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铸造技术训练指导书山东大学工程训练中心目 录一、实习目的要求1二、实习内容1三、实习设备及材料1四、安全操作规程1五、实习考核评分标准2六、基础知识261 概论262手工造型463型砂、型芯砂、砂型864 造型方法1265铝合金的熔炼与浇铸1466常见铸件缺陷分析18七、 操作考试及创新训练22附 教学大纲23一、实习目的要求1了解铸造技术训练的目的、要求和内容。2了解铸造生产的工艺过程及其特点。3了解型砂、型芯砂等造型材料的组成、性能及其制备 。4了解砂型的各种基本造型方法，掌握简单铸型的造型方法。5了解熔炼的目的、设备的构造 炉料及配料。6掌握铝合金坩埚电阻炉的熔炼特点及工艺过程，掌握浇注技术及安全工作规程。6了解常见铸件缺陷产生的原因、特征及防治办法。7了解铸件、零件、模样之间的关系。二、实习内容1铸造的历史及发展趋势。铸造生产工艺过程和特点。2整体模、分开模造型的特点、基本方法、步骤及操作要领。 3. 利用型芯盒制作简单的型芯。4活块造型、挖砂造型、假箱造型的特点及应用。5型砂和型芯砂的性能要求及对铸件质量的影响。6型砂和型芯砂的种类及配制方法。7砂型的组成及作用。8铝合金坩埚电阻炉的构造、操作、炉料、熔炼过程。9浇注技术及安全。10常见铸件缺陷分析。三、实习设备及材料设备：QR-30坩埚熔化电阻炉一台。材料：型砂、型（芯）砂、炉料。工具：砂箱、模样等造型工具、浇注用具。四、安全操作规程1、手工造型 （1）不得在实习场地用砂打闹、嬉戏。 （2）不得将造型工具乱扔、乱放，或者用工具敲击砂箱及其它物件。 （3）紧砂时不得将手放在砂箱上。（4）在造型场内行走时要注意脚下，以免踩坏砂型或被铸件、砂箱等碰伤。 2、开炉与浇注 （1）开炉浇注前必须穿戴好劳动防护用品。 （2）在熔炉现场及造型场内观察开炉与浇注时，应站在一定距离外的安全位置，不要站在浇注往返的通道上，如遇火星飞溅不要乱跑，以防止碰坏砂型或发生其它事故。 （3）不准和浇注人员说话或并排行走。 （4）所有开炉，浇注等工作，非经现场指导人员许可，实习学生不得自行操作。 （5）不准用冷金属或冷金属工具伸入溶化液中，以免爆溅。 （6）刚浇注的铸件，未经许可不得触动，以免损坏铸件或烫伤人。 3、打箱与清理 （1）当浇注铸件冷却后，才能打箱和清理。 （2）清理铸件时，不要对着人打浇冒口或凿毛刺，以免飞出伤人。 （3）打箱后的空砂箱堆放要平稳，整齐，不得高于1.5mm。五、实习考核评分标准1理论考试20%2实际操作、实习报告、综合表现（实习纪律与实习态度）等80%六、基础知识61 概论1铸造的历史铸造生产历史悠久，是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。中国约在公元前1700前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。夏代晚期饮酒器、中国商朝的司母戊方鼎、周宣王时期的毛公鼎、战国时期的曾侯乙尊盘，明代的永乐大钟，都是古代铸造的代表产品。早期的铸件大多是农业生产、宗教、生活等方面的工具或用具，艺术色彩浓厚。那时的铸造工艺是与制陶工艺并行发展的，受陶器的影响很大。 公元前600年出现铸铁制品；中国在公元前513年，铸出了世界上最早见于文字记载的铸铁件晋国铸型鼎，重约270公斤 欧洲在公元八世纪前后也开始生产铸铁件。铸铁件的出现，扩大了铸件的应用范围。例如在1517世纪，德、法等国先后敷设了不少向居民供饮用水的铸铁管道。18世纪的工业革命以后，蒸汽机、纺织机和铁路等工业兴起，铸件进入为大工业服务的新时期，铸造技术开始有了大的发展。 新中国成立以来，随着国民经济的迅速发展，我国铸造生产技术也得到迅速提高。铸造技术在当前工农业生产中占有极其重要的地位。如：铸件重量在机床、内燃机、中型机器中占70%90%；在拖拉机中占50%70%；农业机械中占40%70%；汽车中约占20%30%；如机床的床身，汽车中发动机气缸体等等，生活当中取暖用的暖气片、铸造铁锅等。在航空工业：“神州六号”飞船上的分离密封板、座椅支架等20余种钛合金铸件。火箭、卫星、导弹、舰艇、武器中也有大量的钛合金铸件。2 铸造生产的定义、工艺过程及特点铸造的定义：是一种液态金属成形的方法，即将金属加热到液态，使其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的型腔的铸型中，液态金属在重力场或外力场（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却并凝固成具有型腔形状的铸件。