汽车铸铁结构件可以大致分为箱体、盘类，汽车飞轮壳、桥壳及许多安保件类，发动机曲轴类等三类。如气缸体、气缸盖、变速器壳体等属于箱体、盘类，其常选用普通灰口铸铁HT250（抗拉强度≥250MPa）铸造；汽车飞轮壳、桥壳及许多安保件类则采用铁素体基体的球墨铸铁（如QT420-10）铸造；发动机曲轴等高强度铸件则采用珠光体基体球墨铸铁（如QT700-02）铸造。以上采用的铸造形式一般为砂型铸造。

发动机凸轮轴一般采用冷激铸铁铸造毛坯。其凸轮表面通过安放在砂型中的成形冷铁的冷激（快速冷却）作用而形成一层耐磨性非常好的细微渗碳体组织，且轴体与凸轮中心仍然保证得到良好的高强度球墨铸铁。目前国内大型汽车制造企业汽车零件的砂型铸造都实现了机械化与自动流水线方式生产和计算机辅助控制。

砂型铸造是用型（芯）砂制作铸型，将熔融的金属注入铸型，待其冷却、凝固后，经落砂取出铸件的方法。一个铸型只能使用一次。砂型铸造又分为湿砂型铸造、壳型铸造、组型造型铸造、自硬砂型铸造等，其共同特点是铸型由砂和黏结剂组成，适用于铸铁、铸钢、部分有色金属及其合金。由于砂型铸造可生产尺寸、质量、复杂程度不同的铸件，且生产效率高，原材料来源广，成本相对低廉，因此是应用最广泛的一种传统铸造方法。图2-1所示列举了4种形状复杂的汽车铸件。

图2-1　形状复杂的各类汽车铸件

（a）气缸头；（b）气缸体；（c）曲轴；（d）排气管

砂型铸造的工艺过程主要由以下几个部分组成：造型、制芯、砂型及型芯烘干、合型、熔炼金属、浇注、落砂、清理、检验等，如图2-2所示。图2-3所示是齿轮毛坯的生产过程。在此需要指出的是，对某个具体的铸造工艺过程并不一定包括上述全部内容，如铸件无内壁时无须造芯，湿型铸造时砂型无须烘干等。

图2-2　汽车零件毛坯的砂型铸造流程

图2-3　齿轮毛坯的砂型铸造过程

1.造型与制芯

造型是用型砂和模样制造铸型的过程，是砂型铸造中最基本的工序。按照紧实型砂的方法，造型可分为手工造型和机器造型两大类。下面详细介绍手工造型。

手工造型是用手工或手动工作的方法进行紧砂、起模的造型方法。其操作灵活，大小铸件均能采用。手工造型的方式有很多，常见的有整模造型、两箱分模造型、三箱分模造型、挖砂造型和活块造型等。

（1）整模造型。对于形状简单、最大截面为平面且在一端的铸件，可采用整模造型。整模造型的特点是造型时整个模样全部置于一个砂箱内，分型面与分模面多为同一个平面，不会出现错箱缺陷，操作简单，铸件形状、尺寸精度较高。整模造型过程如图2-4所示。

图2-4　整模造型过程

1—铸件；2—模样；3—底板；4—砂箱；5—刮板；6—记号；7—直浇道棒；8—气孔

（2）两箱分模造型。两箱分模造型适用于形状较复杂且有良好对称面的铸件（最大截面在中部）。模样从最大截面处分为两半，用销钉定位，分模面和分型面可在同一个平面内。造型时模样分别置于上、下砂箱中，分模面和分型面位置相重合。图2-5所示为两箱分模造型示意图。两箱分模造型广泛用于圆柱体、管件、阀体、套筒等形状比较复杂的铸件生产。其造型方便，应用较广，缺点是制作模样比较麻烦，若砂箱定位不准，夹持不牢，易产生错箱，影响铸件精度；且铸件沿分型面还会产生披缝，影响铸件表面质量，清理也费时。

（3）三箱分模造型。当铸件形状为两端截面大、中间截面小，如带轮、槽轮、车床四方刀架等，为了顺利起模，应采用三箱分模造型，如图2-6所示。该造型方法的特点是模样必须分开，以便从中箱内取出模样。三箱造型的关键是选配合适的中箱，中箱上下两面都是分型面，且其高度与其中模样的高度相近；造型过程复杂，生产率低，易产生错箱缺陷，故仅用于形状复杂、不能两箱造型的单件小批量生产。

