消失模工艺生产大型铸件变形问题的解决

第七章　形状及重量差错类缺陷

形状及重量差错类缺陷包括铸件变形、形状不合格、尺寸不合格、拉长、挠曲、错型、错芯、偏芯、型芯下沉、串皮、型壁移动、舂移、缩沉、缩尺不符、坍流以及铸件重量不合格等缺陷。

第一节　形状及重量差错类缺陷的形成机理及防治理论

这里对形状及重量差错类缺陷中几种重要的缺陷做详细介绍。

一、型芯引起尺寸不符缺陷

尺寸不符的缺陷，是指因用错型芯，型芯安放不当，或忘记下芯，或者型芯组合不当而造成的铸件尺寸不符。造型中其他许多方面的问题也会造成尺寸不符（如错型、胀砂等）。但是型芯的组合或安放不当等这一类特殊情况，不属于其他缺陷范畴，因此就把它作为一种单独的缺陷来论述，以确保这些问题不被忽视。

在许多情况下，因型芯组合不当，造成铸件缺陷或铸件尺寸误差，在探究其成因时，是相当令人迷惑的。

造成型芯引起尺寸不符的原因可能存在于以下几个方面。

1. 模样

（1）未标明下芯位置、定位标记和芯头，会使下芯工人操作发生错误，甚至会忘记安放型芯，因为未标明芯头而忘记下芯所浇铸的铸件。

（2）定位标记不清、损坏或根本没有。这很容易在组合型芯时造成差错。在某些情况下，定位标记可以标得很正确，但随后被损坏了。在生产之前对模样进行检验，能防止这种差错所造成的损失。

（3）芯盒和模样的标记不当，会造成漏放型芯或者把型芯张冠李戴，安放在别的铸型中。

（4）芯盒结构不当，造成芯盒变形，导致型芯产生下芯工难以觉察的尺寸误差。其结果，可能导致铸件截面过薄或过厚，或导致芯头与芯座吻合不良。

（5）芯座过大或过小，会造成偏芯、尺寸误差，也可能将铸型压碎而造成掉砂缺陷。

（6）未标明芯撑位置或未标明芯撑尺寸，会造成某种形式的偏芯，有时可能标明了芯撑的位置，但是如果不具体标明芯撑的正确尺寸，下芯工仍然可能产生差错。当未划出芯撑位置时，下芯可能会放置过多或过少的芯撑。芯撑过多，会造成渗漏或冷隔；芯撑过少，则可能造成型芯下沉或漂芯。

2. 砂箱及其装备

（1）砂箱中骨架或芯撑位置未确切标明或定位。

（2）定位销和销套间配合松动，会使得组合型芯产生偏移或造成上、下箱错位。自动射压造型机的定位销或销套组合件精度不够，会使砂箱内填砂不当。

3. 浇冒口系统

金属液对型芯压力过高，会在浇注过程中造成型芯位移。产生这种问题的原因，可能是因为浇口设计不当，造成金属液的压力作用在型芯的一侧所致。

4. 型砂

仅仅在使用湿型砂或吊砂时，才涉及到型砂的问题。

5. 制芯

（1）在组合型芯时用错型芯，也可能是因为两个相似的芯盒被搞混了，以致制备了错误的型芯，并将制错的型芯送至造型工段。

（2）组芯时型芯位置反向，上下颠倒，或次序搞错，是组合型芯下芯不当或错误的例证。有时，在组合负载型芯时，也可能会少放一个或几个型芯。

（3）所用型芯标记不当，可能是因为芯盒编号混淆，标志破损或辨认不清所致，也可能就是因为两个类似的芯盒相混而造成的。

（4）型芯下沉或变形，因为芯砂混砂不当，搬运粗鲁，或其他原因，均可能造成型芯下沉和变形，而导致铸件尺寸偏差。

（5）型芯黏合膏用量过多或不足，会改变涂抹黏合膏的型芯或组合型芯的尺寸。有时表现为脉纹，或者是凹痕一类的缺陷，很容易和凹槽缺陷相混淆。因为黏合膏未被清除，致使与型芯相应的铸件表面上留有凹痕。

（6）型芯上涂刷的涂料过厚或过薄，会造成型芯尺寸的差异，而这对要求精确的铸件来说，可能会造成严重的缺陷。在某些情况下，设计芯盒时，并没有为涂料留出余量，但是该型芯却要求使用涂料。在另外一些情况下，可能正好相反。这经常是由于缺少精度的记录，或工段之间缺少联系所造成的。

（7）芯骨设置不当，可能会引起型芯下沉或变形。

（8）在留有下沉余量的芯盒中使用不会发生下沉（软化）的芯砂，这种情况可能是因为变更制芯工艺而造成的，例如由原来的油砂芯改为自硬芯。

（9）型芯硬化不足，会造成铸件尺寸误差。

6. 造型

（1）下芯不当是最为常见的错误，这种情况更易于发生在开始生产一批不熟悉或新的铸件时，型芯标记不当也易于产生这种差错。良好的制芯工艺的芯头标记，会使型芯不可能倒置或以其他形式错放。

（2）忘记下芯，这无需辩解，是由于粗心疏忽造成的。可是这种情况的确经常发生，特别是如果芯头标记不当，或者是制芯工人没有制备这些型芯，或者未将型芯运送给造型工。

（3）安放有缺陷的型芯。

（4）型芯刮锉或磨蹭不当。在这种情况下，通常是因为芯头或型芯的某一部分尺寸过大。为了使其适位，可能是造型工用锉刀或砂轮，过分地磨锉型芯。因为舂砂不够充分，或没有把芯座内散落的砂子清理干净，也可能会使得型芯不能很合适地置于芯座之中。

7. 浇注

（1）浇注过猛，会降低芯头强度，或使芯头位置不当的型芯产生位移。

（2）浇注温度过高，会造成型芯变形，当其较薄、较长时，更易于发生这种情况。

二、舂砂位移缺陷

舂砂位移，是在造型过程中，型砂偏离模样而造成铸件尺寸不符的缺陷，常把这种缺陷和胀砂或错型（错箱）相混淆。这是因为在许多情况下，这些缺陷的外观相似。通过细致的检查，可以区别开来，例如，若只在某一处或只在一侧，出现明显的错型，或者假如是在两个不同的方向上出现明显的错型，很明显，这就是舂砂位移。鉴别胀砂和舂砂位移，可能需要更多的经验。一般来说，胀砂易发生于难以舂砂的区域；而舂砂位移，却发生于易于舂砂过紧的区域。

舂砂位移亦相似于修型过度，出现多余型腔而多肉的缺陷，两者很难区分。在湿型铸造时，只好比较两者多肉部位的铸件表面光洁程度和考察是否有修型残痕，来加以鉴别其形成原因，判断缺陷性质了。

舂砂位移缺陷发生的原因如下。

1. 铸件和模样设计

（1）铸件具有类似管子那样的弧形或圆形的立面，会在舂砂达到一定紧实度后，因易于使型砂反弹开，而提供了产生舂砂位移的条件。由于这类铸件，同时也易于在分型面处产生真正的错型（箱），因此经常容易混淆这两种缺陷。在震实造型使得型砂已经具有足够的紧实度后，再加以压实，或者是在抛砂造型把抛头移回时，又使抛头路经了刚才已经抛过砂的部分，都会出现型砂反弹的现象。作为二次造型工序（即指震实后又加压实）的结果，已经紧实的型砂即偏离了模样。

（2）铸件垂直截面太长。这会使得这些部位承受两次造型的作用。从而造成舂砂位移。

2. 模样

（1）活块在模样上紧固不当。在造型的后期会使活块发生移动因而也迫使型砂偏离预定的位置。

（2）模样上没有添加防止舂砂位移的棱条，会在舂砂的后期，使已成型的型砂滑离原位。

（3）模样安放过密，特别在采用抛砂造型时，会造成舂砂不匀，这是造成舂砂位移的主要原因。

（4）模样距离砂箱箱壁过近，和模样之间距离过近的后果一样。此种原因，也是造成胀砂的成因，因此要想正确地说清这两种缺陷，可能是困难的。

（5）模样和模板过于光滑，在造型的后期，极易造成型砂滑动。模样如果表面比较光滑，则可能需要添加防止舂砂位移的棱条。

3. 砂箱及其准备

（1）造型机压头松动，会在造型过程中因压头移动而沿切线方向挤压。在预紧实之后如果发生这种现象，沿切线方向的挤压力。将会使得型砂离开模样的表面。

（2）震实造型机模板松动，也会像模样（1）项中所说的那样，在造型的某个阶段（假设砂型是经多次震击而紧实的），就会造成作用于型砂的切向力。如果震实之后，还要再加以压实，因模板松动导致震实不均的砂型，在压实力的作用下，就会产生位移。

（3）模板下支撑不够，会出现模样（1）、（2）项中所说的情况，难以控制造型的结果。

（4）高压造型触头设计或位置不当。压头上的触头设计或位置不当，或者底板强度不够，很容易迫使部分紧实的型砂移动而离开其正常的位置。

4. 浇冒口系统

浇口或冒口距离模样太近。通常会造成胀砂，但是这也会造成舂实不匀，因而更确切地应该说是舂砂位移。

5. 型砂

因为型砂性能的问题，造成舂砂不匀，会加重机械受力所造成的舂砂位移。这些型砂性能的问题，就是那些造成降低型砂造型性的因素，包括：水分过量、混砂不良、淀粉、黏土或淀粉小团块过多、型砂粒度组成不当以及湿强度不够等。

在这些因素下，铸件的表面会相当粗糙，垂直的表面还会出现机械粘砂。很难设想在同一铸件上既会存在有光滑的铸件表面，又会存在因型砂流动性太差而造成的舂砂位移。实际上，就是在型砂的流动性有所改进时，也可能出现舂砂位移。

具有较好流动性的型砂，其作用就和表面光滑的模样的效果一样，或者会在最初造型（震实）形成较高的型砂紧实度，然后又在第二阶段的造型（压实）过程中，使型砂滑离原来的位置。

