鑄造成型方法

1、第二章 各種典型鑄造技術(shù)的原理和方法根據(jù)鑄型特點(diǎn)分類(lèi)，有一次型鑄造(砂型鑄造、熔模鑄造、石膏型鑄造、實(shí)型鑄造等)、半永久型鑄造(陶瓷型鑄造、石墨型鑄造等)、永久型鑄造(金屬型鑄造、壓力鑄造、擠壓鑄造、離心鑄造等)；根據(jù)澆注時(shí)金屬液的驅(qū)動(dòng)力及壓力狀態(tài)分類(lèi)，有重力作用下的鑄造和外力作用下的鑄造。金屬液在重力驅(qū)動(dòng)下完成澆注稱(chēng)自由澆注或常壓澆注。金屬液在外力作用下實(shí)現(xiàn)充填和補(bǔ)縮，如壓力鑄造、擠壓鑄造、離心鑄造和反重力鑄造等。本章介紹的鑄造技術(shù)有：屬于重力充型的有砂型鑄造、金屬型鑄造和熔模鑄造；屬于外力充型的有壓力鑄造、離心鑄造和擠壓鑄造；屬于反重力鑄造的有低壓鑄造和差壓鑄造/真空吸鑄等。 鑄造業(yè)中砂型

2、鑄造約占80。型砂中粘土砂、水玻璃砂和樹(shù)脂砂等又占了90的份額。三種型砂間的比例視各國(guó)具體情況而異，平均來(lái)看，大致為5：3：2。以型砂鑄造與其它鑄造方法相比，其缺點(diǎn)是：勞動(dòng)條件較差，鑄件外觀質(zhì)量欠佳；鑄型只能使用一次，生產(chǎn)率低。優(yōu)點(diǎn)是：不受零件形狀、大小、復(fù)雜程度及合金種類(lèi)的限制；造型材料來(lái)源廣，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，成本低。因此，砂型鑄造是鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種方法，世界各國(guó)用砂型鑄造生產(chǎn)的鑄件占總產(chǎn)量的80%90%。本章的重點(diǎn)在砂型鑄造。而鑄造用砂型的種類(lèi)及制造是重中之重。第1節(jié) 砂型鑄造一、鑄造用砂型的種類(lèi)及制造（一）概述1砂型鑄造的特征及工藝流程配制型砂造型合型澆注冷卻落砂清理檢查熱處理

3、檢驗(yàn)獲得鑄件特征：使用型砂構(gòu)成鑄型并進(jìn)行澆注的方法，通常指在重力作用下的砂型鑄造過(guò)程。名詞：型砂將原砂或再生砂+粘結(jié)劑+其它附加物等所混制成的混合物；鑄型形成鑄件外觀輪廓的用型砂制成的空腔稱(chēng)為鑄型；砂芯形成鑄件內(nèi)腔的用芯砂制成的實(shí)體(用于制做砂芯的型砂稱(chēng)為芯砂)；造型制造砂型的工藝過(guò)程；制芯制造砂芯的工藝過(guò)程。造型(芯)方法按機(jī)械化程度可分為手工造型(芯)和機(jī)器造型(芯)兩大類(lèi)。選擇合適的造型(芯)方法和正確的造型(芯)工藝操作，對(duì)提高鑄件質(zhì)量、降低成本、提高生產(chǎn)率有極重要的意義。（1）手工造型(芯) 手工造型(芯)是最基本的方法，這種方法適應(yīng)范圍廣，不需要復(fù)雜設(shè)備，而且造型質(zhì)量一般能夠滿(mǎn)足工

4、藝要求，所以，到目前為止，在單件、小批生產(chǎn)的鑄造車(chē)間中，手工造型(芯)仍占很大比重。在航空、航天、航海領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。手工造型(芯)勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低，鑄件質(zhì)量不易穩(wěn)定，在很大程度上取決于工人的技術(shù)水平和熟練程度。手工造型方法很多，如模樣造型、刮板造型、地坑造型，各種造型方法有不同的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。（2）機(jī)器造型(芯) 用機(jī)器完成全部或部分造型工序，稱(chēng)為機(jī)器造型。和手工造型相比，機(jī)器造型生產(chǎn)率高，質(zhì)量穩(wěn)定，勞動(dòng)強(qiáng)度低，對(duì)工人的技術(shù)要求不像手工造型那樣高。但設(shè)備和工藝裝備費(fèi)用較高，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，一般適用于一個(gè)分型面的兩箱造型。機(jī)器造型(芯)主要適用于黑色金屬鑄件的大批量生產(chǎn)。2 砂型/芯制造方

5、法分類(lèi)在制造各砂型、芯的過(guò)程中，根據(jù)其本身建立強(qiáng)度時(shí)其粘結(jié)機(jī)理的不同，通?？煞譃槿箢?lèi)：（1）機(jī)械粘結(jié)劑型芯-以粘土為粘結(jié)劑的粘土型芯砂所產(chǎn)生的粘結(jié)；（2）化學(xué)粘結(jié)劑型芯-型芯砂在造型、芯過(guò)程中，依靠其粘結(jié)劑本身發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)達(dá)到硬化，從而建立強(qiáng)度，使砂粒牢固地粘結(jié)為一個(gè)整體。有機(jī)、無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，其中無(wú)機(jī)粘結(jié)劑包括鈉水玻璃及硅溶膠，而有機(jī)粘結(jié)劑則包括熱硬、自硬和氣硬樹(shù)脂砂型（芯）；（3）物理固結(jié)-指用物理學(xué)原理產(chǎn)生的力將不含粘結(jié)劑的原砂固結(jié)在一起，磁型鑄造法、負(fù)壓造型法或真實(shí)密封造型法或薄膜負(fù)壓造型法，以及消失模造型法。（二）粘土濕型1.濕型及其特點(diǎn)（1）生產(chǎn)靈活性大，適用面廣，既可手工，又

6、可機(jī)器、以及流水線(xiàn)生產(chǎn)，既可生產(chǎn)大件，也可生產(chǎn)小件，可鑄鋼（中小件），也可鑄鐵，有色合金等。（2）生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)周期短，便于流水線(xiàn)生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化及自動(dòng)化，汽車(chē)，柴油機(jī)，搶拖拉機(jī)行業(yè)應(yīng)用最廣（300500kg鑄鐵薄裂件）。(汽車(chē)缸體圖)(或生產(chǎn)車(chē)間全貌圖)（3）原材料成本低，來(lái)源廣。（4）節(jié)省能源、烘干設(shè)備和車(chē)間生產(chǎn)場(chǎng)地面積。（5）因不需烘干，砂箱壽命長(zhǎng)。（6）缺點(diǎn)：操作不當(dāng)，易產(chǎn)生一些鑄造缺陷：夾砂結(jié)疤，鼠尾，砂眼，脹砂，粘砂等。2粘土濕型所用的主要原材料粘土濕型的配方為：原砂（或舊砂）100，粘土（膨潤(rùn)土）15，煤粉8，水6，以及其它附加物。（1）原砂石英砂其砂子是火成巖中穩(wěn)定的部分，

7、主要成分為二氧化硅（SiO2）和少量的雜質(zhì)（Na,k,Ca,Fe等氧化物）。含SiO2極高的砂子稱(chēng)石英砂，有高的熔點(diǎn)，1700，摩氏硬度7級(jí)（一般將材料分為10級(jí)，其中滑石為1級(jí)，金剛石為10級(jí)），隨夾雜物含量的增加，其耐火度下降，SiO2含量高，砂子的顏色接近無(wú)色透明，一般用石英砂色白并略帶灰色。鑄造生產(chǎn)所用的石英砂與建筑用砂不同，它有其特殊的要求，主要有：含泥量；顆粒組成；原砂顆粒形狀及表面狀況；原砂的礦物組成和化學(xué)成分等。 生產(chǎn)中通常根據(jù)鑄件的合金種類(lèi)、質(zhì)量、壁厚的不同來(lái)選定原砂的化學(xué)成分和礦物組成。例如鑄鋼的澆注溫度高達(dá)1500左右，鋼液含碳量較低，型腔中缺乏能防止金屬氧化的強(qiáng)還原性氣

