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1、第四节特种铸造,随着科学技术的发展和生产水平的提高，对铸件质量、劳动生产效率、劳动条件和生产成本有了进一步的要求，因而铸造方法有了长足的发展。 所谓特种铸造，是指有别于砂型铸造方法的其他铸造工艺。 目前特种铸造方法已发展到几十种，常用的有熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造，另外还有实型铸造、磁型铸造、石墨型铸造、反压铸造、连续铸造和挤压铸造等。,特种铸造特点（与砂型铸造相比）： 1、铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好； 2、原材料消耗低、工作环境好等优点； 3、铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定限制。,一、熔模铸造 熔摸铸造是用低熔点模料制成与铸件
2、相同的蜡模，在蜡模的表面涂挂多层耐火材料，经硬化、干燥后将蜡模熔出，形成壳型，再经焙烧、浇注合金后获得铸件的铸造方法。 在生产中也将这种方法称为失蜡铸造或精密铸造。,1. 熔模铸造的工艺过程 压型制造 图(b)是用来制造蜡模的专用模具，它是用根据铸件的形状和尺寸制作的母模图(a)来制造的。压型必须有很高的精度和低的表面粗糙度值，而且型腔尺寸必须包括蜡料和铸造合金的双重收缩率。当铸件精度高或大批量生产时，压型一般用钢、铜合金或铝合金经切削加工制成；对于小批量生产或铸件精度要求不高时，可采用易熔合金(锡、铅等组成的合金)、塑料或石膏直接向母模上浇注而成。,(2) 制造蜡模 蜡模材料常用50%石蜡和
3、50%硬脂酸配制而成。将蜡料加热至糊状，在一定的压力下压入型腔内，待冷却后，从压型中取出得到一个蜡模图(c)。为提高生产率，常把数个蜡模熔焊在蜡棒上，成为蜡模组图(d)。 (3) 制造型壳 在蜡模组表面浸挂一层以水玻璃和石英粉配制的涂料，然后在上面撒一层较细的硅砂，并放入固化剂(如氯化铵水溶液等)中硬化。使蜡模组外面形成由多层耐火材料组成的坚硬型壳(一般为5层9 层)，型壳的总厚度为5mm10mm图(e)。,(4) 熔化蜡模(脱蜡) 通常将带有蜡模组的型壳放在8090的热水中，使蜡料熔化后从浇注系统中流出。脱模后的型壳图(f)。 (5) 型壳的焙烧 把脱蜡后的型壳放入加热炉中，加热到80095
4、0，保温0.5h2h，烧去型壳内的残蜡和水分，洁净型腔。为使型壳强度进一步提高，可将其置于砂箱中，周围用粗砂充填，即“造型”图(g)，然后再进行焙烧。,(6) 浇注 将型壳从焙烧炉中取出后，周围堆放干砂，加固型壳，然后趁热(600700)浇入合金液，并凝固冷却图(h)。 (7) 脱壳和清理 用人工或机械方法去掉型壳、切除浇冒口，清理后即得铸件。,2. 熔模铸造的特点 熔模铸造的特点如下。 (1) 由于铸型精密，没有分型面，型腔表面极光洁，故铸件精度高、表面质量好，是少、无切削加工工艺的重要方法之一，其尺寸精度可达IT9IT12，表面粗糙度为Ra6.3m1.6m。如熔模铸造的涡轮发动机叶片，铸件
5、精度已达到无加工余量的要求。 (2) 可制造形状复杂铸件，其最小壁厚可达0.3mm，最小铸出孔径为0.5mm。对由几个零件组合成的复杂部件，可用熔模铸造一次铸出。,(3) 铸造合金种类不受限制，用于高熔点和难切削合金，如高合金钢、耐热合金等，更具显著的优越性。 (4) 生产批量基本不受限制，既可成批、大批量生产，又可单件、小批量生产。 (5) 工序繁杂，生产周期长，原辅材料费用比砂型铸造高，生产成本较高，铸件不宜太大、太长，一般限于25kg 以下。,二、 金属型铸造 金属型铸造是将液体金属在重力作用下浇入金属铸型，以获得铸件的一种方法。铸型 可以反复使用几百次到几千次，所以又称永久型铸造。 金
