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1、 第七章 特種鑄造設(shè)備 特種鑄造系指不同于普通砂型鑄造的其他鑄造方法。特 種鑄造是多種鑄造工藝方法的統(tǒng)稱，它主要包括以下幾種方 法： (1)壓力鑄造； (2)低壓鑄造； (8)熔模鑄造； (4)離心鑄造； (5)殼型鑄造； (6)連續(xù)鑄造； (7)金屬型鑄造； (8)液態(tài)金屬擠壓鑄造； (9)陶瓷型鑄造； (10)真空吸鑄等。 與普通砂型鑄造相比，特種鑄造方法具有許多明顯的優(yōu) 點： (1)鑄件的尺寸精確，表面光潔，可節(jié)

2、省大量的機加工和裝 配工時。如熔模鑄件及壓鑄件的尺寸精度可達 7— 8 級，表 面粗糙度達 1.6um (Ra) 。 (2)鑄件的力學(xué)性能好。 如低壓及金屬型鑄造鋁硅合金鑄件 抗拉強度比砂型鑄件高 20％，延伸率高 25%，沖擊值增加一 倍。 (3)絕大多數(shù)特種鑄造方法的工藝流程較短，工序少，因此 具有較高的生產(chǎn)率，便于機械化和自動化生產(chǎn)。 (4) 勞動條件一般都有所改善，大大節(jié)省了生產(chǎn)及輔助面 積。 當(dāng)然，特種鑄造也有許多缺點，主要是應(yīng)用范圍有一定的限制，設(shè)備也較復(fù)雜，生產(chǎn)所需

3、的工裝準(zhǔn)備時間較長，對鑄件的產(chǎn)量也有一定的要求等。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，有些原來用砂型生產(chǎn)的鑄件將不斷改用特種鑄造方法。但特種鑄造也不可能完全取代砂型鑄造。 本章介紹前四種方法常用的特種鑄造設(shè)備 一、壓 力 鑄 造 壓力鑄造是指高壓壓力鑄造，簡稱壓鑄，這是一種先進的少無切削鑄件成形工藝。其實質(zhì)就是使液態(tài)合金以高速 (35~70m/s) 充 滿 鑄型 型腔 并在 充滿 型腔 的瞬 間施 以高 壓 (20~100MPa) ，液態(tài)合金在此高壓下凝固成形。這一成形特點使壓鑄件具有尺寸精確、表面光潔、鑄態(tài)力學(xué)性能好及鑄 件壁厚薄而又外形可很復(fù)雜等

4、優(yōu)點。壓鑄件可不經(jīng)加工或只 經(jīng)精加工即可直接裝配使用。因而節(jié)省了大量的機加工工時 和設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計，每使用一臺壓鑄機可節(jié)省 15~60 臺金切機 床。因此，壓鑄生產(chǎn)在各工業(yè)國家得到了廣泛的應(yīng)用和迅速 的發(fā)展。 壓鑄設(shè)備是指壓鑄生產(chǎn)所需要的各種機械與裝置。它主 要包括壓鑄機和其他輔助機械；如自動定量澆注機、自動取 件機械手、壓鑄模自動噴涂料裝置、壓射頭自動潤滑裝量及 自動切邊壓力機等。此外還有合金熔煉與保溫用的加熱爐 等。 (一)壓 鑄 機 壓鑄機是壓鑄

5、生產(chǎn)最重要的基本設(shè)備，壓鑄件的質(zhì)量也 取決于壓鑄機的性能。根據(jù)壓鑄機的結(jié)構(gòu)和工作原理，它可 分為冷室壓鑄機和熱室壓鑄機兩大類。其中冷室壓鑄機又分 為：臥式冷室壓鑄機、立式冷室壓鑄機及全立式冷室壓鑄機 三種類型；而熱室壓鑄機也分為普通熱室壓鑄機和臥式熱室 壓鑄機兩種。臥式熱室壓鑄機系國外最近研制出的新產(chǎn)品， 國內(nèi)現(xiàn)在尚未進行開發(fā)。 1、立式冷室壓鑄機 （1）工作原理 (圖 7— 1)

