第二章常用鑄造合金及砂型鑄造

四、合金的凝固特性

1、逐層凝固純金屬或共晶成分合金在恒溫下結(jié)晶，凝固過程中鑄件截面上的凝固區(qū)域?qū)挾葹榱悖孛嫔瞎桃簝上嘟缑娣置?，隨著溫度的下降，固相區(qū)不斷增大，逐漸到達(dá)鑄件中心，這種凝固方式稱為“逐層凝固”。如圖2-3所示。2、中間凝固金屬的結(jié)晶溫度范圍較窄?；蚪Y(jié)晶溫度范圍雖寬，但鑄件截面溫度梯度大。鑄件截面上的凝固區(qū)域?qū)挾冉橛谥饘幽膛c體積凝固之間，稱為“中間凝固”方法。3、體積凝固當(dāng)合金的結(jié)晶溫度范圍很寬，或因鑄件截面溫度梯度很小，鑄件凝固的某段時(shí)間內(nèi)，其液固共存的凝固區(qū)域很寬，甚至貫穿整個(gè)鑄件截面，這種凝固方式稱為“體積凝固”。影響凝固方式的主要因素：

a合金的結(jié)晶溫度范圍（取決于合金成分）(范圍越小越趨于逐層凝固)b鑄件的溫度梯度（梯度越大越趨于逐層凝固）凝固方式對(duì)鑄件質(zhì)量影響：通常，逐層凝固時(shí)，合金的充型能力強(qiáng)，產(chǎn)生冷隔、澆不足、縮孔、編析、熱裂等缺陷的傾向小。2.2、常用鑄造合金的鑄造性能特點(diǎn)1、鑄鐵

a.灰鑄鐵：熔點(diǎn)較低，流動(dòng)性好，凝固溫度范圍小，凝固收縮小。具有良好的鑄造性能。

b.可鍛鑄鐵：熔點(diǎn)比灰鑄鐵高，凝固溫度范圍較大，流動(dòng)性差。體積收縮和線收縮都較大。提高澆注溫度，采取順序凝固原則，設(shè)置冒口和冷鐵。

c.球墨鑄鐵：性能介于灰鑄鐵和鑄鋼之間，流動(dòng)性和灰鑄鐵基本相同。但球化處理時(shí)鐵水溫度有所下降，必須提高鐵水出爐溫度。球墨鑄鐵在凝固收縮前有較大的膨脹。應(yīng)采用提高鑄型剛度，增設(shè)冒口等防止縮孔、縮松的產(chǎn)生。2、鑄鋼

a熔點(diǎn)高，易產(chǎn)生粘砂：型砂具有較高的耐火性、透氣性和強(qiáng)度。

b流動(dòng)性比鑄鐵差，應(yīng)采用干砂型，增大澆注系統(tǒng)截面積，保證足夠的澆注溫度等提高充型能力。

c收縮性大，要設(shè)置較多、尺寸較大的冒口，采用順序凝固原則防止縮孔、縮松的產(chǎn)生。(見左下圖)。對(duì)壁厚均勻的薄壁鑄鋼件，可采用同時(shí)凝固原則和多通道的內(nèi)澆口(見右下圖)，使鋼液能盡快而均勻地填充砂型。

3、鑄造有色金屬

常用的有鋁合金和銅合金，大都流動(dòng)性好、收縮性大、易吸氣和氧化。熔點(diǎn)低，易被污染和燒損。因而應(yīng)在坩堝爐內(nèi)進(jìn)行熔化。

用型砂緊實(shí)成型的鑄造方法稱為砂型鑄造。砂型鑄造是應(yīng)用最廣泛的一種鑄造方法，其主要工序包括：制造模樣，制備造型材料、造型、造芯、合型、熔煉、澆注、落砂、清理與檢驗(yàn)等。