6、属型的结构可分为：水平分型式、垂直分型式及复合分型式等。,1-底型 2-底板 3-左半型 4-右半型 5-左销孔型芯 6-左侧型芯 7-中间型芯 8-右侧型芯 9-右销孔型芯,1. 金属型的结构与材料 上图所示为铸造铝合金活塞用的垂直分型式金属型，它由两个半型组成。上面的大金属芯由三部分组成，便于从铸件中取出。当铸件冷却后，首先取出中间的楔片及两个小金属芯，然后将两个半金属芯沿水平方向向中心靠拢，再向上拔出。 制造金属型的材料熔点一般应高于浇注合金的熔点。如浇注锡、锌、镁等低熔点合金， 可用灰铸铁制造金属型；浇注铝、铜等合金，则要用合金铸铁或钢制金属型。 金属型用的芯子有砂芯和金属芯两种。有色
7、金属铸件常用金属型芯。,2. 金属型的铸造工艺措施 由于金属型导热速度快，没有退让性和透气性，直接浇注易产生浇不到、冷隔等缺陷及内应力和变形，且铸件易产生白口组织，为了确保获得优质铸件和延长金属型的使用寿命，必须采取下列工艺措施： (1) 预热金属型，减缓铸型冷却速度。 (2) 表面喷刷防粘砂耐火涂料，以减缓铸件的冷却速度，防止金属液直接冲刷铸型。 (3) 控制开型时间，因金属型无退让性，除在浇注时正确选定浇注温度和浇注速度外，浇注后，如果铸件在铸型中停留时间过长，易引起过大的铸造应力而导致铸件开裂。因此，铸件冷凝后，应及时从铸型中取出。通常铸铁件出型温度为780950左右，开型时间为 10s
8、60s。,3. 金属型铸造的特点及应用范围 金属型铸造的特点是： (1) 尺寸精度高，尺寸公差等级为(IT12IT14)，表面质量好，表面粗糙度(Ra 值为12.5m6.3m)，机械加工余量小。 (2) 铸件的晶粒较细，力学性能好。 (3) 可实现连续重复使用，提高了劳动生产率，且节约造型材料。 但金属型的制造成本高，不宜生产大型、形状复杂和薄壁铸件；由于冷却速度快，铸铁件表面易产生白口组织，切削加工困难；受金属型材料熔点的限制，熔点高的合金不适宜用金属型铸造。,三、压力铸造 压力铸造(简称压铸)是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填金属型型腔，并在压力下成形和凝固而获得铸件的方法
9、。常用的压射比压25MPa150MPa，充型时间0.01s0.2s，流速为15-100m/s。 压力铸造的基本设备是压铸机。压铸机可分为热室压铸机和冷室压铸机两大类。热压室压铸机的压室与坩埚连成一体，而冷压室压铸机的压室是与坩埚分开的。冷压室压铸机又可分为立式和卧式两种，目前以卧式冷压室压铸机应用较多。,下图为卧式冷室压铸机，用高压油驱动，合型力大，充型速度快，生产率高，应用较广泛。,1. 压铸机和压铸工艺过程 压铸型是压力铸造生产铸件的模具，主要由活动半型和固定半型两个大部分组成。 固定半型固定在压铸机的定型座板上，由浇道将压铸机压室与型腔连通。 活动半型随压铸机的动型座板移动，完成开合型动
10、作。,压铸工艺过程示意图,2. 压力铸造的特点及其应用 压铸有如下优点： (1) 压铸件尺寸精度高，表面质量好，尺寸公差等级为IT11IT13，表面粗糙度Ra值为6.3m1.6m，可不经机械加工直接使用，而且互换性好。 (2) 可以压铸壁薄、形状复杂以及具有直径很小的孔和螺纹的铸件，如锌合金的压铸件最小壁厚可达0.8 mm，最小铸出孔径可达0.8 mm、最小可铸螺距达0.75 mm。还能压铸镶嵌件。 (3) 压铸件的强度和表面硬度较高。压力下结晶，加上冷却速度快，铸件表层晶粒细密，其抗拉强度比砂型铸件高25%40%，但延伸率有所下降。 (4) 生产率高，可实现半自动化及自动化生产。每小时可压铸
