铸造前几种的黏性比黏土好，但价格贵，且材料来源不广;黏土是价廉而又资源丰富的黏结剂，有一定的黏结强度。黏土主要分为普通黏土和膨润土。湿型砂普遍采用黏结性能较好的膨润土，而干型砂多用普通黏土。(3)附加物。为改善型砂某些性能而加入的材料称为附加物，常用的附加物如下。①煤粉、重油。浇注时煤粉和重油在砂型中不完全燃烧，产生还原性气体薄膜，将高温金属液与砂型壁隔开，减少金属液对砂型的热力作用与化学作用，因而有助于降低铸件的表面粗糙度值。②锯木屑。锯木屑等纤维物加入需烘烤的砂型和型芯中，当烘烤时锯木屑烧掉，在砂型中留下空隙，从而使型砂有更好的退让性和透气性。上一页下一页返回2.2砂型铸造(4)水。黏土砂中的水分对型砂性能和铸件质量影响极大。干态黏土是不能将型砂黏结的，黏土只有被水润湿后，其黏性才能发挥。水分太少则型砂干而脆，造型起模有困难;水分过多则型砂过湿，以致形成可流动的黏土浆，不仅型砂强度低而且造型时易黏模，使造型操作困难。当黏土与水分的质量比为3:1时，型砂强度可达最大值。(5)涂料和扑料。为了提高砂型的耐火度，防止粘砂，铸铁件的干型用石墨粉和少量黏土的水涂料;湿型则用石墨粉扑撒一层到砂型上;非铁金属件铸型用滑石粉做涂料或扑料;铸钢件用硅粉和镁砂粉做涂料。3.型砂的配制型砂和型芯砂的组成物，必须按适当的比例进行配制，才能全面保证型砂(型芯砂)应该具备的性能。在生产中，型砂的配制比例(质量比)有很多种，普遍应用的有如下几种。上一页下一页返回2.2砂型铸造(1)铸铁件(湿型、新砂)。粒度70~140号筛的新砂100%，膨润土4%~6%,煤粉5%~6%，水分3%~4.5%。(2)铸钢件(湿型、新砂)。粒度40~70号筛的新砂100%，膨润土9%~10%,碳酸钠0.2%，糊精0.2%~0.4%，水分4%左右。(3)铸钢件(水玻璃砂，一次性)。粒度40~70号筛的新砂100%，水玻璃5%~7%，膨润土1%~4%，还可加少量的水和NaOH，造型后向砂型中吹入，发生如下反应:上述反应进行很快，一般仅需吹入气体3min左右，型砂即可硬化。上一页下一页返回2.2砂型铸造(4)铸铁件(复用砂、湿型)。粒度100~200号筛的新砂20%，回用砂75%，膨润土3%~4%，煤粉0.5%~1%，水3.5%。(5)铸钢件(复用砂，表干型)。粒度40~70号筛的新砂20%~80%,回用砂80%~20%，膨润土s%左右，纸浆1.5%左右，水5%。(6)铸铜、铸铝件(复用砂、湿型)。粒度140~220号筛的新砂20%,回用砂80%，月彭润土1.5%，水4%~5%。4.型砂的混制型砂配制可用混砂机或人工混制。常用的碾轮式混砂机中有两只转动的碾轮和刮刀，利用碾轮的碾压和揉搓作用，将各种材料混合均匀。上一页下一页返回2.2砂型铸造混制时，按一定比例先后加入新砂、旧砂、膨润土和煤粉等，干混2~3min，然后加入一定量的水，再湿混10min左右即可从出砂口卸出，堆放4~5h(黏土砂)进行回性处理，使用前再经过筛砂或松砂处理。配制好的型砂必须经过性能检验后才能使用。大型铸造车间常用型砂试验仪进行检验。单件小批生产的铸造车间多用手捏砂团的经验方法检验型砂的性能，如图2-2所示。2.2.2砂型铸造的工模具模样、芯盒与砂箱是砂型铸造时常使用的主要工艺装备。除此之外还有一些常用的造型工具及辅具。上一页下一页返回2.2砂型铸造1.模样和芯盒模样是用来形成铸型型腔的，其形状应与铸件外形相似。芯盒是用来制造砂芯的，砂芯是形成铸件内腔的，其形状应与铸件内腔相似。从芯盒的分型面与内腔结构来看，芯盒的常用结构形式有分开式、整体式和可拆式，如图2-3所示。模样与芯盒的材质，主要用术材，故常称术模;批量大时，一也可用金属模型。制造模样和芯盒时，应合理地选择浇注位置和分型面，以便模样能够从铸型中取出;浇注位置是指铸件在铸型中安放的位置。分型面是指上砂型与下砂型的分界面。确定浇注位置和分型面的原则如下。上一页下一页返回2.2砂型铸造(1)确定浇注位置的原则。①铸件上重要的工作面和加工面，浇注时应该朝下或置于侧面。因为铸件顶面的缺陷比下表面多，而且组织也不如下表面致密。例如图2-4为车床床身铸件的浇注位置，一般情况下，将导轨面朝下。②有大平面的铸件，浇注时应将大平面朝下，以避免大平面上产生夹砂缺陷。例如图2-5是平板铸件浇注位置。③尽量减少芯子的数量。