Unit3铸造工艺

铸造是将熔融的金属浇入或注入一定形状的型腔中，进行冷却成型的一种加工工艺，在冷却过程中或冷却过后，铸件从模具中取出然后进行交货使用。

铸造工艺和铸造材料技术由简单到复杂变化。铸造的材料和工艺的选择取决于工件的复杂性和作用，产品的质量规格和制造成本。

铸件是通过铸造加工使它接近于最终尺寸的工件。铸造工艺可以追溯到6000年以前，随着技术的不断发展，各种各样的铸造工艺也在不断地进化和发展。

砂型铸造

砂铸用来制造大型的零件（典型的铁件，但也有青铜、黄铜、铝）。熔融的金属浇注到由砂（xx砂或合成砂）形成的型腔内。此部分讨论的砂铸工艺包括模子，浇口和浇道，设计因素，铸造公差。

砂腔由模子形成，模子通常由木头，有时用金属作成，组成的砂腔放置的盒子叫做砂箱。型芯是插入模型内用来生产零件的内部形状（像孔或内孔）的砂型。放置在型腔内的型芯，形成所要形状的孔。芯座是放置模子（样），型芯或用来为模子定位的或在模型内支撑型芯，冒口是铸型内额外的空间包含更多的熔融金属。这样的目的就是当融金属凝固收缩时补充金属给铸型型腔，因此避免铸件的主要部分有缩孔。

典型的砂型铸造――两箱铸型，包括模样、砂箱、型芯的上半部称为上箱，下半部分称为下箱，如图3.1所示，分型线或分型面是分离上箱和下箱的线或面，下箱首先填满砂子，芯座，型芯和浇注系统放置在分型线附近。上箱和下箱相配合，上箱放一半砂子，盖住模样，型芯和浇注系统。通过振动和机械方式坚实砂子。接下来，上下箱分开，小心取出模样，目的是在没有破坏铸型时取走模样，通过设计拔模斜度，即从模样的垂直表面的垂线的偏移一个角度，可以使起模更容易。这通常是{zd0}拔模斜度最小的值是1.5mm。模样的表面越粗糙，拔模斜度越大。

融化的材料注入浇口杯，浇口杯是为铸型提供熔融金属的浇注系统的部分。和浇口杯相连的浇注系统的垂直部分是直浇道，水平部分是浇注系统的横浇道，最终把金属引入铸型内的是浇口，另外，浇注系统的另外部分为出气孔，为积聚的气体提供通道，把气体排到大气中去。

铸型通常做得尺寸大些以允许在金属冷却到室温时防止金属收缩，通常把模样做大些。为了解决收缩问题，一般可以可由这些因素决定把尺寸做大些，这些因素是指各个方向的线收缩性。这些收缩余量是大约值，因为实际的余量由铸件的形状和尺寸决定，另外，不同铸件有不同的收缩余量。一般来说砂型铸件（表面不纯及表面变化）即表面粗糙度大，加工余量可以弥补这一不足。

一般来说，砂铸过程包括以下几段：

1制模，用来形成砂腔。

2制芯。型芯由粘砂做成，用完后从铸件内打碎。

3砂子和添加剂充分混合以增加粘性和总的强度。

4砂子覆盖模样，浇口，浇道，冒口，出气孔和浇口杯根据需要添加，紧实阶段以确保很好的覆盖和坚固的铸型，添加型芯为铸出铸件的凹部和内部。定位针可是上下箱配合紧密。添加冷铁可使大型铸件冷却更快。

5取出模样，通过烘干铸型来增大其强度。

6上下铸型合在一起，准备浇注金属。

7在火炉或坩锅中加热金属直到高于液态温度的合适温度范围内。根据实际情况，可以控制准确的温度。排气，这时和其他处理要进行例如去除杂质，这部分金属包含有以前铸件的融渣——大约10%合理。

8缓慢地连续地把金属注入到型腔内直到铸型充满金属。

9随着融化金属冷却，金属收缩且体积减小，在此期间，融化金属从冒口回流补给零件，保证零件的形状完整。

10零件一旦开始凝固，枝状晶结构在固体材料的零件内形成。在此期间，金属的性能确定，内应力产生。如果零件以一定的足够慢地的速度冷却，则零件的性能组织相对一致，内应力也小。

