《机械制造技术》-第一章

1.1概述铸造是把金属液浇注到预先制好的具有与零件形状相似的铸型型腔中，待其凝固冷却后获得毛坯或零件的方法。由铸造得到的毛坯或零件称为铸件。铸造具有以下优点：

(1)可铸造出形状复杂的铸件，特别是具有复杂内腔的铸件。

(2)铸件的重量几乎不受限制，可以从几克到数百吨。

(3)铸造所用的原材料来源方便，报废的机件及切屑经回收处理后均可重新使用;且铸造不需要使用昂贵的设备，故铸件的成本较低。

(4)适用范围广，工业上常用的金属均可用铸造的方法制成零件。

(5)铸件的形状与零件接近，因而切削量较小，节省金属材料及加工的工时。下一页返回1.1概述铸造生产目前存在的问题：（1）铸件金相组织粗大，内部常出现缩孔、缩松、气孔、砂眼等缺陷；（2）由金属材料制成的铸件，其机械性能不如锻件高，这就使得铸件笨重，增加了机器设备的重量。（3）铸造工序较多，且一些工艺过程难以精确地控制，这就使铸件质量不够稳定，废品率较高。（4）工人的劳动条件差，生产率低。铸造可分为砂型铸造和特种铸造两大类。砂型铸造是最常用的铸造方法，目前，世界各国用砂型铸造生产的铸件，约占铸件总重量的90%以上。上一页返回1.2铸造工艺基础铸造生产中很少使用纯金属，而是使用各种合金，常用的铸造合金有铸铁、铸钢、铸造铝合金和铸造铜合金等。铸造合金在铸造过程中呈现出的工艺性能，称为铸造性能。合金的铸造性能主要指流动性、收缩性、偏析、吸气等。1.2.1铸件的凝固方式液态合金在铸型中的凝固过程就是铸件的成形过程。铸件的质量、性能等受合金凝固方式的影响极大。下一页返回1.2铸造工艺基础铸件在凝固过程中，其断面一般存在3个区域，即固相区、凝固区和液相区，如图1-17所示，其中对铸件质量影响最大的是液相和固相并存的凝固区。通常根据凝固区的宽窄将铸件的凝固方式分为逐层凝固、中间凝固和糊状凝固。（1）逐层凝固。纯金属或共晶成分的合金在凝固过程中，断面上外层的固体和内层的液体由一条界线（凝固前沿）清楚地分开，如图1-1（a)所示，原因是它们在此过程中不存在液、固相并存的凝固区。随着温度的下降，固体层不断加厚，液体层不断减少，直到中心层全部凝固。这种凝固方式称为逐层凝固。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础（2）糊状凝固。当合金的结晶温度范围很宽，且铸件断面温度分布较为平坦时，在凝固的某段时间内铸件表面并不存在固体层，而液、固相并存的凝固区贯穿整个断面，如图1-1（b）所示。（3）中间凝固。介于逐层凝固和糊状凝固之间的凝固方式称为中间凝固，如图1-1（c）所示。大多数合金均属于中间凝固方式。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础1.2.2合金的流动性及充型能力1.合金的流动性液态合金的流动能力称为流动性，液态合金充满型腔的过程称为充型。液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的铸件的能力，称为充型能力。金属液的流动性好，充型能力强，不仅容易获得轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的铸件；而且可避免产生冷隔和浇不足等缺陷；也有利于金属液中非金属夹杂物和气体的排出，避免产生夹渣和气孔等缺陷；还有利于在凝固过程中金属液的补缩，避免产生缩孔和缩松等缺陷。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础液态金属流动性的好坏，通常用螺旋形流动性试样的长度来衡量。如图1-2所示，将金属液浇入试样中，在相同的铸型及浇注条件下，浇注出的螺旋形试样越长，表示该合金的流动性越好。试样上有一些凸点其间隔均为50mm，是用于计量长度的。表1-1

