第7章金属制造工艺7.1铸造2.铸件的凝固与收缩随着温度的降低，浇入铸型的金属液将发生凝固，并伴随着收缩过程。铸造金属或合金的收缩是指从浇入铸型、凝固和直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸的缩减现象。金属或合金的收缩是一种物理属性，是形成缩孔、缩松、变形和裂纹等缺陷的根本原因。铸造金属或合金从浇注到冷至室温要经历三个收缩阶段，即液态收缩、凝固收缩和固态收缩。液态收缩和凝固收缩主要表现为铸件体积上的缩减，它们是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。固态收缩主要表现为铸件各方向尺寸上的缩小，它是铸件产生应力和裂纹的基本原因。7.1.2砂型铸造1.砂型的种类(1)湿型：向石英砂中加入适量的粘土和水分，混制而成的型砂称为湿型砂。用湿型砂舂实，浇注前不烘干的砂型称为湿型。铝合金、镁合金及小型铸铁件的生产常使用湿型。湿型的优点是：①它可使铸件生产周期缩短，生产率提高；②由于不必烘干及不需要相应的烘干装置，故湿型可节省投资及能源消耗；③易于实现机械化和自动化，比干型生产劳动条件好。湿型水分高，强度低，因此对于质量要求高。厚壁中、大型铸件不宜采用，特别适合于机械化、自动化生产。(2)干型：经过烘干的砂型称为干型。烘干后增加了强度和透气性，显著降低发气性，大大减少了由于铸型方面的原因而产生的气孔、砂眼、胀砂、夹砂等缺陷。干型的缺点是生产周期长，需要烘干设备，增加燃料消耗，恶化劳动条件，难于实现机械化和自动化。干型主要用于质量要求高，结构复杂，单件、小批量生产的中大型铸件。(3)表面干型：铸型表面仅有一层很薄的型砂被干燥(干燥层一般为15～20mm)，铸型其余部分仍然是湿的，故称表面干型。表面干型介于湿型和干型之间，既有湿型的优点，又有湿型达不到的性能。表面干型常用于生产中、大型铝铸件和铸铁件。(4)化学硬化砂型(自硬砂型)：铸型靠型砂自身的化学反应而硬化，一般不需烘干，或只经低温烘烤。优点是强度高，节约能源、效率高。但成本较高，有的易产生粘砂等缺陷。化学硬化砂型目前用得较多的有用水玻璃作粘结剂的水玻璃砂型，以及用合成树脂作粘结剂的树脂砂型等。化学硬化砂型对于各种铸件均可采用。2.砂型铸造的工艺流程砂型铸造的生产工序主要包括：制模、配砂、造型、造芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理和检验。例如，套筒铸件的生产过程如图7-1所示。（1）造型(芯)。制造砂型的工艺过程叫做造型；制造砂芯的工艺过程叫做制芯，也叫造芯。造型和造芯是铸造生产中最重要的工艺过程之一。选择合适的造型(芯)方法和正确地进行造型(芯)工艺操作，对提高铸件质量、降低成本、提高生产率有极重要的意义。造型(芯)方法按机械化程度可分为手工造型(芯)和机器造型(芯)两大类。图7-1套筒铸件的生产过程①手工造型（芯）是指用手工完成紧砂、起模、修整及合箱等主要操作的造型(芯)过程。手工造型(芯)是一种最基本的造型方法，造型工艺适应范围广泛，质量一般能够满足工艺要求，适合单件、小批量生产。但手工造型(芯)劳动强度大，生产率低，铸件质量不易稳定。手工造型方法很多，如模样造型、刮板造型、地坑造型等，各种造型方法有不同的特点和应用范围。②机器造型(芯)是指用机器全部地完成或至少完成紧砂操作的造型工序。和手工造型相比，机器造型的生产率高、质量稳定、工人劳动强度低。但设备和工艺装备费用高，生产准备时间长，一般只适用于一个分型面的两箱造型。机器造型(芯)适用于大量和批量生产。（2）型(芯)砂的紧实。型砂需要紧实才能成为整体的砂型。型砂的紧实程度影响着铸型的强度和透气性，紧实度越大，铸型强度越大，透气性越差。故铸造生产中对铸型的紧实度提出了较高的要求，一是要求铸型紧实度均匀，二是要努力提高紧实度。（3）砂型(芯)的烘干。大型、重型以及质量要求高的铸件，普通砂型和砂芯均需经过烘干，以除去水分，提高强度和透气性，减少发气量，使铸件不易产生气孔、砂眼、夹砂和粘砂等缺陷，从而保证铸件的质量。砂型和砂芯是多孔性物体，对其烘干即水分的去除大致可分为两步进行：表面水分的蒸发和内部水分的迁移(扩散)。烘干方法有表面烘干和整体烘干两种。表面烘干是为了缩短生产周期，减少燃料能源消耗，以及有利于组织流水作业。在达到质量要求的条件下，应尽量应用表面烘干。一般大型和较重要的砂型和砂芯都要进行整体烘干。（4）合箱。合箱就是把砂型和砂芯按要求组合在一起成为铸型的过程，习惯上也称拼箱、配箱或扣箱。铸型的合箱是制备铸型的最后工序，也是铸造生产的重要环节。如果合箱质量不高，铸件的形状、尺寸和表面质量就得不到保证；甚至还会由于编芯、错箱、抬箱、跑火等原因而使铸件报废。（5）浇注。浇注前应做好浇注准备工作。由于浇注温度对铸件质量影响很大，因此应根据合金种类、铸件结构和铸型特点确定合理的浇注温度范围。为了获得合格的