特种铸造
3 特种铸造
表2-9 浇注过程各阶段参数的变化
加压过程的各个阶段
参 数 O－A 升液阶段 A－B 充型阶段 B－C 增压阶段 C－D 保压阶段 D－E 卸压阶段
时间τ /s 压力p/MPa
速度v /MPa/s
τ
1
τ
2
τ
3
τ
4
τ 0
5
p1=H1ρ μ
p2=H2ρ μ
p3（根据工艺）
p4（根据工艺）
－
v1
p1
表2-10 低压铸造应用范围举例
应用的合金 应用的铸型 应用的产品 铝合金、铜合金、铸铁、球铁、铸钢 砂型、金属型、壳型、石膏型、石墨型 汽车、拖拉机、船舶、摩托车、汽油机、机车车辆、医疗机械、仪表等
应用的零件 举例
铝合金铸件：消毒缸、曲轴箱壳、气缸盖、活塞、飞轮、轮毂、座架、气缸体、叶轮等 铜合金铸件：螺旋浆、轴瓦、铜套、铜泵体等 铸铁件：柴油机缸套、球铁曲轴等 铸钢件：曲拐
2、工艺措施
表面喷刷涂料。 预热。预热温度200-350C。 及时开型。
3.特点
（1）优点： 可“一型多铸”，便于实现机械化和自动化生产， 可大大提高生产率； 铸件精度(IT16~12，CT6)和表面质量 (Ra12.5~6.3mm),比砂型铸造显著提高； 冷却速度快，铸件晶粒较细，力学性能提高。 劳动条件显著改善。 （2）缺点： 成本高，周期长； 易出现浇不足、冷隔、裂纹等缺陷； 铸件的形状、尺寸有一定的限制。尺寸限制在 300mm，重量8kg以下。
2 特点
（1）优点 1. 补缩条件好，铸件组织致密，力学性能好； 2. 可省去型芯浇注冒口。 （2）缺点 1. 对铸件形状有特殊要求； 2. 易形成密度偏析； 3. 铸件内孔表面较粗糙，聚有熔渣，其尺寸不易 正确控制； 4. 不适于小批量。
铸造工程-特种铸造
7.1 特种铸造的特点 7.2 熔模精密铸造 7.3 消失模铸造 7.4 金属型铸造 7.5 压力铸造 7.6 低压铸造 7.7 其他特种铸造方法
第7章 特种铸造
除了砂型铸造以外的所有铸造方法统称为特种铸造(Speci al Casting Process)方法。常用的特种铸造方法有熔模精 密铸造、石膏型精密铸造、陶瓷型精密铸造、消失模 铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、差压铸造、 真空吸铸、挤压铸造、离心铸造、连续铸造、半固态 铸造、壳型铸造、石墨型铸造、电渣熔铸等。特种铸 造方法已得到日益广泛的应用，其中有些方法，如近 终成形铸造（Net Shape Casting），近年来发展的速度 极快。
高岭石在加热过程中有一系列物理化学变化：脱水、分 解、化合、重结晶、晶体长大等过程，最后生成莫来 石相。这一系列物理化学反应使高岭石体积发生收缩 ，一般在2%~8%之间波动。因为高岭石生料所制型壳 在焙烧和浇注过程中会发生以上物理和化学反应，使 型壳体积不断发生变化，造成型壳开裂，强度大幅度 下降，无法生产出高精度的铸件来，因此，一般不使 用它作为型壳。
4）锆砂
锆砂又称硅酸锆，是天然存在的矿物材料，其分子式为Z rO2·SiO2或ZrSiO4。主要是酸性火成岩风化后，其母岩 中锆英石随石英、铝矾土、独居石、钛铁矿、金红石 、石榴石等冲至河床或海岸上形成的沉积矿床。由于 锆砂是一种未经深度加工的天然矿产材料，所以其化 学成分和纯度首先取决于矿源和选矿处理。
（3）高岭石类熟料
高岭石类熟料是将高岭石生料经高温煅烧，完成上述物 理化学反应，再经破碎而成的。其主要相组织为莫来 石和玻璃相或有少量的方石英。相组织与原材料中的A l2O3含量、锻烧工艺等有关。
高岭石熟料是一种性能良好、适用于熔模铸造型壳背层 的耐火材料，在国内外应用广泛。高岭石熟料耐火度 不小于1750℃，呈弱酸性，密度2.4~2.6g/cm3，热膨胀 系数5×10-6℃-1。
特 种 铸 造
二、金属型铸造
金属型铸造是指将液态 金属浇入金属铸型中获得铸 件的工艺。金属铸型有多种 形式，如垂直分型式、水平 分型式和复合型式等，其中 垂直分型式使用方便，应用 最广。
1，2—左右半型；3—底型；4，5，6—分块 金属砂芯；7，8—销孔金属砂芯
图6-23 铸造铝活塞的金属铸型
与砂型铸造相比，金属型铸造具有以下特点。
室；7—压射活塞；8—铸件
图6-24 卧式冷挤压铸机的工作过程示意图
与砂型铸造相比，压力铸造具有以下特点。
（1）铸件的表面质量和尺寸精度高，一般可以不经机械加工而直接 使用。
（2）铸件的强度和硬度较高。 （3）可以压铸形状复杂的薄壁铸件。 （4）压铸件中可嵌铸其他材料，如钢、铸铁、铜合金、钻石等，可 以节省贵重材料和机械加工工时。 （5）压力铸造的生产效率较高，但压铸设备成本高、生产周期长。 （6）压铸件容易产生气孔，不宜进行大余量的切削加工和热处理。
四、低压铸造
低压铸造是指液态金属在较低的压力（一般0.02～0.06 MPa）下， 自下而上地充填型腔并凝固而获得铸件的工艺。
1—铸型；2—密封盖；3—坩埚；4—金属液；5—升液管 图6-25 低压铸造的工艺过程
与砂型铸造相比，低压铸造具有以下特点。
（1）适应性强。由于浇注及凝固时的压力可以人为控制，所以适用 于金属型、砂型、树脂壳型、熔模壳型等铸型。
（1）实现了“一型多铸”。 （2）铸件的精度与表面粗糙度有所改善。 （3）铸件的力学性能高。 （4）金属型铸造的局限性。