8、氛，與鑄型相接觸的界面上金屬容易氧化生成FeO和其它金屬氧化物，因而較易與型砂中的雜質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而造成化學(xué)粘砂。所以要求原砂中Si02含量應(yīng)較高，有害雜質(zhì)亦應(yīng)嚴(yán)格控制。鑄鋼件的澆注溫度愈高，壁厚愈厚，則對(duì)原砂中Si02含量的要求就愈高。鑄鐵的澆注溫度一般在1400以下，鐵液中含有較多碳分，濕型澆注時(shí)型砂中加入有煤等附加物，能產(chǎn)生大量還原性氣氛，在與鑄型相接觸的界面上金屬基本不氧化，實(shí)際上濕型鑄鐵件無(wú)化學(xué)粘砂現(xiàn)象。燒結(jié)點(diǎn)指的是原砂顆粒表面或砂粒間混合物開(kāi)始熔化的溫度。它是原砂各種組合成分耐火性能的綜合反應(yīng)。所以，有時(shí)采用測(cè)定原砂燒結(jié)點(diǎn)的辦法能更直觀地說(shuō)明原砂做為耐火材料的性能，而且可用來(lái)推測(cè)原

9、砂中SiO2含量高低和雜質(zhì)多少。長(zhǎng)石、云母及其雜質(zhì)中所含有的堿金屬氧化物(Na20、K20)、堿土金屬氧化物(CaO、MgO)等能與Si02和氧化鐵生成易熔物質(zhì)。例如Si02與NaO的質(zhì)量比為73：27的混合物，其熔點(diǎn)僅793K2O與SiO2可形成熔點(diǎn)僅525低熔物, 燒結(jié)點(diǎn)低。（ 2）原砂非石英質(zhì)原砂硅砂缺點(diǎn)：熱膨脹系數(shù)比較大，而且在573時(shí)會(huì)因相變而產(chǎn)生突然膨脹-鑄件若裂；熱擴(kuò)散率比較低；容易與鐵的氧化物起作用等。這些都會(huì)對(duì)鑄型與金屬的界面反應(yīng)起不良影響。在生產(chǎn)高合金鋼鑄件或大型鑄鋼件時(shí)，使用硅砂配制的型砂，鑄件容易發(fā)生粘砂缺陷，使鑄件的清砂十分困難。非石英質(zhì)原砂是指礦物組成中不含或只含少

10、量游離Si02的原砂。在鑄鋼生產(chǎn)中已逐漸采用一些非石英質(zhì)原砂來(lái)配制無(wú)機(jī)和有機(jī)化學(xué)粘結(jié)劑型砂、芯砂或涂料。這些材料與硅砂相比，大多數(shù)都具有較高的耐火度、熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散率和蓄熱系數(shù)，熱膨脹系數(shù)低而且膨脹均勻，無(wú)體積突變，與金屬氧化物的反應(yīng)能力低等優(yōu)點(diǎn)，能得到表面質(zhì)量高的鑄件并改善清砂勞動(dòng)條件。但這些材料中有的價(jià)格較高，比較稀缺，故應(yīng)當(dāng)合理選用。目前可用的非石英質(zhì)原砂有橄欖石砂、鋯砂、鉻鐵礦砂、石灰石砂、鎂砂、剛玉砂、鈦鐵礦砂、鋁礬土砂等。真正廣泛使用的仍為石英砂。（3）粘土-膨潤(rùn)土粘土的礦物成分粘土是濕型砂的主要粘結(jié)劑。粘土被水濕潤(rùn)后具有粘結(jié)性和可塑性；烘干后硬結(jié)，具有干強(qiáng)度，而硬結(jié)的粘土加水后又

11、能恢復(fù)粘結(jié)性和可塑性。粘土主要是由細(xì)小結(jié)晶質(zhì)的粘土礦物所組成的土狀材料。粘土礦物的種類(lèi)很多，按晶體結(jié)構(gòu)可分為高嶺石和蒙脫石等。通常根據(jù)所含粘土礦物種類(lèi)不同將所采用的粘土分為鑄造用粘土(fireclay)和鑄造用膨潤(rùn)土(bentonite)兩類(lèi)。膨潤(rùn)土主要是由蒙脫石組礦物組成的，主要用于濕型鑄造的型砂粘結(jié)劑。根據(jù)國(guó)家專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鑄造用膨潤(rùn)土和粘土(JBlT 92271999)的規(guī)定，膨潤(rùn)土中如果某一交換性陽(yáng)離子量占陽(yáng)離子交換容量的50時(shí)，稱(chēng)其為主要交換性陽(yáng)離子，如果為鈉離子則稱(chēng)為鈉膨潤(rùn)土，以PNa表示(P是膨潤(rùn)土代號(hào))；如果為鈣離子，則稱(chēng)為鈣膨潤(rùn)土，以PCa表示。我國(guó)鈣基膨潤(rùn)土資源較多，開(kāi)采和供應(yīng)比

12、較方便。有時(shí)要根據(jù)粘土的陽(yáng)離子交換特性，對(duì)鈣土進(jìn)行處理，使之轉(zhuǎn)變?yōu)殁c基膨潤(rùn)土。這種離子交換過(guò)程，通常稱(chēng)為膨潤(rùn)土的活化處理，最常用的活化劑為碳酸鈉。這一過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理簡(jiǎn)單示意如下Ca2+一蒙脫石+Na2C03一-Na+一蒙脫石+CaC03+。（4）粘土的粘結(jié)機(jī)理 粘土在水中形成的粘土-水體系是膠體，帶負(fù)電的粘土顆粒將極性水分子吸引在自己的周?chē)?，形成膠團(tuán)的水化膜，依靠粘土顆粒間的公共水化膜，通過(guò)其中的水化陽(yáng)離子所起的“橋”或鍵的作用，使粘土顆粒相互結(jié)合起來(lái)，在水化膜中處在吸附層的水分子被粘土質(zhì)點(diǎn)表面吸附得很緊，而處于擴(kuò)散層中的水分子較松，公共水化膜就是粘土膠粒間的公共擴(kuò)散層。粘土和水量比例適宜

13、時(shí)，才能獲得最佳的濕態(tài)粘結(jié)力（圖）。一般說(shuō)來(lái)，粘土顆粒所帶電荷愈多或粘土顆粒愈細(xì)小，比表面積愈大，則濕粘結(jié)力愈大。關(guān)于粘土顆粒與砂粒之間的粘結(jié)則被解釋為：砂粒因自然破碎及其在混碾過(guò)程中產(chǎn)生新的破碎面而帶微弱負(fù)電，也能使極性水分子在其周?chē)?guī)則地定向排列。這樣，粘土顆粒與砂粒之間的公共水化膜，通過(guò)其中水化陽(yáng)離子的“橋或鍵的作用，使粘土砂獲得濕態(tài)強(qiáng)度。（5）附加物3濕型砂的混制工藝及舊砂的處理生產(chǎn)中常用的混砂機(jī)有碾輪式(vertical wheel sand muller)、擺輪式(horizontal wheel sand muller，speed muller)、葉片式(blade mixer)

14、等。各有優(yōu)缺點(diǎn)。生產(chǎn)1t鑄件約需要5-10t濕型型砂，配制型砂時(shí)都盡量回用舊砂(即重復(fù)使用過(guò)的型砂)，即經(jīng)濟(jì)也是保護(hù)環(huán)境的需要。但簡(jiǎn)單地重復(fù)使用舊砂，會(huì)使型砂性能變壞，鑄件質(zhì)量下降。必須了解舊砂的特性，掌握其性能變化的規(guī)律，采取必要措施，才能保證和穩(wěn)定型砂的性能。混砂時(shí)還需向舊砂中補(bǔ)充加入新砂、膨潤(rùn)土、煤粉和水等材料，才能使混制出的型砂性能符合要求。4粘土濕型的緊實(shí)工藝 （1）對(duì)型(芯)砂緊實(shí)度的要求1）緊實(shí)度對(duì)鑄型性能的影響 型砂需要緊實(shí)才能成為整體的砂型。型砂的緊實(shí)程度常用緊實(shí)度(密度)和孔隙度表示。緊實(shí)度影響著鑄型的強(qiáng)度和透氣性。緊實(shí)度越大，鑄型強(qiáng)度越大，透氣性越差。緊實(shí)度高，蓄熱系數(shù)也

15、高，加快了金屬的凝固冷卻速度，改善了鑄件的內(nèi)在質(zhì)量，組織更為致密，鑄件尺寸精確，力學(xué)性能有所提高。對(duì)高壓造型法的研究表明，鑄型緊實(shí)度高，澆注時(shí)型壁移動(dòng)量小，鑄件尺寸精確，表面光潔。因此，鑄件可以做得更薄，進(jìn)而減輕鑄件機(jī)器重量。2）型砂緊實(shí)度的要求 要求鑄型緊實(shí)度高且均勻。高壓造型法由于鑄型緊實(shí)度高，其鑄型性能和鑄件質(zhì)量普遍好于中低壓造型。高壓造型法的目的就在于制出均勻的高緊實(shí)度鑄型。理論和實(shí)驗(yàn)研究證明其壓實(shí)方法和壓頭形式對(duì)緊實(shí)度有很大的影響。對(duì)濕型而言，通常有震擊緊實(shí)、震壓緊實(shí)、壓實(shí)、微震壓實(shí)和高壓緊實(shí)等，下面簡(jiǎn)單介紹其緊實(shí)方法。（2）震擊緊實(shí)和震壓緊實(shí) 震擊緊實(shí)用震擊造型機(jī)來(lái)完成。多以壓縮空

