机床铸件的生产工艺

1）生产工艺准备，根据要生产的零件图、生产批量和交货期限，制定生产工艺方案和工艺文件，绘制机床铸件工艺图；

2）生产准备，包括准备熔化用材料、造型制芯用材料和模样、芯盒、砂箱等工艺装备；

3）造型与制芯；

4）熔化与浇注；

成形原理

机床铸件生产是将金属加热熔化，使其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的铸型型腔中，在重力或外力（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却并凝固成机床铸件（或零件）的一种金属成形方法。

 机床铸件成形过程

机床铸件一般作为毛坯经切削加工成为零件。但也有许多机床铸件无需切削加工 能满足零件的设计精度和表面粗糙度要求，直接作为零件使用。

型砂的性能及组成

1、 型砂的性能 

型砂（含芯砂）的主要性能要求有强度、透气性、耐火度、退让性、流动性、紧实率和溃散性等。

2、 型砂的组成 

型砂由原砂、粘接剂和附加物组成。机床铸件用原砂要求含泥量少、颗粒均匀、形状为圆形和多角形的海砂、河砂或山砂等。机床铸件用粘接剂有粘土（普通粘土和膨润土）、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。为了进一步提高型（芯）砂的某些性能，往往要在型（芯）砂中加入一些附加物，如煤份、锯末、纸浆等。型砂结构，如图2所示。

机床铸件是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对于有些脆性金属或合金材料（如各种铸铁件、有色合金机床铸件等）的零件毛坯，机床铸件几乎是 的加工方法。与其它加工方法相比，机床铸件工艺具有以下 点： 

1）机床铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。机床铸件材料可以是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种 殊合金材料；机床铸件可以小至几克，大到数百吨；机床铸件壁厚可以从0．5毫米到1米左右；机床铸件长度可以从几毫米到十几米。 

2）机床铸件可以生产各种形状复杂的毛坯， 别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。 

3）机床铸件的形状和大小可以与零件很接近，既节约金属材料，又省切削加工工时。 

4）机床铸件一般使用的原材料来源广、机床铸件成本低。 

5）机床铸件工艺灵活，生产率高，既可以手工生产，也可以机械化生产。

机床铸件的手工造型

手工造型的主要方法

砂型机床铸件分为手工造型（制芯）和机器造型（制芯）。手工造型是指造型和制芯的主要工作均由手工完成；机器造型是指主要的造型工作，包括填砂、紧实、起模、合箱等由造型机完成。泊头机床铸件工量具友介绍手工造型的主要方法：

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 点，被 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。手工造型的方法很多，常用的有以下几种：

1． 整模造型

对于形状简单，端部为平面且又是 截面的机床铸件应采用整模造型。整模造型操作简便，造型时整个模样全部置于一个砂箱内，不会出现错箱缺陷。整模造型适用于形状简单、 截面在端部的机床铸件，如齿轮坯、轴承座、罩、壳等（图2）。

2．分模造型

当机床铸件的 截面不在机床铸件的端部时，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。当机床铸件的 截面在机床铸件的中间时，应采用两箱分模造型（图3），模样从 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（模样与模样间的接合面）与分型面（砂型与砂型间的接合面）位置相重合。两箱分模造型 用于形状比较复杂的机床铸件生产，如水管、轴套、阀体等有孔机床铸件。

机床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，为保证顺利起模，应采用三箱分模造型（图4）。此时分模面应选在模样的 小截面处，而分型面仍选在机床铸件两端的 截面处，由于三箱造型有两个分型面，降低了机床铸件高度方向的尺寸精度，增加了分型面处飞边毛刺的清整工作量，操作较复杂，生产率较低，不适用于机器造型，因此，三箱造型仅用于形状复杂、不能用两箱造型的机床铸件生产。

3．活块模造型

机床铸件上妨碍起模的部分（如凸台、筋条等）做成活块，用销子或燕尾结构使活块与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的造型方法称为活块模造型（图5）。活块模造型主要用于带有突出部分而妨碍起模的机床铸件、单件小批量、手工造型的场合。如果这类机床铸件批量大，需要机器造型时，可以用砂芯形成妨碍起模的那部分轮廓。

4．挖砂造型

当机床铸件的外部轮廓为曲面（如手轮等）其 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的那部分型砂，这种造型方法称为挖砂造型。挖砂造型的分型面为曲面，造型时为了保证顺利起模，必须把砂挖到模样 截面处（图6）。由于是手工挖砂，操作技术要求高，生产效率低，只适用于单件、小批量生产。

