第 3章　各种典型铸造方法

主讲教授：李远才

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典型铸造方法

砂型铸造

熔模铸造和消失模铸造

压力铸造

反重力铸造和离心铸造

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3.1　砂型铸造3.1.1　砂型铸造的基本过程　　 1．砂型（芯）的制造　　 2．砂型（芯）的烘干、合箱与浇注　　　 3．铸件的落砂、清理及后处理　　 4．铸件质量检验与缺陷修补

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3.1.2　砂型（芯）种类及其制造

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1．型（芯）砂粘结方式

　　（ 1）机械粘结剂型芯 ----以粘土为粘结剂的粘土型芯砂所产生的粘结；　　（ 2）化学粘结剂型芯 ----型芯砂在造型、芯过程中，依靠其粘结剂本身发生物理、化学反应达到硬化，从而建立强度，使砂粒牢固地粘结为一个整体。有机、无机粘结剂，其中无机粘结剂为钠水玻璃及熔（溶）模铸型，而有机分别介绍热硬、自硬和气硬树脂砂型（芯）；　　（ 3）物理固结 ----指用物理学原理产生的力将不含粘结剂的原砂固结在一起，磁型铸造法、负压造型法或真实密封造型法或薄膜负压造型法，以及消失模造型法。

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2．砂型（芯）制造方式（ 1）手工造型（芯） （ 2）机器造型（芯）　用

机器完成全部或部分造型工序，称为机器造型。

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3.1.3　粘土砂型

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湿型造型实例

卡车六缸缸体流水生产线 大型铸件的湿型造型（地坑造型）

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3.1.4　水玻璃型（芯）砂　　　作为铸造无机粘结剂，有水玻璃、水泥、磷酸盐及可溶性无机盐等。迄今为止，铸造生产中应用最广泛的无机化学粘结剂是钠水破璃。　　　无机化学粘结剂主要是通过发生物理－化学反应而达到硬化的。此类型（芯）砂与粘土砂比较有下列优点：　　 a．型（芯）砂流动性好，易于紧实，故造型（芯）劳动强度低；　　 b．硬化快，硬化强度较高，可简化造型（芯）工艺，缩短生产周期；　　 c．可在型（芯）硬化后起模，型、芯尺寸精度较高；　　 d．可取消或缩短烘烤时间，降低能耗，改善工作环境和工作条件等。

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　　水玻璃是硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂和硅季铵盐在水中以离子、分子和硅酸胶粒并存的分散体系。它们处在特定模数和含量范围内，分别称为钠水玻璃、钾子玻璃、锂水玻璃和季铵盐水玻璃。在本书中除特别指明外，水玻璃一般指钠水玻璃。其化学通式为 Na2O·mSiO2 。 SiO2/Na2O之摩尔数比值称为模数，用M表示：

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水玻璃的硬化过程可分为硬化和强化两个阶段：　　（ 1）硬化阶段　水玻璃的粘度具有一个浓度一模数相结合的临界值，超过临界值的水玻璃便开始凝聚胶化，粘度急剧升高而失去流动性，并趋向硬化。　　　依靠失水而超越临界值，被称为物理硬化；依靠升高模数和失水而超越临界值，而被称为化学硬化，例如吹CO2和加有机酯等。　　　（ 2）强化阶段　硬化的水玻璃依赖进一步失水而增强，称作强化阶段。可以采取各种措施来提高水玻璃模数和去除水玻璃中水分，以促进水玻璃的硬化，如加热烘干法、微波烘干法、 CO2气体硬化法、有机酯自硬砂、真空置换硬化（ VRH）法等。　　　生产中广泛应用的是 CO2气体硬化法和有机酯自硬砂法。

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3.1.5　树脂砂型（芯）

按硬化方法分类：　　（ 1）覆膜砂（热硬）；

　　（ 2）热芯盒砂（热硬）；

　　（ 3）冷芯盒砂（气硬）；

　　（ 4）自硬砂（室温硬化）。

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1．热硬树脂砂——覆膜砂壳芯（型）

1）壳芯（型）的制造　　壳芯（型） ----直接承受液体金属作用的表面一层厚度仅数毫米的砂壳；用酚醛树脂作粘结剂，配制的型（芯）砂叫覆膜砂（ Resin 　 coated 　 sand），像干砂一样松散。

