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第二节 常用的铸造方法 

(五)离心铸造
离心铸造是将金属液浇入绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型，在离心力的作用下凝固的铸造方法。铸件的轴线与旋转铸型的轴线重合。铸型可用金属型、砂型、陶瓷型、熔模壳型等。
1．离心铸造机
离心铸造机是离心铸造所用的设备，按其旋转轴空间位置的不同分为立式、卧式二种。立式离心铸造机的铸型是绕垂直轴旋转（图2-2-41a）,由于金属液的重力作用,铸件的内表面呈抛物线形,故铸件不易过高,它主要用于铸造高度小于直径的环类、套类及成形铸件。卧式离心铸造机的铸型是绕水平轴旋转（图2-2-41b），铸件的壁厚较均匀，主要用长度大于直径的管类、套类铸件。

图2-2-41 离心铸造示意图

图 2-2-9 离心铸造
2．离心铸造的特点和应用
与其它铸造方法相比，离心铸造的优点是：
（1）优点
1）铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好。
2）铸造圆形中空铸件时，不用型芯和浇注系统，简化了工艺过程，降低了金属消耗。
3）提高了金属液的充型能力，改善了充型条件，可用于浇注流动性较差的合金及薄壁铸件。
4）可生产双金属铸件，如钢套内镶铜轴承等，其结合面牢固、耐磨，又可节约贵重金属材料。
5）离心铸造适应性较广，铸造合金的种类几乎不受限制。既合适于铸造中空件，又可以铸造成形铸件。中空铸件的内径通常为8～3000mm；铸件长度可达8000mm；质量可由几克至十几吨。
但离心铸造不宜生产易偏析的合金（如铅青铜等），铸件内表面较粗糙，尺寸不易控制。
（2）应用
离心铸造主要用于生产各种管、套、环类铸件，如铸铁管、铜套、滑动轴承、缸套、双金属钢背铜套等铸件，也可用于生产齿轮、叶轮、涡轮等成形铸件。
（六）熔模铸造
熔模铸造是指在易熔（如蜡料）制成的模样上包覆若干层耐火涂料，待其干燥硬化后熔出模样而制成型壳，型壳经高温培烧后即可浇注的铸造方法。熔模铸造是精密铸造方法之一。
1．熔模铸造的工艺过程
熔模铸造的工艺过程如动画2-2-7所示。
（1）用钢或铜合金等加工制成用来制造压型的母模。
（2）制造压型  压型是制造熔模的模具。压模尺寸精度和表面质量要求高，它决定了熔模和铸件的质量。批量大、精度高的铸件所用压型常用钢或铝合金加工制成，小批量生产可用易熔合金浇注而成。
（3）制造模样。模样的材料有石蜡、蜂蜡、硬脂酸和松香等，常用的为50%石蜡加50%硬脂酸。将其加热只熔融（糊状）状态后压入压型，凝固后取出得到蜡模组。当铸件较小时，常将单个蜡模粘焊在预制好的蜡质浇注系统上制成蜡模组。
动画2-2-7 熔模铸造工艺过程
（4）制造型壳。将蜡模组浸入涂料（石英粉加水玻璃粘结剂）中，取出后在其表面撒上一层石英砂，再放入硬化剂（氯化铵熔液）中进行化学硬化。如此反复涂挂4~9层，得到厚度约5~10mm的坚硬型壳。然后将结壳后的蜡模组放入90~95℃的热水中，使蜡模熔化并从浇口流出得到中空的型壳。
（5）造型和培烧  为加固型壳，防止型壳浇注时变形或破裂，可将其竖放在铁箱中，周围用干砂填紧，此过程称为造型。对于强度高的型壳可不必填砂。为进一步排除型壳内的水分、残留蜡料及其他杂质，提高其强度，还需将装好型壳的铁箱送入加热炉内在900~950℃培烧。
（6）浇注  为提高金属液的充型能力，应在型壳培烧出炉后趁热（600~700℃）进行浇注。冷却凝固后清除型壳，便得到一组带有浇注系统的铸件。
2．熔模铸造的特点和应用
由于熔模铸造采用可熔化的一次模，无需起模，故型壳为一整体而无分型面，而且型壳是由耐火度高的材料制成，因此熔模铸造具有下列优点：。
（1）可生产形状复杂、轮廓清晰、薄壁铸件。其最小铸出孔的直径为0.5mm，最小壁厚为0.3mm。
（2）铸件精度高，表面质量好。铸件尺寸公差等级可达：钢铁材料CT7~CT5，铜合金等CT6~CT4；R值为12.5~1.6μm；加工余量为0.2~0.7mm。实现了少、无切屑加工，节省了金属材料和加工工时。
（3）适用于各种合金，尤其适用于高熔点合金及难以切削加工的合金，如耐热合金，磁钢、不锈钢等。
（4）生产批量不受限制，可实现机械化流水生产。
但是熔模铸造工序繁多，工艺过程复杂，生产周期较长（4~15天），铸件不能太长、太大（受蜡模易变形及型壳强度不高的限制），质量多为几十克到几公斤，一般不超过25kg。铸件成本比砂型铸件高。