16、氣為動(dòng)力，利用震擊動(dòng)能和慣性使型砂緊實(shí)如圖2-3所示。將砂箱1放在模板2上，型板固定于震擊工作臺(tái)，與震擊活塞3相連，4為震擊氣缸。砂箱內(nèi)裝滿(mǎn)型砂后，打開(kāi)進(jìn)氣閥，使壓縮空氣進(jìn)入震擊氣缸，推動(dòng)活塞上升?；钊叱^(guò)排氣孔時(shí)，壓縮空氣由排氣孔逸出，氣缸中的壓力突然下降，此時(shí)震擊活塞連同砂箱模板下落，與震擊氣缸發(fā)生撞擊，砂箱中的型砂由于慣性力的作用而互相緊實(shí)。而后因出氣孔堵住，進(jìn)氣孔進(jìn)入的壓縮空氣壓力超過(guò)砂箱型板活塞等的重量，使工作臺(tái)上升，如此連續(xù)震擊，使型砂得以緊實(shí)。震擊高度一般為3060mm，震擊次數(shù)3050/min次為宜，一般不超過(guò)80次。震擊緊實(shí)適用于大砂箱，砂箱高度不低于150mm，否則緊實(shí)

17、效果不好。其型砂緊實(shí)度沿砂箱高度是上松下緊，頂部型砂緊實(shí)度幾乎與震前一樣。為了克服震擊緊實(shí)砂箱上部型砂緊實(shí)度太松的缺點(diǎn)，可以先震擊使底部型砂緊實(shí)，再對(duì)頂部型砂補(bǔ)充壓實(shí)。這種經(jīng)震擊后再加壓的造型機(jī)叫做震壓造型機(jī)。震壓緊實(shí)型砂的緊實(shí)度分布好，特別是在砂箱不太高的情況下，壓實(shí)的影響可以達(dá)到分型面，這樣可以大大減少震擊次數(shù)，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約能耗。但由于補(bǔ)加壓實(shí)以壓縮空氣為動(dòng)力，比壓較低，故多用于中小砂箱的型砂緊實(shí)。震擊造型機(jī)和震壓造型機(jī)的結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，操作維修方便，適用性強(qiáng)，一般中小型鑄件都適用。但是震擊式造型機(jī)工作時(shí)噪音太大，強(qiáng)烈的震動(dòng)也對(duì)廠房建筑提出了較高的標(biāo)準(zhǔn)。（3）壓實(shí)、微震壓實(shí)和高

18、壓緊實(shí) 壓實(shí)緊實(shí)是通過(guò)壓實(shí)造型機(jī)來(lái)完成的，多以壓縮空氣為動(dòng)力對(duì)型砂壓實(shí)緊實(shí)，其工作原理如圖2-4所示。打開(kāi)進(jìn)氣閥，壓縮空氣由進(jìn)氣孔進(jìn)入壓實(shí)氣缸4，將活塞3舉起，當(dāng)砂箱2內(nèi)的型砂碰到壓頭1時(shí)，就發(fā)生壓實(shí)作用。型砂壓實(shí)后，打開(kāi)排氣閥，氣缸中的壓縮空氣排出，活塞立即下降，壓實(shí)工作完成。這種緊實(shí)較震擊緊實(shí)的效率高，噪音很小，機(jī)器結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是型砂緊實(shí)度不均勻，上緊下松。適用于砂箱高度不超過(guò)150mm而底面積一般不超過(guò)800×600mm的鑄型。微震壓實(shí)造型是在型砂受壓的同時(shí)，模板、砂箱和型砂作高頻小振幅(10-13Hz，3-8mm，普通震擊造型的震擊頻率和振幅分別為1.1-3.3Hz，3

19、0-80mm)的一種造型方法，其原理如圖2-5所示。當(dāng)壓縮空氣經(jīng)過(guò)工作臺(tái)的進(jìn)氣孔進(jìn)入微震氣缸后(圖a)，在壓縮空氣的壓力作用下，微震活塞與固定在工作臺(tái)上的模板、砂箱上升；同時(shí)壓縮空氣的壓力還使微震氣缸向下運(yùn)動(dòng)，壓縮微壓氣缸下的彈簧(圖b)；當(dāng)微震活塞上升至打開(kāi)排氣孔時(shí)(排氣孔面積是進(jìn)氣孔的67倍)，缸內(nèi)氣壓迅速降低，工作臺(tái)等靠自重下落，而微震氣缸受彈簧作用上升，二者發(fā)生撞擊(圖c)，使砂箱內(nèi)的型砂獲得一次緊實(shí)。這樣多次重復(fù)，型砂就能較為迅速地達(dá)到預(yù)定的緊實(shí)度要求。微震壓實(shí)造型比單純壓實(shí)效果好，在相同壓力下，能獲得更高的緊實(shí)度，相當(dāng)于提高比壓3050%，而且砂型的緊實(shí)度分布比較均勻；生產(chǎn)率高，每

20、小時(shí)可達(dá)120箱以上，鑄件質(zhì)量較好；震擊噪音小，勞動(dòng)條件好，并可降低對(duì)廠房基礎(chǔ)的要求；機(jī)器使用可靠，維修方便，價(jià)格也比較低廉。其主要缺點(diǎn)是仍有一定的噪音。微震壓實(shí)造型在中小鑄件的生產(chǎn)中已得到較為廣泛的應(yīng)用。 （圖25 氣動(dòng)微震造型工作原理）上述壓實(shí)造型是中低壓壓實(shí)，其壓實(shí)比壓為0.4MPa左右。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外大量發(fā)展和采用高壓壓實(shí)造型機(jī)。用高壓造型機(jī)造型時(shí)，由于壓實(shí)比壓提高到0.7Mpa以上，砂型硬度、緊實(shí)度和強(qiáng)度都大為提高，沿砂箱高度方向的緊實(shí)度分布得到有所改善，砂型輪廓清晰，可以得到尺寸比較準(zhǔn)確的鑄件（可達(dá)CT78級(jí)），表面光潔（Ramax=3.22.5m）；由于鑄型緊實(shí)度高，蓄熱系數(shù)也高

21、，加快了金屬凝固、冷卻速度，改善了鑄件內(nèi)部質(zhì)量，提高了力學(xué)性能；節(jié)約金屬，減少加工余量及費(fèi)用；壓實(shí)緊砂工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率高（200300箱砂型/h），易于機(jī)械化，噪音小，勞動(dòng)強(qiáng)度低；適應(yīng)性強(qiáng)，能制造復(fù)雜、較大的鑄件。其缺點(diǎn)是機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)線(xiàn)投資大；要求工藝裝備精度高，剛性大；要求有較高的設(shè)備維修保養(yǎng)能力。高壓造型適用于成批大量生產(chǎn)、砂箱尺寸較大、鑄件較復(fù)雜及要求較小的尺寸公差和表面粗糙度低的鑄件的生產(chǎn)。（4）氣流沖砂緊實(shí) 氣流沖擊緊實(shí)造型是將壓力為0.40.6MPa的壓縮空氣以均勻的氣流沖擊型砂表面，使型砂緊實(shí)的造型新方法（圖2-6）。鑄型的緊實(shí)機(jī)構(gòu)采用脈沖發(fā)生器（沖擊頭），其結(jié)構(gòu)似儲(chǔ)氣罐(

22、圖2-6a)，內(nèi)有一小室3，室內(nèi)壓縮空氣壓力通常為0.40.6MPa，稱(chēng)為過(guò)剩壓力。小室外部壓縮空氣壓力通常比室內(nèi)空氣壓力低0.1MPa，稱(chēng)為儲(chǔ)氣罐壓力。砂箱7和輔助框6充滿(mǎn)型砂，移到?jīng)_擊頭下邊并被壓緊后，打開(kāi)單向快開(kāi)閥2，室內(nèi)壓縮空氣的過(guò)剩壓力驟然下降，強(qiáng)制打開(kāi)隔膜閥5，使壓縮空氣迅速加速而產(chǎn)生氣流沖擊，繼而由于空氣急劇膨脹而形成壓力波，其速度可達(dá)800m/s以上；壓力波在若干毫秒內(nèi)穿透整個(gè)砂型，使砂型緊實(shí)。氣流沖擊造型的主要優(yōu)點(diǎn)是：砂型緊實(shí)度均勻，砂型硬度高，鑄件尺寸精度和光潔程度都得到提高；造型機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪音??；生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件好；砂型充填性好，吃砂量少，可節(jié)約型砂及混砂能耗；適應(yīng)性

