铸造工艺(附图)

铸造工艺流程图

铸造（founding）

铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛胚因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了时间．铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一。

铸造种类很多，按造型方法习惯上分为：①普通砂型铸造，包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型3类。②特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造（如熔模铸造、泥型铸造、铸造车间壳型铸造、负压铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等）和以金属为主要铸型材料的特种铸造（如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等）两类。铸造工艺通常包括：①铸型（使液态金属成为固态铸件的容器）准备，铸型按所用材料可分为砂型、金属型、陶瓷型、泥型、石墨型等，按使用次数可分为一次性型、半永久型和永久型，铸型准备的优劣是影响铸件质量的主要因素；②铸造金属的熔化与浇注，铸造金属（铸造合金）主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金；③铸件处理和检验，铸件处理包括清除型芯和铸件表面异物、切除浇冒口、铲磨毛刺和披缝等凸出物以及热处理、整形、防锈处理和粗加工等。

铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料，它是以一种金属元素为主要成分，并加入其他金属或非金属元素而组成的合金，习惯上称为铸造合金，主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。

金属熔炼不仅仅是单纯的熔化，还包括冶炼过程，使浇进铸型的金属，在温度、化学成分和纯净度方面都符合预期要求。为此，在熔炼过程中要进行以控制质量为目的的各种检查测试，液态金属在达到各项规定指标后方能允许浇注。有时，为了达到更高要求，金属液在出炉后还要经炉外处理，如脱硫、真空脱气、炉外精炼、孕育或变质处理等。熔炼金属常用的设备有冲天炉、电弧炉、感应炉、电阻炉、反射炉等。

不同的铸造方法有不同的铸型准备内容。以应用最广泛的砂型铸造为例，铸型准备包括造型材料准备和造型造芯两大项工作。砂型铸造中用来造型造芯的各种原材料，如铸造砂、型砂粘结剂和其他辅料，以及由它们配制成的型砂、芯砂、涂料等统称为造型材料造型材料准备的任务是按照铸件的要求、金属的性质，选择合适的原砂、粘结剂和辅料，然后按一定的比例把它们混合成具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂设备有碾轮式混砂机、逆流式

混砂机和叶片沟槽式混砂机。后者是专为混合化学自硬砂设计的，连续混合，速度快。

造型造芯是根据铸造工艺要求，在确定好造型方法，准备好造型材料的基础上进行的。铸件的精度和全部生产过程的经济效果，主要取决于这道工序。在很多现代化的铸造车间里，造型造芯都实现了机械化或自动化。常用的砂型造型造芯设备有高、中、低压造型机、抛砂机、无箱射压造型机、射芯机、冷和热芯盒机等。

铸件自浇注冷却的铸型中取出后，有浇口、冒口及金属毛刺披缝，砂型铸造的铸件还粘附着砂子，因此必须经过清理工序。进行这种工作的设备有抛丸机、浇口冒口切割机等。砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序，所以在选择造型方法时，应尽量考虑到为落砂清理创造方便条件。有些铸件因特殊要求，还要经铸件后处理，如热处理、整形、防锈处理、粗加工等。

铸造是比较经济的毛坯成形方法，对于形状复杂的零件更能显示出它的经济性。如汽车发动机的缸体和缸盖，船舶螺旋桨以及精致的艺术品等。有些难以切削的零件，如燃汽轮机的镍基合金零件不用铸造方法无法成形。

另外，铸造的零件尺寸和重量的适应范围很宽，金属种类几乎不受限制；零件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是其他金属成形方法如锻、轧、焊、冲等所做不到的。因此在机器制造业中用铸造方法生产的毛坯零件，在数量和吨位上迄今仍是最多的。

铸造生产经常要用的材料有各种金属、焦炭、木材、塑料、气体和液体燃料、造型材料等。所需设备有冶炼金属用的各种炉子，有混砂用的各种混砂机，有造型造芯用的各种造型机、造芯机，有清理铸件用的落砂机、抛丸机等。还有供特种铸造用的机器和设备以及许多运输和物料处理的设备。