三、压力铸造
压力铸造是指液态金属在高压作用下快速充填金属型腔，并在压力下 凝固成铸件的铸造工艺。压力铸造的两大特点是高压和高速充型。
（a）
（b）
（c）
什么是特种铸造
1、什么是特种铸造？特种铸造的的方法有哪些？任举一例说明与砂型铸造的区别。
是指生产特种铸造件的铸造方法，主要用于特种行业需要的半成品。
常用的特种铸造方法有熔模精密铸造、石膏型精密铸造、陶瓷型精密铸造、消失模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、差压铸造、真空吸铸、挤压铸造、离心铸造、连续铸造、半连续铸造、壳型铸造、石墨型铸造、电渣熔铸等特种铸造砂型铸造尺寸精度不高，表面粗糙，生产率低，质量不稳定，劳动强度大等。
2、何谓焊接热影响区？它由几部分组成？性能最差的是哪些区域？焊接时热影响区处于AC3以上的区域，由于这类钢的淬硬倾向较大，故焊后得到淬火组织（马氏体）。
在靠近焊缝附近（相当于低碳钢的过热区），由于晶粒严重长大，故得到粗大的马氏体，而相当于正火区的部位得到细小的马氏体。
低碳钢和不易淬火钢（1）熔合区（2）过热区（1100℃以上）（3）相变重结晶区（正火区）（850~1100℃）（4）不完全重结晶区(部分相变区)（700~850℃)易淬火钢（1）完全淬火区（2）不完全淬火区）3、试述零件表面加工方案的选择依据。
按经济精度根据材料的切削性根据产量各种方法组合选用按企业实际选方法循序渐进分段加工4、列举出三种空的加工方法，并简述这些方法的工艺特点。
钻孔它是用钻床进行加工的，工艺过程包括：确定孔位置、样冲做标记、在钻床上装夹、根据要求选钻头。
扩孔就是在前面的工艺基础上增加了一定的孔径，但是扩孔要比钻孔的孔壁表面度好。
铰孔的作用在于使孔的精度与光洁度垂直度达到生产要求，工艺过程也是在前面的基础之上的。
它们之间有先后，麻花钻先加工出孔，然后再视其要求选择其它工具，再加工扩孔，铰孔。
但是它们的精度要求也是不同的，要求是越来越高。
5、什么是特种加工？他与传统的切削加工相比有何特点？常用的加工方法有哪些？不用常规的车刨铣钻机床加工，常用的有电火花机，线切割，激光焊等。
工具材料的硬度可以大大低于工件材料的硬度。
特种铸造 铸造方法
特种铸造铸造方法特种铸造是指在金属浇注过程中利用特殊工艺形成的表面凹凸、结构复杂的铸件，具有耐磨、耐腐蚀、耐冲击等优良性能。
一般情况下，特种铸造的材料有铸铁、铜、铝、钢等，常用的铸造方法包括压铸、强力铸造、低压铸造、柔性铸造、涡轮铸造、砂型铸造和精密铸造等。
一、压力铸造压力铸造是一种常用的特殊铸造方法，它主要利用压力将浇注液压入模具内，形成所需图案或形状的铸件。
常用的压力铸造方式有液压铸造、气动铸造和拉铸造。
此外，还可以通过改变模具中的浇注液压入的温度和压力，从而改变铸件的形状。
1、液压铸造液压铸造是利用液压系统，将浇注液压入模具的特种铸造方法。
该方法可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，同时还能够生产出复杂的形状、结构和多孔铸件。
2、气动铸造气动铸造是利用气动控制系统，将浇注液压入模具的特种铸造方法。
该方法可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，也可以生产出复杂的形状。
3、拉铸造拉铸造是利用拉力，将浇注液压入模具的特种铸造方法。
该方法可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，同时还可以生产出复杂的形状、结构和多孔铸件。
二、强力铸造强力铸造是一种常用的特种铸造方法，它利用液压系统将浇注液以高速的速度压入模具，形成所需图案或形状的铸件。
强力铸造可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，同时还能够生产出复杂的形状、结构和多孔铸件。
三、低压铸造低压铸造是一种常用的特种铸造方法，它利用液压系统将浇注液以低速的速度压入模具，形成所需图案或形状的铸件。
低压铸造可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，同时还可以生产出复杂的形状、结构和多孔铸件。
四、柔性铸造柔性铸造是一种常用的特种铸造方法，它利用液压系统将浇注液以微小的压力和速度压入模具，形成所需图案或形状的铸件。
柔性铸造可以生产出尺寸精确、表面光洁的铸件，同时还可以生产出复杂的形状、结构和多孔铸件。
五、涡轮铸造涡轮铸造是一种常用的特种铸造方法，它利用涡轮驱动系统将浇注液以高速的速度压入模具，形成所需图案或形状的铸件。
特种铸造
3、压力铸造
• 压力铸造使用的设备是压铸机，由动型、 定型以及压室等组成。可移动的压铸型部 分叫动型。安装在压铸机固定板上且固定 不动的压铸型部分叫定型，其中有浇注系 统与压室相通。压铸型用耐热的合金工具 钢制成，加工质量要求很高，需经严格的 热处理。 （铸造过程）
特点及应用范围
（1）压铸件尺寸精度高，表面质量好，一般不需机 加工即可直接使用。 （2）压力铸造在快速、高压在成型，可压铸出形状 复杂、轮廓清晰的薄壁精密铸件，铝合金铸件最 小壁可达0.5mm，最小壁孔径直径为0.7mm。 （3）铸件组织致密，力学性能好，其强度比沙型铸 件提高25%~40%。 （4）生产率高，劳动条件好。 （5）设备投资大，铸型制造费用高，周期长。
