1、2.12.1金属的熔炼与浇注铸件的清理和质量分析项目项目2 2 铸铸 造造2.22.22.32.3特种铸造2.42.4砂型铸造掌握砂型铸造基本知识；掌握手工制作砂型、型芯的方法；了解常见铸造合金的熔炼方法；了解常用的特种制造方法。项目项目2 2 铸铸 造造型砂、芯砂、铸型的基本知识；手工造型、造芯的方法和操作；典型金属的熔炼和浇注工艺；铸件的清理和质量分析；特种铸造。项目项目2 2 铸铸 造造手工造型、造芯的方法；铸件常见的缺陷及其产生原因。项目项目2 2 铸铸 造造2.1砂砂 型型 铸铸 造造铸造生产方法很多，主要分为砂型铸造和特种铸造两类，其中砂型铸造应用最广。用砂紧实成形的铸造方法称为砂
2、型铸造，简称为“砂铸”。砂型铸造用砂作为主要造型材料，利用型砂紧实形成铸型空腔，金属液浇注凝固后，打破砂型取出铸件，其生产过程主要包括制造模样和芯盒、配置型砂和芯砂、造型、造芯、合型、熔炼金属、浇注、落砂、清理及检验。2.1砂砂 型型 铸铸 造造图2-1 套筒铸件的生产过程示意图1芯盒；2模样；3芯砂；4造芯；5砂芯；6型砂；7造型；8砂型；9合型；10铸型；11浇注；12落砂、清理；13铸件如图2-1所示为套筒铸件的生产过程示意图。对于型芯及大铸型，在合型前还需要进行烘干。2.1砂砂 型型 铸铸 造造 型砂和芯砂2.1.12.1.1制造铸型（芯）用的造型材料主要包括型砂和芯砂，其质量直接影响
3、着铸件的质量，如使用不合理可使铸件产生气孔、砂眼、黏砂和夹砂等缺陷。为了保证铸件的质量，降低成本，应合理选用型砂和芯砂，并对其性能进行严格控制。2.1砂砂 型型 铸铸 造造型砂和芯砂的性能要求型砂和芯砂的性能要求1.1)1)强度强度强度是指型砂和芯砂抵抗外力破坏的能力。足够的强度可保证砂型在制造、搬运和浇注过程中不至于变形毁坏。若型砂或芯砂强度不够，易产生砂眼、夹砂等缺陷。2.1砂砂 型型 铸铸 造造2)2)可塑性可塑性可塑性是指型砂或芯砂在外力作用下变形，去除外力后仍能保持变形的能力。若型砂或芯砂可塑性好，柔软易变形，则其在起模和修型时不易破碎和掉落。2.1砂砂 型型 铸铸 造造3)3)透气
4、性透气性紧实砂样的孔隙度称为透气性，即在标准温度和98 Pa的压力下，1 min内通过截面为1 cm2、高为1 cm的试样的空气量。熔融金属浇入砂型时，析出和高温产生的气体，必须通过砂型和砂芯排出去。若型砂或芯砂透气性差，铸件中会产生气孔、浇不足等缺陷。型砂或芯砂的透气性与砂粒的形状、粒度密切相关。2.1砂砂 型型 铸铸 造造4)4)耐火性耐火性耐火性是指型砂或芯砂承受高温作用的能力。耐火性好，型砂或芯砂在高温液态金属作用下不易被烧结，铸件不会产生黏砂缺陷。耐火性与型砂或芯砂中的石英含量关系最大，含石英量越多，耐火性越好。此外，型砂或芯砂粒度越大，耐火性越好。由于砂芯多置于铸型型腔内部，浇注后
5、周围被熔融金属包围，因此，对芯砂的性能要求尤其是耐火性要求比型砂高。2.1砂砂 型型 铸铸 造造5)5)退让性退让性退让性是指铸件凝固和冷却过程中产生收缩时型砂或芯砂能被压缩、退让的能力。若型砂或芯砂退让性不足，则将产生内应力、变形和裂纹等缺陷。2.1砂砂 型型 铸铸 造造型砂和芯砂的组成型砂和芯砂的组成2.型砂和芯砂通常是由原砂、黏结剂、水和附加物按一定比例混制而成的。2.1砂砂 型型 铸铸 造造1)1)原砂原砂原砂主要成分是石英，它是型砂或芯砂的主体。石英的含量、颗粒形状、粒度（颗粒大小与均匀程度）等对型砂或芯砂的性能影响很大。原砂粒度大，粒形圆球度高，型砂或芯砂耐火性高；原砂为多角粒形，
6、大小不一，不但耐火性差，型砂或芯砂的透气性也差。另外，原砂的含泥量（极细砂粒和非黏土质点）和杂质含量（长石、云母等）高，会引起型砂或芯砂性能恶化。2.1砂砂 型型 铸铸 造造2)2)黏结剂黏结剂通常用普通黏土和膨润土作为型砂或芯砂的黏结剂。黏结剂的主要作用是使砂粒黏结成具有一定可塑性和强度的型砂或芯砂。膨润土的黏结能力优于普通黏土，且可进一步提高型砂或芯砂的强度和透气性。此外，有些造型材料采用水玻璃、水泥和一些有机材料作为黏结剂。2.1砂砂 型型 铸铸 造造3)3)水水水与黏土可形成黏土膜，从而实现砂粒的黏结作用。型砂或芯砂中水的含量对其性能及铸件质量影响极大。水分过多，黏土膜变成黏土浆，型砂
7、或芯砂的强度降低、透气性恶化；水分过少，型砂或芯砂干而脆，其可塑性和强度等也大大降低。2.1砂砂 型型 铸铸 造造4)4)附加物附加物通常在型砂或芯砂中添加适量煤粉、重油、木屑、草末等附加物，以改善型砂或芯砂的性能。煤粉、重油在熔融金属的高温作用下燃烧形成气膜，将高温液态金属与砂型隔离，减少熔融金属对砂型和砂芯的热力和化学作用，防止产生黏砂缺陷，改善铸件表面质量。将木屑、草末加入型砂或芯砂，可增加砂型和砂芯中的空隙，使型砂或芯砂具有更好的退让性和透气性。2.1砂砂 型型 铸铸 造造型砂和芯砂的种类型砂和芯砂的种类3.根据黏结剂的不同，型砂和芯砂可分为黏土砂、树脂砂、水玻璃砂、油砂等。黏土砂由黏
