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其它铸造方法

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其它铸造方法

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铸造方法综述

更新时间:2017-06-26 点击数:1047

铸造方法综述

一、概述
    把金属材料做成所需制品的工艺方法很多,如铸造、锻造、挤压、轧制、拉延、冲压、切削、粉末冶金等等。其中,铸造是最基本、最常用的工艺。
    把熔化的金属液注入用耐高温材料制作的中空铸型内,冷凝后得到预期形状的制品,这就是铸造。所得到的制品就是铸件。
    铸造可按铸件的材料分为黑色金属铸造(包括铸铁、铸钢)和有色金属铸造(包括铝合金、铜合金、锌合金、镁合金等)。 
    铸造有可按铸型的材料分为砂型铸造和金属型铸造。
    铸造还可按金属液的浇注工艺分为重力铸造和压力铸造。重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺,也称浇铸。广义的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造、消失模铸造,泥模铸造等;窄义的重力铸造专指金属型浇铸。压力铸造是指金属液在其他外力(不含重力)作用下注入铸型的工艺,按照压力的大小,又分为高压铸造(压铸)和低压铸造。
    砂型铸造是一种以砂作为主要造型材料,制作铸型的传统铸造工艺。砂型一般采用重力铸造,有特殊要求时也可采用低压铸造、离心铸造等工艺。砂型铸造的适应性很广,小件、大件,简单件、复杂件,单件、大批量都可采用。砂型铸造用的模具,一般木材制作,通称木模。此外,砂型比金属型耐火度更高,因而如铜合金和黑色金属等熔点较高的材料也多采用这种工艺。但是,砂型铸造也有一些不足之处: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;又因为砂的整体性质软而多孔,所以砂型铸造的铸件尺寸精度较低,表面也较粗糙。

    金属型铸造是用耐热合金钢制作铸造用中空铸型模具的现代工艺。金属型既可采用重力铸造,也可采用压力铸造。金属型的铸型模具能反复多次使用,每浇注一次金属液,就获得一次铸件,寿命很长,生产效率很高。金属型的铸件不但尺寸精度好,表面光洁,而且在浇注相同金属液的情况下,其铸件强度要比砂型的更高,更不容易损坏。因此,在大批量生产有色金属的中、小铸件时,只要铸件材料的熔点不过高,一般都优先选用金属型铸造。但是,金属型铸造也有一些不足之处:因为耐热合金钢和在它上面做出中空型腔的加工都比较昂贵,所以金属型的模具费用不菲,不过总体和压铸模具费用比起来则便宜多了。对小批量生产而言,分摊到每件产品上的模具费用明显过高,一般不易接受。又因为金属型的模具受模具材料尺寸和型腔加工设备、铸造设备能力的限制,所以金属型不适合于特别大的铸件生产。在小批量及大件生产中,一般不采用金属型铸造。此外,金属型模具虽然采用了耐热合金钢,但耐热能力仍有限,一般多用于铝合金、锌合金、镁合金的铸造,在铜合金铸造中已较少应用,而用于黑色金属铸造就更少了。 
 

    压铸是在压铸机上进行的金属型压力铸造,是目前生产效率最高的铸造工艺。压铸机分为热室压铸机和冷室压铸机两类。热室压铸机自动化程度高,材料损耗少,生产效率比冷室压铸机更高,但受机件耐热能力的制约,目前还只能用于锌合金、镁合金等低熔点材料的铸件生产。当今广泛使用的铝合金压铸件,由于熔点较高,只能在冷室压铸机上生产。压铸的主要特点是金属液在高压、高速下充填型腔,并在高压下成形、凝固,压铸件的不足之处是:因为金属液在高压、高速下充填型腔的过程中,不可避免地把型腔中的空气夹裹在铸件内部,形成皮下气孔,所以铝合金压铸件不宜热处理,锌合金压铸件不宜表面喷塑(但可喷漆)。否则,铸件内部气孔在作上述处理加热时,将遇热膨胀而致使铸件变形或鼓泡。此外,压铸件的机械切削加工余量也应取得小一些,一般在0.5mm左右,既可减轻铸件重量、减少切削加工量以降低成本,又可避免穿透表面致密层,露出皮下气孔,造成工件报废。

二、常用铸造方法比较

在常用的铸造方法中,砂型铸造工艺适应性最强,设备费用和铸件成本较低,应用最广泛,目前世界上铸件总产量中砂型铸件约占80%~90%。但在特定的场合下,如薄壁件、精密件铸造或大批量生产时,特种铸造往往显示出独特的优越性。常用铸造方法的特点和适用范围见表2-5。