7. 造型工艺

（1）沿错误的方向舂砂和锤补，属于手工操作人为的因素所造成的问题。

（2）围绕活块和凸台不适当地用手压实，其后果和模样中的造型工艺（1）所述相同。

（3）在震实造型机上因吸震垫块和导销磨损造成模样抖动，使得舂砂和锤补的方向偏斜。

（4）向砂箱填砂时造成型砂预紧实，这种情况通常发生于让型砂从过高的高度自由落下，所引起的作用在某种程度上就和抛砂一样，因而在造型的后期，造成舂砂位移。流动性和成型性过高的型砂，也会导致产生这种后果，因为这种型砂最容易预先紧实。填砂不垂直模样方向，而是用锹向砂箱铲砂，也会造成上述的后果。

（5）锤补、舂砂或震实前，砂箱中填砂过量。尤其是在砂型的垂直面上会造成舂砂不匀，而造成舂砂位移，压实前震实上箱也会造成同样问题。

三、错型缺陷

错型是由于型芯在分芯面处错开，铸件孔腔尺寸不符合铸件图的要求。国标GB6416—1986《铸件尺寸公差》规定的总原则是：“错型必须位于公差范围之内，即错型值不能大于公差值的一半”，也就是限制错型值不能大于公差值之半的“极限偏差”。必要时，也可以由铸件的供需双方商定限制错型值。

造成错型缺陷的原因如下。

1. 模样

（1）上下箱的模样没有对准，这是造成错型的最常见的原因。大多数的错型缺陷，都与某些造型操作工序、砂箱以及制模装备有关。

（2）防止错型用的定位装置没有对准，结果没能像预期的那样防止产生错型。

（3）对开模样上的合钉松动或磨损，这样会在造型、松动模样或起模时使上下型产生错型。

（3）装置在模底板上的模样松动，这样可能导致错型。

（4）无定位销的模样，比供大量生产用的良好的制模设备相比，更容易造成错型缺陷。

（5）芯头不当或不合适，模样之间或模样和砂箱之间间隙太小造成舂砂松软。

2. 砂箱及其准备

（1）定位销套磨损、弯曲或丢失，要加强预防性的维护和检验。

（2）砂箱强度不够或翘曲，这会在合型或搬运过程中造成错型。

（3）挤压式造型机有问题或磨损，在叠箱造型时常会因此而造成错型，因为在这种情况下，造型机部分地承担着实际造型时的对准作用。下芯、组芯或检验用的夹具和样板磨损，也会造成错型缺陷。

3. 制芯

组装砂芯时发生错位，因为砂芯磨削量过大，直角的砂芯经磨削后不成直角；砂芯黏结膏涂抹过多，或者在黏结膏干燥前不能粘牢砂芯。

4. 造型工艺

（1）模样起模时松模过度，这样会扩大型腔的尺寸，除非对于上下箱的松动量是相同的，否则就会造成错型缺陷。在舂砂松软或砂型紧实度不均匀的情况下，这一问题会更加严重。起模时松模过度，还会加大芯座尺寸。

（2）把模样的定位销孔当做松模的敲打孔，这样会很快使定位销变形，从而导致错型。

（3）芯撑使用不当或松动，这会造成砂型移位或安放砂芯时发生偏差。出现这种情况下，因为芯撑的强度不够，或是因为芯撑高度不合适，承受不了作用在芯撑上的载荷或压力。

（4）对砂型夹紧或加压铁不当，这样也会造成错型，错型的程度通常相当于定位销套的尺寸公差。在加紧砂型时，使用楔形箱卡时，若一边比另一边夹紧，会产生很大的错箱力。拔掉定位销后，再对砂型夹紧或加压铁，最容易造成错型。在夹紧压力的作用下，定位销使用不当或磨损也会造成错型，其错型的程度即相当于定位销的磨损量。从一边到另一边，或从一端到另一端依次顺序地夹紧砂型，也会造成夹紧砂型，也会造成夹紧不均匀，而导致错型。

（5）砂型搬运不当，因此造成的错型缺陷，与定位销的精度以及砂型的强度或夹紧度有直接关系。比如，造型工把砂型拖着搬动，就更容易造成错型；在输送线上砂型相互冲撞，也可能造成错型。

5. 浇注工艺

在用大型浇包浇注或在吊运大型浇包时，常常会冲撞砂型，这种情况可能不易被察觉，也会造成错型。

四、塌型缺陷

塌型是由于一部分砂型从上型或其他悬伸的部分掉入型腔而造成的一种铸件缺陷。从外表看，这种缺陷很像粘模多肉。虽然，在造型过程中砂型是完好的，但在合型时或合型完成后发生分裂，铸件仍会产生塌型缺陷。塌型常与操作疏忽有关，如砂型搬运不慎。

然而，与砂箱、型砂、模样和造型有关的许多因素，都可使砂型本身的强度下降，以致即使是正常的搬运也会使砂型受到损伤，只有极其谨慎才能避免于塌型。偶然发生的塌型很可能是出于疏忽，如果经常发生这种缺陷，就可能是由于设备不良或工艺方面有问题。

造成塌型缺陷的原因有以下几个方面。

1. 铸件和模样设计

设计中采用拔模斜度小而高的吊砂是造成塌型的一种重要的原因。在这种情况下，砂型在起模时或许就已断裂，然而这个受损的砂型却被搬运走了。这种铸件可能要求采用干型或下芯的工艺。

对带有凸出或悬伸砂块的砂型，为避免随时都有可能发生塌型的危险，应在设备或砂型方面采取一定的补救措施或采用多下芯的办法。

2. 模样

（1）模样的拔模斜度太小或未倒拔模斜度，就会在起模时产生摩擦阻力，这种摩擦阻力能将砂型拉裂或使砂型的强度降低，并在随后的工序中发生塌型。这是由于模样结构不良，或模样的辅助装备磨损所造成的。为此，模样应进行定期检查和修补。

有时，在采用正常的或舂砂较松软的造型方法时，这种负拔模斜度并不明显，而改用较精密的造型工艺时便暴露出来了。例如，在高压造型时，常发现某些模样有微小的倒拔模斜度，但在砂型紧实度较低或砂型流动性差时这种现象就不明显。

（2）分模设计不良而形成下弯的砂台。采用这种分模面可能因为勉强采用尺寸偏小的砂箱，或企图省去型芯以降低成本。除非把设备（造型机）调整得十分好用，或者型砂的抗拉强度或韧性异常的高，否则，这种较下弯的砂台在造型和起模时很容易开裂的。

3. 砂箱及其准备

（1）砂箱中模样排列太挤，就会在砂型型腔间形成薄薄的砂台。这些凹陷部位很不容易舂实到适宜的强度，即使舂砂很细致，但强度仍不足。如果模样排得过挤，一型多件的经济效果显然就要为大量的废品损失所抵消。

（2）上箱高度不够，更加剧了模样（1）所阐述的情况。砂台的实际强度与其宽度和深度有关。遇到这种情况，可更换合适的砂箱，或配置一个箱框（接高上箱）以及增加一些砂钩和固砂木片进行补救。

（3）砂箱或箱带单薄、连接松动或有一定的弹性，这样会使砂型在造型时便发生变形和开裂。出现这种情况，可能是由于砂箱或箱带不良、有破损或错用所致。还可能由于改变造型方法而加重了砂箱的负荷，如果用高压造型，或由于在原来的砂箱中增加了模样的数量或尺寸。

（4）箱箍错位、弯曲或有弹性，倘若砂型的刚性是靠箱箍而不是靠砂箱来保证时，则箱箍错位、弯曲或有弹性就会引起塌型。这种已经磨损的、单薄的或弯曲的箱箍应在日常检查时就予以更换。

（5）箱带不够，或在砂箱中的位置不正确，会在起模时引起砂型沉塌和开裂。箱带也可能是为了挂砂钩的需要，所以应有较密的间隔。这样，本来是箱带不够，则变成了砂钩的数量不足。

（6）砂箱有缺陷造成在搬运时不平稳。有缺陷的砂箱在输送器或翻箱机上可能会受到颠簸。因为所用的设备不适于这种砂箱，或者是因为这些砂箱由于磨损或维护不良而运行不平稳，这样，砂型可能会被震塌或震坏。像这样的不平稳操作，还可能是在没有适宜设备的情况下进行搬运的结果，如在地面上翻滚上箱，只有强度极高的砂型才能经受住这番折腾。

（7）套箱的斜度不符，内壁有脏污或扭曲，这样会使砂型的侧壁或薄的砂台开裂，因而促成随后的塌型。

（8）压铁过重或压偏，使上型受压不均匀，致使砂型中的薄砂台和悬伸部分的砂块开裂。压铁台重还可能直接使那些已开裂的部分发生塌落。

（9）箱带距冒口太近，在箱带和冒口之间若舂砂过实，箱带会发生回弹而造成砂型开裂。反之，由于箱带和冒口之间太狭窄，难以舂实，也会产生舂砂欠实和薄弱部位。这部分砂型因强度很低，因此，即使在正常情况下搬动，也可能发生塌型。不管是哪一种情况，减轻这类缺点的办法通常是挪开冒口或去掉箱带，或者只是把箱带敲个缺口，以扩大这个部位的尺寸，必要时，这部分型砂可以再用铁条、砂钩或铁篦予以加固。

4. 浇冒口系统

浇口和冒口一般不会对塌型产生影响，除非横浇道和冒口的位置构成了一块薄弱的凹陷部位。异常高的横浇道，倘若近铸件放置（为使横浇道的补缩效果最佳），也会构成一个薄弱的砂台。横浇道有适当的拔模斜度，这类缺陷可得以改善。

5. 型砂

鉴于塌型形成的特点，型砂的性能必须予以考虑。然而，由于型砂的强度直接与砂型的硬度有关，而实验数据未必能反映出砂型的强度。因为即使是强度很高的型砂，如果舂砂不实，砂型强度依然很低，因此，在考虑型砂性能的同时，还应当把造型方式一并加以考虑。

