1．模具涂料和石墨 （1）
2．石墨水的涂层方法（1-2）
3．石墨水的更换（2）
4．石墨水的管理（2-3）
5．模具制作（4）
根据产品大小设计浇铸口的选定表（重要）（3-6）
6．硬模铸造的材料（INGOT）（6）
7．铜锭成份和对产品的影响（6-8）
8．表面状态和表面轮廓线（8-9）
9．铸造产品的不良类型和原因分析（9-11）
不良原因和对策（11-13）
副 录
重力铸造的工程管理（14-15）
材料采购与实际生产（15-16）
铸造过程中的注意事项-（16）
重点整理-（16-17）
模具设计时的注意事项（17-19）
砂芯制作（19-22）
砂芯用砂子的比较试验（）（22-24）
砂芯试验报告（24）
砂芯生产标准及砂子检验标准（24）
样品制作时的注意事项（24-26）
劝告事项（26-27）
重力铸造的基础知识
1. 模具涂料和石墨
1）在铜合金的铸造过程中，每浇注一次，模具表面要涂上一次涂料。同时也要冷却模具温度。在实际工作中，通常是把模具浸泡在涂料槽（石墨水槽），以此解决上述要求。石墨的作用：石墨是耐热物质，将高温铜水与模具隔开，保护、延长模具寿命；石墨粉很细，可增加铜水流动性，使产品易于浇铸。
经验说明，要生产表面细腻的良好铸造产品，其涂料凝聚力强、硬度要好。在这儿推荐使用易取且易与水混合的尘土状石墨粉(Graphite)。推荐使用青岛石墨股份有限公司生产的石墨：铸造土状石墨，粒度235目，含碳量：80%
为了防止在连续工作中石墨水的温度上升与石墨粉沉淀于水槽底部，通常采用电动搅拌机或吹气搅拌机。电动搅拌机可以防止石墨粉的沉淀，但其冷却效率不高。还是利用吹气方式为好。
石墨水槽设计：石墨水槽的高度不低于浇铸工作台，防止沙芯掉入，其底部越尖，吹气冷却的效果越好。
参考：
1) 石墨水浓度因产品大小的不同其要求也有所差别。一般采用粒度为220~250Mesh（目）的石墨粉，浓度为20%~30%。
2) 经过浸泡在石墨水槽冷却过的模具温度控制在100℃~180℃为好。判断标准：溅水后的模具表面水份在1~2秒内蒸发完毕。
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固定碳( C )
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挥发粉
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灰粉
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用途
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70%↑
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4.0%↑
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25%↓
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铸造
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灰粉越少越好，灰粉含量高时呈现白色，模具上面不易掉石墨。
管理范围 15% 产品较大时15%-20%。
2. 石墨水的涂层方法
要定期用眼睛来检查模具冷却后的涂料（石墨水）状态是否良好。如果涂料状态良好，模具表面呈现与石墨粉同样的黑色，而且其两面都很干净。当模具上的杂质未清理干净时、或沙芯树脂含量太高、或用干沙时浇铸后在模具表面形成油膜，石墨水不能涂附，这时的模具内腔呈白色。
模具溅石墨水方式：轻微晃动，防止气泡聚积而产生不良；下模、浇口部位温度最高，入水时应将此部份先入水，已取得比较均衡的模具温度；浇铸机下模浸水时间比上模长；
如果模具表面状态不理想时，及时测定石墨水浓度，以确定是不是石墨水浓度低了或水少了。以经验来看，铸造8~10天，石墨浓度会下降。
参考
石墨涂层不佳的几种情况
① 石墨水表面上有一层油渍，或泡沫现象。
② 模具表面上有油渍或不纯物。（特别是刚开完模时，一定要除去油渍）要解决此问题，需要有模具清洁机。（Sand blaster，喷砂机）
③ 温度过高的模具浸泡在石墨槽时，会发生溅水并有响声，这时也会导致涂层的不良现象。
3. 石墨水的更换
一般情况下石墨水并无使用时限。但在连续铸造工作中掉进去的不纯物（如砂子，灰尘，其它杂物等）也会涂在模具表面上，并造成铸造产品表面或内部的不良现象。一旦发现此现象（可以视力发现），马上更换全部石墨水溶液。
参考
① 更换溶液时，不仅更换溶液，还要把水槽也清洗干净。
② 石墨水浓度的测量方法如下。（参考图—A）
用上下断面积相同的透明溶器来采取使用中的石墨水，并放置沉淀4~5小时。要保持沉淀石墨粉为1/5左右。1/5=大型产品（0.5Kg以上）1/6=小型产品 (0.5Kg以下)
※ 湖南省石墨成分分析表(品名:W80%)(石墨厂提供)
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成分
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水分
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灰粉
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粒度
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挥发粉
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固定碳
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备注
