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用砂型紧实成型的铸造方法称为砂型铸造，其工艺过程如图10－1所示。

模型和芯盒是造型、制芯的主要工艺装备。模型用来形成铸型腔，其外形与所形成的铸件外形相适应。芯盒用来制造型芯，其外形与所形成的铸件内腔形状相适应。

模型按照结构，可分为整体模、分开模、活块模和刮板模等。模型按照制模材料，可分为木模、金属模、树脂模、石膏模和水泥模等，其中最常用的是木模和金属模。木模具有质轻、价廉和易于加工的优点，但强度和硬度较低，易变形和损坏，一般只用于单件小批量生产。金属模具有强度高、尺寸精确、表面光洁、使用寿命长等优点，但制造较困难，生产周期长，成本高，常用于机械造型和大批量生产。

模型和芯盒的形状及型芯尺寸的设计，都是在零件图为依据的基础上，还必须考虑以下三点：①铸件的加工表面应留有加工余量；②铸件在冷却过程中产生的收缩量；③在与取模方向平行的面上应有拔模斜度等。

用来制造铸型和型芯的材料统称为造型材料，包括型砂、芯砂和涂料等。型砂的消耗量很大，生产1t铸件耗费4～5t型砂。因此，合理地选用和配制造型材料，对提高铸件质量，降低成本具有重要意义。

型（芯）砂具有良好的可塑性、透气性、退让性和耐火性。为使型砂具有合适的性能，需用原砂、黏合剂和其他附加物配制而成，按黏合剂不同，型（芯）砂可分为黏土砂、水玻璃砂、油砂和树脂等。

造型就是用造型混合料及模型等工艺制造铸型的过程。它是铸造生产中最重要的工序之一。造型方法分手工造型和机器造型两大类。

手工造型时紧砂和起模都是靠手工来完成。它具有操作灵活，适应性强，模型成本低，生产准备时间短等优点，但铸件质量不易保证，生产率低，劳动强度大。因此，手工造型主要使用于单件和小批量生产。

在实际生产中，铸件的结构形状、生产数量和生产条件不同，有各种各样的手工造型方法。合理地选择造型方法，对于获得合格的铸件，减少造型的制模工作量，降低铸件成本和缩短生产周期都是十分重要的。表10－1列举了常用的手工造型方法的特点和应用范围。

机器造型就是用机械来代替手工，以实现造型过程中紧砂和起模过程的机械化。采用机器造型可较大地提高劳动生产率，改善劳动条件及提高铸件的精度和表面质量，在大批量生产中显示出极大的优越性。

目前造型机绝大多数是以气压和液压为动力来实现紧实型砂。最基本的紧实方法有压实、震实、抛砂和射压等多种形式，其中震压式应用最广。

震压式紧实法是将砂箱放在造型机工作台上，填满型砂后，先进行多次震击，型砂在惯性力作用下获得初步紧实。震击完毕再进行压实，以提高砂箱上层型砂的紧实度。震击式造型机的工作原理如图10－2所示。首先，压缩空气自震实进气口8进入震实活塞5的下面，带动工作台及砂箱一起上升，上升到一定高度时，震实排气口9打开，震实活塞下面压力迅速下降，工作台和砂箱一起下落，完成一次撞击。如此反复多次震实。震实后，让压缩空气进入压实汽缸，推动压实活塞带着工作台及砂箱再次上升。当砂箱触及上面的固定压头7后，型砂便被压实。最后压实汽缸排气，砂箱下降，完成全部紧砂过程。

1—工作台；2—模板；3—砂箱；4—震实气路；5—震实活塞；6—压实活塞；7—压头；8—震实进气口；9—震实排气口；10—压实汽缸

制芯用来形成铸件内腔，有时也用来形成铸件外形上妨碍起模的凸台和凹槽等。和砂型制造一样，制芯可分为手工制芯和机器制芯。机器制芯用于成批大量生产，单件和小批生产则多用于手工制芯。图10－3是常用芯盒制芯的三种方法。

为了提高制芯的强度，制芯时在砂芯中应放入芯骨。小件的芯骨一般用铁钉制成，大件的芯骨则用铸铁铸成。为了增强透气性，形状简单的型芯，可通过针扎出通气孔。形状复杂的型芯，可在型芯中埋入蜡线，待烘干时蜡线烧掉，形成通气孔。黏土砂芯、油砂芯还需烘干，以便进一步提高其强度、透气性，减少发气性。黏土砂芯烘干温度为250～350℃，油砂芯烘干温度为200～220℃。

铸型烘干与型芯的目的基本相同，为提高生产率和降低成本，一般只对大型、重要件和易产生气孔、黏砂的铸钢件等才进行烘干。烘干在专用的烘干炉内进行，一般铸铁和非铁金属铸型的烘干温度为360～400℃，铸钢件的铸型为400～450℃。

把型芯及上、下箱等装配在一起的操作过程称为合箱。合箱时，首先检查铸型和型芯是否完好、洁净，然后把型芯准确而牢固地放在型芯座上。在确认型芯位置正确后，盖好上箱，并扣紧或在上下箱上加放压铁以免浇注时出现抬箱、跑火和错箱等问题。