6、 其工作過程是：合型完成后，將液態(tài)金屬澆入垂直安裝 的壓射室中，由于反料沖頭此時處于封住嘴孔的位置，故液 態(tài)金屬不會流入壓鑄型型腔。壓射沖頭向下運動進行壓射， 先封閉壓射室上口，進而施壓于金屬液表面并壓迫反料沖頭 下降打開噴嘴 6 的通孔，金屬液立即被壓入壓鑄型腔，型腔 充滿后在高壓下凝固成形，然后壓射沖頭返回，反料沖頭上 升切斷余料餅的直澆道并將余料餅頂出壓射室、開型、反料 沖頭下降到澆注位置，完成一個工作循環(huán)。 (2)立式冷室壓鑄機的優(yōu)缺點 由于充型是

7、從金屬液柱的底部開始和完成，故可避免浮 于金屬液表面的夾渣進入鑄件，有利于提高壓鑄件的質(zhì)量。 合金液進入型腔時要經(jīng)過 90運動轉(zhuǎn)向， 加之噴嘴部分 的直澆道直徑不允許很大，所以金屬液的運動阻力大，壓頭 損失增加，為保證必要的充型時間，就要比臥式冷室壓鑄機 更大的壓射力。另一方面，因增加了切反料工序，不但使機 器的生產(chǎn)周期加長，而且受壓射機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點的影響，不便 于實現(xiàn)自動化。 （3）立式冷室壓鑄機的選用 1)J1516 型立式冷室壓鑄機 (圖 7—2)是壓鑄機系列新產(chǎn)品， 主要由

8、底座、合型機構(gòu)、壓射機構(gòu)、切反料機構(gòu)、防護門及液壓、電氣、冷卻和潤滑系統(tǒng)等部分組成。采用電氣和液壓聯(lián)合控制，具有點動和聯(lián)動兩種工作程序。聯(lián)動工作時根據(jù)抽、插芯的動作順序，可選擇三種循環(huán)程序以適應(yīng)不同壓鑄件的工藝要求。其結(jié)構(gòu)特點是： 合型采用曲肘擴力機構(gòu)，具有運動平穩(wěn)、鎖型可靠和節(jié)能等 優(yōu)點。動型板開擋距離的調(diào)節(jié)采用手動。在動型板上可安裝

9、 液壓抽芯器以滿足抽芯要求。 2)J1525 型立式冷室壓鑄機 (圖 7—3)也是壓鑄機系列產(chǎn)品 之一，它與 J1516 型壓鑄機一樣適用于鋁、銅、鋅和鎂合金等中心澆口壓鑄件的生產(chǎn)。其結(jié)構(gòu)特點： 合型機構(gòu)主要由液壓驅(qū)動的機械曲肘擴力機構(gòu)、頂出機構(gòu)以及開檔調(diào)節(jié)機構(gòu)等組成。開檔調(diào)節(jié)機構(gòu)是由擺線針輪減速器和一組齒輪組成，不但保證了四根大杠受力均勻及機器的精度，而且減輕了勞

10、動強度，提高了工作效率。為了便于 大型具的安裝， 設(shè)有大杠抽出機溝， 可將前上方的大杠抽出。2．臥式冷室壓鑄機 (1)工作原理 臥式冷室壓鑄機的壓射室是水平安裝的，其工作原理及 過程見圖 7— 4 所示。機器合型后，將液態(tài)合金澆入壓室 2 中，壓射頭 l 前進將液態(tài)合金經(jīng)澆道壓入型腔 6 中，合金凝固后開型，壓射頭同時跟出將余料 8 與鑄件一起推離靜型，然后頂出鑄件并取走，完成壓鑄循環(huán)。 立式、臥式兩種壓

11、鑄機比較，在結(jié)構(gòu)上僅僅壓射部分不 同，立式壓鑄機有切斷、 頂出余料的下油缸， 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。增加了維修困難，而臥式壓鑄機則較簡單，維修也方便。在 工藝上立式壓鑄機壓室內(nèi)的空氣不會隨液態(tài)金屬進入型腔，便于開設(shè)中心澆口，但由于澆口長，液體金屬耗量大，充填過程能量損失也較大。對比之下臥式壓鑄機液體金屬進入型腔流程短，壓力損失小，有利于傳遞最終壓力，便于提高鑄件致密度。臥式壓鑄機由于生產(chǎn)率較高，容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，因而使用越來拋廣泛。 3．熱室壓鑄機 (1)熱室壓鑄機工作原理見圖 7—5。