这种生产方法称为铸造。 目前铸造生产中最常用的是金属材料，由于液态金属易流动，所以铸造方法适用于各种金属材料（如：铸铁、铸钢、铸造铜合金、铝合金等）制成各种尺寸和形状的铸件，并能使其形状和尺寸尽量与零件接近，从而节省金属，减少加工余量，降低制造成本。铸造生产的工艺过程：在铸造生产中，最基本的工艺方法是砂型铸造，用这种方法生产的铸件占总重量的90%以上，此外还有：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造等多种铸造方法，我们通常把区别于砂型铸造以外的造型方法称为特种铸造，因形成铸件的条件不同各具特点。砂型铸造的生产工艺过程如图6-1：图6-1 砂型铸造的工艺过程铸造的特点：（1）适应性强。铸件的形状可以较为复杂，由于可以利用芯子，还可以获得一般机械加工设备难以加工的内腔。如：箱体、气缸体等。（2）工艺灵活性大，铸件尺寸、重量不限。从几毫米、几克到十几米到数百吨都可以。壁厚可由0.5mm到1m左右，铸件材料可用铸铁、铸钢、碳钢和有色金属等。（3）生产批量不受限制。从单件小批到大量生产。（4）成本低廉。铸件可直接利用成本低廉的废机件和切屑等作为原材料，设备费用低，同时铸件的加工余量小，节省金属。（5）铸件机械性能差。由于液态金属在冷凝过程中形成的晶粒较粗大，易产生气孔、裂纹等缺陷，并且铸造生产工序较多出现的缺陷较多，所以铸件的力学性能不如相同材料的锻件。 3 铸造技术发展趋势目前世界各国都在大力发展现代铸造技术，使铸造产品有更好的综合性能，更高的精度，更少的余量和更光洁的表面。为适应这些要求，新的铸造合金将得到开发，冶炼新工艺和新设备将相应出现。具有更高无形价值的高科技铸件将得以生产。今后一段时间铸造技术的发展趋势将体现在下列几方面：向轻量化挑战，制作超微细化和超薄壁化铸件。金属基复合材料铸造技术将有很大发展。向绿色（清洁）铸造技术方向发展，开展有效工艺+ 环境保护一体化生产，向高性能、多品种、低消耗、低成本和低污染的方向发展。铸造生产的机械化自动化程度在不断提高的同时，将更多地向柔性生产方面发展，以扩大对不同批量和多品种生产的适应性。机器人和电子计算机在铸造生产和管理领域里的应用，也将日益广泛。在质量管理上、严格执行工艺质量控制技术在各道工序的检测和应力测定等方面，将有新的发展。铸造工作者在电子技术和测试手段不断进步的条件下，将对金属结晶凝固和型砂紧实等理论进行更深入的探索。概括起来讲，铸造生产应该在优质、精化的前提下，实现高产、低耗、无害、价廉。使铸造技术进一步成为可与其它成形工艺相竞争的少余量、无余量的成形工艺。62手工造型621整体模造型、分开模造型及型芯的制作1模样的设计原则 分型面：分型面一般选在铸件的最大截面处，并尽量使铸件的全部或大部分处于同一砂箱，且位于下箱内或是主要加工面与加工基准面处于同一砂箱中，以防止因错型而影响铸件的精度，同时也便于造型、下芯、合型等操作。应尽量减少分型面的数量，并使分型面为平面，分型面的数量少，可相应减少砂箱数量，以避免因错形而造成的尺寸误差，提高铸件精度。 拔模斜度：为了方便起模，在制造模样时垂直于分型面的立壁须留出一定的斜度。此倾斜度为拔模斜度。根据模样的高度大小，选用不同斜度，外壁一般取153，内壁通常310 收缩余量：为保证铸件应有尺寸，模样尺寸必须比铸件放大一个该合金的收缩量。通常灰铸铁0.7%1%、铸造碳钢为1.32%、铝硅合金为0.8%1.2%。 加工余量：凡需加工的地方需放大尺寸，保证切削加工需要。 型芯头：放型芯处的一端或两端需做出型芯头以便固定型芯。 铸造园角：各相交壁应做成圆角过渡的，目的在于加强砂型和铸件弯曲处的强度。2整体模手工造型操作步骤和操作要领整模造型模样没有分型面，型腔一般只在下箱。用于最大截面在端部，且为平直的铸件。（1）造型前的准备工作 选择合适的模底板和砂箱。 擦净模样：以免造型时型砂粘在模样上，起模时损坏型腔。 在模底板上放好模样和下砂箱，注意模样在砂箱中的位置。（2）舂砂 先用面砂覆盖模样（用量根据铸件的壁厚而定，约20-50mm）用手塞紧然后加背砂，背砂要分次加，一次不易过多，以免舂不紧。如图6-2： 砂要按一定线路进行如图6-3，以保证 紧实度均匀，注意不要撞到模样上。 图6-2 图6-3舂砂路线舂砂用力要适度，靠近箱壁处及模样周围紧实度要稍高些。