金属铸造过程详解：从传统到现代的多样化工艺
金属铸造过程详解：从传统到现代的多样化工艺
金属铸造是将液态金属倒入模具中，待其冷却凝固后获得所需形状和尺寸的零件或毛坯的工艺过程。这种古老的制造技术在现代工业中仍然发挥着重要作用，广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。本文将详细介绍金属铸造的基本过程及其各种分类方法。
金属铸造过程
将液态金属倒入模具腔中的生产方法，该方法适用于零件的形状和大小，并等待其冷却并凝固以获得毛坯或零件，通常称为金属液体形成或铸造。
过程流：液体金属→填充→固化和收缩→铸造
过程特征：
- 它可以产生任何复杂形状的零件，特别是具有复杂内部空腔形状的零件。
- 强大的适应性，无限合金类型，几乎无限的铸造尺寸。
- 广泛的材料来源，废料可以重新利用，设备投资很低。
- 高废品率，低表面质量，和不良的工作条件。
金属铸造的分类
(1) 砂型铸造
砂型铸造：一种在砂模中产生铸件的铸造方法。
过程流：
金属铸造砂型铸造
技术功能：
- 适合制作复杂的形状，特别是具有复杂内部空腔的毛坯；
- 广泛的适应性和低成本；
- 对于某些可塑性差的材料，例如铸铁，砂型铸造是制造零件或毛坯的唯一形成过程。
应用：汽车发动机缸体、气缸盖、曲轴等铸件。
(2) 熔模铸造
熔模铸造：通常是指用易熔材料制作模型，用几层耐火材料涂上模型的表面以制成壳，然后熔化模型并将其从壳中排出，从而获得没有分型面的铸件，可以用砂型填充并在高温下焙烧后浇注。它通常被称为“失蜡铸造”。
过程流：
金属铸造熔模铸造
优点：
- 高尺寸精度和几何精度；
- 高表面粗糙度；
- 具有复杂形状铸件的能力，合金铸件不受限制。
缺点：复杂的工艺和高成本
应用：适合生产具有复杂形状的小零件，高精度要求，或难以执行其他处理，例如涡轮发动机叶片。
(3) 高压铸造
高压铸造：它是利用高压将熔融金属压入精密金属模具的空腔中。熔融金属在压力下冷却并固化以形成铸件。
过程特征
高压铸造
优点：
- 熔融金属处于高压下，并且在压铸过程中保持高压；
- 良好的产品质量，稳定的尺寸，和良好的互换性；
- 高生产效率，而且模具可以多次使用；
- 适用于大规模的批量生产和良好的经济利益。
缺点：
- 铸件容易出现细小气孔和收缩；
- 铸件的塑性低，不适合在撞击负荷和振动下工作；
- 当生产高熔点合金时，模具寿命很短，影响铸造生产的扩展。
应用：模具铸件首先是在汽车行业和仪器行业中使用的，后来逐渐扩展到各个行业，例如农业机械、机床行业、电子行业、国防工业、计算机、医疗设备、钟表、照相机和日常硬件。
(4) 低压铸造
低压铸造：是指在相对较低的压力下将液态金属填充到模具中的方法（0.02-0.06 兆帕）并在压力下结晶以形成铸件。
过程流：
金属铸造低压铸造
技术功能：
- 操作者可以调整浇注压力和速度，使这种方法能够与不同的模具一起使用（包括金属模具和砂型）用于生产各种合金类型和铸件尺寸。
- 底部注入填充方法可确保平稳的金属流动而不会飞溅，防止气体夹带并最大程度地减少模具壁/芯侵蚀 - 最终提高铸件质量和产量率。
- 铸件在压力下结晶，铸件具有致密的结构，清晰的轮廓，表面光滑，和高机械性能，这对于大型薄壁铸件的铸造特别有益；
- 省略了缩孔补缩，金属利用率提高到 90-98%；
- 劳动强度很低，工作条件很好，设备很简单，而且很容易实现机械化和自动化。
应用：主要是传统产品（气缸盖、轮毂、气缸框架等）。
(5) 离心铸造
离心铸造：这是一种铸造方法，将熔融金属倒入旋转模具中，在离心力的作用下填充模具，并凝固成形状。
过程特征
离心铸造
优点：
- 浇注系统和冒口系统中几乎没有金属消耗，改善过程收得率；
- 生产空心铸件时，无需芯子，因此，在产生长管状铸件时，金属填充能力可以大大提高；
- 铸件的密度很高，很少有缺陷，例如气孔和夹渣，和高机械性能；
- 制造复合金属铸件（例如气缸和套筒）很容易。
缺点：
- 用于生产特殊形状的铸件时有一定的限制；
