金属铸造 – 定义、工艺和类型

金属铸造是一种制造工艺 包括 熔化金属并将其浇注到模具中 形成特定形状.它主要用于制造业生产各种零件，也用于雕刻和珠宝制作等美术领域。2020 年，钢铁金属铸造市场价值为 1,459.7 亿美元。预计该市场将以 年复合增长率为 5.4.

金属铸造工艺可追溯到 7000 多年前。几个世纪以来，铸造工艺不断发展和完善。如今，它能够 可重复生产高度复杂的形状其中有些是任何其他方法都无法实现的。

现在，铸件的应用非常广泛，无论您身处何种环境，都不可能避免使用铸件产品。铸件金属产品包括发动机缸体、消防栓、电机、工具、交通信号灯、沙井、管道、阀门和各种配件。

在本文中，我们将探讨金属铸造工艺，了解什么是金属铸造、金属铸造的类型以及金属铸造的工作原理。

什么是铸造？

铸造工艺通过将金属加热到熔化温度以上，然后将液态金属浇注到模具中，从而生产出所需形状的金属零件。熔融金属流入空腔，符合模具的形状。金属冷却凝固后，从模具中取出，送去进行后处理。在后处理过程中，表面光洁度和外观会得到改善，并会涂上必要的保护涂层。

金属铸造仅受制造商想象力的限制。它可以形成非常复杂的形状。

对于复杂的几何形状来说，铸造是首选，因为在这种情况下，与数控加工等相比，铸造的成本效益更高，工艺更简单。但它也广泛用于最简单的形状，因为其周转时间快，生产能力大。

现代铸造方法可以生产出接近净形的形状，从而大大减少了去毛刺和其他后处理操作的必要性。

金属铸造工艺

金属铸造工艺之所以如此受欢迎，是因为其固有的简单性。 不需要现代机械或复杂的工艺就能获得成品。

因此，即使是古代军队也能利用它来生产武器和工具。但随着时间的推移，铸造工艺的发展又增加了一些步骤，以确保最终产品尽可能达到最佳质量。让我们来看看当今工业中使用的典型金属铸造工艺。

步骤 1：模具制作

模具制作可以说是金属铸造过程中最关键的一步。 模具的质量直接影响到成品的质量.模具制作方法因金属类型、零件几何形状、生产能力和所需的表面质量而异。一旦确定了这些规格，就可以确定合适的材料和方法。

模具是以所需零件的阴模形式制作的。模具的材料不仅要能承受熔融材料的高温，还要在冷却后容易与固体金属零件分离。用于模具的材料包括砂、石膏、耐火泥浆和陶瓷液。有些模具只能使用一次，有些则可以反复使用。

步骤 2：熔化和浇注金属

将铸件金属加热到熔点以上，形成自由流动的液体。液体中必须尽可能没有杂质和渣滓。可在铸模上加装装置，防止渣滓进入铸件。熔融金属被倒入模具顶部的浇注盆中。然后，液化金属进入浇道（垂直通道），并通过流道（水平通道）和浇口（型腔入口）进入型腔。

粘度较低的金属很容易流入铸件，并形成更精细的图案。粘度较高的金属则表现为非紊流，有助于消除气孔等缺陷。凝固速度和驱动力也受熔融金属粘度的影响。

步骤 3：从模具中取出金属铸件

在一次性模具的情况下，模具被打碎，以取出金属铸件。

对于永久性铸模，铸模上有各种开口安排，以便取用铸件。模具可在下一批生产中重复使用。

步骤 4：精加工和后处理

从铸模中取出的铸件不能在当前状态下使用。当熔融金属倒入铸模时，浇口、流道、冒口和通气孔中的液态金属也会凝固。所有这些附属物都要切断。可能还需要进行表面处理。

然后，如果应用需要，部件将被送去清洗和喷涂。

铸造工艺类型

铸件可以用铝、锌、钢和铁等各种金属制成。每种金属都具有独特的特性，因此有必要调整铸造技术，以获得最佳产品。

铸造技术还取决于合金成分、零件几何形状、成本、所需的最终质量、生产规模和性能标准等参数。

铸造工艺分为两种：第一种是 根据模具的寿命 (消耗性和非消耗性铸模），第二种是 合金注射方法 (重力铸造、压力铸造或真空铸造）。在本文中，我们将把铸造工艺分为消耗性和非消耗性铸模。

