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【正文】 工業(yè)上影響鑄造的趨勢(shì)主要有兩個(gè)。第一個(gè)是機(jī)械自動(dòng)化的鑄造方法，這種方法在設(shè)備使用和勞動(dòng)強(qiáng)度方面有著重大意義。先進(jìn)的機(jī)械和自動(dòng)控制系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的鑄造方法。第二個(gè)主要趨勢(shì)提高了鑄件的質(zhì)量和尺寸公差要求。 這一章列舉了鑄造的主要典型實(shí)例，涉及了模具材料、加工方法和澆注方法 。 主要有如下幾類： 1. 可消耗模具，典型的有沙模、石膏模、陶瓷模等近似材料模具。這些材料均需加入多種粘結(jié)劑（用來(lái)粘合）提高模具的性能。一個(gè)典型的沙模由 90%的沙，7%的粘土，和 3%的水組成。如第 8 章所說(shuō)的，這些材料都是難熔材料（就是說(shuō)這些物質(zhì)在熔融的金屬熔液中可以保持不變）。待鑄造成型后，把模具破壞掉，取出鑄件。 2. 永久鑄模，這類模具是用金屬制成的，并可以在高溫下保持原狀。顧名思義，這種模具可以循環(huán)使用，并且使制件很容易從模具中取出，投入下一次使用。金屬模具比不可控的非金屬模具的導(dǎo)熱性更好（見(jiàn)表 ）。因此，鑄件凝固時(shí)必須頻繁冷卻，冷卻速度會(huì)影響鑄件內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)晶粒的大小。 3. 組合模，這種模具由兩種或兩種以上的材料組成（如沙、石墨和金屬），性能比任一種組成成分優(yōu)越。這類模具有永久和可消耗兩部分組成，可以 廣泛運(yùn)用于鑄造業(yè)，它可以改善模具的強(qiáng)度、控制鑄件的冷卻速度，使鑄造過(guò)程最經(jīng)濟(jì)。 沙模和其他鑄造方法的一般特點(diǎn)見(jiàn)表 。幾乎所有的商用金屬均可以被鑄造。鑄件表面精度的獲得很大程度上取決于模具材料。盡管如我們所想，沙模的表面顆粒很大，又粗糙，尺寸公差也不如機(jī)加或其它成型加工方法所獲得的公差。但是，沙模卻能鑄造出復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件，如鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)墊塊和大型遠(yuǎn)洋輪用推進(jìn)器。 由于它們的唯一特點(diǎn)和應(yīng)用，主要用于制造微電設(shè)備（第 5 部分），基本晶體生成技術(shù)也在本章中表達(dá)，主要包含了現(xiàn)代鑄造廠里的一些觀點(diǎn)的摘要。 11． 2 可消耗模具的鑄造方法 可消耗模具主要類型有沙模、脫殼模、石膏模、陶瓷模，還有蒸發(fā)和熔模鑄造等方式。 沙模 傳統(tǒng) 的鑄造金屬方法就是用沙模，并且這種方法已經(jīng)有幾千年的歷史了。在美國(guó)，沙模依舊是最普遍的鑄造方式，每年有大約一千五百萬(wàn)噸的金屬是用這種方法鑄造出來(lái)的。沙模主要用于鑄造機(jī)械的基礎(chǔ)，大型渦輪的推進(jìn)器、管道、管道緊固件、還有許多農(nóng)業(yè)用品和鐵路設(shè)備。 沙模的性能在表 中給出。 沙模的主要組成是 a)防置型（包含鑄件的形狀）鑄件的形狀全部在砂型中；b)合成控制系統(tǒng)； c)去除形，在砂型中注入金屬熔液； d)金屬在凝固后冷卻； e)剝離型沙模； f)去除鑄件型。（圖 ） 沙子。多數(shù)的沙模是由硅沙作為沙模材料的。沙子不 但便宜而且它有高溫特性和高熔點(diǎn)，這些性能與模具材料相符合。