第 6 章 現代鑄造法 機械製造 Manufacturing Processes and Systems 9E

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

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

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

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

6.1 金屬模造法 壓鑄模 113

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

6.1 金屬模造法 114

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

6.1 金屬模造法 115

6.1 金屬模造法 115

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

6.1 金屬模造法 116

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

6.1 金屬模造法 117

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

6.1 金屬模造法 118

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

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

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

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

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

6.1 金屬模造法 120

6.1 金屬模造法 120

6.1 金屬模造法 離心力 CF 的式子如下： 式中 121

6.1 金屬模造法 g 值為 121

6.1 金屬模造法 因此 121

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

6.1 金屬模造法 122

6.1 金屬模造法 122

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

6.2 精密或包模鑄造法 123

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

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

6.2 精密或包模鑄造法 124

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

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

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

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

6.2 精密或包模鑄造法 126

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 ~ 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

6.2 精密或包模鑄造法 127

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

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

6.2 精密或包模鑄造法 128

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

6.2 精密或包模鑄造法 129

6.2 精密或包模鑄造法 各種製模法的特性 130

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

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

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

6.3 連續鑄造 131

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

6.3 連續鑄造 132