为几种常用合金的流动性比较。2.影响流动性的因素(1)合金成分的影响铸造合金的成分不同，结晶特点和流动性则不同，由于共晶成分的合金与纯金属一样，是在恒温下结晶的，结晶时从铸型表面开始向中心逐层凝固，结晶前沿较为平滑，对尚未凝固的金属流动阻力小，如图1-3(a)所示，因而共晶成分合金的流动性最好。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础其他成分合金的结晶过程是在一定温度范围内完成的，在这个温度范围内，同时存在固、液两相,初生的树枝状晶体使固、液界面粗糙，阻碍金属液的流动，从而使其流动性较共晶合金差，如图1-3(b)所示。因此，结晶温度范围小的合金流动性好，结晶温度范围大的合金流动性差，越接近共晶成分，合金越容易铸造。在常用的铸造合金中，铸铁的流动性好，铸钢的流动性差。（2）铸件的结构、性质的影响①铸件壁厚小，型腔窄，液态合金的散热就快；铸件壁厚急剧变化，结构复杂，型腔结构就复杂，液态合金流动时的阻力就大；铸件有大的水平面时，也会增加液态合金流动时的阻力。这些，都会使液态合金的充型能力变差。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础②铸型材料的热导率越大，液态合金降温越快，其充型能力就越差。如金属型铸造比砂型铸造容易产生浇不足等缺陷。③提高铸型温度，减小铸型和液态合金之间的温差，减缓冷却速度，可提高液态合金的充型能力。④砂型铸造中，在液态合金的热作用下，砂型将产生大量的气体，如果气体不能顺利排出，型腔中的气压将增大，就会阻碍液态合金的流动。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础（3）浇注条件的影响①浇注温度高，液态合金所含的热量多，金属保持液态的时间长；同时，传给铸型的热量也多，导致铸型的温度升高，使液态合金的冷却速度降低，从而使其流动性增强。另外，浇注温度高，液态合金的黏度降低，也有利于流动性的提高。但浇注温度过高，会使金属的吸气量和总收缩量增加，氧化严重，铸件的一次结晶组织变得粗大，反而会增加铸件产生黏砂、裂纹、缩孔、气孔、粗晶等缺陷的可能性。因此，在保证足够的充型能力的前提下，浇注温度应该尽可能低些。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础②液态合金在流动方向上所受的压力越大，其充型能力越好。对于砂型铸造，充型压力是由直浇道所产生的静压力取得的，故增加直浇道的高度可有效地提高充型能力。对于压力铸造、离心铸造等特种铸造，是使用人为加压等方法使充型压力增大，充型能力提高。③浇注系统结构越复杂，液态合金流动阻力越大，充型能力就降低。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础1.2.3铸造合金的收缩１.收缩的概念液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象称为合金的收缩。收缩会使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷，收缩要经历如下3个阶段。（1）液态收缩液态收缩是指液态合金从浇注温度冷却到凝固开始温度之间产生的体积收缩，此时的收缩表现为型腔内液面的降低。液态合金的过热度越大，液态收缩也越大。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础（2）凝固收缩。凝固收缩是指合金从凝固开始温度冷却到凝固终止温度之间产生的体积收缩，在一般情况下，这个阶段的收缩仍表现为型腔内液面的降低。（3）固态收缩。固态收缩是指合金从凝固终止温度冷却到室温之间产生的体积收缩。固态体积收缩表现为3个方向线尺寸的缩小。合金的总体积收缩为上述3个阶段收缩之和，与合金本身的成分、浇注温度及相变有关。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的主要原因，固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹等缺陷的主要原因。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础2.影响收缩的因素（1）化学成分的影响。合金的化学成分不同，其收缩率也不同。（2）浇注温度的影响。合金浇注温度越高，过热度越大，液态收缩越大。（3）铸型工艺和铸件结构的影响。当铸型、型芯对金属收缩产生阻力时，将影响铸件的收缩。铸件形状复杂或厚薄相差较大，凝固后的铸件各部分收缩不一样，导致其内应力增大，甚至变形、开裂。