铸造方法概述：砂型与特种铸造

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：根据铸型的类型不同，铸造方法分为砂型铸造和特种铸造两大类。砂型铸造是目前最常用最基本的铸造方法。压力铸造将熔融金属在高压下快速压入铸型，并在压力下凝固，而获得铸件的方法称为压力铸造，简称压铸。

根据铸型的类型不同，铸造方法分为砂型铸造和特种铸造两大类。砂型铸造是目前最常用最基本的铸造方法。

1.砂型铸造

砂型铸造的基本工艺过程如图3-14所示。主要工序有制造模样和芯盒、制备型砂和芯砂、造型、合型、浇注、落砂清理和检验等。其中造型(芯)是砂型铸造最基本的工序，按紧实型砂和起模方法不同，造型方法可分为手工造型和机器造型两种。

(1)手工造型手工造型操作灵活，工装简单，但劳动强度大，生产率低，常用于单件和小批量生产。

手工造型的方法很多，有整模造型、分模造型、挖砂造型、活块造型、刮板造型等。常用手工造型方法的特点和应用范围见表3-4。

表3-4 常用手工造型方法的特点和应用范围

(续)

图3-14 砂型铸造的基本工艺过程

(2)机器造型机器造型(芯)使紧实和起模两个重要工序实现了机械化，因而生产率高，铸件质量好。但设备投资大，适用于中、小型铸件的成批大量生产。

机器造型按紧实的方式不同，分为压实造型、震击造型、抛砂造型和射砂造型四种基本方式。

1)压实造型。压实造型是利用压头的压力将砂箱中的型砂紧实，图3-15所示为压实造型示意图。先把型砂填入砂箱，然后压头向下将型砂紧实。压实造型生产率高，但型砂高度方向的紧实度不均匀，一般越接近模底板，紧实度越差，因此适用于高度不大的砂箱。

图3-15 压实造型

a)压头压实前位置 b)压头压实后位置

2)震击造型。震击造型是利用撞击对型砂进行紧实，如图3-16所示。砂箱填砂后，震击活塞将工作台连同砂箱举起一定高度，然后下落，与砧座撞击，依靠型砂下落时的冲击力产生紧实作用。

图3-16 震击造型

3)抛砂造型。如图3-17所示，抛砂头转子上装有叶片，型砂由带式输送机连续送入，高速旋转的叶片接住型砂并分成一个一个砂团，当砂团随叶片转到出口时，由于离心力作用，被高速抛入砂箱，同时完成填砂和紧实。

4)射压造型。射压造型的方法除用于造型外多用于造芯。图3-18所示为射砂机工作原理。由储气筒中迅速进入到射膛的压缩空气，将型砂由射砂孔射入芯盒的空腔中，而压缩空气经射砂头上的排气孔排出，射砂过程在较短的时间内同时完成填砂和紧实，生产率极高。

图3-17 抛砂造型

1—机头外壳 2—型砂入口

3—砂团出口 4—被紧实的砂团

5—砂箱

图3-18 射砂机工作原理

1—射砂筒 2—射膛 3—射砂孔 4—排气孔 5—砂斗

6—砂闸板 7—进气阀 8—储气筒 9—射砂头

10—射砂板 11—芯盒 12—工作台

2.特种铸造

与砂型铸造不同的其他铸造方法统称为特种铸造。各种特种铸造方法均有其突出的特点和一定的局限性，下面简要介绍几种常用的特种铸造方法。

(1)熔模铸造如图3-19所示，熔模铸造就是先用母模制造压型，然后用易熔材料制成模样，再用造型材料将其表面包覆，经过硬化后将模样熔去，从而制成无分型面的型壳，最后经浇注而获得铸件。由于熔模广泛采用蜡质材料来制造，所以熔模铸造又称为“失蜡铸造”。

熔模铸造的特点和应用范围:

