第4章材料的液態(tài)成形工藝-2

§4-3砂型鑄造型（芯）砂組成：石英砂+粘土+水。型（芯）砂性能：強(qiáng)度、透氣性（permeability）、耐火性（refractoriness）、退讓性（collapsibility）。造型方法：手工造型和機(jī)器造型。

砂型鑄造是傳統(tǒng)的鑄造方法，適用于各種形狀、大小以及各種合金鑄件的生產(chǎn)。以型砂和芯砂為造型材料的鑄造方法稱砂型鑄造。一、造型方法的選擇手工造型—全部用手工或手動工具完成的造型工序。按模樣分：整模、分模、刮板、活塊、挖砂、假箱等；按砂箱分：兩箱、三箱、地坑、脫箱等。手工造型操作靈活，大小鑄件均適應(yīng)；用于單件、小批量生產(chǎn)。

整模造型

模樣為一整體，造型時將整個模樣全部放在一個砂箱內(nèi)，分型面為平面。

分模造型

模樣分成兩半，造型時分別放在上、下砂箱內(nèi)，分型面為平面。

挖砂造型

模樣為一整體且最大截面不再端部，造型時把妨礙起模的型砂挖掉。

假箱造型

需要挖砂造型的零件生產(chǎn)數(shù)量多時，用一砂箱代替底板進(jìn)行造型，但不參與澆注。

活塊造型

零件側(cè)面凸起部分妨礙起模，把凸起部分做成活塊。

刮板造型

利用與鑄件斷面相適應(yīng)的刮板模樣繞固定軸旋轉(zhuǎn)，在砂型中刮制出所需要的型腔。按模樣分：手工(緊實)造型造型時填砂手工造型實景手工造型方法的優(yōu)缺點優(yōu)點：(1)操作靈活，大小鑄件均可適用；(2)對模樣要求不高（一般木模，刮板）；(3)對砂箱要求不高。缺點：(1)生產(chǎn)效率低，工作環(huán)境差；(2)對工人的技術(shù)要求較高；(3)鑄件的尺寸精度及表面質(zhì)量較差。2.機(jī)器造型—用機(jī)器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序。

特點：生產(chǎn)率高，鑄型質(zhì)量好；但投資大，生產(chǎn)周期長，主要用于成批大量生產(chǎn)。分類：震壓造型、拋砂造型、射砂造型。震壓造型震壓造型

以壓縮空氣為動力；通過震擊使砂箱下部的型砂在慣性力下緊實，上部松散的型砂再用壓頭壓實。優(yōu)點：設(shè)備價格低。缺點：型砂緊實度不高，造型表面粗糙，造型時噪聲較大。砂團(tuán)填砂、緊實葉片

拋砂頭轉(zhuǎn)子上裝有葉片，型砂由皮帶輸送機(jī)連續(xù)地送入，高速旋轉(zhuǎn)的葉片接住型砂并分成一個個砂團(tuán)。當(dāng)砂團(tuán)隨葉片轉(zhuǎn)到出口處時，由于離心力的作用，以高速拋入砂箱，同時完成填砂與緊實。拋砂造型

由儲氣筒中迅速進(jìn)入到射膛的壓縮空氣，將型芯砂由射砂孔射入芯盒的空腔中，而壓縮空氣經(jīng)射砂板上的排氣孔排出，射砂過程是在較短的時間內(nèi)同時完成填砂和緊實，生產(chǎn)率極高。射砂造型二、砂型鑄造常見缺陷孔洞：氣孔、縮孔、縮松、砂眼、渣眼；表面缺陷：粘砂、夾砂；裂紋：熱裂、冷裂等。常見缺陷的特征及原因如下。

P.146表4-3鑄件常見缺陷及其原因類別缺陷名稱和特征主要原因分析孔洞氣孔鑄件內(nèi)部出現(xiàn)的孔洞，常為梨形、球形，孔的內(nèi)壁較光滑1．砂型和型芯緊實度過高

2．型砂太濕，起模、修型時刷水過多

3．砂芯未烘干或通氣道堵塞

4．澆注系統(tǒng)不正確，氣體排不出去縮孔鑄件厚截面處出現(xiàn)的形狀極不規(guī)則的孔洞，孔的內(nèi)壁粗糙縮松鑄件截面上細(xì)小而分散的縮孔1．澆注系統(tǒng)或冒口設(shè)置不正確，無法補縮或補縮不足