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2．热（温）芯盒法制芯　　热芯盒法（ hot-box 　 process）和温芯盒法（ warm-box 　 process）造芯：将液态热固性树脂和催化剂配制成的芯砂——吹射入加热到一定温度的芯盒内，贴近芯盒表面的砂芯受热，其粘结剂在很短时间内缩聚而硬化的工艺。

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热芯盒砂芯实例——液压件砂芯

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3．气硬冷芯盒法 ---酚醛 -脲烷 /胺法　　 The 　 Phenol 　 Urethane 　 Amine 　 Cold 　 Box 　 Process，简称 PUCB法

　　 PUCB法粘结剂包括两部分：组分Ⅰ为酚醛树脂，组分Ⅱ为聚异氰酸酯。催化剂为叔胺，有三乙胺（ TEA），二甲基乙胺（ DMEA），异丙基乙胺和三甲胺（ TMA）。因三乙胺价格便宜，其应用较普遍，所以 PUCB法又称三乙胺法。　

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冷芯盒砂芯实例——发动机缸体芯

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在砂型中安放砂芯

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典型的树脂砂砂芯

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4．自硬冷芯盒法制芯（型）

概述　　将原砂、液态树脂及液态催（固）化剂混合均匀后，填充到芯盒（或砂箱）中，稍紧实即于室温下在芯盒（或砂箱）内硬化成形，叫自硬冷芯盒法造芯，简称自硬法造芯（型）。　　基本配方（％，质量分数）如下：　　原砂（再生砂）： 100　　树脂粘结剂： 0.8 － 2.5　　催（固）化剂：占树脂的质量分数 10　－ 60％　　附加物：少量或微量自硬法主要可分为：　　 1）酸催化呋喃树脂砂自硬法；　　 2）酚尿烷系树脂砂自硬法；　　 3）酯硬化碱性酚醛树脂砂自硬法。

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自硬树脂砂的基本特点　　 a．提高了铸件的尺寸精度，改善了表面粗糙度；　　 b．型（芯）砂的硬化无需烘干，可节省能源，还可以采用价廉的木质或塑料芯盒和模板；　　 c．型砂易紧实，易溃散，铸件清理容易，旧砂可再生回用，大大减轻了造芯、造型、落砂、清理等环节的劳动强度，容易实现机械化或自动化；　　 d．砂中树脂的质量分数仅 0.8％－ 1.2％，原材料综合成本低。　　自硬法的缺点是，对原砂的质量要求高，起模时间为数分钟至数十分钟，其生产效率低于热芯盒法和壳法，工艺过程受环境的温度、湿度的影响大；混砂造型时有刺激性的气味等。　　由于自硬法具有上述许多独持优点，故目前不仅用于造芯，亦用于造型，特别适用于单件和小批量生产，可生产铸铁、铸钢及有色合金铸件。有些工厂已用它完全取代粘土干砂型、水泥砂型、部分取代水玻璃砂型等。

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自硬树脂砂设备

　　连续式混砂机必须保证使砂子、树脂和固化剂得到最好的混制。

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自硬砂芯及铸件

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使用自硬砂生产的铸件

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3.2　熔模铸造和消失模铸造

3.2.1　熔模铸造　　原理及特点　　制模工艺　　制壳工艺

3.2.2　消失模铸造　　原理及特点　　关键技术　　铸造过程　　范例

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3.2.1　熔模铸造

1．熔模铸造的原理及特点　　熔模铸造又称精密铸造或失蜡铸造，它是用易熔材料（蜡料及塑料等）制成精确的可熔性模型，在模型上涂以若干层耐火涂料，经过干燥、硬化成整体型壳，然后加热型壳熔失模型，再经高温焙烧而成为耐火型壳，将液体金属浇入型壳中，待冷却后即成铸件。　

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熔模铸造工艺流

程

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制模——制壳

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3．制模工艺

　　按照模料的规定成分和配比，将各种原料熔融成液态，混合并搅拌均匀，滤去杂质浇制成糊状模料，即可以压制熔模。压制熔模普遍采用压制成型的办法。该方法允许使用液态、半液态以及固态、半固态模料。液态和半液态模料在低的压力下压制成型，称为压注成型；半固态或固态模料在高的压力下压制成型，称为挤压成型。