23、強(qiáng)，既可利用高壓造型型砂，也可利用普通機(jī)器造型型砂。缺點(diǎn)是仍然有一定的噪音；砂箱或芯盒必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。（三）鈉水玻璃砂型鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的無(wú)機(jī)化學(xué)粘結(jié)劑是鈉水玻璃。此類(lèi)型芯砂與粘土砂比較，有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)型(芯)砂流動(dòng)性好，易于緊實(shí)，故造型（芯）勞動(dòng)強(qiáng)度低。(2)硬化快，強(qiáng)度較高，可簡(jiǎn)化造型（芯）工藝，縮短生產(chǎn)周期，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。(3)可在型(芯)硬化后起模，型、芯尺寸精度高。(4)可取消或縮短烘烤時(shí)間，降低能耗，改善工作環(huán)境和工作條件。1鈉水玻璃粘結(jié)劑水玻璃是各種聚硅酸鹽水溶液的通稱(chēng)。鑄造上最常用的是鈉水玻璃(Sodiumsilicate water glass)，因其便宜，

24、來(lái)源充足；其次為鉀水玻璃，此外還有鋰水玻璃、鉀鈉水玻璃、季銨鹽水玻璃等，分別是硅酸鈉(Na20·mSi02)、硅酸鉀(K20，nSi02)、硅酸鋰(Li20·mSi02)、硅酸鉀鈉(mK20·Na20·nSi02)、季銨鹽的水溶液。硅酸鈉是弱酸強(qiáng)堿鹽，干態(tài)時(shí)為白色或灰白色團(tuán)塊或粉末，溶于水時(shí)，純的鈉水玻璃外觀為無(wú)色粘稠液體，由于含鐵鹽而呈灰色或綠色,pH值一般在11-13。鈉水玻璃的化學(xué)式為Na20·mSi02·nH20。鈉水玻璃有幾個(gè)重要參數(shù)，直接影響它的化學(xué)和物理性質(zhì)，也直接影響鈉水玻璃砂的工藝性能，這就是鈉水玻璃的模數(shù)、密度、含

25、固量和粘度等。(1)模數(shù) 鈉水玻璃中Si02和Na20的摩爾數(shù)之比稱(chēng)為模數(shù)，用M來(lái)表示。模數(shù)的大小僅表示鈉水玻璃中SiO2、Na2O的摩爾數(shù)之比，并不表示鈉水玻璃中硅酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。但是模數(shù)改變，鈉水玻璃結(jié)構(gòu)及其物理化學(xué)性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化，因?yàn)槟?shù)的大小直接影響硅酸陰離子的聚合度，聚合度越高，模數(shù)也越大。模數(shù)越高，作為芯(型)砂粘結(jié)劑時(shí)的硬化速度也越快，達(dá)到最高強(qiáng)度的時(shí)間也越短。但過(guò)高的模數(shù)，將使芯(型)砂的保存性差，不適于造型和造芯。鈉水玻璃模數(shù)可以通過(guò)化學(xué)的方法降低或提高。降低鈉水玻璃模數(shù)可加入適量的NaOH，以提高水玻璃中Na20的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而相對(duì)地減少Si02的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。鑄造生產(chǎn)中，吹

26、C02硬化時(shí)常用模數(shù)為2的鈉水玻璃。（2）密度、含固量和粘度 鈉水玻璃的密度P取決于鈉水玻璃中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而不是它的模數(shù)，因?yàn)镹a2O （62）和Si02(60)(括號(hào)中數(shù)值為相對(duì)分子質(zhì)量)的相對(duì)分子質(zhì)量數(shù)值很近似。密度低，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，含固量少，不宜用作型(芯)砂粘結(jié)劑；反之，密度過(guò)大，粘稠，也不便定量和不利與砂子混合。鑄造上通常采用密度為132-168gcm3或波美度35-54的鈉水玻璃。2。鈉水玻璃砂的硬化機(jī)理硅酸鈉是弱酸強(qiáng)堿鹽，在水溶液中幾乎完全電離，所以鈉水玻璃實(shí)際是部分電離的聚硅酸負(fù)離子和鈉離子在水中的分散體系。不同硅酸鹽負(fù)離子的平衡是錯(cuò)綜復(fù)雜的，它取決于pH值、模數(shù)和溫度，在

27、若干特有的反應(yīng)過(guò)程中達(dá)到平衡。其中最有意義的反應(yīng)是硅酸鈉(以=Si-0-Na表示)的鈉-氧鍵水解(hydrolysis)(向右進(jìn)行)和酸-堿反應(yīng)(向左進(jìn)行).，硅氧烷鏈(Si-0-Si(siloxane linkage)沿線(xiàn)性方向生長(zhǎng)，就形成高聚物(polymcr)；當(dāng)它在三維空間任意生長(zhǎng)時(shí)，就形成凝膠(gel)，這就導(dǎo)致了鈉水玻璃的硬化。如果沒(méi)有任何膠凝作用的影響，鈉水玻璃則可保存很長(zhǎng)時(shí)間，但它對(duì)引起平衡變化的任何因素卻非常敏感，這一潛在不穩(wěn)定特性，通常被用來(lái)加速鈉水玻璃的縮聚，以形成堅(jiān)硬的三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使型砂粘結(jié)在一起。鑄造生產(chǎn)中常用的一些硬化方法，都是加入能直接或間接影響上述反應(yīng)平衡點(diǎn)

28、的氣態(tài)、液態(tài)或粉狀固化劑，與OH-作用，從而降低pH值，或靠失水，或靠上述二者的復(fù)合作用來(lái)達(dá)到硬化。(1)加熱硬化-失水發(fā)生由液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變凡是能去除鈉水玻璃中水分的方法，如加熱烘干、吹熱空氣或干燥的壓縮空氣、真空脫水、微波照射以及加入產(chǎn)生放熱反應(yīng)的化合物等都可使鈉水玻璃硬化。圖是Na20、Si02和H20三元系統(tǒng)的常溫狀態(tài)圖。其中鑄造行業(yè)所用的商品液體鈉水玻璃，是圖中陰影部分(區(qū)域9，M=2.03.3，p=1217gcm3)，當(dāng)這種水玻璃與砂混合制成砂芯(型)時(shí)，如果用加熱(或用熱空氣)方式硬化，會(huì)按圖中帶箭頭虛線(xiàn)指示的方向，液體鈉水玻璃先變成粘稠液體，接著成為半固體，再變成脫水液體。(2

29、)化學(xué)反應(yīng)形成新的產(chǎn)物鈉水玻璃在pH值大于10以上很穩(wěn)定，加入適量酸性或具有潛在酸性的物質(zhì)時(shí)，其pH值降低，穩(wěn)定性下降，使水解和縮聚過(guò)程加速進(jìn)行。圖為pH值對(duì)鈉水玻璃膠凝時(shí)間的影響曲線(xiàn)，曲線(xiàn)呈大寫(xiě)“N”字形,即著名的“N曲線(xiàn)”。膠凝速度最快的pH值，亦即曲線(xiàn)的最低點(diǎn)在6.8到7.1之間；鈉水玻璃穩(wěn)定性最好、膠凝速度非常慢的pH值，也就是曲線(xiàn)的最高點(diǎn)，在3.2-3.9和10以上。A)吹C02硬化C02與鈉水玻璃中的水作用形成碳酸 ：CO2 + H20- 2H+ + C032-產(chǎn)生的H+使表面鈉水玻璃的pH值不斷降低，并達(dá)到迅速硬化。鈉水玻璃同C02反應(yīng)，消耗Na20，把凝膠化的水玻璃推到圖的不穩(wěn)

30、定液體和凝膠區(qū)域(圖區(qū)域11)。這種Si02凝膠含$i02高，并使砂芯和砂型建立強(qiáng)度。C02是一種脫水能力相當(dāng)強(qiáng)的氣體，從砂粒周?chē)鬟^(guò)，C02與粘結(jié)劑接觸面積大，使鈉水玻璃部分失水，因此，C02硬化既有鈉水玻璃的物理脫水作用，也有化學(xué)反應(yīng)，兩種機(jī)理難以截然分開(kāi)，通常其粘結(jié)是兩種作用的結(jié)果。(哪一種作用占主導(dǎo)地位?)采用C02法硬化，有人認(rèn)為僅發(fā)揮了鈉水玻璃粘結(jié)性能的10，：因此不得不把砂中鈉水玻璃加入量提高到6-7(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。圖所示為C02硬化后包裹在砂粒表面的鈉水玻璃膜的結(jié)構(gòu)模型，膜由兩層組成，表層的主要成分是硅酸膠體以及Na2C03和NaHC03結(jié)晶(粉化即白霜)，里層的主要成分是尚未反