  表2-5  常用铸造方法的特点和适用范围


项目

 

砂型铸造

金属型铸造

压力铸造

低压铸造

离心铸造

熔模铸造

实型铸造

连续铸造

铸件特征

材质

各类合金

非铁合金为主

非铁合金

各类合金

各类合金

各类合金

各类合金

各类合金

尺寸大小

各种尺寸

中、小件为主

中、小件

中、小件

各种尺寸

小件为主

各种尺寸

各种尺寸

结构

复杂

一般

较复杂

较复杂

一般

复杂

较复杂

简单

三、铸造技术的发展趋势

    随着科学技术的迅速发展,尤其是计算机的广泛应用,铸造行业正由劳动密集型向高科技型转化,由机械化、自动化向智能化方向发展,传统工艺和材料正逐步被新工艺、新材料取代。 

(一)计算机的应用

1.计算机辅助工艺设计(CAPP)  在发达国家已得到普遍应用,如充型过程流动场、温度场、应力场、凝固组织等的模拟,铸件浇注位置、浇注系统、冒口等的优化设计,以及浇注温度、浇注时间、铸型温度等参数的计算和优化等均已应用了计算机技术。

2.铸造过程的自动控制与检测  近年来,铸造过程的控制与检测已形成了从单机到系统、从刚性到柔性、从简单到复杂等不同层次的自动化加工技术。通过集成电路取代分立元件,以可编程序控制取代继电器,已可实现铸造设备乃至整条生产线的自动控制。

对各种工艺参数进行实时监控或自适应控制,已应用于型砂性能及砂处理过程、炉料配比及熔炼质量、铸型性能及造型线工作状况等的监控中。有效地提高了铸件质量和生产效率。

压铸、机器造型等柔性单元(FMC)已得到开发和应用,可在规定范围内按预先确定的工艺方案不停机快速更换模具或模板,实现多品种不同批量的生产。动作功能类似人的手臂的各类操作机以及能自动控制、可重复编程、多功能的工业机器人正得到进一步开发和扩大应用。计算机集成制造系统(CIMS)也正在开发中。 

(二)先进制造技术的应用

1.精密铸造技术  随着工业生产对毛坯精度的要求不断提高,高效、高紧实度及精密铸造技术进一步得到改进和扩大应用,如高压造型、气冲造型、自硬砂造型等高紧实度砂型铸造以及压铸、熔模铸造、实型铸造等特种铸造技术。压铸和实型铸造发展迅速,压铸机正趋于大型化,轿车车门已能整体铸出。实型铸造在生产近无余量、形状复杂的铸件以及绿色生产方面的优越性已逐步显现。

   2.快速成形技术  即采用激光固化、激光烧结或熔化沉积等多种方式,将树脂、塑料、蜡或金属等材料快速叠加获得制品的成形技术。图2-2-43所示为采用激光束扫描光敏树脂使其逐层固化快速成形的工作原理。该技术在铸造生产中已用于生产蜡模、铸型、型壳、型芯等。

 


图2-2-43 激光快速成形

 

(三)金属熔炼

    大型冲天炉正向着热风,水冷、大吨位、连续熔炼的方向发展。小型冲天炉正向着进一步提高铁液质量的方向发展,主要是强化预热送风,加氧送风和脱湿送风等措施。大批量生产和重要铸件生产中,采用冲天炉-电炉双联熔炼日益增多,此外,感应电炉正逐步取代冲天炉,电炉熔炼将趋于熔炼与保温单一电源多炉体,以降低能耗。材料的净化与强化技术将得到进一步发展,如真空熔炼和浇注、炉外精炼、强化孕育、定向结晶和快速凝固等。 

(四)造型材料

    目前国内外中、小型铸件广泛采用粘土砂湿铸造,由于其工艺成熟、成本低廉、工艺适应性强、生产能力高,在今后相当长时间内仍将是主要的造型方法。干砂型国外早已淘汰,而代之以自硬砂。

   树脂砂成型性好,工艺简便、旧砂回用率高,且铸件表面质量较好,已经广泛用于制芯,并被公认为今后发展的方向。但因树脂含甲醛、酚等有害物质,污染环境,现在正研制比强度高的树脂,以降低其用量。

   适合铸钢件生产的水玻璃砂作为少、无污染的绿色铸造工艺有很好的发展前景,其溃散性差、旧砂回用率低的难题已有突破,应用面正逐步扩大。废弃旧砂全国每年有上千万吨,故采用优质原砂及提高旧砂回用率仍是降低成本、实现绿色铸造的重要课题。


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