特种铸造工艺
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。
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）
特种铸造技术介绍PPT
（1）适用于生产形状复杂、精度要求高或难以切削加工成形的各种金属材料（尤其是碳钢及合金 钢）小型零件。如汽轮机、涡轮机的叶片或叶轮，汽车、拖拉机或机床用的各种小件。
2.压力铸造
█ 定义：是指将液态或半液态合金浇入压铸机的压室中，使之在高压和高速 下充填型腔，并在高压下成形结晶而获得铸件的一种铸造方法。常用压射压力 为5－70MPa，压射速度0.5－5m/s，充填时间很短，约0.01－02s。
6、适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产。
3.低压铸造
█ 定义：是指液态金属在低的气体压力作用下从坩埚中自下而上地充填型腔 并凝固而获得铸件的一种铸造方法。常用压力为0.02~0.06MPa，介于重力和 压力铸造之间。
➢ 工艺过程：
3.低压铸造
3.低压铸造
特点和应用：
1、液态金属自下而上平稳的充填型腔， 型腔中的液流的方向与气体排出的方向一 致，避免了液态金属对型壁、型芯的冲刷 以及气体和氧化物，从而防止了铸件产生 气孔和非金属夹杂物；
3.应用范围
离心铸造是生产管套类铸件的主要方法，广泛应用于生产铸铁水管、缸套、轴套等。
各种铸造方法与砂型铸造加工精度对比：
结束
1.熔模铸造
◆◆ 熔模精密铸造：是指利用易熔材料制成模样，并在模样表面粘结一定厚度的耐火材料，然
后将模样熔化而使金属液充满型腔的一种铸造方法。（也称失蜡铸造）
熔 模 铸 造 工 艺 过 程
1.熔模铸造（1）熔模铸源自的工艺过程① 制作压型 压型根据铸件图制作，压型是压制蜡模的中间铸型。对高精度或大批量生产的铸件，常用机 械加工制成的钢或铝合金压型；对精度要求不高或生产批量不大的铸件常用低熔点合金（锡、铅、 铋）直接浇注的压型；对单件小批量的铸件可用石膏或塑料制作的压型。 ② 制作蜡模 将低熔点熔融态蜡料（常用50%的石蜡+50%的硬脂酸）压入压型中，冷凝后取出，得到单个蜡 模。将若干拉模粘到预制的蜡质浇口棒上，成为蜡模组。 ③ 制作壳型 将蜡模组浸入石英粉与水玻璃配成的浆料中，取出后在其表面撒上一层细石英砂，再浸入氯 化铵的溶液中硬化。如此由细到粗反复涂挂4-5次，指导表面结成5-10mm厚的硬壳后，放入8590℃的热水中，熔去蜡模而得到型腔与蜡模组一致的壳型。
特种铸造06金属型铸造工艺
•铸 件 和 金 属 型 在 K1》1 ， K2》1 时的温度分布
特种铸造06金属型铸造工艺
•
•下列两种情况 ： •（1） k1 《 1 k2 《 1 •（2） k1 》1 k2 》 1
• 对于金属型铸造，属于第一种情况。即金属液及金属型中的温差与间隙 的温差比可忽略，间隙成为铸件冷却的控制环节。 • 金属型铸造时，型壁与铸件间是有涂料的，涂料可以认为是间隙的一部 分。涂料和空气的导热系数都很小，且间隙层都很薄。 可以用改变涂料的 热物理性能和厚度的方法来控制铸件的凝固。
图2-4 铸件-间隙-金属 型系统的温度分布 1-金属型 2-间隙
各组元的比热流（单位时间、单位面 •
积通过的热量）q都相同
心
3-铸件 4-铸件 中
特种铸造06金属型铸造工艺
•根据付立叶定律，q值可用下述三式表示： • t℃• 4 3 2 1
• t0
•（1）
•t1
•（2）
• t2 • t3
• x1 x2 x3
v 金属型铸造 传热特点是，铸件
断面上的温差和铸型 断面上的温差与中间 层的温度相比，显得 很小，可以忽略不计。 可以认为，铸件和铸 型断面上的温度分布 实际上是均匀的，传 热过程主要取决于涂 料层的热物理性质。
特种铸造06金属型铸造工艺
v 金属型的涂料层很薄时 中间层断面的温差与