铸造生产有与其他工艺不同的特点，主要是适应性广、需用材料和设备多、污染环境。铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染，比起其他机械制造工艺来更为严重，需要采取措施进行控制。

铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能，更高的精度，更少的余量和更光洁的表面。此外，节能的要求和社会对恢复自然环境的呼声也越来越高。为适应这些要求，新的铸造合金将得到开发，冶炼新工艺和新设备将相应出现。

铸造生产的机械化自动化程度在不断提高的同时，将更多地向柔性生产方面发展，以扩大对不同批量和多品种生产的适应性。节约能源和原材料的新技术将会得到优先发展，少产生或不产生污染的新工艺新设备将首先受到重视。质量控制技术在各道工序的检测和无损探伤、应力测定方面，将有新的发展。

冲压的基本工艺分为分离工序与变形工序两类.其中分离工序包括剪裁、落料、冲孔及休整等工序。变形工序包括弯曲和拉延等工序。

1。剪裁：是使坯料按不封闭的轮廓分开的工序。往往作为备料工序，即把坯料剪裁成条料或带料等。

2。落料及冲孔；是使坯料按封闭轮廓分离的工序。落料是将坯料按封闭轮廓分离，其分离部分是成品，周边剩余部分为废料。冲孔是将坯料按封闭轮廓分离，分离部分是废料，周边为成品。

3。弯曲：是将坯料弯曲成一定角度和形状的变形工序。由于弯曲变形过程是塑性变形与弹性变形的过程，所以当外力取消后，坯料有回弹现象即弯曲件的弹性变形部分进行恢复。回弹的角度与很多因素有关。如弯曲半径、材料厚度和金属性质等。因此在设计弯曲模时，要预先对回弹角度有所补偿，以便弯曲后得到需要的准确的角度。

4。拉延：是使平板状坯料变成中空杯状或盒形成品的变形工序。它分为变薄拉延与不变薄拉延。常用的是不变薄拉延，其特点是拉延后工件的壁厚与拉延前坯料的厚度基本一致。拉延是塑性变形过程，随着拉延次数的增加，塑性变形程度将增大，则硬化程度增加，有可能产生破裂。因此对深拉延钢件时，一般拉延3--4次应经退火后，才能继续拉延。

与其它成形工艺相比，铸造是金属液态成形，因此可生产形状十分复杂，尤其是具有复杂内腔的各种尺寸规格的毛坯或零件。铸件的大小、重量及生产批量不受限制，比较灵活。生产成本低，节省资源，材料的利用率高，故应用十分广泛。在机床、汽车、拖拉机、动力机械等制造业中，25～80％的毛坯采用铸造。

铸件的力学性能不如相同化学成分的锻件好，同时由于铸造生产工序多、投料多，控制不好时，铸件质量不够稳定，废品率也相对较高，劳动条件也较差

与其它金属加工方法相比，铸造具有如下优点：

（1）原材料来源广。

（2）生产成本低。

（3）铸件形状与零件接近，尺寸不受限制。

铸型一般由上型、下型、型芯、浇注系统等几部分组成。图3－2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列入表3

表3－1铸型各部分的作用

▪型芯的作用及形成

3、型芯是砂型中的重要组成部分，在制造中空铸件或有妨碍起模的凸台铸件时，往往

要使用型芯。常用的型芯有：（1）水平型芯，（2）垂直型芯，（3）悬臂型芯，（4）悬吊型芯，（5）引伸型芯（有利于取模），（6）外型芯（可使三箱造型变为两箱造型）等。图3－3是上述几种型芯的示意图。

造型方法按砂型紧实方式分为手工造型和机器造型两大类。

手工造型手工造型是全部用手工或手动工具紧实型砂、制成砂型的造型方法。其优点是操作方便，灵活性强，特别适合于单件小批生产。

用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型方法称为机器造型。按紧砂和起模方式不同，有多种不同类型的机器造型方法及相应的造型机