概念：
• 特种铸造是指与砂型铸造不同的其它铸造 方法。 • 常用的特种铸造方法有熔模铸造、金属型 铸造、压力铸造、离心铸造等。
1、熔模铸造
• 熔模铸造是用易熔材料制成模样，然后用 造型材料将其表面包覆，经过硬化后再将 模样熔去，从而制成无分型面的铸型壳， 最后经浇注而获得铸件的方法。 • 由于熔模广泛采用蜡质材料来制造，所以 熔模离心铸造是将液体金属浇入高速旋转的铸 型中，使其在离心力作用下凝固成形的铸 造方法。 • 铸造过程
特点及应用范围：
• （1）铸件在离心力作用下结晶，组织致密，无缩 孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好。 • （2）铸造圆形中空铸件时，可省去型芯和浇注系 统，简化了工艺，节约了金属。 • （3）便于制造双金属铸件，如钢套镶铸铜衬。 • （4）离心铸造内表面粗糙，尺寸不易控制，需要 加大加工余量来保证铸件质量，且不适宜易偏析 的合金。
• 熔模铸造的工艺过程：
• 压型 注蜡 • 蜡模组 • 脱蜡、焙烧 • 完成
特种铸造
图 2-44 铸造铝活塞简图
型 6 1 芯 ， 分 2 块 金左 属右 型半 芯型 ；； 7 3 ， 8 底 型 销； 孔 4 金， 属 5 ， — —
— —
图2—44为铸造铝活塞金属型典型结 构简图，由图可见，它是垂直分型和水平 分型相结合的复合结构，其左、右两半型 用铰链相联接，以开、合铸型。由于铝活 塞内腔存有销孔内凸台，整体型芯无法抽 出，故采用组合金属型芯。浇注之后，先 抽出5，然后再取 出4和6。
二、金属型的铸造工艺
1．喷刷涂料
2．金属型应保持一定的工作温度
3．适合的出型时间
1．喷刷涂料
金属型的型腔和金属型芯表面必须 喷刷涂料。涂料可分衬料和表面涂料两 种，前者以耐火材料为主，厚度为 0．2—1．0mm；后者为可燃物质(如灯 烟、油类)，每次浇注喷涂一次，以产生 隔热气膜。
2．金属型应保持一定的工作温度
它是将熔炼好的金属液注入密封的电阻坩埚 炉内保温。铸型安置在密封盖上，垂直的升液管 使金属液与朝下的浇口相通。铸型为水平分型， 金属型在浇注前必须预热，并喷刷涂料。压铸时， 先锁紧上半型，向坩埚室缓慢地通人压缩空气， 于是金属液经升液管压人铸型。待铸型被填满后， 才 使气压上升到规定的工作压力，并保持适当 的时间，使合金在压力下结晶。然后，撤除液面 上的压力，使尚未凝固的金属液在重力作用下流 回坩埚。最后，开启铸型、取出铸件。由于低压 铸造时浇口兼起补缩作用，浇口应开在铸件厚壁 处，而浇口的截面积也必须足够大。
4．焙烧和浇注
(1)焙烧 为了进一步去除型壳中的水分、残蜡 及其它杂质，在金属浇注之前，必须将型壳送 人加热炉内加热到800—1000℃进行焙烧。通 过焙烧，型壳强度增高，型腔更为干净。为防 止浇注时型壳发生变形或破裂，常在焙烧之前 将型壳置于铁箱之中，周围填砂(图中g)。若型 壳强度已够，则可不必填砂。 (2)浇注 为提高合金的充型能力，防止浇不足和 冷隔缺陷，要在焙烧出炉后趁热(600的基本方式
特种铸造
或暗灰色粗晶粒，则球化不良或未球化。随白口宽度
增大σb上升，δ下降。浇温越高三角试块内陷越大。
观察金相组织及并测试力学性能验证。
• 思考题： • • • • • 1. 铸造的实质是什么，具有哪些优缺点，适 用范围如何? 2. 合金铸造性能的衡量指标和易生铸造缺陷? 3. 如何划分和改变铸件的凝固方式? 4．简述砂型铸造的基本工艺过程。 5. 什么是特种铸造，与砂型铸造相比有何特 点？
• • • • • • 带有抽气箱的模具上有透气孔直接与抽气室相连； 用0.10～0.20mm EVA 塑料薄膜在烘膜器加热软化； 模具真空使软化的塑料薄膜紧密贴覆； 将负压砂箱放置在模具上； 砂箱充干砂，震动紧实； 砂型顶覆层密封薄膜，将浇口盆与上型直浇道相连，下型只 需要在覆膜前将砂子刮平； • 对砂箱抽真空，使干砂得到紧实，同时释放模具抽气室的真 空，并通入压缩空气反吹，将砂型与模具分开; • 同样方法，生产下型。将上型与下型合型，准备浇注； • 浇注过程中继续对砂型抽真空。铸件冷却后，去除真空，铸 件直接落下，干砂可再生循环使用。
第四节 几种常用金属材料的铸造法制备技术 • 铸造技术是现在工业生产中最常用和最重
要的金属合金铸锭和铸件的制备方法，下面通
过几种重要的金属结构材料的制备进一步了解
材料的铸造法制备过程及工艺。
• 一．铸造铝合金ZL 104的制备
• ZL104为可热处理强化的铝-硅-镁系铸造 铝合金。具优良铸造工艺性能和气密性，强度 高。但有形成针孔倾向，熔炼工艺较复杂。适 砂型或金属型铸造复杂薄壁件，也可压力铸造，
振动法、金相法和热分析法等，这些方法虽然
在理论上具有一定的先进性，但都不如传统的
特种铸造
第五节特种铸造特种铸造是指与砂型铸造不同的其它铸造方法。
可列入特种铸造的方法有近二十种，常用的有金属型铸造、压力铸造、低压铸造、熔模铸造、离心铸造、陶瓷型铸造、消失模铸造等。
特种铸造在提高铸件精度和表面质量、提高生产率、改善劳动条件等方面具有独特的优点。
一、金属型铸造【金属型铸造】是指在重力的作用下将液态金属浇入金属型中获得铸件的方法。
