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铸造生产工艺步骤铸造生产是一个复杂多工序组合工艺过程，它包含以下关键工序：1）生产工艺准备，依据要生产零件图、生产批量和交货期限，制订生产工艺方案和工艺文件，绘制铸造工艺图；2）生产准备，包含准备熔化用材料、造型制芯用材料和模样、芯盒、砂箱等工艺装备；3）造型和制芯；4）熔化和浇注；5）落砂清理和铸件检验等关键工序。成形原理铸造生产是将金属加热熔化，使其含有流动性，然后浇入到含有一定形状铸型型腔中，在重力或外力（压力、离心力、电磁力等）作用下充满型腔，冷却并凝固成铸件（或零件）一个金属成形方法。图1 铸造成形过程铸件通常作为毛坯经切削加工成为零件。但也有很多铸件无需切削加工就能满足零件设计精度和表面粗糙度要求，直接作为零件使用。型砂性能及组成1、 型砂性能 型砂（含芯砂）关键性能要求有强度、透气性、耐火度、退让性、流动性、紧实率和溃散性等。2、 型砂组成 型砂由原砂、粘接剂和附加物组成。铸造用原砂要求含泥量少、颗粒均匀、形状为圆形和多角形海砂、河砂或山砂等。铸造用粘接剂有粘土（一般粘土和膨润土）、水玻璃砂、树脂、合脂油和植物油等，分别称为粘土砂，水玻璃砂、树脂砂、合脂油砂和植物油砂等。为了深入提升型（芯）砂一些性能，往往要在型（芯）砂中加入部分附加物，如煤份、锯末、纸浆等。型砂结构，图2所表示。图2 型砂结构示意图工艺特点铸造是生产零件毛坯关键方法之一，尤其对于有些脆性金属或合金材料（如多种铸铁件、有色合金铸件等）零件毛坯，铸造几乎是唯一加工方法。和其它加工方法相比，铸造工艺含有以下特点： 1）铸件能够不受金属材料、尺寸大小和重量限制。铸件材料能够是多种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和多种特殊合金材料；铸件能够小至几克，大到数百吨；铸件壁厚能够从05毫米到1米左右；铸件长度能够从几毫米到十几米。 2）铸造能够生产多种形状复杂毛坯，尤其适适用于生产含有复杂内腔零件毛坯，如多种箱体、缸体、叶片、叶轮等。 3）铸件形状和大小能够和零件很靠近，既节省金属材料，又省切削加工工时。 4）铸件通常使用原材料起源广、铸件成本低。 5）铸造工艺灵活，生产率高，既能够手工生产，也能够机械化生产。铸件手工造型手工造型关键方法砂型铸造分为手工造型（制芯）和机器造型（制芯）。手工造型是指造型和制芯关键工作均由手工完成；机器造型是指关键造型工作，包含填砂、紧实、起模、合箱等由造型机完成。泊头铸造工量具友介绍手工造型关键方法：手工造型因其操作灵活、适应性强，工艺装备简单，无需造型设备等特点，被广泛应用于单件小批量生产。但手工造型生产率低，劳动强度较大。手工造型方法很多，常见有以下多个：1 整模造型对于形状简单，端部为平面且又是最大截面铸件应采取整模造型。整模造型操作简便，造型时整个模样全部置于一个砂箱内，不会出现错箱缺点。整模造型适适用于形状简单、最大截面在端部铸件，如齿轮坯、轴承座、罩、壳等（图2）。图 整模造型2分模造型当铸件最大截面不在铸件端部时，为了便于造型和起模，模样要分成两半或几部分，这种造型称为分模造型。当铸件最大截面在铸件中间时，应采取两箱分模造型（图3），模样从最大截面处分为两半部分（用销钉定位）。造型时模样分别置于上、下砂箱中，分模面（模样和模样间接合面）和分型面（砂型和砂型间接合面）位置相重合。两箱分模造型广泛用于形状比较复杂铸件生产，如水管、轴套、阀体等有孔铸件。图3 套管分模两箱造型过程铸件形状为两端截面大、中间截面小，如带轮、槽轮、车床四方刀架等，为确保顺利起模，应采取三箱分模造型（图4）。