铸造的方法

铸造的方法

1. 铸造技术的方法选择

铸造是将通过熔炼的金属液体浇注入铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作过程。

铸造是常用的制造方法，优点是：制造成本低，工艺灵活性大，可以获得复杂形状和大型的铸件，在机械制造中占有很大的比重，如机床占60～80%，汽车占25%拖拉机占50～60%。铸件的质量直接影响着产品的质量，因此，铸造在机械制造业中占有重要的地位。

铸造是一种古老的制造方法，在我国可以追溯到6000年前。随着工业技术的发展，铸造技术的发展也很迅速，特别是19世纪末和20世纪上半叶，出现了很多的新的铸造方法，如低压铸造、陶瓷铸造、连续铸造等，在20世纪下半叶得到完善和实用化。由于现今对铸造质量、铸造精度、铸造成本和铸造自动化等要求的提高，铸造技术向着精密化、大型化、高质量、自动化和清洁化的方向发展，例如我国这几年在精密铸造技术、连续铸造技术、特种铸造技术、铸造自动化和铸造成型模拟技术等方面发展迅速。

铸造主要工艺过程包括：金属熔炼、模型制造、浇注凝固和脱模清理等。铸造用的主要材料是铸钢、铸铁、铸造有色合金(铜、铝、锌、铅等)等。铸造方法常用的是砂型铸造，其次是特种铸造方法，如：金属型铸造、熔模铸造、石膏型铸造......等。而砂型铸造又可以分为粘土砂型、有机粘结剂砂型、树脂自硬砂型、消失模等等,如下图：

铸造方法选择的原则：

1．优先采用砂型铸造

据统计，我国或是国际上，在全部铸件产量中，60～70％的铸件是用砂型生产的，而且其中70％左右是用粘土砂型生产的。主要原因是砂型铸造较之其它铸造方法成本低、生产工艺简单、生产周期短。所以象汽车的发动机气缸体、气缸盖、曲轴等铸件都是用粘土湿型砂工艺生产的。当湿型不能满足要求时再考虑使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型。粘土湿型砂铸造的铸件重量可从几公斤直到几十公斤，而粘土干型生产的铸件可重达几十吨。

一般来讲，对于中、大型铸件，铸铁件可以用树脂自硬砂型、铸钢件可以用水玻璃砂型来生产，可以获得尺寸精确、表面光洁的铸件，但成本较高。

当然，砂型铸造生产的铸件精度、表面光洁度、材质的密度和金相组织、机械性能等方面往往较差，所以当铸件的这些性能要求更高时，应该采用其它铸造方法，例如熔模（失腊）铸造、压铸、低压铸造等等。

2．铸造方法应和生产批量相适应

例如砂型铸造，大量生产的工厂应创造条件采用技术先进的造型、造芯方法。老式的震击式或震压式造型机生产线生产率不够高，工人劳动强度大，噪声大，不适应大量生产的要求，应逐步加以改造。对于小型铸件，可以采用水平分型或垂直分型的无箱高压造型机生产线、实型造型生产效率又高，占地面积也少；对于中件可选用各种有箱高压造型机生产线、气冲造型线，以适应快速、高精度造型生产线的要求，造芯方法可选用：冷芯盒、热芯盒、壳芯等高效制芯方法。

中等批量的大型铸件可以考虑应用树脂自硬砂造型和造芯。

单件小批生产的重型铸件，手工造型仍是重要的方法，手工造型能适应各种复杂的要求比较灵活，不要求很多工艺装备。可以应用水玻璃砂型、VRH法水玻璃砂型、有机酯水玻璃自硬砂型、粘土干型、树脂自硬砂型及水泥砂型等；对于单件生产的重型铸件，采用地坑造型法成本低，投产快。批量生产或长期生产的定型产品采用多箱造型、劈箱造型法比较适宜，虽然模具、砂箱等开始投资高，但可从节约造型工时、提高产品质量方面得到补偿。

