铸造技术的方法选择

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1、铸造技术的方法选择铸造技术的方法选择铸造是将通过熔炼的金属液体浇注入铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作过程。铸造是常用的制造方法，优点是：制造成本低，工艺灵活性大，可以获得复杂形状和大型的铸件，在机械制造中占有很大的比重，如机床占 6080%，汽车占 25%拖拉机占 5060%。铸件的质量直接影响着产品的质量，因此，铸造在机械制造业中占有重要的地位。铸造是一种古老的制造方法，在我国可以追溯到 6000 年前。随着工业技术的发展，铸造技术的发展也很迅速，特别是 19 世纪末和 20 世纪上半叶，出现了很多的新的铸造方法，如低压铸造、陶瓷铸造、连续铸造等，在 20 世纪下半叶得到完善

2、和实用化。由于现今对铸造质量、铸造精度、铸造成本和铸造自动化等要求的提高，铸造技术向着精密化、大型化、高质量、自动化和清洁化的方向发展，例如我国这几年在精密铸造技术、连续铸造技术、特种铸造技术、铸造自动化和铸造成型模拟技术等方面发展迅速铸造主要工艺过程包括：金属熔炼、模型制造、浇注凝固和脱模清理等。铸造用的主要材料是铸钢、铸铁、铸造有色合金(铜、铝、锌、铅等)等。铸造方法常用的是砂型铸造，其次是特种铸造方法，如：金属型铸造、熔模铸造、石膏型铸造.等。而砂型铸造又可以分为粘土砂型、有机粘结剂砂型、树脂自硬砂型、消失模等等,如下图：铸造方法选择的原则：1优先采用砂型铸造据统计，我国或是国际上，在全

3、部铸件产量中，6070的铸件是用砂型生产的，而且其中 70左右是用粘土砂型生产的。主要原因是砂型铸造较之其它铸造方法成本低、生产工艺简单、生产周期短。所以象汽车的发动机气缸体、气缸盖、曲轴等铸件都是用粘土湿型砂工艺生产的。当湿型不能满足要求时再考虑使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型。粘土湿型砂铸造的铸件重量可从几公斤直到几十公斤，而粘土干型生产的铸件可重达几十吨。一般来讲，对于中、大型铸件，铸铁件可以用树脂自硬砂型、铸钢件可以用水玻璃砂型来生产，可以获得尺寸精确、表面光洁的铸件，但成本较高。当然，砂型铸造生产的铸件精度、表面光洁度、材质的密度和金相组织、机械性能等方面往往较差，所以当铸件的这

4、些性能要求更高时，应该采用其它铸造方法，例如熔模（失腊）铸造、压铸、低压铸造等等。2铸造方法应和生产批量相适应例如砂型铸造，大量生产的工厂应创造条件采用技术先进的造型、造芯方法。老式的震击式或震压式造型机生产线生产率不够高，工人劳动强度大，噪声大，不适应大量生产的要求，应逐步加以改造。对于小型铸件，可以采用水平分型或垂直分型的无箱高压造型机生产线、实型造型生产效率又高，占地面积也少；对于中件可选用各种有箱高压造型机生产线、气冲造型线，以适应快速、高精度造型生产线的要求，造芯方法可选用：冷芯盒、热芯盒、壳芯等高效制芯方法。中等批量的大型铸件可以考虑应用树脂自硬砂造型和造芯。单件小批生产的重型铸件

5、，手工造型仍是重要的方法，手工造型能适应各种复杂的要求比较灵活，不要求很多工艺装备。可以应用水玻璃砂型、VRH 法水玻璃砂型、有机酯水玻璃自硬砂型、粘土干型、树脂自硬砂型及水泥砂型等；对于单件生产的重型铸件，采用地坑造型法成本低，投产快。批量生产或长期生产的定型产品采用多箱造型、劈箱造型法比较适宜，虽然模具、砂箱等开始投资高，但可从节约造型工时、提高产品质量方面得到补偿。低压铸造、压铸、离心铸造等铸造方法，因设备和模具的价格昂贵，所以只适合批量生产。3造型方法应适合工厂条件例如同样是生产大型机床床身等铸件，一般采用组芯造型法，不制作模样和砂箱，在地坑中组芯；而另外的工厂则采用砂箱造型法，制作模

6、样。不同的企业生产条件（包括设备、场地、员工素质等）、生产习惯、所积累的经验各不一样，应该根据这些条件考虑适合做什么产品和不适合（或不能）做什么产品。4要兼顾铸件的精度要求和成本各种铸造方法所获得的铸件精度不同，初投资和生产率也不一致，最终的经济效益也有差异。因此，要做到多、快、好、省，就应当兼顾到各个方面。应对所选用的铸造方法进行初步的成本估算，以确定经济效益高又能保证铸件要求的铸造方法。 铸造方法的特点和适用范围见下表：铸造方法铸件材质铸件重量表面光洁度铸件复杂程度生产成本适用范围工艺特点砂型铸造各种材质几十克很大差简单低最常用的铸造方法手工造型:单件、小批量和难以使用造型机的形状复杂的大