图2-6为车床床腿两种浇注位置方案。b方案的中间空腔用砂胎来形成，可减少造芯和下芯工作量。(2)确定分型面的原则。①尽量把铸件放在一个砂箱内，而且尽可能放在下箱，以减少错箱和提高铸件精度。上一页下一页返回2.2砂型铸造②机器造型时不允许用三个砂箱造型(有两个分型面)和带活块的造型。③分型面应尽量选取在铸件最大截面处，以便造型。如图2-7所示为双联齿轮手工造型的三种分型方案，双联齿轮的形状为两端截面大，中间截面小，显然，采用图2-7(a)方案的分型面处在铸件最小截面，不能起模;而采用图2-7(b)及(c)方案的部位均与铸件的两个最大截面重合，均可起模;但采用图2-7(b)方案使铸件形体位于上、中两箱中，易产生错箱，而图2-7(c)方案使铸件形体全部位于中箱中，不会因上箱、中箱错箱影响铸件形状位置精度。2.砂箱砂箱是铸造生产常用的工装，造型时，用来容纳和支承砂型;浇注时，砂箱对砂型起固定作用。上一页下一页返回2.2砂型铸造图2-8(a)为小型砂箱，用于浇注尺寸较小的铸件;图2-8(b)为大型砂箱，用于浇注尺寸较大的铸件。合理选用砂箱可以提高铸件质量和劳动生产率，减轻劳动强度。3.造型工具及辅具常用的造型工具及辅具如图2-9所示。2.2.3造型方法图2-10为合箱后的砂型。被春紧在上、下砂箱中的型砂与上、下砂箱一起，分别被称为上型和下型。将模样从砂型中取出后，留下的空腔称为型腔。上、下型之间的分界面称为分型面。图2-10中型腔内有黑点的部分表示型芯，用来形成铸件上的孔，型芯上用来安放和固定型芯的部分，叫做芯头，芯头安放在芯座内。上一页下一页返回2.2砂型铸造浇注时，金属液从浇口杯浇入，经直浇道、横浇道、内浇道流入型腔。型腔的最高处开有出气口，型腔上方的砂型中有用通气针扎成的通气孔，用来排出型腔中及砂型和型芯中产生的气体。通过出气口还可观察金属液是否已浇满型腔。造型分为手工造型和机器造型两类。1.手工造型造型主要工序为填砂、春砂、起模和修型。填砂是将型砂填充到已放置好模样的砂箱内，春砂则是把砂箱内的型砂紧实，起模是把形成型腔的模样从砂型中取出，修型是起模后对砂型损伤处进行修理的过程。手工造型是指全部用手工或手动工具完成的造型工序。上一页下一页返回2.2砂型铸造手工造型操作技术基本要点。(1)造型前，要准备好造型工具、选择适当的砂箱、擦净模样、备好型砂。(2)摆放模样时，要注意起模斜度的方向和位置。(3)开始填砂时，要先用手按住模样，并用手将模样周围的型砂塞紧，防止模样发生位移;如果砂箱较高，型砂应分几次填入。(4)春砂时，春砂锤应按一定的路线均匀行进，用力要适当，并注意春砂锤不能春击在模样上。(5)下型做好之后，必须在分型面上均匀地撒上一层无手性的分型砂，然后再造上型。(6)上型做好刮平后，应在模型投影面的上方均匀地扎好通气孔。上一页下一页返回2.2砂型铸造(7)浇口杯的内表面要修光，它与直浇道的连接处应修成圆滑过渡的表面。(8)整个砂型做好之后，应在砂箱外壁两个相邻直角边的远距离的分型面处，粘敷一块砂泥，做出合箱记号(也叫合箱线)，然后才能开箱起模。(9)起模时，要先用毛笔沾点水，均匀地刷在模样周围的型砂上，以便增加这部分型砂的湿度;起模操作要精心平稳。(10)起模后要精心修补砂型，并同时开出内浇道。(11)修型完毕，即可合箱，准备浇注。上一页下一页返回2.2砂型铸造手工造型按起模特点可分为整模、分模、挖砂、活块、三箱等造型方法。(1)整模造型。如果模样的最大截面处于一端且为平面，使该端位于分型面处即可起模，这种造型方法称为整模造型。整模造型模样是整体结构，操作简单，不会产生错型缺陷，适用于形状简单的铸件，如盘类、齿轮、轴承座等铸件。整模造型过程如图2-11所示。(2)分模造型。如果模样的最大截面处于中间部位，可以将模样从最大截面处分开，在上砂箱和下砂箱中分别造出上半型和下半型，这种造型方法称为分模造型，如图2-12所示。显然，采用分模造型方法铸造回转体类铸件非常方便，但上、下型定位不准时将产生错型缺陷。其造型过程与整模造型基本相同。上一页下一页返回2.2砂型铸造(3)挖砂造型。如果模样的一端为台阶面或曲面，则必须先挖去阻碍起模的型砂。这种造型方法称为挖砂造型，如图2-13所示。显然，挖砂造型的生产率低，劳动强度大。只有在单件小批量生产时，对于端面不平又不便分模的带轮、手轮等零件，才采用挖砂造型。