1、高，同时芯砂的粘结剂（粘土、油类等）比型砂中的粘结剂的比重要大一些，所以其透气性不图2-1 型砂结构示意图1-砂粒 2-空隙3-附加物 4-粘土膜及型砂，制芯时要做出透气道（孔）；为改善型芯的退让性，要加入木屑等附加物。有些要求高的小型铸件往往采用油砂芯（桐油+砂子，经烘烤至黄褐色而成）。二、型砂的性能 型砂的质量直接影响铸件的质量，型砂质量差会使铸件产生气孔、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷。良好的型砂应具备下列性能：透气性 型砂能让气体透过的性能称为透气性。高温金属液浇入铸型后，型内充满大量气体，这些气体必须由铸型内顺利排出去，否则将使铸件产生气孔、浇不足等缺陷。铸型的透气性受砂的粒度、粘土含量、水
2、分含量及砂型紧实度等因素的影响。砂的粒度越细，粘土及水分含量越高，砂型紧实度越高，透气性则越差。强度 型砂抵抗外力破坏的能力称为强度。型砂必须具备足够高的强度才能在造型、搬运、合箱过程中不引起塌陷，浇注时也不会破坏铸型表面。型砂的强度也不宜过高，否则会因透气性、退让性的下降使铸件产生缺陷。耐火性 指型砂抵抗高温热作用的能力。耐火性差，铸件易产生粘砂。型砂中SiO2含量越多，型砂颗粒就越大，耐火性越好。可塑性 指型砂在外力作用下变形，去除外力后能完整地保持已有形状的能力。可塑性好，造型操作方便，制成的砂型形状准确、轮廓清晰。退让性 指铸件在冷凝时，型砂可被压缩的能力。退让性不好，铸件易产生内应力
3、或开裂。型砂越紧实，退让性越差。在型砂中加入木屑等物可以提高退让性。在单件小批生产的铸造车间里，常用手捏法来粗略判断型砂的某些性能，如用手抓起一把型砂，紧捏时感到柔软容易变形；放开后砂团不松散、不粘手，并且手印清晰；把它折断时，断面平整均匀并没有碎裂现象，同时感到具有一定强度，就认为型砂具有了合适的性能要求，如图2-2所示。型砂湿度适当时 手放开后可看出 折断时断隙设有碎裂状可用手捏成砂团 清晰的手纹 同时有足够的强度图2-2 手捏法检验型砂三、铸型的组成铸型是根据零件形状用造型材料制成的，铸型可以是砂型，也可以是金属型。砂型是由型砂（型芯砂）做造型材料制成的。它是用于浇注金属液，以获得形状、
4、尺寸和质量符合要求的铸件。铸型一般由上型、下型、型芯、型腔和浇注系统组成，如图2-3所示。铸型组元间的接合面称为分型面。铸型中造型材料所包围的空腔部分，即形成铸件本体的空腔称为型腔。液态金属通过浇注系统流入并充满型腔，产生的气体从出气口等处排出砂型。四、浇冒口系统1. 浇注系统 浇注系统是为金属液流入型腔而开设于铸型中的一系列通道。其作用是：平稳、迅速地注入金属液；阻止熔渣、砂粒等进入型腔；调节铸件各部分温度，补充金属液在冷却和凝固时的体积收缩。 正确地设置浇注系统，对保证铸件质量、降低金属的消耗量有重要的意义。若浇注系统不合理，铸件易产生冲砂、砂眼、渣孔、浇不到、气孔和缩孔等缺陷。典型的浇注
5、系统由外浇口、直浇道、横浇道和内浇道四部分组成，如图5-3所示。对形状简单的小铸件可以省略横浇道。 外浇口 其作用是容纳注入的金属液并缓解液态金属对砂型的冲击。小型铸件通常为漏斗状（称浇口杯），较大型铸件为盆状（称浇口盆）。 直浇道 它是连接外浇口与横浇道的垂直通道。改变直浇道的高度可以改变金属液的静压力大小和改变金属液的流动速度，从而改变液态金属的充型能力。如果直浇道的高度或直径太大，会使铸件产生浇不足的现象。为便于取出直浇道棒，直浇道一般做成上大下小的圆锥形。 横浇道 它是将直浇道的金属液引入内浇道的水平通道，一 图5-3 典型浇注系统般开设在砂型的分型面上，其截面形状一般是高梯形，并位于