（1）型砂的湿态性能不良，这也许与造型材料本身的性能有关。与塌型有关的一些性能是：湿冲击强度、湿拉强度、湿剪强度和湿退让性。

由于型砂引起的塌型问题正是由于上述这些性能不良，而不是通常的湿抗压性能不良所致。

（2）与型砂成型性有关联的性能不良，型砂成型性不良将引起砂型硬度不够或强度不足。砂型的强度与造型方式（捣实或压实）和型砂的成型性能有关。对黏土进行变质处理，或在型砂中添加提高成型性的附加物的直接好处是提高成型性（流动性），往往能减少塌型的次数。

（3）型砂的干强度不够，是干型铸造的一个重要因素，正如湿强度是湿型铸造的一个重要因素一样。

（4）型砂配置不良，通常是造成上述3种情况的原因。这往往是塌型的根源。型砂混合不均匀，如有的地方干，有的地方湿，有的地方黏土少或砂粒上没有包上黏结剂，这样就会在铸型中构成低强度区。要达到均匀的强度，需要适量的混制，这对抗拉强度尤为重要。

6. 制芯

（1）砂芯或组合芯的强度低于或结合不牢，常见于黏合芯或舂入芯。强度低或结合不牢固的砂芯易于造成塌型，也可能把一部分上型蹭松而造成塌型。

（2）离心铸造时型芯损坏，可造成塌型。塌型是由于离心力而不是重力引起的。这些破碎了的芯块能穿过铸件直达铸件的外表面。

7. 造型工艺

（1）舂砂不匀或不紧实，使砂型的强度降低。试图采用经常补加黏土的办法来提高型砂的强度，其结果适得其反，使型砂更不易舂实，解决的办法是把型砂舂实、舂匀。如果这一点也做不到，就只有提高型砂的成型性了。

（2）砂钩、型钉、固砂木片、铁条等距型腔过近，是导致砂型强度降低而造成塌型的基本原因。小砂块容易从这些加固物上塌下来，如砂钩、固砂木片、铁条以及其他加固件上涂料刷得不够，也会使塌型加重。

（3）砂型加固不足。若模样在砂箱中放得过多或上箱太浅，就会发生大面积的塌型。在一些设计中，对未硬化的砂型（湿型）进行适当的加固是必不可少的。

（4）下芯疏忽，把型面损坏或磨毛，会使砂型强度减弱，以致在合型时或合型后造成塌型。

（5）上型歪着（偏斜）合型，能在吊砂和型壁部位产生侧变形。这种异常的侧变形，会构成剪切作用，往往超过型砂的抗剪强度。上型歪着合型，可能会撞伤砂型表面而引起塌型或把散砂掉入下型腔中。

（6）搬运粗心大意，如震动了砂型、把压铁重重地放在砂型上以及砂型在输送器上受到颠簸震动。只有强度极高的砂型才经得住这般粗鲁的操作。显然，在翻箱和搬运日益趋向自动化和快速操作的情况下，要避免砂型大量破损，就要设法使这些快速动作平稳。

（7）砂型分层剥离是塌型的一种特殊形式。它表现为面砂与背砂脱离，这与两种型砂性能配合不当有关，如面砂强度低而背砂强度高，反之亦然。造成分层剥离更为普通的原因是面砂冷而背砂热，这是一个特殊的冷凝问题。从技术上讲，使用热面砂和冷背砂同样不好，不过在正常生产中是不会出现这种情况的。型砂温度差异太大，引起界面上产生水汽凝聚砂也是有可能被急剧蒸发的，带着砂粒的蒸汽压塌。

8. 浇注

浇注工序所以出现塌型，是由于浇注工在搬动压铁、套箱以及可能在碰撞砂型面而引起的，典型的例子有：把浇包停放在未浇注的砂型上，粗心地乱放压铁；把砂型搬上铸工输送器的动作过猛。

9. 其他因素

（1）型砂中混入外来物质，会在靠近型腔的砂层中构成低强度区而发生塌型。

（2）浇注时砂型发生气爆（俗称放炮）。当砂型和浇注底板之间的可燃气体被点燃时，会发生气爆，这常会引起临近的砂型发生塌型。

（3）震动能量大的大型震实造型机、重型机械等产生的震动，也会使附近的砂型塌型。

在消失模铸造中，可能由于以下原因导致出现塌型缺陷：浇注时，金属液喷溅厉害，致使箱口密封塑料薄膜烧失严重，真空度急剧下降；浇注速度太慢，特别是在断流浇注的情况下，金属液不能将直浇道密封住，大量气体从直浇道吸入，使砂箱内的真空度急剧下降；砂箱内的原始真空度定得太低，特别是深腔内由于模型壁的阻隔作用，其真空度更低；浇注方案不合理，大件采用顶浇时，容易造成瞬时间汽化气体不能被排除到砂箱外的情况，使砂箱内真空度下降；抽真空系统的抽气能力低；型砂的摩擦系数小，在同样真空度时所能达到的抗剪强度小。

（4）防止消失模铸造塌型缺陷的工艺措施如下。

①浇注时，尽量避免金属喷溅，为防止密封塑料薄膜被喷溅金属烧失，可在上面覆盖一层干砂或造型砂。

②合理掌握浇注速度，保证浇口杯内始终被金属液充满，浇注过程中尽量不要断流。

③提高砂箱内的初始真空度，在个别地方可预埋抽气管。

④浇注大件时，应采用底注式浇注系统浇注，抑制泡沫塑料模汽化的发气量；同时使汽化逐层进行，从浇注一开始就在气隙内建立起一定的压力。

⑤选用抽气量大的真空泵。采用两面抽气的砂箱结构，提高真空系统的抽气率。

⑥采用硅砂作型砂。硅砂的摩擦系数大，密度小，因而有利于提高抗剪强度。

⑦平面铸件应垂直放置造型或倾斜浇注，减小气隙，抑制汽化气体量。

⑧在必要的情况下，将附加的抽气管支撑在砂箱体上，可提高抗剪强度。

五、挠曲缺陷

挠曲缺陷是铸件在生产过程中，由于残余应力、模样或铸型变形等原因造成的弯曲和扭曲变形，铸件在热处理过程中因未放平正或在外力作用下而产生的弯曲和扭曲变形。具体来说，就是在铸件的冷却过程中，形成了不同的应力。挠曲和热裂的不同之处，除了表现在外形不同之外，还在于应力的大小程度不同。

对于不同的金属而言，产生热裂的倾向也各不相同。比如，在一定的应力条件下，铸钢或可锻铸铁可能完全产生热裂，而灰口铸铁或球墨铸铁则可能产生挠曲。

大平面铸件特别容易产生挠曲，合理地使用加强筋，能够纠正这种倾向，但是如果使用不当，则会恶化这种缺陷。

在设计容易产生挠曲的铸件时，常采用使铸件带有一定程度地预变形以抵偿铸件可能出现的挠曲。对于变形量较大的铸件，在制造模样时，按照铸件变形的方向，预先做出与其方向相反的变形量，使铸件冷却后，得到比较平直的表面。对尺寸较小的平板或床身铸件，由于变形量不大，可加大其加工余量，来补偿铸件的变形。还可在铸件上开设拉筋（亦称防变形筋）承受一部分应力，防止变形，待铸件进行消除应力处理后再将拉筋去掉。

如果浇冒口系统设计不当，阻碍铸件凝固收缩，也会导致铸件挠曲。

上型和下型的硬度不匹配，或者采用不均匀的舂砂操作，都容易导致出现挠曲缺陷。如果铸件是向上挠曲，那么上型硬度应该高些；如果铸件是向下挠曲，则下型硬度就应该高些。

灰铸铁的挠曲还和成分有关系：如含碳量过高、变质剂过量等。在零件能满足工作性能的前提下，选择弹性模量和收缩率小的材料。

确定合理的落砂规范，使铸件在型中冷却到合适的温度后再落砂。一般铸铁件落砂温度在500℃以下，较复杂、容易变形的铸件，落砂温度可到300℃以下。铸钢件落砂温度可比铸铁件提高100℃。

熔模铸件挠曲变形主要是熔模变形、型壳变形或铸件凝固冷却时变形造成的。

1.熔模变形

取模用力不均，会造成熔模变形；熔模壁厚不均匀冷却时因温度分布不均，造成因热应力引起的变形；熔模存放时因温度过高，接近于模料软化点引起变形。

但熔模变形在检验时一般可以发现，可采用压型易变形、校正熔模等方法加以消除。只要严格工艺和管理熔模变形，一般不会造成铸件变形。

2.型壳变形

型壳在焙烧、浇注时受自重或金属液压头作用，当型壳强度差时，就可能变形。硅溶胶、硅酸乙酯型壳高温强度大、抗变形能力强，型壳变形倾向小。水玻璃型壳高温强度小，易产生型壳变形。凡提高型壳强度的因素均能减小型壳变形倾向。

另外，型壳长时间处于高温状态也易变形。

3.铸件凝固冷却过程中发生的变形

从铸件凝固后期冷却至室温的过程中，铸件线收缩受阻会引起收缩应力。收缩应力大而铸件结构刚性又不足，则会发生铸件扭曲变形。

浇注系统设置、浇注工艺均对铸件冷却过程中的变形有影响。使铸件各处冷却均匀的措施，都有利于减少铸件变形倾向。

总之，以上三种铸件变形原因中，后两种变形是在高温或高温冷却过程中发生的，一般只有在造成铸件变形后才被发现，是生产中铸件变形产生的主要原因。

此外，清理过程中操作不当也能产生铸件变形，这类变形应予以避免。

铸件变形常因铸件结构、形状、大小和铸造工艺而异。对具体铸件要找出其变形产生原因，采取相应的防止措施。

防止熔模铸件挠曲变形的措施如下。

①认真检验熔模，一旦发现熔模变形应予报废，或采用校正措施。

②如型壳变形，应采取各种措施提高型壳抗变形能力，防型壳变形。由于型壳高温强度越高，其抗变形能力就越强，故提高型壳高温强度的措施均有利防止型壳变形。对硅酸乙酯和硅溶胶型壳可提高其SiO2含量、对型壳进行强化、选用高温抗变形能力强的耐火材料等；对硅溶胶型壳还应确保型壳干燥。对水玻璃型壳首先要保证水玻璃质量、涂料质量、耐火材料种类选择合理、硬化剂种类及硬化工艺合理等。另外，三种黏结剂型壳均可用增加层数来提高其强度和抗变形能力。