8、土作为黏结剂，成本低，货源充足，回用性好，强度高，能适用各种造型方法，使用较广，可分为湿型砂和干型砂两类。树脂砂强度高，透气性、退让性和回用性好，可满足各种合金及生产条件的需要。水玻璃砂用水玻璃作为黏结剂，多用于铸钢件、大型铸铁件。2.1砂砂 型型 铸铸 造造型砂和芯砂的配制型砂和芯砂的配制4.型砂和芯砂的配制过程是在混砂机中进行的。最简单的检验方法是手捏法，即用手抓一把型砂或芯砂捏成团，然后把手掌松开，如果砂团不松散也不黏手，手印清楚，掰断时断面不粉碎，则可认为砂中黏土与水分含量适宜。2.1砂砂 型型 铸铸 造造 铸型的构造及作用2.1.22.1.2铸型一般由上型、下型、型芯、浇注系统等几部
9、分组成。图2-2所示为常用两箱造型的铸型示意图，图中铸型各组成部分的作用见表2-1。2.1砂砂 型型 铸铸 造造图2-2 常用两箱造型的铸型示意图1上砂箱；2型腔；3上型芯头；4通气孔；5冒口；6外浇口；7直浇道；8横浇道；9型砂；10内浇道；11冷铁；12下型芯头；13分型面；14下砂箱2.1砂砂 型型 铸铸 造造 造型2.1.32.1.3造型时可根据铸件的形状、大小和生产批量选择造型方法。造型的方法可分为机器造型和手工造型两大类。机器造型中的填砂、紧实、起模等基本操作都已实现机械化，生产率高，铸件质量高，质量稳定，易于组织自动流水线生产，大大减轻了工人劳动强度，适于成批、大量生产。手工造型
10、成本低，操作灵活，适应性强，生产准备工作简单；但生产率低，质量不稳定，工人劳动强度高，主要用于单件、小批量生产及新产品试制等。下面只介绍手工造型。2.1砂砂 型型 铸铸 造造手工造型常用的是砂箱和造型工具。砂箱固紧所捣实的砂子，以便于铸型的搬运及在浇注时承受液体金属的压力。造型工具主要有浇口棒、舂砂锤、通气针、起模针、镘刀、秋叶、提钩和皮老虎等。手工造型操作灵活，使用图2-3所示的造型工具可进行整模造型、分模造型、活块造型、挖砂造型、三箱造型、地坑造型及刮板造型等。图2-3 常用手工造型工具2.1砂砂 型型 铸铸 造造整模造型整模造型1.整模造型的模样是整体结构，其最大截面为平面，在模样一端，
11、整模造型的分型面多为平面。整模造型操作简单，适用于形状简单的铸件，如盘、盖类。齿轮整模造型的过程如图2-4所示。图2-4 齿轮整模造型的过程2.1砂砂 型型 铸铸 造造分模造型分模造型2.分模造型适用于形状复杂的铸件，如套筒、管子和阀体等。套筒分模造型的过程如图2-5所示。图2-5 套筒分模造型的过程2.1砂砂 型型 铸铸 造造活块造型活块造型3.当模样有妨碍起模的侧面伸出部分（如小凸台）时，常将该部分做成可拆卸或能活动的活块，这样的造型方式称为活块造型。用钉子连接的活块造型如图2-6所示，应注意先将活块四周的型砂塞紧，然后拔出钉子。图2-6 用钉子连接的活块造型2.1砂砂 型型 铸铸 造造挖
12、砂造型挖砂造型4.铸件按结构特点需要采用分模造型时，若由于条件限制（如模样太薄，制模困难）仍需要做成整模，为便于起模，下型分型面需挖成曲面或有高低变化的阶梯形状（称为不平分型面），这种造型方法称为挖砂造型。手轮的挖砂造型过程如图2-7所示。图2-7 手轮的挖砂造型过程2.1砂砂 型型 铸铸 造造三箱造型三箱造型5.用三个砂箱制造铸型的过程称为三箱造型。前述各种造型方法都是使用两个砂箱，操作简便，应用广泛。但有些铸件如果两端截面尺寸大于中间截面尺寸，需要用三个砂箱从两个方向分别起模，如带轮铸造。带轮的三箱造型过程如图2-8所示。图2-8 带轮的三箱造型过程2.1砂砂 型型 铸铸 造造地坑造型地坑
13、造型6.在铸造车间的地上或砂坑内直接造型的方法称为地坑造型。大型铸件单件生产时，为了节省砂箱、降低铸型高度、便于浇注操作，多采用地坑造型。图2-9所示为地坑造型结构，造型时需要考虑浇注时能顺利地将地坑中的气体引出地面，常以焦炭、炉渣等透气物料垫底，并用通气管引出气体。图2-9 地坑造型结构2.1砂砂 型型 铸铸 造造刮板造型刮板造型7.尺寸大于500 mm的旋转体铸件，如带轮、飞轮、大齿轮等单件生产时，为了节省木材、模样加工时间及费用，可采用刮板造型。刮板是一块和铸件截面形状相适应的木板。造型时将刮板绕着固定的中心轴旋转，在砂型中刮制出所需的型腔。带轮铸件的刮板造型过程如图2-10所示。2.1