在成批生产时，为避免每型挖砂，可采用假箱造型。先挖砂造假箱下型，再造假箱上型;然后在假箱上型上承托模样造一批下型，再在一批下型上造上型。假箱不用来组成铸型，不参与浇注，假箱造型过程如图2-14所示，或采用成型模板造型，成型模板造型如图2-15所示。这样可大大提高生产率，还可提高铸件质量。(4)活块造型。如果模样上有妨碍起模的部分，应将这部分做成活块。造型时先取出模样的主体部分，如图2-16(a)所示;上一页下一页返回2.2砂型铸造再从旁侧小心地取出活块，如图2-16(b)所示。这种造型方法称为活块造型。显然，采用活块造型方法操作难度较大。在单件小批量生产中，常用活块造型来铸造具有凸台类铸件。成批生产时，可用外砂芯取代活块，如图2-17所示。(5)三箱造型。如果模样两端截面大而中间小，需采用三个砂箱，从两个分型面处分别取出模样。槽轮的三箱造型过程如图2-18所示。显然，采用三箱造型方法操作复杂，生产率低，且要求中砂箱的高度应与中型的模样的高度基本相当。在单件小批量生产中，常用于铸造两端截面较大一类零件的毛坯。在成批大量生产中，可采用带外型芯的分模两箱造型，如图2-19所示。如果槽轮较小，质量要求较高，一也可用带外型芯的整模两箱造型，如图2-20所示。上一页下一页返回2.2砂型铸造(6)刮板造型。如果铸造尺寸较大的回转体或等截面形状的铸件，不用模样而采用特制刮板进行造型的方法称为刮板造型。根据砂型型腔(或砂芯)的表面形状，引导刮板做旋转、直线或曲线运动，如图2-21和图2-22所示。刮板造型能节省制模材料和工时，但对造型工人的技术要求较高，生产率低，多用于单件小批量生产。(7)地坑造型。如果是大型铸件单件生产时，为节省砂箱，降低砂型高度，便于浇注操作，可采用地坑造型。直接在铸造车间的地面坑内造型的方法称为地坑造型。较小铸件可在软砂床内造型，即在地面挖一个坑，填入型砂，放入模样，进行造型。大型铸件则需要在特制的地坑(称硬砂床)内造型，如图2-23所示。上一页下一页返回2.2砂型铸造2.机器造型机器造型是用机器全部地完成或至少完成紧砂操作的造型工序。与手工造型相比，机器造型生产率高;造型时因模板与砂箱有定位导销，定位准确，故铸件尺寸精度较高，表面粗糙度较小。此外，机器造型对工人操作技术要求不高，易于掌握，工人的劳动强度低。但机器造型需要专用设备及专用砂箱和模板等，一次性投资费用大，适用于大量、成批生产的铸件。机器造型时采用模样和底板牢固地组合成一体的模板来造型。模板上有浇口模和定位装置(定位销和定位销孔)。定位装置保证分别在两台造型机上造出的上、下箱精确的合箱。此外，机器造型是专门制造上、下箱的机器配对组成生产线，故不宜用于三箱造型及活块造型。图2-24是常用的震压式造型机造型过程示意图。上一页下一页返回2.2砂型铸造2.2.4造芯型芯主要用来形成铸件的内腔或局部外形。用型芯砂造的型芯一也叫砂芯，根据砂芯的尺寸、形状、生产批量以及技术要求不同，造芯方法也不同。通常有手工造芯和机器根执一造芯两大类。机器造芯的生产率高、紧实均匀、砂芯质量好，适用于成批大量生产。据芯盒材料的不同，手工造芯有塑料芯盒、芯盒射砂、射芯、挤压、震实及压实芯盒等。金属芯盒和术芯盒，而机器造芯有壳芯、根据芯盒结构的不同，芯盒又可分为三种:整体式芯盒，用于形状简单的中、小砂芯，如图2-25(a)所示;对开式芯盒，用于圆形截面的较复杂砂芯，如图2–25(b)所示;可拆式芯盒，用于形状复杂的中、大型砂芯，如图2-25(c)所示。对于内径大于200mm的弯管砂芯，可用刮板造芯。上一页下一页返回2.2砂型铸造为了保证砂芯的尺寸精度、形状精度、强度、透气性和装配稳定性，造芯时应根据砂芯尺寸大小、复杂程度及装配方案采取以下措施。(1)放置芯骨。如图2-26所示，以提高砂芯强度，防止砂芯在制造、搬运、使用中被损坏。(2)开出气孔。如图2-27所示，以便浇注时顺利而迅速地排出砂芯中的气体。砂芯中的排气槽(孔)一定要与砂型的排气道接通。(3)刷涂料。在砂芯表面刷涂料以降低铸件内腔的表面粗糙度值并防止粘砂。铸铁件砂芯常用石墨涂料，铸钢件砂芯则用硅石粉涂料，非铁合金铸件的砂芯可用滑石粉涂料。(4)烘干。烘干砂芯以提高砂芯强度和透气性，减少砂芯在浇注时的发气量。上一页下一页返回2.2砂型铸造芯头必须有足够的尺寸和合适的形状，以保证砂芯在安放时定位准确并稳定可靠。