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础3.铸件的缩孔和缩松（1）缩孔和缩松的形成。如果液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补足，则在铸件的最后凝固部位会形成一些孔洞。按照孔洞的大小和分布，可将其分为缩孔和缩松两类。①缩孔及其形成。缩孔是容积较大的孔洞，一般隐藏在铸件上部或最后凝固部位，有时经切削加工可暴露出来。缩孔形状不规则，多呈倒锥形，其内表面较粗糙。缩孔形成的过程如图1-4所示。将液态合金充满型腔后，从散热、冷却开始产生液态收缩。在浇注系统尚未凝固期间，由于收缩所减少的液态合金可从浇口得到补充，液面不下降仍保持充满状态，如图1-4（a）所示。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础随着热量不断散失，液态合金温度低到凝固温度，凝固成一层硬壳。若内浇道已凝固，则形成的外壳就像一个密封容器，其内充满液态合金，如图1-4(b)所示。温度继续降低，硬壳产生固态收缩，中心部分液态合金产生液态收缩和凝固收缩，且收缩体积远比硬壳的固态收缩大，致使液面下降，并与硬壳顶面分离，产生了间隙，如图1-4(c)所示。温度继续降低，外壳也继续加厚，液面不断下降直到液体全部凝固，最后形成倒锥形孔洞即缩孔，如图1-4(d)所示。已经形成缩孔的铸件继续冷却到室温时，由于固态收缩使其外形尺寸较原来略有减小，如图1-4(e)所示。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础②缩松的形成。缩松可以看成是将集中缩孔分散为数量极大的小缩孔，似海绵状。合金的结晶温度范围越宽，越易形成缩松，所以缩松多产生于结晶温度范围宽的合金。图1-5为圆柱形铸件缩松形成过程的示意图。图1-5（a）为液态合金浇注后的某一时刻，因合金的结晶温度范围较宽，铸件截面上有3个区域。图1-5（b）表示铸件中心部分液态区已不存在，而成为液态和固态共存的凝固区，其凝固层内表面参差不齐，呈锯齿状，剩余的液体被凹凸不平的凝固层内表面分割成许多残余液相的小区。这些小液相区彼此间的通道变窄，增大了液态合金的流动阻上一页下一页返回1.2铸造工艺基础力，加之铸型的冷却作用变弱，促使液态合金温度趋于一致而同时凝固。凝固中其体积的减小又得不到液态合金的补充时，就形成了缩松，如图1-5（c）所示。形成缩松的另一种情况是，当液态合金在很宽的结晶温度范围内结晶时，先形成的树枝状晶体彼此相互交错，将液态合金分割成许多小的封闭区域，随着枝晶的长大，这些封闭液体区的收缩得不到液态合金的补偿，最后形成细小的分散缩孔，即缩松。缩松大多分布在铸件轴线处、厚大部位、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方，它分布面广，难以控制，因而对铸件的力学性能影响很大，是铸件最危险的缺陷之一。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础（2）缩孔和缩松的防止缩孔和缩松容易产生应力集中，降低铸件的力学性能，采取的防止缩孔和缩松产生的措施有以下几种。①生产中应尽量采用接近共晶成分的或结晶范围窄的合金。②在工艺上一般采用顺序凝固原则，使铸件按“薄壁—厚壁—冒口”的顺序进行凝固，如图1-6所示。所谓顺序凝固，是指在铸件可能出现缩孔的厚大部位，通过安放冒口等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固（图1-6中的Ⅰ区），接着是靠近冒口的部位凝固（图1-6中的Ⅱ区、Ⅲ区），冒口本身最后凝固。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础为了实现顺序凝固，在安放冒口的同时，应该在铸件上某些厚大部位增设冷铁，如图1-7