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4．制壳工艺

　　制壳包括涂挂、撒砂和烘干三道工序。　　涂挂时要采用浸涂法。涂挂操作时应保持熔模表面均匀地涂挂上涂料，避免空白和局布堆积；焊合处、圆角、棱角和凹槽等应用毛笔或特制工具涂刷均匀，避免气泡；涂挂每层加固层涂料前应清理前一层上的浮砂；涂挂过程中要定时搅拌涂料，掌握和调整涂料的粘度。

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熔模铸造用粘结剂及型壳干燥

　　型壳粘结剂主要分为：硅溶胶、水玻璃、硅酸乙酯等。上述三种粘结剂制成的型壳的干燥和硬化　特性是不同的：　　 1）硅溶胶型壳的干燥过程实质上就是硅溶胶的胶凝过程。　　 2）水玻璃型壳的干燥硬化过程为：自然干燥－化学硬化－硬化后干燥。　　 3）硅酸乙酯粘结剂型壳的干燥硬化实质上是涂料中的硅酸乙酯水解液继续水解缩聚，最终胶凝以及溶剂挥发的过程。

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3.2.2　消失模铸造

1．失模铸造成形原理、特点　　消失模铸造又称气化模铸造或实型铸造。它是采用泡沫塑料模样代替普通模样紧实造型，造好铸型后不取出模样、直接浇入金属液，在高温金属液的作用下，模样受热气化、燃烧而消失，金属液取代原来泡沫塑料模样占据的空间位置，冷却凝固后即获得所需的铸件。消失模铸造的工艺过程如图4-1所示。

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图　消失模铸造工艺过程a）组装后的泡沫塑料模样； b）紧实好的待浇铸型；

c）浇注充型过程； d）去除浇冒口后的铸件

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消失模铸造的主要特点

　　（ 1）铸件的尺寸精度高、表面粗糙度低。　　（ 2）增大了铸件结构设计的自由度。消失模铸造由于没有分型面，也不存在下芯、起模等问题，许多在普通砂型铸造中难以铸造的铸件结构在消失铸造中不存在任何困难。　　（ 3）简化了铸件生产工序，提高了劳动生产率，容易实现清洁生产。　　　（ 4）减少了材料消耗，降低了铸件成本。因消失模铸造采用无粘结剂干砂造型，可节省大量型砂粘结剂，旧砂可以全部回用。型砂紧实及旧砂处理设备简单，所需的设备也较少。

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2．消失模铸造工艺

　　 1）泡沫塑料模样的成形加工及组装　　泡沫塑料模样通常采用两种方法制成：一种是采用商品泡沫塑料板料切削加工、粘结成型；另一种是商品泡沫塑料珠粒预发后，经模具发泡成型。由泡沫塑料珠粒原材料制成铸件模样的工艺过程如图 4-3所示。图 4-4为一种采用蒸缸式发泡成型的模具及其成型后的泡沫塑料模样照片。

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2）消失模铸造的涂料技术

　　涂料在消失模铸造工艺中具有十分重要的控制作用：涂层将金属液与干砂隔离，可防止冲砂、粘砂等缺陷；浇注充型时涂层将模样的热解产物气体快速导出，可防止浇不足、气孔、夹渣、增碳等缺陷产生；涂层可提高模样的强度和刚度，使模样能经受住填砂、紧实、抽真空等过程中力的作用，避免模样变形。　　为了获得高质量铸件，涂料应具有如下性能：良好的透气性；较好的涂挂性；足够的强度；发气量小；低温干燥速度快。

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3）造型、浇注、清理

　　（ a）消失模铸造用砂　　消失模铸造通常采用无粘结剂的石英散砂来充填、紧实模样，砂子粒度分布集中较好，以便保证型砂的高透气性。　　（ b）砂的振动紧实　　消失模铸造中干砂的加入、充填和紧实是得到优质铸件的重要工序。砂子的加入速度必须与砂子紧实过程相匹配。振动紧实应在加砂过程中进行，以便使砂子充入模型空腔，并保证砂子达到足够紧实而又不发生变形。　　型砂紧实后的浇注通常在真空状态下进行（消失模铸造过程中抽真空）。