铸件和铸型的温差相比较 显得很小。可以认为，铸 型内表面温度和铸件表面 温度相同，传热过程取决 与铸件和铸型的热物理量。
特种铸造06金属型铸造工艺
三、金属型铸造的应用范围
v 合金种类
•除热裂倾向大的合金，常用铸造合金都可利用金属 型铸造。
v 铸件形状和大小 •一般金属型铸造适用于形状不太复杂的中小
第四节特种铸造介绍
消失模铸造应用： 特别适合于形状复杂铸件的生产，适用范 围广，不但适合于生产各类合金 （包括灰铸铁、球墨铸
铁以及除低碳钢以外的铸钢，还包括铝、镁、铜合
金），而且不受铸件结构、尺寸、重量和批量限制。
三、金属型铸造 将液态金属浇入用金属制成的铸型，冷凝后获得 铸件的方法。
1、金属铸型构造 1）铸型材料：多数用铸铁；要求较高用碳钢或低合金钢。 2）型芯材料：形状简单件或有色金属件用金属型芯；薄壁复 杂件或铸铁、铸钢件用砂芯。 3）铸型的种类：按分型面的方位分为垂直分型式、 水平分型 式和整体式、复合分型式。 4）合箱、开箱方式：自动或半自动的连杆机构。
图4.18 圆筒件的离心铸造
2、特点及应用
特点：
（1）工艺过程简单；铸造圆筒形铸件时，可节省型芯和浇注系 统，省工省料，降低成本； （2）铸件组织致密，极少有缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷， 铸件力学性能高。 （3）合金充型能力得到了提高，可以浇注流动性较差的合金铸 件和薄壁铸件，如涡轮、叶轮等； （4）便于制造双金属件，如轧辊、钢套、镶铜衬、滑动轴承等。 （5）缺点：铸件内表面质量差，内孔尺寸不易控制。
3、金属型铸造的特点和适用范围 特点： 1）铸型能反复使用，可一型多铸； 2）冷却快，组织致密,机械性能高 ； 3）尺寸精度和表面质量高； 4）生产率高，劳动条件好 。 5）铸型制造成本高，周期长； 6）透气性差，无退让性，铸件易产生浇不足、冷隔、 裂纹等缺陷； 7）铸造合金的熔点不能太高，质量不能太大。 应用： 主要用于有色合金铸件的大批量生产。 如：铝活塞、气缸盖、油泵壳体、铜瓦等。
（3）起模与喷烧：灌浆约十几分钟后，在浆料尚有 一定弹性时起出模型，然后用明火喷烧整个型腔以加 速固化。
（4）焙烧与合箱：浇注前陶瓷型要加热到350～ 550℃焙烧几个小时，去除残留在陶瓷型中的乙醇及 水分，并进一步提高铸型强度。
特种铸造2第二章_熔模铸造
2.2.4.4 熔模的脱模
分型剂的使用：压蜡前在压型内表面涂 敷一层，利于取出熔模。 要求越薄越好
蜡基：一般采用机油、松节油、硅油 树脂基：麻油与酒精混合物或者硅油 压缩空气起模
2.2.5 熔模的组装
1) 焊接法——应用最广泛 电烙铁
2） 粘接法——卯榫结构 3） 机械组装法——大批量、小铸件、高效率
熔化方法 水浴加热
旋转桨叶搅拌法
活塞搅拌法: 带孔活塞往复运动
2. 松香基模料的配制
A 熔化设备：不锈钢电热锅（熔点高） B 注意：加料次序 聚合物、蜡料、松香
3. 模料配制工艺要点：
模料配制过程中应该注意的三点：
A 严格控制温度的升限和在高温下停留的时间。避免模料的 烧损和变质。（防止局部过热） B 合理安排各组元的加热顺序 原则：溶剂优先，互溶在前。
硬度提高，强度下降，凝固温度区间变窄
• 表2-2 石蜡—硬脂酸（1：1）模料的主要性能
2.2.2.2 树脂基模料
• 松香：软化点70～90℃ • 用途 • 常与蜡料、聚合物等混合蜡基模料
• 蜡基模料 • 优点：易于配制（熔点较低），复用性好。 • 不足：软化点过低，收缩率略大，硬脂酸价格过高。
• HB 5352.4-2004 熔模铸造型壳性能试验方法 第4部分：透气性的测定
型壳的制造工艺——涂挂法
熔模铸造型壳： 多层型壳：涂挂法制壳—（浸涂）最常用
喷涂法
刷涂法
对型壳的性能要求：
1 . 型壳的高温强度和高温软化点
型壳的软化点是指型壳强度随温度升高而开始下降 的温度。不同型壳软化点不同。软化点高，高温强度下 降速度小，有利于提高铸件的尺寸精度。
2.3 型壳的制造
特种成型-熔模铸造工艺技术详解