12、 熱室壓鑄機的壓射室與壓射頭浸在保溫爐坩堝內(nèi)的液 態(tài)合金中，壓射機構(gòu)裝在坩堝的上部。當(dāng)壓射頭 3 位于上面 原始位置時， 液態(tài)合金 1 通過進口 5 流入壓室 4 內(nèi)，合型液， 壓射頭向下運動先封閉進口 5，繼而迫使剩余的合金沿通道 6 經(jīng)噴嘴 7 注入壓鑄型型腔 8，充滿型腔后保壓到凝固成形， 然后開型取出鑄件，完成一次工作循環(huán)。 這種壓鑄機的優(yōu)點是工序簡單，生產(chǎn)效率高和金屬消耗 少，由丁

13、合金是從液面以下充入型腔，故避免了浮渣進入鑄 件的可能，保證了壓鑄件質(zhì)量。另外，工作也較穩(wěn)定，改善 了勞動條件并便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。其缺點是壓射室和壓射 頭長期浸在液態(tài)合金中，工作條件十分惡劣，其壽命也受到 很大影響。故熱室壓鑄機目前還只限于壓鑄錫、鋅、鎂等熔 點較低的合金 4．電機轉(zhuǎn)子壓鑄機 用壓鑄工藝將高純度鋁充滿感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)線槽并同 時鑄出其端部的通風(fēng)葉輪，這是一種先進的電機轉(zhuǎn)子生產(chǎn)工 藝。它具有生產(chǎn)率高、勞動條件好，不需預(yù)熱等優(yōu)點。為了 加快這一新工藝的推廣，我國已研制

14、出 ZJ024 型臥式冷室電 機轉(zhuǎn)子壓鑄機、 ZJ034 型和 245kN 全立式冷室電機轉(zhuǎn)子壓鑄 機。 二、熔模鑄造 熔模鑄造是一項少無切削的鑄造工藝，通常是在蠟?zāi)１砻嫱可蠑?shù)層耐火材料，待其硬化干燥后，將其中的蠟?zāi)Ｈ廴ザ瞥赡?，再?jīng)過焙燒，然后進行澆注而獲得鑄件的一種方法。它獲得的鑄件具有較高的尺寸精度、表面光潔，因而熔模鑄造應(yīng)用范圍不斷擴大。如在航空、船舶、汽車、拖拉機、機床、農(nóng)機、汽輪機、電訊機械、儀表、刀具、武器等制造行業(yè)中，都得到了廣泛的應(yīng)用。為了減輕工人的勞動強 度，提高蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量， 保證工藝的均勻一致性， 降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率

15、，目前正向著機械化、自動化方向發(fā)展。熔模鑄造設(shè)備大致可分為： (1)蠟料制備及蠟處理沒備； (2)制模及蠟?zāi)：附釉O(shè)備； (3)制殼及硬化設(shè)備； (4 脫蠟設(shè)備； (5)模殼焙燒澆注設(shè)備； (6)鑄件清理設(shè)備。 (一) 蠟料制備及蠟處理設(shè)備 蠟料制備是熔模鑄造的第一道工序，蠟料的好壞對鑄件表 面質(zhì)量影響很大。目前我國常用的蠟料是石蠟、硬脂酸組成 的低溫蠟料，本章介紹的設(shè)備多用來制備低溫蠟料，粘度不 大的中溫蠟料也可用此設(shè)備。 年產(chǎn)量小于的 200t 的小型

16、熔模 鑄造車間可選用 M 214 型蒸汽熔蠟爐、 M 223 型攪蠟機及 M 292 型簡易壓蠟機等，而年產(chǎn)量大于 200t 的熔模車間可采用 XM 255 型蠟料制備線，它是由熔蠟、攪蠟及壓蠟機等組成。 如果一條線滿足不了要求，可選用二條。使用它可減輕勞動 強度，提高蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量及生產(chǎn)率。 1． M214 型蒸汽熔蠟爐 (圖 7—7)