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3．消失模铸造工业化应用

　　美国提出 3L车计划　　总经费： 30 亿＋ 3 亿　　目标：将 10L/100km降为 3L/100km　　措施：将轿车重量降低 40％　　 1982 年美国公开第一条消失模铸造生产线，铸造进入消失模时代。

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BMW － 6缸缸盖泡沫模样

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泡沫模样热粘合

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机械手上涂料

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　　美国 GM 　 Powertrain 公司 Difiance 　 Casting 　Plant生产的 3.5L卡车铝合金 5缸缸体。　

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3.3　压力铸造3.3.1　压力铸造特点及应用范围3.3.2　压铸设备3.3.3　压铸过程原理3.3.4　压铸件设计3.3.5　压铸合金3.3.6　压铸模3.3.7　压铸工艺

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3.3.1　压力铸造特点及应用范围

1．概述：压力铸造——　　使熔融状态或半溶融状态合金浇入压铸机的压室，随后在高压的作用下．以极高的速度充填在压铸模的型腔内，并在高压力下使熔融合金冷却凝固成形的高效益、高效率的精密铸造方法。　　高压力和高速度是压铸时液体金属充填成型过程的两大特点，也是压铸与其他铸造方法最根本区别之所在。　　压射比压在几兆怕至几十兆帕范国内，甚至高达500MPa；　　充填速度为 0 ． 5—120m/s,充时间很短，一般为0 ． 01 － 0 ． 2s,最短只有干分之几秒。

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2．压铸的优缺点

　　（ 1）铸件的尺寸精度和表面光洁度很高。尺寸精度为 IT12—IT11 级；表面粗糙度 :Ra 为 3.2—0.8μm，最低达 0.8μm。　　（ 2）铸件的强度和表面硬度较高。压铸件表面层晶较较细，组织致密。压铸件的抗拉强度一般比砂型铸件高 25％ -30％。　　（ 3）可以压出形状复杂的薄壁铸件：最小壁厚：锌合金： 0.3 　 mm；铝合金： 0.5 　 mm；铸出孔最小直径为 0.7mm；铸出螺纹最小螺距 0.75mm。　　（ 4）生产效率极高。在所有的铸造方法中，生产率最高。压铸过程的机械化、自动化程度高。

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压铸的缺点　　（ 1）由于液体合金充型速度极快，型腔中的气体很难完全排除，常以气孔形式存留在铸件中，因此，一般压铸件不能进行热处理，也不宜在高温条件下工作。这是由于加热温度高时，气孔内的气体膨胀，导致压铸件表面鼓包，影响质量与外观。同样，也不希望进行机械加工，以免铸件表面显露气孔。　　（ 2）压铸的合金类别和牌号有所限制。模具材料目前只适用于锌、铝、镁合金的压铸，而铜合金压铸时，模具使用寿命短的问题已突出，对于黑色金属压铸，由于黑色金属熔点高，压铸模使用寿命短，故目前黑色金属压铸难用于实际生产。　　　　　　　　　　（ 3）压铸的生产准备费用较高。这是由于压铸机的成本高，压铸模加工周期长、成本高。故压铸只适用于大批量生产。

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3．压铸的应用范围

压铸零件的形状大体可以分为六类：　　　（ 1）圆盘类——号盘座等；　　（ 2）圆盖类——表盖、机盖、底盘等；　　（ 3）圆环类——接插件、轴承保持器、方向盘等；　　（ 4）筒体类——凸缘外套、导管、壳体形状的罩壳盖、上盖、仪表盖、探控仪表罩、照像机壳与化油器等；　　（ 5）多孔缸体、壳体类——汽缸体、汽缸盖及油泵体等多腔的结构较为复杂的壳体（这类零件对机械性能和气密性均有较高的要求，材料一般为铝合金）。例如汽车与摩托车的汽缸体、汽缸盖；　　（ 6）特殊形状类——叶轮，喇叭、字体由筋条组成的装饰性压铸件等。