6、内浇道的上面。横浇道的主要作用是分配金属液进入内浇道和起挡渣作用。 内浇道 它是直接与型腔相连，并能调节金属液流入型腔的方向和速度、调节铸件各部分的冷却速度。内浇道的截面形状一般是扁梯形和月牙形，也可为三角形。3. 冒口 常见的缩孔、缩松等缺陷是由于铸件冷却凝固时体积收缩而产生的。为防止缩孔和缩松，往往在铸件的顶部或厚实部位设置冒口。冒口是指在铸型内特设的空腔及注入该空腔的金属。冒口中的金属液可不断地补充铸件的收缩，从而使铸件避免出现缩孔、缩松。冒口是多余部分，清理时要切除掉。冒口除了补缩作用外，还有排气和集渣的作用。五、模样和芯盒的制造模样是铸造生产中必要的工艺装备。对具有内腔的铸件，铸造时
7、内腔由砂芯形成，因此还要制备造砂芯用的芯盒。制造模样和芯盒常用的材料有木材、金属和塑料。在单件、小批量生产时广泛采用木质模样和芯盒，在大批量生产时多采用金属或塑料模样、芯盒。金属模样与芯盒的使用寿命长达10万30万次，塑料的使用寿命最多几万次，而木质的仅1000次左右。为了保证铸件质量，在设计和制造模样和芯盒时，必须先设计出铸造工艺图，然后根据工 艺图的形状和大小，制造模样和芯盒。在设计工艺图时，要考虑下列一些问题（见图2-4）： 分型面的选择 分型面是上、下砂型的分界面，选择分型面时必须使模样能从砂型中取出，并使造型方便和有利于保证铸件质量。 拔模斜度 为了易于从砂型中取出模样，凡垂直于分型
8、面的表面，都做出0.54的拔模斜度。图2-4 压盖零件的铸造工艺图及相应的模样图 加工余量 铸件需要加工的表面，均需留出适当的加工余量。 收缩量 铸件冷却时要收缩，模样的尺寸应考虑铸件收缩的影响。通常用于铸铁件的要加大1；铸钢件的加大1.52；铝合金件的加大11.5。铸造圆角 铸件上各表面的转折处，都要做成过渡性圆角，以利于造型及保证铸件质量。芯头 有砂芯的砂型，必须在模样上做出相应的芯头。图2-4是压盖零件的铸造工艺图及相应的模样图。从图中可见模样的形状和零件图往往是不完全相同的。第三节 合金的熔炼合金熔炼的目的是要获得符合要求的金属熔液。不同类型的金属，需要采用不同的熔炼方法及设备。如钢的
9、熔炼是用转炉、平炉、电弧炉、感应电炉等；铸铁的熔炼多采用冲天炉；而非铁金属如铝、铜合金等的熔炼，则用坩埚炉。一、铝合金的熔炼铸铝是工业生产中应用最广泛的铸造非铁合金之一。由于铝合金的熔点低，熔炼时极易氧化、吸气，合金中的低沸点元素（如镁、锌等）极易蒸发烧损，故铝合金的熔炼应在与燃料和燃气隔离的状态下进行。1铝合金的熔炼设备铝合金的熔炼一般是在坩埚炉内进行，根据所用热源不同，有焦炭加热坩埚炉、电加热坩埚炉等不同形式，如图3-1所示。通常用的坩埚有石墨坩埚和铁质坩埚两种。石墨坩埚是用耐火材料和石墨混合并成型烧制而成。铁质坩埚是由铸铁或铸钢铸造而成，可用于铝合金等低熔点合金的熔炼。图3-1 铝合金熔