- 铸件的内孔直径不准确，内孔表面相对粗糙，质量较差，而且处理余量很大；
- 铸件容易受到特定的重力偏析。
应用：离心铸造首先用于生产铸管。离心铸件用于冶金、矿业、运输、灌溉和排水机械、航空、国防、国内外的汽车和其他行业生产钢铁、铁和有色金属合金铸件。其中，离心铸铁管的生产、内燃机气缸套和轴套筒是最常见的。
(6) 重力铸造
重力铸造：是指液体金属在重力下填充金属模具的成型方法，并在模具中冷却并凝固以获得铸件。
过程特征
重力铸造
优点：
- 金属模具的热导率和热容量很大，冷却速度很快，铸件结构是致密的，机械性能大约 15% 高于砂型铸件。
- 它可以获得具有较高尺寸精度和较低表面粗糙度值的铸件，而且质量稳定性很好。
- 因为没有使用或很少使用砂型，环境得到改善，灰尘和有害气体减少，劳动力强度降低。
缺点：
- 金属模具本身没有透气性，必须采取某些措施来引导模具腔中的空气和砂芯产生的气体；
- 金属模具没有退让性，当铸件凝固时，容易产生裂纹；
- 金属模具制造周期很长，成本很高。所以，只有在大批量生产时才能显示出良好的经济效益。
应用：金属模具铸件适用于具有复杂形状的有色金属合金铸件的大批量生产，例如铝合金和镁合金，以及钢金属铸件和橡胶件的生产。
(7) 真空铸造
真空铸造：一个先进的铸造过程，通过在模具铸造过程中除去铸件模具腔中的气体，从而消除或大大减少了铸件中的气孔和溶解气体，从而改善了铸件的机械性能和表面质量。
过程特征
真空铸造
优点：
- 消除或减少铸件内部的气孔，提高铸件的机械性能和表面质量，并提高电镀性能；
- 降低型腔的背压，使用特异性较低和铸造性能较差的合金，并且可以用小型机器铸造大型铸件；
- 改善填充条件并铸造较薄的铸件；
缺点： - 模具密封结构很复杂，制造和安装很难，所以费用很高；
- 如果真空铸造方法无法正确控制，效果不是很重要。
(8) 挤压铸造
挤压铸造：这是一种在高压下凝固和流动的液体或半固体金属的方法，可以直接获得产品或毛坯。它具有高液体金属利用率的优势，简化的过程和稳定的质量。这是一种具有潜在应用前景的节能金属成形技术。
过程流：
直接挤压铸造：喷涂涂层，倒合金，关闭模具，加压，保持压力，释放压力，分开模具，毛坯脱模，和重置；
间接挤压铸造：喷涂涂层，关闭模具，进料，填充模具，加压，保持压力，释放压力，分开模具，毛坯脱模，和重置。
挤压铸造
技术功能：
- 它可以消除内部缺陷，例如气孔，缩孔和缩松；
- 低表面粗糙度和高尺寸精度；
- 它可以防止铸件裂纹的发生；
- 实现机械化和自动化很容易。
应用：制造商使用这种方法生产各种合金，包括铝合金，锌合金，铜合金，和球墨铸铁。
(9) 消失模铸造
消失模铸造（也称为实型铸造）：这是一种新的铸造方法，将泡沫模型结合在一起，大小和形状与铸件相似，涂刷耐火涂料并干燥，将其埋在干石英砂中以进行振动，将其在负压下浇注，蒸发模型，液态金属占据了模型的位置。固化和冷却后，它形成铸件。
过程流：预发泡→泡沫成型→浸涂→干燥→造型→浇注→落砂→清理
消失模铸造
技术功能：
- 高铸件精度，没有砂芯，减少加工时间；
- 没有分型面，灵活设计，高度自由；
- 清洁生产，没有污染；
- 降低投资和生产成本。
应用：适合生产各种尺寸的复杂精密铸件，合金类型和生产批次无限。例如灰色铸铁发动机箱体，高锰钢肘板等。
(10) 连续铸造
连续铸造：这是一种先进的铸造方法。它的原理是将熔融金属不断地倒入一种称为结晶器的特殊金属模具中。固化（结壳）铸件不断从结晶器的另一端拉出。它可以获得任何长度或特定长度的铸件。
过程流：
连续铸造
技术功能：
- 由于快速冷却可以迅速巩固金属，它形成致密的晶粒，均匀结构，和出色的机械性能。
- 它节省金属并提高收得率；
- 这种方法通过消除造型和其他步骤来简化过程，显著降低劳动力强度和所需的生产空间。
- 连续铸造生产很容易实现机械化和自动化，并提高生产效率。
应用：连续铸造可用于用不变的横截面形状（例如钢）铸造长铸件，铁，铜合金，铝合金，镁合金等，例如扁锭，板坯，棒材，管材等。