14、砂砂 型型 铸铸 造造图2-10 带轮铸件的刮板造型过程2.1砂砂 型型 铸铸 造造芯的用途与要求芯的用途与要求1.造芯2.1.42.1.4芯的主要作用是形成铸件的内腔，也可形成铸件局部外形。浇注时型芯被金属液流冲刷和包围，因此，要求型芯有更好的强度、透气性、耐火性和退让性，并易于从铸件内清除。除用性能好的芯砂制芯外，一般还要采取下列工艺措施。（1）在芯中放入芯骨，提高芯的强度。小型芯的芯骨用铁丝、铁钉制成，大、中型芯的芯骨则用铸铁浇铸成与型芯相应的形状。2.1砂砂 型型 铸铸 造造（2）在芯中开设通气孔，提高排气能力。通气孔应贯穿芯子内部，并与砂型上的通气孔贯通。形状简单的型芯可用通气针或工
15、具开出通气孔；复杂型芯可在型芯中埋蜡线，待型芯烘烤时将蜡融失，形成通气孔，如图2-11所示；大型芯可用焦炭（或炉渣）填充在型芯内以帮助通气，如图2-12所示。2.1砂砂 型型 铸铸 造造图2-11 用蜡线做通气孔图2-12 用焦炭通气2.1砂砂 型型 铸铸 造造（3）在芯表面刷涂料，然后烘干。为了提高铸件内腔的表面质量，在型芯与金属液接触的部位应刷上涂料。铸铁件用石墨涂料，铸钢件用石英粉涂料。型芯一般需要烘干以增强透气性和强度。黏土砂型芯烘干温度为250 350，油砂型芯烘干温度为200 220。2.1砂砂 型型 铸铸 造造制芯方法制芯方法2.在单件、小批量生产中大多用手工造芯，在成批、大量生
16、产中广泛采用机器造芯。手工造芯可用芯盒，也可用刮板。型芯一般是用芯盒制成的，对开式芯盒制芯是常用的手工制芯方法，适用于圆形截面的较复杂型芯。对开式芯盒制芯过程如图2-13所示，这种造芯方法应用最普遍。为了降低芯的制造成本，在制造形状简单、尺寸较大的芯时，可采用手工刮板造芯，如图2-14所示。2.1砂砂 型型 铸铸 造造图2-13 对开式芯盒制芯过程图2-14 手工刮板造芯简图2.1砂砂 型型 铸铸 造造 造型的基本操作2.1.52.1.5虽然造型的方法很多，但每种造型方法都包括舂砂、起模、修型、合箱等最基本的工序。2.1砂砂 型型 铸铸 造造造型模样造型模样1.使用金属、木材或其他材料制作的铸
17、件原形统称为模样，它是用来形成铸型的型腔。用金属或塑料制成的模样称为金属模或塑料模，用木材制作的模样称为木模。目前大多数工厂使用的是木模。模样的外形与铸件的外形相似，不同的是铸件上如有孔穴，则模样不仅是实心的，而且要在相应位置制作芯头。2.1砂砂 型型 铸铸 造造造型前的准备工作造型前的准备工作2.造型前的准备工作如下：（1）准备造型工具，选择平整的底板和大小适宜的砂箱。如果砂箱选择过大，不仅消耗过多的型砂，而且浪费舂砂工时；如果砂箱选择过小，木模周围的型砂舂不紧，在浇注的时候金属液容易从分型面流出。（2）为了避免造型时型砂附着在木模上，造成起模时损坏型腔，造型前要擦净木模。（3）应注意木模上
18、的斜度方向，安放木模时不要放错位置。2.1砂砂 型型 铸铸 造造舂砂舂砂3.舂砂时的注意事项如下：（1）舂砂时必须分次加入型砂。对小砂箱每次加砂厚度约为5070 mm。加砂过多舂不紧，加砂过少则浪费工时。第一次加砂时需用手将木模周围的型砂按紧，以免木模在砂箱内出现位置移动，然后用舂砂锤的尖头分次舂紧，最后改用舂砂锤的平头舂紧型砂的最上层。2.1砂砂 型型 铸铸 造造（2）舂砂时用力大小应该适当。用力过大，砂型太紧，浇注时型腔内的气体跑不出来；用力过小，砂型太松，易塌箱。同一砂型各部分的松紧是不同的，靠近砂箱内壁应舂紧，以免塌箱；靠近型腔部分，砂型应稍微紧些，以承受液体金属的压力；远离型腔的砂层
19、应适当松些，以便透气。（3）舂砂时要避免舂砂锤撞击木模。一般舂砂锤与木模相距2040 mm，否则容易损坏木模。（4）应按一定的顺序舂砂，不可乱舂，以免各部分松紧不一。2.1砂砂 型型 铸铸 造造撒分型砂撒分型砂4.在制作上型之前，应在分型面上撒一层细粒无黏土的干砂（分型砂），以防止上、下砂箱黏在一起开不了箱。撒分型砂时，手应稍高于砂箱，一边转圈，一边摆动，使分型砂经指缝缓慢而均匀地散落下来，薄薄地覆盖在分型面上。最后应将木模上的分型砂吹掉，以免分型砂在制造上型时附着到上型表面，浇注时被液体金属冲下来落入铸件中而使铸件产生缺陷。2.1砂砂 型型 铸铸 造造扎通气孔扎通气孔5.除了保证型砂有良好的
20、透气性外，还要在已舂紧和刮平的型砂上用通气针扎出通气孔，以便浇注时气体容易逸出。通气孔要垂直且均匀分布。2.1砂砂 型型 铸铸 造造开外浇口开外浇口6.一般外浇口挖成60的锥形，大端直径约为6080 mm，浇口面应修光，与直浇道连接处应修成过渡圆弧，以引导液体金属平稳流入砂型。若外浇口挖得太浅而呈碟形，则液体金属在浇注时会四处飞溅伤人。2.1砂砂 型型 铸铸 造造做合箱线做合箱线7.如果上、下砂箱没有定位销，应在上、下型打开之前在砂箱壁上做出合箱线。最简单的做合箱线的方法是在箱壁上涂粉笔灰，然后用划针划出细线；需要进炉烘烤的砂箱，则用砂泥黏敷在砂箱壁上，用镘刀抹平，再刻出线条，称为打泥号。合箱