沙子有兩類：自然沙（岸沙）和合成沙（湖沙）。由于沙子的組成可以精確的控制，合成沙是許多鑄造廠的首選材料，由于這種特有性能，沙模又環(huán)保又經(jīng)濟(jì)。 許多廠家對(duì)模具沙的選擇很重視，并將其作為一種固定的交易方式。沙子也有精度，沙子的圓形顆?？梢詭缀跆顫M，從而形成模具光滑的表面。（通過(guò)氣孔排氣）。模具和心部有良好的透氣性，在鑄件脫離時(shí)水汽和氣體更容易蒸發(fā)。因?yàn)槟＞呃鋮s收縮，沙模也極易崩裂，因此要在鑄造時(shí)避免這個(gè)和熱脹裂一樣的缺點(diǎn)（見(jiàn)圖 ）。 沙模的類型。 沙模（圖 ）分類是根據(jù)組成沙的類型及生產(chǎn)使用方式劃分的。沙模有三種類型：濕沙模、低溫沙模和非烤沙模，最常用的模具材料是是濕沙模沙，這種材料由沙子、粘土和水混合而成。術(shù)語(yǔ)中“濕”指的是當(dāng)金屬液體注入模具時(shí)，沙子在模具中是潮的或是濕的。濕沙造型是制作模具最經(jīng)濟(jì)的一種方法。模具的表面是干燥的，無(wú)論將其在空氣中或在干燥的地方保存，模具都會(huì)自燃。由于他的高強(qiáng)度，這些模具用來(lái)鑄造大型鑄件。 在低溫模具鑄造時(shí)，加入了許多有機(jī)和無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，以化合的方法粘結(jié)顆粒產(chǎn)生更大的強(qiáng)度。這類模具比濕沙模的尺寸精度更高但更貴。在 非烤模具的加工中，混入了一種合成樹(shù)脂液體，它會(huì)在室溫中變硬。由于模具以這樣的方式粘結(jié)，低溫加工不需熱量，這兩種方式合稱為冷加工方法。 沙模在注入金屬液體之前應(yīng)烘干（烤干）。這樣的模具比濕沙模具更堅(jiān)固。并在尺寸和表面光潔度上也比濕沙模好，但這種方法有以下缺點(diǎn)： a)變形大； b)由于模具的崩潰性小鑄件對(duì)熱脹敏感； c)由于烘干時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)率低。 1． 支撐模具本身的瓶子，兩個(gè)半模由一個(gè)管從頂部貫穿到模具的底部。它們的接縫是兩條分開(kāi)的線。當(dāng)模具多于兩個(gè)半模組成，則附加的部分稱為頰。 2． 澆注池或澆注帽，是金屬液體注入的地方。 3． 澆注口、澆注池或澆注帽是澆注金屬的地方。 4． 澆道是把金屬液體從澆注口傳遞到模腔的通道，澆注口在模腔處。 5． 冒口，是當(dāng)金屬凝固收縮是提供附加液體的地方。冒口有兩種，一種是埋式，另一種是敞口式。 6． 型心，由沙子做成的鑲?cè)塍w。它們?cè)谀＞邇?nèi)部用來(lái)形成孔或是形成模具的內(nèi)表面。型心也用于鑄造鑄件的外部如表面字母或外部深槽。 7． 排氣口，在模具內(nèi)部用來(lái)帶走金屬液體接觸到砂型或型心時(shí)產(chǎn)生的氣體。排氣口在金屬液體流入模具時(shí)也可儲(chǔ)存氣體。 模板。模板常用于澆注型砂到模具型腔中，它常由木頭、塑料或金屬制成。模板材料由鑄件的尺寸和形狀、尺寸精度、澆注數(shù)和加工方法決定。模板可以重復(fù)的制造模具。模板材料強(qiáng)度、耐用度的選擇必將影響制件的數(shù)量。模板用化合材料制造可以減少臨界區(qū)的磨損。通常我們?cè)谀０宓谋砻嫱恳粚用撃?，以便鑄件更好的從模具中分離。 模板可被設(shè)計(jì)有多種特征來(lái)適應(yīng)特殊場(chǎng)合并滿足經(jīng)濟(jì)要求。一整塊模板也可以稱為松?；蛘w模，一般用于簡(jiǎn)單的形狀和小批量生產(chǎn)。整體模通常用木頭制成所以比較貴。組合模是兩塊模，每塊模形成鑄件的孔。以這種方式加工，鑄件可以生 產(chǎn)出復(fù)雜的形狀。