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3.3.2　压铸设备　　常用压铸机为卧式，有冷室和热室之分；　　热室压铸机中，通过活塞将金属液由炉中直接送到机器的压射单元，主要用于生产锌合金和镁合金。　　冷室压铸机中，用浇勺装置从炉子中舀取金属液，适合生产铝合金和铜合金。

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　　Metal 　 ladling 　 system.　金属液舀取系统　　 It 　 is 　 used 　 to 　 charge 　 the 　 metal　 into 　 the 　 die 　 casting 　 machine’s 　 shot　 sleeve 　 in 　 the 　 necessary 　 quantities 　according 　 to 　 part 　 size.其作用是根据铸件大小，舀取金属液并注入压射室　　 Die 　 Spraying 　 System.模具喷涂系统　　 It 　 has 　 the 　 scope 　 to 　 spray 　 on　 the 　 die 　 surface 　 a 　 chemical 　 media　 called 　 release 　 agent 　 which 　 eases 　the 　 removing 　 of 　 the 　 part 　 from 　 the　 die 　 once 　 solidified 　 as 　 well 　 as 　cooling 　 the 　 die 　 surface.其作用是往模具型腔表面喷涂脱模剂，脱模剂能够冷却模具表面并使铸件易于脱模　　 Part 　 extraction 　 Robot.取件机械手　　 It 　 removes 　 the 　 part 　 from 　 the 　 die　 once 　 it 　 has 　 solidified.其作用是待铸件凝固后将其从型腔中取出

外围设备

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3.3.3　压铸过程原理

（ 1）压铸压力　　压铸压力—般用压射力，比压表示。压射力 Pr是由压铸机的规格所定。它是压铸机的压射机构推动压射冲头的力：

Pr=PG•πD2/4

　　压射比压 Pb：Pb=Pr/F=4Pr/πd2

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（ 2）压铸过程

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（ 3）压铸速度

　　压铸速度有压射速度和充填速度两个不同的概念。压射速度：压铸时压射缸内液压推动压射冲头前进的速度；充填速度：熔融合金在压力作用下，通过内浇口导入型腔的线速度。

充填速度的主要作用：　　将熔融合金在凝固之前迅速输入型腔，是获得轮廓清晰、表面光洁的铸件重要因素．　　为了得到高的流体动压力。　　充填速度的选择根据：合金的性能及铸件结构的特点。　　充填速度与压射比压、压射速度及内浇口截面积等因素有关。

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3.3.4　压铸件设计

压铸件结构工艺特定要求：　　消除内部侧凹，便于抽芯。　　改进壁厚，消除缩孔、气孔；　　改善结构，消除不易压出的侧凹；　　利用筋，防止变形；　　改善结构，消除尖角或棱角；　　改善结构，便于抽芯、简化压铸模制造；　　消除深陷，使铸件易脱模；　　改进结构，避免型芯交叉等特定要求。

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3.3.5　压铸合金对压铸合金的要求：　　　　①高温下有足够的强度和可塑性，无热脆性（或热脆性小）；　　　　②尽可能小的收缩；　　　　③结晶温度范围小；　　　　④在过热温度不高时有足够的流动性。

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Low 　 specific 　 gravity　低的比重Very 　 low 　 thickness　很小的壁厚EMI 　 shielding　抗电磁干扰Thixocasting/Rheocasting 　 technology　触变 /流变铸造技术Casting 　 Temperature 　 between 　 600 　 and 　 640°C　浇铸温度介于 600-640°C之间

Low 　 melting 　 point　低熔点Good 　 stiffness 　 and 　 resistance　良好的刚度Cold 　 forming　冷成形Good 　 machineabilty　良好的加工性能Casting 　 Temperature 　 between 　 400 　 and 　 430°C　浇铸温度介于 400-430°C之间

Low 　 specific 　 gravity　低的比重Good 　 mechanical 　 properties　良好的机械性能Great 　 electrical 　 and 　 thermal 　 conductivity　良好的导电导热性Thixocasting/Rheocasting 　 technology　触变 /流变铸造技术Casting 　 Temperature 　 of 　 between 　 660 　 and 　 700°C　浇铸温度介于 660-700°C之间

压铸合金

铝及其合金（冷室压铸）

锌及其合金（热室压铸）

镁及其合金（热 /冷室压铸）

其它合金（铜、锡、铅……）

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1．压铸模技术条件2．压铸模设计的基本原则3．分型面4．浇注排溢系统设计