21、线应位于砂箱壁上两直角边最远处，以保证x和y方向均能定位，并可限制砂型转动。两处合箱线的线数应不相等，以免合箱时弄错。做完合箱线后即可开箱起模。2.1砂砂 型型 铸铸 造造起模起模8.起模时的注意事项如下：（1）起模前要用水笔蘸些水刷在木模周围的型砂上，以防止起模时损坏型腔。刷水速度要快，不要使水笔停留在某一处，以免局部水分过多而在浇注时产生大量水蒸气，使铸件产生气孔缺陷。（2）起模针的位置要尽量与木模的重心铅垂线重合。起模前用小锤轻轻敲打起模针的下部，使木模松动。（3）起模时慢慢将木模垂直提起，待木模即将全部起出时快速取出，注意不要偏斜和摆动。2.1砂砂 型型 铸铸 造造修型修型9.起模完成
22、后，如果型腔有损坏，应根据型腔形状和损坏程度正确使用各种修型工具进行修补；如果型腔损坏较大，可将木模重新放入型腔进行修补，然后再起出。2.1砂砂 型型 铸铸 造造合箱合箱10.造型的最后一道工序是合箱，它对砂型的质量起着重要的作用。合箱前，应仔细检查砂型有无损坏，浇口是否修光等。型芯在砂型中的位置应该准确稳固，以免影响铸件准确度，并避免浇注时被液体金属冲偏。合箱时应注意使上砂箱保持水平下降，并应对准合箱线，以防止错箱。为了避免杂物落入浇口，合箱后最好用纸或木片盖住。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注工业中常用的铸造合金有铸铁、铸钢和铸造非铁合金，其中铸铁是应用最多的合金。金属的熔炼是获得高
23、质量铸件的一个重要环节，目的是最经济地获得温度和化学成分合格的金属液。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注 铸铁的熔炼2.2.12.2.1在铸造生产中，铸铁件占铸件总质量的70%75%，其中绝大多数采用灰铸铁。为了获得高质量的铸铁件，首先要熔化出优质铁液。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注铸铁件的熔炼要求铸铁件的熔炼要求1.铸造时铁液温度要高，铁液化学成分要稳定在所要求的范围内。此外，还需要提高生产率，降低铸造成本。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注冲天炉的构造冲天炉的构造2.冲天炉是铸铁熔炼的设备，如图2-15所示。冲天炉的炉身用钢板弯成圆筒形，内砌耐火砖炉衬，炉身上部有加料口、烟
24、囱、火花罩，中部有热风胆，下部有热风风带，风带通过风口与炉内相通。从鼓风机送来的空气通过热风胆加热后经风带进入炉内，供燃烧用。熔化的铁液及炉渣从炉缸底部流入前炉。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注图2-15 冲天炉的构造1出铁口；2出渣口；3前炉；4过桥；5风口；6底焦；7金属料；8层焦；9火花罩；10烟囱；11加料口；12加料台；13热风管；14热风胆；15进风口；16热风；17风带；18炉缸；19炉底门2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注冲天炉的炉料冲天炉的炉料3.冲天炉的炉料由金属料、燃料和熔剂等组成。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注1)1)金属料金属料金属料包括生铁、回炉铁
25、、废钢和铁合金等。生铁是指将铁矿石经高炉冶炼后的铁碳合金块，是生产铸铁件的主要材料。回炉铁是指浇口、冒口和废铸件等，利用回炉铁可节约生铁用量，降低铸件成本。废钢是指机加工车间的钢料头及钢切屑等，加入废钢可降低铁液中碳的含量，提高铸件的力学性能。铁合金是指硅铁、锰铁、铬铁以及稀土合金等，用于调整铁液化学成分。由于冲天炉内通常难以脱除硫和磷，因此，欲得到低硫、低磷的铁液，主要依靠采用优质焦炭和铁料来实现。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注2)2)燃料燃料焦炭是冲天炉熔炼的常用燃料。通常焦炭的加入量一般为金属料的1/121/8，这一数值称为焦铁比。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注3)3)熔