二是与醇发生脂化反应，生成脂肪酸脂和
水。
（3）酯蜡 ➢ 是高级脂肪酸和高级饱和一元醇进行脂化反应生
成酯的混合物，其分子式为RCOOR′。
➢ 主要包括川蜡C25H51COOC26H53和蜂蜡 C15H31COOC30H61 。
3、工艺性能 ➢可焊性：具有良好的焊接性能和焊接强度。 ➢流动性：获得形状准确和表面光洁的熔模。 ➢图挂性：模料应能很好的为耐火材料所润湿。 ➢灰分：要尽可能少，应低于0.05％。 4、其他性能
还要求模料的密度小，回收方便，复用 性好，无公害及来源丰富，价格低廉等。
二、模料的种类、组成和性能
1、蜡基模料（低温模料）
金属材料工程教研室
第二节 制壳原材料
对制壳用耐火材料提出相应的性能要求： （1）耐火材料的耐火度及最低共熔点
必须具有高于金属浇注温度的耐火度，耐火度 和熔点这两个概念的区别。 （2）耐火材料的热膨胀性
各种耐火材料的热膨胀性能主要取决于其化学 矿物组成和所处的温度。 （3）耐火材料的化学稳定性
耐火材料对于粘结剂和熔融金属应具有良好的 化学稳定性。
金属材料工程教研室
金属材料工程教研室
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工艺流程： 熔模铸造的工艺过程包括：蜡模制造、
结壳、
熔模铸造的特点：
➢铸件的精度和表面质量较高（精度可达 CT4~7，Ra1.6~12.5）。
➢合金种类不受限制，钢铁及有色金属均可适 用。
➢ 石蜡的强度低，塑性好，硬度差（针入度为150）。
2）地蜡 ➢ n=35～53，主要由异构烷烃组成，是微晶型蜡。 ➢ 熔点比石蜡高，热稳定性好，能与石蜡互溶。 ➢ 有提纯地蜡和合成地蜡两种，地蜡价高。 （2）脂肪酸蜡 分子式CnH2n+1COOH，为晶体。 ➢ 酸性：固态时酸性不明显，熔融时随温度升高，
金属工艺学特种铸造
金属工艺学特种铸造金属工艺学是一门研究金属材料的加工和制造过程的学科。
其中一个重要的领域是特种铸造，它涉及到一些非常特殊和复杂的铸造工艺。
特种铸造包括几种不同的技术，如精密铸造、石膏模铸造和压力铸造等。
这些技术具有各自的特点和应用范围，可以满足不同的需求。
精密铸造是一种高精度铸造技术，常用于制造精密零件，如精密机械零件、航空航天部件、光学器件等。
这种铸造技术要求铸件的尺寸精度和表面质量非常高，通常需要采用特殊的模具和生产工艺来实现。
石膏模铸造是一种常用的铸造技术，适用于制造小型和中型铸件。
这种技术使用石膏作为模具材料，通过石膏模具的蒸发和热解来获得最终的铸件。
石膏模铸造具有成本低、生产周期短的优点，因此在一些小批量生产和快速投产的应用中得到广泛使用。
压力铸造是一种通过加压将熔融金属注入模具的技术。
常见的压力铸造方法包括压力砂铸造和压力真空铸造。
压力铸造能够获得高密度、无缺陷的铸件，具有优异的机械性能和表面质量。
这种技术广泛应用于汽车制造、航空航天和电子设备等领域。
除了上述的几种特种铸造技术，金属工艺学还涉及到其他一些铸造工艺，如表面涂层、热处理和机加工等。
这些工艺可以进一步改善铸件的性能和质量，满足不同的使用需求。
总之，特种铸造是金属工艺学中的一个重要分支，涉及到多种复杂和特殊的铸造工艺。
通过合理选择和应用这些技术，可以生产出满足各种要求的高质量铸件。
特种铸造是金属加工领域中一个非常重要的分支，它涉及到一些非常特殊和复杂的铸造工艺。
在特种铸造中，通过选择合适的材料、模具和生产工艺，可以生产出高质量、高精度和特殊形状的金属铸件。
在特种铸造中，精密铸造是一项重要的技术。
它采用高精度模具和特殊填充工艺，可以生产出非常精确的铸件。
精密铸造常用于制造精密机械零件、航空航天部件、光学器件和医疗器械等。
这些铸件在尺寸精度、表面质量和功能要求方面都有较高的要求。
通过精密铸造技术，可以确保铸件的尺寸、形状和表面质量的稳定性，满足各种严苛的应用要求。