所示，冷铁加快了下部左侧凸台的冷却速度，从而实现了自下而上的顺序凝固。1.2.4铸造应力铸件在凝固后继续冷却的过程中，由于收缩不均匀和相变等因素而引起的内应力称为铸造应力。它是铸件产生变形、裂纹等缺陷的主要原因。上一页下一页返回１.铸造应力的种类铸造应力按其产生的原因可分为热应力、相变应力和收缩应力3种。铸件各部分冷却、收缩不一致而产生的应力称为热应力；铸件由于固态相变，各部分体积发生不均衡变化而引起的应力称为相变应力；铸件在固态收缩时因受到铸型、型芯等阻碍而产生的应力称为收缩应力。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础2.减小应力的措施（1）设计时尽量使其壁厚均匀，避免铸件产生较大的温差（2）采用同时凝固的方法，如图1-8所示，浇口开设在铸件薄壁处，厚壁处放置冷铁，使铸件厚薄部分几乎同时冷却凝固，从而使铸件各部位在凝固过程中温差尽量小。（3）提高铸型温度，使整个铸件缓冷，以减小铸型各部分的温差。（4）改善铸型和型芯的退让性，避免铸件在凝固后的冷却过程中受到机械阻碍。（5）对铸件进行去应力退火，这是一种消除内应力的最彻底的方法。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础1.2.5铸件的变形和裂纹1.铸件变形当铸件中存在内应力时，如内应力超过合金的屈服点，常使铸件产生变形。铸件变形的结果将导致铸件产生扭曲。为了防止变形，除了减小和消除铸造应力外，还可以采用其他一些方法。对于细而长、大而薄等容易变形的铸件，可在模样上预先做出相当于铸件变形量的反变形量，以抵消铸件的变形，此方法被称为反变形法。对于不允许发生变形的重要机件，可将铸件置于露天半年以上，使其缓缓发生变形，从而消除内应力的自然时效处理。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础1.2铸造工艺基础2.铸件裂纹当铸件的内应力超过合金的强度极限时，便会产生裂纹。裂纹是铸件的严重缺陷。防止裂纹的主要措施有合理设计铸件结构；合理选用型砂和芯砂的黏结剂和添加剂，以改善其退让性；降低铸钢和铸铁中硫、磷的含量，这是因为硫能增加铸钢和铸铁的热脆性，磷能显著降低合金的冲击韧性，增加铸件的冷裂倾向。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础1.2.6

偏析和吸气性1.偏析凝固过程中，铸件中化学成分不均匀的现象称为偏析，偏析使铸件性能不均匀，严重时会使铸件报废，偏析分为晶内偏析和质量密度偏析两种。晶内偏析是指晶粒内各部分化学成分不均匀的现象。结晶温度范围大的合金铸件，枝晶发达，晶内偏析难以避免，采用扩散退火可消除。质量密度偏析是指铸件上、下部分化学成分不均匀的现象。由密度相差悬殊的合金元素组成的铸件，凝固时将发生密度小的组元上浮、密度大的组元下沉的现象，使铸件产生质量密度偏析。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础2.吸气性合金在熔炼和浇注时吸收气体的性能称为吸气性。气体来源于炉料熔化和燃料燃烧时产生的各种氧化物和水汽、浇注时带入铸型的空气、造型材料中的水分等。气体在液态合金中的溶解度随温度和压力的降低而下降，因此液态合金在冷却凝固过程中，随着温度降低会析出过饱和气体。若这些气体来不及从中逸出，将在铸件中形成内部气孔或表面气孔等缺陷，从而降低铸件的力学性能和致密性。有时，气体还会与合金中的元素作用，形成夹渣残留于铸件中。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础1.2.7铸件的常见缺陷1.冷隔和浇不足液态合金未能充满型腔，将使铸件产生浇不足。液态合金未能及时充满型腔，将使铸件产生冷隔，如图1-9所示。浇不足时，会使铸件不能获得完整的形状；冷隔时，铸件虽可获得完整的外形，但因存在未完全融合的接缝，铸件的力学性能严重受损。冷隔和浇不足均由液态合金充型能力不足或充型条件较差引起。产生的主要原因是浇注温度太低、浇注速度太慢等。防止冷隔和浇不足的方法有提高浇注温度与浇注速度；合理设计壁厚。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础2.气孔气孔是液态合金在结壳之前，其中的气体未及时逸出，在铸件内生成的孔洞类缺陷。气孔的内壁光滑，明亮或带有轻微的氧化色。气孔会减小铸件的有效承载面积，且在周围还会引起应力集中而降低铸件的抗冲击性和抗疲劳性。气孔还会降低铸件的致密性，影响铸件的耐腐蚀性和耐热性。产生气孔的原因是液态合金中含有气体、造型材料中水分过多或含有大量的发气物质，而砂型和型芯透气性差，以及浇注速度太快，使型腔中的气体来不及排出。