金属型可连续使用几千次至数万次，所以也称“永久型”。
1．金属型的材料与结构金属型常采用铸铁或铸钢制造，按分型面不同，金属型有整体式、垂直分型式、水平分型式等。
下图为垂直分型式金属型的结构。
由底座、定型、动型等部分组成，浇注系统在垂直的分型面上，为改善金属型的通气性，在分型面处开有 0.2mm~0.4mm深的通气槽。
移动动型、合上铸型后进行浇注，铸件凝固后移开动型取出铸件。
2．金属型铸造工艺要点由于金属型的导热快、无退让性、无透气性，使铸件易出现冷隔与浇不到、裂纹、气孔等缺陷。
因此金属型铸造必须采取一定的工艺措施：浇注前应将铸型预热，并在内腔喷刷一层厚 0.3mm~0.4mm的涂料，以防出现冷隔与浇不到缺陷，并延长金属型的寿命；铸件凝固后应及时开型、取出铸件，以防铸件开裂或取出铸件困难。
3．金属型铸造的特点及应用范围金属型使用寿命长，可“一型多铸”，提高生产率；铸件的晶粒细小、组织致密，力学性能比砂型铸件高约２５％；铸件的尺寸精度高、表面质量好；铸造车间无粉尘和有害气体的污染，劳动条件改善。
金属型铸造的不足之处是金属型制造周期长、成本高、工艺要求高，且不能生产形状复杂的薄壁铸件，否则易出现浇不足和冷隔等缺陷；受铸型材料的限制，浇注高熔点的铸钢件和铸铁件时，金属型的寿命低。
目前金属型铸造主要用于大批量生产形状简单的铝、铜、镁等非铁金属及合金铸件。
如铝合金活塞、油泵壳体，铜合金轴瓦、轴套等。
二、压力铸造【压力铸造】是指熔融金属在高压下快速压入铸型中，并在压力下凝固的铸造方法，简称“压铸”。
特种铸造
3．压力铸造的应用 压力铸造多用于生产有色金属精密铸件，广泛用于汽车、
拖拉机、仪表、计算机、电器等设备上的中小型铸件。
四、低压铸造
1．定义 将液态金属在低压力（0.02～0.07MPa）作用下，由下而 上压入铸型，并在一定压力下凝固而获得铸件的一种铸造方法。
2．低压铸造的特点 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 浇注和凝固时的压力可调，适合各种合金的铸造； 铸型可以采用金属型、石膏型、石墨型或干、湿砂型； 铸件内部无气孔，可以进行热处理； 铸件轮廓清晰，可制造形状复杂的薄壁铸件； 铸件在压力下结晶，铸件组织致密； 低压铸造是底注式充型，液态合金充型比较平稳，可有效减 少夹杂的产生； ⑦ 低压铸造时，浇口截面尺寸足够大，且开在厚壁处，兼起补缩 作用；由于省去了冒口，使金属利用率提高到90～98%； ⑧ 设备和工艺过程都较简单，容易实现机械化和自动化。
1.6～6.3
3.2～12.5
6.3～12.5
3.2～12.5
100 1.5
C 粗大 C或B D 手工造型： D 机器造型： B
100 0.3
C 粗大 B B
100 0.2
B 粗大 C C
100 0.75
B 粗大 B B
100 0.4
B 细小 B C
100 0.3
C 细小 A A
（2）铸件精度高，表面质量好。 （3）能够铸造各种合金铸件。 （4）生产批量不受限制。 熔模铸造的缺点是工序繁杂，生产周期长，原辅 材料费用比砂型铸造高，生产成本较高，铸件不宜 太大、太长，一般限于45kg以下。
3．熔模铸造的应用
主要用于成批大量生产形状复杂、精度要求高、高熔点 或难以进行机械加工的小型零件，如汽轮机等装置所用的各 种叶片、叶轮、导向器、导风轮以及各种刀具等。涉及航空、 汽车、纺织机械、机床、仪表、电讯等工业部门。
铸造工程学-特种铸造
应用先进的传感器和检测技术对铸造过程进行实 时监控和数据采集，为生产优化和质量控制提供 依据。
大数据与人工智能技术
利用大数据分析和人工智能技术对铸造过程进行 优化和控制，实现精益生产和智能化决策。
05 特种铸造质量控制与检测
质量影响因素分析
原材料质量
特种铸造对原材料的成分、纯净度和 组织结构有严格要求，原材料质量直
热处理设备
对铸件进行退火、正火、淬火等热处理，改善其力学性能和加工 性能。
表面处理设备
采用喷涂、电镀、化学处理等方法对铸件表面进行防护和装饰， 提高其耐腐蚀性和美观度。
自动化与智能化技术应用
1 2 3
自动化生产线
实现铸造生产全过程的自动化，包括熔炼、造型、 浇注、清理等工序，提高生产效率和产品质量稳 定性。
低压铸造
01
02
03
定义
低压铸造是在低压气体作 用下，使液态金属由下而 上地充填型腔并凝固成形 的铸造方法。
工艺流程
合模→升液→充型→增压 →保压→卸压→开模取件 。
特点
铸件组织致密，力学性能 高，可铸造大型复杂薄壁 铸件，适用于铝合金等有 色金属的铸造。
离心铸造
定义
离心铸造是将液态金属浇 入旋转的铸型中，在离心 力作用下充填铸型和凝固 成形的铸造方法。
造型与制芯技术
3D打印技术
01
通过逐层堆积材料的方式构建三维模型，可快速制造出复杂形
状的砂型和芯子。
机器人造型
02
利用机器人进行自动造型，提高生产效率和造型精度。
陶瓷型芯制造技术
03
采用陶瓷材料制造型芯，具有高温稳定性、耐磨损等优点，适
用于高精度铸件生产。
铸造工艺----特种铸造
4、浇注