17、 該爐為小型熔模鑄造車間成套設(shè)備之一，主要用于低溫 或中溫蠟料的熔化。它是由盛蠟桶及水槽等組成，熱源為蒸 汽。蠟料破成碎塊裝入盛蠟桶內(nèi)， 然后通入蒸汽使水溫上升， 直至將蠟料熔化為止。該爐可直接安放在水泥地面上使用。 2． XM255A 型蠟料制備線 (圖 7— 8)

18、 它是由熔蠟槽、高速攪蠟機、壓蠟機、壓蠟頭、工作臺、管路及電氣系統(tǒng)等組成。 它完成熔蠟、攪蠟、壓蠟等工序。其工作原理是將塊狀固態(tài)蠟，置于四周加溫和封閉的熔蠟器內(nèi)。塊狀蠟在通蒸汽的管狀柵格上，迅速熔化成液態(tài)蠟，并經(jīng)濾網(wǎng)漏于保溫槽內(nèi)。蠟液經(jīng)過過濾，用泵輸送至高速攪蠟機內(nèi)，加入一定比例的小塊固態(tài)蠟，在高速葉片打擊和攪拌下，攪成膏狀蠟料。壓蠟機將膏狀蠟抽吸至壓蠟缸內(nèi)后即可進行壓蠟，將蠟料壓送至各個壓蠟頭以壓制蠟?zāi)！? 該線是在國內(nèi)熔模車間生產(chǎn)實踐基礎(chǔ)上，由機電部濟南鑄造

19、鍛壓機械研究所設(shè)計。其特點是： (1)操作方便，適應(yīng)性強，可制備通用低溫蠟料和熔點較 低的中溫蠟料，滿足年產(chǎn)量 250t 的熔模鑄造車間的需要。 (2)熔蠟槽內(nèi)具有通蒸汽的管狀柵格熔蠟器， 蠟料熔化效 率高。 (3)蠟料輸送管道化，實現(xiàn)了流水生產(chǎn)，防止了蠟料受污 染的可能性。 (4) 全部的制蠟及輸蠟均采用熱水保溫，保證了蠟?zāi)Ｙ|(zhì) 量。 除攪蠟機需采用地腳螺栓外，其余部件均安放在水泥地 面上。根據(jù)工藝要求，溶蠟槽、高速攪蠟機、壓蠟機的保溫 水槽先通蒸汽或用電加熱器升溫，將

20、殘余蠟化清后，再加冷 水調(diào)至預(yù)定溫度，用電加熱器自動保溫。 (二) 制 模設(shè) 備 壓蠟機是制模設(shè)備，選用時要考慮到采用的蠟料種類 (高、中、低溫蠟料 )及蠟?zāi)５男螤?、重量、批量等? 目前國內(nèi)有簡易壓蠟機、單工位壓蠟機、十工位壓蠟機及液態(tài)壓蠟機等。 采用壓縮空氣直接加壓的簡易壓蠟機，結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，小型熔模車間可廣泛采用，但生產(chǎn)率低。為了提高生產(chǎn)率及蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量，采用液壓傳動開、合模的單工位及十工位 壓蠟機，可用來壓制低溫及中溫蠟料。 采用液態(tài)蠟料制模時，要選用 M233 液態(tài)壓蠟機。 1． M292 型簡易壓蠟機 (

21、圖 7-9) 該設(shè)備是小型熔模鑄造車間成套設(shè)備之一，用于壓制蠟 模?？膳c M 214 蒸汽熔蠟爐及 M223 攪蠟機配套使用。它是 由壓蠟桶及壓蠟頭等組成。使用時將制成的膏狀蠟料，放入 該壓蠟機的壓蠟桶