③焙烧时，型壳宜放一层，不应堆放多层，以减小型壳焙烧时所受的压重。

④改善铸件结构，力求壁厚均匀，壁厚不均匀部分力求逐渐过渡，无应力集中处。对易变形部位可增设加强筋或工艺筋（即热处理后，可去除掉的拉筋）。

⑤改进浇注系统的设置。改变内浇道位置，减小各处温差，并避免收缩时浇注系统与铸件发生相互牵制。

⑥防止铸件冷却过快，使铸件各处温差太大，引起变形。为此，金属液浇注温度应合适，型壳温度要高，脱壳不可过早。

⑦采用合理的热处理工艺，防热处理时铸件变形，即除防止铸件铸态变形外，还应注意到铸件的热处理变形。

⑧避免铸件碰撞引起变形。

六、坍流缺陷

坍流缺陷是指离心铸造时，因转速低、停车过早、浇注温度过高等引起合金液逆转方向由上向下流淌或淋降，在离心铸件内表面形成的局部凹陷、凸起或小金属瘤。

砂型离心铸造时，在浇注温度高、砂型局部过热时，会造成铸件局部凝固缓慢，铸型停转时此局部产生坍流。

防止措施铸型转动不能停止过早，即不要停车过早。停车时间与铸件的材质、重量及冷却条件等有关。一般来说，应等铸件凝固后，当铸件温度比固相线低100～300℃时才应停车。

经验表明，在离心机停电，转速下降后，观察其铸件内表面，如发现局部发亮，应立即再送电，离心机再旋转。

另外，在砂型离心铸造时，要防止砂型局部过热。

七、形状及重量偏差类缺陷的防治措施总结

各种主要的形状及重量偏差类缺陷的名称、定义和特征、鉴别方法、成因及防治补救措施总结如表7-1、表7-2、表7-3、表7-4、表7-5、表7-6、表7-7、表7-8、表7-9。

表7-1　尺寸和重量差错缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

表7-2　舂移缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

表7-3　错芯缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

表7-4　错型缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

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表7-5　模样变形缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

表7-6　偏芯缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

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表7-7　热处理变形缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

表7-8　铸型变形缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

续

表7-9　铸造变形缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

第二节　形状及重量差错类缺陷的防止实例

案例1　防止精密铸造蜡模变形的几种措施

生产条件和存在问题　熔模铸造在生产中较多采用糊状模料，这主要由于糊状模料比液态模料收缩小、凝固快、生产率高。在压型→蜡模→铸件的生产过程中，蜡模的尺寸稳定性和变形程度，极大地影响了铸件的质量状态，所以在防止熔模铸件变形中对蜡模的控制是十分重要和必要的。

解决措施

（1）在蜡模中放入阻碍物限制收缩变形。精铸件右页结构见图7-1，因需保证回转良好，故两个φ10.5mm的孔要求同轴，客户要求用专用销轴检具全检，并且专用销轴一端要自由落体式无障碍地穿过两个孔。原来的生产工艺为：压蜡后，压型放入水中冷却30 min后取出蜡模，修好蜡模后组树。浇注出的铸件用专用销轴穿两个φ10.5mm的孔，因两孔不同轴，销轴穿不进去，需要100%校正，而且变形没有一点儿规律，极大增加了校正工作量，严重拖后生产进度。

针对此情况，改进了工艺，经过计算，做了10根的销轴，在压制右页蜡模后，就将该销轴在φ10.8mm孔处穿入蜡模，之后一并放入水中，冷却30min后取出，针对这些蜡模做了两种方法：一种是修蜡模后直接组树，另一种是再在上面黏一条拉筋，见图7-1。铸件生产出来用销轴检测，仅有1件两孔略偏斜，其余则完全符合要求，此1件偏斜的右页，稍一校正即可符合要求。经归类，发现第一种方法未黏拉筋的就已经满足生产要求，可投入批量生产。

（2）采用开浇道根后黏浇道的措施。DN150法兰盘结构见图7-2，其结构对称、壁厚均匀。如果直接在其上开出浇道，因浇道较厚大，与蜡模本体形成壁厚差，不仅在从模具拿出过程中取蜡模困难，而且会因取模方式不当造成变形；也会在蜡模的冷却过程中因壁厚不均，而造成收缩变形。所以综上考虑，对DN150法兰盘采用先预设浇道口（高度为1.0～1.5mm），后黏浇道的方法来避免在蜡模上因浇道厚大而形成壁厚不均，导致收缩不同步的变形。

图7-1　右页铸件结构

图7-2　DN150法兰盘结构图

（3）从工艺设计上来减少变形。门扣结构见图7-3，因属于厚大开口件，容易在开口处变形，如图7-3虚线所示，靠插入阻碍物的方法仅能解决在蜡模上的变形，无法解决在铸件成型过程中因收缩不均而导致的变形。所以需在开口处加上一条φ7mm的拉筋（即尺寸25mm的地方），既能解决蜡模上的变形，又能解决铸件上的变形，待铸件热处理后再把拉筋去掉。

图7-3　门扣结构图

案例2　防止错边缺陷的对策

生产条件及存在问题　湿型小件采用脱箱机器造型有全自动和手工脱箱两种方式。国内大都用手工脱箱方式，采用这种方式在生产批量大时，往往需用多块模板、多副砂箱，由此也容易产生难以根治的错边缺陷。

解决措施　错边缺陷并不单是由于模样的定位和定位销的偏差而产生的，它直接涉及到模样和工装的制作、检验、造型及套箱作业等操作问题，其防止对策主要有以下几个方面。

（1）防止模样、芯盒定位销的松动。湿型小件使用震压式造型机时，由于机械震动，在模样、工装定位销设置不好时，容易产生圆锥形定位销往模板方向的移动，造成定位销在销套内的松动，为此，在工装上定位销的固定应加防松销子。即使如此，造型操作每造20～30箱也应检查一下定位销是否松动。一旦发现松动，就应停止造型并进行修理。此外，定位销的磨损也是造成松动的原因之一，所以定位销不能用普通钢材，而应选用优质钢，并经过淬火处理，以提高其抗磨性能。

（2）确保上下型的垂直定位。脱箱造型是在砂箱上设置三角导销和销套来实现上下型的定位，这样就依赖于导销、销套与砂箱分型面的垂直度及导销和销套的配合精度。在造型前务必用专用的垂直度检查工具对三角导销和销套进行检查，确保垂直度偏差小于0.05mm。在这里特别指出的是，专用垂直度检查工具应放在分箱面上，以便在造型过程中能随时抽查，并可保证检测精度。在三角导销磨损、与导销之间的间隙超标时，不应用手提砂轮机打磨，而用铣床等精密修正，以确保三角导销的平直度和它与销套的配合精度。造型时的不慎，也会造成上下型垂直度的偏差。在下型翻转后放置上砂箱时，若在上、下箱分箱面的法兰之间夹有砂团，就会造成三角导销与分型面不垂直的问题，从而导致错边。并且，由于它强制性地造成了上下砂型的垂直度偏差，因此在开箱起模时将促使三角导销和销套的磨损。为此，造型操作时，应注意上、下砂箱法兰之间不能有砂团，并把它作为防止错边的重要措施。

（3）防止搬运、围箱时的碰撞。砂型脱箱后搬运到浇注位置时的快速移动或操作者身体碰及上砂型，都会导致上下砂型的错位。填砂围箱时用力不均或捣固方向的偏斜，也会产生同样的后果。因此，要注意此方面的操作。

（4）注意套箱作业。套箱大都是通用且反复使用的，为此，在套箱作业前，应用专用量具对套箱进行尺寸检查，凡是形变过度的不能使用。在套箱作业时，也要避免倾斜套箱和过早的倾斜脱箱，以防止上、下型的错位。

（5）坚持试样制度在批量生产时，为避免由于错边而导致铸件成批报废，应坚持试样制度，即在该模样正式造型之前，先试制3～5箱，待浇注、开箱检验合格后，再投入正常批量生产。

案例3　高铬铸钢件的挠曲变形防止办法

生产条件及存在的问题　高铬铸钢较之铸铁和普通铸钢，线收缩率大得多，因而铸件凝固和冷却后变形也较大。产生的变形有形状变化、位置变化、尺寸变化等。

解决措施　不论什么材质的铸件，浇注后均表现出厚壁部分凝固得慢，薄壁部分凝固得快。薄壁部分凝固收缩时，厚壁部分尚未凝固的金属渡给以补充。厚壁部分凝固时，由于其温度较高处于塑性状态，可以随着薄壁部分一起收缩，所以铸件不会产生应力与变形。而厚壁部分凝固收缩尚未结束时，薄壁部分已结束，厚壁部分的收缩受到薄壁部分的阻碍，薄壁部分产生拉应力，厚壁部分产生压应力。如何避免挠曲变形有以下几种方法。

（1）模样反变形法。对于较小的铸件，可以先试铸一件，试验出变形挠度。对于较大的铸件，可以根据经验估算出挠度，然后再正式制作模样。制作模样时，预先做出和铸件变形反方向的挠度，生产出的铸件即可消除挠度。

（2）底垫板反变形法。木材具有一定的弹性，对长形铸件，当确定了其变形挠度后，为了减少模具费，只制作一次模样，模样不预制反挠度，而将底垫板上模样两端支撑面垫高，垫高高度等于挠度，中间悬空，这样，造下型模样时因受力而中部下凹。下箱翻转后造上型时，模样被砂型夹紧而不能弹回到原位，从而造的上型也随弯曲的下模而出现反挠度，起模后整个型腔即出现反挠度，从而避免了铸件的挠曲变形。

（3）冷铁法。铸件形状和生产条件便于下冷铁时，可以在造型时，在厚实面的外侧放置外冷铁，外冷铁的厚度应等于铸件厚处与薄处的壁厚差。利用冷铁吸收热量，从而达到浇注后厚、薄处温度和凝固速度一致，避免铸件挠曲变形，如图7-4所示的保护帽，厚实面共下了10块冷铁，铸件未出现挠曲变形。如果在厚壁处下内冷铁，同样能达到预期的效果。内冷铁宜做成网状或螺旋状，不宜用实块状内冷铁。通常条件下，用内冷铁没有用外冷铁方便。