图2-5　两箱分模造型过程

（a）铸件；（b）模样分成两半；（c）造型过程
1—分型面；2—型芯头；3—上半模；4—下半模；5—销钉；6—销孔；7—直浇口棒；
8—分型面；9—浇口；10—型芯；11—型芯通气孔；12—排气道

图2-6　槽轮铸件三箱分模造型过程

（a）铸件；（b）造下砂型；（c）造中砂型；（d）造上砂型；（e）起模、放型芯、合模

2.浇注系统

图2-7　铸件的浇注系统

1—铸件；2—冒口；3—盆形外浇道（浇口盆）；4—漏斗形外浇道（浇口杯）；5—直浇道；6—横浇道；7—内浇道（两个）

为了使液态金属流入铸型型腔所开的一系列通道，称为浇注系统。浇注系统的作用是保证液态金属均匀、平稳地流入并充满型腔，以避免冲坏型腔；防止熔渣、砂粒或其他杂质进入型腔；调节铸件的凝固顺序或补给金属液冷凝收缩时所需要的液态金属。浇注系统是铸型的重要组成部分，若设计不合理，铸件易产生冲砂、砂眼、浇不足等缺陷。典型的浇注系统由以下几部分组成，如图2-7所示。

（1）外浇道。外浇道的作用是缓和液态金属的冲力，使其平稳地流入直浇道。

（2）直浇道。直浇道是外浇道下面一段上大下小的圆锥形通道。它具有一定的高度，使液态金属产生一定的静压力，从而使金属液能以一定的流速和压力充满型腔。

（3）横浇道。横浇道位于内浇道上方，为上小下大的梯形通道。由于横浇道比内浇道高，所以液态金属中的渣子、沙粒便浮在横浇道的顶面，从而防止产生夹渣、夹砂等。此外，横浇道还起着向内浇道分配金属液的作用。

（4）内浇道。内浇道的截面多为扁梯形，起着控制液态金属流向和流速的作用。

（5）冒口。冒口的作用是在液态金属凝固收缩时，补充液态金属，防止铸件产生缩孔缺陷。此外，冒口还起着排气和集渣的作用。冒口一般设在铸件的最高和最厚处。

3.合型、熔炼与浇注

（1）合型。将铸型的各个组件（上型、下型、砂芯、浇口盆等）组成一个完整铸型的过程称为合型。合型时应检查铸型型腔是否清洁，型芯的安装是否准确、牢固，砂箱的定位是否准确、牢固。(www.daowen.com)

（2）熔炼。通过加热使金属由固态变为液态，并通过冶金反应去除金属中的杂质，使其温度和成分达到规定要求的操作过程称为熔炼。金属液的温度过低，会使铸件产生冷隔、浇不足、气孔等缺陷；金属液的温度过高，会导致铸件总收缩量增加、吸收气体过多、黏砂等。

（3）浇注。将金属液从浇包注入铸型的操作过程，称为浇注。铸铁的浇注温度在液相线以上200℃（一般为1 250～1 470℃）。

4.落砂、清理与检验

（1）落砂。用手工或机械使铸件与型砂（芯砂）、砂箱分开的操作过程称为落砂。浇注后，必须经过充分的凝固和冷却才能落砂。若落砂过早，铸件的冷速过快，则铸铁表面层会出现白口组织，导致切削困难；若落砂过晚，由于收缩应力大，则铸件会产生裂纹，且生产率低。

（2）清理。落砂后，用机械切割、铁锤敲击、气割等方法清除表面黏砂、型砂（芯砂）、多余金属（浇口、冒口、飞翅和氧化皮）等操作过程称为清理。铸件清理后应进行质量检查，并将合格铸件进行去应力退火。

（3）检验。铸件清理后应进行质量检验。可通过眼睛观察（或借助尖嘴锤）找出铸件的表面缺陷，如气孔、砂眼、黏砂、缩孔、浇不足、冷隔。对于铸件内部缺陷，可进行耐压试验、超声波探伤等。