一、造型方法的選擇

二、鑄造工藝設(shè)計(jì)2.3砂型鑄造一、砂型鑄造工藝過程用造型混合料及模樣等工藝裝備制造鑄型的過程稱為造型。造型是砂型鑄造的最基本工序，通常分為手工造型和機(jī)器造型兩大類。

（一）手工造型

手工造型是全部用手工或手動(dòng)工具完成的造型工序。手工造型操作靈活、適應(yīng)性廣、工藝裝備簡(jiǎn)單、成本低，但其鑄件質(zhì)量差、生產(chǎn)率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、技術(shù)水平要求高，所以手工造型主要用于單件小批生產(chǎn)，特別是重型和形狀復(fù)雜的鑄件。一、造型方法的選擇手工造型方法分類

根據(jù)砂型的不同特征，手工造型方法可分為：兩箱造型、三箱造型、脫箱造型、地坑造型、組芯造型；根據(jù)模樣的不同特征，手工造型方法可分為：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活塊造型、刮板造型。各種手工造型方法的示意圖如表2-3所示。各種手工造型方法的主要特征及其適用范圍兩箱造型是造型的最基本方法，鑄型由成對(duì)的上型和下型構(gòu)成，操作簡(jiǎn)單。適用于各種生產(chǎn)批量和各種大小的鑄件。

a)兩箱造型三箱造型的鑄型由上、中、下三型構(gòu)成。中型高度需與鑄件兩個(gè)分型面的間距相適應(yīng)。三箱造型操作費(fèi)工。主要適用于具有兩個(gè)分型面的單件、小批生產(chǎn)的鑄件。

b)三箱造型

c)地坑造型地坑造型是利用車間地面砂床作為鑄型的下箱。大鑄件需在砂床下面鋪以焦炭，埋上出氣管，以便澆注時(shí)引氣。地坑造型僅用或不用上箱即可造型，因而減少了造砂箱的費(fèi)用和時(shí)間，但造型費(fèi)工、生產(chǎn)率低，要求工人技術(shù)水平高。適用于砂箱不足，或生產(chǎn)要求不高的中、大型鑄件，如砂箱、壓鐵、爐柵、芯骨等。整模造型的模樣是整體的，分型面是平面，鑄型型腔全部在半個(gè)鑄型內(nèi)，其造型簡(jiǎn)單，鑄件不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)型缺陷。適用于鑄件最大截面在一端，且為平面的鑄件。

e)整模造型挖砂造型的模樣是整體的，但鑄件分型面為曲面。為便于起模，造型時(shí)用手工挖去阻礙起模的型砂、其造型費(fèi)工、生產(chǎn)率低，工人技術(shù)水平要求高。用于分型面不是平面的單件、小批生產(chǎn)鑄件。

f)挖砂造型假箱造型是為克服挖砂造型的挖砂缺點(diǎn)，在造型前預(yù)先做個(gè)底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不參予澆注，故稱假箱。比挖砂造型操作簡(jiǎn)單，且分型面整齊。適用于成批生產(chǎn)中需要挖砂的鑄件。

j)假箱造型分模造型是將模樣沿最大截面處分成兩半，型腔位于上、下兩個(gè)砂箱內(nèi)，造型簡(jiǎn)單省工。常用于最大截面在中部的鑄件。

g)分模造型活塊造型是在制模時(shí)將鑄件上的妨礙起模的小凸臺(tái)，肋條等這些部分作成活動(dòng)的（即活塊）。起模時(shí)，先起出主體模樣，然后再?gòu)膫?cè)面取出活塊。其造型費(fèi)時(shí)，工人技術(shù)水平要求高。主要用于單件、小批生產(chǎn)帶有突出部分、難以起模的鑄件。

h)活塊造型刮板造型是用刮板代替實(shí)體模樣造型，它可降低模樣成本，節(jié)約木材，縮短生產(chǎn)周期。但生產(chǎn)率低，工人技術(shù)水平要求高。用于有等載面或回轉(zhuǎn)體的大、中型鑄件的單件、小批生產(chǎn)、如帶輪、鑄管、彎頭等。

i)刮板造型（二）機(jī)器造型

機(jī)器造型是指用機(jī)器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序。機(jī)器造型鑄件尺寸精確、表面質(zhì)量好、加工余量小，但需要專用設(shè)備，投資較大，適合大批量生產(chǎn)。