3.3.6　压铸模

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3.3.7　压铸工艺

压铸工艺参数包括：　　①压射压力和压射比压　　②压射速度和充填速度　　③压铸温度；合金的浇注温度和压铸模的温度，　　④压铸时间：充填时间、持压时间和铸件在压铸模中停留的时间；　　⑤定量浇料和压室充满度．

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压铸新工艺——真空压铸

　　压铸件难以避免的缺陷是内部气孔和缩松。　　普通压铸件不能焊接和热处理，机加工面也不能太深，力学性能相对也比较差，使压铸在结构受力件的应用受到限制。　　　真空压铸是将型腔中的气体抽出，金属液在真空状态下充填成形，以消除或减少压铸件内部的卷气缺陷。

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典型压铸件

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典型压铸件

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Component: 　 engine 　blockShot 　 weight:: 　　 27 　kgMachine 　3000t

铸件样品

铝

零件　发动机缸体

压射重量　 27kg

机器　 3000t

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3.4　反重力铸造和离心铸造

3.4.1反重力铸造　　 1．反重力铸造原理及特点　　 2．反重力铸造工艺

3.4.2离心铸造　　 1．离心铸造特点及应用范围　　 2．离心铸造工艺

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3.4.1　反重力铸造

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1．反重力铸造原理及特点

　　反重力铸造又称反压铸造，其实质是使液态金属在与重力相反的力的作用下完成充型、补缩和凝固的一种铸造方法。与压力铸造和挤压铸造相比，为完成充型和补缩所施加的力较小，因此，液态金属在充型过程中的流动非常平稳，但与重力铸造相比，铸件又能在一定的压力下实现补缩和凝固，因此是生产优质铸件的理想方法。

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反重力铸造原理示意图

1－升液管　　 2－液态金属　　 3－坩埚　 4－保温炉　　 5－下室　　 6－中隔板　　 7－上室　　 8－铸型

　　反重力铸造中，根据产生压力方式的不同，可进一步把它分为差压铸造、低压铸造、调压铸造、真空吸铸以及复合反重力铸造等类型。　　从设备结构上看，差压铸造、调压铸造、真空吸铸和复合反重力铸造均采用上下室形式，即保温炉置于下室，铸型置于上室，如图 a所示；低压铸造只使用下室，铸型置于大气环境中 ,如图 b所示。

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（ 1）反重力铸造产生压力的方式及特点1）差压铸造　　　　　　　建立压差的形式有两种： a．上下室同时进气，达到同步压力后，上罐排气，形成压差，在压差的作用下完成升液、充型和保压环节； b．上下室同时进气，达到同步压力后，下罐继续进气，形成压差进而完成升液、充型和保压环节（如图）。差压铸造中，不仅可在压力下完成充型和补缩，而且由于铸型处在压力下，能够更好地发挥冒口的补缩，提高了铸件的致密度。

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2）调压铸造　　铸造时上下室同时抽真空，达到指定真空度后，下室进气，形成压差，在压差的作用下完成升液、充型和保压环节。由于铸型处在负压环境之下，铸件的补缩只能依靠压差来完成，同时在同样的液态合金处理条件下，铸件的针孔度难于控制，补缩能力较弱，但液态金属的充型能力较好，特别适合于成形小型薄壁铸件。

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3）真空吸铸　　真空吸铸时，下室处在常压环境，上室抽真空形成压差，在压差的作用下完成升液、充型和保压环节。由于铸型处在真空环境之下，所以，液态金属的充型能力较好，但补缩能力较弱，同样适合于成形小型薄壁铸件。

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4）复合反重力铸造　　它是真空吸铸的改进形式，铸造时，上室抽真空，下室处在常压环境，形成压差。在压差的作用下完成升液和充型环节后，上下室按照充型完成时的压差同时进气，使铸型处在正压环境之下，来增强铸件的补缩能力。优点是：既发挥了液态金属的充型能力，有利于成形薄壁铸件，又能在压力下实现补缩，提高铸件的致密度。这种铸造方法需要精确控制加压时的压差，对控制系统的要求很高。

