第4章材料的液态成形工艺-2

§4-3砂型铸造型（芯）砂组成：石英砂+粘土+水。型（芯）砂性能：强度、透气性（permeability）、耐火性（refractoriness）、退让性（collapsibility）。造型方法：手工造型和机器造型。

砂型铸造是传统的铸造方法，适用于各种形状、大小以及各种合金铸件的生产。以型砂和芯砂为造型材料的铸造方法称砂型铸造。一、造型方法的选择手工造型—全部用手工或手动工具完成的造型工序。按模样分：整模、分模、刮板、活块、挖砂、假箱等；按砂箱分：两箱、三箱、地坑、脱箱等。手工造型操作灵活，大小铸件均适应；用于单件、小批量生产。

整模造型

模样为一整体，造型时将整个模样全部放在一个砂箱内，分型面为平面。

分模造型

模样分成两半，造型时分别放在上、下砂箱内，分型面为平面。

挖砂造型

模样为一整体且最大截面不再端部，造型时把妨碍起模的型砂挖掉。

假箱造型

需要挖砂造型的零件生产数量多时，用一砂箱代替底板进行造型，但不参与浇注。

活块造型

零件侧面凸起部分妨碍起模，把凸起部分做成活块。

刮板造型

利用与铸件断面相适应的刮板模样绕固定轴旋转，在砂型中刮制出所需要的型腔。按模样分：手工(紧实)造型造型时填砂手工造型实景手工造型方法的优缺点优点：(1)操作灵活，大小铸件均可适用；(2)对模样要求不高（一般木模，刮板）；(3)对砂箱要求不高。缺点：(1)生产效率低，工作环境差；(2)对工人的技术要求较高；(3)铸件的尺寸精度及表面质量较差。2.机器造型—用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。

特点：生产率高，铸型质量好；但投资大，生产周期长，主要用于成批大量生产。分类：震压造型、抛砂造型、射砂造型。震压造型震压造型

以压缩空气为动力；通过震击使砂箱下部的型砂在惯性力下紧实，上部松散的型砂再用压头压实。优点：设备价格低。缺点：型砂紧实度不高，造型表面粗糙，造型时噪声较大。砂团填砂、紧实叶片

抛砂头转子上装有叶片，型砂由皮带输送机连续地送入，高速旋转的叶片接住型砂并分成一个个砂团。当砂团随叶片转到出口处时，由于离心力的作用，以高速抛入砂箱，同时完成填砂与紧实。抛砂造型

由储气筒中迅速进入到射膛的压缩空气，将型芯砂由射砂孔射入芯盒的空腔中，而压缩空气经射砂板上的排气孔排出，射砂过程是在较短的时间内同时完成填砂和紧实，生产率极高。射砂造型二、砂型铸造常见缺陷孔洞：气孔、缩孔、缩松、砂眼、渣眼；表面缺陷：粘砂、夹砂；裂纹：热裂、冷裂等。常见缺陷的特征及原因如下。

P.146表4-3铸件常见缺陷及其原因类别缺陷名称和特征主要原因分析孔洞气孔铸件内部出现的孔洞，常为梨形、球形，孔的内壁较光滑1．砂型和型芯紧实度过高

2．型砂太湿，起模、修型时刷水过多

3．砂芯未烘干或通气道堵塞

4．浇注系统不正确，气体排不出去缩孔铸件厚截面处出现的形状极不规则的孔洞，孔的内壁粗糙缩松铸件截面上细小而分散的缩孔1．浇注系统或冒口设置不正确，无法补缩或补缩不足

2．浇注温度过高，金属液收缩过大

3．铸件设计不合理，壁厚不均匀无法补缩

4．与金属液化学成分有关，铸铁中C、si含量少、合金元素多时易出现缩松砂眼铸件内部或表面带有砂粒的孔洞1．型砂和芯砂强度不够或局部没舂实，掉砂

2．型腔、浇注系统内散砂未吹净

3．合箱时砂型局部挤坏，掉砂

4．浇注系统不合理，冲坏砂型(芯)渣气孔铸件浇注时的上表面充满熔渣的孔洞，常与气孔并存，大小不一，成群集结1．浇注温度太低，熔渣不易上浮

2．浇注时没挡住熔渣

3．浇注系统不正确，挡渣作用差表面缺陷机械粘砂铸件表面粘附着一层砂粒和金属的机械混合物，使表面粗糙1．砂型舂得太松，型腔表面不致密

2．浇注温度过高，金属液渗透力大

3．砂粒过粗，砂粒间空隙过大夹砂铸件表面产生的疤片状．金属突起物。表面粗糙，边缘锐利，在金属片和铸件之间夹有一层型砂1．型砂热湿强度较低，型腔表面受热膨胀后易鼓起或开裂