熔模铸造主要用于生产汽轮机、水轮机上小型的叶片和叶轮、切削刀具及汽车、拖拉机、船舶、机床和风动工具上的小型零件等，目前，其应用范围还在不断扩大。
（七）连续铸造
连续铸造是指将金属液连续地浇入水冷金属型（结晶器）中，连续凝固成形的方法。水冷金属型的结构决定铸件断面形状。
1．连续铸造的工艺过程
铸铁管连续铸造的工艺过程如动画2-2-8所示：水冷金属型主要由内、外结晶器组成，内、外型之间的间隙为铸件的壁厚。浇注前，升降盘上升封住水冷金属型底部。浇注时，金属液经带有小孔的环形旋转浇杯均匀地进入水冷金属型空腔，当下部铸铁已凝固一定高度时，升降盘下降，不断将凝固的部分拉出，而铁液按相应的浇注速度不断浇入，直到结束。
动画2-2-8 连续铸造示意
2．连续铸造的特点及应用
与其他铸造方法相比，连续铸造的优点是：
（1）由于铸件冷却速度快，故组织致密，力学性能好。
（2）不用浇注系统，中空铸件不用型芯，降低了金属的消耗，简化了造型工序，降低了劳动强度，减少了生产占地面积。
（3）设备比较简单，生产过程易于实现机械化、自动化。
（4）连续铸造几乎适合于各种合金，如钢、铸铁、铝合金、铜合金、镁合金等。
但连续铸造不适于截面有变化，壁厚不均匀的铸件的生产，而且铸管的质量较离心铸造差。
连续铸造主要用于大批量生产具有等截面的铸锭、铸管、板坯、棒坯等长铸件，如紫铜锭、铜合金锭、铝合金锭、上下水管道、煤气管道、板材、线材等。其中铸锭直径可由几十毫米至500毫米，铸管直径为100~1300mm；长度为5~10 m。
三、常用铸造方法比较
在常用的铸造方法中，砂型铸造工艺适应性最强，设备费用和铸件成本较低，应用最广泛，目前世界上铸件总产量中砂型铸件约占80%~90%。但在特定的场合下，如薄壁件、精密件铸造或大批量生产时，特种铸造往往显示出独特的优越性。常用铸造方法的特点和适用范围见表2-5。
   表2-5  常用铸造方法的特点和适用范围
项目
砂型铸造
金属型铸造
压力铸造
低压铸造
离心铸造
熔模铸造
实型铸造
连续铸造
铸件特征
材质
各类合金
非铁合金为主
非铁合金
各类合金
各类合金
各类合金
各类合金
各类合金
尺寸大小
各种尺寸
中、小件为主
中、小件
中、小件
各种尺寸
小件为主
各种尺寸
各种尺寸
结构
复杂
一般
较复杂
较复杂
一般
复杂
较复杂
简单
四、铸造技术的发展趋势
随着科学技术的迅速发展，尤其是计算机的广泛应用，铸造行业正由劳动密集型向高科技型转化，由机械化、自动化向智能化方向发展，传统工艺和材料正逐步被新工艺、新材料取代。 
（一）计算机的应用
1．计算机辅助工艺设计（CAPP）  在发达国家已得到普遍应用，如充型过程流动场、温度场、应力场、凝固组织等的模拟，铸件浇注位置、浇注系统、冒口等的优化设计，以及浇注温度、浇注时间、铸型温度等参数的计算和优化等均已应用了计算机技术。
2．铸造过程的自动控制与检测  近年来，铸造过程的控制与检测已形成了从单机到系统、从刚性到柔性、从简单到复杂等不同层次的自动化加工技术。通过集成电路取代分立元件，以可编程序控制取代继电器，已可实现铸造设备乃至整条生产线的自动控制。
对各种工艺参数进行实时监控或自适应控制，已应用于型砂性能及砂处理过程、炉料配比及熔炼质量、铸型性能及造型线工作状况等的监控中。有效地提高了铸件质量和生产效率。
压铸、机器造型等柔性单元（FMC）已得到开发和应用，可在规定范围内按预先确定的工艺方案不停机快速更换模具或模板，实现多品种不同批量的生产。动作功能类似人的手臂的各类操作机以及能自动控制、可重复编程、多功能的工业机器人正得到进一步开发和扩大应用。计算机集成制造系统（CIMS）也正在开发中。 
（二）先进制造技术的应用
1．精密铸造技术  随着工业生产对毛坯精度的要求不断提高，高效、高紧实度及精密铸造技术进一步得到改进和扩大应用，如高压造型、气冲造型、自硬砂造型等高紧实度砂型铸造以及压铸、熔模铸造、实型铸造等特种铸造技术。压铸和实型铸造发展迅速，压铸机正趋于大型化，轿车车门已能整体铸出。实型铸造在生产近无余量、形状复杂的铸件以及绿色生产方面的优越性已逐步显现。
   2．快速成形技术  即采用激光固化、激光烧结或熔化沉积等多种方式，将树脂、塑料、蜡或金属等材料快速叠加获得制品的成形技术。图2-2-43所示为采用激光束扫描光敏树脂使其逐层固化快速成形的工作原理。该技术在铸造生产中已用于生产蜡模、铸型、型壳、型芯等。