若铸件形状特殊，单靠芯头不能使砂芯牢固固定时，还可以用芯撑加以固定，如图2-28所示，浇注时芯撑和液体金属可以熔焊在一起，但铸件致密性差。2.2.5开设浇注系统与合型1.开设浇注系统浇注系统是指为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。合理选择浇注系统各部分的形状、尺寸和位置，对于获得合格铸件、减少金属的消耗具有重要的意义。若浇注系统设计得不合理，铸件易产生冲砂、砂眼、渣眼、浇不到、气孔和缩孔等缺陷。上一页下一页返回2.2砂型铸造典型的浇注系统由浇u杯、直浇道、横浇道、内浇道组成。如图2-29所示。(1)浇口杯。浇口杯是漏斗形外浇道，单独制造或直接在铸型中形成，成为直浇道顶部的扩大部分。它承接来自浇包的金属液，减缓金属液流的冲击，使金属液平稳地流入直浇道，并具有挡渣和防止气体卷入浇道的作用。(2)直浇道。直浇道是浇注系统中的垂直通道，通常带有一定的锥度。其截面多为圆形。直浇道以其高度产生的静压力，使金属液充满型腔的各个部分。(3)横浇道。横浇道是浇注系统中的水平通道。其截面多为梯形，一般设在上砂型分型面以上的位置。横浇道将金属液分配给各个内浇道并起挡渣作用。

上一页下一页返回2.2砂型铸造(3)横浇道。横浇道是浇注系统中的水平通道。其截面多为梯形，一般设在上砂型分型面以上的位置。横浇道将金属液分配给各个内浇道并起挡渣作用。(4)内浇道。内浇道是浇注系统中引导金属液进入型腔的部分。其截面多为扁梯形或三角形。内浇道的位置应低于横浇道，以便于把横浇道中靠底层的纯净金属液引入型腔。内浇道控制金属液流入型腔的方向和速度，调节铸件各个部分的冷却速度。内浇道的形状、位置和数口，以及导入液流的方向，是决定铸件质量的关键之一。开设内浇道时必须注意以下各点。①尽可能使金属液进入铸型及金属液在型腔中流动的途径最短。上一页下一页返回2.2砂型铸造②应使金属液顺着铸型型腔壁流动，不使其正面冲击铸型和型芯，尤其不允许冲击突出的砂型部分。对于圆形铸件，内浇道应沿切线方向开设，如图2-30所示。③内浇道不要开设在铸件的重要部位。大，力学性能较差。④对于壁厚较均匀，面积较大的盖、罩因为内浇道附近的金属液冷却慢，晶粒粗盘类铸件，应增加内浇道的尺寸和数量，使金属液均匀分散地引入型腔，避免冷隔和变形。⑤壁厚相差不大、收缩不大(如灰铸铁)的铸件，内浇道多开在薄壁处，使铸件各处冷却均匀，有利于减小铸件的内应力。壁厚相差较大，特别是收缩大(如球墨铸铁、铸钢)的铸件，内浇道多开在厚壁处，以保证金属液对铸件的补缩，有利于防止缩孔。上一页下一页返回2.2砂型铸造⑥内浇道与铸型的接合处应带有缩颈，以保证清除浇道时不撕裂铸件，如图2-31所示。按内浇道在铸件上的位置，浇注系统可设计成多种形式。要根据铸件的材料、形状、尺寸和质量要求来选择浇注系统的形式。如一般两箱分模造型的中小型铸件，多采用侧注式浇注系统;对于重量小、高度不大、形状简单以及不易氧化的薄壁和中厚壁铸件，多采用顶注式浇注系统;对易氧化的铝、镁合金大铸件和铸钢件，多采用底注式浇注系统，对高度较大的复杂铸件，可采用阶梯式浇注系统，如图2-32所示。2.合型合型是将铸型的各个组元如上型、下型、型芯、浇口盆等组合成一个完整铸型的过程称为合型。上一页下一页返回2.2砂型铸造合型是制造铸型的最后一道工序，它直接关系到铸件的质量。合型操作不当会造成铸件气孔、砂眼、错型、偏芯、飞边、跑火等缺陷。正确合型后铸型需要紧固，然后准备浇注。2.2.6熔炼与浇注1.熔炼熔炼是指金属由固态通过加热转变成熔融状态的过程。熔炼的任务是提供化学成分和温度都合格的熔融金属液。如果金属液的化学成分不合格就会降低铸件的力学性能和物理性能;金属液的温度过低，就会使铸件产生浇不到、冷隔、气孔和夹渣等缺陷。上一页下一页返回2.2砂型铸造(1)铸铁的熔炼。在铸造生产中，用得最多的合金是铸铁。铸铁通常用冲天炉或电炉来熔炼。(2)冲天炉的构造如图2-33所示，主要由以下几部分组成。①烟囱用于排烟，其上装有能扑灭火花的除尘器。②炉身是冲天炉的主体，外部用钢板制成炉壳，其内砌上耐火炉衬。③炉缸专门用于储存熔融的金属。④前炉用于储存从炉缸中流出的铁液。冲天炉还有称料、运料、上料、送风等辅助设备。