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含量%
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1.2
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16.9
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92.0
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2.9
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80.2
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220—250目
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溶解时的比重是0.745。 沉淀试验时很难(沉淀时间长)。
所以按重量比： 水:250Kg---石墨:50 Kg----比率:16.7%偏低。
※ 沉淀试验10小时后的浓度35%。
石墨试验（湖南，青岛）比较
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区分公司
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比重
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粒度分布
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沉淀试验
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250目↓
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25目↑
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1小时50分
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2小时50分
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10小时以后
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湖南
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0.676
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11.67%
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88.33%
|
32.85%
|
32.85%
|
31.42%
|
|
青岛
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0.685
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12.3%
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87.7%
|
35.71%
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33.57%
|
31.43%
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试验结果认为两公司是同一产品，判断都适用于重力铸造。
※ 比重有1.33%的差距可能是水分含量的原因。
4. 石墨水的管理
1) 第一次调整石墨水溶液的浓度时一定要调整准确，在每次交接班时要取样（石墨水），由下一班负责人检测石墨水浓度，如果石墨水浓度低就加入石墨粉，石墨水浓度高就加入水。以上内容一定要做到经常化，习惯化。石墨水的浓度不会在几小时内有大的变化，所以维持石墨水的浓度不是一件很难的事。出现问题是因操作者没有及时检测的原因造成的结果。如果检测周期过长造成石墨水浓度变化很大时，再去调整需要的时间长也很难。（一定要注意实施）
2）交接班时间过长或休息日过后重新开始工作时，要用工具协助搅拌机工作。（沉淀物多时只用机器搅拌很难）
① 注意不要让工具撞坏搅拌机叶片。
② 手工用石墨水采用以上方法，节省时间，效果又好。
5. 模具制作
1）模具材料
有些地方用黄铜来做模具材料（特别是中国），但黄铜材料在铸造过程中因锌的挥发和氧化而发生浇不满的情况。也有用铸铁或其它合金来做模具材料实例，但这些材料也同样有问题，在铸造中产生的锌的氧化物和不纯物容易沾在模具表面上，而且清洗也很难。不如采用常见的软钢材（SS41）来做模具。软钢材易于制作、修改模具，而且其寿命也比其它合金材料较长，价格也便宜。
近年来开发出寿命长，清洗容易，能铸造出良好产品的黄铜铸造用模具材料。主要有铜合金材料铍铜。铍铜虽然其价钱偏高，但其硬度高，热传导能力好，与其它合金相比综合性能很好。
总结上述内容，建议先用SS41素材来制作模具，等试验铸造结束后，再采用铍铜模具来使用。
参考
● 铍铜素材的化学成份：Be—0.4%~0.45% Co—0.9~1.2%
● 铸铁，轻金属合金，铜合金的热传导能力比： 1：3：7
国内外金属型用材质的力学性能和热物理性能
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材质
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抗拉强度