31、應(yīng)的硅酸鈉膠體。B)有機(jī)酯液態(tài)硬化劑酯促使鈉水玻璃砂硬化建立強(qiáng)度分兩階段，酯使鈉水玻璃膠凝化，產(chǎn)生強(qiáng)度；最終強(qiáng)度來(lái)自硅酸鈉脫水。用酯硬化時(shí)，酯在鈉水玻璃中進(jìn)行水解生成有機(jī)酸和醇，有機(jī)酸提供氫離子，其反應(yīng)通式是RCOOR+H2O-RCOOH+ROHRCOO-與鈉水玻璃電離的鈉離子Na+發(fā)生皂化反應(yīng)，生成脂肪酸鈉；H+與鈉水玻璃的OH-結(jié)合，均有利于酯的進(jìn)一步水解和使鈉水玻璃析出硅酸溶膠，并促使朝著生成大的凝聚的硅酸分子方向移動(dòng)，當(dāng)它在三維空間任意生長(zhǎng)時(shí)，就形成凝膠，這就導(dǎo)致鈉水玻璃硬化。(3)不同硬化方法所得鈉水玻璃砂的強(qiáng)度是不同的。其原因?yàn)椋核玫降恼辰Y(jié)劑膜組織的密度和有序性排列不同，因而影響

32、強(qiáng)度的大小，其順序?yàn)榧訜嵊不Ⅴビ不?、鉻鐵渣硬化、CO2硬化，相應(yīng)的粘結(jié)膜的內(nèi)聚強(qiáng)度為41MPa、29.8MPa、20.5MPa、14.9MPa；所得鈉水玻璃的凝膠膠粒大小明顯不同，C02硬化的膠粒直徑為0.20.48µm，酯硬化的為0.07-0.18µm，真空硬化的為0.06-0.16µm，加熱硬化的只有0.035-0.04µm，因而強(qiáng)度會(huì)明顯不同。（四）其它類(lèi)型的砂型還可使用硅溶膠、植物油、樹(shù)脂等作為粘結(jié)劑形成不同類(lèi)型的砂型。二、砂型(芯)的烘干、合箱與澆注1、砂型(芯)的烘干 1）表面烘干：為了縮短生產(chǎn)周期，減少燃料消耗，有利于組織流水作業(yè)，在保證

33、質(zhì)量的條件下，應(yīng)盡量應(yīng)用表面烘干。表面烘干的方法主要有噴燈火焰烘干、移動(dòng)式焦碳爐或煤氣爐烘干、紅外線(xiàn)輻射烘干以及高頻干燥爐烘干和微波技術(shù)烘干。2）體烘干：大型和較重要的砂型(芯)都要進(jìn)行整體烘干，一般在周期作業(yè)或連續(xù)作業(yè)的烘干爐中進(jìn)行。周期式烘干爐有臺(tái)車(chē)室式烘干爐和抽屜式烘干爐。前者用于大中型砂型(芯)的烘干，后者用于較小砂芯的烘干。連續(xù)式烘干爐用在批量生產(chǎn)的鑄造車(chē)間，這種烘干爐有臥式和立式兩種，后者占地面積小。爐內(nèi)各部位按烘干規(guī)范的要求保持確定的溫度和運(yùn)行時(shí)間，使砂芯逐漸升溫、保溫和降溫冷卻。所以，烘干操作可連續(xù)地進(jìn)行，效率高于周期式烘干爐。2、合箱 合箱就是把砂型和砂芯按要求組合為鑄型的過(guò)

34、程。鑄型的合箱是制備鑄型的最后工序，合箱質(zhì)量不高，鑄件形狀、尺寸和表面質(zhì)量就得不到保證，甚至?xí)蚱?、錯(cuò)箱、抬箱跑火等原因而使鑄件報(bào)廢。合箱一般按以下步驟進(jìn)行：1）全面檢查、清掃、修理所有的砂型和砂芯，特別要注意檢查砂芯的烘干程度和通氣道是否暢通。不符合要求者，應(yīng)進(jìn)行返修或廢棄。2）下芯次序依次將砂芯裝入砂型，嚴(yán)格檢查，保證鑄件壁厚、砂芯固定、芯頭排氣和填補(bǔ)接縫處的間隙。無(wú)牢固支撐的砂芯，要用芯撐在上下和四周加固，防止砂芯在澆注時(shí)移動(dòng)、漂浮。裝在上箱的砂芯，要插栓吊緊，砂芯與砂芯之間接縫相對(duì)較大時(shí)，需使用填補(bǔ)料修平，并用噴燈烘干。3）仔細(xì)清除型內(nèi)散砂，全面檢查下芯質(zhì)量，在分型面上沿型腔外圍放上

35、一圈泥條或石棉繩，保證合箱后分型面密合，避免液態(tài)金屬?gòu)姆中兔骈g隙流出。4）放上壓鐵或用螺栓、金屬卡子固緊鑄型。放好澆口杯、冒口圈，在分型面四周接縫處抹上砂泥，防止跑火。最后全面清理場(chǎng)地，以便安全方便地澆注。3、澆注1) 澆注前的準(zhǔn)備工作 鑄型合箱緊固后澆注前應(yīng)做好下述澆注準(zhǔn)備工作：了解澆注合金的種類(lèi)、牌號(hào)、待澆注鑄型的數(shù)量和估算所需金屬液的重量；檢查澆包的修理質(zhì)量、烘干預(yù)熱情況及其運(yùn)輸與傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的靈活性和可靠性；熟悉各種鑄型在車(chē)間所處的位置，以便確定澆注次序；檢查冒口、冒口圈的安放及鑄型的緊固情況；清理澆注場(chǎng)地，確保澆注安全。2) 澆注工藝 為了獲得合格鑄件，必須控制澆注溫度、澆注速度，嚴(yán)格遵

36、守澆注操作規(guī)程。 澆注溫度：應(yīng)根據(jù)合金的種類(lèi)、鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型特點(diǎn)確定合理的澆注溫度范圍。金屬液由爐中注入澆包時(shí)，溫度都會(huì)降低。為了減小包內(nèi)降溫，修好的澆包一定要充分烘干，澆注前需預(yù)熱；盡量避免倒包，減少金屬液在包中的停留時(shí)間和縮短運(yùn)輸距離；澆包壁可采用高效保溫材料，金屬液出爐后，在包內(nèi)液面加保溫集渣覆蓋劑；加強(qiáng)測(cè)溫，嚴(yán)格監(jiān)控金屬液在包內(nèi)的降溫情況和澆注溫度。 澆注要點(diǎn)：澆注前需除去澆包中金屬液面上的熔渣；根據(jù)規(guī)定的速度和時(shí)間范圍進(jìn)行澆注；澆注時(shí)應(yīng)避免金屬液流的飛濺和中斷；開(kāi)始慢澆，且不能直沖澆口，以免沖毀砂型；中間快澆，以充滿(mǎn)澆注系統(tǒng)；澆口杯中應(yīng)始終保持一定數(shù)量的金屬液，防止渣、氣進(jìn)入鑄型；快

37、充滿(mǎn)時(shí)應(yīng)慢澆，防止溢出和減小抬箱力。有冒口的鑄型，澆注后期應(yīng)進(jìn)行點(diǎn)澆和補(bǔ)澆。澆注后應(yīng)注意引燃從鑄型排出的氣體。待鑄件凝固完畢，及時(shí)卸除壓鐵和箱卡，以減少鑄件收縮阻力，避免裂紋。三、鑄件的落砂、清理及后處理1、鑄件的落砂 鑄件凝固冷卻到一定溫度后，把鑄件從砂箱中取出，去掉鑄件表面及內(nèi)腔中的型砂和芯砂，落砂通常分為人工落砂和機(jī)械落砂兩種。1) 人工落砂 在一般鑄造車(chē)間，由澆注場(chǎng)地人工就地落砂。這主要用于單件小批生產(chǎn)，對(duì)于有色合金鑄件，基本上都采用手工落砂。2) 機(jī)械落砂 在機(jī)械化生產(chǎn)線(xiàn)上，通常采用機(jī)械化落砂。它是把鑄件放在震動(dòng)落砂機(jī)上通過(guò)震動(dòng)使砂子下落。機(jī)械落砂效率高，但機(jī)械易損壞，維修調(diào)整困難，