最后一次加砂高出砂箱约50mm左右，铺平用舂砂锤平面端舂紧后，用刮砂板将多于砂刮掉，（注意：刮砂板要贴紧箱边刮平）。舂砂是造型过程中一道重要工序，一定要做到紧实适度、均匀。（3）翻转下砂型：翻转前应将下砂型与底板间错动一下。（4）修光分型面，撒分型砂。（5）安放上砂箱和直浇道模，制作上砂型。（6）用气孔针扎出气孔，修光外浇口，做出合箱线：注意，气孔的分布要合理，气孔深度距离模样大约10-20mm。（7）开箱、取模、修型、开设横浇道和内浇口：将上砂型拿下，分型面不是平面时，开箱时不能做前后、左右移动，一定要保证垂直开箱。然后用毛笔蘸水将模样边缘润湿，将起模针定在模样的重心上，用小锤前后左右轻轻敲打起模针的下部，使模样和砂型之间松动，将模样垂直向上提起。取模要领：思想集中，手眼协调，小心细致、平移垂直、始慢后快。起模后型腔如有损坏，可使用修型工具修型。使被修处牢固、准确、平整、光洁。在下砂型上挖出内浇道。（8）合箱：合箱前要仔细检验型腔是否有损坏的地方和有无散落的碎砂，确认无问题后再合箱。3分开模造型分开模造型和整体模造型的方法基本相同，区别在于它的模样是分开的，用定位销联接成的整体。所以在造型时一定要先检查定位销孔是否洁净，定位销是否松动或损坏，合箱时也要特别注意，防止错箱造成铸件报废。4型芯的制作过程型芯的作用是形成铸件的内腔，也可用于形成铸件外形上妨碍起模的凸台和凹槽。型芯的制作通常采用型芯盒，型芯盒有：整体式，用于形状较简单的型芯的制作。可拆式，用于形状较复杂的型芯的制作。（1）先将芯盒擦刷干净。（2）在半边型芯盒中填砂，埋入芯骨、舂砂、刮平。（3）在另一半型芯盒中填砂舂紧、刮平、挖通气槽。（4）在两半型上涂粘盒用的泥浆，合上芯盒，敲紧，修平型芯头。（5）起出型芯，并修光刷耐火涂料。（6）烘干。622活块模造型、挖砂造型及假箱造型1挖砂造型（1）什么是挖砂造型，其特点及适用范围有些铸件的外形轮廓为曲面，但又要求用整模造型，则造型时需挖出阻碍起模的型砂，这种造型方法称为挖砂造型。其特点是：对操作技术要求较高，生产率低。挖砂造型适用于分型面不平直的单件和小批量生产。（2）挖砂造型的主要过程以操作手轮为例，首先分析手轮的特点： 没有一个平整的表面。 最大截面在轮缘中部，轮幅是曲线，很薄，且截面两侧为弧形。根据以上特点，用已学过的整体模、分开模办法造型不行，需用挖砂造型的方法（如图6-4）。操作主要过程：造底箱翻转180度挖砂做出分型面造上砂型开箱取模修型、开浇口合箱。挖砂造型重点在挖修分型面，一定要控制模样最大截面处，并根据模样形状，修出坡度。图6-4 挖砂造型2假箱造型挖砂造型的方法很费工，效率低而且技术要求高，只是用于单件生产，如果进行小批、成批生产，用这种方法就不合适了，可用假箱造型法或用成形底板代替平板（如图6-5）。假箱造型是用强度较高的型砂做成上砂型（不必做浇口），他只用来代替模底板，不参加浇注，故称假箱。他可以省去每次挖砂的工序，以提高生产率和造型质量。图6-5 假箱造型3活块模造型（1）活块模造型的概念模样或芯盒侧面的伸出部分做成活块，起模或脱芯后，再将活块取出（如图6-6）。（2）活块模造型的特点： 对操作者的技术水平要求较高，生产率低。 活块的厚度不能大于主体模的厚度，深度也不能太大。 造下型，拔出钉子 取出模样主体 取出活块图6-6 活块模造型（3）适用范围适于有凸起部分如凸台、凸耳、筋板的铸件的单件小批量生产。63型砂、型芯砂、砂型631型砂、芯砂1定义：用于砂型铸造或砂芯制造的造型材料称型砂或芯砂。2种类：型（芯）砂的种类根据使用粘接剂的不同，可分为：粘土砂，水玻璃砂，树脂砂，合脂砂，油脂砂等。其中粘土砂应用最广，因为粘土砂具有以下优点：（1） 适应性强，几乎不受铸件的金属材料（铸铁、铸钢、有色金属铸件等）尺寸、重量大小、生产批量的限制。手工造型和机器造型均可适用，还可以用来制成形状简单的大中型型芯。（2） 原材料丰富，来源广，价格低廉。（3） 回用性好，可重复多次使用。3型（芯）砂的性能要求：型（芯）砂质量的好坏，对铸件质量的影响很大，铸件缺陷如砂眼、气孔、粘砂、夹砂、等都与型砂的质量有关。铸件废品中约50%的铸件是因为型砂的质量不合格造成的，所以造型所用型砂必须具备一定的性能要求：（1）强度 强度是指型（芯）砂抵抗外力破坏的能力。强度过低，在造型、搬运、合箱、浇注等过程中容易破坏，使铸件产生残缺类和夹杂类缺陷，如塌箱、砂眼；强度过高，会阻碍铸件收缩，引起铸件产生较大的铸造应力甚至裂纹，同时使铸型透气性变差。