2．澆注溫度過高，金屬液收縮過大

3．鑄件設(shè)計不合理，壁厚不均勻無法補縮

4．與金屬液化學(xué)成分有關(guān)，鑄鐵中C、si含量少、合金元素多時易出現(xiàn)縮松砂眼鑄件內(nèi)部或表面帶有砂粒的孔洞1．型砂和芯砂強(qiáng)度不夠或局部沒舂實，掉砂

2．型腔、澆注系統(tǒng)內(nèi)散砂未吹凈

3．合箱時砂型局部擠壞，掉砂

4．澆注系統(tǒng)不合理，沖壞砂型(芯)渣氣孔鑄件澆注時的上表面充滿熔渣的孔洞，常與氣孔并存，大小不一，成群集結(jié)1．澆注溫度太低，熔渣不易上浮

2．澆注時沒擋住熔渣

3．澆注系統(tǒng)不正確，擋渣作用差表面缺陷機(jī)械粘砂鑄件表面粘附著一層砂粒和金屬的機(jī)械混合物，使表面粗糙1．砂型舂得太松，型腔表面不致密

2．澆注溫度過高，金屬液滲透力大

3．砂粒過粗，砂粒間空隙過大夾砂鑄件表面產(chǎn)生的疤片狀．金屬突起物。表面粗糙，邊緣銳利，在金屬片和鑄件之間夾有一層型砂1．型砂熱濕強(qiáng)度較低，型腔表面受熱膨脹后易鼓起或開裂

2．砂型局部緊實度過大，水分過多，水分烘干后，易出現(xiàn)脫皮

3．內(nèi)澆道過于集中，使局部砂型烘烤厲害

4．澆注溫度過高，澆注速度過慢裂紋熱裂鑄件開裂，裂紋斷面嚴(yán)重氧化，呈暗藍(lán)色，外形曲折而不規(guī)則冷裂裂紋斷面不氧化，并發(fā)亮，有時輕微氧化，呈連續(xù)直線狀1．砂型(芯)退讓性差，阻礙鑄件收縮而引起過大的內(nèi)應(yīng)力

2．澆注系統(tǒng)開設(shè)不當(dāng)，阻礙鑄件收縮

3．鑄件設(shè)計不合理，薄厚差別大§4-4特種鑄造所謂特種鑄造，是指有別于砂型鑄造方法的其他鑄造工藝。鑄造方法公差等級(CT)GB6414-86手工砂型11～13機(jī)器砂型8～10金屬型6～9低壓6～9熔模5～7特種鑄造一般能至少實現(xiàn)以下一種性能：提高鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量提高鑄件的物理及力學(xué)性能提高金屬的利用率(工藝出品率)減少原砂消耗量適宜高熔點、低流動性、易氧化合金鑄造改善勞動條件，便于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化特種鑄造方法特種鑄造金屬型鑄造離心鑄造壓力鑄造熔模鑄造低壓鑄造擠壓鑄造陶瓷型鑄造一、金屬型鑄造（permanentmouldcasting）

金屬型鑄造又稱硬模鑄造，是將液體金屬澆入金屬鑄型，在重力作用下充填鑄型，以獲得鑄件的鑄造方法。

鑄型是用金屬制成，可以反復(fù)使用多次。導(dǎo)熱性好；透氣性差；沒有退讓性。金屬型的這些特點決定了它在鑄件形成過程中有自己的規(guī)律。金屬型和砂型比較，在性能上有顯著的區(qū)別：組合金屬型結(jié)構(gòu)