（4）压重法。因铸件结构决定不能放置冷铁，而模样做反挠度又需做试验，既麻烦又增加成本，或者所生产的铸件产量很少，这时可以用压重法。如图7-5所示的栏板，浇注后高温开箱，把铸件放置于平板上或中部悬空，如果变形后那个面凸起，就把那个面朝上放置，给红热的铸件中部压一重物直至铸件冷却到室温，这样就可以防止铸件挠曲变形了。

（5）反筋法。有些铸件的挠曲变形，是由于铸件的局部有筋状结构，起到了加速冷却的作用，而筋状结构的反面较晚冷却。铸件两面冷速和凝固速度不同，从而导致铸件挠曲变形。为了避免铸件弯曲，可以给铸件筋状结构的反面增设一个工艺筋，其长度应接近铸件原筋状结构，厚度可薄一些，以20mm以下为宜，以便于打掉。这样，铸件两面结构基本对称，冷却和凝固速度相同，即可避免弯曲变形，落砂后去掉工艺筋即可。

（6）加热法。对于小型铸件，一箱多件造型，产量较大，造型时难以采取反变形措施，只好将铸件加热，用压力机压力调形，较正铸件。

（7）温度调节法。对于容易产生变形的铸件，浇注时应尽可能地降低金属液浇注温度，即浇包静置降温。低温金属液注入型腔，能在较短时间内很快凝固，型腔内不同部位之间温差小，铸件内部铸造应力小，所以铸件不易变形。开设浇注系统时，应把内浇口开设在铸件的薄壁处，这样，浇注时全部金属液以薄壁处流过，从而使此处温度提高，减小铸件壁厚、薄不同处的温差，进而减免铸件变形。

（8）拉筋法。弓状铸件很容易变形。一般情况下，浇注后弧形铸件的曲率半径变大，为了防止此类铸件的变形，造型时，可以在铸件上增设一个或几个“弦”，“弦”的横断面应薄、小，以便于打掉。这样，铸件的弦部因较小而提前凝固，铸件的弓部继续凝固时已受到“弦”的约束，其形位不再发生变化。如图7-6所示的料斗。

图7-4　保护帽的反变形

图7-5　栏板的反变形

图7-6　料斗的反变形

案例4　精密铸造空心杆状件的偏心对策

生产条件及存在问题　某公司在生产一种空心杆状件时，出现了大量废品，主要原因是铸件的中间部位出现了孔洞，其形状和浇不足缺陷极其相似。即使没有出现孔洞的铸件，当切断观察其断面时，全部存在不同程度的偏心现象。制壳工艺为硅溶胶工艺，该产品的材质为45号钢，采用两直浇道组树，每排6件，共计12件，浇注温度为1560℃，制壳工艺为过渡层结壳后用莫来石砂堵孔。

缺陷产生的机理分析

造成偏心缺陷的原因如下。

（1）钢液浮力的作用。当钢液从浇口杯浇注到铸型中时，钢液从两侧的直浇道到底部的横浇道，然后在铸型中缓慢地上升，在上升的过程中，当钢液达到型芯水平最大截面时浮力为最大值。

（2）热变形的作用从浇出的铸件看，没有发现跑砂的迹象，说明堵孔制成的型芯没有断裂，如果型芯断裂，里面的砂子会被钢液冲刷，并最终夹杂在凝固的钢液中。因此型芯只是发生了一个热变形。热变形主要发生在两个阶段，一是焙烧阶段，焙烧时，型芯处于高温时间较长（该型壳的焙烧温度为950℃，焙烧时间为40min），这会导致型芯因自重而变形，由于焙烧时浇口杯朝下，型芯挠曲方向与浮力作用方向一致，形成变形的叠加；二是热变形是发生在钢液浇入时，钢液的浇注温度为1560℃，在这样的高温下型芯细长，抗弯能力较弱，很容易发生挠曲变形。

解决措施　从以上分析可以看出，只要降低型芯瞬时所受的最大浮力和热应力，就可以避免型芯变形偏移，最有效的办法就是改变组树方式。采用图7-7（a）所示的组树方式，可有效地改变偏心情况，当采用这种浇注系统时，钢液从底部沿型芯缓缓上升，型芯不会受到钢液的浮力作用，而且此时的受热均匀，不会产生径向的热变形，但这种组树方式铸件的出品率不高，采用3直浇道组树，只能浇注6件。采用图7-7（b）所示的两直浇道浇注系统，将每个铸件倾斜组树，每排可组5件，共10件。浇注后获得了质量较好的铸件。

图7-7　改进后的组树方式

案例5　壳型球墨铸铁件尺寸超差的防止

生产条件及存在问题　某厂生产的涡轮箱是发动机增压器的重要零件，材料要求为中硅球墨铸铁。初期采用湿型铸造，后因铸件质量要求的提高，经论证决定采用壳型铸造，逐步取代传统的湿型铸造，但在生产中发现，壳型工艺易产生铸件尺寸超差。几种规格的涡轮箱高度为70～120mm，此铸件在x、y方向上尺寸符合要求，仅在z向上（即高度方向）增大1.5～2.5mm，从而导致超差，增大率为2%左右（图7-8）。

解决措施

（1）采用仿形压铁。针对原有压铁不能有效控制铸型的膨胀，我们采用了仿形压铁。仿形压铁与上型表面形状相仿，完全吻合。对铸型施加一个整体的压力，对上型各部形成均衡、持久的压力，增大了铸型的刚性，增加了抵抗铸型膨胀的能力。同时将压铁重量增大为计算值的1.5～2倍，从而增大压力，对限制铸型的膨胀起到一定的作用。经试验取得了明显的效果，铸件在z向上各点高度不等的状况得到了控制，且铸件总体高度下降了0.5～1mm。

（2）增大分型负数。经过对零件各部分尺寸的认真分析，在确认不造成其他影响的前提下，将砂芯降低1mm，以抵消膨胀，结果铸件各加工部位均有加工余量，且加工后满足图样要求。

（3）加强质量控制，提高覆膜砂性能对原材料进行质量监控，确保使用合格的原材料。在工艺方面，适量增加树脂含量，提高铸型塑性，增强吸收膨胀的能力，减小开裂。乌洛托品加入时，砂温控制在100～110℃，以利于水分的蒸发。

（4）降低固化温度，延长固化时间，增大结壳厚度。原来因生产任务较重，为加快型、芯的制作，将固化温度定在300～350℃，这样虽将固化时间缩短至1.5～2.5min，但带来了结壳厚度较薄、型（芯）表面容易过烧的不利影响。后来，我们将固化温度定于245～275℃，固化时间定在2.5～3.5min后，铸型开裂的现象大为减少。

图7-8　铸件结构示意图

案例6　熔模铸造中平板薄件变形的解决办法

生产条件及存在问题　熔模铸造生产过程中，发现平板类铸件在浇注冷却完后，总是在平板面方向存在或多或少的变形。在组树的工序中，为了提高材料利用率，采用了蜡模横焊法组树。

解决方法　对于平板型铸件来说，横焊组树虽然能提高材料的利用率，但对于铸件的弯曲变形量要比竖焊的大。改用蜡模竖焊法组树，浇注整理抛丸后，经检验，其平面变形量基本小于0.5mm。

案例7　刹车转子精铸件的变形缺陷对策

生产条件及存在问题　刹车转子为引进的汽车刹车系统的关键零件的材质为20CrMn-Mo，采用熔模铸造生产，质量要求必须无任何铸造缺陷。在试制过程中，铸件存在变形缺陷。铸件的结构如图7-9所示。该件上、中、下三层板由8处均布的宽度为6mm的筋板连接，并在中、下两层板间再均布8处宽度为6mm的筋板。

试生产中发现上、中、下三层的6mm连接筋板有轻微变形，而无其他铸造缺陷，但在渗碳淬火热处理后，连接筋板的变形进一步加大，基本属于报废铸件。因热处理条件的限制，分析认为，从热处理角度上着手基本无法解决该变形问题，所以只有对铸件的结构加以改进。

解决措施　零件的结构应满足铸造工艺性要求。其壁厚不应设计得太厚或太薄，在适宜壁厚的条件下，既方便铸造又能充分发挥材料的力学性能，且由于铸件内、外壁的冷却条件不同，将铸件的内壁厚度设计得比外壁薄，以实现内外均匀冷却，减少内应力和防止裂纹。

由于刹车转子铸件结构的特殊性，上、中、下三层板的厚度相差较大，分别为31 mm、20～25mm、6mm，且三层板的连接筋为6mm，在凝固过程中，难免产生铸造应力导致变形，并在渗碳淬火热处理时，应力进一步加大而产生更大的变形。分析认为，该铸件的变形与其不合理的结构有很大关系，只有对铸件的结构加以改进，加大连接筋板抵抗热应力的能力，即将6mm的连接筋板加厚为8mm，才能消除变形缺陷。试验表明，筋板加厚后，无论是铸造时还是热处理后，均未发现变形现象，说明该措施对于变形的处理是可行的。

图7-9　刹车转子铸件结构简图

案例8　湿型铸钢件偏芯缺陷的防止

生产条件及存在问题　偏芯是砂芯在金属液热作用和充型压力及浮力作用下，发生上抬、位移、漂浮甚至断裂，使铸件一侧的壁厚减薄或穿透，另一侧加厚，导致铸件报废。

解决措施

（1）加大芯头，设计下芯基准面。仅有下芯头而无上芯头的细长芯，由于芯子稳定性差，在钢液的冲击下易发生漂浮、位移而产生偏芯；加大芯头，增大芯头支撑面，可以使芯子的稳定性增强，减少甚至避免偏芯的发生。例如，250平衡轴支架φ70mm的内孔由芯子形成，将芯头由φ70mm×50mm的圆芯头改成110mm×80mm×50mm的方芯头，新工艺试制投产后，消除了偏芯缺陷。2190法兰盘，如图7-10所示。原工艺只考虑芯子稳定性，而将芯头直径增至与铸件外径φ84mm相等，下芯时无基准面，且下芯时容易挤砂，工艺改进后下芯有了基准面，可以观察到芯子是否到位，消除了偏芯缺陷。