型砂的强度大小，取决于砂粒粗细、水分、粘接剂含量及砂型紧实度等。砂粒越细、粘接剂越多、紧实度越高，则其强度越高。（2）透气性 气体通过型砂间孔隙的能力称为透气性。当高温液态金属浇注入砂型中产生的气体不能排除时，会使铸件产生气孔等缺陷。因此，用圆形、粒大且均匀的沙粒，制造紧实程度适宜的砂型，其透气性就较好。（3）耐火性 型砂抵抗高温液态金属热作用的能力称为耐火性。型砂耐火性好，在与液态金属接触时不致烧结形成粘砂。型砂中含SiO2越多，耐火性越好；型砂力度大，耐火性也好。（4）退让性 铸件在冷凝时型砂可被压缩的能力称为退让性。型砂的退让性不好，铸件易产生内应力或开裂。型砂愈紧实，退让性愈差。（5）可塑性 型砂在外力作用下成形，去除外力后能完整的保持所成形状的能力称为可塑性。可塑性好，容易成形，便于制造形状复杂的砂型，起模也容易。由于型芯周围受到高温液体的包围，应比型砂具有更好的性能。如选用较好的材料（桐油、合脂、树脂等优质粘接剂，加大新砂的比例等）和采用更高要求的混砂工艺外，还必须采取如下措施： 在型芯上开通气孔和通气道，提高通气能力。 在型芯上放置芯骨、以增加型芯的强度。 刷涂料及烘干。可提高铸件内表面粗糙度，增加型芯强度和透气性。4型砂的组成为满足上述各种性能要求，型砂要用多种原料按一定比例在混砂机器中混制而成。常用的原料有：（1）原砂：即新砂。最常用的铸造砂是硅质砂。主要成分SiO2，铸造用砂SiO2的含量85-97%。SiO2含量越高、耐火性越好。硅砂的高温性能不能满足使用要求时则使用锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特种砂。对于砂粒的大小用砂粒度来表示，它使用标准筛测定，标准筛号分为：6、12、20、30、40、50、70、100、200、270。11个等级，标准筛是指每英寸长度单位上的筛孔数，显然筛号越大，砂粒越细。砂粒越大、耐火性、透气性越好。铸造常用粒度在50-110之间。砂粒形状：圆形、尖角形、多角形。铸铁湿型多用圆形和多角形。（2）附加物：为改善某些性能而加入的材料。主要有：煤粉、重油：作用在于提高铸件表面质量。煤粉、重油在高温液体作用下不完全燃烧形成碳膜，附着在型腔壁上，防止金属表面氧化，并能阻止金属液钻入型砂内部，防止粘砂。锯木屑：目的是改善砂型的透气性和退让性。（3）粘接剂：粘接剂作用是用来粘接砂粒的材料。主要有：粘土、水玻璃、树脂、合脂、植物油等。粘土是价廉且资源丰富又能满足一定要求的粘接剂，使用最广。粘土根据所含的矿物质不同又分为：普通粘土（N）和膨润土(P)两种。二者区别：膨润土粘接力、吸水能力、膨胀系数是普通粘土的3-4倍，由于膨润土的吸水能力较强，烘干后砂型的变形量大易产生裂纹，通常用作湿型。膨润土的熔点1200度左右，普通粘土的熔点1500度左右，由于膨润土的粘接力较大，同等量的砂膨润土的使用量比普通粘土要小的多，从而提高了型砂中的SiO2的含量，使型砂的耐火性大大提高。区分方法：最科学的方法是分析两者的矿物质成分。最简单的区分方法是用手指沾点水而后粘上粘土，用两手指碾，发滑是普通粘土，易形成小泥条，则是膨润土，因膨润土吸水后自身体积长大10倍左右。（4）水：加入水的目的是和粘土混合形成粘土浆，包附在单个砂粒的表面，使砂粒之间具有一定粘接力。粘土中的水份对型砂的性能影响极大，水分太少，型砂干而松，造型起模困难。水分太大，则不仅型砂的强度低，且易粘模，使造型操作困难，铸件易产生气孔。粘土与水分的重量比为3：1时型砂强度可达最大值。5型（芯）砂的混制混砂的目的是将型砂的各种组成原料混合均匀，进而使粘接剂均匀分布在砂粒表面，形成粘土膜。首先要根据铸件的金属材料（铸铁、铸钢、有色金属）大小，来确定型砂中SiO2的含量，砂粒的大小，形状，是否增加附加物和选择那种粘接剂。选择材料后一般在混砂机中混砂，机器混砂的优点是：混拌均匀，混砂质量较好。型砂的混制过程是：按配方加入新砂、旧砂、粘接剂和附加物，先干混12min，再加入水湿混34min，性能符合要求后出砂，使用前要过筛并使其松散，可用手感法检验型砂的干湿程度。对于砂处理机械化生产线，也可用型砂质量控制仪在线自动控制型砂质量。图6-7 手感法检验型砂632 砂型砂型的组成和作用砂型是由上、下型形成的型腔（获得铸件形状的空腔）、砂芯、浇注系统和砂箱等部分组成。如图6-8所示（1） 砂箱：造型时填入型砂的容器，分上、中、下等砂箱。（2） 分型面：各铸型间的结合面，其数量为铸型数减一。