冲天炉大小是以每小时熔化的铁液量来表示的。通常冲天炉每小时可熔化铁液量为1.5~10t。考核冲天炉性能的主要技术经济指标是铁焦比，即冲天炉熔炼时，所熔化的铁料质量与消耗的焦炭质量之比。铁焦比一般为8:1~12:1。上一页下一页返回2.2砂型铸造(3)冲天炉的炉料，是装入炉内材料的总称。它包括金属料、燃料和熔剂。①金属料包括新生铁、回炉铁(浇冒口、废铸件和废铁等)、废钢和铁合金(硅铁、锰铁和铬铁等)。新生铁又叫高炉生铁，是炉料的主要成分。利用回炉铁可以降低铸件成本。加入废钢可以降低铁液中的含碳量。各种铁合金的作用是调整铁液的化学成分或配制合金铸铁。②燃料主要是焦炭。要求焦炭含挥发物、灰分及硫量少，发热量高，强度高，块度适中。③熔剂在冶炼过程中，用以降低渣的熔点，使渣流动性增加或便于扒渣的物质称为熔剂。常用的熔剂有石灰石()或氟石()，块度比焦炭略小。加入量为焦炭的质量分数的25%~30%。上一页下一页返回2.2砂型铸造(4)冲天炉的熔化原理。在冲天炉熔化过程中，炉料从加料口装入，自上而下运动。被上升的高温炉气预热，并在熔化区(在底焦顶部，温度约1200℃)开始熔化。铁液在下落过程中又被高温炉气和炽热的焦炭进一步加热(称过热)，温度可达1600℃左右，经过过桥进入前炉。此时温度稍有下降，最后出炉温度约为1360℃~1420℃。从风u进入的风和底焦燃烧后形成的高温炉气，是自下而上流动的，最后变成废气从烟囱排出。所以，冲天炉是利用对流的原理来进行熔化的。在冲天炉熔化过程中，炉内的铁液、焦炭和炉气之间要产生一系列物理、化学变化。一般情况下，铁液由于和炽热的焦炭接触，使含碳量有所增加。焦炭中的硫溶于铁液使硫的质量分数增加约50%。硅、锰等合金元素的含量因烧损而下降。磷的含量基本不变。上一页下一页返回2.2砂型铸造影响冲天炉熔化的主要因素是底焦高度和送风强度等，必须合理控制。冲天炉构造简单，操作较方便，热效率和生产率较高，能连续熔化，成本低，在生产中得到广泛的应用。但铁液质量不稳定，工作环境差。(5)铸钢的熔炼。机械零件的强度、韧性要求较高时，可采用铸钢件。铸钢的熔炼设备有平炉、转炉、电弧炉以及感应电炉等。铸钢车间多采用三相电弧炉。如图2-34所示为典型三相电弧炉)从上面垂直地装入三根石墨电极，通人三相电流后，电极与炉料间产生电弧，用其热量进行熔化、精炼。电弧炉的容量是以一次熔化金属量表示的。一般电弧炉的容量为2~10t,国外最大的电弧炉达400t。上一页下一页返回2.2砂型铸造电弧炉熔炼时，温度容易控制，熔炼质量好，熔炼速度快，开炉、停炉方便。它既可以熔炼碳素钢，一也可以熔炼合金钢。小型铸钢件一也可用工频或中频感应电炉熔炼。(6)非铁合金的熔炼。非铁合金有铜、铝等合金。铝合金的熔炼特点是金属炉料不与燃料直接接触，以减少金属的损耗，保持金属的纯洁。在一般的铸造车间里，铝合金多采用增竭炉熔化，如图2-35所示。铝合金在高温下容易氧化，且吸气(氢气等)能力很强。铝的氧化物()呈固态夹杂物悬浮在铝液中，在铝液表面形成致密的

薄膜，液态合金所吸收的气体被其阻碍而不易排出，便在铸件中产生非金属夹杂物和分散的小气孔，降低其力学性能。为避免铝合金氧化和吸气，熔炼时加入覆盖溶剂(KCl,NaCI,NaF等)，使铝合金液体在熔剂层覆盖下进行熔炼。上一页下一页返回2.2砂型铸造当铝合金液被加热到700℃~730℃时，加入精练熔剂(,等)进行去气精炼，将铝液中溶解的气体和夹杂物带到液面而去除，以净化金属液，提高合金的力学性能。2.浇注将熔融金属从浇包浇入铸型的过程，称为浇注。浇注也是铸造生产中的一个重要环节。浇注工作组织得好坏，浇注工艺是否合理，不仅影响到铸件质量，还涉及工人的安全。浇注前要准备足够数量的浇包。先把浇包内衬修理光滑平整并烘干;整理场地，使浇注场地通畅的走道且无积水。浇注时要严格遵守浇注的操作规程，控制好浇注温度和浇注速度。上一页下一页返回2.2砂型铸造浇注温度过高，铸件收缩大，粘砂严重，晶粒粗大;温度太低，会使铸件产生冷隔和浇不到等缺陷。应根据铸造合金的种类、铸件的结构和尺寸等合理确定浇注温度。铸铁件的浇注温度一般为1250℃~1350℃;铸钢的浇注温度一般在1500℃-1550℃;铝合金的浇注温度一般在700℃左右。浇注温度可用光学高温计和可调式温度指示仪来测定。浇注速度要适中，应按铸件形状决定。