1)熔模铸造属于一次成型，又无分型面，所以铸件精度高，表面质量好。

2)可制造形状复杂的铸件，最小壁厚可达0.7mm，最小孔径可达1.5mm。

3)适应各种铸造合金，尤其适于生产高熔点和难以加工的合金铸件。

4)铸造工序复杂，生产周期长，铸件成本较高，铸件尺寸和质量受到限制，一般不超过25kg。

熔模铸造适用于制造形状复杂、难于加工的高熔点合金及有特殊要求的精密铸件。目前，主要用于汽轮机、燃气轮机叶片，切削刀具，仪表元件，汽车、拖拉机及机床等零件的生产。

图3-19 熔模铸造工艺过程

a)母模 b)压型 c)熔蜡 d)制造蜡模 e)蜡模 f)蜡模组 g)结壳、脱蜡 h)填砂、浇注

(2)金属型铸造把液体金属浇注到用金属制成的铸型内，而获得铸件的方法称为金属型铸造。一般金属型用铸铁或耐热钢制造，由于金属型可重复使用多次，故又称为永久型。

按照分型面的位置不同，金属型分为整体式、垂直分型式、水平分型式和复合分型式。图3-20所示为水平分型式和垂直分型式结构简图。其中垂直分型式便于布置浇注系统，铸型开合方便，容易实现机械化，应用较广。

图3-20 金属型

a)水平分型式 b)垂直分型式

1—型芯 2—上型 3—下芯 4—模底板 5—动型 6—定型

金属型导热快，无退让性和透气性，铸件容易产生浇不足、冷隔、裂纹、气孔等缺陷。此外在高温金属液的冲刷下型腔易损坏。为此，需要采取如下工艺措施:浇注前预热，浇注过程中适当冷却，使金属型在一定温度范围内工作；型腔内涂刷耐火材料，以达到调节铸件冷却速度、改善铸件表面质量的作用；在分型面上作出通气孔；掌握好开型时间，以利于取件和防止铸件产生裂纹等缺陷。

金属型铸造的特点和应用范围:

1)铸件冷却速度快，组织致密，力学性能好。

2)铸件精度和表面质量较高。

3)实现了“一型多铸”，工序简单，生产率高，劳动条件好。

4)金属型成本高，制造周期长，铸造工艺规程要求严格。

金属型铸造主要用于大批量生产形状简单的有色金属铸件，如铝活塞、气缸、缸盖、泵体、轴瓦、轴套等。

(3)压力铸造将熔融金属在高压下快速压入铸型，并在压力下凝固，而获得铸件的方法称为压力铸造，简称压铸。

压铸是通过压铸机完成的，图3-21所示为立式压铸机工作过程示意图。合型后把金属液浇入压室，压射柱塞向下推进，将液态金属压入型腔，保压冷凝后，压射活塞退回，下活塞顶出余料，动型移开，利用顶杆顶出铸件。

图3-21 立式压铸机工作过程示意图

1—定型 2—压射柱塞 3—动型 4—下活塞 5—余料 6—压铸件 7—压室

压力铸造的特点和应用范围:

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、高压下成型，可铸出形状复杂、轮廓清晰的薄壁精密铸件，铝合金铸件的最小壁厚可达0.5mm，最小孔径可达0.7mm。

3)铸件组织致密，力学性能好，其强度比砂型铸件提高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。

压力铸造主要用于大批量生产低熔点合金的中小型铸件，如铝、锌、铜等合金铸件，在汽车、拖拉机、航空、仪表、电气等行业获得广泛应用。

(4)离心铸造离心铸造是将液体金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力的作用下凝固成型的铸造方法。

根据铸型旋转轴空间位置不同，离心铸造机可分为立式和卧式两大类，如图3-22所示。立式离心铸造机的铸型绕垂直轴旋转，如图3-22a所示，由于离心力和液态金属本身的重力的共同作用，使铸件的内表面为一回转抛物面，造成铸件上薄下厚，而且铸件越高，壁厚差越大。因此，立式离心铸造主要用于生产高度小于直径的圆环类铸件。卧式离心铸造机的铸型绕水平轴旋转，如图3-22b所示，由于铸件各部分冷却条件相近，故壁厚均匀，适用于生产长度较大的管、套类铸件。