依据具体模样来确定。（3） 浇注系统：金属液流入型腔的通道。a.浇注系统的组成：外浇口：又称浇口杯，形状多为漏斗或池形（用于较大铸件）,作用是承受从浇包倒出来的金属液，减轻金属液流的冲击力，使金属液平移流入直浇道。直浇道：是连接外浇口与横浇道的垂直通道，产生静压力，调节直浇道高度，可调节金属液对铸型的压力，增强金属液体的充型能力。横浇道：位于内浇道之上，起挡渣和分配金属流量的作用。内浇道：是直接和型腔相连的通道，应使金属液体快而平稳的充型，切忌内浇道正对型芯，如圆形铸件，应该沿砂型切线方向安置。b.浇铸系统的类型：顶注式、底注式、中间注入式、分段注入式。其中最常用的是顶注式，优点：易于充型，补缩效果好，简单易做，适用于重量小，高度低和形状简单的材料。（4） 冒口：作用是补充金属液凝固收缩所需的金属液，冒口同时还兼有排气、浮渣及观察浇铸情况等作用。冒口分明冒口和暗冒口，合箱后外观能看得见的冒口称明冒口，反之称暗冒口。冒口应设在铸件最高和最后凝固处，冒口为铸件多余部分，在铸件清理时予以切除。冒口主要用于凝固收缩大的合金铸件和壁厚差大的铸件。（5） 型腔：砂型中除浇注系统外，可容纳液态合金形成铸件的空腔，通过模样形成。（6） 型芯：用芯砂制成安放在砂型内部形成铸件内腔或局部外形，型芯一般由芯体和芯头两部分组成。（7） 通气孔：在砂型或型芯上，用针或扎气孔板扎出的通气孔，用以排气。（8） 出气孔：在砂型或型芯中，为排除浇铸时形成的气体而设置的沟槽或孔道。（9） 冷铁：为加快铸件局部冷却，在砂型或型芯中安放的金属物。分内外冷铁，控制铸件冷却方式和凝固顺序。64 造型方法在砂型铸造中，造型是最基本的工序。他们对铸件的质量、生产率和成本的影响很大。那么什么是造型呢？就是用型砂及模样等工艺装备制造砂型的过程。1 造型方法的分类：按造型的手段和方法不同可分为：手工造型、机器造型、特种铸造。2 手工造型手工造型是指用手或手动工具完成紧砂起模、修型工序。（1）特点操作灵活，可按铸件的形状、尺寸、生产批量、生产条件灵活选用具体造型方法。工艺适应性强。生产周期短。生产效率低。质量稳定性差，铸件尺寸精度、表面质量较差。对工人技术要求高、劳动强度大。（2）应用范围：用于单件小批量生产或难以用造型机械生产的形状复杂的大型铸件。（3）常用手工造型方法的种类整模造型分模造型活块模造型挖砂造型假箱造型刮板造型地坑造型这些造型方法的共同特点是：所用模样都是和铸件外形相似的实体模样。刮板造型却不同，它是用与铸件截面形状相应的成型模板（称刮板）来刮出所需的砂型型腔，故叫刮板造型。刮板的种类有车板及导向刮板a. 车板环绕垂直轴线或水平轴线旋转的刮板叫做车板。适用于外缘到中心不变的回转体。b. 导向刮板沿导轨做定向刮砂运动的刮板叫导向刮板。适用于等截面形状的铸件。对于大型铸件单件生产时，为节省砂箱，降低砂型高度，便于操作和浇注，可以在铸造车间的砂地上或地坑内造型的方法叫做地坑造型。缺点是比砂箱造型麻烦，效率低，技术要求高。3机器造型机器造型就是利用机器代替手工完成填砂、紧砂、起模等工序的操作过程。（1）机器造型的特点：适用于成批大量生产。砂型质量较稳定。只适用于两箱造型，不宜使用活块。造型方法多种多样，成本低。（2）造型机的种类：震压式造型机。高压式造型机。微震式造型机。空气冲击式造型机等。（3）造型生产线：造型机具有很高的生产率，如：Z/45A型震压式造型机生产率为50-60型/h，砂箱最大尺寸500x400mm气动微震压实型造型机生产率大于100型/h，多触头高压型造型机生产率140-240型/h，射砂型造型机在无型芯的情况下生产率达200-360型/h。但造型机只能完成紧砂和起模的机械化和自动化，其他辅助工序，如：翻箱、下芯、合型、压铁、浇注、落砂、砂箱的运输等，也需要实行机械化才能完全发挥出造型机的效率。大量生产时均采用造型生产线来组织生产。即将造型机和其他辅助机器按照铸造工艺流程，用运输设备联系起来，组成一套机械化，自动化铸造生产系统。4特种铸造随着科学技术的发展和生产水平的提高，对铸件质量、劳动生产率、劳动条件、环境保护和生产成本有了进一步的要求，因而铸造方法有了长足发展。所谓特种铸造是指有别于砂型铸造方法的其它铸造工艺。目前特种铸造已发展到几十种。常用的有熔模铸造、金属型铸造、离心铸造、压力铸造、陶瓷型铸造、实型铸造、消失模铸造、石墨型铸造、差压铸造、连续铸造等等。