為保證使用壽命，制造金屬型的材料具備如下的性能：

高的耐熱性和導(dǎo)熱性，反復(fù)受熱不變形，不破壞；一定的強(qiáng)度、韌性及耐磨性；良好的切削加工性能。

金屬型材料一般選用鑄鐵或鑄鋼。金屬型構(gòu)造金屬型鑄造工藝：

金屬型的預(yù)熱（預(yù)熱溫度一般不低于150°C)金屬型導(dǎo)熱性好／液體金屬冷卻快，鑄件易出現(xiàn)冷隔、澆不足、氣孔等缺陷。同時保護(hù)鑄型。涂料（耐火涂料的厚度為0.3~0.4mm)利用涂料層的厚薄，調(diào)節(jié)鑄件的冷卻速度；保護(hù)金屬型，防止高溫金屬液對型壁的沖蝕和熱擊；利用涂料層蓄氣排氣。澆注：澆注溫度比砂型鑄造時高。由根據(jù)合金種類、鑄件大小和壁厚決定。開型、取出鑄件、清理特點：可承受多次澆注，便于實現(xiàn)機(jī)械化；鑄件精度和表面質(zhì)量高，節(jié)約材料；鑄件的結(jié)晶組織致密，機(jī)械性能高。金屬型成本高，生產(chǎn)周期長；鑄造工藝嚴(yán)格，易出現(xiàn)澆不足、冷隔、裂紋；鑄件的形狀和尺寸受一定的限制。金屬型鑄造特點與應(yīng)用

應(yīng)用：金屬型鑄造適用于大批量生產(chǎn)形狀簡單的有色合金鑄件。如飛機(jī)、汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)的鋁活塞、氣缸體、缸蓋、油泵殼體以及銅合金軸瓦、軸套等。二、熔模鑄造（investmentcasting）熔模鑄造用易熔材料制成模型，然后在模型上涂掛耐火材料，經(jīng)硬化之后，再將模型熔化、排出型外，從而獲得無分型面的鑄型。由于熔模廣泛采用蠟質(zhì)材料來制造，故又常把它稱為“失蠟鑄造”。由于獲得的鑄件具有較高的尺寸精度和表面光潔度，故又稱“熔模精密鑄造”。熔模鑄造工藝過程：母模壓型熔蠟充滿壓型一個蠟?zāi)Ｏ災(zāi)＝M結(jié)殼、倒出熔蠟填砂澆注與砂型鑄造方法對比，熔模精密鑄造具有：

1.鑄件尺寸精度高（IT11~IT13），表面粗糙度值低（12.5~1.6um），減少切削加工量，甚至無須切削加工（渦輪發(fā)動機(jī)的葉片）

。2.可以鑄造薄壁件及重量很小的鑄件，帶有精細(xì)的圖案、文字、細(xì)槽和彎曲細(xì)孔的鑄件。3.擅長制造用砂型鑄造、鍛壓、切削加工等方法難以制造的形狀復(fù)雜的零件。4.可以制造各種合金材質(zhì)的鑄件，尤其適用于高熔點合金的小型復(fù)雜鑄件。三、壓力鑄造（diecasting）

將熔融的金屬在高壓下，快速壓入金屬型，并在壓力下凝固，以獲得鑄件的方法。臥式壓鑄機(jī)優(yōu)點

鑄件的精度和表面質(zhì)量都較其他鑄造方法高（尺寸公差等級可達(dá)CT4~CT7，表面粗糙度一般可達(dá)Ra1.6~12.5um)；

可壓鑄出形狀復(fù)雜的薄壁件或鑲嵌件（鑄件最小壁厚為：鋅合金為0.3mm,鋁合金為0.5mm)；鑄件強(qiáng)度和硬度高（抗拉強(qiáng)度可比砂型鑄件提高25%~30%，但伸長率有所降低）

；生產(chǎn)率高(一般冷壓式壓鑄機(jī)平均每小時壓鑄600-700次）

。壓力鑄造的特點和適用范圍缺點:

投資大，生產(chǎn)周期長

壓鑄合金的種類受限制，壓鑄高熔點合金（鑄鐵、鑄鋼）時，壓型壽命低鑄件內(nèi)部常有氣孔和縮松，不能進(jìn)行較多余量的切削加工壓鑄件不能用熱處理的方法提高性能適用范圍:

主要用于有色合金（如鋁合金、鋅合金）的中、小鑄件的大量生產(chǎn)。四、低壓鑄造（lowpressdiecasting）特點：充型平穩(wěn)，適用于不同的鑄型；鑄件力學(xué)性能好；投資少，易操作，自動化程度高。應(yīng)用：大批量生產(chǎn)鋁合金和鎂合金鑄件。如發(fā)動機(jī)的氣缸蓋、曲軸、葉輪、活塞等。介于金屬型和壓力鑄造之間的一種鑄造方法。五、離心鑄造（centrifugalcasting）