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特种铸造：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，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造和实型铸造等。
特点：特种铸造具有铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好、原材料消耗低、工作环境好等优点。
但铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定限制。
一、熔模铸造（失蜡铸造）
（一）熔模铸造的工艺过程
1．制造蜡模蜡模材料常用50%石蜡和50%硬脂酸配制而成。
如图1-34a所示。
为提高生产率，常把数个蜡模熔焊在蜡棒上，成为蜡模组，如图1-34b所示。
2．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4~10层），型壳的总厚度为5~7mm，如图1-34c所示。
3．熔化蜡模（脱蜡）通常将带有蜡模组的型壳放在80~90℃的热水中，使蜡料熔化后从浇注系统中流出。
4．型壳的焙烧把脱蜡后的型壳放入加热炉中，加热到800~950℃，保温0.5~2h，烧去型壳内的残蜡和水分，并使型壳强度进一步提高。
5．浇注将型壳从焙烧炉中取出后，周围堆放干砂，加固型壳，然后趁热（600~700℃）浇入合金液，并凝固冷却。
6．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。
熔模铸造的工艺过程
（二）熔摸铸造铸件的结构工艺性
熔摸铸造铸件的结构，除应满足一般铸造工艺的要求外，还具有其特殊性：1．铸孔不能太小和太深否则涂料和砂粒很难进入腊模的空洞内，只有采用陶瓷芯或石英玻璃管芯，工艺复杂，清理困难。
一般铸孔应大于2mm.。
2．铸件壁厚不可太薄一般为2~8mm。
3．铸件的壁厚应尽量均匀熔摸铸造工艺一般不用冷铁，少用冒口，多用直浇口直接补缩，故不能有分散的热节。
（三）熔模铸造的特点和应用
熔模铸造的特点是：
（1）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，其尺寸精度可达IT11~IT14，表面粗糙度为Ra12.5~1.6μm。
如熔模铸造的涡轮发动机叶片，铸件精度已达到无加工余量的要求。
（2）可制造形状复杂铸件，其最小壁厚可达0.3mm，最小铸出孔径为0.5mm。
对由几个零件组合成的复杂部件，可用熔模铸造一次铸出。
（3）铸造合金种类不受限制，用于高熔点和难切削合金，更具显著的优越性。
（4）生产批量基本不受限制，既可成批、大批量生产，又可单件、小批量生产。
缺点：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25kg以下。
产品：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。
二、金属型铸造
金属型铸造：将液体金属在重力作用下浇入金属铸型，以获得铸件的一种方法。
铸型用金属制成，可以反复使用几百次到几千次。
1、金属型的结构与材料
根据分型面位置的不同，金属型可分为垂直分型式、水平分型式和复合分型式三种结构，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，垂直分型式金属型
原创图1-36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。
上面的大金属芯由三部分组成，便于从铸件中取出。
当铸件冷却后，首先取出中间的楔片及两个小金属芯，然后将两个半金属芯沿水平方向向中心靠拢，再向上拔出。
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，则要用合金铸铁或钢制金属型。
金属型用的芯子有砂芯和金属芯两种。