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第六章 鑄造工作法 正修科技大學 機械系 洪振毓

2 6－1 鑄造之形式(1/2) 一.依所用材料分為 1.濕砂模：係由砂、黏土(8～15%)、水(2～8%)及其他添加劑混合而成。此
乃鑄造工廠最常用之砂慔，製法簡便。 2.乾砂模：係用砂與添加劑製成砂模後，送入烘爐加熱而成之砂模其優點 為不變形、不生氣泡及無水汽，常用於中、大鋼件鑄造。 3.泥土模：即50%砂與50%之泥土混合而或，常用於大體積灰囗鐵鑄件。 4.乾面模：於砂模周圍堆一層膠合劑，用火炬烘乾表面之砂模，常用於大 鋼件鑄造。 5.伕喃模：利用型砂與磷酸再加入伕喃樹脂混合而成，磷酸可使砂模加速 硬化作用。 6.二氧化碳模：將乾淨型砂與矽酸鈉混合製成砂模，再以CO2，氣體通入 模型，使其與矽酸鈉化合而硬化，常用於複雜鑄件。 7.金屬模：係用金屬製成之模，澆入金屬前先塗以油質或石墨，此種模僅 限用於低熔點合金。

3 6－1 鑄造之形式(2/2) 二.依製模方法分為 1.台鑄法：多利用砂模箱，以手工翻製型模，限於小件鑄品。
2.地鑄法：就地面或挖坑製造較大之砂模。 3.機械鑄砝：利用機械以迅速之方式製造大量砂模。 三.依鑄件材料分 1.鋼鐵類鑄件，如灰鑄鐵、鑄鋼 、展性鑄鐵等。 2.重合金鑄件，如青銅、黃銅等。 3.輕合金鑄件，如鋁、鎂等合金。

4 6一2 製模程序(1/4) 一.濕砂模製造過程 1.Ａ圖所示將模型之一半及下砂箱置於製模板上。先用砂篩灑上一層面
砂，實際上是模砂經過篩子之後，能較為均勻之謂也。然後充以砂模 、槌實、刮平、翻磚後仍置於製模板上。放上另一半模型及上砂箱， 選擇當之位置放上澆道針。如Ｂ圖示。在下砂箱之面上灑佈一層分型 砂或粉，再用篩子篩佈一層面砂(實際為模砂)，用模砂裝滿上砂箱刮 平，抽出澆道針，在模型之上方及周圍用通氣針、搗實、插穿若干通 氣孔。在澆道囗之上方製成澆池或喇叭囗形狀之澆囗。若不用澆道上 箱完成後直接用澆道切管以切出澆道。如有需針，可於要，在未砂填 砂之前先在模型之滴當位置豎立冒囗棒，留出冒囗位置。 提起上砂箱，反轉後置於一旁。自兩個砂箱中分別取出模型，切割下 砂箱中之流道及進模門，裝上砂心，在兩個模窩內佈灑上一層石墨粉 ，並用鏝刀鏝平，石墨能耐高溫，隔騅模砂及鑄件，以避免二者間之 直接燒結也。Ｃ圖下砂箱合模之後，準備澆鑄前之情形。

5 6一2 製模程序(2/4) 圖1 砂模製造程序

6 6一2 製模程序(3/4) 二.澆冒口系統乃是澆口和冒囗系統的組合，澆口系統包括澆口箱、下澆道、橫澆道及進模口。冒口系統則包括冒囗、通氣孔、排泄孔，如圖2所示。 1.冒囗：於澆注時冒口部分的金屬液可以補充鑄件在冷卻時的收縮，位於 最大斷面開口處。 2.澆口：距離模穴約一吋左右。 3.通氣孔及排泄孔：乃連接鐵水與外面空氣接觸兩條小管道其作用為排出 氣體及帶有浮渣之鐵水。 4.瞎冒口：與冒日作用相同，係位於模型內部處。 5.撇渣門(橫澆道)：係用於補獲爐渣或其他輕粒雜質。