防止产生气孔的有效措施有降低液态合金中的含气量，增大砂型的透气性，以及在型腔的最高处安放出气冒口等。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础3.黏砂铸件表面上黏附有一层难以清除的砂粒称为黏砂。黏砂既影响铸件外观，又增加铸件清理和切削加工的工作量，甚至会影响机器的寿命。产生黏砂的原因是型砂的耐火性差、铸型表面的涂料太薄，以及浇注温度太高。防止黏砂的方法有在型砂中加入煤粉，以及在铸型表面涂刷厚一点的防黏砂涂料等。4.夹砂夹砂是指在铸件表面形成的沟槽和疤痕缺陷。如用湿型铸造厚大平板类铸件时，砂型型腔顶面受液态合金辐射热的作用，容易拱起和翘上一页下一页返回1.2铸造工艺基础曲，当翘起的砂层受液态合金液流不断冲刷时可能断裂破碎，留在原处或被带入其他部位，则该铸件上表面与砂型相接触的部位，便会产生夹砂。铸件的上表面越大，砂型体积膨胀越大，形成夹砂的倾向性也越大。防止夹砂的方法有避免大的平面结构。5.砂眼在铸件的内部或表面充塞着型砂的孔洞称为砂眼。砂眼主要是由于型砂或芯砂强度低铸件结构不合理；浇注速度太快；型腔内散砂未吹尽等原因产生的。防止砂眼的方法有提高型砂、芯砂强度；合理设计铸件结构；增加砂型紧实度。上一页下一页返回1.2铸造工艺基础上一页返回6.胀砂浇注时在液态合金的压力作用下，铸型型壁移动，铸件局部胀大形成的缺陷称为胀砂。防止胀砂的方法有提高砂型强度、砂箱刚度，加大合箱时的压箱力或紧固力，并适当降低浇注温度，使液态合金的表层提早结壳，以降低其对铸型的压力。1.3砂型铸造砂型铸造是以型砂为主要造型材料制造铸型的一种铸造方法。制造铸型的过程称为造型。砂型铸造可分为湿型（砂型未经烘干处理）铸造和干型（砂型经过烘干处理）铸造两种。1.3.1砂型铸造的一般过程以套筒铸件为例，说明砂型铸造的主要过程，如图1-10所示。下一页返回1.3砂型铸造（1）用木材或金属等材料制成与所制零件外形基本一致的模样。（2）用木材或金属等材料制成芯盒，再用芯盒将砂子制成与所制零件内腔形状基本一致的砂芯。（3）利用模样制作砂型。（4）将砂芯装到砂型中，俗称“下芯”，形成铸型。（5）将液态合金浇入铸型中，冷凝。（6）落砂清理，得到铸件毛坯。上一页下一页返回1.3砂型铸造1.3.2型砂和芯砂用于制造铸型的材料称为造型材料，造型材料是指制造砂型和型芯时所用的型砂、芯砂及涂料等。1.型砂和芯砂应具备的性能铸型在液态合金浇注凝固过程中要承受其冲刷、静压力和高温的作用，同时还要排除大量气体，型砂和芯砂应具备如下的性能。（1）可塑性型砂在造型时容易准确成型，保持已得到形状的性能称为可塑性。（2）强度型砂承受外力作用不易破坏的性能称为强度。铸型必须具有足够的强度，在浇注时能承受液态合金的冲击和压力，不致发生毁坏。上一页下一页返回1.3砂型铸造（3)耐火性型砂和芯砂在高温液态合金作用下不软化、不熔融烧结及不黏附在铸件表面上的性能称为耐火性。（4）透气性型砂和芯砂在紧实后能使气体通过的能力称为透气性。当液态合金浇入铸型后，在高温作用下，砂型和型芯中会产生大量气体，液态合金在冷却凝固过程中也会析出气体。（5）退让性铸件冷却收缩时，砂型和型芯的体积可以被压缩，即型砂不阻碍铸件收缩的性能称为退让性。上一页下一页返回1.3砂型铸造2.型砂和芯砂的种类（1）面砂铸型表面直接与液态合金接触的一层型砂称为面砂。它应具有较高的可塑性、耐火性和强度，面砂厚度一般约20-30mm，通常都是新砂。（2）填充砂用于充填砂箱中除面砂以外的其余部分的砂称为填充砂，又称为背砂。对它只要求有好的透气性和一定的强度，一般旧砂经处理后，即可作为填充砂使用。（3）单一砂单一砂是指造型时，不分面砂和填充砂，砂型完全由同一种型砂构成。它适用于大批量生产、机械化程度较高的小型铸件的造型。上一页下一页返回1.3砂型铸造（4）型芯砂用于制作砂芯的砂子。在铸造过程中型芯处于液态合金的包围之中，因此型芯砂应具有更高的强度、耐火性、透气性和退让性。3.型砂和芯砂的组成型砂和芯砂是由原砂、黏结剂、附加物、旧砂（回收砂）和按一定比例搅拌混合而成。（1）原砂原砂（即新砂）的主要成分是石英（SiO2