浇注速度太快，金属液对铸型的冲击力大，易冲坏铸型，产生砂眼或型腔中的气体来不及逸出而产生气孔，有时会产生假充满的现象形成浇不到的缺陷。浇注速度太慢，易产生夹砂或冷隔等缺陷。上一页下一页返回2.2砂型铸造浇注速度的快慢可用浇注时间的长短来衡量。一般铸件根据工作经验确定浇注时间，重要铸件需经过计算确定浇注时间。铸型应加压铁或夹紧，浇注中不能断流，并始终保持浇口杯的充满状态;从铸型排气道、冒口排出的气体要及时引燃，防止现场人员中毒。浇注后，对收缩大的合金铸件要及时卸去压铁或夹紧装置，以免铸件产生铸造应力和裂纹。2.2.7落砂与清理铸件落砂和清理的内容包括落砂、去除浇冒口、除芯和铸件表面清理等工作。有些铸件清理结束后还要进行热处理。上一页下一页返回2.2砂型铸造落砂和清理是整个铸造生产过程中劳动最繁重、工作条件最差的一个工艺环节，因此采用落砂清理机械代替口前还存在的手工和半机械化操作是十分必要的。(1)落砂。落砂是用手工或机械使铸件和型砂、砂箱分开的操作。铸件在砂型中要冷却到一定温度才能落砂。落砂太早，铸件会因表面急冷而产生硬皮，难以切削加工，还会增大铸造内应力，引起变形和裂纹;落砂太晚，铸件固态收缩受阻，会增大收缩应力，铸件晶粒一也粗大，还影响生产率和砂箱的周转。因此，要按合金种类、铸件结构和技术要求等合理掌握落砂时间。形状简单、小于10kg的铸件，一般在浇注后0.5~1h就可以落砂。上一页下一页返回2.2砂型铸造采用手工落砂劳动强度大，在成批大量生产时一般用振动落砂机落砂。按振动方式不同，落砂机可分为固定式惯性振动落砂机、冲击式落砂机和惯性输送振动落砂机。带振动电机的惯性振动落砂机如图2-36所示，取消了机械传动装置，机构简单，工作可靠，制造及维修方便。(2)去除浇冒口。对于中小型铸铁件的浇冒口，一般用手锤或大锤敲掉。对于大型铸铁件的浇冒口，先在其根部锯槽，再重锤敲掉。对于非铁合金铸件的浇冒口，一般用锯子锯掉;铸钢件的浇冒口，一般用氧气切割。不锈钢及合金钢铸件的浇冒口，可以用等离子弧切割。(3)除芯。除芯是从铸件中去除芯砂和芯骨的操作。除芯的方法也有手工除芯和机械除芯两种。上一页下一页返回2.2砂型铸造(4)铸件的表面清理。铸件表面清理是落砂后从铸件清除表面粘砂、型砂、多余金属(包括浇冒口、飞翅和氧化皮)等过程的总称。常用的表面清理方法有手工、风动工具、滚筒、喷砂或喷丸、抛丸及浸渍处理等。清理后的铸件应根据其技术要求仔细检验，判断铸件是否合格。技术条件允许焊补的铸件缺陷进行焊补。必要时，合格的铸铁件应进行去应力退火或自然时效。变形的铸件应矫正。上一页下一页返回2.2砂型铸造2.2.8铸件的质量检验与缺陷分析1.铸件质量检验铸件质量包括内在质量和外观质量。内在质量包括化学成分、物理和力学性能、金相组织以及存在于铸件内AIS的孔洞、裂缝、夹杂物等缺陷;外观质量包括铸件的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度、重量偏差及表面缺陷等。根据产品的技术要求应对铸件质量进行检验。常用的检验方法有:外观检验、无损探伤检验、金相检验及水压试验等。上一页下一页返回2.2砂型铸造2.铸件的缺陷分析铸件质量好坏，关系到机械(产品)的质量及生产成本，一也直接关系到经济效益和社会效益。铸件结构、原材料、铸造工艺过程及管理状况等均会影响铸件质量。具有缺陷的铸件是否定为废品，必须按铸件的用途和要求，以及缺陷产生的部位和严重程度来决定。一般情况下，铸件有轻微缺陷，可以直接使用;铸件有中等缺陷，可允许修补后使用;铸件有严重缺陷，则只能报废。常见铸件缺陷特征及产生原因见表2-1。上一页返回2.3特种铸造砂型铸造因其适应性强、灵活性大、经济性好，得到了广泛的应用，但它也存在以下缺点。铸件质量不高，如铸件尺寸精度低、表面较粗糙、内在组织不够致密、不能浇铸薄壁件等;铸型只能使用一次，因此造型工作量大、生产效率低;铸造工艺过程复杂，工作条件较差。针对这些问题，人们通过改变造型材料或方法，以及改变浇注方法和凝固条件等，从而发展出了一系列的特种铸造方法。特种铸造是在砂型铸造的基础上发展起来的，是指与砂型铸造方法不同的其他铸造方法。特种铸造方法很多，生产上应用较为广泛的有金属型铸造、熔模铸造和压力铸造。除此之外还有低压铸造、壳型铸造、磁型铸造、真空密封造型法等多种方法。