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常见铸造工艺分类及优缺点

时间:2022-01-03 00:04:10

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常见铸造工艺分类及优缺点

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,铸大型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,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,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%。下面为大家介绍常见铸造工艺的分类及优缺点、铸造工艺选择的原则。

常见铸造工艺的分类及优缺点

1、砂型铸造(sand casting)

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。

(1)工艺流程:

(2)技术特点:

①适合于制成形状复杂,特别是具有复杂内腔的毛坯;

②适应性广,成本低;

③对于某些塑性很差的材料,如铸铁等,砂型铸造是制造其零件或毛坯的唯一的成形工艺。

(2)应用:汽车的发动机气缸体、气缸盖、曲轴等铸件。

2、熔模铸造(investmentcasting)

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。常称为“失蜡铸造”。

(1)工艺流程:

(2)优点:

①尺寸精度和几何精度高;

②表面粗糙度高;

③能够铸造外型复杂的铸件,且铸造的合金不受限制。

(3)缺点:工序繁杂,费用较高。

(4)应用:适用于生产形状复杂、精度要求高、或很难进行其它加工的小型零件,如涡轮发动机的叶片等。

3、压力铸造(die casting)

压铸: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。

(1)工艺流程:

(2)优点:

①压铸时金属液体承受压力高,流速快;

②产品质量好,尺寸稳定,互换性好;

③生产效率高,压铸模使用次数多;

④适合大批大量生产,经济效益好。

(3)缺点:

①铸件容易产生细小的气孔和缩松;

②压铸件塑性低,不宜在冲击载荷及有震动的情况下工作;

③高熔点合金压铸时,铸型寿命低,影响压铸生产的扩大。

(4)应用:压铸件最先应用在汽车工业和仪表工业,后来逐步扩大到各个行业,如农业机械、机床工业、电子工业、国防工业、计算机、医疗器械、钟表、照相机和日用五金等多个行业。

4、低压铸造(low pressure casting)

低压铸造:是指使液体金属在较低压力(0.02~0.06MPa)作用下充填铸型,并在压力下结晶以形成铸件的方法.。

(1)工艺流程:

(2)技术特点:

①浇注时的压力和速度可以调节,故可适用于各种不同铸型(如金属型、砂型等),铸造各种合金及各种大小的铸件;

②采用底注式充型,金属液充型平稳,无飞溅现象,可避免卷入气体及对型壁和型芯的冲刷,提高了铸件的合格率;

③铸件在压力下结晶,铸件组织致密、轮廓清晰、表面光洁,力学性能较高,对于大薄壁件的铸造尤为有利;

④省去补缩冒口,金属利用率提高到90~98%;

⑤劳动强度低,劳动条件好,设备简易,易实现机械化和自动化。

(3)应用:以传统产品为主(气缸头、轮毂、气缸架等)。

5、离心铸造(centrifugal casting)

离心铸造:是将金属液浇入旋转的铸型中,在离心力作用下填充铸型而凝固成形的一种铸造方法。

(1)工艺流程:

(2)优点:

①几乎不存在浇注系统和冒口系统的金属消耗,提高工艺出品率;

②生产中空铸件时可不用型芯,故在生产长管形铸件时可大幅度地改善金属充型能力;

③铸件致密度高,气孔、夹渣等缺陷少,力学性能高;

④便于制造筒、套类复合金属铸件。

(3)缺点:

①用于生产异形铸件时有一定的局限性;

②铸件内孔直径不准确,内孔表面比较粗糙,质量较差,加工余量大;

③铸件易产生比重偏析。

(4)应用:

离心铸造最早用于生产铸管,国内外在冶金、矿山、交通、排灌机械、航空、国防、汽车等行业中均采用离心铸造工艺,来生产钢、铁及非铁碳合金铸件。其中尤以离心铸铁管、内燃机缸套和轴套等铸件的生产最为普遍。

6、消失模铸造(Lost foam casting )

消失模铸造(又称实型铸造):是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型簇,刷涂耐火涂料并烘干后,埋在干石英砂中振动造型,在负压下浇注,使模型气化,液体金属占据模型位置,凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。

(1)工艺流程:预发泡→发泡成型→浸涂料→烘干→造型→浇注→落砂→清理

(2)技术特点:

①铸件精度高,无砂芯,减少了加工时间;

②无分型面,设计灵活,自由度高;

③清洁生产,无污染;

④降低投资和生产成本。

(3)应用:

适合成产结构复杂的各种大小较精密铸件,合金种类不限,生产批量不限。如灰铸铁发动机箱体、高锰钢弯管等。

7、连续铸造(continual casting)

连续铸造:是一种先进的铸造方法,其原理是将熔融的金属,不断浇入一种叫做结晶器的特殊金属型中,凝固(结壳)了的铸件,连续不断地从结晶器的另一端拉出,它可获得任意长或特定的长度的铸件。

(1)工艺流程:

(2)技术特点:

①由于金属被迅速冷却,结晶致密,组织均匀,机械性能较好;

②节约金属,提高收得率;

③简化了工序,免除造型及其它工序,因而减轻了劳动强度;所需生产面积也大为减少;

④连续铸造生产易于实现机械化和自动化,提高生产效率。

(3)应用:

用连续铸造法可以浇注钢、铁、铜合金、铝合金、镁合金等断面形状不变的长铸件,如铸锭、板坯、棒坯、管子等。

铸造工艺选择的原则

1、优先采用砂型铸造

(1)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。

(2)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、铸造工艺应和生产批量相适应

(1)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。

(2)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。

(3)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、铸造工艺应适合工厂条件

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

各种铸造工艺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。

上述是常见铸造工艺的分类及优缺点、铸造工艺选择的原则。可见,铸造工艺的种类很多,其各自都有属于自己的优势,适用于不同领域的加工,那么在选用铸造工艺的时候一定要谨慎,根据需求来选择最合适的铸造工艺,这样才能够发挥出它的作用。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。

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