鑄造主要工藝過程包括:金屬熔煉、模型制造、澆注凝固和脫模清理等。鑄造用的主要材料是鑄鋼、鑄鐵、鑄造有色合金(銅、鋁、鋅、鉛等)等。鑄造方法常用的是砂型鑄造,其次是特種鑄造方法,如:金屬型鑄造、熔模鑄造、石膏型鑄造......等。而砂型鑄造又可以分為粘土砂型、有機粘結劑砂型、樹脂自硬砂型、消失模等等,如下圖:
鑄造方法選擇的原則:
1.優先采用砂型鑄造
據統計,我國或是國際上,在全部鑄件產量中,60~70%的鑄件是用砂型生產的,而且其中70%左右是用粘土砂型生產的。主要原因是砂型鑄造較之其它鑄造方法成本低、生產工藝簡單、生產周期短。所以象汽車的發動機氣缸體、氣缸蓋、曲軸等鑄件都是用粘土濕型砂工藝生產的。當濕型不能滿足要求時再考慮使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型。粘土濕型砂鑄造的鑄件重量可從幾公斤直到幾十公斤,而粘土干型生產的鑄件可重達幾十噸。
一般來講,對于中、大型鑄件,鑄鐵件可以用樹脂自硬砂型、鑄鋼件可以用水玻璃砂型來生產,可以獲得尺寸精確、表面光潔的鑄件,但成本較高。
當然,砂型鑄造生產的鑄件精度、表面光潔度、材質的密度和金相組織、機械性能等方面往往較差,所以當鑄件的這些性能要求更高時,應該采用其它鑄造方法,例如熔模(失臘)鑄造、壓鑄、低壓鑄造等等。
2.鑄造方法應和生產批量相適應
例如砂型鑄造,大量生產的工廠應創造條件采用技術先進的造型、造芯方法。老式的震擊式或震壓式造型機生產線生產率不夠高,工人勞動強度大,噪聲大,不適應大量生產的要求,應逐步加以改造。對于小型鑄件,可以采用水平分型或垂直分型的無箱高壓造型機生產線、實型造型生產效率又高,占地面積也少;對于中件可選用各種有箱高壓造型機生產線、氣沖造型線,以適應快速、高精度造型生產線的要求,造芯方法可選用:冷芯盒、熱芯盒、殼芯等高效制芯方法。中等批量的大型鑄件可以考慮應用樹脂自硬砂造型和造芯。
單件小批生產的重型鑄件,手工造型仍是重要的方法,手工造型能適應各種復雜的要求比較靈活,不要求很多工藝裝備。可以應用水玻璃砂型、VRH法水玻璃砂型、有機酯水玻璃自硬砂型、粘土干型、樹脂自硬砂型及水泥砂型等;對于單件生產的重型鑄件,采用地坑造型法成本低,投產快。批量生產或長期生產的定型產品采用多箱造型、劈箱造型法比較適宜,雖然模具、砂箱等開始投資高,但可從節約造型工時、提高產品質量方面得到補償。
低壓鑄造、壓鑄、離心鑄造等鑄造方法,因設備和模具的價格昂貴,所以只適合批量生產。
3.造型方法應適合工廠條件
例如同樣是生產大型機床床身等鑄件,一般采用組芯造型法,不制作模樣和砂箱,在地坑中組芯;而另外的工廠則采用砂箱造型法,制作模樣。不同的企業生產條件(包括設備、場地、員工素質等)、生產習慣、所積累的經驗各不一樣,應該根據這些條件考慮適合做什么產品和不適合(或不能)做什么產品。
4.要兼顧鑄件的精度要求和成本
各種鑄造方法所獲得的鑄件精度不同,初投資和生產率也不一致,最終的經濟效益也有差異。因此,要做到多、快、好、省,就應當兼顧到各個方面。應對所選用的鑄造方法進行初步的成本估算,以確定經濟效益高又能保證鑄件要求的鑄造方法。
鑄造方法的特點和適用范圍見下表:
鑄造方法 | " t# t- u# k+ v7 i$ D& s9 u1 ]; p鑄件材質 | 鑄件重量 | $ f% A3 n& J: V" v表面光潔度 | 鑄件復雜程度 | 5 Y- e( ?) T8 G9 _/ r生產成本 | : B% U) |2 l' I7 {6 G3 }8 C適用范圍 | 2 u! ]0 c3 g( _( D9 ~. h' N# a4 @7 ^工藝特點 |
砂型鑄造 | # d1 F3 b9 J; I
各種材質 |
幾十克~很大 | 差 | 簡單 | 低 | 7 Q9 K2 M# M6 I$ _ d" u 最常用的鑄造方法 手工造型:單件、小批量和難以使用造型機的形狀復雜的大型鑄件 機械造型:適用于批量生產的中、小鑄件 | 9 r& ?% ?! t+ g4 T9 P. h
手工:靈活、易行,但效率低,勞動強度大,尺寸精度和表面質量低 機械:尺寸精度和表面質量高,但投資大 |
金屬型鑄造 | " a2 I4 w& N7 \- T- f
有色合金 | , S1 x4 t/ a! F/ K