此时分模面应选在模样最小截面处，而分型面仍选在铸件两端最大截面处，因为三箱造型有两个分型面，降低了铸件高度方向尺寸精度，增加了分型面处飞边毛刺清整工作量，操作较复杂，生产率较低，不适适用于机器造型，所以，三箱造型仅用于形状复杂、不能用两箱造型铸件生产。 图4 三箱分模造型举例3活块模造型铸件上妨碍起模部分（如凸台、筋条等）做成活块，用销子或燕尾结构使活块和模样主体形成可拆连接。起模时先取出模样主体，活块模仍留在铸型中，起模后再从侧面取出活块造型方法称为活块模造型（图5）。活块模造型关键用于带有突出部分而妨碍起模铸件、单件小批量、手工造型场所。假如这类铸件批量大，需要机器造型时，能够用砂芯形成妨碍起模那部分轮廓。 图5 角铁活块模造型工艺过程4挖砂造型当铸件外部轮廓为曲面（如手轮等）其最大截面不在端部，且模样又不宜分成两半时，应将模样做成整体，造型时挖掉妨碍取出模样那部分型砂，这种造型方法称为挖砂造型。挖砂造型分型面为曲面，造型时为了确保顺利起模，必需把砂挖到模样最大截面处（图6）。因为是手工挖砂，操作技术要求高，生产效率低，只适适用于单件、小批量生产。图6 手轮挖砂造型工艺过程手工制芯型芯用来形成铸件内部空腔或局部外形。因为型芯表面被高温金属液包围，长时间受到浮力作用和高温金属液烘烤作用；铸件冷却凝固时，砂芯往往会阻碍铸件自由收缩；砂芯清理也比较困难。所以造芯用芯砂要比型砂含有更高强度、透气性、耐高温性、退让性和溃散性。手工制芯因为无需制芯设备，工艺装备简单，应用得很普遍。依据砂芯大小和复杂程度，手工制芯用芯盒有整体式芯盒、对开式芯盒和可拆式芯盒，图7所表示。图7 芯盒制芯示意图零件、模样、芯盒和铸件关系模样用来形成铸件外部轮廓，芯盒用来制作砂芯，形成铸件内部轮廓。造型时分别用模样和芯盒制作铸型和型芯。图1 分别表示零件、模样、芯盒和铸件关系。制造模样和芯盒所选择材料，和铸件大小、生产规模和造型方法相关。单件小批量生产、手工造型时常见木材制作模样和芯盒，大批量生产、机器造型时常见金属材料（如铝合金、铸铁等）或硬塑料制作模样和芯盒。图 零件、模样、芯盒和铸件关系铸造铸件常见缺点分析铸造工艺过程复杂，影响铸件质量原因很多，往往因为原材料控制不严，工艺方案不合理，生产操作不妥，管理制度不完善等原因，会使铸件产生多种铸造缺点。常见铸件缺点名称、特征和产生原因，见表。常见铸件缺点及产生原因缺点名称特征产生关键原因气孔在铸件内部或表面有大小不等光滑孔洞炉料不干或含氧化物、杂质多；浇注工具或炉前添加剂未烘干；型砂含水过多或起模和修型时刷水过多；型芯烘干不充足或型芯通气孔被堵塞；春砂过紧，型砂透气性差；浇注温度过低或浇注速度太快等缩孔和缩松缩孔多分布在铸件厚断面处，形状不规则，孔内粗糙铸件结构设计不合理，如壁厚相差过大，厚壁处未放冒口或冷铁；浇注系统和冒口位置不对；浇注温度太高；合金化学成份不合格，收缩率过大，冒口太小或太少砂眼在铸件内部或表面有型砂充塞孔眼型砂强度太低或砂型和型芯紧实度不够，故型砂被金属液冲入型腔；合箱时砂型局部损坏；浇注系统不合理，内浇口方向不对，金属液冲坏了砂型；合箱时型腔或浇口内散砂未清理洁净粘砂铸件表面粗糙，粘有一层砂粒原砂耐火度低或颗粒度太大；型砂含泥量过高，耐火度下降；浇注温度太高；湿型铸造时型砂中煤粉含量太少；干型铸造时铸型未刷涂斜或涂料太薄夹砂铸件表面产生金属片状突起物，在金属片状突起物和铸件之间夹有一层型砂型砂热湿拉强度低，型腔表面受热烘烤而膨胀开裂；砂型局部紧实度过高，水分过多，水分烘干后型腔表面开裂；浇注位置选择不妥，型腔表面长时间受高温铁水烘烤而膨胀开裂；浇注温度过高，浇注速度太慢错型铸件沿分型面有相对位置错移模样上半模和下半模未对准；合箱时，上下砂箱错位；上下砂箱未夹紧或上箱未加足够压铁，浇注时产生错箱冷隔铸件上有未完全融合缝隙或洼坑，其交接处是圆滑浇注温度太低，合金流动性差；浇注速度太慢或浇注中有断流；浇注系统位置开设不妥或内浇道横截面积太小；铸件壁太薄；直浇道（含浇口杯）高度不够；浇注时金属量不够，型腔未充满浇不足铸件未被浇满裂纹铸件开裂，开裂处金属表面有氧化膜铸件结构设计不合理，壁厚相差太大，冷却不均匀；砂型和型芯退让性差，或春砂过紧；落砂过早；浇口位置不妥，致使铸件各部分收缩不均匀常见铸件缺点及其预防方法 序缺点名称缺点特征预防方法1气孔在铸件内部、表面或近于表面处，有大小不等光滑孔眼，形状有圆、长及不规则，有单个，也有聚集成片。