制造工艺详解——铸造

制造工艺详解——铸造

铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。

一、铸造的定义和分类

铸造的定义：是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。

常见的铸造方法有砂型铸造和精密铸造，详细的分类方法如下表所示。

砂型铸造：砂型铸造——在砂型中生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。

精密铸造：精密铸造是用精密的造型方法获得精确铸件工艺的总称。它的产品精密、复杂、接近于零件最后形状，可不加工或很少加工就直接使用，是一种近净形成形的先进工艺。

铸造方法分类

二、常用的铸造方法及其优缺点

1. 普通砂型铸造

制造砂型的基本原材料是铸造砂和型砂粘结剂。最常用的铸造砂是硅质砂，硅砂的高温性能不能满足使用要求时则使用锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特种砂。应用最广的型砂粘结剂是粘土，也可采用各种干性油或半干性油、水溶性硅酸盐或磷酸盐和各种合成树脂作型砂粘结剂。

砂型铸造中所用的外砂型按型砂所用的粘结剂及其建立强度的方式不同分

为粘土湿砂型、粘土干砂型和化学硬化砂型3种。

砂型铸造用的是最流行和最简单类型的铸件已延用几个世纪.砂型铸造是用来制造大型部件，如灰铸铁，球墨铸铁,不锈钢和其它类型钢材等工序的砂型铸造。其中主要步骤包括绘画，模具，制芯，造型，熔化及浇注，清洁等。

工艺参数的选择

加工余量：所谓加工余量，就是铸件上需要切削加工的表面，应预先留出一定的加工余量，其大小取决于铸造合金的种类、造型方法、铸件大小及加工面在铸型中的位置等诸多因素。

起模斜度：为了使模样便于从铸型中取出，垂直于分型面的立壁上所加的斜度称为起模斜度。

铸造圆角：为了防止铸件在壁的连接和拐角处产生应力和裂纹，防止铸型的尖角损坏和产生砂眼，在设计铸件时，铸件壁的连接和拐角部分应设计成圆角。

型芯头：为了保证型芯在铸型中的定位、固定和排气，模样和型芯都要设计出型芯头。

收缩余量：由于铸件在浇注后的冷却收缩，制作模样时要加上这部分收缩尺

寸。

优点：

•粘土的资源丰富、价格便宜。使用过的粘土湿砂经适当的砂处理后，绝大部分均可回收再用；

•制造铸型的周期短、工效高；

•混好的型砂可使用的时间长；

•适应性很广。小件、大件，简单件、复杂件，单件、大批量都可采用；

缺点及局限性：

•因为每个砂质铸型只能浇注一次，获得铸件后铸型即损坏，必须重新造型，所以砂型铸造的生产效率较低；

•铸型的刚度不高，铸件的尺寸精度较差；

•铸件易于产生冲砂、夹砂、气孔等缺陷。

2. 熔模铸造

用蜡料做模样时，熔模铸造又称"失蜡铸造"。熔模铸造通常是指在易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方案。由于模样广泛采用蜡质材料来制造，故常将熔模铸造称为“失蜡铸造”。

可用熔模铸造法生产的合金种类有碳素钢、合金钢、耐热合金、不锈钢、精密合金、永磁合金、轴承合金、铜合金、铝合金、钛合金和球墨铸铁等。

熔模铸造工艺过程

优点：

•尺寸精度较高。一般可达CT4-6（砂型铸造为CT10~13，压铸为CT5~7）；

•可以提高金属材料的利用率。熔模铸造能显著减少产品的成形表面和配合表面的加工量，节省加工台时和刃具材料的消耗；

•能最大限度地提高毛坯与零件之间的相似程度，为零件的结构设计带来很大方便。铸造形状复杂的铸件熔模铸造能铸出形状十分复杂的铸件，也能

铸造壁厚为0.5mm、重量小至1g的铸件，还可以铸造组合的、整体的铸

件；

•不受合金材料的限制。熔模铸造法可以铸造碳钢、合金钢、球墨铸铁、铜合金和铝合金铸件，还可以铸造高温合金、镁合金、钛合金以及贵金属等

材料的铸件。对于难以锻造、焊接和切削加工的合金材料，特别适宜于用

精铸方法铸造；

•生产灵活性高、适应性强熔模铸造既适用于大批量生产，也适用小批量生产甚至单件生产。

缺点及局限性：

铸件尺寸不能太大工艺过程复杂铸件冷却速度慢。熔模铸造在所有毛坯成形方法中，工艺最复杂，铸件成本也很高，但是如果产品选择得当，零件设计合理，高昂的铸造成本由于减少切削加工、装配和节约金属材料等方面而得到补偿，则熔模铸造具有良好的经济性。

3. 压铸

压铸工艺原理是利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内，金属液在压力作用下冷却凝固而形成铸件。

压力铸造 a) 合型浇注 b) 压射 c) 开型顶件

冷、热室压铸是压铸工艺的两种基本方式。冷室压铸中金属液由手工或自动浇注装置浇入压室内，然后压射冲头前进，将金属液压入型腔。在热室压铸工艺中，压室垂直于坩埚内，金属液通过压室上的进料口自动流入压室。压射冲头向下运动，推动金属液通过鹅颈管进入型腔。金属液凝固后，压铸模具打开，取出铸件，完成一个压铸循环。

压铸工艺流程图

优点：

•产品质量好。铸件尺寸精度高，一般相当于6~7级，甚至可达4级；表面光洁度好，一般相当于5~8级；强度和硬度较高，强度一般比砂型铸造提高25~30%，但延伸率降低约70%；尺寸稳定，互换性好；可压铸薄壁复

杂的铸件；

•生产效率高。机器生产率高，例如国产JⅢ3型卧式冷空压铸机平均八小时可压铸600～700次，小型热室压铸机平均每八小时可压铸3000~7000

次；压铸型寿命长，一付压铸型，压铸钟合金，寿命可达几十万次，甚至

上百万次；易实现机械化和自动化；

•经济效果优良。由于压铸件尺寸精确，表泛光洁等优点。一般不再进行机械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金属利用率，又减少了大量的加工设备和工时；铸件价格便易；可以采用组合压铸以其他金属或非金属材料。既节省装配工时又节省金属。

缺点及局限性：

•压铸时由于液态金属充填型腔速度高，流态不稳定，故采用一般压铸法，铸件易产生气孔，不能进行热处理；

•对内凹复杂的铸件，压铸较为困难；

•高熔点合金（如铜，黑色金属），压铸型寿命较低；

•不宜小批量生产，其主要原因是压铸型制造成本高，压铸机生产效率高，小批量生产不经济。

4. 金属型铸造

又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。铸型是用金属制成，可以反复使用多次（几百次到几千次），又叫永久型铸造。

金属型的结构

一般的，金属型用铸铁和铸钢制成。铸件的内腔既可用金属芯、也可用砂芯。金属型的结构有多种，如水平分型、重直分型及复合分型。其中垂直分型便于开设内浇口和取出铸件；水平分型多用来生产薄壁轮状铸件；复合分型的上半型是由垂直分型的两半型采用铰链连结而成，下半型为固定不动的水平底板，主要应用于较复杂铸件的铸造。

金属型铸造型的工艺特点：金属型的导热速度快和无退让性，使铸件易产生浇不足、冷隔、裂纹及白口等缺陷。此外，金属型反复经受灼热金属液的冲刷，会降低使用寿命，为此应采用以下辅助工艺措施。