仿形沙模板是上下模分別獨(dú)立；安裝或更多組合模對(duì)著的模板中的一種類型（圖 ）。在這種結(jié)構(gòu)中，澆注口安裝在動(dòng)模上。這類模具常用于大型機(jī)械和大產(chǎn)品的小部件。 在模具發(fā)展上主要是原形的快速使用。（ 20 章）在沙模中，如果模板可以用快速機(jī)械樣機(jī)加工出來(lái)并很快栓緊于芝承板的一小部分而只花費(fèi)了機(jī)加模板的費(fèi)用?，F(xiàn)在有多種快速樣機(jī)即刀具可以快速加工的技術(shù)。模板的設(shè)計(jì)臨界于總鑄造過(guò)程。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮金屬收縮，易以減面率梯度從沙模中取出。（圖 ）合理的流動(dòng)等問(wèn)題在 12 章中詳細(xì)的描述了。 型心，用于鑄造內(nèi)部 孔或槽，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)墊塊或電子管體用到的型心。型心放在模腔中用來(lái)形成鑄件內(nèi)表面，在再加工時(shí)該部分的精度與其它處不一樣。想模具，型心必須有一定的強(qiáng)度、滲透性、耐熱性和崩潰性；因此，型心也是由沙子合成的。型心用自身的槽錨住，這些槽是附加在模板上用來(lái)支撐型心并用來(lái)排氣的 (圖 ) 。型心普遍的問(wèn)題是（對(duì)于一些澆注設(shè)備，如一個(gè)凹槽是必要的）在孔中模具缺少支撐結(jié)構(gòu)。使型心在變化中保持不變，金屬支架（項(xiàng)圈）用于錨主型心在適當(dāng)?shù)奈恢茫▓D ）。 型心通常用于澆注模以相似的方法制造；多數(shù)型心用殼（見(jiàn) 節(jié)）非烤或低溫制成。型心在低溫室中成型，型心常以相同的方式用于沙模的模板。 沙模鑄造機(jī)。最早所只的鑄造方法是現(xiàn)今仍使用的簡(jiǎn)易鑄造，簡(jiǎn)易鑄造即用手敲擊沙子（填充）或沖壓在模板中形成的。在大多數(shù)加工方法中，無(wú)論如何，沙混合物填充到模板中鑄造機(jī)械。這些機(jī)械不能離開(kāi)手工勞動(dòng)，不能靠改進(jìn)力的分配提高鑄造質(zhì)量，提高生產(chǎn)率也必須小心的控制模具。 在垂直瓶頸模具中，模板的孔形成了一個(gè)垂直的腔，背離著沙壁吹制緊湊（圖）模具上的孔是由分開(kāi)的線導(dǎo)向的垂直向前灌注?？紤]到非大量的生產(chǎn)率，尤其當(dāng)其它操作因素（如去除心部和澆口 ）變成自動(dòng)化時(shí)這個(gè)操作簡(jiǎn)易，且去除時(shí)用瓶頸手柄即可。 拋沙機(jī)由瓶狀物逐一添滿，沙子在高壓力的作用下，沙子填入到瓶頸中，然后開(kāi)始在機(jī)械中運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)器葉輪把沙子從刀片（或杯子）以一個(gè)高速拋出，以使機(jī)器不僅容納了沙子而且使其相互適當(dāng)?shù)呐鲎病? 在沖壓模中，沙子通過(guò)控制爆炸或瞬間釋放出壓縮氣體結(jié)合。這種方法生產(chǎn)的模具有同一得強(qiáng)度和滲透性。 在真空模塑法中（通常知道有五個(gè)步驟），模板由一片很薄的塑料片緊固的蓋在上面。瓶頸放置在模板的后部，并涂上一層干燥未粘結(jié)的型砂。用第二塊塑料片放在沙子的頂部，用真空緊固沙子，使得模板為 孤立的。所有模具上的孔都是用此方法制成并組合的。在澆注時(shí)，模具始終處在真空狀態(tài)下。當(dāng)金屬凝固，去除真空，沙子就散落了，留下的就是完成的鑄件了。