）。砂中二氧化硅含量越高，其耐火性越好。要求原砂中二氧化硅含量为85%-97%。砂的颗粒以圆形，大小均匀为佳。上一页下一页返回1.3砂型铸造（2）黏结剂一般使用黏土和膨润土，有时也用水玻璃、植物油及树脂等做黏结剂。（3）附加物附加物是为改善型砂、芯砂性能而加入的物质。常用的附加物有煤粉、木屑等。（4）水通过水使黏土和原砂混成一体。水分过多，型砂湿度大，造型时易黏模样；水分过少，型砂则干、脆，造型、起模困难，因此，水分要适当。上一页下一页返回1.3砂型铸造1.3.3制造模样造型时需要模样和芯盒。模样用于制造砂型，形成铸件外部轮廓；芯盒用于制造砂芯，形成铸件的内部轮廓。制造模样和芯盒所用的材料，根据铸件大小和生产规模的大小而有所不同，产量小的一般用木材制作，产量大的可用金属或塑料制作。在设计和制造模样和芯盒时，必须考虑下列问题。1.选择分型面分型面是两半铸型相互接触的表面，为的是在造型时将模样方便地从型砂中取出。分型面的位置对铸件质量影响较大，合理的分型面可保证造型方便、取模容易。上一页下一页返回1.3砂型铸造2.确定拔模斜度为了使模样容易从砂型中取出，型芯容易从芯盒中取出，在模样上沿分型面的垂直侧壁和芯盒的内壁均应做出一定的斜度，称为拔模斜度。拔模斜度一般规定为0.5°-3°之间。3.铸造圆角为了减小铸件出现裂纹的倾向，并为了造型、造芯方便，应将模样和芯盒的转角处都做成圆角。图1-11为拔模斜度和铸造圆角的示意图。4.收缩量与加工余量液态合金从冷凝开始到获得铸件，体积要收缩，而获得的铸件还需进行机械加工，因此，在制造模样时必须要考虑加入收缩量及加工余量。上一页下一页返回1.3砂型铸造5.型芯头型芯头主要用于定位和固定砂芯，使砂芯在铸型中有准确的位置。1.3.4造型造型是在砂型里形成与工件形状相同的型腔。通常分为手工造型和机器造型两种。1.砂箱和造型工具造型时，为了便于舂砂、翻砂和搬运砂型，以及使砂型能承受较大的液态合金压力，通常需要砂箱，砂箱常用铝合金或灰铸铁制成，如图1-12所示。手工造型时，还需要其他工具，如图1-12所示。上一页下一页返回1.3砂型铸造2.手工造型手工造型灵活多样，目前单件或小批量生产铸件仍以此法为主。手工造型按起模特点分为整模造型、分模造型、活块模造型、挖砂造型、假箱造型、三箱造型、刮板造型和外砂芯造型。下面仅介绍整模造型，整模造型的操作顺序如图1-13所示。①将模样安放在造型平板的适当位置，套上下砂箱，若模样容易黏砂，可撒（或涂）一层防黏模材料。②在已安放好的模样表面筛上或铲上一层面砂，将模样盖住。③在面砂上面铲加背砂，用砂舂扁头将分批填入的型砂逐层舂实，最后一层背砂要用砂舂的平头舂实。用刮板刮去砂型上多余的型砂，使其表面与砂箱四边平齐。上一页下一页返回1.3砂型铸造④用通气针扎出分布均匀、深度适当的出气孔，将已造好的下砂型翻转180°。⑤用墁刀将分型面模样周围的砂型表面压光修平，撒上一层分型砂，再用皮老虎吹去落在模样上的分型砂。⑥套上上砂箱，再均匀地撒上防黏模材料。⑦放浇口棒，并先用面砂固定它的位置，其填砂和舂砂操作与下砂型相同。⑧用刮板刮去多余背砂，使砂型表面与砂箱四边平齐，再用墁刀修整光平浇口处的的型砂。用通气针扎出气孔，取出浇口棒，在直浇道上端开挖浇口盆。在砂箱外壁上下型相接处，做出定位记号（如泥号、粉号）。再取去上砂型，将上砂型翻转180°后放平。上一页下一页返回1.3砂型铸造⑨扫除分型面上的分型砂，挖浇注系统的横浇道和内浇道，用掸笔润湿靠近模样周围处的型砂。⑩再用起模针将模样从砂型中起出。修整光平全部型腔表面，吹去多余的砂粒。按定位标记将上砂型合在下砂型上，放置适当重量的压铁。上一页返回下一页1.3砂型铸造3.机器造型机器造型可改善劳动条件，提高铸件精度和表面质量，但它需要使用专用设备、专用砂箱和模板等，投资较大，适用于大批量生产。机器造型是把紧实型砂和起模两个基本工序由一台造型机来完成，实现了机械化。紧实型砂方法有压实法、震实法、震压紧实法、抛砂法和射砂法等。起模的方法有顶箱起模法、漏模起模法和翻转起模法。现将紧实型砂方法中的震压紧实法、抛砂法及其工作原理和起模方法中的顶箱起模法的工作原理简述如下。上一页返回下一页1.3砂型铸造（2）震压紧实法。图1-14为气动震压紧实型砂机构原理图。当压缩空气自震实进气口进入震实汽缸8时，推动震实活塞4连同工作台和砂箱5同时上升，当活塞上升至震实排气口时，空气排出，工作台自动下降，完成一次震动如此反复升降，砂箱中的型砂即被震实。