型芯用来形成机床铸件内部空腔或局部外形。由于型芯的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的烘烤作用；机床铸件冷却凝固时，砂芯往往会阻碍机床铸件自由收缩；砂芯清理也比较困难。因此造芯用的芯砂要比型砂具有 高的强度、透气性、耐高温性、退让性和溃散性。

手工制芯由于无需制芯设备，工艺装备简单，应用得很普遍。根据砂芯的大小和复杂程度，手工制芯用芯盒有整体式芯盒、对开式芯盒和可拆式芯盒，如图7所示。

模样用来形成机床铸件的外部轮廓，芯盒用来制作砂芯，形成机床铸件的内部轮廓。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、芯盒和机床铸件的关系。制造模样和芯盒所选用的材料，与机床铸件大小、生产规模和造型方法有关。单件小批量生产、手工造型时常用木材制作模样和芯盒，大批量生产、机器造型时常用金属材料（如铝合金、铸铁等）或硬塑料制作模样和芯盒。

机床铸件机床铸件常见缺陷分析

机床铸件工艺过程复杂，影响机床铸件质量的因素很多，往往由于原材料控制不严，工艺方案不合理，生产操作不当，管理制度不完善等原因，会使机床铸件产生各种机床铸件缺陷。常见的机床铸件缺陷名称、 征和产生的原因，见表。

常见机床铸件缺陷及产生原因

缺陷名称 征 产生的主要原因

气孔

在机床铸件内部或表面有大小不等的光滑孔洞 ①炉料不干或含氧化物、杂质多；②浇注工具或炉前添加剂未烘干；③型砂含水过多或起模和修型时刷水过多；④型芯烘干不充分或型芯通气孔被堵塞；⑤春砂过紧，型砂透气性差；⑥浇注温度过低或浇注速度太快等

缩孔与缩松

缩孔多分布在机床铸件厚断面处，形状不规则，孔内粗糙 ①机床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；②浇注系统和冒口的位置不对；③浇注温度太高；④合金化学成分不合格，收缩率过大，冒口太小或太少

砂眼

在机床铸件内部或表面有型砂充塞的孔眼 ①型砂强度太低或砂型和型芯的紧实度不够，故型砂被金属液冲入型腔；②合箱时砂型局部损坏；③浇注系统不合理，内浇口方向不对，金属液冲坏了砂型；④合箱时型腔或浇口内散砂未清理干净

粘砂

机床铸件表面粗糙，粘有一层砂粒 ①原砂耐火度低或颗粒度太大；②型砂含泥量过高，耐火度下降；③浇注温度太高；④湿型机床铸件时型砂中煤粉含量太少；⑤干型机床铸件时铸型未刷涂斜或涂料太薄

夹砂

机床铸件表面产生的金属片状突起物，在金属片状突起物与机床铸件之间夹有一层型砂 ①型砂热湿拉强度低，型腔表面受热烘烤而膨胀开裂；②砂型局部紧实度过高，水分过多，水分烘干后型腔表面开裂；③浇注位置选择不当，型腔表面长时间受高温铁水烘烤而膨胀开裂；④浇注温度过高，浇注速度太慢

错型

机床铸件沿分型面有相对位置错移 ①模样的上半模和下半模未对准；②合箱时，上下砂箱错位；③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

机床铸件上有未完全融合的缝隙或洼坑，其交接处是圆滑的 ①浇注温度太低，合金流动性差；②浇注速度太慢或浇注中有断流；③浇注系统位置开设不当或内浇道横截面积太小；④机床铸件壁太薄；⑤直浇道（含浇口杯）高度不够；⑥浇注时金属量不够，型腔未充满

浇不足

机床铸件未被浇满 

裂纹

机床铸件开裂，开裂处金属表面有氧化膜 ①机床铸件结构设计不合理，壁厚相差太大，冷却不均匀；②砂型和型芯的退让性差，或春砂过紧；③落砂过早；④浇口位置不当，致使机床铸件各部分收缩不均匀