（2）因受结构限制，下芯基准面无法观察时，应设计下芯用样板。因湿型铸造型砂的抗拉强度较干型低，如果芯子较大，且无下芯基准面，往往因下芯时用力不均匀而将芯座挤压变形而造成偏芯，此时，如果设计一套结构合理的样板，可以达到预期的效果。图7-11为250轮毂，XNO2芯形成加工内孔，因无下芯基准，长期以来，偏芯率达31.3%，考虑到即使将芯头加大做出基准面，也会因基准面太深，观察空间太小而不便观察，故设计了如图7-11（b）所示的样板，样板投入使用后生产轮毂10000多件，偏芯率降为3.5%。此外，还要加大生产工序的过程控制：a.浇注温度和速度的控制；b.造型紧实度的控制；c.及时修复工装模具。

图7-10　2190法兰盘生产工艺

图7-11　250轮毂工艺图

案例9　消失模铸造铸件变形表面缺陷的防止

生产条件及存在问题　消失模铸造铸件尺寸超差、变形。

解决措施

（1）泡沫塑料模的影响。

①模具品质。利用锻铝机加工模具，其尺寸精度、加工稳定性较好。发泡成型模具壁厚应均匀，型腔壁厚为8～10mm，分型面框架12～18mm，正确选择收缩率，准确确定型腔尺寸，要对模具型腔和镶嵌物进行精整和抛光以达到最佳精确尺寸。同时要正确选择取模方向，防止取模样时变形。

②模料和制模工艺影响。影响模样尺寸变化的因素有：a.成型后模样的冷却程度，取模前应使模样充分冷却，发泡终止，以得到尺寸稳定性较好的模样，防止模样顶出时变形；b.取出模样的干燥程度，取模后模样在60～70℃下干燥2～8h，干燥时间不同的模样实际尺寸也不完全相同；c.珠粒种类和尺寸的影响，珠粒的分子量和大小对模样的收缩有影响；d.预发珠粒龄期的影响，生产中应控制预发珠粒龄期，一般应为2～12h；e.模样密度，密度较高的模样比密度低的线收缩量小（但发气量大），常规方法制模其收缩量大于冷却时使用真空方法的模样收缩，制模时使用较高的蒸汽压力可减少模样熟化的收缩量；f.黏结的影响，黏结剂的质量，黏结操作工艺、胎具的定位等都会影响黏结组合后模样的精度和准确性。

（2）造型的影响。

①振动造型的影响。要使干砂充满模样各部位，并达到一定紧实度，防止干砂局部紧实不好，浇注时造成铸件尺寸不符、变形、鼓胀、多肉。

②涂料的影响。涂料性能、涂层厚度影响模样尺寸，进而影响铸件尺寸。所用涂料应具有良好的透气性和足够的强度。选用涂料必须与铸件金属液和干砂性质相匹配，涂挂操作工艺要合理等。

（3）浇注工艺的影响。浇注系统、浇注温度须合理设计并严格按工艺执行。浇注速度是生产高品质铸件的关键因素。

案例10　铸件砂芯设计与铸件尺寸精度

生产条件及存在问题　砂芯的主要功能是形成铸件的内腔、孔及铸件外形不易起模的部位，砂芯在铸型中的位置是否正确直接关系到铸件的尺寸和形状精度。某厂是生产液压铸件的专业厂，对内腔及内腔与外形的相对位置要求很高，生产中经常会遇到由于铸件内腔与外形相对位置的偏差造成加工产生黑皮而报废，这样通过砂型设计保证铸件的尺寸精度在整个铸型设计中显得非常关键。

解决措施

（1）制芯方法。砂型设计与制芯方法的选择有很大关系，一般的制芯有手工制芯和机器制芯。机器制芯又分为热芯盒和冷芯盒，热芯盒是使用含树脂的覆膜砂射砂后，通过加热硬化，热芯盒的优点是砂子的流动性好、强度高，适用于复杂的、精度高的砂型。冷型盒是使用呋喃树脂砂吹入CO2、SO2、三乙胺等气体催化硬化，优点是节约能源，工装成本较低，是现在制芯发展的方向，缺点是砂子流动性差，不太适用于很复杂有细小油道的砂芯。总的来说，机器制芯砂芯尺寸精度高，生产效率高，适合于批量生产；手工制芯由于砂芯需要从芯盒中取出加热烘干，故砂芯尺寸精度差，生产效率低。因此，工艺设计中手工芯要增加压砂环、集砂槽等一些措施来保证铸件的精度。

（2）芯头设计。芯头是指砂芯伸出铸件以外不与金属液接触的砂芯部分，芯头的主要作用是固定砂芯，即定位和承受砂芯重力，砂芯下到铸型中，芯头一方面要保证芯子位置和方向的固定作用，另一方面还要保证在金属液浮力作用下砂芯保持正确位置，不产生移动和漂浮弯曲变形等现象，同时芯头定位又不能造成超固定，互相干扰，反而不能保证精度要求，甚至还能造成合箱的芯子压断。

（3）砂芯的组装。对于复杂的芯腔，常常需要多个砂芯的组装，如何将若干单个砂芯组装并保证整体的精度，主要从这几方面考虑。①砂芯分块尽量在加工孔上易清理能直观看到的部位，这样有助于清理由于芯子组装而造成的铸件毛刺。砂芯分块还要使每块砂芯有足够的断面，保证有一定的强度。砂芯不要有细小的突出部分以免损坏，同时也要考虑组芯的放置与操作及相互定位。②有相对位置要求的铸孔尽量有一个组装主芯子，以保证相互之间的位置精度。

（4）其他因素对砂芯的影响。

①浇注位置对砂芯固定方面的影响。砂芯要在金属液冲击漂浮下保持正确的位置，浇注方式和位置就显得很重要，浇冒口位置的选择尽量要远离芯头，但由于铸件结构的限制，常常出现浇注位置和芯头位置相互干扰，处理不好就容易造成漂芯，即孔弯、孔偏以及补缩不够等缺陷。

②芯头与芯座的间隙。芯头与芯座的间隙与砂芯的大小和制芯方法有关，一般机器制芯间隙较小，手工制芯间隙稍大，同时由于制模、造型、制芯过程都要产生误差，间隙也不能一概而论，定位芯头间隙较小，承重芯头间隙大。另外，砂芯排气一定要通畅，砂芯和外形的斜度最好一致，以使铸件的壁厚一致。在一种系列的产品中既要考虑芯盒的通用性，又要注意不同砂芯的区分标记，以免下错芯子。

案例11　织机长横梁铸件的挠曲变形及防止

生产条件及存在问题　众所周知，铸件挠曲变形是由铸件壁厚不均、冷却速度不一致、存在铸造应力造成的。然而，在实际生产中，有些结构截面对称，壁厚均匀的铸件，同样也存在着挠曲变形问题。某厂生产的GA615H棉织机的上横梁就属于这类铸件的实例。GA615H-180有梭织机上横梁铸件，是有梭棉织机中最长的铸件之一，其轮廓尺寸2642mm×102mm×50mm，平均壁厚9mm，材质HT150，铸件重量35kg。设计要求铸件的侧弯变形量不大于2.6mm。铸件结构如图7-12所示。这是典型的低牌号、截面对称、壁厚均匀的撑梁类灰铸铁件。铸件采用黏土砂湿型、金属模板、一箱两件的铸造工艺生产。

解决措施　上横梁铸件挠曲变形的主要原因是铸件两侧面具有不同的冷却速度并存在着温差。因此，要减小或消除铸件的变形，应从两个方面采取措施：a.利用“反变形量”，抵消挠曲变形；b.采取工艺措施，控制铸件温差。

具体措施如下。

①在设计制造模板时，预留出一定的曲率，它与铸件挠曲变形大小相等、方向相反。该反变形能够抵消铸件冷却过程中所产生的挠曲变形量，使铸件的尺寸、形状恰好合乎设计要求。但是，这一工艺参数给模板的设计、加工造成一定的不便，增加了制造难度和生产成本。而且反变形量的大小，往往需要生产实践验算，很难恰到好处。

②通过工艺措施，减小铸件两侧面的温度差，使两侧面近于同时凝固。只需要在铸件两侧面设置大致对称的浇注系统，以造成两侧面同时凝固和冷却。

经过对方案①、②的分析出较，不难看出后一种方案简单易行。于是，我们在原模板上的另一侧增设了尺寸、形状与主浇注系统大致类似的保温浇注系统，实验结果表明这种工艺是成功的。

图7-12　上横梁铸件结构简图

案例12　薄壁铸钢件尺寸变形控制

生产条件及存在的问题　采用水玻璃砂铸造工艺生产机架、叶轮和支撑臂等薄壁铸钢件。薄壁铸钢件的生产与一般铸钢件有所不同，铸造过程影响因素很多，质量控制难度大，传统工艺设计思路和方法很难满足产品质量要求。在生产过程中，该类型产品常易出现裂纹、浇不足、水纹、尺寸变形等缺陷。在工艺上更注重在浇注系统、冷铁的布置、防变形上采取措施。

薄壁铸钢件由于其壁薄的特点，产品凝固速度快，收缩过程容易受阻，使其尺寸很难得到控制，且容易出现变形。某厂生产的支撑臂产品结构近似L形，产品断面为工字梁形状，壁厚25mm，产品轮廓尺寸1700mm×1100mm×250mm，且上下均不在同一平面上，高低差50mm，该产品尺寸公差要求GTB17/5，尺寸公差要求很高，类似于国标CT11，生产过程容易出现张开和扭曲变形。

解决措施　在设计时通过调整工艺缩尺，采用两件对接浇注方式和设计等高支撑块等措施成功解决了产品尺寸问题并符合产品尺寸公差要求。

（1）工艺缩尺：由于产品壁薄，收缩过程长宽方向均不同程度受阻，其缩尺一般达不到普通铸钢件2%的缩尺要求，我们选择长宽方向为1.5%，高度方向为2%这样的缩尺生产。

