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鑄造
 前言
 傳統鑄造法
 現代鑄造法
指導老師:廖鴻維
組別:第5組
組員:49814027 許敦皓
49814059 劉仁捷
49814081 曾凱盟
前言

鑄造是其中一項重要的加工方法，尤其對金
屬零組件而言，很多是以鑄造為其製造過程
中的第一道加工步驟。

鑄造的方法早在西元四千多年前就開始被用
來製造各種器皿、裝飾品、工具和武器等。

目前的鑄造技術已能適用於各種材料，大小
及複雜外形的零件，得到良好的表面粗糙度
及很小的尺寸公差，甚至可改進材料性質，
並達到高生產率。
鑄造的優缺點

鑄造的優點：
 1.適用於製造形狀複雜的工件(即零件或產品)。
 2.適用於一些重量或體積甚大的工件
。
 3.可簡化加工程序或裝配步驟。
 4.由於材料特性上的限制，鑄造是此類金屬成
形的最佳甚至是唯一的加工方法，例如鑄鐵。
 5.適用於大量生產，具有很高的生產效率。

鑄造的缺點：
 1.鑄件的尺寸精度及表面粗糙度通常比切削
或成形加工者為差，故常需再進行後續加工
製程以得到工件所要求的品質。
 2.鑄件的表面狀態一般較差，大都需經研磨
或噴砂以去除表面的毛邊或改進表面的粗糙
度等，後續加工方能順利進行。

3.鑄件的內部組織通常並不均勻，且容易
出現缺陷，需經過檢驗的步驟確認品質，
甚至要加以熱處理後，鑄件才能使用。

4.鑄造工作大都在高溫及粉塵密佈的環境
中進行，此種又熱又髒的狀況，對人體危
害甚鉅，尤其在老舊的鑄造工廠中更為嚴
重，需利用自動化設備加以改善。
鑄造分類

鑄造的方法可分為兩大類，即傳統鑄造法和現
代鑄造法。

傳統鑄造法(Traditional casting process)
又稱為砂模鑄造法(Sand casting
process)

現代鑄造法 (Contemporary casting
processes)包含永久模鑄造法、離心鑄造
法、精密鑄造法和壓鑄法等。
鑄造程序
 鑄造程序進行之順序：

1.製作模型(Pattern)和鑄模(Casting
mold)
 依工件形狀、尺寸，和表面狀態之要求
鑄件材料的特性，和考慮模型各種裕度
等，設計並製作出模型。
 利用模型進行造模程序製作包括鑄模和
流路系統之澆注系統。
 鑄模的內部為中空之模穴或可消失模型，
用來容納熔融金屬。

2.熔化(Melting)和澆注(Pouring)
 鑄件材料(大部份是金屬材料)在熔化爐
中加熱形成熔融金屬液。
 在適當的高溫下，控制好流量及流速。
 以人工或機器協助的方式傾倒到澆注系
統因而流入鑄模內。

3.凝固(Solidification)和鑄件(Casting)
的取得：
 熔融金屬液在鑄模內，逐漸冷卻而凝固。
 若鑄模為使用一次即廢棄者如砂模和殼模等，
則將之破壞，取出鑄件。
 若鑄模為可反覆使用多次者如金屬模和壓鑄
模等，則常需借助頂出桿(Ejector)將鑄件
頂出。

4.清理(Fettling)和檢驗(Inspection)
 取出之鑄件，需將不屬於工件本身的流
路系統及冒口等切除，並把其它之異物
如模砂等除去，稱此為清理操作。
 完成清理之鑄件，尚需經檢驗其形狀、
尺寸及內部有否缺陷等步驟，才算完成
全部的鑄造程序。
砂模鑄造
鑄模(Mold)的內部包含與欲生產之鑄件形
狀及尺寸相近之中空模穴或可消失模型。
外部實體構造所使用的材料主要有模砂、
金屬、陶瓷或石膏等，其中以模砂為材料
所製作的鑄模稱為砂模(Sand mold)，如圖
所示。
砂模鑄造的經濟利益往往優於其他鑄造方
法，在鑄件總生產量中佔有極高的比例。
要得到砂模鑄造的優良鑄件，需先了解影響此製
程的重要因素，包括模型的製作、模砂的性質、
砂模的種類、造模的工具及機器設備、鑄件材料
的特性、熔化及澆注的過程，和鑄件的清理及檢
驗等。

模砂(Molding sand)

模砂的品質直接影響到鑄件的好壞，在砂模鑄
造中扮演著很重要的角色。

來源不同(如陸砂、河砂、湖砂等)。

顆粒形狀不同(如圓形、橢圓形、多角形等)