26、剂熔剂熔剂主要起稀释熔渣的作用。在炉料中加入石灰石（CaCO3）和萤石（CaF2）等矿石，会使熔渣与铁液容易分离，便于把熔渣清除。熔剂的加入量为焦炭的2530。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注4)4)冲天炉熔炼的基本原理冲天炉熔炼的基本原理在冲天炉熔炼过程中，炉料从加料口加入，自上而下运动，被上升的高温炉气预热，温度升高；鼓风机吹入炉内的空气使底焦燃烧，产生大量的热。当炉料下落到底焦顶面时开始熔化。铁液在下落过程中被高温炉气和灼热焦炭进一步加热（过热），此后铁液温度稍有下降，最后出铁温度为 1 380 1 430。冲天炉内铸铁熔炼的过程并不是金属炉料简单重熔的过程，而是包含一系列物理、化
27、学变化的复杂过程。熔炼后的铁液成分与金属炉料相比较，含碳量有所增加；硅、锰等合金元素含量因烧损会降低；硫含量升高，这是焦炭中的硫进入铁液中所引起的。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注 铸钢的熔炼2.2.22.2.2熔炼是铸钢生产中的重要环节，钢液的质量直接关系到铸钢件的质量。冶炼设备包括感应电炉、电弧炉、平炉等。感应电炉主要用于合金钢中、小型铸件的生产，电弧炉用得最多，平炉仅用于重型铸钢件。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注感应电炉炼钢感应电炉炼钢1.感应电炉在精密铸造和高合金钢铸造中应用最普遍。它是利用感应线圈中交流电的感应作用，使坩埚内的金属炉料及钢液产生的感应电流发出热量以使炉料
28、熔化的。吸收气体较少；缺点是炉渣温度较低，化学性质不活泼，不能充分发挥炉渣在冶炼过程中的作用，基本上是炉料的重熔过程。感应电炉的类型包括高频感应电炉、中频感应电炉和工频感应电炉，容纳金属质量一般低于100 kg；中频感应电炉的频率为300500 Hz，容量一般为601 000 kg；工频感应电炉的频率为50 Hz，容量一般为10010 000 kg。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注电弧炉炼钢电弧炉炼钢2.电弧炉炼钢是利用电极与金属炉料间电弧产生的热量来熔炼金属的。炉子容纳金属质量为115 t。钢液质量较高，熔炼速度快，一般为23 h一炉，温度容易控制。炼钢的金属材料主要是废钢、生铁和铁合
29、金等，其他材料还有造渣材料、氧化剂、还原剂和增碳剂等。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注 铜、铝合金的熔炼2.2.32.2.3铜、铝合金熔炼时金属炉料不与燃料直接接触，可减少金属的损耗，保持金属液的纯净。在一般铸造车间里，铜、铝合金多采用以焦炭为燃料或以电为能源的坩锅炉来熔化。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注铜合金的熔炼铜合金的熔炼1.铜合金极易氧化形成Cu2O，使铜合金的力学性能下降。为了防止铜合金氧化，熔化青铜时应加熔剂（如玻璃、硼砂等）以覆盖铜液。为了去除已形成的Cu2O，最好在出炉前向铜液中加入质量分数为0.3%0.6%的磷铜（Cu3P）来脱氧。由于黄铜中的锌本身就是良好的脱
30、氧剂，因而熔化黄铜时不需另加熔剂和脱氧剂。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注铝合金的熔炼铝合金的熔炼2.铝合金氧化物（Al2O3）的熔点高达2 050，密度稍大于铝的密度，所以熔化搅拌时容易进入铝液，呈非金属夹渣。铝液还极易吸收氢气，使铸件产生针孔缺陷。为防止氧化和吸氢，向坩埚炉内加入KCl、NaCl等作为熔剂，将铝液与炉气隔离。为驱除铝液中已吸入的氢气、防止针孔的产生，在铝液出炉之前应进行驱氢精炼。驱氢精炼较为简便的方法是：用钟罩向铝液中压入氯化锌（ZnCl2）、六氯乙烷（C2Cl6）等氯盐或氯化物，发生如下反应2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注 3ZnCl22Al3Zn2AlCl3
31、 3C2Cl62Al3C2Cl42AlCl3反应生成的AlCl3沸点仅为183，故形成气泡，而氢在AlCl3气泡中的分压力等于零，所以铝液中的氢向气泡中扩散，被上浮的气泡带出液面。与此同时，上浮的气泡还将Al2O3夹杂一并带出。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注 金属的浇注2.2.42.2.4把液体合金浇入铸型的过程称为浇注。浇注是铸造生产中的一个重要环节。浇注工艺是否合理不仅影响铸件质量，还涉及工人的安全。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注浇注工具浇注工具1.浇注常用的工具有浇包（如图2-16所示）、挡渣钩等。浇注前应根据铸件大小和批量选择合适的浇包、烘干浇包和挡渣钩等工具，以免浇注