（2）工艺方案选择两件对接浇注方式，浇冒口的设计均匀布置，使其收缩过程应力趋于一致，减少变形，如图7-13所示。

（3）辅助支撑等高块的设计和热处理采用多件码焊在一起，有效地防止热处理过程变形。

（4）产品避空位设计退让物。

通过上述的工艺参数生产了8件，产品尺寸及变形的控制均一次性取得成功。

图7-13　支撑件两件组浇注示意图

案例13　防止薄板类压铸件变形的措施

生产条件及存在的问题　某厂生产的加油机计数器架是典型的薄板类压铸件，由于原设计的铸件结构不合理，加之最初设计的压铸型结构不当，导致铸件变形很严重，最大翘曲变形量超过1.5mm，废品率高达20%，既增加了矫形工作量和经济损失，又影响了计数器的运转和计量精度。

解决措施　为了解决该铸件的变形问题，我们从铸件结构、压铸型设计和压铸工艺等方面分析了铸件产生变形的原因，重新设计了压铸型，改进了铸件结构和压铸工艺。几年来，用新工艺累计生产了六万多件计数器架，铸件变形量小于0.5mm，符合设计要求，取得了显著的效果。

（1）选择合理的铸件壁厚。在铸件结构方面，虽然凸台、铸孔都是引起铸件变形的重要因素，但这些都是不可更改的因素，唯一能改变的是铸件板面的厚度。综合考虑对铸件强度、密度的要求和合金的充型性能，在采用铝合金的条件下，将铸件壁厚由原先的2mm适当增大至2.5mm。

（2）改善加强筋的形状、尺寸和分布。

①适当增大加强筋的厚度、高度，由原先的2.5mm×3.5mm增大到3mm×3.5mm，拔模斜度由原先的45′增大到8°。这样既改善了加强筋作为补充流道在合金充型过程中所起的补缩和排气作用，提高了其对板面的增强作用，又防止了机械加工时出现倒斜度的可能，减少了铸件的脱型阻力和顶出变形。

②调整加强筋在板面上的分布，适当减少铸件板面中央的加强筋数目。增加板面两翼的加强筋数目，使之形成分散、均匀和对称分布的网络。改善沿铸件板面的热量、温度和应力分布，使铸件能均衡凝固。减小凝固收缩应力和应力集中，提高板面的抗变形能力。

（3）改进压铸型的顶出机构。将顶杆位置由原先分布在板面改为分布在铸件内应力集中，脱型阻力大的凸台、铸孔和周边，顶杆数量由14根增至22根，顶杆直径由φ4mm增至φ8mm。经上述改进后，铸件顶出时整个板面受力均衡，有效地防止和减小了顶出变形。

（4）适当增大内浇口截面厚度。将内浇口截面厚度由0.8mm增至1.2mm（截面积增大49%），以达到在增大充型流量的同时减缓流速的目的，显著减轻了充型过程中的喷溅、涡流、卷气和氧化现象，合金液能迅速充满铸型，改善了铸件的力学性能和密度，从而提高了铸件的抗变形能力。

案例14　防止大型薄壁端封板铸件变形的措施

生产条件和存在问题　某机械厂生产的纺织机械产品中，薄壁平板件较多，在湿型铸造中易产生变形、夹砂、粘砂、浇不到等缺陷。其中端封板是重要铸件，其重量540kg，材质HT150，铸件外轮廓尺寸为3000mm×1440mm×60mm，主要壁厚12mm，属于大型薄壁件。铸件要求表面光洁，不允许变形。该件采取手工湿型铸造，5t/h冲天炉熔炼。铸件及造型工艺简图见图7-14。生产中，端封板经常发生翘曲变形，即铸件中间部位翘曲7～10mm。

解决措施

（1）造型工艺。

①浇注系统设置在铸件壁薄的一边，内浇道从铸件壁薄处均匀引入。

②浇注系统尺寸的确定。采用充型平稳，对铸型冲刷较小的开放式浇注系统，其截面积比是：ΣF直∶ΣF横∶ΣF内=1∶1.15∶1.37。

（2）浇注工艺。

①倾斜浇注：将铸型倾斜5°～10°。进行浇注，并把铸件的浇注系统置于倾斜角的高处。

②提高浇注温度和浇注速度：端封板铸件的浇注温度控制在1350～1380℃，浇注时间为14～17s。适当提高浇注温度和浇注速度，有利于避免铸件因面积大而产生浇不到缺陷；有利于使铸件各部分温度趋于均匀，减小热应力和变形。

（3）辅助措施。铸型型腔表面涂撒石墨粉，并刮平；铸型上型均匀扎出14个φ15mm的出气孔；铸型硬度均匀，控制在80～85范围内；铸型存放的砂床要平整；铸型合箱后用螺栓紧固；浇注过程中型外挡渣，铁液不能间断。

多年来，我们按照上述开放式浇注系统单向浇道，倾斜浇注，适当提高浇注温度和浇注速度，并采取辅助措施的工艺方案，生产了大批端封板铸件，铸件表面光洁，没有产生变形。

图7-14　铸件及造型工艺简图

案例15　缸盖排气道壳芯穿芯问题的防止

生产条件及存在的问题　汽缸盖作为汽车发动机上的重要零件之一，采用GF线造型，每型一件，汽缸盖铸件质量60kg，轮廓尺寸803mm×230mm×l03mm，结构是某厂生产的汽缸盖中最复杂的一种。由于进、排气侧面均有凹进的形状，进排气道为整体砂芯，气道位置不好保证，但由于直浇道窝、横浇道、内浇道均通过排气道，在铸件整个浇注充型过程中受高温铁液的热作用时间长，而排气道芯采用K87壳芯机制芯，调试初期铁液穿芯缺陷突出。

防止穿芯的措施

（1）选用合适的覆膜砂。调试初期，排气道芯使用的是A地覆膜砂，制芯时发现砂芯有效结壳厚度仅3～5mm，内部为糊状，未固化透的区域发生壳层剥落现象，浇注时铁液从此处穿芯，从而导致铸件充型不全及气孔缺陷。经分析产生脱壳的原因是A地覆膜砂的熔点和热态强度低，换用B地耐高温低发气性覆膜砂后，穿芯问题明显减少。

（2）调整芯盒各部分的加热温度。由于排气道上分布有直浇道窝座和横浇道，最初设计时采用的材质为HT250，此处温度与芯盒其他位置相比温度低。将直浇道窝座和横浇道材质改用导热性好的黄铜后，此处温度与芯盒其他部位基本一致，此处固化效果得到改善。

（3）摸索最佳的制芯工艺参数。早期为防止穿芯将排气道芯制成实心，所采用的制芯工艺是结壳时间大于硬化时间。结果制出的砂芯全部为实心，但完全硬化透的厚度仅4～5mm，心部全部为粥状，生产的铸件气孔严重。

于是我们进行了工艺改进，延长硬化时间与结壳时间，提高加热温度，经过试验及生产验证，对每隔1h生产的砂芯解剖其有效壁厚情况，均稳定在12～16mm之间，浇注的缸盖穿芯问题得到有效控制。最终确定的制芯工艺参数如表7-10所示。

表7-10　改进后的制芯工艺参数

（4）防止砂芯裂纹。调试初期，在制芯及砂芯运输过程中，砂芯出现裂纹，浇注时铁液产生机械穿芯，经改进后由于砂芯裂纹导致的穿芯问题得到控制。

（5）造型下芯后在排气道芯射嘴处挤封火泥。由于砂芯芯头部位在模样处设计有间隙，铁液沿砂芯芯头间隙钻入壳芯内，导致穿芯。在芯头部位挤封火泥，有效地减少了穿芯缺陷。

案例16　树脂砂铸件的中凸现象解决措施

生产条件及存在的问题　采用树脂砂工艺生产的中空箱体、床身等铸件，常会出现铸件侧面中部凸起的现象，在有芯头的轴孔处更为明显。一面敞口的箱体，近开口端中部凸起比较明显。床身有筋的地方相对凹下，无筋处相对凸起。一个边长500mm左右的箱体，侧面中部凸起值有时能达2～4mm，这种现象是以往黏土砂干型工艺中没有的。

侧面中凸降低了铸件的平面度，尤其是侧面上的轴孔等部位，会造成位置尺寸超差，成为废品。

解决措施　形成中凸现象的原因，有人认为是由于树脂砂型高温强度持续时间短和高温溃散性好，也有人认为是由于树脂砂型退让性差造成的。实际上是这两种原因综合作用的结果。为了减少和消除中凸现象，可采取如下措施。

（1）留出反变形量。树脂砂铸件的尺寸重现性很好。根据侧面中凸的情况，行之有效的方法是在制作模样时留出反变形量。但是这种方法给模样制作和分型面的选择等造成困难，因而只有在中大件劈模造型时比较适合。

（2）采用中空砂芯。采用中空砂芯，既能增加型芯的退让性，又能节约型砂费用等，只要使中空砂芯的芯壳厚度保证在铸件凝固前不溃散，在半固态收缩时又能失去强度即可。但在实际生产中准确确定芯壳厚度很困难，只能保守地估算。首先要保证凝固前不溃散，因而往往难以保证型芯良好的退让性。

（3）选择适宜的型砂强度。型砂强度，尤其是背砂的强度，不要片面要求太高。采用适宜的型砂强度，不仅能够降低成本，易于起模，有利于旧砂再生等，由于降低了中空箱体侧面中部的收缩阻力，还可以有效地防止中凸现象。与黏土砂干型工艺相比较，黏土砂干型的干抗拉强度一般在0.1～0.2MPa，这个值可作为控制树脂砂型强度的下限，当然要根据具体铸件的情况确定。

（4）造型。从中凸现象的原因分析看，靠近铸件的型砂层紧实度高点，背砂层紧实度低，有利于消除中凸现象。因而在造型操作中应尽量把靠近铸件的型砂层，尤其是边角部位捣实，这样既有利于保持铸件良好的表面质量，又可减少中凸现象。

