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第 6 章 現代鑄造法 機械製造 Manufacturing Processes and Systems 9E
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目錄 6.1 金屬模造法 6.2 精密或包模鑄造法 6.3 連續鑄造
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6.1 金屬模造法 壓鑄法 壓鑄法 (die casting) 是靠壓力而將熔化的金 屬壓入金屬模而得者，此模稱為壓鑄模穴 (die) 。金屬液在每平方吋 80 至 40,000 磅 (0.6 ~ 275 MPa) 的壓力下壓入模內，並凝 固之，依模穴形狀而定形並滿足表面光平 的要求。常用之壓力則是每平方吋 1,500 ~ 2,000 磅 (10.3 ~ 14 MPa) 。 111
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6.1 金屬模造法 壓鑄法是在永久模鑄造法中使用最多者， 其中可分為兩種方法： 1. 熱室法及 2. 冷室法 兩種方法的主要差別在於熔解室的所在位 置 111
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6.1 金屬模造法 壓鑄法的缺點之一為設備和模子的成本很 高，儘管零星生產成本已不再很高；不過 對於大量生產便不是問題。鑄件取出前， 如果沒有維持高溫，金屬鑄件可能發生不 良的冷激效應 (chilling effect) 。因為模型無 法跟著鑄件收縮，所以收縮係數高的金屬 應儘快自模型中取出 112
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6.1 金屬模造法 壓鑄模 113
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6.1 金屬模造法 熱室壓鑄法 常用於低熔點合金 熱室鑄件的尺寸從一盎斯到 90 磅 (0.03 ~ 40 公斤 ) 不等，其中較小的鑄件通常利用 多模穴模子進行鑄造 在此方法中，金屬被壓入模型，而由柱塞 或壓縮空氣保持壓力，直到凝固為止 氣壓操作之熱室壓鑄機，其鵝頸是由一提 升機構所操作 113
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6.1 金屬模造法 114
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6.1 金屬模造法 冷室壓鑄法 將金屬置於輔助爐中加熱，然後用澆斗把 它杓到模子旁邊的柱塞孔內，再以液壓壓 入模內，因此這種機器之構造必須十分穩 固，才能承受擠壓金屬進入模子時的巨大 壓力。常見的兩種機器中，可依柱塞的位 置而分為垂直，或水平兩類 114
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6.1 金屬模造法 115
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6.1 金屬模造法 115
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6.1 金屬模造法 製造出黃銅壓鑄件為壓鑄技術上的一大成 就。此方式大大地克服了高溫和鋼模迅速 氧化的困難，改進的方法是儘量降低模子 和鑄件的溫度 有的機器專門使用半液狀或塑化狀的金屬 ，以求操作溫度比使用液態金屬者更低。 為了更進一步防止模子過熱，而將模子置 於裝有冷卻水循環之冷卻板邊。金屬的溫 度受到嚴格控制，然後以手或機器杓送至 壓縮室 116
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6.1 金屬模造法 116
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6.1 金屬模造法 低壓永久模鑄造法 低壓永久模鑄造方法中，金屬製的模型裝 於感應電爐上面 爐子封閉時，加壓的惰性氣體藉著加熱的 耐火通管 (stalk) ，將金屬推入模穴。加壓 的同時，有時使用真空泵把留在模型內的 空氣吸出，以確保結構更緊密，充填更快 速 116
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6.1 金屬模造法 117
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6.1 金屬模造法 重力或永久模鑄造法 此法所用的是金屬或石墨製成的永久模型 此種鑄造方法除了利用在模型中金屬自身 的重量外，並不使用其它壓力 製程循環包括澆鑄、冷卻、頂出鑄件、吹 冷熱模型、塗層，有時還需要裝上模心， 這類的模型可使用金屬模心或乾砂 永久模型所製造的鑄件表面不會殘留砂， 光平度良好，表面細度佳 117
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6.1 金屬模造法 118
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6.1 金屬模造法 瀝鑄法 瀝鑄法 (slush casting) 是指不需使用心型 ( 即砂心 ) 而製造出中空鑄件的方法 方式是將熔化的金屬澆入模型中，並且馬 上翻轉，倒出尚未凝固之金屬 118