32、时降低金属液温度，引起液体金属的飞溅。图2-16 浇包2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注浇注工艺浇注工艺2.1)1)浇注温度浇注温度浇注温度过高，铁液在铸型中收缩量增大，易产生缩孔、裂纹等缺陷；浇注温度过低，铁液流动性差，容易出现浇不足、冷隔和气孔等缺陷。应根据合金种类和铸件的大小、形状及壁厚来确定合适的浇注温度。形状复杂的薄壁灰铸铁件的浇注温度为1 400 左右，形状较简单的厚壁灰铸铁件的浇注温度为1 300 左右，铝合金的浇注温度一般为700 左右。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注2)2)浇注速度浇注速度如果浇注速度太快，会使铸型中的气体来不及排出而产生气孔，而且易造成冲砂、抬箱
33、和跑火等缺陷；如果浇注速度太慢，铁液冷却快，易产生浇不足、冷隔和夹渣等缺陷。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注3)3)浇注的操作浇注的操作浇注前应安排好浇注路线并估算好每个铸型需要的金属液量；浇注时应注意挡渣并保持外浇口始终充满，这样可防止熔渣和气体进入铸型；浇注结束后应将浇包中剩余的金属液倾倒在指定地点。2.2金属的熔炼与浇注金属的熔炼与浇注4)4)浇注时的注意事项浇注时的注意事项浇注时的注意事项如下：（1）浇注是高温操作，必须注意安全，必须穿着规定的工作服和工作皮鞋。（2）浇注前必须清理浇注时行进的通道，预防意外跌撞。（3）必须烘干、烘透浇包，检查砂型是否紧固。（4）浇包中的金属液不能
34、盛装太满，吊包液面应低于包口100 mm左右，抬包和手提浇包液面应低于包口60 mm左右。2.3铸件的清理和质量分析铸件的清理和质量分析铸件出型后要进行清除表面黏砂、浇冒口和毛刺等工作，同时还要对铸件进行检验，对不合格的铸件进行分析，以便采取适当的措施。2.3铸件的清理和质量分析铸件的清理和质量分析 铸件的清理2.3.12.3.1铸件上的冒口、黏砂、飞边和毛刺等都需要后期清理，此外，型芯及芯骨也是铸件清理工作的一部分。铸铁件性能脆而硬，可用锤子敲击冒口。敲打浇道时应注意锤击方向，以免将铸件敲坏。铸件的表面清理一般可用钢丝刷、錾子、风铲、手提式砂轮等工具进行手工清理。由于手工清理劳动条件差、生产
35、率低，机械化清理的应用越来越广。清理滚筒是最简单、应用最普遍的清理设备，滚筒内装有高硬度的星铁，滚筒转动时，星铁对铸件进行碰撞、摩擦，将铸件表面清理干净。清理过程中的灰尘可由抽风口抽走。2.3铸件的清理和质量分析铸件的清理和质量分析 铸件的质量分析2.3.22.3.2很多因素能够影响铸件质量，往往同一缺陷可能由多种因素造成。分析铸件缺陷时需从实际着手，分析造成缺陷的具体原因并及时采取相应的措施，以防止和消除缺陷。有缺陷的铸件，如焊补铸钢件产生的裂纹。不重要的铸件或铸件的非要害部位存在的砂眼、气孔等缺陷，如果不影响使用，可以不列为废品，以减少浪费。为了找出产生缺陷的原因，常需对铸件缺陷进行分析，
36、以便采取措施加以防止。铸件设计人员只有及时、准确地了解铸件缺陷及产生原因，才能够正确地设计铸件结构，并结合铸造生产时的实际条件恰如其分地拟订技术要求。2.3铸件的清理和质量分析铸件的清理和质量分析铸件的缺陷很多，常见的铸件缺陷名称、图例、特征及其产生的主要原因见表2-2。2.3铸件的清理和质量分析铸件的清理和质量分析2.3铸件的清理和质量分析铸件的清理和质量分析具有缺陷的铸件是否定为废品，必须按铸件的用途和要求以及缺陷产生的部位和严重程度来决定。一般情况下，铸件有轻微缺陷，可以直接使用；铸件有中等缺陷，可允许修补后使用；铸件有严重缺陷，则只能报废。2.4特特 种种 铸铸 造造铸造方法正随着科学
37、技术的发展和生产水平的提高而发展，也对铸件质量、劳动生产率、劳动条件和生产成本有了进一步的要求。特种铸造是指铸型用砂较少或不用砂，采用特殊工艺装备进行铸造的方法。特种铸造的优点是铸件精度和表面质量高，铸件内在性能好，原材料消耗低，工作环境好等；缺点是铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类常会受到一定限制。常用的特种铸造包括熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、实型铸造、低压铸造和离心铸造等。蜡模常用50%石蜡和50%硬脂酸来配制，如图2-17（a）所示。为了提高生产率，常把数个蜡模熔焊在蜡棒上，成为蜡模组，如图2-17（b）所示。2.4特特 种种 铸铸 造造熔模铸造的工艺过程熔模铸造的工艺过程1.熔