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5）低压铸造　　铸型处在常压环境之下，下室进气，形成压差，在压差的作用下完成升液、充型和保压环节。所需设备简单，操作容易，充型过程控制简单。一般情况下，只要保压时的增压满足要求，同样可使铸件得到很好的补缩。与其它反重力铸造方法相比，低压铸造的应用范围更广。由于低压铸造中，铸型处在常压环境之下，利用金属型铸造时，容易实现金属型的开合模以及铸件顶出，所以，金属型低压铸造广泛用于生产质量要求较高的铸件，如汽车轮毂、缸体、缸盖等铸件。在砂型低压铸造中，可以成形轮廓很大的优质铸件。

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（ 2）反重力铸造的优点

　　 1）充型速度可控：反重力铸造一般用于生产有色合金铸件，铸件的成形能力和内部质量尤其是尺寸和壁厚对充型速度有比较严格的要求，充型速度可以通过计算机实现准确的控制。

　　 2）成形性好、表面光洁：反重力铸造时，金属液是在压力下充填成形，在工艺参数选择合理的情况下，所获得的铸件轮廓清晰，对于薄壁件的生产，更是如此；反重力铸造时有压气体充塞于砂型空隙，且在金属液与砂型之间形成一层气相保护层，将两者隔开，可以减少金属液对铸型的热力及化学作用，可降低铸件的表面粗糙度。

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　　 3）铸件晶粒细、组织致密、机械性能高：金属液在压力下结晶凝固，初凝枝晶在压力的作用下会发生变形、破碎，而且冷却速度快，因而晶粒细小；同时，压力能提高补缩能力和抑制金属液中气体的析出，使疏松和微观气孔大为减少。所以，铸件的机械性能得到明显的改善。

　　 4）可实现可控气氛下浇注：反重力铸造时，可对上室、下室或者上下室的气氛进行控制。利用反重力铸造浇注铝合合铸件时，使用除油干燥的压缩空气即可，但对于镁合金，必须注意金属液和铸型的环境气氛，因为镁合金在空气中会发生燃烧。可控气氛的使用应根据铸件质量的要求及铸件的轮廓尺寸等因素决定。

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　　 5）提高了金属的利用率：反重力铸造时，铸件凝固收缩可以不断地得到来自内浇口金属液的补缩；加之压力的挤滤和塑性变形的作用，强化了冒口的补缩效果，冒口尺寸可相应减小甚至不需要。

　　 6）铸件可进行热处理：与压力铸造相比，利用反重力铸造方法生产铸件时，充型速度较慢，液面平稳，型内气体可以顺利排出，所以，铸件内部的气孔很少、甚至没有，故可像重力铸造成形的铸件一样进行热处理。

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2．反重力铸造工艺（ 1）铸件的浇注位置及浇注系统　　　　反重力铸造中，铸件凝固时主要通过浇口补缩。因此，确立浇注位置时，应使铸件的凝固顺序朝着浇口的方向进行。通常，将铸件的薄壁位置置于远离浇口位置，让金属液从厚壁处引入。为使铸件厚壁位置的热分布合理，可采用分散浇口，直接利用内浇口进行补缩。设计反重力铸造的浇注系统时，在保证金属液平稳充型的前提下，充型要快，有利于挡渣、排气和实现顺序凝固。对于大型复杂薄壁铸件，应尽可能采用下宽上窄的缝隙式浇注系统，保证金属液可在缝隙内平稳上升，以充分发挥垂直方向上的补缩，同时也不会影响其水平方向的补缩能力。（ 2）冒口和冷铁　　　　冷铁常与冒口或浇注系统配合使用，以加强冒口或浇口的补缩，但也可单独使用，用来加快铸件局部热节处的冷却速度，保证铸件整体的顺序凝固。

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（ 3）反重力铸造工艺参数的确定

　　 1）升液管直径的确定：铸件重量、充型时间、充型速度、流量等；顺序凝固的热平衡　　 2）充型压力的确定：铸件形状高度、坩埚形状、金属熔化量等　　 3）结晶压力的选择：铸件结构、合金的结晶特性　　　 4）升液、充型速度的确定：坩埚液面上的加压速度　　　　 5）保压时间的控制：大体上接近铸件凝固所需要的时间　　　 6）浇注温度的确定：应比重力铸造低 5C 　 -10C　