用途不同(如鑄鐵用、鑄鋼用、鑄鋁合金用等)。

化學成分不同(如天然模砂、合成模砂、特殊
模砂等)加以分類。
一般模砂需具備以下的性質：
 1.透氣性(Permeability)
•當金屬熔液澆注入砂模後，熔液的高溫
會將模砂中的水分蒸發成氣體。
•若模砂的透氣性良好，能讓這些氣體順
利逸出，則可使鑄件避免氣孔等瑕疵的
產生。
 2.強度(Strength)
•當金屬熔液流入砂模時，砂模受熱變為
乾燥，此時的砂粒結合強度亦需能抵抗
金屬熔液的沖刷及壓力。

3.耐熱性(Refractoriness)
•模砂再高溫時需能保有原來之物理和化
學性質，不致發生變形或熔融的現象。
 4.細密性(Fineness )
•為了得到表面光滑度較佳的鑄件，模砂
需有適當的細密度以防止金屬熔液滲入
模砂之間形成不良的鑄件表面。
 5.崩潰性(Collapsibility)
•模砂的崩潰性良好，可使鑄件的清理和
模砂的回收再處理上較為容易。

 砂模種類
砂模依模砂的情況和結合劑的不同可分為：
 1.溼砂模(Green sand mold)
•由含有水分的模砂和添加的黏土或結合劑配製
成造模材料，使用可取出模型或可消失模型。
•造模完成後，即可直接進行澆注金屬熔液。
•鑄件凝固後，將砂模破壞，模砂可回收使用。
•溼砂模為砂模鑄造中使用最多的方法，主要原
因是造模成本最低。

2.乾面模(Skin-dried mold)
•製作的方法有兩種 ：
其一為先舖一層硬砂在模型的周圍，乾燥後
即形成一層硬殼，硬殼層下仍為溼砂。
其二為先做好溼砂模，然後在模穴外表噴上
一層塗料，經加熱硬化後即形成具有硬殼的
砂模。
 3.乾砂模(Dry sand mold)
•把較粗的模砂和結合劑混合之後，使用金屬砂
箱製作鑄模，再將之送入烘爐內烘乾至完全不
含水分而得。


4.泥土模(Loam mold)
•造模方式是用磚塊或鐵皮做成鑄模的基本
形狀，內部先填上溼砂再塗以厚泥漿形成
所要的模穴，待完全乾燥後即可使用。

5.呋喃模(Furan mold)
•在模砂中加入呋喃樹脂經均勻混合形成造
模材料。
•此種材料在遇到酸性催化劑時會產生反應
開始硬化，需注意掌握造模時效。呋喃模
尤其適用於可消失模型的造模。

6.二氧化碳模
•將模砂與矽酸鈉混合後製作鑄模。
•當二氧化碳氣體通過時，矽酸鈉會與二
氧化碳產生化學反應，可使鑄模硬化而
增加強度。
 砂心
當鑄件有孔洞，內部凹穴或缺口時，常需製作砂
心(Core)，裝置在砂模內成為鑄模的一部份。
 砂心的形式有溼砂心和乾砂心兩種 ：
 溼砂心：
•直接由模型製成，使用的材料和砂模的砂一樣。
 乾砂心：
•需要另外製作，於模型取出後再裝入砂模中。

砂心必須具備的性質有：
 1.良好的透氣性：
•因砂心只有端部與砂模接觸，其餘則被
金屬熔液所包圍，故必須有良好的透氣
性。
 2.良好的潰散性：
•在金屬凝固的同時，砂心必須立刻潰散，
如此才不會對金屬產生抵抗作用，避免
鑄件產生熱裂現象。


3.高強度
•砂心的尺寸及厚度可能甚小，要能承受修整
加工及金屬熔液的沖刷等，所以要有較高的
強度。
乾砂心的製作可利用砂心盒(Core box)，填入
已混合黏結劑的砂，成形後烘乾而得。
 亦可利用製作呋喃模或二氧化碳模的方式，即
不需烘烤的步驟來製作砂心。
 將乾砂心裝入砂模時，必須注意支撑的問題。

 造模程序(Mold
making process)

砂模的製造方法可分為：

1.人工造模(Hand molding)
•指以人力配合各種造模設備和工具來製
造砂模。
•人工造模不僅費力、效率低且品質也不
穩定，目前使用的機會不多。

2.機器造模(Machine molding)
•以機器取代人工方式造模，不僅可節省
人力，提高效率，使砂模品質穩定。

機器造模的方法有：
•(1)震動法(Jolting)
模型置入砂箱後，利用震搗機連續幾
次地將砂箱上舉再放下，此作用可使
砂被震搗而密實接合形成砂模。
• (2)壓擠法(Squeezing)
 利用擠壓機施力於壓板之方式將砂壓緊接
合。
 震搗擠壓機則是結合震動和壓擠作用生產
砂模。
• (3)拋砂法(Sand
slinging)
 利用拋砂機高速旋轉盤之拋摔，把砂以高
速拋入砂箱中，藉其動能迫使砂被擠壓成
密實狀態。
現代鑄造法
 重力鑄造法(Gravity
casting)
 又稱為永久模鑄造法屬於金屬模鑄造法的一
種 。
 以鑄鐵或合金鋼材料製作鑄模，可重覆使用
幾千次。
 鑄模形式大多為兩片式，可以做左右開閉。
 使用前需先經清理、預熱及噴刷塗料於模壁
等步驟。