离心铸造时，浇注工艺有其本身的特点，首先由于铸件 的内表面是自由表面，而铸件厚度的控制全由所浇注液体金 属的数量决定，故离心铸造浇注时，对所浇注金属的定量要 求较高。此外由于浇注是在铸型旋转情况下进行的为了尽可 能地消除金属飞溅的现象，要很好控制金属进入铸型时的方 向。 液体金属的定量有重量法、容积法和定自由表面高度 （液体金属厚度）法等。容积法用一定体积的浇包控制所浇 注液体金属的数量，此法较简便，但受金属的温度，熔渣等 影响，定量不太准确，在生产中用的较多。 为尽可能地消 除浇注时金属的飞溅现象，要控制好液体金属进入铸型时的 流动方向。
缺点 1）铸件易产生比重偏析，因此不适合于合金易产生 比重偏析的铸件(如铅青铜)，尤其不适合于铸造杂质 比重大于金属液的合金，但近年来，也有利用离心铸 造的这个特点来生产梯度复合材料的情况； 2）铸件内孔直径不准确，内孔表面比较粗糙，质量 较差，加工余量大； 3）用于生产异形铸件时有一定的局限性。
•3）模型组合成簇：
是将自行加工好（或外购）的泡塑模型与浇冒口模型组 合粘结在一起，形成模型簇，这种组合有时在涂料前进行， 有时在涂层制备后埋箱造型时进行。是消失模（实型）铸 造不可缺少的一道工序。
• 4）模型涂层：
实型铸造泡塑模型表面必需涂一层一定厚度的涂料， 形成铸型内壳。其涂层的作用是为了提高EPS模型的强度和 刚度，提高模型表面抗型砂冲刷能力，防止加砂过程中模 型表面破损及振动造型及负压定型时模型的变形，确保铸 件的尺寸精度。 外购的消失模铸造专用涂料,在涂料搅拌机内加水搅 拌,使其得到合适的粘度。搅拌后的涂料放入容器内,用浸、 刷、淋和喷的方法将模型组涂覆。一般涂两遍，使涂层厚 度为0.5 ~ 2mm。据铸件合金种类、结构形状及尺寸大小不 同选定。涂层在40~50℃下烘干。
特 种 铸 造
特种铸造
•
为获得高质量、高精度的铸件，提高生产率，人们在砂型铸
造的基础上，创造了多种其它的铸造方法；通常把这些有别于砂型铸
造的其他铸造方法通称为特种铸造。
•
金属型铸造
定义：金属型铸造是指利用金属材料制成铸型，在重力作用下将熔融
金属浇注到铸型中制造铸件的一种铸造方法，也称永久型铸造。
•
特点和应用：
用下充填型腔并凝固成形的铸造方法。
•
特点和应用：
•
1.离心力改善了补缩条件，缩孔等缺陷减少；
•
2.改善金属的流动性，提高了充型能力；
•
3.简化了中空圆柱形铸件的生产过程；
•
4.成分偏析严重，尺寸难以控制；
•
5.特别适于横截面呈圆柱的铸件生产。
•
连续铸造
定义：是指将熔融金属连续不断地浇注到被成为结晶器的特殊容器中，
填型腔并凝固而获得铸件的一种铸造方法。
•
特点和应用：
•
1.充型压力和充型速度易于控制，气孔、夹渣较少；
•
2.铸型散热快，组织致密，机械性能好；
•
3.无需冒口设置，金属利用率高；
•
4.铸件尺寸精度高，表面光洁；
•
5.适于生产质量要求高的铝镁等有色金属铸件。
•
离心铸造
定义：是指将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作
•
特点和应用：
•
1.浇注时间短，易于机细化，耐磨、耐蚀性好；
•
3.铸件尺寸精度高，表面光洁；
•
4.凝固速度快，排气困难，易形成疏松和缩孔；
•
5.模具成本高，铸件尺寸受限；
•
6.适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产。
特种铸造
特种铸造与普通砂型铸造不同的其他铸造方法统称为特种铸造。
如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、挤压铸造、实型铸造等。
一、熔模铸造在易熔模样表面包覆若干层耐火涂料，待其硬化干燥后，将模样熔去后而制成型壳，经浇注而获得铸件的一种方法。
模样材料多为工业石蜡，所以又称失蜡铸造。
1．熔模铸造工艺过程(1) 根据铸件的要求设计和制造压型(制造蜡模的模具)；(2)用压型将易熔材料压制成蜡模；(3)把若干个蜡模焊在一根蜡制的浇注系统上组成蜡模组；(4)将蜡模组浸入水玻璃和石英粉配制的涂料中，取出后撒上石英砂，并放人硬化剂中进行硬化，如此重复数次，直到蜡模表面形成一定厚度的硬化壳；(5) 将带有硬壳的蜡模组放人80～90℃的热水中加热，使蜡熔化后从浇口中流出，形成铸型空腔；(6) 烘干并焙烧(加热到850～950℃)后，在型壳四周填砂，即可浇注；(7) 清理型壳即可得到铸件。
2．熔模铸造的特点及应用范围(1) 铸件精度高，表面质量好。
(2) 可制造形状复杂的铸件。
蜡模可以焊接拼制，模样可熔化流出，故可以铸出形状极为复杂的铸件，铸出孔最小直径为0.5mm，最小壁厚可达0.3mm。
(3) 适用于各种合金铸件。
尤其用于高熔点和难切削合金的铸造，更显示出其优越性。
(4) 生产批量不受限制。
从单件到大批量生产都适用，能实现机械化流水作业。
熔模铸造主要用于生产形状复杂、精度要求高、熔点高和难切削加工的小型零件。
二、金属型铸造金属型铸造是在重力作用下将金属液体浇入金属铸型以获得铸件的方法。
铸型用金属制成，可反复使用，故又称永久型铸造。
1、金属型的构造：金属型的材料一般采用铸铁，铸件内腔可用金属型芯或砂芯得到。
其结构有整体式、水平分型式、垂直分型式、复合分型式等。
2、金属型铸造的工艺特点1）金属型预热：未预热的金属型导热性好，使金属液冷却过快，铸件容易出现冷隔、浇不足、夹杂、气孔等缺陷；铸型受到强烈的热冲击，热应力倍增，极易损坏。
常用的特种铸造方法