特种铸造能够获得如此迅速的发展，主要是由于这些方法一般都能提高铸件的尺寸精度和表面质量，或提高铸件的物理及力学性能；此外，大多能提高金属的利用率（工艺出品率），减少原材料的消耗；有些方法更适合高熔点，低流动性、易氧化合金铸件的铸造 ；有的能明显改善劳动条件，并便于实现机械化和自动化生产。65铝合金的熔炼与浇铸651铝合金的性能及应用 铝合金是比较年轻的材料，历史不过百年，铝合金以比重小，强度高著称，可以说没有铝合金就不可能有现代化的航空事业和宇航事业，在飞机、导弹、人造卫星中铝合金所占比重高达90%，是铸造生产中仅次于铸铁的第二大合金，其地壳含量达7.5%，在工业上有着重要地位。 铝合金有良好的表面光泽，在大气及淡水中具有良好的耐腐蚀性，故在民用器皿制造中，具有广泛的用途。纯铝在硝酸及醋酸等氧化性酸类介质中具有良好的耐蚀性，因而铝铸件在化学工业中也有一定的用途。纯铝及铝合金有良好的导热性能，放在化工生产中使用的热交换装置，以及动力机械上要求具有良好导热性能的零件，如内燃机的汽缸盖和活塞等，也适于用铝合金来制造。 铝合金具有良好的铸造性能。由于熔点较低（纯铝熔点为660，铝合金的浇注温度一般约在730750左右），故能广泛采用金属型及压力铸造等铸造方法，以提高铸件的内在质量、尺寸精度和表面光洁程度以及生产效率。铝合金由于凝固潜热大，在重量相同条件下，铝液的凝固过程时间延续比铸钢和铸铁长得多，其流动性良好，有利于铸造薄壁和结构复杂的铸件。铸造铝合金的分类、牌号： 铝合金按照加工方法的不同分为两大类，即压力加工铝合金和铸造铝合金（分别以YL和ZL表示）。在铸造铝合金中又依主要加入的合金元素的不同而分为四个系列，即铸造铝硅合金、铸造铝铜合金、铸造铝镁合金和铸造铅锌合金（分别以 ZL1X X，ZL2 X X，ZL3 X X和ZL4 X X表示），在每个系列中又按照化学成分及性能的不同而分为若干牌号。表1中列出了铸造铝合金国家标准所包括的几种铝合金的牌号。表1 铸造铝合金的牌号序号 合金牌号 合金代号 序号 合金牌号 合金代号 序号 合金牌号 合金代号 1 ZALSi7Mg ZL101 10 ZALSi12 Cu1Mg1Ni1 ZL109 19 ZALCu5MnCdA ZL204A 2 ZALSi7MgA ZL101A 11 ZALSi9Cu2Mg ZL111 20 ZALCu5MnCdVA ZL205A 3 ZALSi12 ZL102 12 ZALSi7Mg1A ZL114A 21 ZALR5Cu3Si2 ZL207 4 ZALSi9Mg ZL104 13 ZALSi5Zn1Mg ZL115 22 ZALMg10 ZL301 5 ZALSi5Cu1Mg ZL105 14 ZALSi8MgBe ZL116 23 ZALMg5Si1 ZL303 6 ZALSi5Cu1MgA ZL105A 15 ZALCu5Mn ZL201 24 ZALMg8Zn1 ZL305 7 ZALSi8Cu1Mg ZL106 16 ZALCu5MnA ZL201A 25 ZALZn11Si7 ZL401 8 ZALSi7Cu4 ZL107 17 ZALCu10 ZL202 26 ZALZn6Mg ZL402 9 ZALSi12Cu2Mg ZL108 18 ZALCu4 ZL203 652 铝合金的熔炼设备合金熔炼的目的是要获得符合一定成分和温度要求的金属熔液。不同类型的金属，需要采用不同的熔炼方法及设备。如钢的熔炼是用转炉、平炉、电弧炉、感应电炉等；铸铁的熔炼多采用冲天炉；而非铁金属铝合金的熔化通常采用坩埚电阻炉，炉子的大小一般为30-500kg，电热体有金属（铁铬合金）、非金属（碳化硅）两种，是广泛用来熔化铝合金的炉子，优点是：炉气呈中性，金属也不会强烈氧化，炉温便于控制，操作简单，劳动条件好。坩埚分金属坩埚（铸铁、铸钢、钢板）非金属坩埚（石墨、粘土、炭质）两类。QR系列坩埚熔化电阻炉如图6-9、6-10所示。1炉壳 2炉衬 3加热元件 4炉盖 5坩埚 6倾斜机构 7支架图6-10 QR系列坩埚熔化电阻炉结构图 图6-9 QR系列坩埚熔化电阻炉外形图其炉体外壳由型钢及钢板焊接成圆筒结构，其内有各种耐火材料砖砌成的加热室。在加热室与炉壳之间砌有保温砖及填满保温粉以减少热损失。由高电阻合金加工成螺旋状的电热元件布置在加热室周围的搁砖上，通过引出棒与外线路的电源接通。耐热材料制成的坩埚工作室放在加热室内。在电炉后端装有保护罩壳，罩壳内是加热元件接线装置。 通过蜗轮减速机，可将装置在炉架上的炉体在90度范围内倾斜浇铸，也可手动操作。炉面板上装有两个半圆形的炉盖，炉盖合并盖好后留有一热电偶测量孔。