关闭震实阀门，打开压实阀门，压缩空气自压实进气口进入压实汽缸1，推动压实活塞2连同工作台和砂箱上升，使压头7压入砂箱，排除空气后，砂箱随工作台下降，完成压实工作。震压紧砂的方法，可使型砂的紧实度分布均匀，且生产率较高，因此它是生产中、小型铸件的基本方法。上一页返回下一页1.3砂型铸造（2）抛砂法。利用抛砂机的机械抛砂力量将型砂连续抛掷到砂箱内，以紧实型砂的方法称为抛砂法。其工作原理如图1-15所示。型砂由送砂皮带3送入抛砂头后落入叶片斗2内，叶片斗随旋转轴5旋转，型砂即不断从出料口4以高速抛入砂箱并被紧实。抛砂法生产率很高，适用于大型铸件的砂箱造型。（3）顶箱起模法。图1-16是顶箱起模的示意图。起模时，4个顶杆1在起模液压缸2的驱动下一起将砂箱顶起一定高度，从而使固定在模板3上的模样与砂型脱离。顶箱起模法适用于形状简单、高度不大的铸件的机器造型。上一页返回下一页1.3砂型铸造1.3.5造芯制造型芯的过程称为造芯。型芯的主要作用是获得铸件的内腔，也可形成铸件局部外形。1.开通气孔和通气道形状简单的型芯可以用通气针扎出通气孔；形状复杂的型芯（如弯曲芯）可在型芯内放入蜡线或草绳，烘干时蜡线或草绳被烧掉，从而形成通气道，以提高型芯的通气性，如图1-17（a）所示。在制作大芯子时，为了使气体易于排出和改善韧性，可在芯的内部填放焦炭，如图1-17（b）所示，以减小砂层厚度，增加孔隙。上一页返回下一页1.3砂型铸造2.放芯骨和安装吊环芯骨是放入砂芯中的用于加强或支持砂芯的金属架。尺寸较大的型芯，为了提高其强度和便于吊运，常在型芯中安放芯骨和吊环，如图1-17（b）所示。小芯骨一般用铁丝制作，形状复杂的大芯骨由铸铁浇注而成。3.烘干和刷涂料大多数型芯需要烘干，其目的是增加强度和透气性，减少型芯的发气量。型芯一般都要刷上耐火材料，目的是增强型芯的耐火性，提高型芯抵抗高温液态合金侵蚀的能力；还可防止铸件表面黏砂。上一页返回下一页1.3砂型铸造4.造芯方法型芯可采用手工造芯，也可采用机器造芯。常用的手工造芯方法为芯盒造芯。芯盒通常由两个部分组成，图1-18为芯盒造芯的示意图。图1-18（a）为芯盒的装配，图1-18（b）为取出型芯。机器造芯可将填砂紧实和取芯两道工序由一台造芯机完成，生产效率高，型芯质量好，适用于大批量的生产。应用较广的机器造芯方法是使用射芯机的射芯法。上一页返回下一页1.3砂型铸造1.3.6浇注系统浇注时，液态合金流入铸型所经过的通道称为浇注系统。图1-19为典型的浇注系统，其主要作用是保证液态合金平稳、均匀、连续地流入并充满型腔，防止熔渣、砂粒等进入型腔，调节铸件的凝固顺序，并供给液态合金冷凝收缩时所需补充的液态合金。若浇注系统设计不合理，铸件易产生冲砂、砂眼、夹渣、浇不足、气孔和缩孔等缺陷。正确合理地安排浇注系统，对保证铸件质量极为重要。典型的浇注系统由以下几部分组成。上一页返回下一页1.3砂型铸造1.外浇口对大、中型铸件，外浇口常做成盆形，称浇口盆；对小型铸件，外浇口常做成杯形，称浇口杯。两者均可使液态合金有短暂的停留，起到缓和液态合金的冲击作用，使其平稳地流入直浇道。当液态合金浇满外浇口时，可使熔渣等杂质上浮，起到挡渣作用。2.直浇道直浇道是外浇口下面的一段垂直通道，通常带有一定的锥度（上大下小），它的作用是调节液态合金流入型腔的速度和压力，其高度可使液态合金产生静压力。直浇道越高，压力越大，液态合金的流入速度越快，液态合金易于充满铸件的细薄部分。上一页返回下一页1.3砂型铸造3.横浇道横浇道是位于内浇道上方的上小下大的梯形通道。由于横浇道比内浇道高，所以液态合金中的渣子和砂粒便浮在横浇道的顶面，从而防止产生夹渣、夹砂等。此外，横浇道还起着向内浇道分配液态合金的作用。为了更好地起到挡渣作用，浇注过程中横浇道应该始终被充满，一般横浇道开在上箱内。有些简单的小铸件，可无横浇道。4.内浇道内浇道是把液态合金直接引入型腔的通道。其主要作用是控制液态合金的流动速度和方向，调节铸件各部分的冷却速度。它的断面形状多为梯形或三角形，一般位于下箱的分型面上。内浇道的尺寸和数目要根据金属的种类、铸件的重量、壁厚及外形而定。上一页返回下一页1.3砂型铸造1.3.7冒口及冷铁1.冒口在铸型上储存供补缩铸件用液态合金的空腔，称为冒口，如图1-20所示。冒口的作用是在液态合金凝固收缩时补充液态合金，防止铸件产生缩孔、缩松缺陷。