砂型铸造所用的型（芯）砂由原砂和粘结剂组成，必要时，还加入各种附加物。原砂是耐高温材料。常用的是含SiO2较多的硅砂。常用的粘结剂有粘土、水玻璃等。

型砂和芯砂应具有以下性能：

（1）透气性（2）强度（3）耐火度（4）可塑性（5）退让性

上述性能要求是最基本的，有时又是互相矛盾的，因此，要求型砂具有良好的综合性能。

生产中常采用砂子、粘土（常用膨润土）和水等经混制而成的粘土砂。为满足透气性、型砂中还可加入锯末、煤粉等。

压力铸造将液态金属在高压下快速充填到金属铸型中，并在压力下充型和凝固而形成铸件的铸造方法称为压力铸造，简称压铸（图

•熔模铸造用易熔材料（如蜡料）制成零件的精确模样，在模样上涂复多层耐火材料，制成型壳，待型壳干燥、硬化后，加热型壳使蜡模熔化形成型腔，型壳经高温焙烧后即可进行浇注获得铸件的铸造工艺方法叫熔模铸造，又称为失蜡铸造。因此法所得铸件尺寸精度及表面质量好，故又称其为“熔模精密铸造”。(图3－10)

因铸钢件的机械性能（强度、塑性、韧性等）优良和具有良好的焊接性能（指低碳铸钢），所以铸钢常用于制造承受重载荷及冲击载荷的零部件及构件，如水压机的横梁、立柱，锻压机械的机架、大齿轮、轧辊等，还适于制造用于铸－焊联合工艺的大型铸件。

铸造生产时，应根据零件的特点、技术要求，生产数量及生产条件等进行铸造工艺设计。在单件、小批量生产时，工艺设计较简单，只能画出铸造工艺图。

铸造工艺图是用规定的红、蓝两色铅笔将一些表示技术要求的工艺符号标注到产品零件图上而形成的图形。它是制造模样、造型、造芯、浇注、检验等的重要技术文件。同时，它也是绘制铸件图及编制铸造工艺卡（成批、大量生产时需要）的依据。

铸造工艺图技术要点如下： 1. 分型面与分模面两个相邻铸型的接合面称为分型面。分型面可以是平面、斜面和曲面。为便于造型，分型面最好是平面并且应设在铸件最大水平截面处。为适应于分模造型时便于取模而将一个模样分开的切面（平面、斜面或曲面）称为分模面。分模面有时会与分型面重合。

铸钢的铸造工艺特点铸钢的铸造性能远不如铸铁。为保证铸件质量，必须采取更复杂的工艺措施：

(1) 型砂性能要求更高（如强度、耐火度、透气性等）。为防止粘砂，铸型表面应涂上一层耐火材料。

(2) 为使钢液顺利地流动、充型、补缩，使用更多的冒口和冷铁。

(3) 要严格控制浇注温度，避免过高（使钢液易氧化）或过低（使流动性降低）。

2. 浇注位置浇注时，铸件在铸型中所处的位置称为浇注位置。浇注位置和分型面对铸造工艺及铸件质量影响很大，须认真考虑。从保证铸件质量上讲，选择浇注位置主要考虑以下原则