（5）选择合适的收缩量。中空箱体类铸件侧面的中部和边缘收缩量不一致，在工艺设计中收缩量是按铸件中部选还是按边缘选，一般说来，如果根据加工装配的需要，中间轴孔处位置尺寸必须保证，那么就要依据中间选。否则，可按平均值选取，这样一般就能保证铸件的整体要求。

（6）采用工艺补正量。如果中空箱体，侧面轴孔处要求位置尺寸严格，而收缩量又难以正确确定，则可结合加工余量，留出适当的工艺补正量，以保证加工的正常进行。这样虽不能消除中凸现象，却不至于出废品。

如果采用各种方法仍难以减轻和消除中凸现象，则可以考虑采用碱性酚醛树脂砂等工艺。一般说来，只要我们对树脂砂铸件的中凸现象有充分的认识，并采取相应措施，缺陷是可以避免的。

案例17　消失模工艺生产大型铸件变形问题的解决

生产条件及存在的问题　采用消失模铸造生产煤矿刮板机中部槽，减少了加工、焊接等工序，缩短了生产周期、降低了生产成本。在生产中出现了中部槽变形问题。

解决措施

（1）体密度应一致（成型+组模），密度控制在18～22kg/m3之间。

（2）涂料刷涂后，干燥前应应用较平平台校平。

（3）必要时可增加工装（正式生产后现用加工工装）。

（4）采用合理的埋箱工艺及砂箱负压结构。

（5）控制打箱时间。

案例18　叶轮胀形问题的改进

生产条件及存在的问题

精密铸造窄流道叶轮，特别是流道高度小于5mm、直径大于150mm的封闭式叶轮，因流道内灌浆后无法清砂，只能采取灌干砂的方法制壳，最初生产时废品率高达30%以上。产生废品的主要原因是，只沾面层及两层砂后灌干砂，型壳强度不够，以至于漏钢水及型壳胀形。

解决措施

（1）组树及蜡模清洗。组树时，除考虑铸件的补缩外，还需考虑制壳操作方便，因流道内与表面干燥时间要求不同，为防止干燥过程中外表面干燥过度，需在叶轮的外表圆弧面上增加蜡钉（图7-15），以增加面层浆料与蜡模的黏附力，防止面层脱落或出现爆裂现象，避免铸件上产生毛刺。

清洗时因难以检查内腔清洗效果，必须选用新的清洗剂XJX-829B和XJX-868，蜡树垂直向下保证清洗剂从进水口进入流道，防止内腔清洗不干净导致面层涂挂不上，清洗后保证蜡树表面呈均匀的淡灰白色。

（2）浆料配制。质量不同的精铸件需要选择不同的黏度（流杯黏度）。在生产中，将15kg以上的产品定义为大件，5kg以下的产品定义为小件。大件产品通常选择38～42s，小件产品通常选择32～38s。浆料黏度选择不当，会导致面层型壳太薄、强度不足、铸件表面产生毛刺等现象，或面层涂挂不均匀产生积浆现象，最终降低型壳强度，面层浆料配制时，选用进口的830或1430硅溶胶和进口300目锆粉，第2层及以后的选用国产1430硅溶胶和大于200目的煤矸石粉。

（3）面层浆料涂挂及背层涂挂。沾浆及淋砂过程中，需将面层浆料及锆砂从叶轮的进水口缓慢渗入流道，再从出水口流出，在浆料流动过程中，将图7-15所示蜡树黏面朝上倾斜约50°进行360°旋转，并上下调整方向，以保证内腔全部涂上浆料，每层干燥24h以上，共进行3次涂挂。

第3次面层干燥24h后，先用面层浆料混入锆砂（体积比为8∶2），将叶轮的进水口封住，然后向流道内填100号锆砂，并用细铁丝插实，注意不能插坏型壳，当锆砂填至离口部约10mm时，用面层浆料混入锆砂（体积比为8∶2）封住出水口部（图7-15），干燥48h后，确认灌入的浆砂干燥后即可涂挂第4层浆砂，第4层干燥约12h后沾制背层涂料，方法同普通产品。

浇注后震壳时适当延长震壳时间，尽量将口部灌的浆砂震脱落，以使流道内的锆砂流出，达到进出水口贯通，清砂效率接近普通产品。

图7-15　封闭式叶轮蜡树示意图

1.模头；2.叉模蜡条；3.内浇道；4.蜡模；5.蜡钉

案例19　无冒口解决下旁承座的变形问题

生产条件及存在的问题

下旁承座是普通客车车辆转向架零件，材质为ZG230-450，零件结构简单。原工艺设计中考虑铸件结构较为简单，批量又较大，故采用一型两件坯模造型（无箱串注）。为避免中心距360mm钻孔处产生缩孔、缩松，减少上加工面的砂致缺陷，设置了2个冒口，并将上加工表面预留了7mm的加工量，原工艺方案如图7-16所示。受冒口影响，铸件收缩受阻，导致了铸件变形，铸出后需调修。

解决措施

（1）综合考虑铸件的结构尺寸和使用要求，鉴于加工后壁厚仅有16mm，形成缩孔、缩松的可能性较小，故采用均衡凝固、无冒口铸造工艺。

（2）由于原工艺加工量加壁厚小于23mm，已超过临界壁厚，增大了缩松倾向，因此需减少加工量，在保证加工精度的前提下，改为3mm加工量。

（3）为增大冷却速度，利于铸件均衡凝固并减少铸件砂致缺陷，将大平面朝下。

（4）由于是坯模造型，码放时可借用下一层作为相邻层的下型，所以可只用一扇砂型。

图7-16　下旁承座原铸造工艺方案

图7-17　改进后的下旁承座铸造工艺方案

案例20　台车体铸件热变形缺陷的消除

生产条件及存在的问题

台车体材质为ZG35SiMn，单重为2100kg，外形尺寸为2900mm×1000mm×543mm。台车体结构为两端轴头且滑板位置较厚，中间4条主梁结构较薄；铸件轴头位置进行超声波探伤检查，4条主梁在任意350mm范围内弯曲度应小于0.2mm。采用三箱造型（图7-18），轴头部分最厚处直径为180mm。取轴头向上为浇注位置，有利于补缩。由于批量较大，需配做金属上型板及下型板。由于B面为炉条面，质量要求高，所以下型采用水玻璃硅砂造型，其余采用石灰石砂造型。内浇口通过中间两个冒口注入型腔。由于台车体拦板处在收缩过程中受到阻碍，使台车体中间热节处产生热裂纹，裂纹宽度5～15mm，2500mm尺寸收缩受阻，尺寸严重超差达到2525～2535mm。台车整体翘曲变形，由于C平面下凹，使加工量不够而需要焊补，翘曲变形量在8～11mm。

解决措施　解决热裂纹及变形和尺寸超差问题，首先要提高型砂的退让性，消除热节，应增设反变形量，以解决翘曲变形问题；其次，考虑批量较大，兼顾工装的可操作性及使用寿命等做如下改进。

（1）中箱和下箱分别加工，再用螺栓紧固，增加了抗变形能力。

（2）下箱芯头由金属制成并固定在下箱底板上（图7-18）。

（3）两内浇口设在上箱，且相距1500mm，以使热量分散。

（4）下箱型板金属芯头设置0～5mm反变形量。

（5）在250mm高栏板处装干砂，将木枕取出装入干砂或草袋片，上面用砂补好，以提高型砂退让性，减小收缩阻力。

（6）主梁与肋板相交的热节处设置φ10mm内冷铁，并设φ60mm出气冒口，取消原工艺中间两冒口。

（7）浇注温度控制在（1570±5）℃，采用低温快速浇注。

改进后的工艺如图7-19所示。

图7-18　台车体的原铸造工艺

图7-19　改进后的台车体的铸造工艺简图

案例21　双联齿轮错箱问题的改进

生产条件及存在的问题　双联齿轮简图如图7-20所示。铸造手段为潮模，砂型手工造型方式，双联齿轮为小件，只能采用手工脱箱造型工艺，为了很好地成型，我们采用了双面型板、漏模压板工艺；分型面在大、小齿圈中间，即小齿圈在上箱，大齿圈在下箱，型板工装简图如图7-21所示。

操作过程为上型板随上箱一同与下箱分开，上模与下模分别在上，下箱分型面处由上、下导板控制起模（漏模），牙齿的形状虽能得到控制，但合箱后，上、下箱需脱去，为防止胀箱需埋箱。由于上、下箱的内口为粗糙面，箱口很容易错位。因大、小齿圈为上、下两箱，在脱箱及埋箱操作时易造成错箱。

图7-20　双联齿轮简图

图7-21　原工艺型板工装简图

解决措施

（1）错箱问题。经反复探索试验，我们认为采用整箱漏模压板工艺方案，即分型面由大、小齿圈中间移到了大齿圈的上面，大齿圈作为小齿圈的漏模导板，然后再做一个大齿圈的漏模导板，使大、小齿圈的型腔成为一个整体在一箱（下箱）内，双面模板工装如图7-22所示。

操作过程为：上型板同上箱一同与下箱分开，上模板从上箱中起出，起下箱模型时，首先起内模，这时外模作为内模导板，控制内模齿形，然后起外模，由下模板（导板）控制外模齿形，最后起出下模板，合箱，脱箱，埋箱。很巧妙地解决了错箱问题，同时由于压头增高，使浇不足问题也得到了很好的解决。

（2）齿形尺寸超差问题。经多次试验，我们采用了尺寸负数，即在不影响齿轮正常工作的前提下，将齿形的尺寸减少一定数值，把由于球墨铸铁凝固过程中的石墨化膨胀力（胀型力）造成的铸件尺寸增大的数值，在工装设计时加上相应的负值，如齿厚原来尺寸为4.5mm，现在3.8mm。使生产出来的铸件齿形尺寸不超差，而且不经返修即可使用，啮合效果很好。

（3）在型砂方面。我们严格控制此类铸件的面砂。一方面控制粒度，原砂粒度由原来的70/140目改为140/200目。另一方面控制其性能，如强度、水分等。同时，造型操作时，保证型腔的硬度值在70度以上，使齿面的粗糙度有了很大改观。

图7-22　改进后的双面模板工装简图