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6.1 金屬模造法 加壓或 Corthias 法 先將定量的金屬澆入開口模型中，然後把 密合良好的模心推入模穴中，如此藉著壓 力將金屬擠進模穴內。金屬定位後，馬上 取出模心，因此可製成一中空薄壁的鑄件 其用途主要限於有開口的裝飾用鑄件 118
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6.1 金屬模造法 電渣鑄造法 電渣法的特殊點是在於不用爐子熔解金屬 ，而是利用消耗性電極，在熔渣層下熔化 金屬，然後注入水冷式永久模 119
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6.1 金屬模造法 離心鑄造法 離心鑄造是藉著模子之旋轉所產生的離心 力而使金屬液定位在模型中而固化 凡可熔化的金屬，均可用離心鑄造法，但 一些合金中的較重的元素會從基本金屬中 分離出來，此種分離方式稱為重力分離 (gravity segregation) 119
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6.1 金屬模造法 離心鑄造法可分類如下： 真離心鑄造法 半離心鑄造法 離心加壓鑄造法 119
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6.1 金屬模造法 120
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6.1 金屬模造法 120
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6.1 金屬模造法 離心力 CF 的式子如下： 式中 121
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6.1 金屬模造法 g 值為 121
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6.1 金屬模造法 因此 121
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6.1 金屬模造法 水平軸模型旋轉速度的英制單位可由下 列等式獲得： 式中 121
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6.1 金屬模造法 122
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6.1 金屬模造法 122
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6.2 精密或包模鑄造法 精密或包模鑄造 (investment casting) 技術， 使得鐵和非鐵合金得以鑄成非常光滑而且精 確的鑄件 精密或包模技術的優點是： 1. 可鑄造帶有下淘 (undercuts) 的複雜形狀 2. 可獲得沒有分模線的極光滑表面 3. 尺寸精度佳 4. 一些無法切削的零件，可鑄成預先設計的形狀 5. 零星生產時，可用來代替壓鑄法 123
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6.2 精密或包模鑄造法 123
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6.2 精密或包模鑄造法 脫蠟精密鑄造法 脫蠟 (lost wax) 程序的名稱由來是因為此法 中的蠟製樣模最後在模型中熔化掉，留下 來的模穴便具有原來樣模上的細部形狀 現今的製造方式，是以鋼或黃銅製成欲鑄 造零件的複製品，複製品然後再做成鉍或 鉛合金的對合鑄模。蠟澆入模型中，俟凝 固後，打開模型就可取出蠟樣模。其成形 操作係先以水冷式虎鉗固定著模型，加熱 的蠟便在加壓下注入。有時亦用熱塑性聚 苯乙烯樹脂代替蠟 123
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6.2 精密或包模鑄造法 陶瓷殼模法 製造塑膠樣模的成本低於蠟樣模。蠟澆口 的一端常常會裝上手柄，以利形成澆池。 樣模組件反覆浸入陶瓷泥漿中，並撒上耐 火材料，此程序稱為塗灰泥，重複進行前 述操作直到殼厚達 為止 124
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6.2 精密或包模鑄造法 124
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6.2 精密或包模鑄造法 一般公差為 吋 ( 公厘 ) 左右，鑄造公 差可以用壓模印或尺寸矯正法來改善之， 但是成本會提高 有時會以凍結的水銀取代蠟或塑膠樣模 125
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6.2 精密或包模鑄造法 石膏模鑄造法 石膏用作為鑄造包模時，具有多孔性乾得 快，但非屬永久模，鑄件取出後即破壞 模型上的氣孔用於清除模型中可能產生的 氣體，可由石膏的含水量控制之。當模型 乾燥時，驅出的水會留下許多小通道，並 做為通氣孔 石膏模型鑄造的主要優點之一是尺寸的準 確度高，另外又加上光滑的表面，使此方 法可與需要切削才能得到光滑表面的砂模 鑄造抗衡 125