11、几百个零件。是所有铸造方法中生产率最高的。,压力铸造的缺点： 气体难以排出，压铸件易产生皮下气孔，压铸件不能进行热处理，也不宜在高温下工作；金属液凝固快，厚壁处来不及补缩，易产生缩孔和缩松；设备投资大，铸型制造周期长、造价高，不宜小批量生产。,四、低压铸造 使液体金属在较低压力(0.02 MPa0.06MPa)作用下充填铸型，并在压力下结晶以形成铸件的方法。 浇注时压力和速度可人为控制，故可适用于各种不同的铸型；充型压力及时间易于控制，所以充型平稳；铸件在压力下结晶，自上而下定向凝固，所以铸件致密，力学性能好，金属利用率高，铸件合格率高。,1. 低压铸造的工艺过程 低压铸造的工作原理如下图所示
12、。把熔炼好的金属液倒入保温坩埚，装上密封盖，升液导管使金属液与铸型相通，锁紧铸型，缓慢地向坩埚炉内通入干燥的压缩空气，金属液受气体压力的作用，由下而上沿着升液管和浇注系统充满型腔，并在压力下结晶，铸件成形后撤去坩埚内的压力，升液管内的金属液降回到坩埚内金属液面。开启铸型，取出铸件。,低压铸造 1铸型 2密封盖 3坩埚 4金属液 5升液管,2. 低压铸造的特点 (1) 浇注时金属液的上升速度和结晶压力可以调节，故可适用于各种不同铸型(如金属型、砂型等)，铸造各种合金及各种大小的铸件。 (2) 采用底注式充型，金属液充型平稳，无飞溅现象，可避免卷入气体及对型壁和型芯的冲刷，铸件的气孔、夹渣等缺陷少
13、，提高了铸件的合格率。 (3) 铸件在压力下结晶，铸件组织致密、轮廓清晰、表面光洁，力学性能较高，对于大薄壁件的铸造尤为有利。 (4) 省去补缩冒口，金属利用率提高到90%98%。 (5) 劳动强度低，劳动条件好，设备简易，易实现机械化和自动化。,五、离心铸造 离心铸造是指将熔融金属浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力作用下充填铸型并凝固成形的一种铸造方法。 1. 离心铸造的类型 铸型采用金属型或砂型。为使铸型旋转，离心铸造必须在离心铸造机上进行。 离心铸造机通常可分为立式和卧式两大类。铸型绕水平轴旋转的称为卧式离心铸造，适合浇注长径比较大的各种管件；铸型绕垂直轴旋转的称为立式离心铸造，适合浇
14、注各种盘、环类铸件。,铸型的转速是根据铸件直径的大小来确定离心铸造的铸型转速，一般在250r/min1500r/min范围内。,(a)绕垂直轴旋转 (b)绕水平轴旋转 离心铸造示意图,2. 离心铸造的特点及应用范围 离心铸造的特点是： (1) 液体金属能在铸型中形成中空的自由表面，不用型芯即可铸出中空铸件，简化了套筒、管类铸件的生产过程。 (2) 由于旋转时液体金属所产生的离心力作用，离心铸造可提高金属充填铸型的能力，因此一些流动性较差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造法生产。 (3) 由于离心力的作用，改善了补缩条件，气体和非金属夹杂物也易于自金属液中排出，产生缩孔、缩松、气孔和夹杂等缺陷的几率较小。,(4) 无浇注系统和冒口，节约金属。 (5) 可进行双金属铸造，如在钢套上镶铸薄层铜衬制作滑动轴承等，可节约贵重材料。 (6) 金属中的气体、熔渣等夹杂物，因密度较轻而集中在铸件的内表面上，所以内孔的尺寸不精确，质量也较差；铸件易产生成分偏析和密度偏析。,六、实型铸造（消失模铸造） 实型铸造是使用泡沫聚苯乙烯塑料制造模样(包括浇注系统)，在浇注时，迅速将模样燃烧气化直到消失掉，金属液充填了原来模样的位置，冷却凝固后而成铸件的铸造方法。其工艺过程如下图所示。,实型铸造,
