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)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)所需的工裝準備時間較長，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 (3570m/s) 充 滿 鑄型 型腔 并在 充滿 型腔 的瞬 間施 以高 壓 (20100MPa) ，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1560 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)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 72)是壓鑄機系列新產(chǎn)品，主要由底座、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。在動型板上可安裝液壓抽芯器以滿足抽芯要求。2)J1525 型立式冷室壓鑄機(圖 73)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75。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ぃ俳?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，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 的小型熔模鑄造車間可選用M 214 型蒸汽熔蠟爐、 M 223 型攪蠟機及M292 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。1M214 型蒸汽熔蠟爐 (圖 77)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。2XM255A 型蠟料制備線 (圖 7 8)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)！Ｔ摼€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?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。1M292 型簡易壓蠟機 (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?zāi)?。可與 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 (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1M394 型雨淋撒砂機 (圖 710)50kg它是由提升機、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 4716 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 712)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、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2060kPa)，故稱之為低壓鑄造，基本原理見圖7 13。在密封的l 坩堝 (或密封罐) 4 中，通入干燥的壓縮空氣(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，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、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。(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)。