1.機(jī)器造型方法分類

常用的機(jī)器造型方法有：壓實(shí)緊實(shí)、高壓緊實(shí)、震擊緊實(shí)、震壓緊實(shí)、微震緊實(shí)、拋砂緊實(shí)、射壓緊實(shí)、射砂緊實(shí)。

2.各種機(jī)器造型方法的主要特征及其適用范圍壓實(shí)緊實(shí)方法單純借助壓力緊實(shí)砂型，機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲小，生產(chǎn)率高，消耗動(dòng)力少，型砂的緊實(shí)度沿砂箱高度方向分布不均勻，上下緊實(shí)度相差很大。主要適用于成批生產(chǎn)高度小于200mm薄而小的鑄件。a)壓實(shí)緊實(shí)高壓緊實(shí)主要是用較高壓實(shí)比壓（一般在0.7MPa-1.5MPa）壓實(shí)砂型。砂型緊實(shí)度高，鑄件尺寸精度高，表面粗糙度Ra值小，廢品率低，生產(chǎn)率高、噪聲低、灰塵小、易于機(jī)械化、自動(dòng)化、但機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高。主要適用于需大量生產(chǎn)的中、小型鑄件，如汽車、機(jī)械車輛、縫紉機(jī)等產(chǎn)品較為單一的制造業(yè)。

b)高壓緊實(shí)震擊緊實(shí)主要依靠震擊力堅(jiān)實(shí)砂型。該方法機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，但噪聲大、生產(chǎn)率低、要求廠房基礎(chǔ)好。砂型堅(jiān)實(shí)度沿砂箱高度方向愈往下愈大。主要適用于需成批生產(chǎn)的中，小型鑄件。

c)震擊緊實(shí)震壓緊實(shí)是經(jīng)過多次震擊后再壓實(shí)砂型。該方法生產(chǎn)率高，能量消耗少，機(jī)械磨損少，砂型堅(jiān)實(shí)度較均勻，但噪聲大。廣泛用于成批生產(chǎn)中、小型鑄件。

c)震壓緊實(shí)微震緊實(shí)是在加壓堅(jiān)實(shí)型砂的同時(shí)，砂箱和模板作高頻率、小振幅震動(dòng)。此方法生產(chǎn)率較高、緊實(shí)度均勻、噪聲小。廣泛用于成批生產(chǎn)中、小型鑄件。

e)微震緊實(shí)拋砂緊實(shí)是利用離心力拋出型砂，使型砂在慣性力下完成填砂和堅(jiān)實(shí)。該方法生產(chǎn)率高，能量消耗少、噪聲低、型砂堅(jiān)實(shí)度均勻、適用性廣。主要適用于單件、小批、成批、大量生產(chǎn)中、大型鑄件或大型芯。

f)拋砂緊實(shí)射壓緊實(shí)是使壓縮空氣驟然膨脹，將型砂射入砂箱進(jìn)行填砂和緊實(shí)，再進(jìn)行壓實(shí)。該方法生產(chǎn)率高，緊實(shí)度均勻，砂型型腔尺寸精確、表面光滑、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、易于自動(dòng)化、但造型機(jī)調(diào)整維修復(fù)雜。主要適用于大批、大量生產(chǎn)的形狀簡(jiǎn)單的中、小型鑄件。

g)射壓緊實(shí)射砂緊實(shí)是用壓縮空氣將型（芯）砂高速射入砂箱或芯盒而進(jìn)行緊實(shí)。因其將填砂、緊實(shí)兩個(gè)工序同時(shí)完成，故生產(chǎn)率高，但用于造型，其堅(jiān)實(shí)度不高、需進(jìn)行輔助壓實(shí)。廣泛用于制芯、并開始用于造型。