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伸长率
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硬度
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线膨胀系数
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热导率
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灰铸铁（铁素体）
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150
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-
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160
|
10
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44.7
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球墨铸铁（铁素体）
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450
|
15
|
160
|
12
|
36.8
|
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碳素钢（正火）
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600
|
18
|
220
|
12
|
51.8
|
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铬铜合金铸铁
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250
|
-
|
182
|
10.8
|
41.9
|
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铜合金
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450
|
15
|
120
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13.5
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310
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紫铜模具寿命<2万次；铍铜寿命>5万次；根据产量选择模具材料
2）模具设计
模具铸造与砂铸不同，其排气性不太好。所以在模具设计中，要注意排气方案。一般简单的产品中，无需特别的排气方法也可以铸造出产品。但在结构复杂的铸造产品中，一定要设计好排气孔。
在连续铸造过程中，夹住上/下片模具的固定针（Center pin）易磨损，导致铸造产品的厚薄不均等不良现象。因此，固定针需要经常更换。
为了提高固定针的更换速度，可标准化固定针的大小，一般有3种左右为好。(参考图--B)
设计铸造方案是最重要的课题。这涉及到铸造产品的形象，大小，排列及浇铸口的方向。浇铸件口高度（离产品距离）最少要保持40mm以上；浇铸口的断面大小以产品重量浇铸速度来决定（参考图—第四页）。
※※※在浇口的选择上，应按以下原则进行：1一般选最厚的部位；2综和考虑产品的大小；3考虑沙芯的定位方便可靠；4浇口应尽量避免直接冲刷沙芯；5考虑排气及补缩；6考虑模具的浇铸角度；7考虑沙芯燃烧产生的气体能顺畅的排出；8尽量避免使最易产生缩水的地方有最高的温度。
铸造模具浇口与砂芯模具不同，先开偏小，然后在实际实验中慢慢修改。如果一开始把模具开大，以后就不好修改。
3） 内部结构设计：1应使产品在满足使用要求的前提下，有尽可能均匀的壁厚，t=2.8~3.5最为合适，太厚易缩水，且增加成本；2内部夹层厚度>3，太薄易漏水 ；3内部转角处应尽量避免尖角，R>3，突然转折使铜水流动不顺畅，同时尖角处易掉沙夹在产品中造成不良；4设计沙芯时，定位稳定可靠是产品壁厚均匀的关键，定位方头宽度一般不小于18MM，深度不小于15MM，考虑模具加工的因素，定位方头圆角半径不小R5；5在重力模具上加工沙芯定位时，单边间隙应放大0.15MM；6当因结构决定内部壁厚有比较厚的部位可能引起缩水时，应在设计时增大沙芯的表面积，以增强散热效果；7沙芯最薄处不应小于5MM，否则难加工，沙芯难顶出，在修沙芯、搬运及浇铸过程中易断，还因散热面积太小，导致温度升高而易在产品中产生缩水；8沙芯模脱模斜度不小于1度
4）收缩率：1自由收缩：紫铜1.012% 铍铜:1.01%
2受阻收缩：紫铜1.01% 铍铜:1.01%
5)加工余量:外形端面>1MM
内形端面0.5~1.0MM
直径方向:当¢>20MM时,取单边加工余量1.0MM
当<10¢<20MM时,取单边加工余量0.75MM
当¢
所有高脚阀芯密封圈处应做成缩水沙芯(参考图)
模具大小与厚度要考虑其重量与倾斜难易度，以便现场工作人员操作方便。还要考虑浸泡在石墨水过程中过分冷却带来的铸造不良影响。实际经验来看，开模后的模具厚度在15MM~20MM左右为好。但在温度最高部位，如浇口等地方，应加大模具厚度，以平衡模具温度。一般手工模、小产品取小厚度；大产品、机器模取大厚度。（参考图—D）
浇铸口越长，压力越大，铸件上部浇不满时，要做排气和补缩。（参考图—E）
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