重力鑄造法的優點：

1.鑄模可重覆使用，省略造模所需的程序，
生產效率高，適合於機械化及自動化生產。

2.模壁表面光滑，模穴不易變形，故鑄件有
較精良的尺寸及表面性質。

3.鑄件冷卻速率較快，可得到細晶粒組織，
且無偏析現象，故鑄件的機械性質良好。

4.工作環境較砂模鑄造好。

重力鑄造法的缺點：

1.金屬鑄模製造及維護成本高，生產準備
時間長，不適合少量生產。

2.金屬鑄模導熱快，容易使只靠本身重量
流動的熔融金屬在未充滿模穴之前，即凝
固而失去流動性，故不適於生產太厚或太
薄的鑄件。
 壓鑄法(Die
casting)

為永久模鑄造法中使用最多的方法。利用
壓力將熔融金屬壓入金屬鑄模內，並保持
壓力至鑄件凝固成形後，再開模取出鑄件。

壓鑄法的優點：

1.鑄件精度很高，表面光滑，可不必再做
後續加工即可直接使用。

2.複雜形狀或薄壁鑄件均可適用。

3.生產效率高，適用於大量生產，易於實
現自動化。

4.鑄件組織細密，抗拉強度和表面硬度等
性質都比砂模鑄件高很多。

壓鑄法的缺點

1.熔融金屬進入模穴速度快，又有壓力作用，
氣體不容易排出，易產生氣孔等缺陷。

2.壓鑄設備和金屬鑄模製作所需的費用較高，
製模時間較長，只適合大量生產的鑄件。

3.目前在實際生產上仍以用於熔點較低的非鐵
系合金為主。
 離心鑄造法(Centrifugal
casting)
 利用鑄模旋轉時所產生的離心力，迫使模
穴內熔融金屬緊貼在模穴內壁上，直到凝
固後停止轉動得到所要的鑄件。
離心鑄造法的優點：
 1.不需要澆道、冒口等流路系統，故可較
節省鑄件材料。且不需要造模時之準備工
作及鑄件凝固後之清理工作，故較其它鑄
造法經濟。


2.鑄件的結晶組織可較細密，具優良的機械
性質和物理性質。

3.因熔融金屬其中的雜質之比重不同，對離
心力的反應有所差異，故在鑄模旋轉時產生
分離，可減少鑄件內部的缺陷。

4.因有離心力的作用，澆注溫度比其他鑄造
法低時，仍然可使熔融金屬保持流動狀態。

5.生產效率很高。

離心鑄造法的缺點：

1.只適用於製造外形與旋轉軸對稱的鑄件。

2.若合金中含有比重較大的金屬成分，則
可能因離心作用而產生偏析，使鑄件成為
非均質體。
 瀝鑄法(Slush
casting)
 指不必使用砂心即可製造出中空鑄件的方
法。

鑄件的強度不高，內部尺寸無法精確控制。
 精密鑄造法(Precision
casting)
 使用非金屬材料做成鑄模，可大幅提高鑄
造溫度，可用於高熔點之鑄件材料。
 適用於形狀複雜或無法切削加工之零件。
 所得之鑄件尺寸精確及表面光度均極為優
良，可直接裝配使用。
 缺點則為只適合於製造小型鑄件及生產成
本較高。

1.包模鑄造(Investment casting)

因模型材料最常見的是蠟，故又稱為脫蠟
法。

包模鑄造法對鑄件材料幾乎沒有限制，所
得產品尺寸精確且表面光滑，可用於形狀
複雜的鑄件。

缺點為人工需求較多，製程繁雜，成本較
高，產品數量不夠多時即不合經濟效益。
2.陶瓷模鑄造法(Ceramic mold casting)
 此方法和包模鑄造法類似，但使用的模型
材料可以是木材或鋁合金 。


鑄模的耐高溫特性極佳，適合於鑄造合金
鋼、耐熱鋼、不銹鋼及低碳鋼等材料。

此法的綜合評估是介於砂模鑄造法和包模
鑄造法之間。

3.石膏模鑄造法(Plaster mold casting)

將加入強化及凝結劑的石膏加水攪拌成濃
漿，倒在可取出模型上，等凝固後取出模
型，再加熱烘乾得到鑄模。

所得產品之尺寸及表面精確度極佳。

鑄模只能使用一次，故成本較高。
4.殼模鑄造法(Shell mold casting)
 製模用砂量少，殼模堅固且輕，易於搬運
且耐久存 。


鑄件尺寸及表面精度良好，清理成本低，
極薄斷面鑄件也可鑄造和自動化程度高。

鑄件太大或太重時不適用，加熱之能源成
本及金屬模板模型的製造成本較高。