合金熔化是获得优质铸件的重要环节。熔化的铁水应满足下列条件，铁水温度高、化学成分符合要求、熔化效率高、燃烧消耗少。

常用的熔化设备有冲天炉、反射炉、电弧炉、感应电炉和坩埚炉等。熔炼铸铁多用冲天炉，熔炼铸钢多用电弧炉，熔炼非金属多用坩埚炉。由于铸造合金中铸铁占的比例最大，所以目前合金的熔炼大多采用冲天炉。

铸铁在冲天炉内的熔化过程中，同时进行着燃料燃烧和金属料的熔化。正确控制这两个过程，对提高铁水质量和熔化效率，节省能耗具有重要意义。

从风口进入炉内的风与底焦层发生完全燃烧，并产生大量热量，其反应为

在高温炉气与剩余氧上升的过程中，氧继续与焦炭发生燃烧反应，致使炉气中的CO₂含量继续增加，并达到最大值，而O₂的含量逐渐减少，直到消失为止。随着反应热的不断放出，炉温不断升高。从第一排风口至氧完全耗尽的这个区域称为氧化带。

含有大量CO₂的高温炉气，在继续上升过程中遇到炽热的焦炭，会发生还原反应并吸收大量的热量，其反应为

反应结果，使炉气中的CO₂减少，CO增多，炉温下降。当炉温降到1 000℃左右时，CO₂的还原反应就停止了。从氧化带的上限至还原反应停止的区域称为还原带。

还原带以上的焦炭，因缺氧且炉气温度不高，不再发生反应，因而成分基本不变。但炉气上升时要不断预热炉料，使炉温上升，而炉气温度下降。从还原带顶端到加料口之间的区域就称为预热区。

第一排风口以下的炉缸区，因缺乏O₂没有炉气流动，所以这部分焦炭也不燃烧。

综上所述，冲天炉的燃烧反应主要是在底焦层中进行，层焦在未进入底焦层以前，几乎不进行燃烧反应。层焦的作用在于补充熔化金属材料时的底焦损失，以维持底焦层高度的相对稳定。冲天炉内的炉料、炉气成分、炉气温度及炉料温度沿炉高的变化规律如图10－4所示。

图10－4　冲天炉内的炉料、炉气成分、炉气温度及炉料温度沿炉高的变化

2．金属料的熔化

由加料口进入的炉料，迎着上升的高温炉气而下降，使金属料在预热区逐渐被加热到熔化温度。当温度达1100～1 200℃的范围时，固态金属料开始熔化成铁水滴，形成一个熔化区。熔化后的铁水滴在下落过程中，被高温炉气和炽热的焦炭进一步加热到1 600℃左右。这种在金属熔点以上的加热称为过热，这个区域就称为过热区。铁水滴落到炉缸汇集成铁水流入前炉。另外，在高温炉气作用下，石灰石在700℃左右时开始分解成石灰（CaO）和CO₂。石灰为碱性氧化物，它能与焦炭中的灰分和被侵蚀的炉衬等酸性氧化物结合成熔点较低、密度较小的炉渣，与铁水分离，由出渣口排出。

冲天炉内金属料的熔化不单纯是金属的重熔过程，在炉气、焦炭和炉渣的相互作用下，还会发生一系列的冶金反应，使化学成分发生变化。熔化后，一般碳的质量分数维持在3．0%～3．4%的范围，硅损耗10%～15%，锰损耗20%～25%，磷基本保持不变，而有害元素硫将增加50%左右，因此，加强脱硫是熔炼过程的重要问题之一。

将熔融金属从浇包注入铸型的操作称为浇注。浇注过程重要的是要控制好浇注温度和浇注速度。浇注温度过低，液态金属流动性较差，易产生冷隔和浇不足等缺陷；浇注温度太高，液态金属溶解的气体较多，冷却收缩量增大，因而易产生气孔、缩孔、裂纹和黏砂等缺陷。铸件浇注温度一般为1 250～1 400℃，厚壁铸件取下限，薄壁铸件取上限。浇注速度应适中，太慢充不满型腔，太快又会冲砂和抬箱。另外，应及时将从浇冒口逸出的CO气体点燃，以防有害气体污染环境。

将铸件从砂型中取出的操作过程，称为落砂。铸件浇注后，在铸型中要有充分的冷却凝固时间，若落砂过早，铸件温度不均匀，开箱后易产生表面硬皮、内应力、变形或开裂，但落砂时间也不宜太迟，以免影响生产率。

清理包括打掉浇冒口，清除型芯和铸件表面的飞边、毛刺及黏砂等，手工清理一般使用钢丝刷、錾子、风铲等简单工具。现在普遍采用机械清理，常用的设备有清理滚筒、抛丸机等。

铸件质量对机器的使用寿命和工作可靠性影响极大。铸件质量主要包括铸件的力学性能、几何形状、内部缺陷和表面状态等方面，而优劣直接取决于铸件的铸造缺陷。有严重缺陷、质量不合格的铸件，应列为废品，但对那些质量要求不高的铸件或缺陷不严重，经修补后不影响使用的铸件，可不列为废品。

影响铸件缺陷产生的原因十分复杂，表10－2介绍了几种常见铸件缺陷的特征及产生的原因。