真空模塑法鑄造出的制件表面質(zhì)量高，位置精度也很高，很適合尤其是大型平面（盤狀）的鑄件。 沙模的操作方法。當(dāng)模具成型且型心放置在內(nèi)部合適的位置，堵塞兩個(gè)孔（延長(zhǎng)處理），夾緊有利于防止當(dāng)金屬熔液灌入模具內(nèi)時(shí)，模具的各部分由于壓力而分離。 一個(gè)完整的沙模操作順序在圖 中表示出來(lái)。 金屬冷凝后，鑄件從模具中搖出，沙粒和粘附的氧化層用振動(dòng)（分離機(jī)）或爆破沙子的方法處理掉。 鑄件通常使用噴鋼砂或粗沙處理（噴丸處理， 節(jié)）。澆口和澆道用可燃氧氣、鋸、剪子、砂輪切割；或?qū)⑵湔麄€(gè)鑲?cè)肽＞弋?dāng)中。鋼鑄件的澆口和澆道也用炭精電弧氣（ 節(jié)）或燃燒去除。用電化學(xué)方式將模具浸泡在化學(xué)藥劑中可以更干凈的清除鑄件表面的氧化物。 鑄件處理干凈后也需要熱處理，用來(lái)改善與之匹配的器材的使用要求。熱處理的過(guò)程是很重要的，尤其對(duì)于鑄鋼件，熱處理的環(huán)節(jié)是必不可缺的。最終處理是用機(jī)加、矯正、鍛造使模具（膠料）獲得最終尺寸。檢測(cè)是最后的一個(gè)步驟，檢測(cè)合格才能保證鑄件滿足各種設(shè)計(jì)、質(zhì)量管理的要求。 石墨沖 壓模。這一節(jié)中要說(shuō)的是石墨沖壓（ 節(jié)）是一種常用于制造活性金屬的模具。如鈦和鋯，由于金屬與硅的化合反應(yīng)，沙子能運(yùn)用于活性金屬的鑄造。該模具也同沙模一樣填充了干燥氣體，烤至 175176。 C，燃燒至 870176。 C，然后在濕度溫度合適的條件下保存。鑄造過(guò)程也類似于其他沙模。 脫殼模 脫殼模開(kāi)始發(fā)展于 20 世紀(jì) 40 年代，并因?yàn)樗梢澡T造出嚴(yán)格尺寸精度并有良好表面光潔度的制品，所以它的發(fā)展另人注目。脫殼模應(yīng)用于小型機(jī)械的有高精度要求的部件。如齒輪箱、汽缸蓋和連桿。這種方法也廣泛應(yīng)用于高精度型心的模具。脫殼模的鑄造 范圍在表 中給出。 用此工藝方法，要用到黑色金屬和鋁制造的模板 a)加熱范圍從 175176。 C 加熱到 370176。 C ； b)涂一層脫模劑（如硅膠）； c)在腔或膛中夾緊，腔內(nèi)裝有細(xì)沙，混有 %到 4%的熱固樹(shù)膠粘合劑（如苯酚甲醛）涂在沙粒上。無(wú)論在腔內(nèi)上下旋轉(zhuǎn)（圖 ）或與沙子混合吹在模板上，均允許涂在模板上。 裝配完放置在一個(gè)短時(shí)間可以熔化樹(shù)脂的烤箱內(nèi)，在大部分脫殼模用鑄造機(jī)中，烤爐內(nèi)都有一個(gè)存放金屬的盒子和燃?xì)庋b置搖擺模具脫模。殼在模板周圍變硬后可用內(nèi)置起模桿將制件推出。兩個(gè)半模用這樣的方式制成并燒結(jié)或夾緊成為一個(gè)模具。 殼的厚度可以根據(jù)模板與模具接觸的時(shí)間來(lái)準(zhǔn)確的控制。這樣，模具在承受一定質(zhì)量的金屬熔液時(shí)有滿足使用要求的強(qiáng)度和硬度。殼很輕很?。ㄍǔ?5到 10 毫米），從而，該模具的熱特性與較厚的模具不同。 殼砂的粒度小因此滲透性比濕沙模要差，分解殼砂的機(jī)器產(chǎn)生了大量的氣體。因此，模具必須有適當(dāng)?shù)呐艢饪冢阼T件中 儲(chǔ)存氣體會(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的問(wèn)題。高品質(zhì)的成品可以減少清潔、后續(xù)加工、和其他后續(xù)處理?？梢圆换ㄙM(fèi)很大的勞動(dòng)力生產(chǎn)出復(fù)雜形狀的產(chǎn)品，整個(gè)過(guò)程可以很容易的通過(guò)自動(dòng)化完成。