电路配置一支热电偶，通过补偿导线与控制柜上的仪表相连接，可控制工作温度。653 铝合金坩埚电阻炉熔炼的特点及工艺过程1铝合金熔炼的特点由于铝合金的熔点低，熔炼时极易氧化、吸气，合金中的低沸点元素（如镁、锌等）极易蒸发烧损。故铝合金的熔炼应在与燃料和燃气隔离的状态下进行。铝合金熔炼工艺控制较为复杂。铝合金的牌号较多，使用元素也较多，某一元素对一种合金是有益的，但对另一种合金可能是有害的，同一炉不要熔化成分相差较大的合金，熔炼时配料应精确计算：熔化铝合金的炉料包括金属炉料（新料、中间合金、旧炉料），溶剂（覆盖剂、精炼剂、变质剂）和辅助材料（指坩埚及熔炼浇注工具表面上涂的涂料）。配料计算主要是如何搭配金属材料，以满足合金质量要求。一方面是保证合乎要求的化学成分，另一方面是在保证质量的前提下多使用旧炉料，以降低成本。2熔炼的工艺过程 （1） 炉料处理 炉料使用前应清理炉料，以去除表面的锈蚀、油脂等污物。放置时间不长，表面较干净的铝合金锭及金属型回炉料可以不经吹砂处理，但应消除混在炉料内的铁质过滤网及镶嵌件等，所有的炉料在入炉前均应预热，以去除表面附的水分，缩短熔炼时间在3小时以上。（2）坩埚及熔炼工具的准备 新坩埚使用前应清理干净及仔细检查有无穿透性缺陷，使用前均应吹砂，并预热至暗红色（500-600度）保温2小时以上 ，以烧除附着在坩埚内壁的水分及可燃物质，待冷到300度以下时，仔细清理坩埚内壁，在温度不低于200度时喷涂料。坩埚要烘干、烘透才能使用。压瓢、搅拌勺、浇包等熔炼工具使用前必须除尽残余金属及氧化皮等污物，经过200300预热并涂以防护涂料。以免与铝合金直接接触，污染铝合金。涂料一般采用氧化锌和水或水玻璃调合。涂完涂料后的模具及熔炼工具使用前再经200300预热烘干。 （3）熔炼温度的控制 熔炼温度过低，不利于合金元素的溶解及气体、夹杂物的排出，增加形成偏析、冷隔、欠铸的倾向，还会因冒口热量不足，使铸件得不到合理的补缩，有资料指出，所有铝合金的熔炼温度至少要达705度并应进行搅拌。熔炼温度过高不仅浪费能源，更严重的是因为温度愈高，吸氢愈多，晶粒亦愈粗大，铝的氧化愈严重，一些合金元素的烧损也愈严重，从而导致合金的机械性能的下降，铸造性能和机械加工性能恶化，变质处理的效果削弱，铸件的气密性降低。 生产实践证明，把合金液快速升温至较高的温度，进行合理的搅拌，以促进所有合金元素的溶解（特别是难熔金属元素），扒除浮渣后降至浇注温度，这样，偏析程度最小，熔解的氢亦少，有利于获得均匀致密、机械性能高的合金。因为铝熔体的温度是难以用肉眼来判断的，所以不论使用何种类型的熔化炉，都应该用测温仪表控制温度。测温仪表应定期校核和维修。热电偶套管应周期的用金属刷刷干净，涂以防护性涂料，以保证测温结果的准确性及延长使用寿命。 （4）熔炼时间的控制 为了减少铝熔体的氧化、吸气和铁的溶解，应尽量缩短铝熔体在炉内的停留时间，快速熔炼。从熔化开始至浇注完毕，砂型铸造不超过4小时，金属型铸造不超过6小时，压铸不超过8小时。 为加速熔炼过程，应首先加入中等块度、熔点较低的回炉料及铝硅中间合金，以便在坩埚底部尽快形成熔池，然后再加块度较大的回炉料及纯铝锭，使它们能徐徐浸入逐渐扩大的熔池，很快熔化。在炉料主要部分熔化后，再加熔点较高、数量不多的中间合金，升温、搅拌以加速熔化。最后降温，压入易氧化的合金元素，以减少损失。 （5）精炼处理铝合金在熔炼时，极易氧化生成AL2O3，其氧化物比重和合金液比重相近，如靠它自己上浮或下沉是难以去除的，很容易使铸件形成夹渣。还有铝合金在高温时吸收氢气，如不去除，也将会使铸件形成气孔。因此，上述炉料等准备工作很重要。融化后，还要进行精炼处理，首先将旧渣扒去，用复盖剂复盖，用量为铝液中的0.2%0.5%，做俩次加入，在除气前加入其重量的1/21/3。再以钟罩压入预热好的精炼剂，用量为铝液重的0.4%0.5%，精炼处理温度为730750。分两次加入，第一次压入量为1/2略多些，处理时间为45min。在除气后扒去熔渣加入其重量的1/22/3的复盖剂，静止23min后，即可扒渣进行浇注，浇注温度为700740。3熔体的转送和浇注 尽管固态氧化铝的密度近似于铝熔体的密度，在进入铝熔体内部后，经过足够长的时间才会沉至坩埚底部。而铝熔体被氧化后形成的氧化铝膜，却仅与铝熔体接触的一面是致密的，与空气接触的一面疏松且有大量的小孔，其表面积大，吸附性强，极易吸附水汽，反有上浮的倾向。因此，在这种氧化膜与铝熔体的比重差小，将其混入熔体中，浮沉速度很慢，难以从熔体中排除，在铸件中形成气孔、夹杂。