7、型铸件机械造型：适用于批量生产的中、小铸件手工：灵活、易行，但效率低，劳动强度大，尺寸精度和表面质量低机械：尺寸精度和表面质量高，但投资大金属型铸造有色合金几十克20公斤好复杂铸件金属模的费用较高小批量或大批量生产的非铁合金铸件，也用于生产钢铁铸件。 铸件精度、表面质量高，组织致密，力学性能好，生产率高。熔模铸造铸钢及有色合金几克几公斤很好任何复杂程度批量生产时比完全用机加工生产便宜各种批量的铸钢及高熔点合金的小型复杂精密铸件，特别适合铸造艺术品、精密机械零件尺寸精度高、表面光洁，但工序繁多，劳动强度大陶瓷型铸造铸钢及铸铁几公斤几百公斤很好 较复杂昂贵模具和精密铸件尺寸精度高、表面光洁，但生产

8、率低石膏型铸造铝、镁、锌合金几十克几十公斤很好 较复杂高单件到小批量低压铸造有色合金 几十克几十公斤好复杂（可用砂芯）金属模的制作费用高小批量，最好是大批量的大、中型有色合金铸件， 可生产薄壁铸件铸件组织致密，工艺出品率高，设备较简单，可采用各种铸型，但生产效率低差压铸造铝、镁合金几克几十公斤好复杂（可用砂芯）高性能和形状复杂的有色合金铸件压力可控，铸件成型好，组织致密，力学性能好，但生产效率低压力铸造铝、镁合金几克几十公好复杂（可用金属模的制作大量生产的各种有色合金中小型铸件、薄壁铸件、铸件尺寸精度高、表面光洁，组织致密，生产斤砂芯）费用很高耐压铸件率高，成本低。但压铸机和铸型成本高离心铸造

9、灰铁、球铁几十公斤几吨较好一般为圆筒形铸件较低小批量到大批量的旋转体形铸件、 各种直径的管件铸件尺寸精度高、表面光洁，组织致密，生产率高连续铸造钢、有色很大较差长形连续铸件低固定截面的长形铸件，如钢锭、钢管等组织致密，力学性能好，生产率高消失模铸造各种几克几吨较好 较复杂较低不同批量的较复杂的各种合金铸件铸件尺寸精度较高，铸件设计自由度大，工艺简单，但模样燃烧影响环境现代炼钢是将高含碳量铁水加氧脱碳而成。常见有平炉和转炉吹氧炼钢法。 转炉炼钢将铁水倒入转炉，加入一定量的废钢、炼钢生铁起调整成分、降温作用，并加入一定量的生石灰脱硫，吹氧脱碳后，出炉加增碳剂、合金料调整成分，必要时进行精炼，经连铸

10、机浇铸后成钢坯。 平炉炼钢将废钢、炼钢生铁、铁矿石、石灰石造渣剂配料后放入平炉，通入经预热的高温煤气加热，通过铁矿石中氧化铁来氧化生铁中的碳，达到脱碳炼钢的目的。 灌钢又称苏钢，是将海绵铁盘条放置炉中，以铸铁在其上烧熔，铸铁流入海绵铁间隙，使海绵铁强烈渗碳，铸铁脱碳而制成的钢，最早出现在宋朝苏州，又称苏铁。 百炼钢使用铸铁经高温折叠锻打脱碳而成。 熟铁含碳量已经很低，再脱碳只有成为工业纯铁或豆腐渣铁！ 含碳量在 0。05%以下的叫熟铁，含碳量在 0。052%的称为钢，含碳量大于 2%称为生铁，炼钢就是把生、熟铁中的含碳量调整在 0。05-2%的范围。古代主要有炒钢、灌钢、百炼钢三种方法。炒钢是

11、把生铁加热成液状，加铁矿粉，同时不断搅拌，工艺复杂，技术不容易掌握。灌钢是选高品位矿石加热成液态，直接浇注在熟铁上，经过几度熔炼而成，操作简便，产量高，纯度高。百煤钢是把熟铁多次折叠锻打而成，费时长，但质量高，多用来制造宝剑。现代炼钢不知其详，猜想原理差不多。 造渣：调整钢、铁生产中熔渣成分、碱度和粘度及其反应能力的操作。目的是通过渣 金属反应炼出具有所要求成分和温度的金属。例如氧气顶吹转炉造渣和吹氧操作是为了生 成有足够流动性和碱度的熔渣，以便把硫、磷降到计划钢种的上限以下，并使吹氧时喷溅 和溢渣的量减至最小。 出渣：电弧炉炼钢时根据不同冶炼条件和目的在冶炼过程中所采取的放渣或扒渣操作。 如