2．砂型局部紧实度过大，水分过多，水分烘干后，易出现脱皮

3．内浇道过于集中，使局部砂型烘烤厉害

4．浇注温度过高，浇注速度过慢裂纹热裂铸件开裂，裂纹断面严重氧化，呈暗蓝色，外形曲折而不规则冷裂裂纹断面不氧化，并发亮，有时轻微氧化，呈连续直线状1．砂型(芯)退让性差，阻碍铸件收缩而引起过大的内应力

2．浇注系统开设不当，阻碍铸件收缩

3．铸件设计不合理，薄厚差别大§4-4特种铸造所谓特种铸造，是指有别于砂型铸造方法的其他铸造工艺。铸造方法公差等级(CT)GB6414-86手工砂型11～13机器砂型8～10金属型6～9低压6～9熔模5～7特种铸造一般能至少实现以下一种性能：提高铸件的尺寸精度和表面质量提高铸件的物理及力学性能提高金属的利用率(工艺出品率)减少原砂消耗量适宜高熔点、低流动性、易氧化合金铸造改善劳动条件，便于实现机械化和自动化特种铸造方法特种铸造金属型铸造离心铸造压力铸造熔模铸造低压铸造挤压铸造陶瓷型铸造一、金属型铸造（permanentmouldcasting）

金属型铸造又称硬模铸造，是将液体金属浇入金属铸型，在重力作用下充填铸型，以获得铸件的铸造方法。

铸型是用金属制成，可以反复使用多次。导热性好；透气性差；没有退让性。金属型的这些特点决定了它在铸件形成过程中有自己的规律。金属型和砂型比较，在性能上有显著的区别：组合金属型结构

为保证使用寿命，制造金属型的材料具备如下的性能：

高的耐热性和导热性，反复受热不变形，不破坏；一定的强度、韧性及耐磨性；良好的切削加工性能。

金属型材料一般选用铸铁或铸钢。金属型构造金属型铸造工艺：

金属型的预热（预热温度一般不低于150°C)金属型导热性好／液体金属冷却快，铸件易出现冷隔、浇不足、气孔等缺陷。同时保护铸型。涂料（耐火涂料的厚度为0.3~0.4mm)利用涂料层的厚薄，调节铸件的冷却速度；保护金属型，防止高温金属液对型壁的冲蚀和热击；利用涂料层蓄气排气。浇注：浇注温度比砂型铸造时高。由根据合金种类、铸件大小和壁厚决定。开型、取出铸件、清理特点：可承受多次浇注，便于实现机械化；铸件精度和表面质量高，节约材料；铸件的结晶组织致密，机械性能高。金属型成本高，生产周期长；铸造工艺严格，易出现浇不足、冷隔、裂纹；铸件的形状和尺寸受一定的限制。金属型铸造特点与应用

应用：金属型铸造适用于大批量生产形状简单的有色合金铸件。如飞机、汽车、拖拉机、内燃机的铝活塞、气缸体、缸盖、油泵壳体以及铜合金轴瓦、轴套等。二、熔模铸造（investmentcasting）熔模铸造用易熔材料制成模型，然后在模型上涂挂耐火材料，经硬化之后，再将模型熔化、排出型外，从而获得无分型面的铸型。由于熔模广泛采用蜡质材料来制造，故又常把它称为“失蜡铸造”。由于获得的铸件具有较高的尺寸精度和表面光洁度，故又称“熔模精密铸造”。熔模铸造工艺过程：母模压型熔蜡充满压型一个蜡模蜡模组结壳、倒出熔蜡填砂浇注与砂型铸造方法对比，熔模精密铸造具有：

1.铸件尺寸精度高（IT11~IT13），表面粗糙度值低（12.5~1.6um），减少切削加工量，甚至无须切削加工（涡轮发动机的叶片）

。2.可以铸造薄壁件及重量很小的铸件，带有精细的图案、文字、细槽和弯曲细孔的铸件。3.擅长制造用砂型铸造、锻压、切削加工等方法难以制造的形状复杂的零件。4.可以制造各种合金材质的铸件，尤其适用于高熔点合金的小型复杂铸件。三、压力铸造（diecasting）