10、炼设备2.铝合金的熔炼 （一般铸件可省此步骤）图3-2 铝合金熔炼过程根据牌号要求进行配料计算和备料。据笔者经验，以铝锭重量为计算依据（因铝锭不好锯切加工），再反求其他化学成分。如新料成分占大部分，可按化学成分的上限值配料，一般减去烧损后仍能达标。注意，所有炉料均要烘干后再投入坩锅内，尤其是在湿度大的时节，以免铝液含气量大，即使通过除气工序也很难除净。空坩锅预热到暗红后投金属料并加入烘干后的覆盖剂（以熔融后刚刚能覆盖住铝液表面为宜），快速升温熔化。铝液开始熔成液体后，须停止鼓风，在非阳光直射时观察，若铝液表面呈微暗红色（温度为680720），可以除气。精炼。常使用六氯乙烷（C2C16）精炼。用
11、钟罩（状如反转的漏勺）压入为炉料总量0.20.3的六氯乙烷（C2C16）（最好压成块状），钟罩压入深度距坩锅底部100150mm，并作水平缓慢移动，此时，因C2C16和铝液发生下列反应：形成大量气泡，将铝液中的H2及AI2O3夹杂物带到液面，使合金得到净化。注意使用时应通风良好，因为C2C16预热分解的Cl2和C2C14均为强刺激性气体。除气精炼后立刻除去熔渣，静置510分钟。接着检查铝液的含气量。常用如下办法检测：用小铁勺舀少量铝液，稍降温片刻后，用废钢锯片在液面拨动，如没有针尖突起的气泡，则证明除气效果好，如仍有为数不少的气泡，应再进行一次除气操作。浇注。对于一般要求的铸件在检查其含气量后
12、就可浇注。浇注时视铸件厚薄和铝液温度高低，分别控制不同的浇注速度。浇注时浇包对准浇口杯先慢浇，待液流平稳后，快速浇人，见合金液上升到冒口颈后浇速变慢，以增强冒口补缩能力。如有型芯的铸件，在即将浇入铝液时用火焰在通气孔处引气，可减少或避免“呛火”现象和型芯气体进入铸件的机会。变质。对要求提高机械性能的铸件还应在精炼后，在730750；时，用钟罩压入为炉料总量12的变质剂。常用变质剂配方为：NaCl35+NaF65。获得优质铝液的主要措施是：隔离（隔绝合金液与炉气接触）、除气、除渣、尽量少搅拌、严格控制工艺过程。二、铸铁的熔炼在铸造生产中，铸铁件占铸件总重量的70%75%，其中绝大多数采用灰铸铁。
13、为获得高质量的铸铁件，首先要熔化出优质铁水。1. 铸件的熔炼要求：铁水温度要高；铁水化学成分要稳定在所要求的范围内；提高生产率，降低成本。2. 铸件的熔炼设备：冲天炉的构造冲天炉是铸铁熔炼的设备，如图3-3所示。炉身是用钢板弯成的圆筒形，内砌以耐火砖炉衬。炉身上部有加料口、烟囱、火花罩，中部有热风胆，下部有热风带，风带通过风口与炉内相通。从鼓风机送来的空气，通过热风胆加热后经风带进入炉内，供燃烧用。风口以下为炉缸，熔化的铁液及炉渣从炉缸底部流人前炉。冲天炉的大小是以每小时能熔炼出铁液的重量来表示，常用的为1.510t/h。3. 冲天炉炉料及其作用（1）金属料金属料包括生铁、回炉铁、废钢和铁合金
14、等。生铁是对铁矿石经高炉冶炼后的铁碳合金块，是生产铸铁件的主要材料；回炉铁如浇口、冒口和废铸件等，利用回炉铁可节约生铁用量，降低铸件成本；废钢是机加工车间的钢料头及钢切屑等，加入废钢可降低铁液碳的含量，提高铸件的力学性能；铁合金如硅铁、锰铁、铬铁以及稀土合金等，用于调整铁液化学成分。（2）燃料冲天炉熔炼多用焦炭作燃料。通常焦炭的加入量一般为金属料的1/121/8，这一数值称为焦铁比。（3）熔剂熔剂主要起稀释熔渣的作用。在炉料中加入石灰石（CaCO3）和萤石（CaF2）等矿石，会使熔渣与铁液容易分离，便于把熔渣清除。熔剂的加入量为焦炭的25一30。4冲天炉的熔炼原理在冲天炉熔炼过程中，炉料从加料