7 6一2 製模程序(4/4) 圖2 澆冒口系統

8 6－3 模型之材料及種類(1/2) 一.模型之材枓 1.活動模型之材料：木材、金屬、塑膠、蠟及水銀。
2.消散模型之材料：一般為光澤塑膠或聚苯乙烯或蠟為之。 二.模型之種類 1.單件模：又稱整體摸，此為最簡單之模型，由一塊材枓製作而成。 2.分面模：又稱分裂摸，當單件模取模困難時，必需分成兩部份，一部份 在上型箱，一部份在下型箱，中間以合梢定位。 3.鬆件模：又稱散模，當鑄件數量不多或鑄件巨大，不宜採用機器造型 者。 4.流路模：常用於產量多而小件製作的場合，以流路系將各鑄型連接為一 組。 5.雙面模：適用於產量多而大件製作的場合，以下模各置於平板上下兩面 上。 6.嵌板模：適用於大件而雙面模不便採用的場合，上下模各置於兩塊平板 上，組成一套。 7.刮板模：適用於簡單圓柱體，圓錐體，可省去昂貴的製模費用。 8.骨架模：適用於最大的鑄件，模型由一組木質骨架所構成。

9 6－3 模型之材料及種類(2/2) 單件模 分面模 鬆件模 雙面模 嵌板模 骨架模

10 6－4 模型裕度(許差) 在製作模型時，必須將有關尺寸裕度加以考慮，以備收縮，拔模、加工、變型及 震動等補償之用。
收縮裕度：製模時需將金屬的收縮量計算在內，即鑄型尺之絕對長度等於普通尺長度＋收縮量，鋼每呎1/4吋(每公尺2公分，2%)，鑄鐵每呎1/8吋(每公尺1公分，1%)，銅每呎3/16吋(每公尺1.5公分，1.5%)， 鋁鎂5/32吋(每公尺1.3公分，1.3%)。 拔模裕度：外型模斜度約為每呎1/8～1/4吋(每公尺1～2公分)，內形斜度較外形大（每呎3/4吋即每公尺6公分)。 加工裕度：須機製加工始能完成的鑄件，必須較成品的尺寸為大，一殷之加工裕度為1/8吋(每公尺1公分或3mm)。 變形裕度：Ｕ字型鑄件，冷卻時由於金屬之收縮，往往成喇叭狀，因此在製模時須微向中間傾斜。 搖動裕度：模型要從砂模中取出時，常向四方敲擊使模穴微擴大，此種裕度與收縮裕度正好相反，須依經驗決定此值。

11 6－5 型砂須具備之特性 鑄造所用之型砂，必須具備下列特性 : 結合強度大：須能受鐵水之高溫而不變其原有形式。
多孔性：能使熔鐵所發生之氣體充分散出。 耐熱性：不因熔鐵之高溫而熔化。 顆粒大小：具有不同大小、形狀之顆粒，可防止熔液自鑄型中流出。 價格低，壽命長。

12 6－6 製作模型注意事項 應避免尖銳之轉角：鑄件若有尖銳之轉角，常因冷卻收綿而產生裂痕， 故製 作模型時須製成內圓角或外圓角。
模型各部斷面應力求均勻：若有厚薄斷面相連時，其連接部份之斷面尺寸， 應考慮可能造成應力集中，易生應變造成裂痕。 模型表面須擦光並塗漆：鑄件表面若光滑則易加工，故於模型表面可用細砂 紙擦光再塗於乾漆。

13 6－7 鑄件之清理 迴轉筒：用迴轉筒清潔，因鑄鐵或鋼之融點極高，砂可能熔於或黏於鑄件 上，表面無法完全清除。
迴轉筒：用迴轉筒清潔，因鑄鐵或鋼之融點極高，砂可能熔於或黏於鑄件 上，表面無法完全清除。 吹砂法：係利用高壓空氣將砂或金屬粒吹至鑄件上，以清潔其表面鑄表面之 鑄模砂及心型砂，用液壓清潔法。 漬洗法：係將鑄件浸入弱酸溶液內，如稀鹽酸、稀硫酸。 液力法：水力沖在鑄件上，而鑄件置於轉桌上每分鐘轉動約2-3次。此壓力 之水可將心型砂沖除，也能清潔鑄件之外表。 刷清法：可用刷子作清瀿鑄件，此種刷用硬鋼絲製成。