11一旦零件在共析点以下xx固化，对金属零件的最终性能无影响。此时，砂子xx打碎，取出零件。此时表面有大量粘砂，型芯在里面。

12通过机械方式击打零件把大量粘砂和型芯去除，其他的方式用振动台，喷砂机/喷丸机，或手工去除等。

13最终零件去掉浇注系统，用刀具，氧乙炔炬使零件接近最终形成，磨削去除多余部分。

14用机加工使零件达到最终形状，清理操作去掉氧化物。

熔模铸造

熔模铸造也称作失蜡铸造，这一工艺是最古老的制造工艺之一。大约在5000年前的法老王时代，埃及人用熔模铸造法制造珠宝。此工艺可生产高精度、复杂形状的铸件。另外，此工艺还适合难以加工或制造的金属。它能够制造不能用常规制造方法生产的零件，像具有复杂形状的涡轮机叶片，或承受高温的飞机零件。

铸型通过由蜡或其它易熔的材料做成的模样来完成。蜡模浸到耐火的悬浮液中，给蜡模涂一层形成型壳。干燥，涂挂，再干燥至到有结实的厚层。之后，整个蜡模放入烘箱，蜡熔化。这就得到一个能充满融熔金属的铸型，因为铸型是由一块模样做成，可以加工非常复杂和铸件侧凹部分。蜡模可以用相似模型或立体光刻进行复制，     

在低温下使用的悬泥浆所用的材料是由石膏作为粘结剂，粉末硅土作为耐火材料的组成的混合物。对于在高温下使用的悬浮液是由硅线石或水合硅酸铝作为耐火材料，而硅土作为粘结剂组成的混合物。这样生产的铸型可直接生产小型铸件或者把它放置到大点的箱子中进行加固并挂更多涂料。

在烧注之前，铸型应预热到1000C左右为了去掉任何蜡残留物并硬化粘结剂。在预热的铸型中浇注也为了确保铸型被充满，可以在重力，压力或真空条件下浇注。注意当在压力下浇注时铸型的渗透性，使空气排出去。

常规情况下公差为长度的0.5%，对于尺寸小的来说为0.15%，虽然铸件重量范围为200g~8kg，但是铸件也可以为200g～5kg。正常对容易铸造的合金最小壁厚大约1mm～0.5mm

熔模铸造使用材料的种类有：铝合金，青铜，工具钢，不锈钢，钨铬钴合金，镍基合金和稀有金属，由此法生产的零件不需要进一步加工，因为公差比较小。

离心铸造

离心铸造作为一类加工方法包括离心浇铸法，半离心浇注法，离心压力铸造法，如图3.3所示。离心浇注法——当融熔金属浇注时，金属铸型浇其与由高速旋转，（300～3000RPM）。用离心法将熔化的金属抛向模子的内壁，冷却后固化，通常在铸件的外径处材料晶粒非常细小，耐环境腐蚀，典型工件是管子，而铸件的内径处富含杂质，可被切除。

此工艺适合生产圆柱形零件。零件的直径高至3m，长度可达15m，壁厚2.5mm~125mm。外径公差保持在2.5mm，而内径公差为3.8mm，表面粗糙度为2.5～12.5mm。

此工艺常使用的材料有铁钢，不锈钢，铝合金，铜合金和镍合金。在制造加工过程中添加第二种金属可以铸造两种金属的零件。此工艺常见加工的零件有管子锅炉，压力管，飞轮，汽缸套和其它的轴对称零件。

半离心浇注法，铸型可以是{yj}的或是易耗的，如果需要的活，也可以组合。转速要比离心浇注法低，零件的心轴有杂质或多孔，这样可通过机加工切除。此工艺用来加工轮子，喷嘴和零件轴心切削掉的类似零件。

离心法，就是通过设备的心轴把金属融液在离心力的作用下注入到单个铸型中。这可增加每个铸型的填充压力并多次生产复杂的零件。这种方法经常用来生产熔模铸造的模样。

消失模铸造

此法和熔模铸造相似，不同点是蜡模由易消耗的材料――聚苯乙烯泡沫做成。泡沫模样上涂挂一层耐火材料。模样由一整体砂型包住。当金属浇铸时，泡沫蒸发，填满金属。此法生产的铸件复杂，没有拔模斜度或任何毛刺。然而，由于模样的易耗性而使模样的成本高。最小壁厚为2.5mm，公差保持在尺寸的0.3％。表面粗糙度为2.5～25µm。铸件质量为400g～几吨。没有拔模斜度余量。此工艺适合的材料有铝、铁、钢、镍合金、铜合金、加工的零件类型有泵体、进气歧管和汽车制动器构件。