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第8章 铸 造
8.1 概述
将液态金属（或合金）浇注到铸型中，经冷却凝固、清除整理后得到具有预定形状、尺寸和性能的铸件的方法，称为铸造。
铸造成型与其它加工方法相比具有下列优点：
(1）适用范围广。
(2）铸造可以生产各种形状复杂的毛坯，特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。
(3）铸件的形状和大小可以与零件很接近，既节约金属材料，又省切削加工工时。
(4）铸件一般使用的原材料来源广、铸件成本低。
(5）铸造工艺灵活，生产率高，既可以手工生产，也可以机械化生产。
8．2 砂型铸造
在铸造生产中，将金属液浇入到砂质型腔中，待其冷却凝固后，得到铸件的方法称为砂型铸造。
8.2.1 型砂和芯砂

1. 型（芯）砂的性能
   ① 强度 型砂抵抗外力破坏的能力称为强度。型（芯）砂必须具备足够高的强度。
   ② 透气性 型（芯）砂能让气体透过的性能称为透气性。铸型的透气性受砂的粒度、粘土含量、水分含量及砂型紧实度等因素的影响。
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   ③ 可塑性 型（芯）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称为可塑性。
   ④ 耐火性 型（芯）砂抵抗高温热作用的能力称为耐火性。耐火性差，铸件易产生粘砂。
   ⑤ 退让性 铸件在冷凝时，型砂可被压缩的能力称为退让性。型砂越紧实，退让性越差。
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   在铸造车间里，常用“手捏法”来粗略判断型砂的某些性能，如图8.1所示。
   型砂湿度适当时可将其捏成砂团
   将手松开可看到清晰的手纹
   折断后断面没有碎裂现象，同时有一定强度
   图8.1 “手捏法”检验型砂
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   2． 型（芯）砂的组成
   型砂和芯砂的组成基本相同，都是有原砂、粘结剂、附加物和水组成。
   （1）原砂 主要以硅砂（SiO2）为主，硅砂最可取处是储量丰富、价廉易得。
   （2）粘结剂 常用的粘结剂为粘土和特殊粘结剂。粘土是配制型砂和芯砂的主要粘结剂，特殊粘结剂多用于芯砂，它主要有水玻璃、树脂、桐油等。
   （3）附加物 常用的附加物有煤粉、木屑等。煤粉可降低铸件的表面粗糙度，木屑可提高型（芯）砂的退让性与透气性。
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   8.2.2 砂型铸造基本工艺过程和铸型的组成
   1． 砂型铸造基本工艺过程
   砂型铸造的基本工艺过程,如图8.2所示。
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   图8.2 砂型铸造的工艺过程
   1-芯盒；2-模样；3-芯砂；4-造型；5-砂芯；6-型砂；7-造型；
   8-砂型；9-合型；10-铸型；11-浇注；12-落砂清理；13-铸件
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   2． 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。主要由上型、下型、型芯、型腔、浇注系统和出气孔等组成，铸型装配图，如图8.3所示。
   图8.3 铸型装配图
   1-分型面；2-上型；3-出气孔；4-浇注系统；
   5-型腔；6-下型；7-型芯通气孔；8-型芯
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   8.2.3浇冒口系统
2. 浇注系统
   浇注系统是将金属液导入型腔的通道。其作用是：
   ① 平稳、迅速地导入金属液；
   ② 阻止砂粒、熔渣等进入型腔；
   ③ 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。
   典型的浇注系统由外浇口、直浇道、横浇道和内浇道四部分组成。
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   图8.4 典型浇注系统
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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。
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   8.2.4 造型（芯）方法
4. 手工造型
   手工造型是指全部用手工或手动工具完成的造型工序。
   (1) 整模造型
   整模造型是指用整体模样造型，分型面为模样的一端，使模样可以直接从砂型中取出的方法。其造型基本过程如图8.5所示。
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   图8.5 整模造型
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   (2) 分模造型
   当铸件的最大截面不在铸件的端部时，为了便于造型和起模，模样要分成两半或几部分，这种造型称为分模造型。
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   图8.6 分模造型过程示意图
   a) 铸件图；b) 模样；c) 造下型；d) 造上型；e) 起模、放型芯、合型
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   (3) 三箱分模造型
   铸件形状为两端截面大、中间截面小，如带轮、槽轮、车床四方刀架等，为保证顺利起模，应采用三箱分模造型，如图8.7所示。
   图8.7 三箱分模造型
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   (3) 三箱分模造型
   铸件形状为两端截面大、中间截面小，如带轮、槽轮、车床四方刀架等，为保证顺利起模，应采用三箱分模造型。
   图8.7 三箱分模造型
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   (4) 活块模造型
   铸件上妨碍起模的部分（如凸台）做成活块，用销子或燕尾结构使活块与模样主体形成可拆连接。起模时先取出模样主体，活块模仍留在铸型中，再从侧面取出活块的造型方法称为活块模造型。
   图8.8 活块模造型工艺过程
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   (5) 挖砂造型和假箱造型
   当铸件的外部轮廓为曲面，其最大截面不在端部，且模样又不宜分成两半时，应将模样做成整体，造型时挖掉妨碍取出模样的那部分型砂，这种造型方法称为挖砂造型。
   图8.9 手轮的挖砂造型的工艺过程
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   图8.10 假箱造型
   a) 在假箱上造型；b) 在成型底板上造型
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   (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、模样加工的时间及费用，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8.11所示。
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   图8.11 刮板造型
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5. 机器造型
   机器造型与手工造型的本质是一样的，主要区别就在于机器造型是把紧砂和起模两个重要工序实现了机械化。
   机器造型根据紧砂和起模方式的不同，有气动震压式造型、射压造型、高压造型、抛砂造型等，其中以气动震压式造型应用较广。气动震压式造型工作示意图，如图8.12所示。
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   图8.12 气动震压式造型
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6. 造芯
   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8.13。
   定位销和定位孔
   图8.13 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
   a) b) c) d) e)
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   8.2.5合型和浇注
7. 砂型的合型
   合型是指将铸型的各个组元如上型、下型、砂芯等组合成一个完整铸型的操作过程，又称合箱。
   合型工作包括：
   (1) 清洁型腔和下芯
   (2) 合型
   (3) 铸型的紧固
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8. 浇注
   浇注是指将熔融金属从浇包注入铸型的操作。
   (1) 浇注工具
   浇注常用工具有浇包、挡渣钩等，如图8.14所示。
   图8.14 浇包
   a) 手用浇包 b) 抬包 c) 吊包
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   (2) 浇注工艺
   ① 浇注温度
   ② 浇注速度
   ③ 浇注的操作
   ④ 浇注时应注意事项
   · 浇注是高温操作，必须注意安全，必须穿着白帆布工作服和工作皮鞋；
   · 浇注前，必须清理浇注时行走的通道，预防意外跌撞；
   · 必须烘干烘透浇包，检查砂型是否紧固；
   · 浇包中金属液不能盛装太满，吊包液面应低于包口100mm左右，抬包和端包液面应低于包口60mm左右。
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   8.2.6 落砂和清理
   落砂是指用手工或机械使铸件与型砂、砂箱分开的操作。
   清理是指落砂后从铸件上清除表面粘砂、型砂、多余金属(包括浇冒口、氧化皮)等过程的总称。
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