15、口加入，自上而下运动，被上升的高温炉气预热，温度升高；鼓风机鼓入炉内的空气使底焦燃烧，产生大量的热。当炉料下落到底焦顶面时，开始熔化。铁水在下落过程中被高温炉气和灼热焦炭进一步加热（过热），过热的铁水温度可达1600左右，然后经过过桥流入前炉。此后铁水温度稍有下降，最后出铁温度为13801430。冲天炉内铸铁熔炼的过程并不是金属炉料简单重熔的过程，而是包含一系列物理、化学变化的复杂过程。熔炼后的铁水成分与金属炉料相比较，含碳量有所增加；硅、锰等合金元素含量因烧损会降低；硫含量升高，这是焦炭中的硫进入铁水中所引起的。第四节 造 型（实践操作用）用型砂及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。造型方
16、法可分为手工造型和机器造型两大类。一、手工造型手工造型操作灵活，使用4-1所示的造型工具可进行整模两箱造型、分模造型、挖砂造型、活块造型、假箱造型、刮板造型及三箱造型等。根据铸件的形状、大小和生产批量选择造型方法。（a） （b） （c） （d） （e） （f） （g） （h）图4-1 常用手工造型工具a）浇口棒 b）砂冲子 c）通气针 d）起模针 e）墁刀 f）秋叶 g）砂勾 h）皮老虎1整模造型 整模造型过程如图4-2所示。整模造型的特点是：模样是整体结构，最大截面在模样一端为平面；分型面多为平面；操作简单。整模造型适用于形状简单的铸件，如盘、盖类。（a）造下砂型、添砂、舂砂 （b）刮平、翻
17、箱 （c）造上型、扎气孔、做泥号（d）起箱、起模、开浇口 （e）合型 （f）落砂后带浇口的铸件图4-2 齿轮整模造型过程2分模造型 分模造型的特点是：模样是分开的，模样的分开面（称为分型面）必须是模样的最大截面，以利于起模。分模造型过程与整模造型基本相似，不同的是造上型时增加放上模样和取上半模样两个操作。套筒的分模造型过程如图4-3所示。分模造型适用于形状复杂的铸件，如套筒、管子和阀体等。（a）造下型 （b）造上型 （c）开箱、起模 （d）开浇口、下芯 （e）合型 （f）带浇口的铸件图4-3 套筒分模造型过程（3）活块模造型 模样上可拆卸或能活动的部分叫活块。当模样上有妨碍起模的侧面伸出部分（
18、如小凸台）时，常将该部分做成活块。起模时，先将模样主体取出，再将留在铸型内的活块单独取出，这种方法称为活块模造型。用钉子连接的活块模造型时（如图4-4），应注意先将活块四周的型砂塞紧，然后拔出钉子。零件图 铸件 模样（a）造下型、拔出钉子 （b）取出模样主体 （c）取出活块图4-4 活块造型1-用钉子连接活块 2-用燕尾连接活块（4）挖砂造型 当铸件按结构特点需要采用分模造型，但由于条件限制（如模样太薄，制模困难）仍做成整模时，为便于起模，下型分型面需挖成曲面或有高低变化的阶梯形状（称不平分型面），这种方法叫挖砂造型。手轮的挖砂造型过程如图4-5所示。零件图 （a）造下型 （b）翻下型、挖修分
19、型面（c）造上型、敞箱、起模 （d）合箱 （e）带浇口的铸件图4-5 手轮的挖砂造型过程（5）三箱造型 用三个砂箱制造铸型的过程称为三箱造型。前述各种造型方法都是使用两个砂箱，操作简便、应用广泛。但有些铸件如两端截面尺寸大于中间截面时，需要用三个砂箱，从两个方向分别起模。图4-6为带轮的三箱造型过程。铸件图 模样 （a）造下箱 （b）翻箱、造中箱。（c）造上箱 （d依次取箱 （e）下芯合型图4-6 带轮的三箱造型过程（6）刮板造型 尺寸大于500mm的旋转体铸件，如带轮、飞轮、大齿轮等单件生产时，为节省木材、模样加工时间及费用，可以采用刮板造型。刮板是一块和铸件截面形状相适应的木板。造型时将刮
