各种典型铸造技术的原理和方法

各种典型铸造技术的原理和方法

根据铸型特点分类，有一次型铸造(砂型铸造、熔模铸造、石膏型铸造、实型铸造等)、半永久型铸造(陶瓷型铸造、石墨型铸造等)、永久型铸造(金属型铸造、压力铸造、挤压铸造、离心铸造等)；

根据浇注时金属液的驱动力及压力状态分类，有重力作用下的铸造和外力作用下的铸造。金属液在重力驱动下完成浇注称自由浇注或常压浇注。金属液在外力作用下实现充填和补缩，如压力铸造、挤压铸造、离心铸造和反重力铸造等。

本章介绍的铸造技术有：属于重力充型的有砂型铸造、金属型铸造和熔模铸造；属于外力充型的有压力铸造、离心铸造和挤压铸造；属于反重力铸造的有低压铸造和差压铸造/真空吸铸等。

铸造业中砂型铸造约占80％。型砂中粘土砂、水玻璃砂和树脂砂等又占了90％的份额。三种型砂间的比例视各国具体情况而异，平均来看，大致为5：3：2。以型砂铸造与其它铸造方法相比，其缺点是：劳动条件较差，铸件外观质量欠佳；铸型只能使用一次，生产率低。优点是：不受零件形状、大小、复杂程度及合金种类的限制；造型材料来源广，生产准备周期短，成本低。因此，砂型铸造是铸造生产中应用最广泛的一种方法，世界各国用砂型铸造生产的铸件占总产量的80%~90%。

本章的重点在砂型铸造。而铸造用砂型的种类及制造是重中之重。

第1节砂型铸造

一、铸造用砂型的种类及制造

（一）概述

1．砂型铸造的特征及工艺流程

配制型砂—造型—合型—浇注—冷却—落砂—清理—检查—热处理—检验—获得铸件特征：使用型砂构成铸型并进行浇注的方法，通常指在重力作用下的砂型铸造过程。

名词：

型砂——将原砂或再生砂+粘结剂+其它附加物等所混制成的混合物；

铸型——形成铸件外观轮廓的用型砂制成的空腔称为铸型；

砂芯——形成铸件内腔的用芯砂制成的实体(用于制做砂芯的型砂称为芯砂)；

造型——制造砂型的工艺过程；

制芯——制造砂芯的工艺过程。

造型(芯)方法按机械化程度可分为手工造型(芯)和机器造型(芯)两大类。

选择合适的造型(芯)方法和正确的造型(芯)工艺操作，对提高铸件质量、降低成本、提高生产率有极重要的意义。

（1）手工造型(芯) 手工造型(芯)是最基本的方法，这种方法适应范围广，不需要复杂设备，而且造型质量一般能够满足工艺要求，所以，到目前为止，在单件、小批生产的铸造车间中，手工造型(芯)仍占很大比重。在航空、航天、航海领域应用广泛。手工造型(芯)劳动强度大，生产率低，铸件质量不易稳定，在很大程度上取决于工人的技术水平和熟练程度。手工造型方法很多，如模样造型、刮板造型、地坑造型，各种造型方法有不同的特点和应用范围。

（2）机器造型(芯) 用机器完成全部或部分造型工序，称为机器造型。和手工造型相比，机器造型生产率高，质量稳定，劳动强度低，对工人的技术要求不像手工造型那样高。但设备和工艺装备费

用较高，生产准备时间长，一般适用于一个分型面的两箱造型。机器造型(芯)主要适用于黑色金属铸件的大批量生产。

2．砂型/芯制造方法分类

在制造各砂型、芯的过程中，根据其本身建立强度时其粘结机理的不同，通常可分为三大类：

（1）机械粘结剂型芯----以粘土为粘结剂的粘土型芯砂所产生的粘结；

（2）化学粘结剂型芯----型芯砂在造型、芯过程中，依靠其粘结剂本身发生物理、化学反应达到硬化，从而建立强度，使砂粒牢固地粘结为一个整体。有机、无机粘结剂，其中无机粘结剂包括钠水玻璃及硅溶胶，而有机粘结剂则包括热硬、自硬和气硬树脂砂型（芯）；

（3）物理固结----指用物理学原理产生的力将不含粘结剂的原砂固结在一起，磁型铸造法、负压造型法或真实密封造型法或薄膜负压造型法，以及消失模造型法。

（二）粘土湿型

1.湿型及其特点

（1）生产灵活性大，适用面广，既可手工，又可机器、以及流水线生产，既可生产大件，也可生产小件，可铸钢（中小件），也可铸铁，有色合金等。

（2）生产效率高，生产周期短，便于流水线生产，可实现机械化及自动化，汽车，柴油机，抢拖拉机行业应用最广（300～500kg铸铁薄裂件）。(汽车缸体图)(或生产车间全貌图)

（3）原材料成本低，来源广。

（4）节省能源、烘干设备和车间生产场地面积。

（5）因不需烘干，砂箱寿命长。

（6）缺点：操作不当，易产生一些铸造缺陷：夹砂结疤，鼠尾，砂眼，胀砂，粘砂等。

2．粘土湿型所用的主要原材料

粘土湿型的配方为：原砂（或旧砂）100，粘土（膨润土）1～5％，煤粉～8％，水～6％，以及其它附加物。

（1）原砂－石英砂

其砂子是火成岩中稳定的部分，主要成分为二氧化硅（SiO2）和少量的杂质（Na,k,Ca,Fe等氧化物）。含SiO2极高的砂子称石英砂，有高的熔点，1700℃，摩氏硬度7级（一般将材料分为10级，其中滑石为1级，金刚石为10级），随夹杂物含量的增加，其耐火度下降，SiO2含量高，砂子的颜色接近无色透明，一般用石英砂色白并略带灰色。

铸造生产所用的石英砂与建筑用砂不同，它有其特殊的要求，主要有：含泥量；颗粒组成；原砂颗粒形状及表面状况；原砂的矿物组成和化学成分等。

生产中通常根据铸件的合金种类、质量、壁厚的不同来选定原砂的化学成分和矿物组成。例如铸钢的浇注温度高达1500℃左右，钢液含碳量较低，型腔中缺乏能防止金属氧化的强还原性气氛，与铸型相接触的界面上金属容易氧化生成FeO和其它金属氧化物，因而较易与型砂中的杂质进行化学反应而造成化学粘砂。所以要求原砂中Si02含量应较高，有害杂质亦应严格控制。铸钢件的浇注温度愈高，壁厚愈厚，则对原砂中Si02含量的要求就愈高。

铸铁的浇注温度一般在1400℃以下，铁液中含有较多碳分，湿型浇注时型砂中加入有煤等附加物，能产生大量还原性气氛，在与铸型相接触的界面上金属基本不氧化，实际上湿型铸铁件无化学粘砂现象。

烧结点指的是原砂颗粒表面或砂粒间混合物开始熔化的温度。它是原砂各种组合成分耐火性能的综合反应。所以，有时采用测定原砂烧结点的办法能更直观地说明原砂做为耐火材料的性能，而且可用来推测原砂中SiO2含量高低和杂质多少。长石、云母及其杂质中所含有的碱金属氧化物(Na20、K20)、碱土金属