38、模铸造2.4.12.4.11)1)制造蜡模制造蜡模2.4特特 种种 铸铸 造造图2-17 熔模铸造的工艺过程2)2)制造型壳制造型壳在蜡模组表面浸挂一层以水玻璃和石英粉配制的涂料，然后在上面撒一层较细的硅砂，并放入固化剂（如氯化铵水溶液等）中硬化，使蜡模组外面形成由多层耐火材料组成的坚硬型壳（一般为410层），型壳的总厚度为57 mm，如图2-17（c）所示。2.4特特 种种 铸铸 造造3)3)熔化蜡模熔化蜡模带有蜡模组的型壳制好后，通常放在80 90 的热水中，使蜡料熔化后从浇注系统中流出（脱蜡），因此，熔模铸造又称为失蜡铸造。2.4特特 种种 铸铸 造造4)4)焙烧型壳焙烧型壳脱蜡后的型壳
39、放入加热炉中，加热到800 950，保温0.52 h，烧去型壳内的残蜡和水分，并使型壳强度进一步提高。2.4特特 种种 铸铸 造造5)5)浇注浇注型壳从焙烧炉中取出后，周围堆放干砂将其加固，然后趁热（600 700）浇入合金液，并凝固冷却。2.4特特 种种 铸铸 造造6)6)脱壳和清理脱壳和清理用人工或机械方法去掉型壳，切除浇冒口，清理后即得铸件。2.4特特 种种 铸铸 造造熔模铸造铸件的结构工艺性熔模铸造铸件的结构工艺性2.熔模铸造铸件的结构工艺性，除应满足一般的要求外，还具有其特殊性，如下所列：（1）铸件壁厚一般为28 mm，不可太薄，且应尽量均匀。（2）熔模铸造一般不用冷铁，很少使用冒口
40、，多用直浇口直接补缩，故不能有分散的热节。（3）铸孔不能太小和太深，否则涂料和砂粒很难进入蜡模的空洞内，此时只能采用陶瓷芯或石英玻璃管芯，但工艺复杂，清理困难。一般铸孔应大于2 mm。2.4特特 种种 铸铸 造造熔模铸造的特点和应用熔模铸造的特点和应用3.1)1)熔模铸造的特点熔模铸造的特点熔模铸造的优点有以下几点：（1）高熔点和难切削合金均可铸造，铸造合金种类不受限制，优越性显著。（2）生产量基本不受限制，既可成批、大量生产，又可单件、小量生产。（3）熔模铸造可制造形状复杂的铸件，铸件最小壁厚可达0.3 mm，最小铸出孔径为0.5 mm。熔模铸造可一次铸出由几个零件组合成的复杂部件。2.4特
41、特 种种 铸铸 造造（4）铸件精度高，表面质量好，是少、无切削加工工艺的重要方法之一。铸件尺寸精度可达IT14IT11，表面粗糙度为Ra12.51.6 m。例如，熔模铸造的涡轮发动机叶片，其铸件精度已达到无加工余量的要求。熔模铸造也有缺点，如工序繁杂，生产周期长，生产成本较高，且铸件宜小不宜大，一般限于25 kg以下。2.4特特 种种 铸铸 造造2)2)熔模铸造的应用熔模铸造的应用熔模铸造可用来生产汽轮机及燃气轮机的叶片、泵的叶轮、切削刀具，以及飞机、汽车、拖拉机、风动工具和机床上的小型零件。2.4特特 种种 铸铸 造造 金属型铸造2.4.22.4.2将液体金属在重力作用下浇入金属铸型而获得铸
42、件的方法称为金属型铸造。铸型用金属制成，可以反复使用几百次甚至几千次。2.4特特 种种 铸铸 造造金属型的结构与材料金属型的结构与材料1.根据分型面位置的不同，金属型可分为垂直分型式金属型、水平分型式金属型和复合分型式金属型三种结构，其中垂直分型式金属型开设浇注系统和取出铸件比较方便，易实现机械化，应用较广。图2-18所示为铸造铝合金活塞用的垂直分型式金属型，它由两个半型组成。制造金属型的材料熔点一般应高于浇注合金的熔点，如浇注锡、锌、镁等低熔点合金，可用灰铸铁制造金属型；浇注铝、铜等合金，可用合金铸铁或钢制造金属型。金属型用的芯子有砂芯和金属芯两种。2.4特特 种种 铸铸 造造图2-18 铸
43、造铝合金活塞用的垂直分型式金属型1型腔；2、8销孔型芯；3左半型；4左侧型芯；5中间型芯；6右侧型芯；7右半型；9底板2.4特特 种种 铸铸 造造金属型导热速度快，没有退让性和透气性，必须采取一些工艺措施以确保获得优质铸件和延长金属型的使用寿命，如加强金属型的排气、表面喷刷防黏砂涂料、预热金属型等。如果铸件在铸型中停留时间过长，易引起过大的铸造应力而导致铸件开裂。因此，除了在浇注时正确选定浇注温度和浇注速度外，冷凝后应及时从铸型中取出铸件。通常铸铁件出型温度约为780 950，开型时间为1060 s。金属型铸造的工艺措施及结构工艺性金属型铸造的工艺措施及结构工艺性2.1)1)金属型铸造的工艺措
