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 | 4 [' v' u8 i" R% ~+ z鑄件材質 | 5 D3 N. w8 R+ R1 g8 K" a* H鑄件重量 | 表面光潔度 | 鑄件復雜程度 | % P7 q, R ?: Q$ Y; W) ]* J生產成本 | 1 d' } V! T2 |/ k適用范圍 | - \7 S5 [: f5 G工藝特點 |
砂型鑄造 | $ C0 V3 P9 K" T/ G# u( P: D* s4 Z" _ G! ?: D, l: q
各種材質 |
幾十克~很大 | - O- T! E; m* J9 S5 b4 L5 ^差 | / q/ d" O/ N: V# t2 W簡單 | ! n" [* Y; A7 c, w0 _" [- {4 u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 | $ J3 Y+ Z! g: F p T7 }* {
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 | / }4 y& @+ V- S* y! d
有色合金 |
幾十克~20公斤 | : |) V( A1 L& g# V: [7 ~& q好 | 0 F$ w+ o7 H8 S9 a3 B; k復雜鑄件 | 金屬模的費用較高 | 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 | : ?$ b- w; |% q- r! B8 l
鑄鋼及有色合金 | , q/ N3 \! w- P+ S& F5 Q
幾克~幾公斤 | 很好 | % D2 U. a* O/ Q1 A8 w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 | 尺寸精度高、表面光潔,但工序繁多,勞動強度大 |
陶瓷型鑄造 | 鑄鋼及鑄鐵 | 幾公斤~幾百公斤 | 0 I! r5 S: B' m1 m# ?很好 | , U2 |- y- ^3 _較復雜 | 1 N, x. i8 p& A. Y0 Y/ F! f昂貴 | 模具和精密鑄件 | 0 Q" G$ ^) x& d/ }0 m尺寸精度高、表面光潔,但生產率低 |
石膏型鑄造 | 8 \4 n( O; e, {1 U: c) s
鋁、鎂、鋅合金 | * h J- g- Z9 C& }, z. J: p3 q
幾十克~幾十公斤 | 很好 | 較復雜 | 高 | 8 P" P2 A7 \# C; f單件到小批量 | 7 L w' [: i O|
低壓鑄造 | 有色合金 | ( M* S, X. \) c B* p幾十克~幾十公斤 | 好 | " ]2 L/ t4 q& l* S2 [" {' T復雜(可用砂芯) | . F- ~1 b* N+ N! b, o! b3 D# N金屬模的制作費用高 | 3 Y& A. Y. l0 u5 k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 | * h4 F9 r8 K' {1 c7 H- [8 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 | 鋁、鎂合金 | 4 x7 A# o; q+ Y ?/ s5 g+ ~& i幾克~幾十公斤 | 8 R8 c: c0 A3 a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 | ' O- _/ K$ _) B# Q/ h/ D鋁、鎂合金 | 8 I& g3 t, n; ~0 m幾克~幾十公斤 | 0 |' M4 L' L/ c* z4 Y' |" j0 Z/ V8 p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 | 灰鐵、球鐵 | 幾十公斤~幾噸 | 較好 | : t- F# i. N1 n0 S( P P' _一般為圓筒形鑄件 | 6 X6 _! j2 ?3 U較低 | , c: X: Q9 _3 { h5 d% O& Q" `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 | 9 w% a- c/ q j9 ?7 c7 j2 r鋼、有色 | 6 c, J/ z0 h# e4 z; Q! F很大 | 1 p2 T7 ~% [% c* u- [較差 | ; ~( s# U* k# k2 `2 Y1 ]長形連續鑄件 | / c6 M# m" o# e) a低 | 固定截面的長形鑄件,如鋼錠、鋼管等 | 4 q" J. V2 }5 N& f組織致密,力學性能好,生產率高 |
消失模鑄造 | - v- [7 Q% E# l- \各種 | 幾克~幾噸 | 較好 | 較復雜 | 較低 | ' Z& G' [ u! 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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