•重要的面应处于型腔的底面或侧面。如车床床身铸件在浇注时，应使其导轨面处于铸型的下方。

•铸件的薄壁部分应置于铸型的下部或侧面，以保证金属液能顺利充满这一部分。•铸件的厚实部分应放在上部或侧面，以便于安置浇、冒口进行补缩。

•铸件的大平面尽可能朝下。

3. 工艺参数。工艺参数主要有加工余量、拔模斜度、铸造收缩率、不铸孔、型芯等。

用钢（主要为中碳钢和铸造合金钢）作为铸件材料的铸造方法称为铸钢，其应用仅次于铸铁，铸钢产量约占铸件总产量的15％左右。

铸钢的熔炼铸钢熔炼可以用平炉、转炉、电弧炉、感应电炉等。铸钢车间大多采用电弧炉。电弧炉温度易控制，操作方便，熔炼质量好，速度快

用于制作铸件的合金有铸铁、铸钢、铝合金和铜合金等。其中，铸铁占铸件产量的75～80％以上。

1. 铸铁的熔炼

铸铁熔炼可使用多种炉型，如冲天炉、电炉、反射炉等，但应用最广的是冲天炉。冲天炉的规格以其熔化率（t / h）表示。

冲天炉的炉料主要有焦炭、溶剂和金属料。熔化的铁液与消耗的焦炭之重量比称为铁焦比，一般为8～10。

经熔炼后的铁水化学成分将发生变化。含碳量、含硫量增加，而硅和锰有一定的烧损。

2. 铸铁的浇注

将熔化的液态金属注入铸型的过程，称为浇注。浇注不当，可能会使铸件产生气孔、冷隔、浇不足、缩孔等缺陷。

浇注前应做好现场准备工作，如选好浇包、清理场地等。临浇注时，要扒去金属液面上的熔渣，以免其进入铸型。浇注时，要合理掌握浇注温度和浇注速度。对复杂件、薄壁件，浇注温度要高，浇注速度要快。而对简单件、厚壁件，则正好相反。

造按生产方式不同，可分为砂型铸造和特种铸造。

特种铸造又可分为熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造、

连续铸造等20余种。

• 1.射蜡

模具制作好以后, 将糊状蜡用高压射蜡机射入模具型腔,

冷却后取出蜡模, 这种蜡模除尺寸稍大之外, 几何形状与所需铸件相同.

2. 组合

将蜡模检查并清洗以后, 按一定的数量焊在一根蜡棒(直浇道)上, 组成"串", 或称为"树".

3. 制壳

将蜡模串浸入耐火涂料中, 取出后沥净, 再撒上耐火砂粒,

砂粒与耐火涂料相粘以至包覆整个蜡模串. 待干燥以后, 重复前面的操作. 这样反复数次, 即在蜡模串表面形成了具有一定厚度的耐火包覆层.

4. 脱蜡

待耐火包覆层干燥以后, 将蜡模串放入高压蒸汽釜中,

蜡受热熔化后流出, 即形成耐火空壳, 称之为壳模.

5. 铸造

将壳模放入烧结窑中烧结, 然后把冶炼好的金属液体倒入壳模. 冷却后铸件和浇道及浇口杯成为一个整体.

6. 除壳

冷却后, 使用震动除壳机将耐火壳震破, 使之脱落.

7. 切割

使用砂轮切割机或等离子切割机, 把铸件逐一切割下来.

8. 后处理

将铸件进行打磨, 抛丸等一系列的处理以后, 即得到所需要的零件.

•铸造有色合金的熔炼

熔炼工艺对有色合金铸件的性能和缺陷有很大影响。多数有色合金易产生气孔和夹杂，尤其是钛合金、铝合金、镁合金和某些铜合金。一般的熔炼工艺流程是：

1）根据铸件技术要求所规定的合金牌号，可查出合金的化学成分范围，从中选定化学成分；

2）根据元素的烧损率和成分要求，进行配料计算，得出各种炉料的加入量，并选择炉料。若炉料受到污染，则需要进行处理，保证所有的炉料清洁、无锈，并在投料前进行预热；

3）检查和准备化用具，涂刷涂料，并预热，防止气体、夹杂物和有害元素的污染；

4）加料。一般加料顺序为：回炉料、中间合金和金属料，低熔点易氧化的金属料，如镁，在炉料熔化之后加入；

5）为了减少合金液的吸气和氧化的污染，应尽快熔化，防止过热，根据需要，有的合金液须加覆盖剂保护；

6）炉料熔化后，进行精炼处理，以净化合金液，并进行精炼效果的检验；

7）根据需要，进行变质处理和细分组织处理以提高性能，并检验处理效果；

8）调整温度，进行浇注。有的合金在浇注前要进行搅拌，以防发生比重偏析。