将熔融的金属在高压下，快速压入金属型，并在压力下凝固，以获得铸件的方法。卧式压铸机优点

铸件的精度和表面质量都较其他铸造方法高（尺寸公差等级可达CT4~CT7，表面粗糙度一般可达Ra1.6~12.5um)；

可压铸出形状复杂的薄壁件或镶嵌件（铸件最小壁厚为：锌合金为0.3mm,铝合金为0.5mm)；铸件强度和硬度高（抗拉强度可比砂型铸件提高25%~30%，但伸长率有所降低）

；生产率高(一般冷压式压铸机平均每小时压铸600-700次）

。压力铸造的特点和适用范围缺点:

投资大，生产周期长

压铸合金的种类受限制，压铸高熔点合金（铸铁、铸钢）时，压型寿命低铸件内部常有气孔和缩松，不能进行较多余量的切削加工压铸件不能用热处理的方法提高性能适用范围:

主要用于有色合金（如铝合金、锌合金）的中、小铸件的大量生产。四、低压铸造（lowpressdiecasting）特点：充型平稳，适用于不同的铸型；铸件力学性能好；投资少，易操作，自动化程度高。应用：大批量生产铝合金和镁合金铸件。如发动机的气缸盖、曲轴、叶轮、活塞等。介于金属型和压力铸造之间的一种铸造方法。五、离心铸造（centrifugalcasting）

将液态合金浇入高速旋转的铸型中，使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶。用于大批量生产管、套、盘类铸件。省去型芯和浇注系统，降低铸件成本；离心力的作用，铸件由外向内的顺序凝固，铸件组织致密；便于制造双金属铸件；铸件易产生偏析，内表面较粗糙，尺寸不易控制。

离心铸造已广泛用于制造铸铁管、气缸套铜套、双金属轴承、特殊的无缝管坯、造纸机滚筒等大批量生产。工艺特点：应用：六、铸造方法的选择砂型铸造熔模铸造金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造适用金属任意铸钢为主有色合金为主铝、锌合金等有色合金为主铸铁、铜合金铸件大小任意<25Kg中小为主<10Kg中小为主不限表面质量差高较高最高较高较高生产批量不限成批、大量大批大量大批大量成批、大量成批、大量生产率低、中低、中中、高最高中中、高应用床身,机架箱体带轮刀具叶片自行车零件铝活塞水暖化油器仪表喇叭缸体缸盖壳体螺旋桨铁管环套辊轴承

铸件的结构，如果不能满足合金铸造性能的要求，将可能产生浇不足、冷隔、缩松、气孔、裂纹和变形等缺陷。§4-5铸件结构工艺性

进行铸件结构设计，不仅要保证其机械性能要求，还必需考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求，使铸件的结构与这些要求相适应。使这些铸件具有良好的工艺性，以便保证铸件质量，降低生产成本，提高生产率。

一、铸件结构应利于避免或减少铸件缺陷1.壁厚合理

“最小壁厚值”：铸件壁厚应大于最小壁厚，否则易产生浇不足、冷隔缺陷；但壁厚太大，金属液冷速降低，晶粒粗大，力学性能下降。

铸件壁较厚，容易产生缩孔。将壁厚减薄，采用加强筋，可防止以上的缺陷。2.铸件壁厚力求均匀铸钢件应避免较大热节，故不宜采用交叉接头。3.铸件壁的连接结构圆角：可使铸件壁间的转角处避免热节、减轻应力集中、改善结晶方向，从而提高转角处的机械性能。外圆角还可美化铸件外形；内圆角还可防止金属液冲坏型腔尖角。避免锐角连接

——减小热节和内应力

厚薄壁间的连接要逐步过渡

——减少应力集中4.避免较大水平面

浇注时铸件朝上的水平面易产生气孔、砂眼、夹渣等缺陷。因此，设计铸件时应尽量减小过大的水平面或采用倾斜的表面。不合理合理

合理的铸件结构设计，除了满足零件的使用性能要求外，还应使其铸造工艺过程尽量简单。以提高生产效率，降低废品率，为生产过程的机械化创造条件。二、铸件结构应利于简化铸造工艺1.铸件外形尽量简单（1）避免外部的侧凹，减少分型面或外部型芯：（2）分型面应平直：（3）凸台和筋的设计应便于造型和起模：（4）铸件的垂直壁上应考虑给出结构斜度：减少分型面数目分型面要平直避免活块2.铸件内腔结构应符合铸造