此外，浇注时型腔内产生的气体可以从冒口排出，同时型腔中的少量熔渣、砂粒等杂质，也可集中上浮到冒口上部。冒口的位置一般在铸件最后凝固的位置或铸型浇注时的最高部位。上一页返回下一页1.3砂型铸造2.冷铁为加快铸件局部的冷却速度，在型砂、砂芯表面或型腔中安放的金属物，称为冷铁。冷铁通常用钢或铸铁制成。如图1-21所示，位于铸件下部的厚截面很难用冒口补缩，如果在这种厚截面处安放冷铁，由于冷铁处的液态合金冷却速度较快，则可使厚截面处先凝固，从而实现了自下而上的顺序凝固。上一页返回1.4特种铸造特种铸造就是从不同方面弥补砂型铸造不足而创造出的其他铸造方法，如金属型铸造、压力铸造、熔模铸造、离心铸造等。1.4.1金属型铸造将液态合金浇入由金属材料制成的铸型中，获得铸件的方法称为金属型铸造常见的垂直分形式金属型如图1-22所示，它由定型和动型两个半型组成。分型面位于垂直位置。浇注时两个半型合紧，凝固时利用简单的机构使两个半型分开，取出铸件。铸件的内腔可用金属型芯或砂芯制成，金属型芯一般用于有色金属的铸件。垂直分型式的金属型便于布置浇注系统，铸型开合方便，容易取出铸件，应用广泛。返回下一页1.4特种铸造金属型的热导率比砂型大，没有退让性和透气性，因而铸件易产生浇不足、冷隔、裂纹、气孔等缺陷，此外，在高温液态合金的反复冲刷下，型腔易损坏。为了保证铸件质量，必须在分型面上开设通气槽，并合理安排浇注系统。为延长铸型寿命，常采用预热铸型，用耐火涂料及煤油等涂刷型壁，以及掌握合理的浇注温度与开型时间。金属型铸造适用于大批生产，广泛应用于有色金属，但铸件不宜过大、过薄和过于复杂。上一页返回下一页1.4特种铸造1.4.2压力铸造压力铸造简称压铸，是将液态合金浇入压铸机的压室中，液态合金在运动的压射冲头的作用下，以极快的速度充填型腔，并在压力的作用下结晶凝固而获得铸件的一种铸造方法。压铸时，液态合金在充填成型过程中的高压和高速是压铸与其他铸造方法最根本的区别。卧式冷压室压铸机生产工艺过程如图1-23所示，其工艺过程为合型后液态合金浇入压室中，在压射活塞作用下压入型腔内，凝固后打开铸型并顶出铸件。由于液态合金是在强大的压力之下压入型腔的，因此可浇注出很薄的铸件，甚至可用半固态的金属进行压铸。上一页返回下一页1.4特种铸造在压力下结晶，加上冷却速度快，这样压铸件的晶粒细密，其抗拉强度比砂型铸造可提高20％～40％。压力铸造的铸件尺寸精度和表面质量比其他任何方法获得的铸件都高，尺寸公差等级最高可达IT7～IT9级，表面粗糙度Rａ值可达0.8～3.2μｍ,可以铸出1mm直径的小孔，也可以直接铸出有螺纹的铸件，因此压铸件一般不再进行加工。压铸的生产率也很高。另外，压铸件虽然表面质量好，但由于压铸的速度极快，气体来不及排出，铸件中极易形成小的气孔；液态合金凝固快，厚壁处来不及补缩，易产生缩孔和缩松；压铸件若进行切削加工，这些缺陷会暴露出来。压铸件内部的气孔是在高压下形成的，若进行热处理，在加热过程中气孔中的气体会膨胀而破坏铸件，因此压铸件不适宜进行切削加工和热处理。上一页返回下一页1.4特种铸造1.4.3

熔模铸造熔模铸造是用易熔材料（如蜡料）制成模样（称蜡模），然后在模样上涂挂若干层耐火涂料形成外壳，经硬化后用加热的方法使模样熔化流出，焙烧后即可浇注液态合金获得铸件的铸造方法。它是一种无拔模斜度、无分型面、带浇注系统的精密铸造。熔模铸造过程如图1-24所示，包括两次造型、两次浇注。上一页返回下一页1.4特种铸造（1）制造压型如图1-24（a）所示，压型是用来制造蜡模的专用模具，它是根据铸件的形状和尺寸制作的母模来制造的。压型一般用钢、铝合金经切削加工制成。（2）制造蜡模如图1-24（b）、（c）所示，把熔化的石蜡和硬脂酸各50％的混合料用压力注入到压型中，冷凝后取出，即得到压制蜡模。（3）制成组合蜡模组如图1-24（d）所示，把若干压制蜡模黏合在预制的蜡质浇注系统上制成组合蜡模组。（4）制造型壳。上一页返回下一页1.4特种铸造

如图1-24（e）所示，把蜡模组侵入水玻璃和石英粉配成的糊状耐火涂料中，使涂料均匀地覆盖在蜡模组的表面，取出并在其上撒一层较粗的干石英粉，再侵入氯化铵溶液（硬化剂）中，使耐火材料硬化，即结成一层耐火材料外壳。如此反复数次，至结成5-10ｍｍ厚的硬壳为止。这种外壳便是铸型。（5）去蜡和焙烧型壳。将制好外壳的