颜色有白色或带一层暗色，有时覆有一层氧化皮。降低熔炼时流言蜚语金属吸气量。降低砂型在浇注过程中发气量，改善铸件结构，提升砂型和型芯透气性，使型内气体能顺利排出。2缩孔在铸件厚断面内部、两交界面内部及厚断面和薄断面交接处内部或表面，形状不规则，孔内粗糙不平，晶粒粗大。壁厚小且均匀铸件要采取同时凝固，壁厚大且不均匀铸件采取由薄向厚次序凝固，合理放置冒口冷铁。3缩松在铸件内部微小而不连贯缩孔，聚集在一处或多处，晶粒粗大，各晶粒间存在很小孔眼，水压试验时渗水。壁间连接处尽可能减小热节，尽可能降低浇注温度和浇注速度。4渣气孔在铸件内部或表面形状不规则孔眼。孔眼不光滑，里面全部或部分充塞着熔渣。提升铁液温度。降低熔渣粘性。提升浇注系统挡渣能力。增大铸件内圆角。5砂 眼在铸件内部或表面有充塞着型砂孔眼。严格控制型砂性能 和造型操作，合型前注意打扫型腔。6热 裂在铸件上有穿透或不穿透裂纹（注要是弯曲形），开裂处金属表皮氧化。严格控制铁液中 S、P含量。铸件壁厚尽可能均匀。提升型砂和型芯退让性。浇冒口不应阻碍铸件收缩。避免壁厚忽然改变。开型不能过早。不能激冷铸件。7冷 裂在铸件上有穿透或不穿透裂纹（关键是直），开裂处金属表皮氧化。8粘 砂在铸件表面上，全部或部分覆盖着一层金属（或金属氧化物）和砂（或涂料）混（化）合物或一层烧结构型砂，致使铸件表面粗糙。降低砂粒间隙。合适降低金属浇注温度。提升型砂、芯砂耐火度。9夹 砂在铸件表面上，有一层金属瘤状物或片状物，在金属瘤片和铸件之间夹有一层型砂。严格控制型砂、芯砂性能。改善浇注系统，使金属液流动平稳。大平面铸件要倾斜浇注。10冷 隔在铸件上有一个未完全融合缝隙或洼坑，其交界边缘是圆滑。提升浇注温度和浇注速度。改善浇注系统。浇注时不停流。11浇不到因为金属液未完全充满型腔而产生铸件缺肉。提升浇注温度和浇注速度。不要断流和预防跑火。铸造铸件金属液浇注生产中，浇注时应遵照高温出炉，低温浇注标准。因为提升金属液出炉温度有利于夹杂物根本熔化、熔渣上浮，便于清渣和除气，降低铸件夹渣和气孔缺点；采取较低浇注温度，则有利于降低金属液中气体溶解度、液态收缩量和高温金属液对型腔表面烘烤，避免产生气孔、粘砂和缩孔等缺点。所以，在确保充满铸型型腔前提下，尽可能采取较低浇注温度。把金属液从浇包注入铸型操作过程称为浇注。浇注操作不妥会引发浇不足、冷隔、气孔、缩孔和夹渣等铸造缺点，和造成人身伤害。为确保铸件质量、提升生产率和做到安全生产，浇注时应严格遵守下列操作要领：（1）浇包、浇注工具、炉前处理用孕育剂、球化剂等使用前必需充足烘干，烘干后才能使用。（2）浇注人员必需按要求穿好工作服，并配戴防护眼镜，工作场地应通畅无阻。浇包内金属液不宜过满，以免在输送和浇注时溢出伤人。（3）正确选择浇注速度，即开始时应缓慢浇注，便于对准浇口，降低熔融金属对砂型冲击和利于气体排出；随即快速浇注，以预防冷隔；快要浇满前又应缓慢浇注，即遵照慢、快、慢标准。（4）对于液态收缩和凝固收缩比较大铸件，如中、大型铸钢件，浇注后要立即从浇口或冒口补浇。（5）浇注时应立即将铸型中冒出气体点燃顺气，以免因为铸型憋气而产生气孔，和因为气体不完全燃烧而损害人体健康和污染空气。铸造坩埚炉熔化常见铸造有色金属有铸造铝合金、铸造铜合金、铸造镁合金和铸造锌合金等。 