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3.4.2　离心铸造

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1．离心铸造特点及应用范围　　离心铸造是将液体金属注入高速旋转的铸型内，使金属液在离心力的作用下充满铸型和形成铸件。

离心力的作用有：　　（ 1）使液体金属在径向能很好地充满铸型并形成铸件的自由表面；　　（ 2）不用型芯能获得圆柱形的内孔；　　（ 3）有助于液体金属中气体和夹杂物的排除；　　（ 4）影响金属的结晶过程，从而改善铸件的机械性能和物理性能。

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离心铸造方式

　　根据铸型旋转轴线的空间位置，常见的离心铸造可分为卧式离心铸造和立式离心铸造。

　　铸型旋转轴线处于水平状态或与水平线夹角很小（ <4）时的离心铸造称为卧式离心铸造（图）。

　　铸型的旋转轴线处于垂直状态时的离心铸造称为立式离心铸造（图）。

　　铸型旋转轴线与水平线和垂直线都有较大夹角的离心铸造称为倾斜轴离心铸造，但应用很少。

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立式离心铸造时金属液　　　　　　卧式离心铸造时金属液轴向断面上的自由表面　　　　　　径向断面上的自由表面

离心铸件径向断面上的倾斜枝状晶　　　金属液在铸型壁上的螺螺旋形轴向运动

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离心铸造特点

　　①铸件致密度较高，气孔、夹渣等缺陷少，故力学性能较高。

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　　②生产中空铸件时可不用型芯，故在生产长管形铸件时可大幅度地改善金属充型能力，降低铸件壁厚对其长度或直径的比值，简化套筒和管类铸件的生产过程；

　　③铸造中几乎没有浇注系统和冒口系统的金属消耗，工艺出品率很高；

　　④便于制造筒、套类复合金属铸件，如钢背铜套、双金属轧辊等；

　　⑤铸造成形铸件时，可借离心力提高金属液的充型性，故可生产薄壁铸件，如叶轮、金属假牙等。

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用离心铸造法生产产量很大的铸件

　　铁管：世界上每年球墨铸铁件总产量的近 1 ／ 2是用离心铸造法生产的铁管。

　　柴油发动机和汽油发动机的汽缸套。

　　各种类型的钢套和钢管。

　　双金属钢背铜套，各种合金的轴瓦。

　　造纸机滚筒。

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用离心铸造法生产效益显著的铸件

　　①双金属铸铁轧辊；　　②加热炉底耐热钢辊道；　　③特殊钢无缝钢管；　　④刹车鼓、活塞环毛坯、铜合金蜗轮；　　⑤异形铸件如叶轮、金属假牙、金银戒子、小型阀门和铸铝电机转子。

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离心铸造的缺点

　　 1）铸件易产生比重偏析，因此不适合于合金易产生比重偏析的铸件（如铅青铜），尤其不适合于铸造杂质比重大于金属液的合金，但近年来，也有利用离心铸造的这个特点来生产梯度复合材料的情况；

　　 2）铸件内孔直径不准确，内孔表面比较粗糙，质量较差，加工余量大；

　　 3）用于生产异形铸件时有一定的局限性。

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1．离心铸造工艺

　　离心铸造生产中，铸型转速、浇注系统、浇注定量、渣下凝固、金属过滤、涂料使用、浇注温度、铸件脱型等是必需确定或解决的工艺问题，因为它们直接影响着铸件的质量和生产效率。

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铸型转速

　　转速是离心铸造时的重要工艺参数。

　　不同的铸件，不同的铸造工艺，铸件成形时的铸型转速也不同。过低的铸型转速会使立式离心铸造时金属液充型不良，卧式离心铸造时出现金属液雨淋现象，也会使铸件内出现疏松、夹渣、铸件内表面凹凸不平等缺陷；铸型转速太高，铸件上易出现裂纹、偏析等缺陷，砂型离心铸件外表面会形成胀箱等缺陷，还会使机器出现大的振动、磨损加剧、功率消耗过大。

　　铸型转速的选择原则应是在保证铸件质量的前提下，选取最小的数值。

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著名的康氏转速公式