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铸造的方法
Revisedasof23November2020
铸造的方法
铸造的方法
1.铸造技术的方法选择
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
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
按工艺方法砂型铸造特种铸造
砂型铸造
☆砂型铸造的特点:
（1）生产周期短，产品成本低；
（2）产品批量、大小不受限制；（3）劳动强度大，劳动条件较差；（4）铸件质量不稳定，易产生缺陷。
1.常用的砂型常用砂型的主要特点和适用范围
铸型种类
铸型特征
主要特点
适用范围
湿砂型
以粘土做粘结剂，
不经烘干可直接
进行浇注的砂型
生产周期短、效率高，
易于实现机械化、自动化，设备投资和能耗低；但铸型强度低、发气量大，易于产生铸造缺陷
单件或批量生产，尤其是大批量生产。
广泛用于铝合金、镁合金和铸铁件
干砂型
经过烘干的高粘土含量的砂型
铸型强度和透气性较高，发气量小，故铸造缺陷较少；但生产周期长，设备投资较大，能耗较高，且难于实现机械化和自动化
单件、小批生产质量要求较高，结构复杂的中、大型铸件
表面
烘干型
浇注前用适当方法将型腔表层进行干燥的砂型
兼有湿砂型和干砂型的优点
单件、小批量生产中、大型铝合金铸件和铸铁件
自硬砂型
常用水玻璃或合成树脂作粘结剂，靠型砂自身的化学反应硬化，一般不需烘烤，或只经低温烘烤
铸型强度高，能耗低，生产效率高，粉尘少；但成本较高，有时易产生粘砂等缺陷
单件或批量生产各类铸件，尤其是大、中型铸件
2.常用的造型方法
按使用的工具不同，
分为手工造型和机器造型。
（1）手工造型：
指全部用手工或手动工具完成的造型工序。
1）特点：
操作灵活，适应性强，成本低，生产准备时间短，铸件质量差，劳动强度大，生产率低。
2）应用：
单件、小批量生产，各种大、小型铸件。
3）手工造型分类
①按砂箱特征分
两箱造型适用各种批量、大小铸件
三箱造型用于有两个分型面的单件、小批量生产
脱箱造型用于小型铸件
地坑造型用于生产批量小的大中型铸件
②按模型特征分
整模造型用于铸件最大截面靠一端且为平面的铸件，不会错箱
挖砂造型用于分型面是曲面的单件、小批量生产的铸件
假箱造型用于成批生产需要挖砂的铸件
活块造型用于单件、小批量生产带有凸出部分、难以起模的铸件
刮板造型用于有等截面或回转体的大、中型铸件，单件、小批生产
（2）机器造型指用机器完成全部或至少完成紧砂操作的造型工序。
1）特点：
①提高了生产率，铸件尺寸精度较高；
②节约金属，降低成本；
③改善了劳动条件；
④设备投资较大。
2）应用：
成批、大量生产各类铸件。
3）机器造型方法
①震压造型：
先震击紧实，再用较低的比压（－）压实。
紧实效果好，噪音大，生产率不够高。
②微震压实造型：
对型砂压实的同时进行微震。
紧实度高、均匀，生产率高，噪音仍较大。
③高压造型：
用较高的比压（－）紧实型砂。
紧实度高，噪音小，灰尘少，生产率高，但设备造价高。
④抛砂造型：
利用离心力抛出型砂，完成填砂和紧实。
紧实度均匀，噪音小；但生产率低。
⑥先进的造型方法
●负压造型（真空密封造型）
采用无水无粘结剂的型砂，用高弹性的塑料薄膜将砂箱密封后抽成真空，利用抽真空后形成的压差使型砂紧实、成型，并在负压状态下起模、下芯、合型浇注，冷凝后恢复常压，砂子即自行溃散，则可取出铸件。
●气冲造型：
通过特殊的快开阀将低压空气迅速引入填满型砂的砂箱上部，使型砂获得冲击紧实。
砂型紧实度高、透气性好、铸件精度高、表面光洁、噪声低、粉尘少、生产率高。
特种铸造
概述：
一.特种铸造：
是指与砂型铸造有显着区别的一些铸造方法。
例如：
熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、壳型铸造和连续铸造等。
二.特点：
（1）不用砂或少用砂，改善了劳动条件，减轻了劳动强度。
（2）铸件精度较高、性能较好。
（3）生产率高，工艺简单。