所以，转送铝熔体中关键是尽量减少熔融金属的搅拌，尽量减少熔体与空气的接触。 采用倾转式坩埚浇注熔体时，为避免熔体与空气的混合，应将浇包尽量靠近炉咀，并倾斜放置，使熔体沿着浇包的侧壁下流，不致直接冲击包底，发生搅动、飞溅等。 采用正确合理的浇注方法，是获得优质铸件的重要条件之一。生产实践证明，注意下列事项，对防止、减少铸件缺陷是很有效的。 （1）浇注前应仔细检查熔体出炉温度、浇包容量及其表面涂料层的干燥程度，其他工具的准备是否合乎要求。（2）不能在有“过堂风”的场合下浇注，以及熔体强烈氧化，燃烧，使铸件产生氧化夹杂等缺陷。 （3）由坩埚内获取熔体时，应先用包底轻轻拨开熔体表面的氧化皮或熔剂层，缓慢地将浇包浸入熔体内，用浇包的宽口舀取熔体，然后平稳的提起浇包。（4）端包时步子要稳，浇包不宜提得过高，浇包内金属液面必须保持平稳，不受拢动。（5）即将浇注时，应扒净浇包的渣子，以免在浇注中将熔渣、氧化皮等带入铸型中。（6）在浇注中，熔体流要保持平稳，不能中断，不能直冲口杯的底孔。浇口杯自始至终应充满，液面不得翻动，浇注速度要控制得当。通常，浇注开始时速度稍慢些，使熔体充填平稳，然后速度稍快，并基本保持浇注速度不变。 （7）在浇注过程中，浇包咀与浇口的距离要尽可能靠近，以不超过50毫米为限，以免熔液过多地氧化。 （8）距坩埚底部60毫米以下的熔体不宜浇注铸件。4浇注安全清理浇注场地并使其通畅，不准有积水。参加浇注的人员必须按要求穿戴好防护用品。浇包不能装得太满，以免抬运时溢出飞溅伤人。不准用冷铁棒插入高温液体中去扒渣、挡渣。抬运金属液时，步伐要稳，步调一致，听从指挥。剩余液体要倒在指定位置。整个熔铸过程概括如下：首先检查电器设备是否正常送电原材料准备预热坩埚至发红加入小块炉料、熔点较低的回炉料尽快形成熔池加块度较大的回炉料及铝锭升温之750760待铝合金全部熔化加覆盖剂熔毕后充分搅拌扒渣精炼除气扒渣再加覆盖剂静置扒渣出炉浇铸。66常见铸件缺陷分析 1氧化夹渣 缺陷特征：氧化夹渣多分布在铸件的上表面，在铸型不通气的转角部位。断口多呈灰白色或黄色，经x光透视或在机械加工时发现，也可在碱洗、酸洗或阳极化时发现 （如图6-11）。产生原因： 图6-11 含氧化夹杂缺陷的铸件实物产生原因：（1）炉料不清洁，回炉料使用量过多 （2）浇注系统设计不良 （3）合金液中的熔渣未清除干净 （4）浇注操作不当，带入夹渣 （5）精炼变质处理后静置时间不够 防止方法： （1）炉料应经过吹砂，回炉料的使用量适当降低 （2）改进浇注系统设计，提高其挡渣能力 （3）采用适当的熔剂去渣 （4）浇注时应当平稳并应注意挡渣 （5）精炼后浇注前合金液应静置一定时间 2. 气孔 气泡 缺陷特征：铸件壁内气孔一般呈圆形或椭圆形，具有光滑的表面，一般是发亮的氧化皮，有时呈油黄色。表面气孔、气泡可通过喷砂发现，内部气孔、气泡可通过X光透视或机械加工发现（如图6-12）。气孔 气泡在X光底片上呈黑色。（d）皮下气孔 图6-12 有气孔缺陷的铸件实物产生原因： （1）浇注合金不平稳，卷入气体 （2）型(芯)砂中混入有机杂质(如煤屑、草根 马粪等) （3）铸型和砂芯通气不良 （4）冷铁表面有缩孔 （5）浇注系统设计不良（6）熔炼温度过高，氢在铝液中溶解度高，因此在凝固过程中，氢析出形成气孔。 氢的来源： 大气中水蒸气，金属液从潮湿空气中吸氢。 原材料本身含氢量，合金锭表面潮湿，回炉料脏，油污。 工具、熔剂潮湿。防止方法 ： （1）正确掌握浇注速度，避免卷入气体。 （2）型(芯)砂中不得混入有机杂质以减少造型材料的发气量 （3）改善(芯)砂的排气能力 （4）正确选用及处理冷铁 （5）改进浇注系统设计 （6）选用干燥、干净的合金料。 （7）控制熔炼温度，避免过热，进行除气处理。3 缩松 缺陷特征：铝铸件缩松一般产生在内浇道附近冒口根部厚大部位、壁的厚薄转接处和具有大平面的薄壁处。在铸态时断口为灰色，浅黄色经热处理后为灰白浅黄或灰黑色在x光底片上呈云雾状严重的呈丝状缩松可通过X光、荧光低倍 断口等检查方法发现。（如图6-13）图6-13 有缩孔和缩松缺陷的铸件实物产生原因： （1）冒口补缩作用差 （2）炉料含气量太多 （3）内浇道附近过热 （4）砂型水分过多，砂芯未烘干 （5）合金晶粒粗大 （6）铸件在铸型中的位置不当 （7）浇注温度过高，浇注速度太快 防止方法： （1）从冒口补浇金属液，改进冒口设计 （2）炉料应清洁无腐蚀 （3）铸件缩松处设置冒口，安放冷铁或冷铁与冒口联用