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:
& ]: }# |/ N% h1 q" E; s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 | & F: Y+ Q# S: I( P% a8 \# N7 q% J鑄件材質 | 鑄件重量 | 表面光潔度 | 鑄件復雜程度 | 生產成本 | 適用范圍 | ! E- B7 W8 G2 o( ~( O* @- g7 K: p工藝特點 |
砂型鑄造 | " J& L/ g6 A" z0 `; s) ]/ _0 p
各種材質 |
幾十克~很大 | " y N6 |2 O8 ?1 Y2 c差 | 簡單 | $ I7 n& C% Z" L低 | 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 |
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 | ! x2 s0 L3 P& m; q. }; a. @4 p7 _7 [1 M6 K& r) z! D
有色合金 | ! f U) n/ w G9 H v8 n3 I- ?
幾十克~20公斤 | 好 | ( g# @# i* u0 Q9 f) E/ H復雜鑄件 | 0 w) _$ g6 P; K! v7 L5 l, I金屬模的費用較高 | 4 o6 M G% S' q; v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。 | 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 | ' q' ]1 ~. J, ~7 @% `% L9 |
鑄鋼及有色合金 |
幾克~幾公斤 | 很好 | ]* @2 R. ~/ @4 ]4 Q$ S任何復雜程度 | 1 C# q. _' h* H' F8 t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 | * x2 L0 T. ?# X' z1 G0 G尺寸精度高、表面光潔,但工序繁多,勞動強度大 |
陶瓷型鑄造 | ( \: m5 U1 X7 x鑄鋼及鑄鐵 | 1 f- R5 o% q- J0 J2 _幾公斤~幾百公斤 | ( }* n( S" v9 T/ q# W) v很好 | : I- l) z! N. F9 b. }; V" ?" r較復雜 | & L2 x5 J7 f1 l* p; w9 C; y昂貴 | 模具和精密鑄件 | / T3 F+ [6 p6 |# M尺寸精度高、表面光潔,但生產率低 |
石膏型鑄造 | ' f' \& \; O# I: {
鋁、鎂、鋅合金 | 9 t4 \4 ~. b" Z- z
幾十克~幾十公斤 | $ k7 N# R3 N( m( A: P: V% p很好 | ( D. f$ }: v. G. T較復雜 | ' h: b+ r. H$ W" S% D9 P高 | 8 s, s7 x" Y0 _" x! F單件到小批量 | |
低壓鑄造 | 0 l% `1 U% Y& U+ n有色合金 | 幾十克~幾十公斤 | 好 | * i! W8 b( K$ Z3 N+ w, F+ i復雜(可用砂芯) | ; \, h; z0 W7 x. ~4 t) l8 b- ^金屬模的制作費用高 | 5 ]! J! G( J1 g/ B1 I' K8 i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 | , g; q& `7 U- g( m) D# x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 | 3 n7 w y; v- f, Z; ?: w+ |鋁、鎂合金 | 幾克~幾十公斤 | # t6 C M) p9 d0 u) u好 | 復雜(可用砂芯) | 高性能和形狀復雜的有色合金鑄件 | 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 | 鋁、鎂合金 | 幾克~幾十公斤 | 好 | 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 | 5 B" X' {3 }. |/ ?8 P灰鐵、球鐵 | ; J. w& g% ^. A; F' E4 `幾十公斤~幾噸 | 較好 | 一般為圓筒形鑄件 | % K! m! h8 v4 r3 E較低 | 8 y& e- ?/ v* U' P+ [1 r: Z% G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 | $ X m, J+ a* w7 K8 f. J& O4 a很大 | 較差 | 長形連續鑄件 | 低 | 固定截面的長形鑄件,如鋼錠、鋼管等 | 2 r S9 @2 n) r) ]; a組織致密,力學性能好,生產率高 |
消失模鑄造 | 各種 | }$ P* }9 T" d1 c: f% W# G幾克~幾噸 | 較好 | ! _8 F' ]/ |4 K4 W5 \ f$ e2 w, n較復雜 | ; W7 K% r9 e6 ], y較低 | ! \: G' |* W5 \3 y' ]+ e不同批量的較復雜的各種合金鑄件 | 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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