22、內(nèi)，用壓縮空氣將蠟料經(jīng)壓蠟頭壓入壓型 內(nèi)，壓注成表面光潔的蠟?zāi)！? 該機結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。適于生產(chǎn)批量不大的小型熔模鑄造車間及試驗室。該機可直接安放于地坪上。 （三） 制 殼 設(shè)備 制殼是熔模鑄造的一個重要的工序，殼的質(zhì)量好壞會接影響到鑄件的質(zhì)量，廢品率多半于模殼質(zhì)量有關(guān)，目前制殼的方法有二種，一種是手工制殼，雨淋撒砂機適用于手工制殼撒砂。另一種是機械化制殼可采用懸鏈制殼線或脈動式制殼機。只要將模組掛在吊具上，就可以完成模組的涂料、撒 砂、硬化及干燥等工序。懸鏈線適用于小件的制殼。脈動式制殼機適用于中件

23、(小于 30kg) 制殼。它結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積 小，但必須采用快速硬化的新工藝。制殼機械手適用 以上模殼的制備，它能減輕體力勞動，并使模殼涂掛均勻 1． M394 型雨淋撒砂機 (圖 7—10)  50kg ． 它是由

24、提升機、擺動篩和機架等部分組成。其工作過程 是打開上部儲砂斗閘門，砂經(jīng)擺動篩篩分后，形成均勻的砂 幕落下，人工將掛有涂料的模組，在砂幕中上、下、左、右 擺動撒砂，直至達到要求為止。 該機是小型熔模鑄造車間成套設(shè)備之一。結(jié)構(gòu)簡單、操 作方便、可大大減輕體力勞動強度。 (四)脫 蠟設(shè)備 熔模車間的脫蠟一般有兩種方式即采用熱水或蒸汽脫 蠟。蒸汽脫蠟效率高，適合于中溫蠟料的脫蠟。而目前國內(nèi) 大部分熔蠟車間的脫蠟是采用熱水脫蠟。它結(jié)構(gòu)簡單適用于 低溫蠟料及水玻璃模殼。 M 471

25、6 型熱水脫蠟槽 (圖 7— 11) 它是由吊籃、支架、手動升降機構(gòu)、蒸汽加熱管、熱水 槽、蠟水分離器等組成。 其工作原原理是將掛有涂料的模組放在吊籃內(nèi)，吊籃由 手動升降機構(gòu)帶動， 下降至熱水槽內(nèi)， 進行脫蠟。 脫蠟完畢， 吊籃升起，取出模殼。 該機操作方便、結(jié)構(gòu)簡單，但蒸汽消耗量較大。它適用 于低熔點蠟料及水玻璃模殼的脫蠟。 是年產(chǎn) 100t 的熔模車間 的

26、配套設(shè)備。 (五)模殼焙燒澆注設(shè)備 目前焙燒爐的種類有電阻爐、油爐和煤氣爐等幾種。 推薦采用煤氣爐，它適用于連續(xù)生產(chǎn)，比電爐和油爐操作、 維修方便，改善了勞動條件，提高了模殼質(zhì)量。 XM519A 型模殼焙燒澆注線 (圖 7—12)

27、 它是由焙燒爐、焙燒小車、擋車機構(gòu)、環(huán)形澆注單軌及 鑄型輸送機等組成。共有四個工位：圖中 I 為裝殼工位。 II 為焙燒工位。 III 為澆注工位。 IV 為冷卻落砂工位。在裝殼 工位將模殼裝于焙燒小車上，鑄型輸送機載焙燒小車進入爐 中進行焙燒。模殼焙燒后，輸送機將它送至澆注工位進行澆 注，然后送至冷卻落砂工位進行落砂，落砂后的空焙燒車運 至載殼工位待用。 焙燒熱源為熱煤氣。 若用冷煤氣或天然氣為最佳 (應(yīng)換燃 燒器 )。 該線的特點是生產(chǎn)率高，勞動強度低，適用于大批量、

28、 連續(xù)生產(chǎn)的熔模車間，不宜用于年產(chǎn)量 150 t 以下的熔模車 間。 三、低壓鑄造 所謂低壓鑄造就是液體金屬在氣體壓力作用下由下而上 地充填型腔， 以形成鑄件的一種方法， 因所用壓力較低 (一般 20~60kPa)，故稱之為低壓鑄造，基本原理見圖 7— 13。 在密封的 