38、而且噪音大。3) 清除砂芯的方法 生產(chǎn)中常采用下述清砂除芯方法：水力清砂除芯：它是利用高壓水來(lái)切割、沖刷鑄件上殘留的芯砂與粘砂的一種有效方法。該法無(wú)粉塵，改善了勞動(dòng)條件；生產(chǎn)效率高，為手工清砂的510倍。缺點(diǎn)是需要龐大的沉淀池和濕砂干燥設(shè)備。為了提高清砂效果，特別是清理鑄鋼件芯砂時(shí)，可在高壓水射流中加入砂子，這種方法還可部分地用來(lái)清理鑄件表面的粘砂，稱(chēng)為水砂清砂法。水爆清砂除芯：待鑄件冷卻到適當(dāng)溫度，從鑄型中取出立即浸入水中，水迅速進(jìn)入砂芯，急劇汽化膨脹，當(dāng)水汽達(dá)到一定壓力后便產(chǎn)生爆炸，使砂芯爆裂而脫離鑄件。水爆清砂設(shè)備主要是水爆池和吊車(chē)，設(shè)備簡(jiǎn)單。2、鑄件的清理為了提高鑄件表面質(zhì)量，還需進(jìn)一

39、步對(duì)鑄件進(jìn)行清理，切除澆冒口，打磨毛刺并進(jìn)行吹砂。1) 澆冒口的切除 鑄件必須除去澆注系統(tǒng)和冒口。對(duì)于中小型鑄鐵件，可用錘打掉澆冒口。鑄鋼件一般用氧氣切割或電弧切割來(lái)去掉澆冒口。不能用氣割法切除澆冒口的鑄鋼件和大部分鋁鎂合金鑄件，采用車(chē)床、圓盤(pán)鋸及帶鋸等進(jìn)行切割。在大批量生產(chǎn)中，許多定型鑄鐵、鑄鋼生產(chǎn)線(xiàn)都采用專(zhuān)用澆冒口切除線(xiàn)，甚至配備專(zhuān)用機(jī)器人或機(jī)械手來(lái)完成。2) 鑄件的表面清理 包括去除鑄件內(nèi)外表面的粘砂、分型面和芯頭處的披縫、毛刺、冒口切除痕跡。其方法有： 手工清理：適用于單件、小批量和形狀復(fù)雜的零件； 滾筒清理：將鑄件裝入滾筒，利用鑄件之間以及鑄件與附加角鐵之間的磨擦、碰撞來(lái)去除鑄件表面

40、粘砂、毛刺和氧化鐵皮。其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，清理效果較好；缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低，噪音大。適合于中小型鑄造車(chē)間； 噴、拋丸清理：噴丸清理是用4.905.88MPa的壓縮空氣，使彈丸從噴嘴以5070m/s的高速?lài)娚涞借T件表面，將粘附在鑄件表面的型砂、氧化皮等清除掉。拋丸清理是用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將彈丸以6080m/s的速度呈扇形擴(kuò)散角拋射到鑄件表面進(jìn)行清理。3、鑄件表面處理 有些鑄件經(jīng)過(guò)上述處理以后，還需進(jìn)行表面處理。如鎂合金鑄件在吹砂后，需進(jìn)行表面氧化處理，在表面生成一層致密而的薄膜，防止或減輕鎂合金在使用過(guò)程中產(chǎn)生腐蝕。鑄鐵件、鑄鋼件在檢驗(yàn)合格入庫(kù)前，需涂上底漆，以防生銹，并作為進(jìn)一步油漆的底漆。四

41、、鑄件質(zhì)量檢驗(yàn)與缺陷修補(bǔ)鑄件質(zhì)量包括鑄件的內(nèi)在質(zhì)量、外表質(zhì)量、使用質(zhì)量等。其具體要求，一般在零件圖和有關(guān)技術(shù)文件中都有明確規(guī)定。為了保證鑄件質(zhì)量，鑄造生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，特別是清理后，都要進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。凡是有缺陷的鑄件，經(jīng)修補(bǔ)后能滿(mǎn)足要求，不影響使用者均應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)。1、鑄造缺陷的檢驗(yàn)1)外觀缺陷的檢驗(yàn) 檢查時(shí)用肉眼或借助放大鏡及尖嘴錘等工具，觀察尋找暴露在鑄件外表的缺陷，如裂紋、表面氣孔和縮孔、粘砂等缺陷；利用量具、樣板和工作平臺(tái)等檢驗(yàn)鑄件尺寸是否符合圖紙要求，借助各種稱(chēng)量工具來(lái)檢驗(yàn)鑄件重量是否在允許的偏差范圍內(nèi)。2)表面缺陷檢驗(yàn) 熒光探傷法：把鑄件浸泡在熒光液中，由于毛細(xì)現(xiàn)象，熒光液滲透入鑄件表

42、面缺陷處，然后取出鑄件并擦凈，置于紫外線(xiàn)(水銀石英燈)照射下。利用熒光液經(jīng)紫外線(xiàn)照射發(fā)光的原理，可判斷表面裂紋等缺陷的部位，如圖2-9所示。 著色法：利用液體的滲透性質(zhì)，在被檢鑄件的表面涂上一層滲透性很好的著色液(如煤油、丙酮、顏料等的混合物)，待液體滲透入表面缺陷處，擦去面上的著色液，噴上一層鋅白等白色顯示粉液，這時(shí)殘留在缺陷孔隙處的著色劑又被吸到表面顯示粉上來(lái)，呈現(xiàn)出缺陷的形狀。3) 內(nèi)部缺陷檢驗(yàn) 射線(xiàn)檢驗(yàn)：可發(fā)現(xiàn)鑄件內(nèi)部缺陷，如氣孔、縮孔、裂紋、夾雜等。圖2-10所示為射線(xiàn)檢驗(yàn)示意圖。對(duì)重要鑄件，如國(guó)防工業(yè)用I類(lèi)鑄件，一般都要經(jīng)過(guò)100%的射線(xiàn)檢驗(yàn)。常用的射線(xiàn)有：X射線(xiàn)和g射線(xiàn)。前者的穿

43、透力不如后者，但靈敏度高于后者，這些射線(xiàn)能穿透金屬，使底片感光。射線(xiàn)穿透物體時(shí)，與物體中的原子相互作用，射線(xiàn)的能量不斷地被吸收和散射而逐漸衰減。物體的密度越大，能量衰減越快，鑄件中孔洞、夾雜等的密度遠(yuǎn)低于金屬密度，射線(xiàn)與這些缺陷作用時(shí)，衰減較小，在底片上的能量比無(wú)缺陷部位大，因而，能在底片上顯示出缺陷的形狀。（圖29熒光探傷示意圖，圖2-10 射線(xiàn)檢驗(yàn)示意圖） 超聲波檢驗(yàn)：也可發(fā)現(xiàn)鑄件內(nèi)部缺陷，如氣孔、裂紋、夾雜、縮松等。對(duì)鑄鋼件，用此法可探測(cè)壁厚最大（1000mm）的一種方法。超聲波檢驗(yàn)用的工作頻率常在1MHz以上。超聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)在界面上會(huì)產(chǎn)生反射，特別當(dāng)超聲由金屬傳向空

44、氣時(shí)差不多有99%從界面反射回去。超聲波檢驗(yàn)就是應(yīng)用這一特性來(lái)發(fā)現(xiàn)鑄件內(nèi)部缺陷的。當(dāng)探頭在鑄件上緩慢移動(dòng)時(shí)，如鑄件無(wú)缺陷，則在示波屏上只出現(xiàn)探測(cè)面上反射的T波和底面上反射形成的B波；如鑄件上某部位有缺陷，則還出現(xiàn)因缺陷反射的F波，如圖2-11所示，缺陷越大，F(xiàn)波的高度也越大，從而可確定鑄件中缺陷的位置及嚴(yán)重程度。 壓力試驗(yàn)：對(duì)高壓、真空用的鑄件，如泵體、閥門(mén)等，需做壓力試驗(yàn)，以檢查鑄件是否存在孔洞缺陷。試驗(yàn)時(shí)將有一定壓力的空氣(或水、油等)通入被密封的鑄件內(nèi)腔中，如鑄件有穿透的裂紋、孔洞等，就會(huì)出現(xiàn)滲漏，從而發(fā)現(xiàn)缺陷位置。試驗(yàn)壓力通常要超過(guò)鑄件工作壓力的3050%，這對(duì)鑄件也是一種強(qiáng)度考核。當(dāng)