下一页返回2.3特种铸造2.3.1金属型铸造金属型铸造是将液态金属在重力作用下浇入金属铸型内以获得铸件的方法。金属型是指用铸铁、铸钢或其他合金制成的铸型。因为金属型可以重复浇注几百次以至于数万次，所以又称“永久型铸造”。1.金属型铸造过程常用的垂直分型式金属型如图2-37所示，由定型和动型两个半型组成，分型面位于垂直位置。先使两个半型合紧，进行金属液浇注，凝固后利用简单的机械再使两半型分离，取出铸件。若需铸出内腔，可使用金属型芯或砂芯形成。上一页下一页返回2.3特种铸造2.金属型铸造特点及应用(1)生产率高。金属型铸造实现了“一型多铸”，提高生产率。(2)铸件精度和表面质量较高。金属型铸造铸件精度高，例如:金属型灰铸铁件的精度可达CT9~CT7，而手工造型砂型铸件只能达到CT13~CT11。(3)组织致密，力学性能较高。因金属型导热性能好，过冷度较大，铸件冷却快而使组织致密。金属型铸件的力学性能比砂型铸件要提高10%~20%。金属型铸造主要缺点是金属型不透气、无退让性、使铸件冷却速度快，容易使铸件产生浇不到、冷隔、灰铸铁件出现自日等缺陷。因此，金属型铸造主要用于大批量生产非铁合金铸件，如铝合金活塞、气缸体、铜合金轴瓦等。上一页下一页返回2.3特种铸造2.3.2熔模铸造熔模铸造是用易熔材料(如蜡料)制成模样;在模样上包覆若干层耐火材料，制成型壳，然后加热使模样熔化流出后经高温焙烧成为壳型，采用这种壳型浇注，金属冷凝后敲掉型壳获得铸件的方法。1.熔模铸造过程熔模铸造过程如图2-38所示。(1)压铸蜡模。首先根据铸件的形状尺寸制成比较精密的母模;然后根据母模制出比较精密的压型;再用类似压力铸造的方法，将熔融状态的蜡料压射到压型上，如图2-38(a)所示。蜡料凝固后从压型中取出蜡模。上一页下一页返回2.3特种铸造(2)组合蜡模。为了提高生产率，通常将许多蜡模粘在一根金属棒上，成为组合蜡模，如图2-38(b)所示。(3)钻制型壳。在组合蜡模浸挂涂料(多用水玻璃和硅石粉配制)后，放入硬化剂(通常为氯化铰溶液)中固化。如此重复涂挂3~7次，至结成5~10mm的硬壳为止，即成型壳如图2-38(c)所示。再将硬壳浸泡在85℃~95℃的热水中，使蜡模溶化而脱出，制成壳型，如图2-38(d)所示。(4)浇注。为提高壳型的强度，防止浇注时变形或破裂，常将壳型放入砂箱中，在其周围用砂填紧;为提高熔融金属的流动性，防止浇不到缺陷，常将铸型在850℃~950℃焙烧，趁热进行浇注，如图2-38(e)所示。上一页下一页返回2.3特种铸造2.熔模铸造的特点及应用(1)铸件精度高，铸件尺寸公差等级可达IT11~IT14，表面粗糙度Ra值较小，一般可以不再机械加工。(2)适用于各种铸造合金，因为熔模铸造的型壳材料是耐高温的，因此各种金属材料都可用于熔模铸造，特别是对于熔点很高的耐热合金铸件，它几乎是日前唯一的铸造方法。(3)生产批量不受限制，可单件小批，亦可批量生产。但熔模铸造的工艺过程复杂，生产周期长，一型也只能浇注一次，并且每型需要一个蜡模，因而生产效率低、成本高。还因蜡模强度不高，易受温度影响而变形，故熔模铸造一般不宜铸造大铸件。熔模铸造是一种实现少、无切削的工艺方法，广泛用于航空、汽车、拖拉机、机床、电器、仪器和刀具等制造部门。上一页下一页返回2.3特种铸造2.3.3压力铸造压力铸造是在高压(5~150MPa)下把金属液以较高的速度压人金属铸型，并且在高压下凝固而获得铸件的方法，简称压力铸造。1.压力铸造过程压力铸造使用的压铸机有多种，图2-39(a)所示为立式冷压室压铸机的工作原理，其由定型、动型、压缩室等组成。首先使动型与定型合紧，用活塞将压缩室中的熔融金属压射到型腔中，如图2-39(b)所示，凝固后打开铸型并顶出铸件，如图2-39(c)所示。2.压力铸造的特点及应用(1)铸件质量好，能够生产出尺寸精度高和表面粗糙度低的铸件。上一页下一页返回2.3特种铸造(2)是压铸形状复杂、轮廓清晰的薄壁铸件。(3)金属液冷却速度快，并在压力下结晶，所以铸件组织致密，力学性能比一般铸造高。(4)生产率高，并且易于机械化、自动化生产。(5)压铸铸型结构复杂，周期长，成本高。(6)压铸件内部易产生许多细小气孔，铸件不能热处理，机加工后气孔等缺陷会暴露出来，所以应少加工。(7)不易压铸厚壁铸件。