29、 l 坩堝 (或密封罐  ) 4 中，通入干燥的壓縮空氣 

30、 (或 惰性氣體  )，金屬液  3 在氣體壓力的作用下，沿升液管  2 上 升．通過澆口 5 平穩(wěn)地進入型腔 8，并保持坩堝液面上的氣 體壓力，一直到鑄件完全凝固為止，然后解除液面口氣體壓 力，使升液管和澆口中未凝固的金屬液由于自重回到坩堝中 去，已凝固的金屬液便在型腔中形成了所需鑄件。這種鑄造 方

31、法有以下幾個特點： (1) 液體金屬充型平穩(wěn)。這是由于低壓鑄造采取底注充型，液體金屬上升速度容易控制，能減少金屬液對型壁或型芯的沖刷，可使液流方向與型腔內(nèi)氣流方向一致，易于排出型腔中氣體，從而可以減少鑄件產(chǎn)生夾渣和氣孔的可能性。 (2)鑄件成形性好。由于是在壓力下充型，增強了液體金 屬充填能力，有利于形成輪廓清晰，表面光潔的鑄件。 (3)鑄件結(jié)晶組織致密，力學(xué)性能好。因為鑄件結(jié)晶凝固 時受壓，補縮效果好，從而提高了鑄件力學(xué)性能。如抗拉強 度和硬度，一般比重力鑄造提高 10％左右，

32、而對要求耐壓、 防漏的鑄件效果更好。 (4)提高了金屬液的工藝收得率。 由于低壓鑄造利用壓力 充型和補縮，大大簡化了澆注系統(tǒng)和冒口系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使金 屬液的收得率大大提高，一般可達 90％以上。 此外，勞動條件好；設(shè)備簡單；見效快，易實現(xiàn)機械化 和自動化，也是低壓鑄造的優(yōu)點。 目前，國內(nèi)低壓鑄造較國外尚有一定控差距，主要是在 設(shè)備的使用壽命，可靠性，通用性及標(biāo)準(zhǔn)化方面差距較大， 多數(shù)低壓鑄造機是由各使用單位根據(jù)各自的具體情況，自己 設(shè)計制造的專用設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡單，落后，操作不便，性能 較

33、差。 四、 離心鑄造 離心鑄造是將液體金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，在離心力的 作用下充填鑄型并凝固成形的一種鑄造方法。 離心鑄造與其他鑄造方法相比較，有如下特點： (1)不使用芯子即可鑄出空心筒形或環(huán)形鑄件， 大大減化 了生產(chǎn)過程。 (2)由于液態(tài)金屬在旋轉(zhuǎn)鑄型中產(chǎn)生離心力， 提高了金屬 的充型能力，故一些流動性較差的金屬和薄壁鑄件用離心鑄 造法可得到滿意的結(jié)果。 (3)改善了鑄件的補縮條件，鑄件結(jié)晶細(xì)、無氣孔、非金 屬夾雜物少，從而合金組織致密，力學(xué)性能較高。 (

34、4)節(jié)省了澆注系統(tǒng)及冒口，降低鑄件成本，提高了成品 率。 (5)可澆注雙金屬件。 ’ (6)離心鑄造容易產(chǎn)生偏析，鑄件的內(nèi)表面較粗糙。 由于上述特點，離心鑄造適用于鑄造一些套件、環(huán)形件、管 件和筒類鑄件。例如：合金套、鐵套、鑄鐵管、鑄鐵軋輥、 雙金屬離心鋼套等。 (二 )臥式離心鑄造機 （1）J514 型臥式離心鑄造機 (圖 7— 14) 該機采用電磁轉(zhuǎn)差離合控制將控制機械傳動，可控硅無級 調(diào)速電機，主軸轉(zhuǎn)速無級線性調(diào)速。適用于澆注各種不同直 徑、不同材質(zhì)的鑄件，避免了澆注中由于轉(zhuǎn)速不當(dāng)造成偏析 等鑄造缺陷。另外，該機還采用了機械自卸機構(gòu)，減輕了勞 動強度，提高了生產(chǎn)率。 該機用于離心鑄造各種鑄件及銅、鋁、鋅等有色金屬合 金缸套和筒類件，也可借助砂襯澆注帶法蘭的零件。適用于 單件或批量生產(chǎn)。