鑄造工藝圖是表示鑄型分型面、澆冒口系統(tǒng)、澆注位置、型芯結(jié)構(gòu)尺寸、控制凝固措施（冷鐵、保溫襯板）等的圖樣。圖中應(yīng)表示出：鑄件的澆注位置、分型面、型芯的數(shù)量、形狀、尺寸及固定方法、加工余量、起模斜度、澆口、冒口、冷鐵的尺寸和位置。

1.鑄造方案的確定

（1）澆注位置的選擇

澆注位置的選擇應(yīng)考慮以下原則：

a）體積收縮大的合金及壁厚差較大的鑄件，應(yīng)按定向凝固的原則，將壁厚較大的部位和鑄件的熱節(jié)部置于上部或側(cè)部，以便設(shè)置冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。二、鑄造工藝設(shè)計(jì)b）重要加工面、耐磨表面等質(zhì)量要求較高部位應(yīng)置于下面或側(cè)面。見圖9－1。圖9-1汽缸澆注時(shí)的位置c）具有大面積的薄壁鑄件，應(yīng)將薄壁部分放在鑄型的下部，同時(shí)要盡量使薄壁部分處于垂直位置或傾斜位置。見圖9－2。圖9－2箱蓋澆注時(shí)的位置d）具有大平面的鑄件，應(yīng)將鑄件的大平面朝下。見圖9－3。

圖9－3平板澆注時(shí)的位置e）盡量減少型芯的數(shù)目，最好使型芯位于下型以便下芯和檢查，同時(shí)應(yīng)保證型芯在鑄型中安放牢靠、排氣通暢。（2）分型面的選擇

分型面為鑄型組元間的接合面，選擇分型面應(yīng)考慮以下原則：a）分型面應(yīng)盡量采用平面分型，避免曲面分型，并應(yīng)盡量選在最大截面上，以簡(jiǎn)化模具制造和造型工藝。見圖9－4。a)不正確b)正確圖9－4分型面應(yīng)選在最大截面處b）盡量將鑄件全部或大部放在同一砂箱以防止錯(cuò)型、飛翅、毛刺等缺陷，保證鑄件尺寸的精確。見圖9－5。a)不合理b)合理圖9－5分型面的位置應(yīng)能減少錯(cuò)型、飛翅c）應(yīng)使鑄件的加工面和加工基準(zhǔn)面處于同一砂箱中。見圖9－6。a)不合理b)合理

圖9－6螺栓塞頭的分型面d）若鑄件的加工面很多，又不可能全部與基準(zhǔn)面放在分型面的同一側(cè)時(shí)，則應(yīng)使加工基準(zhǔn)面與大部分加工面處于分型面的同一側(cè)。e）盡量減少分型面的數(shù)目，最好只有一個(gè)分型面。見圖9－7。a)不合理b)合理