14 6一8 鑄造用砂之種類 一般所稱的鑄砂大多指基砂或模砂而言，基砂一般可分為三大類．即矽砂、天然 砂及矽砂以外的基砂，如鉻砂 鋯砂、橄欖砂等。
矽砂係一種砂狀石英，主要成分為SiO2，一般鑄鐵用須含88%以上，鑄鋼用須含96%以上，一般鑄造用矽砂可分為人造矽砂及天然矽砂兩種，適用於輕合金或銅合金鑄造。 天然砂亦稱為封土矽砂，係一種天然黏土與矽砂的混合物，黏土含量約在20%以下，適用非鐵合金鑄造。 鉻砂具有高的熱傳導率，適合澆注溫度高，尺寸精密鑄件，一般用於鑄 鋼及中大型灰鑄鐵鑄造。 鋯砂其含67%的ZrO2及33%SiO2，熱傳係數為矽砂之兩倍，膨脹不及矽砂的1/3，故廣用於塗料，砂心等須耐高溫處。

15 6－9 特殊鑄造(1/13) 製造鑄件所採用之鑄造方法，視生產量的多少，所用金屬旳種類及該件形狀之複
雜性而定，雖然，任何金屬皆可在砂棋中鑄造而且尺寸大小亦不受控制，但砂模 是一種單目的之模，只能使用一次，金屬凝固後即完全破壞，是以使用永久模， 可以省下不少勞工費用，特殊鑄造法包括有金屬模鑄造法、離心力鑄造法、精密 或包模鑄造法、連續鑄造法。

16 6－9 特殊鑄造(2/13) 一.金屬模鑄造法 此種方法雖不宜於作高熔點金屬及大件之鑄造，但對於低溫之中小型鑄件之大量生產，甚為有利，其方法如下所示： 1.壓鑄法：係將熔融金屬以壓力壓入金屬模內以製造鑄件方法稱之，此 方法為永久模法中最為廣泛使用者，所用之方法有二 (1)熱室法：其熔化鍋包括在機器之內，注射缸永遠浸在熔化鍋內，注射 的作用可用壓縮空氣或液壓行之，鋅、錫及鉛等低溫為此法 廣用之材料，如圖4所示。 圖4 熱室法

17 6－9 特殊鑄造(3/13) (2)冷室法：其有分置的熔鍋，熔融金屬可用手工或機械方式注入注射缸 內，黃銅、鋁及鎂等為此法廣用之材枓如圖5所示為其操作情 形。 圖5 冷室法

18 6－9 特殊鑄造(4/13) 2.低壓式永久模鑄造法：如圖6所示，為金屬材料製造之低壓式永久鑄模裝置
於一電感應熔爐上、坩堝之周圍加以封閉，內充以非活動性而具有壓力之 氣體，氣體壓力迫使熔融金屬通過業經加溫而使用耐火材料製造之通道上 升於模內。 圖6 低壓式永久模鑄造法

19 6－9 特殊鑄造(5/13) 3.重力或永久模鑄法：此法所用之鑄模係由金屬或石墨所製，模之表面大都
先用敷拭一層耐火材枓粉末，再一層油煙炭粉，此可減低金屬急冷作用且 有助於鑄件的脫膜，此法設備費用及維護賣用較高為其缺點，故皆以製造 生產較多之件為主，如鋁合金之活塞，炊具等。 4.瀝鑄造法：其係使用金屬模製造空心鑄件而不用心型之鑄造法，鑄造時熔 融金屬澆入模內，未待其凝固即翻轉，將未凝之液體傾出。此法主要為供 裝飾品、玩具之製造，所用材料為鉛鋅等低熔點金屬，其外漆一層顏料以 假冒銅、銀等貴重之金屬。

20 6－9 特殊鑄造(6/13) 二.離心力鑄造法 當金屬在模中凝固時，使模以適當速度旋轉，利用其離心力，加壓力於金屬上，迫使其在模中停留在適當位置，此法對於對稱軸形狀圓桶、管形之件甚為適宜且經濟。依其模之構造不同可分為下列三種：真離心力、半離心力、離心力加壓鑄造法。 1.真離心力鑄造法：此法適用於管子、襯套，尤以有對稱軸之製品，其模 子可圍繞垂直或水平旋軸旋轉，旋轉時金屬緊靠於模之內壁，內部不需 任何心型，即可自動形成一中空之圓柱如圖7所示。 圖7 真離心力鑄造法

