铸造概述
铸造工艺简介及发展
，。
合金元素对钢的铸造性能影响
铸件的质量控制
铸造CAE技术服务平台简介
2020/5/4
1、铸造概述
Lanzhou University of Technology
一）何为铸造：将液体金属浇到具有与零件形状相适 应的铸型空腔中，待其凝固后，以获得一定形状尺 寸和表面质量的零件的产品，称之为铸造。 三大要素：合金、造型、浇注凝固 最大优势：可以成形复杂零件
下芯合箱
检查
浇注
落砂清砂
切割浇冒口
缺陷焊补
铸件热处理
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精整完工
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（3）几种砂铸工艺
1） 湿型砂：粘结剂为膨润土。有一定的湿态强度，砂型退让性较好。造 型生产效率高，成本低，便于中小件大批量生产。缺点是：铸件易产 生气孔、夹砂、粘砂等缺陷，内在质量不高。多用于低压铸铁阀门。 铸钢件阀门极少用。
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二）铸造发展（以造型方法为主）
铸造：工艺古老，历史悠久，曾经辉煌。青铜器的失蜡铸造。
20世纪30年代开始使用气动机器和人工粘土砂工艺生产。 1933年出现水泥砂型， 1967年出现水泥流态砂型； 1944年出现冷硬覆膜树脂砂壳型； 1955年出现热法覆膜树脂砂壳型， 1958年出现呋喃树脂自硬砂型； 1947年出现CO2硬化水玻璃砂型， 1968年出现了有机硬化剂的水玻璃。
上述主要是铸型的工作性能。还有回用性、溃散性、流动性和可塑性 等工艺性能，对于树脂砂还有微粉、灼烧减量、碱性树脂的残碱量、原砂的 酸20耗20/值5/4等。
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2、型砂的分类： 按照粘结剂的不同，型砂可分为：
（1）粘土砂 （2）水玻璃砂 （3）树脂砂 (4)油砂及合脂砂。 树脂砂工艺是铸造工艺上的一次大变革，它采用“树脂”作为粘接剂，
铸钢件湿型砂的配比及性能表
配 比 （%）
序 号
新 粒
砂旧 加砂
膨
碳
度入
100
9/ 11
0.2
2 15 50 50 3 0.4
性能
含 糊纸水 精浆量
%
透 气 性 AFS
湿压 用 途 强度 KPa
0.2/ 0.4
3.8/ 100/ 56/ 4.3 200 77
0.6/ 1.2
4/4.7
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9
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4）铸钢冒口尺寸的确定：其方法有模数法；比值法和热节圆法。目 前工厂里为了满足便捷的设计要求，常用的是热节圆法，来确定冒 口的尺寸。 5）铸件收缩率的选定：铸钢件在凝固冷却的过程中，其体积和尺寸 都会收缩减小，由液态凝固为固态的收缩量一般以长度的改变量-线收缩率来表示（%）。
型砂性能对铸件质量有重大影响。型砂应具备如下性能： （1）强度 在外力作用下，其不易被破坏的性能称为强度。在铸型制造、 搬运以及浇注时，不发生变形、损坏。否则造成塌箱、冲砂和砂眼等缺 陷。 （2）透气性 型砂由于各砂粒间存在空隙，具有能使气体透过的能力称为 透气性。对应型芯的发气性。 （3）耐火度 型砂在高温金属液作用下不软化、熔化的性能。当耐火度不 足时，形成粘砂，轻则使切削时加快刀具磨损。重则使铸件报废，为弥补型 砂耐火度不足，在铸型型腔表面刷一层涂料。 （4）退让性 型（芯）砂具有随着铸件的冷却收缩而被压缩其体积的性能， 浇注后，型砂高温强度愈低，退让性愈好，铸件所受机械阻力也小。铸件内 应力减小；反之收缩受阻，内应力大，甚至产生裂纹。
使铸造工艺在各个方面都上了一个台阶。 树脂砂工艺的种类很多如壳芯，热芯盒、冷芯盒，自硬砂等等。 呋喃树脂自硬砂工艺不仅适用大批量的机械化生产，同时也适用于单
件、多品种、小批量生产，它同传统粘士砂比较它具有如下优点： 生 产铸件尺寸精度高，表面粗糙度低，节省能源，提高劳动生产，改善 工劳动件，旧砂回率高，污染小等。 该工艺自上世纪八十年代引入中国（兰石、兰高阀，自贡机床），尤 其是生产线投入，相关技术原材料问题的解决。在我国发展很快，尤 其在机床、造船、重机、电工等行业，所使用都取得较好的成果。 局限性，在浇注碳钢薄壁铸件时，因其高温强度较高，故极易产生裂 纹缺陷。高端阀门有问题，同时也 有一个铸件表面渗碳问题，对生产 超低碳不锈钢最好不要采用该工艺。
工艺参数
真空度: 1995~2660Pa之间;
水玻璃
模数:2.05~2.20, 密度:1.50~1.54g/cm3;
水玻璃加入量:面砂 2.5%~4.0%,背砂 1.5%~2.5%;
CO2用量: CO2吹气压力0.04MPa左右,延时 90~140s