常用的特种铸造方法常用的特种铸造方法有很多种，以下是其中几种比较常见和广泛应用的特种铸造方法。
1. 砂模铸造：砂模铸造是最常见和传统的铸造方法之一。
它利用砂模作为铸型，通过将熔融金属浇铸到砂模中，待金属凝固后取出，最终得到所需的铸件。
砂模铸造方法简单、成本低，并且适用于各种金属和合金的铸造，因此广泛应用于铸造行业。
2. 熔模铸造：熔模铸造是一种高精度的铸造方法，用于生产复杂形状和高品质的铸件。
它使用可熔的模具材料制作出铸型，将熔融金属浇铸到模型中，待金属凝固后融化模型材料，最终得到形状精确的铸件。
熔模铸造方法适用于生产涡轮叶片、发动机缸体等高温、高压零件。
3. 高压铸造：高压铸造也被称为压力铸造或压铸，是一种常用的特种铸造方法。
它利用高压将熔融金属迫使进入金属模具中，待金属凝固后取出铸件。
高压铸造方法适用于生产复杂形状和高精度的铸件，广泛应用于汽车制造、航空航天和电子产品等行业。
4. 重力铸造：重力铸造也称为重铸，是一种主要利用重力作用的铸造方法，通过重力迫使熔融金属填充铸型。
重力铸造方法简单、成本低，适用于生产大型铸件和毛坯，广泛应用于机械制造和钢铁工业。
5. 低压铸造：低压铸造是一种将熔融金属浇注到真空状态下的铸造方法。
它通过在铸型上施加一定的正压力，使熔融金属进入铸型，并且在凝固期间保持压力。
低压铸造方法适用于生产中小型铸件和高品质铸件，广泛应用于航空航天和汽车制造等高端领域。
6. 氩气铸造：氩气铸造是一种利用惰性气体氩气防止熔融金属中气孔形成的铸造方法。
在铸造过程中，通过在熔融金属中通入氩气，它会与金属中的氧、氢等杂质反应，从而防止气孔形成。
氩气铸造方法能够提高铸件的密度和强度，广泛应用于汽车零部件铸造。
总之，以上是常用的一些特种铸造方法，每种方法在不同的情况下有其特定的优势和适用范围。
铸造技术作为一项传统且重要的制造工艺，在各个工业领域中扮演着重要的角色。
随着科技的不断发展，特种铸造方法也在不断创新和改进，以满足越来越高的工艺要求和产品质量需求。
特种铸造的特点和应用
特种铸造的特点和应用
特种铸造是指用于生产特定形状、特定材料和特定性能的铸件的一种铸造方法。
它与普通铸造相比，具有以下特点：
1. 高精度：特种铸造可以实现精确的铸造尺寸和形状，确保铸件的准确性和一致性。
2. 材料性能优异：特种铸造可以选择特殊的合金材料，以满足特定的工程要求，如高强度、高耐热、高耐腐蚀等。
3. 复杂结构：特种铸造可以实现复杂的内部结构和形状，如薄壁铸件、空腔结构、内部通道等，以满足特定的功能需求。
4. 原型快速制造：特种铸造可以用于快速制造原型铸件，以便于产品开发和设计验证。
特种铸造在各个领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：
1. 航空航天领域：特种铸造可用于生产航空发动机、航天器零部件等高性能铸件，满足航空航天行业对材料性能和复杂结构的要求。
2. 石油化工领域：特种铸造可用于生产石油化工设备的耐腐蚀铸件、高温耐热铸件，如阀门、泵体、换热器等。
3. 汽车工业：特种铸造可用于生产发动机缸盖、曲轴、刹车卡钳等汽车零部件，以提高汽车的性能和安全性。
4. 电力工业：特种铸造可用于生产电力设备的零部件，如涡轮叶片、导叶、涡轮壳体等。
5. 医疗器械领域：特种铸造可用于生产医疗器械的复杂零部件，如人工关节、牙科植入物等，满足医疗器械对材料生物相容性和结构形状的要求。
总之，特种铸造在各个领域都发挥着不可替代的作用，为实现复杂结构和高性能的铸件提供了有效的解决方案。
特种铸造
三. 金属型铸造的适用范围
主要用于有色合金铸件的大批量生产， 如：铝活塞，汽缸盖，油泵壳体，铜瓦，衬套， 等等。
§4-2 熔模铸造 Lost wax casting
一. 熔模铸造的工艺过程
熔模组照片
二. 熔模铸造的特点
优点：铸型精密、型腔表面极为光洁，故铸件精 度及表面质量非常高；没有分型面，可生产出形状复 杂的薄壁铸件；可生产高熔点合金铸件；生产批量不 受限制。 缺点：工艺过程繁杂、生产周期长、铸件成本 高，铸件小（<25 kg )，难以实现全部机械化、自动 化生产。
离心铸造的特点和适用范围：
1、铸造圆筒形铸件可以不用型芯 2、铸件组织致密，缺陷少 3、 便于制造双金属铸件
缺点：
1、内表面质量差，须有大的加工余量 2、不适宜生产比重偏析大的合金铸件 适宜大批量生产。如：铸铁管，汽缸套，铜套、双 金属轴承等
（点击下面链接观看录像）
特种铸造视频（三）： 1.壳型铸造 2.陶瓷型铸造 磁型铸造示意图
第四章
（点击下面链接观看录像）
特种铸造
除砂型铸造以外的各种铸造方法都属于特种铸造。
1.金属型铸造 特种铸造视频（一）： 2.熔模铸造 3.离心铸造 1.压力铸造 特种铸造视频（二）： 2.低压铸造
§4-1 金属型铸造 Permanent
mold casting
金属铸型可反复使用几百到几千次，故有永久型 铸造之称。
本章结束
一. 金属型铸造的工艺特点 1. 型腔和型芯表面必须喷刷涂料
作用：减缓铸件的冷却速度；保护铸型； 防止气孔（蓄气、排气）。
2. 使金属型保持一定的工作温度 3. 适时开型
目的：可避免出型和抽芯困难；减轻裂纹 倾向；提高生产率。