常见机床铸件缺陷及其预防措施 

1、气孔 在机床铸件内部、表面或近于表面处，有大小不等的光滑孔眼，形状有圆的、长的及不规则的，有单个的，也有聚集成片的。颜色有白色的或带一层暗色，有时覆有一层氧化皮。 降低熔炼时流言蜚语金属的吸气量。减少砂型在浇注过程中的发气量，改进机床铸件结构，提高砂型和型芯的透气性，使型内气体能顺利排出。

2、缩孔 在机床铸件厚断面内部、两交界面的内部及厚断面和薄断面交接处的内部或表面，形状不规则，孔内粗糙不平，晶粒粗大。 壁厚小且均匀的机床铸件要采用同时凝固，壁厚大且不均匀的机床铸件采用由薄向厚的顺序凝固，合理放置冒口的冷铁。

3、缩松 在机床铸件内部微小而不连贯的缩孔，聚集在一处或多处，晶粒粗大，各晶粒间存在很小的孔眼，水压试验时渗水。 壁间连接处尽量减小热节，尽量降低浇注温度和浇注速度。

4、渣气孔 在机床铸件内部或表面形状不规则的孔眼。孔眼不光滑，里面全部或部分充塞着熔渣。 提高铁液温度。降低熔渣粘性。提高浇注系统的挡渣能力。增大机床铸件内圆角。

5、砂 眼 在机床铸件内部或表面有充塞着型砂的孔眼。 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 在机床铸件上有穿透或不穿透的裂纹（注要是弯曲形的），开裂处金属表皮氧化。 严格控制铁液中的 S、P含量。机床铸件壁厚尽量均匀。提高型砂和型芯的退让性。浇冒口不应阻碍机床铸件收缩。避免壁厚的突然改变。开型不能过早。不能激冷机床铸件。

7、冷 裂 在机床铸件上有穿透或不穿透的裂纹（主要是直的），开裂处金属表皮氧化。 

8、粘 砂 在机床铸件表面上，全部或部分覆盖着一层金属（或金属氧化物）与砂（或涂料）的混（化）合物或一层烧结构的型砂，致使机床铸件表面粗糙。 减少砂粒间隙。适当降低金属的浇注温度。提高型砂、芯砂的耐火度。

9、夹 砂 在机床铸件表面上，有一层金属瘤状物或片状物，在金属瘤片和机床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。大平面机床铸件要倾斜浇注。

10、冷 隔 在机床铸件上有一种未完全融合的缝隙或洼坑，其交界边缘是圆滑的。 提高浇注温度和浇注速度。改善浇注系统。浇注时不断流。

11、浇不到 由于金属液未完全充满型腔而产生的机床铸件缺肉。 提高浇注温度和浇注速度。不要断流和防止跑火。

机床铸件金属液的浇注

生产中，浇注时应遵循高温出炉，低温浇注的原则。因为提高金属液的出炉温度有利于夹杂物的 熔化、熔渣上浮，便于清渣和除气，减少机床铸件的夹渣和气孔缺陷；采用较低的浇注温度，则有利于降低金属液中的气体溶解度、液态收缩量和高温金属液对型腔表面的烘烤，避免产生气孔、粘砂和缩孔等缺陷。因此，在保证充满铸型型腔的前提下，尽量采用较低的浇注温度。

把金属液从浇包注入铸型的操作过程称为浇注。浇注操作不当会引起浇不足、冷隔、气孔、缩孔和夹渣等机床铸件缺陷，和造成人身伤害。

为确保机床铸件质量、提高生产率以及做到 生产，浇注时应严格遵守下列操作要领：

（1）浇包、浇注工具、炉前处理用的孕育剂、球化剂等使用前必须充分烘干，烘干后才能使用。

（2）浇注人员必须按要求穿好工作服，并配戴防护眼镜，工作场地应通畅无阻。浇包内的金属液不宜过满，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，减少熔融金属对砂型的冲击和利于气体排出；随后快速浇注，以防止冷隔；快要浇满前又应缓慢浇注，即遵循慢、快、慢的原则。

（4）对于液态收缩和凝固收缩比较大的机床铸件，如中、大型铸钢件，浇注后要及时从浇口或冒口补浇。

（5）浇注时应及时将铸型中冒出的气体点燃顺气，以免由于铸型憋气而产生气孔，以及由于气体的不完全燃烧而损害人体健康和污染空气。

 