幾十克~20公斤 | - `. p) V2 d" F& y好 | 復雜鑄件 | 金屬模的費用較高 | + R7 `+ k9 N$ C6 B+ N( ?小批量或大批量生產的非鐵合金鑄件,也用于生產鋼鐵鑄件。 / u6 H8 |* I. C2 @4 s( |: K6 s( b | 鑄件精度、表面質量高,組織致密,力學性能好,生產率高。 |
熔模鑄造 | 8 r# T- V0 O4 ?. S) w- H4 H0 K
鑄鋼及有色合金 | u8 v) h4 x- R/ _+ @' {/ ]3 r
幾克~幾公斤 | 很好 | ' ~1 I5 Q1 i' D& ^任何復雜程度 | 批量生產時比完全用機加工生產便宜 | 各種批量的鑄鋼及高熔點合金的小型復雜精密鑄件,特別適合鑄造藝術品、精密機械零件 | 2 ?. Z7 c8 k6 T+ P" h尺寸精度高、表面光潔,但工序繁多,勞動強度大 |
陶瓷型鑄造 | : a& C' q& r1 I0 g) y2 ^鑄鋼及鑄鐵 | " U$ z1 N- }" `9 p, F幾公斤~幾百公斤 | % C8 \$ r% a5 ~" g" X8 j很好 | 較復雜 | . ^6 a1 B( L9 l, |; c昂貴 | 模具和精密鑄件 | / O. p% ^- O2 U$ q8 g# A# Y尺寸精度高、表面光潔,但生產率低 |
石膏型鑄造 | 5 {9 [. V9 }& Y7 P. f
鋁、鎂、鋅合金 | ' L/ b- E) W, o
幾十克~幾十公斤 | 很好 | # l. i7 Z* k ~6 v+ K較復雜 | 高 | 單件到小批量 | % n/ G' a0 C8 p( C: w) _|
低壓鑄造 | 9 p/ V! w) R% F8 \4 o' x' H d1 w有色合金 | 8 L- P9 S3 w# h. \- g! B幾十克~幾十公斤 | 好 | 復雜(可用砂芯) | & [$ M$ n- z0 _3 T0 T金屬模的制作費用高 | $ a' V: y6 H9 z' E2 o8 {$ A小批量,最好是大批量的大、中型有色合金鑄件, 可生產薄壁鑄件 | 鑄件組織致密,工藝出品率高,設備較簡單,可采用各種鑄型,但生產效率低 |
差壓鑄造 | " t/ s* E2 @6 H3 k7 Y+ X% a鋁、鎂合金 | 3 {: }. R! x( }9 u8 W1 Z( k$ T' m幾克~幾十公斤 | 9 h, \$ U/ X$ H1 h" l( D好 | 復雜(可用砂芯) | $ M: A# p b8 }. e+ B1 ?: l8 O, v | 高性能和形狀復雜的有色合金鑄件 | 1 P7 ?$ F/ I( C6 U3 p; w% h壓力可控,鑄件成型好,組織致密,力學性能好,但生產效率低 |
壓力鑄造 | 6 Y& W! d# F% `8 d) U6 z鋁、鎂合金 | , o& C* M5 e: H; ]5 G幾克~幾十公斤 | 好 | / {; i" Z) S/ r1 C4 L! B復雜(可用砂芯) | 金屬模的制作費用很高 | 大量生產的各種有色合金中小型鑄件、薄壁鑄件、耐壓鑄件 | 鑄件尺寸精度高、表面光潔,組織致密,生產率高,成本低。但壓鑄機和鑄型成本高 |
離心鑄造 | & V6 ~( x: o7 H" Q j$ g* }灰鐵、球鐵 | 6 J. z9 @ T3 q3 I& O _8 p幾十公斤~幾噸 | 較好 | / t0 a8 d6 m" G1 ^一般為圓筒形鑄件 | 8 p% B/ o! g5 u較低 | 8 V6 c4 ^* ^1 e4 W& ~小批量到大批量的旋轉體形鑄件、 各種直徑的管件 | 鑄件尺寸精度高、表面光潔,組織致密,生產率高 |
連續鑄造 | 鋼、有色 | 7 S2 }: U$ Z& N6 q很大 | 較差 | 長形連續鑄件 | : U7 W/ C1 g* U! D低 | ) s m9 ~6 E* D2 e g固定截面的長形鑄件,如鋼錠、鋼管等 | % A/ J6 X& a" X/ L# Y組織致密,力學性能好,生產率高 |
消失模鑄造 | d5 z' N2 W3 H/ `各種 | 幾克~幾噸 | ! [0 f7 g# n- M5 r較好 | 較復雜 | 較低 | 5 l% A" n" Z" c$ H& S. i不同批量的較復雜的各種合金鑄件 | 3 P- v4 z( g8 a! a; i, ~9 p! M鑄件尺寸精度較高,鑄件設計自由度大,工藝簡單,但模樣燃燒影響環境 |
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