44、施金属型铸造的工艺措施2.4特特 种种 铸铸 造造2)2)金属型铸造的结构工艺性金属型铸造的结构工艺性金属型铸件的结构工艺性如下：（1）铸件结构的斜度应较砂型铸件的大，一定要保证铸件能顺利出型。（2）铸孔的孔径不能过小、过深，以便于金属型芯的安放和抽出。（3）铸件壁厚要均匀，壁厚不能过薄（Al-Si合金铸件的壁厚为24 mm，Al-Mg合金铸件的壁厚为35 mm）。2.4特特 种种 铸铸 造造金属型铸造的特点和应用金属型铸造的特点和应用3.1)1)金属型铸造的特点金属型铸造的特点金属型铸造的优点有以下几点：（1）铸件的晶粒较细，力学性能好。（2）可实现一型多铸，既节约了造型材料，又提高了劳动生
45、产率。（3）铸件的尺寸精度高（IT16IT12），表面粗糙度小（Ra12.56.3 m），机械加工余量小。金属型铸造的缺点是制造成本高，不宜生产大型、形状复杂和薄壁的铸件；由于冷却速度快，铸铁件表面易产生白口，切削加工困难；受金属型材料熔点的限制，熔点高的合金不适宜用金属型铸造。2.4特特 种种 铸铸 造造金属型铸造可用来大批量生产铜合金、铝合金等铸件，如活塞、连杆、气缸盖等。目前铸铁件的金属型铸造也有所发展，但其尺寸限制在300 mm以内，质量不超过8 kg，如电熨斗底板等。2)2)金属型铸造的应用金属型铸造的应用2.4特特 种种 铸铸 造造 压力铸造2.4.32.4.3在高压作用下将金属液
46、以较高的速度压入高精度的型腔内，力求在压力下快速凝固，以获得优质铸件的高效率铸造方法称为压力铸造。它的基本特点是高压（5150 MPa）和高速（5100 m/s）。压铸机是压力铸造的基本设备。压铸机可分为热室压铸机和冷室压铸机两大类，冷室压铸机又可分为立式和卧式等类型，但它们的工作原理基本相似。图2-19所示为应用较广泛的卧式冷室压铸机，它采用高压油驱动，合型力大，充型速度快，生产率高。2.4特特 种种 铸铸 造造图2-19 卧式冷室压铸机2.4特特 种种 铸铸 造造压铸型是压力铸造生产铸件的模具，主要由固定半型和活动半型两大部分组成。固定半型固定在压铸机的定型座板上，由浇道将压铸机压射室与型
47、腔连通。活动半型随压铸机的动型座板移动，完成开合型动作。完整的压铸型组成包括型体部分、导向装置、抽芯机构、顶出铸件机构、浇注系统、排气和冷却系统等部分。图2-20所示为压铸工艺过程示意图。2.4特特 种种 铸铸 造造图2-20 压铸工艺过程示意图2.4特特 种种 铸铸 造造压铸件的结构工艺性压铸件的结构工艺性1.压铸件的结构工艺性如下：（1）为保证压铸件从压型中顺利取出，压铸件上应消除内侧凹。（2）压力铸造可铸出细小的螺纹、孔、齿和文字等，但有一定的限制。（3）应尽可能采用薄壁并保证壁厚均匀。如锌合金的壁厚为14 mm，铝合金的壁厚为1.55 mm，铜合金的壁厚为25 mm（4）可采用嵌铸法生
48、产复杂而无法取芯的铸件或局部有特殊性能（如耐磨、导电、导磁和绝缘等）要求的铸件。首先把镶嵌件放在压型内，然后和压铸件铸合在一起。2.4特特 种种 铸铸 造造压力铸造的特点和应用压力铸造的特点和应用2.1)1)压力铸造的特点压力铸造的特点压力铸造的优点有以下几点：（1）压力铸造可以压铸壁薄、形状复杂以及具有微小孔和螺纹的铸件，如锌合金的压铸件最小壁厚可达0.8 mm，最小铸出孔径可达0.8 mm，最小可铸螺距达0.75 mm，还能压铸镶嵌件。（2）压铸件尺寸精度高，表面质量好，尺寸公差等级为IT13IT12，表面粗糙度为Ra6.31.6 m，可不经机械加工直接使用，且互换性好。2.4特特 种种
49、铸铸 造造（3）压铸件的强度和表面硬度较高。由于是在压力下结晶，加上冷却速度快，压铸件表层晶粒细密，其抗拉强度比砂型铸件高25%40%。（4）生产率高，可实现半自动化及自动化生产。压力铸造的缺点是金属液凝固快，厚壁处来不及补缩，易产生缩孔和缩松；气体难以排出，易产生皮下气孔，不能进行热处理，也不宜在高温下工作；设备投资大，铸型制造周期长，造价高，不宜进行小批量生产。2.4特特 种种 铸铸 造造2)2)压力铸造的应用压力铸造的应用压力铸造可用来生产锌合金、铝合金、镁合金和铜合金等铸件，广泛用于汽车、拖拉机制造业，仪表和电子仪器工业，农业机械，国防工业，计算机，医疗器械等行业。2.4特特 种种 铸
50、铸 造造 实型铸造2.4.42.4.4使用泡沫聚苯乙烯塑料制造模样（包括浇注系统），在浇注时，迅速将模样燃烧汽化直到消失，金属液充填了原来模样的位置，冷却凝固后而成铸件的铸造方法称为实型铸造，其工艺过程如图2-21所示。图2-21 实型铸造工艺过程2.4特特 种种 铸铸 造造 低压铸造2.4.52.4.5使液体金属在较低压力作用下充填型腔，以形成铸件的铸造方法称为低压铸造。低压铸造是介于重力铸造和压力铸造之间的一种铸造方法。浇注时压力和速度可人为控制，故适用于各种不同的铸型；充型压力及时间易于控制，所以充型平稳；铸件在压力下结晶，自上而下定向凝固，所以铸件致密，力学性能好，金属利用率高，铸件合