问题： 1）铸型强度及表面稳定性 在VRH-CO2法中, 日本工艺, 面砂水玻璃加入量< 3. 0。面砂在3.5%左右, 背 砂在2.5%左右, 铸型强度及表面稳定性较好。气温对硬化有很大影响。 2）溃散性问题 比传统水玻璃砂溃散性有所提高。溃散性的大小与水玻璃加入量及开箱时间 有关。一般控制在铸型温度＜ 200℃。 3） 阀体裂纹问题：薄壁与壁厚不均匀的大口径阀体易于产生裂纹。
⑴ 控制铸钢件顺序凝固的工艺措施：
1）设计合理分型位置、浇注位置和浇注系统。
2）冒口设计在铸件最后凝固的部位，在起到补缩作用的同时，延缓冒口周围 钢水的凝固，造成顺序凝固的条件。保温冒口应用。
3）浇注操作时，当钢水上升至冒口高度1/4时，改从冒口顶上浇注，其作用可 以增加钢水压头，还可以提高冒口温度。
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3）呋喃树脂自硬砂造型
以呋喃树脂为粘结剂。固化剂为无机、有机或混合酸。流动性好，易 于紧实；溃散性好，铸件的型砂易于清理；铸件尺寸精度高，表面光 洁度好，可以大大提高铸件质量。缺点：对于原砂的质量要求高，生 产现场有轻微的刺激性气味，而且树脂的成本也较高。
影响铸造收缩率的因素很多，主要有金属合金的种类、铸件结 构和尺寸长度，另外造型材料、型芯的紧实程度等也影响铸件产生 非自由收缩率。
碳钢 不锈钢
钢
种
WCB ZG25
CF8 CF8M ZG0Cr18Ni9 ZG0Ci18Ni12Mo2Ti
缩尺 20/1000 20-25/1000
铬钼钢
耐热钢 铸铁
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ZGCr5Mo C5 WC6 WC9 HT250
20-25/1000 18-22/1000 10/1000
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（2）典型的砂型铸造生产流程
铸造工艺设计
模样制作
型芯砂配制
造型制芯
冷铁芯骨准备
涂料准备
刷涂料
炉料配制
烘干型芯
钢水成份化验
钢水溶炼
所用的原辅材料大多来源广，价格低廉，如废钢、砂等。 铸件可通过先进的铸造工艺方法，提高铸件的尺寸精度和表面质量，
使零件做到少切割和无切割。 铸件综合成本低，投资少，上马快。 铸造部分企业工艺落后，机械化程度低，生产效率低。 铸件的尺寸精度低、表面质量差、企业效益差。高耗能、高污染、高
劳动强度。 铸造属于高危行业，工作苦、脏、累。行业效益差，人才流失严重。 铸造工序较多，流程长，对产品质量难以控制、废品率较高，铸件成
80%。 铸件质量和尺寸精度可与树脂砂工艺相似。 型芯砂热塑性好 , 发气量较低 , 可防止铸件产生裂纹和气孔等缺陷。 原砂的适用范围广 , 可以用硅砂、铬、铁矿砂或镁橄榄石砂等。 在各种自硬砂工艺中, 其生产成本低 , 工作环境好。 问题：1）对水玻璃要求高，改性水玻璃研发，
2）对气温敏感。
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3、造型方法：
造型方法分为手工造型和机器造型：手工造型适用于单件，小批量生产。 按砂箱特征可分为：两箱、三箱、地坑、脱箱几种。 按模型特征可分为：整模、挖砂、假箱、活块、分模、车板等。
4、砂型铸造工艺设计
正确而有效的控制铸件凝固是获得优质铸钢件的头等重要条件。工艺措施 如：浇注系统、冒口和冷铁、工艺补正量等。阀门铸钢件由于其壁厚不均匀， 应该采取顺序冷却、顺序凝固的原则，以减少内应力、缩孔和缩松等缺陷。
性低。
水玻璃CO2硬化砂配比及性能表：
配
比%
新砂 序
碱溶
号
水玻 粒度 加入 璃
液 15-
级别 量
20%
1
15
2
30
3
21
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100 8-9 0.7
100
6.57.5
LK-2 100 4-4.5 溃散
剂
膨 润 土
4-5
水 0.40.6
含水 量 %
4-5
4.55.5
≤3.5
性
能
湿
湿透 气性
压 强 度
度 模数控制：夏秋2.2-2.4,冬春2.4-2.6 混碾时间: 干混2min,湿混8min 湿透气性>250,湿压强度0.07-0.15kg/cm2； 干拉强度15kg/cm2（220~250℃烘干）
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VRH-CO2水玻璃砂
Lanzhou University of Technology
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酯硬化水玻璃砂
优点 水玻璃加入量低 ( 一般 2. 5%～ 3. 5% ) ,强度高。 型砂工艺性能优良, 冬季硬透性好 , 硬化速度通过粘结剂和固化剂种类
的调整可调。 型芯砂溃散性好 , 铸件出砂清理容易。旧砂易于干法再生 , 回用率 ≥
近50年来，用物理手段制造铸型的新方法，如：磁丸造型，真空密封 造型法，消失模造型等。 基于金属型的各种铸造方法。