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铸造工艺的方法选择


    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。    
  铸造方法的特点和适用范围见下表:

铸造方法 铸件材质 铸件重量 表面光洁度 铸件复杂程度 生产成本 适用范围 工艺特点 
砂型铸造 各种材质
 几十克~很大 差 简单 低   最常用的铸造方法
  手工造型:单件、小批量和难以使用造型机的形状复杂的大型铸件
  机械造型:适用于批量生产的中、小铸件 手工:灵活、易行,但效率低,劳动强度大,尺寸精度和表面质量低
机械:尺寸精度和表面质量高,但投资大 
金属型铸造 有色合金
 几十克~20公斤 好 复杂铸件 金属模的费用较高 小批量或大批量生产的非铁合金铸件,也用于生产钢铁铸件(  铸件精度、表面质量高,组织致密,力学性能好,生产率高。 
熔模铸造 铸钢及有色合金
 几克~几公斤 很好 任何复杂程度 批量生产时比完全用机加工生产便宜 各种批量的铸钢及高熔点合金的小型复杂精密铸件,特别适合铸造艺术品、精密机械零件 尺寸精度高、表面光洁,但工序繁多,劳动强度大 
陶瓷型铸造 铸钢及铸铁 几公斤~几百公斤 很好 较复杂 昂贵 模具和精密铸件 尺寸精度高、表面光洁,但生产率低 
石膏型铸造 铝、镁、锌合金
 几十克~几十公斤 很好 较复杂 高 单件到小批量   
低压铸造 有色合金  几十克~几十公斤 好 复杂(可用砂芯) 金属模的制作费用高 小批量,最好是大批量的大、中型有色合金铸件, 可生产薄壁铸件 铸件组织致密,工艺出品率高,设备较简单,可采用各种铸型,但生产效率低 
差压铸造 铝、镁合金 几克~几十公斤 好 复杂(可用砂芯)   高性能和形状复杂的有色合金铸件 压力可控,铸件成型好,组织致密,力学性能好,但生产效率低 
压力铸造 铝、镁合金 几克~几十公斤 好 复杂(可用砂芯) 金属模的制作费用很高 大量生产的各种有色合金中小型铸件、薄壁铸件、耐压铸件 铸件尺寸精度高、表面光洁,组织致密,生产率高,成本低。但压铸机和铸型成本高 
离心铸造 灰铁、球铁 几十公斤~几吨 较好 一般为圆筒形铸件 较低 小批量到大批量的旋转体形铸件、 各种直径的管件 铸件尺寸精度高、表面光洁,组织致密,生产率高 
连续铸造 钢、有色 很大 较差 长形连续铸件 低 固定截面的长形铸件,如钢锭、钢管等 组织致密,力学性能好,生产率高 
消失模铸造 各种 几克~几吨 较好 较复杂 较低 不同批量的较复杂的各种合金铸件 铸件尺寸精度较高,铸件设计自由度大,工艺简单,但模样燃烧影响环境

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