將液態(tài)合金澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬液在離心力作用下充填鑄型并結(jié)晶。用于大批量生產(chǎn)管、套、盤類鑄件。省去型芯和澆注系統(tǒng)，降低鑄件成本；離心力的作用，鑄件由外向內(nèi)的順序凝固，鑄件組織致密；便于制造雙金屬鑄件；鑄件易產(chǎn)生偏析，內(nèi)表面較粗糙，尺寸不易控制。

離心鑄造已廣泛用于制造鑄鐵管、氣缸套銅套、雙金屬軸承、特殊的無縫管坯、造紙機(jī)滾筒等大批量生產(chǎn)。工藝特點：應(yīng)用：六、鑄造方法的選擇砂型鑄造熔模鑄造金屬型鑄造壓力鑄造低壓鑄造離心鑄造適用金屬任意鑄鋼為主有色合金為主鋁、鋅合金等有色合金為主鑄鐵、銅合金鑄件大小任意<25Kg中小為主<10Kg中小為主不限表面質(zhì)量差高較高最高較高較高生產(chǎn)批量不限成批、大量大批大量大批大量成批、大量成批、大量生產(chǎn)率低、中低、中中、高最高中中、高應(yīng)用床身,機(jī)架箱體帶輪刀具葉片自行車零件鋁活塞水暖化油器儀表喇叭缸體缸蓋殼體螺旋槳鐵管環(huán)套輥軸承

鑄件的結(jié)構(gòu)，如果不能滿足合金鑄造性能的要求，將可能產(chǎn)生澆不足、冷隔、縮松、氣孔、裂紋和變形等缺陷?！?-5鑄件結(jié)構(gòu)工藝性

進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅要保證其機(jī)械性能要求，還必需考慮鑄造工藝和合金鑄造性能對鑄件結(jié)構(gòu)的要求，使鑄件的結(jié)構(gòu)與這些要求相適應(yīng)。使這些鑄件具有良好的工藝性，以便保證鑄件質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率。

一、鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)利于避免或減少鑄件缺陷1.壁厚合理

“最小壁厚值”：鑄件壁厚應(yīng)大于最小壁厚，否則易產(chǎn)生澆不足、冷隔缺陷；但壁厚太大，金屬液冷速降低，晶粒粗大，力學(xué)性能下降。

鑄件壁較厚，容易產(chǎn)生縮孔。將壁厚減薄，采用加強(qiáng)筋，可防止以上的缺陷。2.鑄件壁厚力求均勻鑄鋼件應(yīng)避免較大熱節(jié)，故不宜采用交叉接頭。3.鑄件壁的連接結(jié)構(gòu)圓角：可使鑄件壁間的轉(zhuǎn)角處避免熱節(jié)、減輕應(yīng)力集中、改善結(jié)晶方向，從而提高轉(zhuǎn)角處的機(jī)械性能。外圓角還可美化鑄件外形；內(nèi)圓角還可防止金屬液沖壞型腔尖角。避免銳角連接

——減小熱節(jié)和內(nèi)應(yīng)力

厚薄壁間的連接要逐步過渡

——減少應(yīng)力集中4.避免較大水平面

澆注時鑄件朝上的水平面易產(chǎn)生氣孔、砂眼、夾渣等缺陷。因此，設(shè)計鑄件時應(yīng)盡量減小過大的水平面或采用傾斜的表面。不合理合理

合理的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計，除了滿足零件的使用性能要求外，還應(yīng)使其鑄造工藝過程盡量簡單。以提高生產(chǎn)效率，降低廢品率，為生產(chǎn)過程的機(jī)械化創(chuàng)造條件。二、鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)利于簡化鑄造工藝1.鑄件外形盡量簡單（1）避免外部的側(cè)凹，減少分型面或外部型芯：（2）分型面應(yīng)平直：（3）凸臺和筋的設(shè)計應(yīng)便于造型和起模：（4）鑄件的垂直壁上應(yīng)考慮給出結(jié)構(gòu)斜度：減少分型面數(shù)目分型面要平直避免活塊2.鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造