压力铸造I’一泛用于汽车、拖拉机、航空、电器和仪表等工业部门，以大批生产中、小型有色金属铸件。上一页下一页返回2.3特种铸造2.3.4离心铸造离心铸造是将液态金属浇入高速旋转的铸型内，在离心力作用下充型、凝固后获得铸件的方法。离心铸造主要用来生产圆筒形铸件，以形成圆筒的内孔。离心铸造必须在离心铸造机上进行，离心铸造机可分为立式或卧式两大类。1.离心铸造过程离心铸造过程如图2-40所示。当铸型绕垂直轴线回转时，浇注人铸型中的熔融金属的自由表面呈抛物线形状，如图2-40(a)所示，称为立式离心铸造，因此，不易铸造轴向长度较大的铸件。当铸型绕水平轴回转时，浇注人铸型中的熔融金属的自由表面呈圆柱形，如图2-40(b)所示，称为卧式离心铸造。因此，常用于铸造要求均匀壁厚的中空铸件。上一页下一页返回2.3特种铸造2.离心铸造的特点及应用(1)不用砂芯便可制成中空的圆筒形铸件。(2)铸件是在离心力作用下结晶凝固，组织细密、无缩孔和气孔等缺陷，提高了铸件力学性能。(3)不需浇注系统，提高了金属的利用率。(4)不能用于有偏析的合金。(5)圆筒形铸件内孔尺寸和表面粗糙度差。离心铸造适于长筒空心铸件，也可铸造成型铸件以及双层金属铸件等。其他的特种铸造方法还有:挤压铸造、陶瓷型铸造、磁型铸造、实型铸造、连续铸造等。上一页下一页返回2.3特种铸造2.3.5几种铸造方法的比较每种铸造方法均有其优、缺点，在选用时应结合具体的生产情况进行全面的分析、比较。表2-2为几种铸造方法的比较。影响铸造经济性的因素很多，如质量要求、生产批量、现有设备条件等。表2-3为几种铸造方法的经济性的比较。上一页返回图2-1砂型铸浩的一般工艾讨程返回图2-2手捏法检验型砂(a)型砂温度活当时可用平押成砂团;(b)手放开后可看出清晰平纹;(c)折断时断口面没有碎裂纹，同时有足够强度返回图2-3芯食结构形式(a)分开式;(b)整体式;(c)可拆式返回图2-4车床床身的浇注位置返回图2-5平板的浇注位置返回图2-6车床床眼两种浇注位置

(a)不合理;(b)合理返回图2-7双联齿轮坯铸件的分型面洗择(a)分模两箱造型;(b)分模三箱造型;(C)分模三箱造型返回图2-8砂箱

(a)小型砂箱;(b)大型砂箱1-横档;2-吊环;3-箱体;4-抬平;5-宗位孔;6–上箱;7-下箱返回图2-9手工浩型工具(a)底板;(b)春砂锤;(C)通气针;(d)起模针;(e)皮老虎(平风箱);(f)镘刀;(g)秋叶(圆勺、压勺);(h)提勾;(i)平圆(铜环、竹片梗);(j)铲勺;(k)法兰勾;(l)筛子返回图2-10砂型的组成1-上砂箱;2-上型;3-分型面;4-下砂箱;5-下型;6-芯座;7-芯头;8-型芯

；9-型腔;10-内浇道;11-横浇道;12-直浇拼;13-浇口杯;14-芯通气孔;、15-通气孔返回图2-11整模造型过程(a)造下型，填砂、春砂;(b)刮平、翻箱;(c);造上型，扎出气孔，划合型线;(d)敞箱、起模、开浇道;(e)合型浇注;(f)落砂后带浇道的铸件1-砂春子;2-砂箱;3-底板;4-模样;5-刮板;6-合型线;7-直浇道;8-通气针返回图2-12分模造型

(a)铸件;(b)上下半模样;(c)用下半模造下型;(d)用下半模造下型;(e)起模、放型芯、合型1-分模面;2-芯头;3-上半模;4-下半模;5-销钉6-销孔;7-直浇道棒;8-分型面;9-直浇拼;10-型芯;11-型芯通气孔;12-排气道返回图2-13挖砂造型(a)平轮零件;(b)平轮模样;(c)造下型;(d)翻转、挖出分型面;(e)造上型、起模、合型返回2-14手轮的假箱浩型

(a)挖砂造假箱下型;(b)造假箱上型(c)翻转假箱上型模样放在假箱上造下型;(d)翻下型造上型1-挖砂后露出分型面;2-假箱上盘;3-下型;4-下型;5-上型返回图2-15成型樟板(a)假箱;(b)成型模板;(C)合型图返回图2-16活块浩型(a)取主体;(b)取活块返回图2-17用外砂芯做出活块1，2-外砂芯;3-模样返回图2-18槽轮的三箱造型过程(a)铸件;(b)模样;(C)造下型;(d)翻箱，造中型;(e)造上型;(f)依次敞箱、起模;(f)下芯、合型1-上芯头;2-中箱模样;3-下箱模样;4-下芯头;5-上型;6-中型;7-下型返回图2-19采用外型芯的分模两箱造型返回图2-20带外型芯的整模两箱造型