5.球墨铸铁曲轴的铸造工艺

球墨铸铁曲轴与传统的锻钢曲轴相比具有制造简便、成本低廉、吸振耐磨、对表面刻痕不敏感的优良特性，同时与轴承合金、铅青铜、钢背铝合金均有良好的匹配性。

（1）浇注、冷却位置的选择。

球墨铸铁曲轴的浇注、冷却位置常用竖浇竖冷、横浇竖冷和横浇横冷三种。

①竖浇竖冷。竖浇竖冷的冒口设在曲轴大端（法兰盘）的上方，处于最高位置，冒口内金属液的压力高，对铸件补缩有利，但难以在大批量生产的流水线上应用，且易导致铸件缺陷。目前，其主要有底注式、阶梯式和顶注式三种浇注方式，如图2-8所示。

底注式的内浇道开设在曲轴最下端，铁液在进入型腔前先经集渣包。这种浇注方式铁液充型平稳，自下而上逐渐充满，有利于型腔内的排气。但冒口内的液体金属温度低，不利于补缩，曲轴的热节处易产生缩松，如图2-8（a）所示。

图2-8　曲轴的竖浇竖冷

（a）底注式；（b）阶梯式；（c）顶注式

阶梯式的浇注系统充型平稳，使曲轴上部温度稍高于下部，补缩不够显著，曲轴热节处仍有缩松，如图2-8（b）所示。

顶注式的铁液经冒口由上部注入，预热了冒口砂型，铸件上部温度明显高于下部，有利于冒口的补缩效果。虽然解决了缩松问题，但铁液对型腔壁冲刷严重，造成飞溅，充型不平稳，铁液易于氧化，并带来渣孔、铁豆、冲砂等铸件缺陷，如图2-8（c）所示。

②横浇竖冷。横浇竖冷的浇注充型平稳，铁液先经冒口进入型腔，提高了冒口内金属液的温度。浇注后，立即用湿型砂将漏斗形浇口杯堵塞，然后将铸型转90°竖冷，如图2-9所示。冒口在铸件最上方，可以充分发挥补缩作用，有利于获得健全的铸件。目前大型球墨铸铁曲轴的生产仍然采用这种工艺。但横浇竖冷的操作繁重，生产率低，无法适应大批量流水生产的要求。

图2-9　曲轴的横浇竖冷

（a）铸型装配简图；（b）实现横浇竖冷的方法

③横浇横冷。横浇横冷的铸型造型、浇注、冷却均呈水平状态，充型平稳，劳动条件好，生产率高，便于大批量生产的流水作业，如图2-10所示，但其冒口的补缩压力较竖冷小。

（2）铸造工艺。

铸型装配图如图2-10所示。其铸造工艺采用一箱两支曲轴，分型面通过1、2连杆颈和主轴颈轴线，第3、4、5、6连杆颈分别由砂芯形成以便于拔模。

图2-10　曲轴铸型装配图

1～6—连杆颈

砂处理一般为旧砂经过破碎、磁选、筛分、冷却，加入新材料混合成合格的型砂。主要设备有混砂机、砂冷却器、筛砂机、磁选机及机械化运输装置。造型用原材料应符合企业的铸造原材料技术标准，原材料的验收入库、存放、检验、使用等应符合企业的管理制度。

球墨铸铁曲轴的铸型紧实度高，型砂应具有较高的湿压强度和透气性，水分尽量低。

造型应根据所选用的造型设备依据企业的工艺规范进行操作。一般上型砂型硬度应＞90HB，下型硬度＞90HB，侧边硬度＞80HB，用B型砂型硬度计测量。

制芯选用低N树脂砂。抗拉强度为2.3～2.8MPa，有效存放时间为3h。热芯盒混砂机可选叶片式混砂机。

浇注时铁液必须迅速充满浇口杯。浇注过程中不能断流，保证浇口杯始终充满铁液，先快后慢，收流要稳。浇注温度为1 340～1 420℃。浇注前，用热电偶测温。一包铁液要在12min内浇注完毕，防止球化衰退。球化衰退抽检取样应取自浇注完末型后包内的剩余铁液。曲轴在砂型内冷却50min，温度在600℃以下，方可进行落砂。