有色金属熔点低，其常见熔化用炉有坩埚炉和反射炉两类，用电、油、煤气或焦碳等作为燃料。中、小工厂普遍采取坩埚炉熔化，如电阻坩埚炉、焦碳坩埚炉等，生产大型铸件时通常使用反射炉熔化，如重油反射炉、煤气反射炉等。图 是坩埚炉示意图。图 坩埚炉示意图熔模铸造熔模铸造又称失蜡铸造或精密铸造。它是用易熔材料（如蜡料）制成模样并组装成蜡模组，然后在模样表面上反复涂覆多层耐火涂料制成模壳，待模壳硬化和干燥后将蜡模熔去，模壳再经高温焙烧后浇注取得铸件一个铸造方法。熔模铸造工艺过程。可用熔模铸造法生产合金种类有碳素钢、合金钢、耐热合金、不锈钢、精密合金、永磁合金、轴承合金、铜合金、铝合金、钛合金和球墨铸铁等。熔模铸件形状通常全部比较复杂，铸件上可铸出孔最小直径可达0.5mm，铸件最小壁厚为 0.3mm。在生产中可将部分原来由多个零件组合而成部件，经过改变零件结构，设计成为整体零件而直接由熔模铸造铸出，以节省加工工时和金属材料消耗，使零件结构更为合理。熔模铸件重量大多为零点几十牛（即几十克到几千克），太重铸件用熔模铸造法生产较为麻烦，但现在生产大熔模铸件重量已达800牛左右。熔模铸造工艺过程较复杂，且不易控制，使用和消耗材料较贵，故它适适用于生产形状复杂、精度要求高、或极难进行其它加工小型零件，如涡轮发动机叶片等。金属型铸造,硬模铸造将液态金属浇入用金属材料制成铸型而取得铸件方法，称为金属型铸造。金属铸型可反复使用，又称为永久型铸造或硬模铸造。金属型通常见耐热铸铁或耐热钢做成。金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以取得铸件一个铸造方法。铸型是用金属制成，能够反复使用数次（几百次到几千次）。金属到铸造和砂型铸造比较：在技术上和经济上有很多优点。（1）金属型生产铸件，其机械性能比砂型铸件高。一样合金，其抗拉强度平均可提升约25，屈服强度平均提升约20，其抗蚀性能和硬度亦显著提升；（2）铸件精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定;（3）铸件工艺收得率高，液体金属耗量降低，通常可节省1530；（4）不用砂或少用砂，通常可节省造型材料80100；另外，金属型铸造生产效率高；使铸件产生缺点原因降低；工序简单，易实现机械化和自动化。金属型铸造虽有很多优点，但也有不足之处。如：(1) 金属型制造成本高；(2) 金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件洗不足、开裂或铸铁件白日等缺点;(3) 金属型铸造时，铸型工作温度、合金浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留时间，和所用涂料等，对铸件质量影响甚为敏感，需要严格控制。金属型铸造现在所能生产铸件，在重量和形状方面还有一定限制，如对黑色金属只能是形状简单铸件；铸件重量不可太大；壁厚也有限制，较小铸件壁厚无法铸出。所以，在决定采取金属型铸造时，必需综合考虑下列各原因：铸件形状和重量大小必需适宜；要有足够批量；完成生产任务期限许可。金属型铸件形成过程特点金属型和砂型，在性能上有显著区分，如砂型有透气性，而金属型则没有；砂型导热性差，金属型导热性很好，砂型有退让性，而金属型没有等。金属型这些特点决定了它在铸件形成过程中有自己规律。型腔内气体状态改变对铸件成型影响：金属在充填时，型腔内气体必需快速排出，但金属又无透气性，只要对工艺稍加疏忽，就会给铸件质量带来不良影响。铸件凝固过程中热交换特点：金属液一旦进入型腔，就把热量传给金属型壁。液体金属经过型壁散失热量，进行凝固并产生收缩，而型壁在取得热量，升高温度同时产生膨胀，结果在铸件和型壁之间形成了“间隙”。