21 6－9 特殊鑄造(7/13) 2.半離心力鑄造法： 半離心力鑄造之模穴中充滿以金屬之熔體，鑄模同時旋轉，必要時並可使用冒囗及心型等，鑄件中心部份普通皆為實心但由於壓力較低結構不夠緊密，甚至含有雜質及空氣陷入，此法所鑄之鑄件大都是中心部份經加工切除之，如圖8所示，為五個鐵軌車輪。 圖8 半離心力鑄造法

22 6－9 特殊鑄造(8/13) 三.精密或包模鑄造法 此法係一種能鑄造鐵金屬或非鐵金屬具有甚為光平及高度精密鑄件之技術，且對於不能加工之合金及有放射性金屬甚為有用，此法之優缺點如下： 優點： 1.可製複雜而有內凹下部份之零件。 2.可得表面光滑而無分界線之鑄件。 3.尺寸精密。 4.可以鑄造不能加工之金屬成為預定之形狀。 缺點： 1.只適用於小鑄件。 2.鑄造成本高。 3.需要有心型者處理較為困難。 4.鑄件之孔徑不能小於1.6mm，其深不得大於直徑之1.5倍。 圖9 包模鑄造法之瞄準器

23 6－9 特殊鑄造(8/13) 去蠟精密鑄造法：此法又稱包模鑄造法，係以蠟製成鑄模，再將鑄模及蠟模加熱乾燥，則內部之蠟熔解流出形成與蠟膜相同之模穴，即可澆入金屬，待冷卻後，取出鑄件加以整修即為所得之製品，製模材料亦可用熱塑性聚苯乙烯 (PS)代替之。 圖10 去蠟精密鑄造法

24 6－9 特殊鑄造(9/13) 磁殼模法：此法與去蠟法頗為相以，所用模型亦為加熱後消失材料模外包一層耐熱材料，模型用蠟或低熔點塑膠。
石膏模法：此法係將生石膏加入適量之加強劑及安定劑，然後加水混合成為濃漿澆入已置好模型之模箱中，待凝固後利用真空吸頭自砂箱 中將石膏模取出，再將石膏加熱至815℃ 左右驅除模內水分即成鑄模，此法適用於非鐵金屬，如黃銅、鋁合金。 圖11 石膏模法

25 6－9 特殊鑄造(10/13) 殼模法： 係用乾矽砂及酚樹脂混合物所作成之薄殼全模分為兩半，夾合後澆鑄之，如圖12所示為其施工程序，將砂與樹脂混合，裝入可傾倒之箱中，金屬模型預熱至250℃左右，並噴上一層矽質分離劑，然後放於可傾倒之箱上，倒轉此箱，使砂落於模型上，並令停留15至30秒，回至原來位置，模型上即附黏薄砂一層，再放入烤箱內烤半分至一分鐘至殼模硬化為止。 圖12 殼模法

26 6－9 特殊鑄造(11/13) CO2 造模法 (1)此法是採用乾而純的矽砂與3.5-5%之矽酸鈉混合，砂中不可含水
及黏土，但必要時可加入煤粉、石墨或木屑等，混合完成後，即 可以機器製模、吹製砂心機或手工製造砂模。 (2)砂模或砂心作成之後，以每平方吋20磅之壓力之CO2氣壓入砂模 中，砂中之矽酸與CO2，產生化學反應如下: Na2SiO3＋CO2 →SiO2＋Na2CO3 (3)形成膠化矽(即SiO2)有膠合硬化功用，存在於各砂粒之間。一般砂模之 通氣硬化時間，約為15－30秒鐘。

27 6－9 特殊鑄造(12/13) 圖13 CO2造模法

28 6－9 特殊鑄造(13/13) 連續鑄造法：連續鑄造法乃是將熔融之金屬，連續澆鑄於鑄模，(鑄模具有使金屬急速冷卻凝固之設施)，然後再將金屬以拉力抽出，則得所欲鑄之鑄件。連續鑄造法一般用於斷面形狀相同之板、棒、塊狀製品，其產品堅實而均勻，為一般鑄造法所不能達到的。此法適用於非鐵金屬之鑄造，目前亦採用於鋼鐵之鑄造。 圖14 連續鑄造法

29 6－10 影響鑄鐵之五大元素及特性 碳：化合碳、游離碳(石墨碳) 矽：促進石墨產生，以3%為限。 錳：抑制石墨產生。
磷：增加流動性，低溫脆性。 硫：降低流動性，高溫脆性。

30 第六章 鑄造工作法 結束