20、板绕着固定的中心轴旋转，在砂型中刮制出所需的型腔，如图4-7所示。（a）皮带轮铸件 （b）刮板（图中字母表示与铸件的对应部位）（c）刮制下型 （d）刮制上型 （e）合型图4-7 皮带轮铸件的刮板造型过程（7） 假箱造型 假箱造型是利用预制的成形底板或假箱来代替挖砂造型中所挖去的型砂，如图4-8所示。图4-8 用假箱和成形底板造型a） 假箱 b）成形底板1-假箱 2-下砂型 3-最大分型面 4-成形底板（8） 地坑造型 直接在铸造车间的砂地上或砂坑内造型的方法称为地坑造型。大型铸件单件生产时，为节省砂箱，降低铸型高度，便于浇注操作，多采用地坑造型。图4-9为地坑造型结构，造型时需考虑浇注时能顺利
21、将地坑中的气体引出地面，常以焦炭、炉渣等透气物 料垫底，并用铁管引出气体。 图4-9 地坑造型结构二、制芯 为获得铸件的内腔或局部外形，用芯砂或其他材料制成的、安放在型腔内部的铸型组元称型芯。绝大部分型芯是用芯砂制成的。砂芯的质量主要依靠配制合格的芯砂及采用正确的造芯工艺来保证。浇注时砂芯受高温液体金属的冲击和包围，因此除要求砂芯具有铸件内腔相应的形状外，还应具有较好的透气性、耐火性、退让性、强度等性能，故要选用杂质少的石英砂和用植物油、水玻璃等粘结剂来配制芯砂，并在砂芯内放入金属芯骨和扎出通气孔以提高强度和透气性。形状简单的大、中型型芯，可用粘土砂来制造。但对形状复杂和性能要求很高的型芯来说
22、，必须采用特殊粘结剂来配制，如采用油砂、合脂砂和树脂砂等。另外，型芯砂还应具有一些特殊的性能，如吸湿性要低（以防止合箱后型芯返潮）；发气要少（金属浇注后，型芯材料受热而产生的气体应尽量少）；出砂性要好（以便于清理时取出型芯）。型芯一般是用芯盒制成的，其开式芯盒制芯是常用的手工制芯方法，适用于圆形截面的较复杂型芯。其制芯过程见图4-10。（a） （b） （c） （d） （e）图4-10 对开式芯盒制芯（a）准备芯盒 （b）夹紧芯盒，分次加入芯砂、芯骨，舂砂 （c）刮平、扎通气孔（d）松开夹子，轻敲芯盒 （e）打开芯盒，取出砂芯，上涂料三、合型将上型、下型、型芯、浇口盆等组合成一个完整铸型的操作过
23、程称为合型，又称合箱。合型是制造铸型的最后一道工序，直接关系到铸件的质量。即使铸型和型芯的质量很好，若合型操作不当，也会引起气孔、砂眼、错箱、偏芯、飞边和跑火等缺陷。合型工作包括：（1）铸型的检验和装配 下芯前，应先清除型腔、浇注系统和型芯表面的浮砂，并检查其形状、尺寸和排气道是否通畅。下芯应平稳、准确。然后导通砂芯和砂型的排气道；检查型腔主要尺寸；固定型芯；在芯头与砂型芯座的间隙处填满泥条或干砂，防止浇注时金属液钻人芯头而堵死排气道。最后，平稳、准确地合上上型。（2）铸型的紧固 为避免由于金属液作用于上砂箱引发的抬箱力而造成的缺陷，装配好的铸型需要紧固。单件小批生产时，多使用压铁压箱，压铁重
24、量一般为铸件重量的35倍。成批、大量生产时，可使用压铁、卡子或螺栓紧固铸型。紧固铸型时应注意用力均匀、对称；先紧固铸型，再拔合型定位销；压铁应压在砂箱箱壁上。铸型紧固后即可浇注，待铸件冷凝后，清除浇冒口便可获得铸件。四、造型的基本操作造型方法很多，但每种造型方法大都包括舂砂、起模、修型、合箱工序。1. 造型模样用木材、金属或其它材料制成的铸件原形统称为模样，它是用来形成铸型的型腔。用木材制作的模样称为木模，用金属或塑料制成的模样称为金属模或塑料模。目前大多数工厂使用的是木模。模样的外形与铸件的外形相似，不同的是铸件上如有孔穴，在模样上不仅实心无孔，而且要在相应位置制作出芯头。. 造型前的准备工