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一、简答题1．常用金属精密液态成形方法有哪些？答：常用的金属精密液态成形方法有：熔模精密铸造、石膏型精密铸造、陶瓷型精密铸造、消失模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、差压铸造、真空吸铸、调压铸造、挤压铸造、离心铸造、壳型铸造、连续铸造、半固态铸造、喷射成形技术、石墨型铸造、电渣熔铸和电磁铸造等。
2．金属精密液态成形技术的特点是什么？对铸件生产有哪些影响？特点：（1）特殊的铸型制造工艺与材料。
（2）特殊的液态金属充填方式与铸件冷凝条件。
对铸件生产的影响：由于铸型材料与铸型制作工艺的改变，对铸件表面粗糙度产生很大影响，不但尺寸精度很高，还可使铸件表面粗糙度降低，从而可实现近净成形。
在某些精密液态成形过程中，金属液是在外力（如离心力、电磁力、压力等）作用下完成充型和凝固的，因此提高了金属液的充型能力，有利于薄壁铸件的成形；液态金属在压力下凝固，有利于获得细晶组织，减少缩松缺陷，提高力学性能。
熔模：一、名词解释1.硅溶胶：硅溶胶是由无定形二氧化硅的微小颗粒分散在水中而形成的稳定胶体。
硅溶胶是熔模铸造常用的一种优质黏结剂。
2.硅酸乙酯水解：3.水玻璃模数：水玻璃中的SiO2与Na2O摩尔数之比。
4.树脂模料：是以树脂及改性树脂为主要组分的模料。
5.压型温度：6.涂料的粉液比：涂料中耐火材料与黏结剂的比例。
7析晶：石英玻璃在熔点以下处于介稳定状态，在热力学上是不稳定的，当加热到一定温度，开始转变为方石英，此转变过程称“析晶”。
二、填空题1.熔模铸造的模料强度通常以抗弯强度来衡量。
2.硅溶胶型壳的干燥过程实质上就是硅溶胶的胶凝过程。
3.一般说来说：硅溶胶中SiO2含量越高、密度越大，则型壳强度越高。
4.涂料中最基本的两个组成耐火材料和黏结剂之间的比例，即为涂料的粉液比。
5.通常按模料熔点的高低将其分为高温、中温和低温模料。
6.硅溶胶中Na20含量和PH值反映了硅溶胶及其涂料的稳定性。
7.模料的耐热性是指温度升高时模料的抗软化变形的能力。
8.熔模的制备方法有自由浇注和压注两种。
9.常用石蜡-硬脂酸模料(低温模料，生产应用最广泛）的配比为白石蜡和一级硬脂酸各50%。
三、判断题撒砂方法有两种：雨淋法和沸腾法。
1.压蜡温度愈高，熔模的表面粗糙度越小，表面越光滑；但压蜡温度越高，熔模的收缩率越大。
（√）2.压注压力和保压时间对熔模尺寸有影响，随压力和保压时间增加，熔模的线收缩率减小。
（√）3.为提高水玻璃模数，可在水玻璃中加入氢氧化钠。
（×）4.熔模铸造使用最广泛的浇注方法是热壳重力浇注法。
（√）5.使用树脂基模料时，脱蜡后所得的模料可以直接用来制造新的熔模。
（×）四、简答题1.什么是熔模铸造？试用方框图表示其大致工艺过程。
熔模铸造是用易熔材料制成精确的可熔性模样，在其上涂覆若干层耐火涂料，熔去模样，经过焙烧而得到型壳，浇入金属而得到铸件的方法。
其工艺过程如下：制作蜡模或蜡模组→涂挂耐火涂料→撒砂→结壳硬化→脱蜡→烘干焙烧型壳→浇注铸件→出箱清理打磨。
熔模铸造的特点:1）铸件尺寸精度高、表面粗糙度值低2）可铸造形状复杂的铸件3）合金材料不受限制4）生产灵活性高、适应性强熔模铸造常用的水玻璃模数M为3.0～3.4。
M增加型壳强度提高（硬化速度快）涂料稳定性提高（易老化、结皮、分层2.影响熔模质量的因素有哪些？答：（1）压型尺寸精度及表秒粗糙度（2）模料质量（3）制模工艺：压射压力保压时间注蜡温度压型温度涂料粉液比降低（型壳致密程度降低）按照模料基体材料的成分来分：蜡基模料树脂基模料填料模料水溶性模料3.常用模料有哪两类，其基本组成、特点和应用范围如何？答：①蜡基模料蜡基模料是以矿物蜡、动植物蜡为主要成分的模料。
此类模料一般成分比较简单，成本较低，便于脱蜡和回收，但强度和热稳定性较低，收缩大。
多用于要求较低的铸件。
②树脂基模料树脂基模料是以树脂及改性树脂为主要组分的模料。
此类模料一般成分比较复杂，强度较高，热稳定性较好，收缩较小，制成的熔模的质量和尺寸稳定性较高，但模料易老化、寿命短，成本较高，多用于质量要求较高的熔模铸件。
从模料中去除水分、粉尘、砂粒和皂化物的工艺过程称为模料回收。
采用蒸汽或热水脱蜡后所回收的模料中会不可避免地混有杂质、砂粒和水分，某些蜡基模料中所含的硬脂酸，在制壳工艺过程中还会与一些物质反应生成皂化物（脂肪酸盐），因而使模料变质，影响使用性能。
4.试述常用三种制壳黏结剂的特点及应用范围。
答：目前国内熔模铸造常用的黏结剂主要有：如水玻璃、硅酸乙酯、硅溶胶等。
水玻璃作黏结剂具有成本低、硬化速度快（化学硬化）、湿态强度高、制壳周期短等优点。
缺点是表面质量差，尺寸精度不高，在近净形熔模铸造中用得较少。
水玻璃的性能参数主要有：模数密度粘度硅酸乙酯的表面张力低，黏度小，对模料的润湿性能好。
所制型壳耐火度高，尺寸稳定，高温时变形及开裂的倾向小，表面粗糙度低，铸件表面质量好，较硅溶胶的制壳周期短，但价格较贵，且对环境有一定污染，工业发达国家现使用有下降的趋势。
硅溶胶使用方便，易配成高粉液比（耐火材料与黏结剂的比例）的优质涂料，涂料稳定性好。
型壳制造时不需化学硬化，工序简单，所制型壳高温性能好，有高的型壳高温强度及高温抗变形能力。
但硅溶胶涂料对熔模润湿性差，需加表面活性剂改善涂料的涂挂性。