机床铸件的坩埚炉熔化

常用的机床铸件有色金属有机床铸件铝合金、机床铸件铜合金、机床铸件镁合金和机床铸件锌合金等。

有色金属的熔点低，其常用的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、小工厂普遍采用坩埚炉熔化，如电阻坩埚炉、焦碳坩埚炉等，生产大型机床铸件时一般使用反射炉熔化，如重油反射炉、煤气反射炉等。如图 是坩埚炉的示意图。

 

熔模机床铸件

熔模机床铸件又称失蜡机床铸件或精密机床铸件。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获得机床铸件的一种机床铸件方法。熔模机床铸件工艺过程。

可用熔模机床铸件法生产的合金种类有碳素钢、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。 

熔模机床铸件的形状一般都比较复杂，机床铸件上可铸出孔的 小直径可达0.5mm，机床铸件的 小壁厚为 0.3mm。在生产中可将一些原来由几个零件组合而成的部件，通过改变零件的结构，设计成为整体零件而直接由熔模机床铸件铸出，以节省加工工时和金属材料的消耗，使零件结构 为合理。 

熔模机床铸件的重量大多为零点几十牛（即几十克到几公斤），太重的机床铸件用熔模机床铸件法生产较为麻烦，但目前生产大的熔模机床铸件的重量已达800牛左右。 

熔模机床铸件工艺过程较复杂，且不易控制，使用和消耗的材料较贵，故它适用于生产形状复杂、精度要求高、或很难进行其它加工的小型零件，如涡轮发动机的叶片等。

熔模机床铸件机床铸件的 点

熔模机床铸件方法的另一优点是，它可以机床铸件各种合金的复杂的机床铸件， 别可以机床铸件高温合金机床铸件。如喷气式发动机的叶片，其流线型外廓与冷却用内腔，用机械加工工艺几乎无法形成。用熔模机床铸件工艺生产不仅可以做到批量生产，保证了机床铸件的一致性，而且避免了机械加工后残留刀纹的应力集中。

熔模机床铸件尺寸精度较高，一般可达CT4-6（砂型机床铸件为CT10~13，压铸为CT5~7）,当然由于熔模机床铸件的工艺过程复杂，影响机床铸件尺寸精度的因素较多，例如模料的收缩、熔模的变形、型壳在加热和冷却过程中的线量变化、合金的收缩率以及在凝固过程中机床铸件的变形等，所以普通熔模机床铸件的尺寸精度虽然较高，但其一致性仍需提高（采用中、高温蜡料的机床铸件尺寸一致性要提高很多）。

压制熔模时，采用型腔表面光洁度高的压型，因此，熔模的表面光洁度也比较高。此外，型壳由耐高温的 殊粘结剂和耐火材料配制成的耐火涂料涂挂在熔模上而制成，与熔融金属直接接触的型腔内表面光洁度高。所以，熔模机床铸件的表面光洁度比一般机床铸件件的高，一般可达Ra.1.6~3.2μm。 

熔模机床铸件 的优点 是由于熔模机床铸件有着很高的尺寸精度和表面光洁度，所以可减少机械加工工作，只是在零件上要求较高的部位留少许加工余量即可，甚至某些机床铸件只留打磨、抛光余量，不必机械加工即可使用。由此可见，采用熔模机床铸件方法可大量节省机床设备和加工工时，大幅度节约金属原材料消耗。

 

金属型机床铸件,硬模机床铸件

将液态金属浇入用金属材料制成的铸型而获得机床铸件的方法，称为金属型机床铸件。金属铸型可反复使用，又称为 型机床铸件或硬模机床铸件。金属型一般用耐热铸铁或耐热钢做成。

金属型机床铸件又称硬模机床铸件，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得机床铸件的一种机床铸件方法。铸型是用金属制成，可以反复使用多次（几百次到几千次）。 

金属到机床铸件与砂型机床铸件比较：在技术上与经济上有许多优点。 

（1）金属型生产的机床铸件，其机械性能比砂型机床铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25％，屈服强度平均提高约20％，其抗蚀性能和硬度亦 提高； 

（2）机床铸件的精度和表面光洁度比砂型机床铸件高，而且质量和尺寸稳定; 

（3）机床铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约15～30％； 

（4）不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80～100％； 

此外，金属型机床铸件的生产效率高；使机床铸件产生缺陷的原因减少；工序简单，易实现机械化和自动化。金属型机床铸件虽有很多优点，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，易造成机床铸件洗不足、开裂或铸铁件白日等缺陷; 

(3) 金属型机床铸件时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，机床铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对机床铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。 