25、作 准备造型工具，选择平整的底板和大小适应的砂箱。砂箱选择过大，不仅消耗过多的型砂，而且浪费舂砂工时。砂箱选择过小，则木模周围的型砂舂不紧，在浇注的时候金属液容易从分型面即交界面间流出。通常，木模与砂箱内壁及顶部之间须留有30100mm的距离，此距离称为吃砂量。吃砂量的具体数值视木模大小而定。 擦净木模，以免造型时型砂粘在木模上，造成起模时损坏型腔。 安放木模时，应注意木模上的斜度方向，不要把它放错。3. 舂砂 舂砂时必须分次加入型砂。对小砂箱每次加砂厚约5070mm。加砂过多舂不紧，而加砂过少又费用工时。第一次加砂时须用手将木模周围的型砂按紧，以免木模在砂箱内的位置移动。然后用舂砂锤的尖头分
26、次舂紧，最后改用舂砂锤的平头舂紧型砂的最上层。 舂砂应按一定的路线进行。切不可东一下、西一下乱舂，以免各部分松紧不一。 舂砂用力大小应该适当，不要过大或过小。用力过大，砂型太紧，浇注时型腔内的气体跑不出来。用力过小，砂型太松易塌箱。同一砂型各部分的松紧是不同的，靠近砂箱内壁应舂紧，以免塌箱。靠近型腔部分，砂型应稍紧些，以承受液体金属的压力。远离型腔的砂层应适当松些，以利透气。 舂砂时应避免舂砂锤撞击木模。一般舂砂锤与木模相距2040mm，否则易损坏木模。4. 撒分型砂在造上砂型之前，应在分型面上撒一层细粒无粘土的干砂（即分型砂），以防止上、下砂箱粘在一起开不了箱。撒分型砂时，手应距砂箱稍高，一
27、边转圈、一边摆动，使分型砂经指缝缓慢而均匀散落下来，薄薄地复盖在分型面上。最后应将木模上的分型砂吹掉，以免在造上砂型使，分型砂粘到上砂型表面，而在浇注时被液体金属冲下来落入铸件中，使其产生缺陷。5. 扎通气孔除了保证型砂有良好的透气性外，还要在已舂紧和刮平的型砂上，用通气针扎出通气孔，以便浇注时气体易于逸出。通气孔要垂直而且均匀分布。6. 开外浇口外浇口应挖成60的锥形，大端直径约6080mm。浇口面应修光，与直浇道连接处应修成圆弧过渡，以引导液体金属平稳流入砂型。若外浇口挖得太浅而成碟形，则浇注液体金属时会四处飞溅伤人。7. 做合箱线若上、下砂箱没有定位销，则应在上、下砂型打开之前，在砂箱壁
28、上作出合箱线。最简单的方法是在箱壁上涂上粉笔灰，然后用划针画出细线。需进炉烘烤的砂箱，则用砂泥粘敷在砂箱壁上，用墁刀袜平后，再刻出线条，称为打泥号。合箱线应位于砂箱壁上两直角边最远处，以保证x和y方向均能定位，并可限制砂型转动。两处合箱线的线数应不相等，以免合箱时弄错。做线完毕，即可开箱起模。8. 起模 起模前要用水笔沾些水，刷在木模周围的型砂上，以防止起模时损坏砂型型腔。刷水时应一刷而过，不要使水笔停留在某一处，以免局部水分过多而在浇注时产生大量水蒸汽，使铸件产生气孔缺陷。 起模针位置要尽量与木模的重心铅锤线重合。起模前，要用小锤轻轻敲打起模针的下部，使木模松动，便于起模。 起模时，慢慢将木模垂直提起，待木模即将全部起出时，然后快速取出。起模时注意不要偏斜和摆动。9. 修型起模后，型腔如有损坏，应根据型腔形状和损坏程度，正确使用各种修型工具进行修补。如果型腔损坏较大，可将木模重