圖9－7分型面數(shù)目的確定f）鑄件的非加工表面上，盡量避免有披縫。見圖9－8。a)不正確b)正確

圖9-8分型面的位置應(yīng)能避免披縫g）分型面的選擇應(yīng)盡量與鑄型澆注時(shí)位置一致。鑄造工藝參數(shù)的選擇

（1）加工余量指為保證鑄件加工面尺寸和零件精度，在鑄件工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加而在機(jī)械加工時(shí)切去的金屬層厚度。零件上需要加工的表面，應(yīng)需有適當(dāng)?shù)募庸び嗔?。鑄件加工余量的大小取決于鑄件的材料、鑄造方法、鑄件尺寸與復(fù)雜程度、生產(chǎn)批量、加工面與基準(zhǔn)面的距離及加工面在鑄型中的位置、加工精度要求等。灰鑄鐵件較鑄鋼件線收縮率小、熔點(diǎn)低，鑄件表面較光潔、平整，故其加工余量小，鑄鋼件因澆注溫度高、表面粗糙、變形大、其加工余量應(yīng)比鑄鐵件大；非鐵合金鑄件表面光潔、且材料昂貴、加工余量應(yīng)比鑄鐵件??；鑄件的尺寸愈大或加工面與基準(zhǔn)面的距離愈大，鐵件的尺寸誤差也愈大，故余量也應(yīng)隨之加大；大量生產(chǎn)時(shí)，因采用機(jī)器造型，鑄件精度高，故余量可減?。环粗?，手工造型誤差大，余量應(yīng)加大；此外，澆注時(shí)朝上的表面，因產(chǎn)生缺陷的機(jī)率大，其加工余量應(yīng)比底面和側(cè)面大。加工余量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)加工余量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和鑄件尺寸公差標(biāo)準(zhǔn)配套使用選取。

（2）起模斜度（拔模斜度）為使模樣容易從鑄型中取出或型芯自芯盒中脫出，平行于起模方向在模樣或芯盒壁上的斜度稱為起模斜度。凡垂直于分型面（分盒面）的沒有結(jié)構(gòu)斜度的壁均應(yīng)設(shè)起模斜度。起模斜度的大小，應(yīng)根據(jù)模壁測(cè)量面高度、模樣材料及造型方法確定。3）最小鑄出孔及槽

零件上的孔、槽、臺(tái)階等應(yīng)從鑄件質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)方面考慮。較大的孔、槽等應(yīng)鑄出來，以便節(jié)約金屬和機(jī)構(gòu)加工工時(shí)，同時(shí)還避免鑄件局部過厚所造成的熱節(jié)，提高鑄件的質(zhì)量，較小的孔槽，則不宜鑄出，直接加工反而方便；如有特殊要求，且無法實(shí)行機(jī)加工的孔如彎曲孔，則一定要鑄出。（4）收縮余量

指為了補(bǔ)償鑄件收縮，模樣比鑄件圖樣尺寸增大的數(shù)值。

（5）鑄造圓角鑄件上相鄰兩壁之間的交角，應(yīng)做出鑄造圓角，防止在尖角處產(chǎn)生沖砂及裂紋等缺陷。圓角半徑一般為相交兩壁平均厚度的1/3～1/2

（6）芯頭指模樣上的突出部分，在型內(nèi)形成芯座并放置芯頭?；蛑感托镜耐馍觳糠?，不形成鑄件輪廓，只是落入芯座內(nèi)，用以定位和支承型芯。分為垂直芯頭和水平芯頭。2023/1/1547砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)為了生產(chǎn)出質(zhì)量合格的鑄件，將所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)合理的零件或毛坯通過鑄造的方式生產(chǎn)出來，除了選擇具有良好鑄造性能的鑄造合金、選擇滿足性能要求的造型材料及造芯材料、選擇恰當(dāng)?shù)娜蹮捈皾沧⒐に囃猓€應(yīng)該進(jìn)行合理的鑄造工藝設(shè)計(jì)；鑄造工藝設(shè)計(jì)指導(dǎo)鑄造生產(chǎn)中造型、造芯、制模型、制芯盒、合箱、澆注等環(huán)節(jié)的生產(chǎn)，是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的重要環(huán)節(jié)。2023/1/1548鑄造工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容鑄造工藝設(shè)計(jì)的先期工作是審查無誤的、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的零件圖；鑄造工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容：用不同的顏色、各種工藝符號(hào)及相應(yīng)的數(shù)據(jù)，將鑄造工藝設(shè)計(jì)的各項(xiàng)內(nèi)容描繪到零件圖上，從而將零件圖制成鑄造工藝圖；鑄造工藝圖是繪制模型圖、芯盒圖、合箱圖、鑄件圖及編制鑄造工藝卡片的主要依據(jù)。202