低压铸造、压铸、离心铸造等铸造方法，因设备和模具的价格昂贵，所以只适合批量生产。

3．造型方法应适合工厂条件

例如同样是生产大型机床床身等铸件，一般采用组芯造型法，不制作模样和砂箱，在地坑中组芯；而另外的工厂则采用砂箱造型法，制作模样。不同的企业生产条件（包括设备、场地、员工素质等）、生产习惯、所积累的经验各不一样，应该根据这些条件考虑适合做什么产品和不适合（或不能）做什么产品。

4．要兼顾铸件的精度要求和成本

各种铸造方法所获得的铸件精度不同，初投资和生产率也不一致，最终的经济效益也有差异。

因此，要做到多、快、好、省，就应当兼顾到各个方面。应对所选用的铸造方法进行初步的成本估算，以确定经济效益高又能保证铸件要求的铸造方法。

按工艺方法砂型铸造特种铸造

砂型铸造

☆砂型铸造的特点:

（1）生产周期短，产品成本低；（2）产品批量、大小不受限制；（3）劳动强度大，劳动条件较差；（4）铸件质量不稳定，易产生缺陷。

1.常用的砂型

2.常用砂型的主要特点和适用范围

3.常用的造型方法

按使用的工具不同，

分为手工造型和机器造型。

（1）手工造型：指全部用手工或手动工具完成的造型工序。

1）特点：操作灵活，适应性强，成本低，生产准备时间短，铸件质量差，劳动强度大，生产率低。

2）应用：单件、小批量生产，各种大、小型铸件。

3）手工造型分类

①按砂箱特征分

两箱造型适用各种批量、大小铸件

三箱造型用于有两个分型面的单件、小批量生产

脱箱造型用于小型铸件

地坑造型用于生产批量小的大中型铸件

②按模型特征分

整模造型用于铸件最大截面靠一端且为平面的铸件，不会错箱

挖砂造型用于分型面是曲面的单件、小批量生产的铸件

假箱造型用于成批生产需要挖砂的铸件

活块造型用于单件、小批量生产带有凸出部分、难以起模的铸件

刮板造型用于有等截面或回转体的大、中型铸件，单件、小批生产（2）机器造型指用机器完成全部或至少完成紧砂操作的造型工序。1）特点：

①提高了生产率，铸件尺寸精度较高；

②节约金属，降低成本；

③改善了劳动条件；

④设备投资较大。

2）应用：成批、大量生产各类铸件。

3）机器造型方法

①震压造型：

先震击紧实，再用较低的比压（0.15－0.4MPa ）压实。

紧实效果好，噪音大，生产率不够高。

②微震压实造型：

对型砂压实的同时进行微震。紧实度高、均匀，生产率高，噪音仍较大。

③高压造型：

用较高的比压（0.7－1.5MPa）紧实型砂。紧实度高，噪音小，灰尘少，生产率高，但设备造价高。

④抛砂造型：

利用离心力抛出型砂，完成填砂和紧实。紧实度均匀，噪音小；但生产率低。

⑥先进的造型方法

●负压造型（真空密封造型）

采用无水无粘结剂的型砂，用高弹性的塑料薄膜将砂箱密封后抽成真空，利用抽真空后形成的压差使型砂紧实、成型，并在负压状态下起模、下芯、合型浇注，冷凝后恢复常压，砂子即自行潰散，则可取出铸件。

●气冲造型：

通过特殊的快开阀将低压空气迅速引入填满型砂的砂箱上部，使型砂获得冲击紧实。砂型紧实度高、透气性好、铸件精度高、表面光洁、噪声低、粉尘少、生产率高。

2.3.2 特种铸造

概述：

一.特种铸造：

是指与砂型铸造有显著区别的一些铸造方法。

例如：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、壳型铸造和连续铸造等。

二.特点：

（1）不用砂或少用砂，改善了劳动条件，减轻了劳动强度。

（2）铸件精度较高、性能较好。

（3）生产率高，工艺简单。

（4）成本高，生产周期长，在工艺上和应用上各有一定的局限性。

1.金属型铸造

（1）金属型铸造:将金属液浇入金属铸型获得铸件的方法。

（2）特点:

1）铸件力学性能比砂型铸件高。

2）铸件精度和表面质量好。

3）可节约金属，生产率较高。

4）不用砂或少用砂，改善了劳动条件。

5）铸件成本高，易产生浇不足、开裂等缺陷。

6）铸造工艺要求严格。

（3）应用：主要用于有色金属件的大批量生产。例如：铝活塞、汽缸体等。（4）金属型的结构:

1）整体型； 2）水平分型；3）垂直分型；4）综合分型。

（5）工艺特点：

1）金属型要预热 2）喷刷涂料 3）及时开型取件

2.压力铸造

（1）压力铸造：

指熔融金属在高压下快速压入型腔，并在压力下结晶，获得铸件的方法。（2）应用：

主要用于大量生产非铁合金中、小型铸件。（铝合金、锌合金等）

例如：汽缸体、化油器、离合器等。

（3）压力铸造的特点

1）铸件尺寸精度高，表面质量好；

2）铸件力学性能好；

3）可压铸形状复杂的薄壁铸件；

4）可嵌铸其它材料，节省贵重材料；

5）生产率高，易于实现机械化和自动化；

6）铸件料质受限制；

7）设备投资大，不宜小批量生产；

8）压铸件不能进行大余量的机械加工和热处理。（压铸件易产生小气孔）（4）压力铸造的工艺过程闭合压型→压入金属液→打开压型、抽芯、顶出铸件

4.低压铸造

（1）低压铸造：将合金液在压力下由铸型底部注入型腔，并在压力（60－150kPa）下结晶，获得铸件的方法。

（2）应用：铝、镁合金中、小型件的成批大量生产。例如：汽缸体、缸盖、活塞等。

（3）低压铸造的特点

1）充型压力和速度便于控制；

2）铸件组织致密，力学性能高；

3）铸件形状可较复杂，精度较高；

4）金属利用率高，一般在90%以上；

5）但升液管寿命较短，生产率低于压力铸造。

（4）低压铸造的工艺过程

铸型准备→加压充型→放气卸压→开箱落砂

5.离心铸造

（1）离心铸造：将金属液浇入高速旋转的铸型中，在离心力的作用下凝固成铸件的方法。

（2）应用：主要用于大批量生产空心回转体铸件。例如：铸铁管、汽缸套、铜套等。

（3）离心铸造的特点

1）简化了套筒、管类铸件的生产过程；

2）离心铸件力学性能高，缺陷较少；

3）可生产流动性较差的薄壁及双金属铸件；

4）铸件的形状和尺寸受限制；

5）内表面粗糙，易产生偏析；

6）设备投资大，不宜单件、小批量生产。

5.熔模铸造

（1）熔模铸造：

即用易熔材料制成模样，用造型材料将其包覆，制成型壳，熔出模样，经高温焙烧，浇注获得铸件的方法。

（2）熔模铸造的特点

1）铸件精度和表面质量较高。

2）可以铸造形状复杂的薄壁铸件。

3）生产批量不受限制。

4）原材料价格贵，铸件成本高。

5）工艺过程繁杂，生产周期长。

6）铸件尺寸不能太大，质量一般小于25Kg。

（3）应用：

各种铸造合金，特别适于高熔点、难加工合金的小型铸件的成批、大量生产。

（4）熔模铸造的工艺过程

制造母模→制造压型→压制蜡模→组成蜡模组→结壳→脱模→焙烧→浇注→铸件清理

各种铸造方法都有其优点和不足,各适用于一定范围,选择铸造方法时,要根据铸件精度、生产批量、材质、结构、铸造方法的基本特点及现场条件等综合分析来确定。

常见的铸造方法的特点和适用范围