在“铸件一间隙一金属型”系统未抵达同一温度之前，能够把铸件视为在“间隙”中冷却，而金属型壁则经过“间隙”被加热。金属型阻碍收缩对铸件影响：金属型或金属型芯，在铸件凝固过磋甲无退让性，阻碍铸件收缩，这是它又一特点。金属型铸造工艺1金属到预热未预热金属型不能进行浇注。这是因为金属型导热性好液体金属冷却决，流动性猛烈降低，轻易使铸件出现冷隔、浇不足夹杂、气孔等缺点。未预热金属型在浇注时，铸型，将受到强烈热击，应力倍增，使其极易破坏。所以，金属型在开始工作前，应该先预热，适宜预热温度（即工作温度），随合金种类、铸件结构和大小而定，通常经过试验确定。通常情况下，金属型预热温度不低于1500C。金属型预热方法有：（1）用喷灯或煤气火焰预热；（2）采取电阻加热器；（3）采取烘箱加热，其优点是温度均匀，但只适适用于小件金属型；（4）先将金属型放在炉上烘烤，然后浇注液体金属将金属型烫热。这种方法，只适适用于小型铸型，因它要浪费部分金属液，也会降低铸型寿命。2金属型浇注金属型浇注温度，通常比砂型铸造时高。可依据合金种类、如化学成份、铸件大小和壁厚，经过试验确定。下表中数据可供参考。多种合金浇注温度合金种类 浇注温度 合金种类 浇注温度铝锡合金 350450 黄铜 900950锌合金 450480 锡青铜 11001150铝合金 680740 铝青铜 11501300镁合金 715740 铸铁 13001370因为金属型激冷和不透气，浇注速度应做到先慢，后快，再慢。在浇注过程中应尽可能确保液流平稳。3铸件出型和抽芯时间假如金属型芯在铸件中停留时间愈长，因为铸件收缩产生抱紧型芯力就愈大，所以需要抽芯力也愈大。金属型芯在镜件中最适宜停留时间，是当铸件冷却到塑性变形温度范围，并有足够强度时，这时是抽芯最好时机。铸件在金属型中停留时间过长，型壁温度升高，需要更多冷却时间，也会降低金属型生产率。最适宜拔芯和铸件出型时间，通常见试验方法确定。4金属型工作温度调整要确保金属型铸件质量稳定，生产正常，首先要使金属型在生产过程中温度改变恒定。所以每浇一次，就需要将金属型打开，停放一段时间，待冷至要求温度时再浇。如靠自然冷却，需要时间较长，会降低生产率，所以常见强制冷却方法。冷却方法通常有以下多个：（1）风冷：即在金属型外围吹风冷却，强化对流散热。风冷方法金属型，即使结构简单，轻易制造，成本低，但冷却效果不十分理想。（2）间接水冷：在金属型后面或某一局部，镶铸水套，其冷却效果比风冷好，适于浇注铜件或可锻铸铁件。但对浇注薄壁灰铁铸件或球铁铸件，猛烈冷却，会增加铸件缺点。熔模铸造铸件特点熔模铸造方法另一优点是，它能够铸造多种合金复杂铸件，尤其能够铸造高温合金铸件。如喷气式发动机叶片，其流线型外廓和冷却用内腔，用机械加工工艺几乎无法形成。用熔模铸造工艺生产不仅能够做到批量生产，确保了铸件一致性，而且避免了机械加工后残留刀纹应力集中。熔模铸件尺寸精度较高，通常可达CT4-6（砂型铸造为CT1013，压铸为CT57）,当然因为熔模铸造工艺过程复杂，影响铸件尺寸精度原因较多，比如模料收缩、熔模变形、型壳在加热和冷却过程中线量改变、合金收缩率和在凝固过程中铸件变形等，所以一般熔模铸件尺寸精度即使较高，但其一致性仍需提升（采取中、高温蜡料铸件尺寸一致性要提升很多）。压制熔模时，采取型腔表面光洁度高压型，所以，熔模表面光洁度也比较高。另外，型壳由耐高温特殊粘结剂和耐火材料配制成耐火涂料涂挂在熔模上而制成，和熔融金属直接接触型腔内表面光洁度高。所以，熔模铸件表面光洁度比通常铸造件高，通常可达Ra.1.63.2m。熔模铸造最大优点就是因为熔模铸件有着很高尺寸精度和表面光洁度，所以可降低机械加工工作，只是在零件上要求较高部位留少许加工余量即可，甚至一些铸件只留打磨、抛光余量，无须机械加工即可使用。由此可见，采取熔模铸造方法可大量节省机床设备和加工工时，大幅度节省金属原材料。