（4）成本高，生产周期长，在工艺上和应用上各有一定的局限性。
1.金属型铸造
（1）金属型铸造:
将金属液浇入金属铸型获得铸件的方法。
（2）特点:
1）铸件力学性能比砂型铸件高。
2）铸件精度和表面质量好。
3）可节约金属，生产率较高。
4）不用砂或少用砂，改善了劳动条件。
5）铸件成本高，易产生浇不足、开裂等缺陷。
6）铸造工艺要求严格。
（3）应用：
主要用于有色金属件的大批量生产。
例如：
铝活塞、汽缸体等。
（4）金属型的结构:
1）整体型；2）水平分型；3）垂直分型；4）综合分型。
（5）工艺特点：
1）金属型要预热2）喷刷涂料3）及时开型取件
2.压力铸造
（1）压力铸造：
指熔融金属在高压下快速压入型腔，并在压力下结晶，获得铸件的方法。
（2）应用：
主要用于大量生产非铁合金中、小型铸件。
（铝合金、锌合金等）
例如：
汽缸体、化油器、离合器等。
（3）压力铸造的特点
1）铸件尺寸精度高，表面质量好；
2）铸件力学性能好；
3）可压铸形状复杂的薄壁铸件；
4）可嵌铸其它材料，节省贵重材料；
5）生产率高，易于实现机械化和自动化；
6）铸件料质受限制；
7）设备投资大，不宜小批量生产；
8）压铸件不能进行大余量的机械加工和热处理。
（压铸件易产生小气孔）
（4）压力铸造的工艺过程闭合压型→压入金属液→打开压型、抽芯、顶出铸件
3.低压铸造
（1）低压铸造：
将合金液在压力下由铸型底部注入型腔，并在压力（60－150kPa）下结晶，获得铸件的方法。
（2）应用：
铝、镁合金中、小型件的成批大量生产。
例如：
汽缸体、缸盖、活塞等。
（3）低压铸造的特点
1）充型压力和速度便于控制；
2）铸件组织致密，力学性能高；
3）铸件形状可较复杂，精度较高；
4）金属利用率高，一般在90%以上；
5）但升液管寿命较短，生产率低于压力铸造。
（4）低压铸造的工艺过程
铸型准备→加压充型→放气卸压→开箱落砂
4.离心铸造
（1）离心铸造：
将金属液浇入高速旋转的铸型中，在离心力的作用下凝固成铸件的方法。
（2）应用：
主要用于大批量生产空心回转体铸件。
例如：
铸铁管、汽缸套、铜套等。
（3）离心铸造的特点
1）简化了套筒、管类铸件的生产过程；
2）离心铸件力学性能高，缺陷较少；
3）可生产流动性较差的薄壁及双金属铸件；
4）铸件的形状和尺寸受限制；
5）内表面粗糙，易产生偏析；
6）设备投资大，不宜单件、小批量生产。
5.熔模铸造
（1）熔模铸造：
即用易熔材料制成模样，用造型材料将其包覆，制成型壳，熔出模样，经高温焙烧，浇注获得铸件的方法。
（2）熔模铸造的特点
1）铸件精度和表面质量较高。
2）可以铸造形状复杂的薄壁铸件。
3）生产批量不受限制。
4）原材料价格贵，铸件成本高。
5）工艺过程繁杂，生产周期长。
6）铸件尺寸不能太大，质量一般小于25Kg。
（3）应用：
各种铸造合金，特别适于高熔点、难加工合金的小型铸件的成批、大量生产。
（4）熔模铸造的工艺过程
制造母模→制造压型→压制蜡模→组成蜡模组→结壳→脱模→焙烧→浇注→铸件清理
各种铸造方法都有其优点和不足,各适用于一定范围,选择铸造方法时,要根据铸件精度、生产批量、材质、结构、铸造方法的基本特点及现场条件等综合分析来确定。
常见的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
各种合金
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
铸件质量
尺寸精度（ＣＴ）
７～１３
６～９
４～８
６～９
６～９
４～７
７～９
７～９
内部质量
组织较松，晶粒较粗
组织致密，晶粒细小
组织致密，晶粒细
组织致密，晶粒细小
组织致密，晶粒细小
组织较松，晶粒较粗
组织较松，晶粒较粗
组织致密，晶粒细小
技术经济指标
生产效率
低或一般
较高
很高
较高
较高
低或一般
一般
设备费用
低或中
中
高
中
中或高
低或中
中
中或较高
生产准备周期
短
较长
长
较长
较长
较长
较长
较长
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