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6.2 精密或包模鑄造法 簡單的鑄件可維持 的公差，若尺 寸須橫跨過分模線，則需再大一點點的公 差，此法適於小量或大量的生產 126
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6.2 精密或包模鑄造法 圖 6.15 所示為複雜的鋁葉輪，其鑄造法是 利用真空澆入於石膏為模心的鑄鐵模型中 ，真空熔化與澆鑄技術，加上無水份的模 型和低的澆鑄溫度，產生高強度和表面光 製佳的產品 此方法的二個主要變化是： (1) 泡沫石膏模 型； (2) Antioch 法 126
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6.2 精密或包模鑄造法 126
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6.2 精密或包模鑄造法 殼模鑄造法 此法是將乾矽粉混合酚樹脂，製成薄的半 邊模殼，再夾緊二半邊以進行澆注 優點 每吋 0.002 ~ 0.005 吋 (0.2% ~0.5%) 的公差 清理成本低，表面光滑 需較少的製模技術，砂的要求亦很少 缺點 必須使用金屬樣模，在製造或加熱方面的成本較 昂貴 127
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6.2 精密或包模鑄造法 127
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6.2 精密或包模鑄造法 二氧化碳模型硬化法 此法是先在研磨器中，以 3.5 ~ 5% 的矽酸 鈉液基黏結劑充分地混合乾淨且乾燥的矽 砂或其它乾燥的常用砂 ，然後使用標準製 模機、模心吹砂機或用手工，裝填並搗緊 在模箱和模心箱中 128
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6.2 精密或包模鑄造法 二氧化碳模型或心型可以很快地製好，無 需烘乾，可利用半熟練技工。鑄件的表面 光平度良好，而且同樣的砂可應用於模心 及模型上 含 2% 的粉煤為最常使用的添加物，用來 改進振動脫砂的效果，以利鑄件除砂，並 降低污染 加濃度 12% 以上的糖做為剝裂劑，則可使 模型凝固後，心型的毀壞更為完全 加上 30% 的新砂，舊砂就能再使用 128
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6.2 精密或包模鑄造法 128
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6.2 精密或包模鑄造法 其它材料的模型 橡膠模型 (rubber molds) 蕭氏法 (Shaw process) 129
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6.2 精密或包模鑄造法 129
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6.2 精密或包模鑄造法 各種製模法的特性 130
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6.3 連續鑄造 研究及實驗的結果已證實：金屬的連續 鑄造 (continuous casting) 甚為經濟 方法是將熔化的金屬不斷澆入模型中， 模型內並有冷卻能力，使得金屬能迅速 地凝固，然後再從模型中取出 130
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6.3 連續鑄造 往復模法 使用一往復水冷式銅模，向下衝程與平板 排出率同步化 熔化的金屬澆入保溫爐中，在針閥處通過 吋 ( 22 公厘 ) 小孔的量測後，流入銅模 向下流出管的直徑為 吋 ( 28 公厘 ) ，以 每小時 30,000 磅 (225 公斤 / 秒 ) 的速率輸 送金屬 131
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6.3 連續鑄造 亞薩可法 成形模型和爐為一整體，且無金屬流動控 制的問題 特色為具有水冷式石墨成形模，其可自行 潤滑、抵抗熱陡震，並且不受銅基合金的 侵蝕 131
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6.3 連續鑄造 131
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6.3 連續鑄造 直接冷激法 鋁和鋁合金鑄錠的連續鑄造是利用垂直固 定且經水冷的殼模而達成的，並藉著直接 在殼模下方的供水來完成凝固 流量是利用手動或浮筒控制自動調節，使 其能和升降機或驅動輥子所控制的鑄造速 率一致 產品的橫斷面積可達 1500 平方吋 (0.97 平 方公尺 ) 。使用升降機時，受到衝程的限制 ，長度為 100 ~ 150 吋 (2.54 ~ 3.81 公尺 ) 132
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6.3 連續鑄造 132
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