12、用单渣法冶炼时，氧化末期须扒氧化渣；用双渣法造还原渣时，原来的氧化渣必须彻底 放出，以防回磷等。 熔池搅拌：向金属熔池供应能量，使金属液和熔渣产生运动，以改善冶金反应的动力 学条件。熔池搅拌可藉助于气体、机械、电磁感应等方法来实现。 电炉底吹：通过置于炉底的喷嘴将 N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2 等气体根据工艺要 求吹入炉内熔池以达到加速熔化，促进冶金反应过程的目的。采用底吹工艺可缩短冶炼时 间，降低电耗，改善脱磷、脱硫操作，提高钢中残锰量，提高金属和合金收得率。并能使钢水成分、温度更均匀，从而改善钢质量，降低成本，提高生产率。 熔化期：炼钢的熔化期主要是对平炉和电炉炼钢而言。电弧炉炼

13、钢从通电开始到炉料 全部熔清为止、平炉炼钢从兑完铁水到炉料全部化完为止都称熔化期。熔化期的任务是尽 快将炉料熔化及升温，并造好熔化期的炉渣。 氧化期和脱炭期：普通功率电弧炉炼钢的氧化期，通常指炉料溶清、取样分析到扒完 氧化渣这一工艺阶段。也有认为是从吹氧或加矿脱碳开始的。氧化期的主要任务是氧化钢 液中的碳、磷；去除气体及夹杂物；使钢液均匀加热升温。脱碳是氧化期的一项重要操作 工艺。为了保证钢的纯净度，要求脱碳量大于 0.2左右。随着炉外精炼技术的发展，电弧 炉的氧化精炼大多移到钢包或精炼炉中进行。 精炼期：炼钢过程通过造渣和其他方法把对钢的质量有害的一些元素和化合物，经化 学反应选入气相或排、

14、浮入渣中，使之从钢液中排除的工艺操作期。 还原期：普通功率电弧炉炼钢操作中，通常把氧化末期扒渣完毕到出钢这段时间称为 还原期。其主要任务是造还原渣进行扩散、脱氧、脱硫、控制化学成分和调整温度。目前 高功率和超功率电弧炉炼钢操作已取消还原期。 炉外精炼：将炼钢炉（转炉、电炉等）中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的 炼钢过程，也叫二次冶金。炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。初炼：炉料在氧化性 气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。精炼：将初炼的钢液在真空、惰性气体或 还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和进行成分微调等。将炼钢分两 步进行的好处是：可提高钢的质量，缩短冶炼时

15、间，简化工艺过程并降低生产成本。炉外 精炼的种类很多，大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼两类。按处理方式的不同， 又可分为钢包处理型炉外精炼及钢包精炼型炉外精炼等。 钢液搅拌：炉外精炼过程中对钢液进行的搅拌。它使钢液成分和温度均匀化，并能促 进冶金反应。多数冶金反应过程是相界面反应，反应物和生成物的扩散速度是这些反应的 限制性环节。钢液在静止状态下，其冶金反应速度很慢，如电炉中静止的钢液脱硫需 3060 分钟；而在炉精炼中采取搅拌钢液的办法脱硫只需 35 分钟。钢液在静止状态下， 夹杂物*上浮除去，排除速度较慢；搅拌钢液时，夹杂物的除去速度按指数规律递增，并与 搅拌强度、类型和夹杂物的特

16、性、浓度有关。 钢包喂丝：通过喂丝机向钢包内喂入用铁皮包裹的脱氧、脱硫及微调成分的粉剂，如 Ca-Si 粉、或直接喂入铝线、碳线等对钢水进行深脱硫、钙处理以及微调钢中碳和铝等成分 的方法。它还具有清洁钢水、改善非金属夹杂物形态的功能。 钢包处理：钢包处理型炉外精炼的简称。其特点是精炼时间短（约 1030 分钟） ，精 炼任务单一，没有补偿钢水温度降低的加热装置，工艺操作简单，设备投资少。它有钢水 脱气、脱硫、成分控制和改变夹杂物形态等装置。如真空循环脱气法（RH、DH） ，钢包真 空吹氩法（Gazid） ，钢包喷粉处理法（IJ、TN、SL）等均属此类。 钢包精炼：钢包精炼型炉外精炼的简称。其特点是比钢包处理的精炼时间长（约 60180 分钟） ，具有多种精炼功能，有补偿钢水温度降低的加热装置，适于各类高合金钢 和特殊性能钢种（如超纯钢种）的精炼。真空吹氧脱碳法（VOD） 、真空电弧加热脱气法 （VAD） 、钢包精炼法（ASEA-SKF） 、封闭式吹氩成分微调法（CAS）等，均属此类；与 此类似的还有氩氧脱碳法（AO