金属型机床铸件目前所能生产的机床铸件，在重量和形状方面还有一定的限制，如对黑色金属只能是形状简单的机床铸件；机床铸件的重量不可太大；壁厚也有限制，较小的机床铸件壁厚无法铸出。因此，在决定采用金属型机床铸件时，必须综合考虑下列各因素：机床铸件形状和重量大小必须合适；要有足够的批量；完成生产任务的期限许可。 

金属型机床铸件形成过程的 点 

金属型和砂型，在性能上有 的区别，如砂型有透气性，而金属型则没有；砂型的导热性差，金属型的导热性很好，砂型有退让性，而金属型没有等。金属型的这些 点决定了它在机床铸件形成过程中有自己的规律。 

型腔内气体状态变化对机床铸件成型的影响：金属在充填时，型腔内的气体必须迅速排出，但金属又无透气性，只要对工艺稍加疏忽， 会给机床铸件的质量带来不良影响。 

机床铸件凝固过程中热交换的 点：金属液一旦进入型腔， 把热量传给金属型壁。液体金属通过型壁散失热量，进行凝固并产生收缩，而型壁在获得热量，升高温度的同时产生膨胀，结果在机床铸件与型壁之间形成了“间隙”。在“机床铸件一间隙一金属型”系统未到达同一温度之前，可以把机床铸件视为在“间隙”中冷却，而金属型壁则通过“间隙”被加热。 

金属型阻碍收缩对机床铸件的影响：金属型或金属型芯，在机床铸件凝固过磋甲无退让性，阻碍机床铸件收缩，这是它的又一 点。 

金属型机床铸件工艺 

1、金属到的预热 

未预热的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，流动性剧烈降低，容易使机床铸件出现冷隔、浇不足夹杂、气孔等缺陷。未预热的金属型在浇注时，铸型，将受到强烈的热击，应力倍增，使其极易破坏。因此，金属型在开始工作前，应该先预热，适宜的预热温度（即工作温度），随合金的种类、机床铸件结构和大小而定，一般通过试验确定。一般情况下，金属型的预热温度不低于1500C。 

金属型的预热方法有： 

（1）用喷灯或煤气火焰预热；（2）采用电阻加热器；（3）采用烘箱加热，其优点是温度均匀，但只适用于小件的金属型；（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，只适用于小型铸型，因它要浪费一些金属液，也会降低铸型寿命。 

2、金属型的浇注 

金属型的浇注温度，一般比砂型机床铸件时高。可根据合金种类、如化学成分、机床铸件大小和壁厚，通过试验确定。下表中数据可供参考。 

各种合金的浇注温度 

合金种类 浇注温度℃ 合金种类 浇注温度℃ 

铝锡合金 350～450 黄铜 900～950 

锌合金 450～480 锡青铜 1100～1150 

铝合金 680～740 铝青铜 1150～1300 

镁合金 715～740 铸铁 1300～1370 

由于金属型的激冷和不透气，浇注速度应做到先慢，后快，再慢。在浇注过程中应尽量保证液流平稳。 

3、机床铸件的出型和抽芯时间 

如果金属型芯在机床铸件中停留的时间愈长，由于机床铸件收缩产生的抱紧型芯的力 愈大，因此需要的抽芯力也愈大。金属型芯在镜件中 适宜的停留时间，是当机床铸件冷却到塑性变形温度范围，并有足够的强度时，这时是抽芯 的时机。机床铸件在金属型中停留的时间过长，型壁温度升高，需要 多的冷却时间，也会降低金属型的生产率。 

合适的拔芯与机床铸件出型时间，一般用试验方法确定。 

4、金属型工作温度的调节 

要保证金属型机床铸件的质量稳定，生产正常，首先要使金属型在生产过程中温度变化恒定。所以每浇一次， 需要将金属型打开，停放一段时间，待冷至规定温度时再浇。如靠自然冷却，需要时间较长，会降低生产率，因此常用强制冷却的方法。冷却的方式一般有以下几种： 

（1）风冷：即在金属型外围吹风冷却，强化对流散热。风冷方式的金属型，虽然结构简单，容易制造，成本低，但冷却效果不 理想。 

（2）间接水冷：在金属型背面或某一局部，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。但对浇注薄壁灰铁机床铸件或球铁机床铸件，激烈冷却，会增加机床铸件的缺陷。