另外，硅溶胶型壳干燥速度慢，型壳湿强度较低，制壳周期长。
5.熔模铸造用硅溶胶主要有哪些物化参数？它们对型壳质量有何影响？答：硅溶胶的主要物化参数有SiO2含量、Na2O含量、密度、值、黏度及胶粒直径等，它们与硅溶胶涂料和型壳性能关系密切。
硅溶胶中SiO2含量及密度都反映其胶体含量的多少，即黏结力的强弱。
一般来说，硅溶胶中SiO2含量增加，硅溶胶密度越高，则型壳强度越高。
而Na2O含量影响硅溶胶的PH值，它们都影响硅溶胶及其涂料的稳定性。
硅溶胶的黏度反映其黏稠程度，将影响所配涂料的粉液比，黏度低的硅溶胶可配成高粉液比涂料，所制型壳表面粗糙度值低、强度较好。
硅溶胶的另一参数是胶体粒子直径，它影响硅溶胶的稳定性和型壳强度。
粒子越小，凝胶结构中胶粒接触点越多，凝胶致密，型壳强度越高，但溶胶稳定性越差。
6.硅溶胶、水玻璃、硅酸乙酯粘结剂型壳的干燥和硬化工艺有何本质的区别?硅溶胶型壳的干燥和硬化是物理硬化过程。
随着型壳的干燥，水分蒸发，硅溶胶含量提高，胶体颗粒碰撞几率增加，溶胶便胶凝而形成凝胶，牢固地将耐火材料颗粒粘结起来，同时耐火材料颗粒彼此接近，这就使得型壳获得了强度。
水玻璃型壳化学硬化前的自然干燥是水玻璃型壳脱除自由水的过程。
但水玻璃型壳只有经过化学硬化才能形成不可逆转化的硅凝胶，使型壳获得足够的湿强度。
化学硬化是指水玻璃粘结剂与硬化剂发生硬化反应，达到硬化型壳的目的，其原理是基于电解质对水玻璃的胶凝作用。
硅酸乙酯黏结剂型壳的干燥硬化，实质上是涂料中的硅酸乙酯水解液继续水解-缩聚反应而达到最终的胶凝以及溶剂挥发的过程。
前者主要是化学硬化，后者是物理过程，但彼此有密切联系。
型壳的硬化可用氨气催化，俗称氨干。
氨气既可通过碱解反应加快水解，又可通过改变涂层中水解液的PH值而加快缩聚反应。
7.型壳焙烧的目的是什么？常用三种型壳焙烧工艺参数如何？答：焙烧的目的是去除型壳中的水分、残余模料、硬化剂、盐分等，降低型壳浇注时的发气性，提高透气性，防止出现气孔、浇不足等缺陷。
水玻璃型壳的焙烧温度一般为 850℃，保温时间约为0.5 ～2h。
对于硅溶胶或硅酸乙酯型壳则为950～1100℃，薄壁件应适当提高，保温时间约为2～3h。
焙烧时，升温速度不能太快，应缓慢加热，因为型壳的热导率很低，升温太快时型壳内外温差较大，各部位膨胀量不同会导致型壳出现裂纹。
8. 试述热压注硅质陶瓷型芯的成形方法及型芯材料的组成。
在耐火粉料中加入热塑性材料（如蜡）为增塑剂制成陶瓷料浆，用热压注法制成型芯坯体，再经高温烧结成型芯。
型芯材料的主要组成基体基体（如石英玻璃）、矿化剂（如氧化铝系）、增塑剂（如蜡）、表面活性剂（如油酸）等。
9.硅溶胶型壳制壳有哪些步骤？影响硅溶胶型壳干燥的因素有那些？生产中可不可以采用提高环境温度来缩短型壳干燥时间？为什么？答：硅溶胶型壳制壳工艺过程下图所示：模组脱脂-浸涂料-撒沙-干燥-脱蜡-焙烧影响硅溶胶型壳干燥的因素很多，其中环境湿度、风速和环境温度三种因素作用最大。
生产中不能用提高环境温度来缩短型壳干燥时间，而应将温度控制在一个较窄的范围内。
因为环境温度会影响模组模料的热膨胀和热稳定性，从而影响铸件尺寸精度。
石膏型：一、填空题1．石膏型熔模精密铸造时，石膏型工作温度一般在 150℃～300℃℃之间。
2．α型半水石膏更适合作为石膏铸型用材料。
3．为使石膏型具有良好的强度，减小其线收缩和裂纹倾向，需要在石膏中加入填料。
4．石膏型导热性能差，焙烧时应采用阶梯升温。
5．制备石膏型所用的原材料主要有石膏、填料和添加剂等。
二、简答题1．石膏有哪几种变体？石膏型精密铸造应选用哪种石膏？为什么？答：石膏有7种变体：二水石膏、β型硬石膏Ⅲ、α型半水石膏、硬石膏Ⅱ、β型半水石膏、硬石膏Ⅰ和α型硬石膏Ⅲ。
硬石膏不能配成石膏浆料，故不能用于石膏型铸造中；生石膏含水量过多，所制石膏型强度低也不能用于石膏型铸造；α型半水石膏具有致密、完整而粗大的晶粒，总比表面积小。
β型半水石膏因孔多，表面不规律，似海面状，其比表面积大。
在配成相同流动性的石膏浆料时，α型半水石膏所需水固比低，浆料凝固后强度高，故α型半水石膏更适合作为石膏铸型用的材料。
2．石膏浆料中为什么要加填料？填料应如何选择？答：为使石膏型具有良好的强度，减小其线收缩和裂纹倾向，需要在石膏中加入填料。
石膏型的填料应满足下列要求：（1）有合适的线膨胀率；（2）有较高的熔点和耐火度；（3）有良好的化学稳定性；（4）发气量少、吸湿性小、保水性好；（5）填料在石膏型浆体中有良好的悬浮弥散性；（6）能降低石膏混合料的裂纹倾向。
1）焙烧的主要目的1）去除残留于石膏型中的模料、结晶水以及其它发气物体；2）完成石膏型中一些组成物的相变过程，使石膏型体积稳定。
2）焙烧工艺焙烧温度要达700℃采用阶梯升温需随炉冷却3．为什么石膏浆料配制和灌注时需在真空下进行？答：在真空下配制石膏浆料和灌浆是为了使浆料中所含的气体能够顺利外排。
石膏浆料吸附大量的气体，在浆体搅拌时又会卷入大量的气，致使浆体中有大量的气泡，影响石膏型腔表面的质量。
因此石膏浆料配制和灌注需在真空下进行。
4．石膏型精密铸造常用的充填及凝固方法有哪些？各用于什么情况下？石膏型精密铸造常用的充填及凝固方法有：1）重力浇注，常压凝固——适用于壁不薄、形状简单的中小件。
2）真空吸铸——适于生产中、小型复杂薄壁铸件。