45、鑄件不易構(gòu)成密封空腔，從而無(wú)法進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)，可用滲透煤油的方法檢驗(yàn)鑄件的致密性。（圖2-11 超聲波檢驗(yàn)示意圖）2、鑄件缺陷的修補(bǔ)鑄件出現(xiàn)缺陷并不等于鑄件報(bào)廢，根據(jù)鑄件的設(shè)計(jì)要求，在滿(mǎn)足使用的情況下，能修補(bǔ)的要進(jìn)行修補(bǔ)。常見(jiàn)的鑄件修補(bǔ)方法有三種：用膩?zhàn)雍铜h(huán)氧樹(shù)脂修補(bǔ)、焊接修補(bǔ)和浸滲修補(bǔ)。1）用膩?zhàn)雍铜h(huán)氧樹(shù)脂修補(bǔ)：對(duì)鑄件不十分重要但又有裝飾意義的部位上發(fā)現(xiàn)的孔眼類(lèi)缺陷，可根據(jù)鑄件的顏色來(lái)配制膩?zhàn)佑枰孕扪a(bǔ)。對(duì)于鑄鐵件，可使用鐵粉、水玻璃和水泥配制；對(duì)于鑄鋁件，可使用鋁粉、高效粘接劑配制；對(duì)于鑄件的非加工面、靜止面和非主要位置上的缺陷以及油箱、油池的漏油缺陷等，可用環(huán)氧樹(shù)脂粘補(bǔ)劑修補(bǔ)。2）焊接修補(bǔ)

46、：這是最常見(jiàn)的鑄件修補(bǔ)手段。電弧焊主要用于焊補(bǔ)鑄鋼件缺陷。一般不需預(yù)熱即可焊補(bǔ)，但鑄件重要部位，或者結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，需要焊補(bǔ)較多的金屬時(shí)，為防止和消除內(nèi)應(yīng)力，提高堆焊金屬的塑性和降低硬度，需在焊前預(yù)熱和焊后退火。氣焊大多數(shù)用來(lái)焊補(bǔ)鑄鐵和有色金屬鑄件。鑄鐵較脆，為防止補(bǔ)焊時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和裂紋，往往需緩慢預(yù)熱至500550°C，焊后緩冷至50100°C，形狀復(fù)雜的鑄鐵件，焊后還需在700800°C下退火。鋁鎂合金鑄件補(bǔ)焊時(shí)，為了防止氧化，常采用氬弧焊，并且對(duì)焊接工藝有嚴(yán)格的要求，否則，補(bǔ)焊過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生缺陷。3）浸滲補(bǔ)焊：浸滲是解決鑄件滲漏問(wèn)題的新技術(shù)。它是將呈膠狀的浸滲劑

47、滲入鑄件的孔隙，然后使浸滲劑硬化，與鑄件孔隙內(nèi)壁聯(lián)成一體，從而達(dá)到堵漏目的。常用的浸滲劑有水玻璃型和合成樹(shù)脂型兩大類(lèi)。目前，國(guó)內(nèi)一般應(yīng)用真空加壓法對(duì)鑄件進(jìn)行整體修補(bǔ)。鑄件裝入專(zhuān)用的籠子內(nèi)后放入浸滲罐內(nèi)，抽真空1.52min(壓力低于5KPa)，注入浸滲液淹沒(méi)鑄件，使浸滲劑滲入到缺陷孔隙中，然后通入0.50.7MPa的壓縮空氣，保壓20min，進(jìn)一步加強(qiáng)浸滲效果。取出鑄件，清洗干凈，待浸滲液固化即可。第2節(jié) 金屬型鑄造一、金屬型鑄造方法、特點(diǎn)及熱規(guī)范的確定（1）成形方法 金屬型鑄造是利用重力將液態(tài)金屬澆入金屬材質(zhì)的鑄型中，并在重力的作用下結(jié)晶凝固而形成鑄件的一種方法。（2）凝固特點(diǎn) 與砂型相比較

48、，金屬型的導(dǎo)熱性能要高得多，能獲得很大的溫度梯度，使鑄件快速冷卻。因此，在金屬型鑄造中，不僅共晶合金，甚至結(jié)晶溫度間隔較寬的合金，也能得到密實(shí)的鑄件。同時(shí)，冷卻速度快，可使鑄件晶粒細(xì)化，減輕或消除有色合金鑄件的針孔。為了得到更大的冷卻速度，要求用較低的金屬型溫度。液態(tài)金屬澆入金屬型的型腔后，由于型壁的直接導(dǎo)熱，金屬液會(huì)很快冷卻凝結(jié)成一層硬殼，以后的散熱要通過(guò)硬殼與型壁間所形成的空隙。在金屬型中鑄造厚大鑄件時(shí)，澆入型腔中的金屬液在充滿(mǎn)型腔的一定時(shí)間后才開(kāi)始凝固，特別是在金屬型預(yù)熱溫度高和有大的砂芯時(shí)，更是如此，這些因素減緩了鑄件的散熱。所以，澆注厚大鑄件時(shí)，應(yīng)采用較低的金屬型溫度和澆注溫度。在金

49、屬型中成形較小的薄壁鑄件時(shí)，金屬液凝固很快，許多情況下，幾乎在澆注完畢時(shí)，鑄件的凝固也同時(shí)完成。對(duì)大而壁薄的鑄件，為了完全充滿(mǎn)型腔，獲得輪廓清晰的鑄件，要有較高的金屬型溫度和澆注溫度。同時(shí)，還必須在型腔表面噴刷隔熱涂料。此外，提高澆注溫度能改善鑄件的補(bǔ)縮條件，因?yàn)檫@樣能使金屬液容易進(jìn)入已被型壁冷卻的下層金屬中。采用底注式時(shí)，要求金屬液有更高的溫度，以提高充型能力。但澆注溫度也不能太高，溫度太高時(shí)，會(huì)增大鑄件的收縮量，降低力學(xué)性能。金屬型鑄造中，鑄件產(chǎn)生裂紋的可能性比砂型要大得多，因?yàn)榻饘傩秃徒饘傩緵](méi)有退讓性，阻礙鑄件收縮。另外，鑄件凝固不均勻也是產(chǎn)生裂紋的重要原因。如果能使鑄件變形在較高的溫度

50、下進(jìn)行，這時(shí)合金的塑性足夠大，裂紋將不會(huì)產(chǎn)生。所以，確定溫度規(guī)范時(shí)，應(yīng)盡量使合金由塑性轉(zhuǎn)變到彈性狀態(tài)的過(guò)程中，鑄件各部分的溫差減到最小，并且盡量減小在合金結(jié)晶期間澆注的合金和金屬型型壁之間的溫度差，這就要求鑄型溫度較高，而澆注溫度較低。（3）金屬型工作溫度 金屬型在噴涂料及澆注之前，要均勻地加熱到工作溫度或接近工作溫度，并且在工作過(guò)程中要保持選定的溫度范圍，這樣才能得到內(nèi)部質(zhì)量和外形尺寸穩(wěn)定的鑄件。確定金屬型的工作溫度時(shí)，選擇過(guò)高或過(guò)低的溫度都會(huì)帶來(lái)一些不良后果。金屬型溫度過(guò)低時(shí)，會(huì)出現(xiàn)下列缺點(diǎn)：澆入型腔的液態(tài)金屬會(huì)迅速降低流動(dòng)性，使鑄件容易產(chǎn)生冷隔、澆不足、裂紋、氣孔和輪廓不清晰等缺陷；型腔

51、表面受到液態(tài)金屬的強(qiáng)烈加熱，型壁內(nèi)外溫差大，金屬型容易開(kāi)裂損壞；冷的金屬型上往往凝結(jié)有水汽，澆入液態(tài)金屬時(shí)會(huì)引起噴濺或爆炸；有些會(huì)破壞順序凝固的條件，這時(shí)單靠涂料調(diào)整是不行的。金屬型溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)下列缺點(diǎn)：鑄件結(jié)晶組織變粗，對(duì)于有色合金，還容易產(chǎn)生針孔和縮松；延長(zhǎng)鑄件冷卻時(shí)間，降低生產(chǎn)率；金屬型溫度過(guò)高時(shí)，強(qiáng)度和剛度低，容易產(chǎn)生扭曲變形，導(dǎo)致過(guò)早損壞。同時(shí)，也容易和澆注合金發(fā)生熔焊現(xiàn)象。金屬型工作溫度取決于澆注合金的種類(lèi)和牌號(hào)、鑄件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小和壁厚，同時(shí)也和合金的澆注溫度有關(guān)。具體的金屬型工作溫度可參照相關(guān)鑄造手冊(cè)。（4）合金的澆注溫度 金屬型鑄造時(shí)，合金的澆注溫度受下列因素的影