图2-2-43 激光快速成形
（三）金属熔炼
大型冲天炉正向着热风，水冷、大吨位、连续熔炼的方向发展。小型冲天炉正向着进一步提高铁液质量的方向发展，主要是强化预热送风，加氧送风和脱湿送风等措施。大批量生产和重要铸件生产中，采用冲天炉-电炉双联熔炼日益增多，此外，感应电炉正逐步取代冲天炉，电炉熔炼将趋于熔炼与保温单一电源多炉体，以降低能耗。材料的净化与强化技术将得到进一步发展，如真空熔炼和浇注、炉外精炼、强化孕育、定向结晶和快速凝固等。 
（四）造型材料
目前国内外中、小型铸件广泛采用粘土砂湿铸造，由于其工艺成熟、成本低廉、工艺适应性强、生产能力高，在今后相当长时间内仍将是主要的造型方法。干砂型国外早已淘汰，而代之以自硬砂。
树脂砂成型性好，工艺简便、旧砂回用率高，且铸件表面质量较好，已经广泛用于制芯，并被公认为今后发展的方向。但因树脂含甲醛、酚等有害物质，污染环境，现在正研制比强度高的树脂，以降低其用量。
适合铸钢件生产的水玻璃砂作为少、无污染的绿色铸造工艺有很好的发展前景，其溃散性差、旧砂回用率低的难题已有突破，应用面正逐步扩大。废弃旧砂全国每年有上千万吨，故采用优质原砂及提高旧砂回用率仍是降低成本、实现绿色铸造的重要课题。　

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