52、響：鑄件結(jié)構(gòu)：形狀復(fù)雜、壁薄的大鑄件，澆注溫度應(yīng)高些；形狀簡(jiǎn)單的厚壁鑄件或有較大砂芯的鑄件，澆注溫度應(yīng)低些；鑄型溫度：金屬型工作溫度愈低，則澆注溫度應(yīng)愈高。為了完好地充填鑄件的薄斷面，提高合金澆注溫度比提高鑄型溫度有更好的效果；澆注速度：澆注速度快時(shí)，液態(tài)金屬在鑄型內(nèi)流動(dòng)過(guò)程中熱量損失少，流動(dòng)性的降低也就少，因而澆注溫度可低些。若由于鑄件結(jié)構(gòu)的要求，需緩慢澆注時(shí)，則應(yīng)將澆注溫度提高；澆注系統(tǒng)：采用頂注式澆注系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該用較低的澆注溫度；采用底注式澆注系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該用較高的澆注溫度，以便合金在溫度相當(dāng)高時(shí)到達(dá)頂部和冒口中；合金的種類(lèi)和牌號(hào)不同，澆注溫度也不同。（5）澆注過(guò)程中金屬型的熱平穩(wěn)性 金屬

53、型鑄造時(shí)，生產(chǎn)量一般都很大，要求同一金屬型成形的鑄件質(zhì)量應(yīng)該一致。為此，要求金屬型的工藝規(guī)范保持穩(wěn)定。澆注溫度可以由保溫爐控制，因此，金屬型的工作溫度就成了影響熱規(guī)范穩(wěn)定性的主要因素。在一個(gè)澆注周期中，要想讓金屬型溫度始終保持不變是不可能的，但要求在每次澆注時(shí)，金屬型溫度能穩(wěn)定在所選擇的溫度范圍內(nèi)。在生產(chǎn)過(guò)程中，從升溫到降溫保持金屬型的熱平衡規(guī)律不變，才能保證鑄造出來(lái)的鑄件內(nèi)、外部質(zhì)量穩(wěn)定。金屬型熱平衡的概念在設(shè)計(jì)金屬型時(shí)應(yīng)予以足夠的重視。在復(fù)雜的金屬型鑄造中，有時(shí)會(huì)因砂芯組合時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使鑄型不能維持必要的溫度，或者因型壁太厚或太薄而影響熱平衡，降低鑄件質(zhì)量。金屬型良好的熱平衡對(duì)保證批生產(chǎn)中鑄

54、件冶金質(zhì)量的穩(wěn)定具有十分重要的意義。小鑄件因澆注周期短，容易調(diào)整熱平衡，計(jì)算熱平衡的價(jià)值不大。但利用金屬型成形大中型鑄件時(shí)，熱平衡計(jì)算的意義較大，可為設(shè)計(jì)金屬型壁厚提供一定的依據(jù)，同時(shí)可確定是否需要設(shè)置加熱或冷卻環(huán)節(jié)，具體的計(jì)算方法可參考有關(guān)資料。二、金屬型結(jié)構(gòu)金屬型的結(jié)構(gòu)形式很多，根據(jù)其分型面數(shù)、分型面方向和鑄型型體的運(yùn)動(dòng)方式等特征，將金屬型作如圖212所示的分類(lèi)。金屬型的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，它是由具有不同作用的許多部分組成。最典型的金屬型的組成部分及作用如后：型體，內(nèi)有形成鑄件的型腔；底板，用來(lái)支承型體，有時(shí)也有部分型腔；型芯，包括金屬芯、砂芯和殼芯；導(dǎo)向裝置，使金屬型各部分移動(dòng)時(shí)位置正確，不發(fā)生

55、斜歪。當(dāng)金屬型安裝在澆注機(jī)上時(shí)，金屬型本身不設(shè)導(dǎo)向裝置；定位裝置，使金屬型各部分相對(duì)位置準(zhǔn)確；鎖緊裝置，使金屬型型體各部分互相緊固；通氣裝置；加熱和冷卻裝置；頂桿，將鑄件從型腔中頂出；操作機(jī)構(gòu)，有時(shí)為金屬型的一部分，有時(shí)為金屬型澆注機(jī)的一部分，包括開(kāi)合型和抽芯機(jī)構(gòu)；固定裝置，將型體固定在底板上或澆注機(jī)上；搬運(yùn)裝置，螺紋吊環(huán)。金屬型結(jié)構(gòu)形式的確定取決于：鑄件的形狀、大小和澆注位置；分型面的方向和數(shù)目；澆注系統(tǒng)和冒口的形式、型芯的種類(lèi)和數(shù)量；鑄造合金種類(lèi)；鑄型中鑄件的數(shù)量；生產(chǎn)批量的大小和采用的機(jī)械化程度。三、鑄件常見(jiàn)缺陷及防止方法金屬型鑄件的常見(jiàn)缺陷有氣孔、縮孔及縮松、渣孔、針孔、裂紋、冷隔等。

56、產(chǎn)生這些缺陷的原因大體上包括金屬型預(yù)熱溫度太低、排氣設(shè)計(jì)不良、涂料本身排氣性不佳、金屬液處理不符合要求、金屬型設(shè)計(jì)存在結(jié)構(gòu)或工藝方面的問(wèn)題、開(kāi)模時(shí)間或者澆注溫度掌握不準(zhǔn)確等。應(yīng)根據(jù)出現(xiàn)的鑄件缺陷對(duì)癥下藥，有針對(duì)性地解決問(wèn)題。第3節(jié) 熔模鑄造（重力充型鑄造技術(shù)三）一、熔模鑄造的原理及特點(diǎn)熔模鑄造又稱(chēng)精密鑄造或失蠟鑄造，它是用易熔材料(蠟料及塑料等)制成精確的可熔性模型，在模型上涂以若干層耐火涂料，經(jīng)過(guò)干燥、硬化成整體型殼，然后加熱型殼熔失模型，再經(jīng)高溫焙燒而成為耐火型殼，將液體金屬澆入型殼中，待冷卻后即成鑄件。其工藝流程如圖2-13所示。模料-壓蠟?zāi)?組模-修模-涂掛-撒砂-脫模-焙燒-澆注-冷

57、卻-落砂-清理與其它鑄造方法相比，熔模鑄造的主要優(yōu)點(diǎn)如下：鑄件尺寸精度較高和表面粗糙度較低，可以澆注形狀復(fù)雜的鑄件，一般精度可達(dá)57級(jí)，粗糙度達(dá)兩Ra25-6.3m；可以鑄造薄壁鑄件以及重量很小的鑄件，熔模鑄件的最小壁厚可達(dá)0.5mm，重量可以小到幾克；可以鑄造花紋精細(xì)的圖案、文字、帶有細(xì)槽和彎曲細(xì)孔的鑄件；熔模鑄件的外形和內(nèi)腔形狀幾乎不受限制，可以制造出用砂型鑄造、鍛壓、切削加工等方法難以制造的形狀復(fù)雜的零件，而且可以使有些組合件、焊接件在稍進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)后直接鑄造成整體零件，從而減輕零件重量、降低生產(chǎn)成本；鑄造合金的類(lèi)型幾乎沒(méi)有限制，常用來(lái)鑄造合金鋼件、碳鋼件和耐熱合金鑄件；生產(chǎn)批量沒(méi)有限制

58、，可以從單件到成批大量生產(chǎn)。這種鑄造方法的缺點(diǎn)就是工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不適用于生產(chǎn)輪廓尺寸很大的鑄件。舉例1：2400年隨編鐘出土的尊盤(pán)舉世無(wú)雙，精妙絕倫舉例2：云南撥蠟法與航空葉片鑄造技術(shù)二、模料種類(lèi)及性能要求（1）模料的分類(lèi) 隨著熔模鑄造工藝的發(fā)展，模料的種類(lèi)日益繁多，組成各不相同。通常按模料熔點(diǎn)的高低將其分為高溫、中溫和低溫模料。低溫模料的熔點(diǎn)低于60°C，我國(guó)目前廣泛應(yīng)用的石蠟硬脂酸各50%的模料屬于這一類(lèi)；高溫模料的熔點(diǎn)高于120°C，組成為松香50%、地蠟20%、聚苯乙烯30%的模料即為較典型的高溫模料。中溫模料的熔點(diǎn)介于上述兩類(lèi)模料之間，現(xiàn)用的中溫模料基本上可分為松香基和蠟基模料兩種。（2）模料性能的基本要求 熱物理性能：合適的熔化溫度和凝固區(qū)間、較小的熱膨脹和收縮、較高的耐熱性（軟化點(diǎn)）和模料在液態(tài)時(shí)應(yīng)無(wú)析出物，固態(tài)時(shí)無(wú)相變；力學(xué)性能：主要有強(qiáng)度、硬度、塑性、柔韌性等；工藝性能：主要有粘度（或流