消耗性模具铸造工艺

消耗性模具铸造工艺使用 只能使用一次的模具.这些模具可用于各种铸造工艺，如砂模铸造、壳模铸造和熔模铸造等。但必须注意的是，这些模具并不总是在使用后被丢弃。在模具改造可能的情况下，制造商可能会尝试挽救模具。

让我们来详细了解一些使用不可重复使用的铸模的工艺：

砂模铸造

在砂型铸造中，砂被用作模具材料。与大多数材料相比，砂子便宜、易得、柔韧、耐高温。绿砂（潮湿）和干砂是最适合铸造工艺的材料。

先制作出所需零件的阴模，然后将熔融金属倒入其中。金属凝固后，将砂移出，取回铸件。

砂型铸造是最古老的铸造方法之一。由于其 简单、用途广泛且经济实惠.

砂型铸造可生产的产品尺寸从几厘米到几十米不等。产品重量从 75 克到数吨不等。

不过，砂型铸造不能提供最佳的表面光洁度，因此更适合于较大的产品，这些产品可以在以后进行精加工，以获得更光滑的表面。

石膏模铸造是一种砂模铸造法，用石膏代替砂来制作模具。

贝壳造型

砂壳造型是一种砂型铸造工艺。不过，金属铸造不是在松散的砂子中进行，而是在薄壁、坚硬的砂壳中进行。

要制作这种砂壳，必须先制作一个模型。模型是具有所需零件形状的物体。将图案加热并放入混有热固性树脂粘合剂的沙子中。图案周围的沙子形成部件的形状，树脂使其硬化。外壳在烤箱中进一步固化。一旦外壳准备就绪，就将其放入烘烤材料中，然后将熔融金属倒入其中。铸件凝固后取出。

壳模具有人力需求低（自动化时）、产能高和尺寸精度高等优点。

然而，壳模成型 比砂型铸造稍贵 由于使用的是树脂。此外，还可能存在材料强度较低和气孔率较高等问题。如果加工过程没有实现自动化，人工成本也会相当高。

熔模铸造

熔模铸造又称失蜡铸造或精密铸造，它使用蜡来持续制造精确的铸件。

该工艺始于通过金属模具获得的蜡型。多个蜡型与浇口、流道和浇口组装在一起。这样就可以同时铸造多个零件。

将蜡型组件浸入或 “注入 “耐火泥浆中，形成组件的形状。

然后将蜡型和泥浆外壳一起加热。蜡从外壳中流出，可以回收再利用。

然后，浆壳形成铸造工艺的模具。熔融金属被倒入模具，凝固成所需的零件。

熔模铸造精度高.它适用于要求精确的复杂零件，如涡轮增压器转子。它还能提供非常好的表面光洁度。

另一方面，该工艺比砂型铸造和壳型铸造更为昂贵。它对某些特征有限制，如孔的大小和深度。当涉及型芯时，实施熔模铸造可能具有挑战性。

非消耗性模具铸造工艺

这些铸造技术使用永久性 可多次重复使用的模具.无需像消耗性铸模那样，每次铸造都要准备一个新的铸模。这对于需要精细表面光洁度、高尺寸精度和复杂形状的铸件来说非常有利。

以下铸造工艺可归类为非消耗性工艺：

压铸

压铸工艺使用金属模具来铸造其他金属。模具通常由铝、铜和锌等有色金属合金制成，但也使用黑色金属模具。

压铸 金属模具制造成本高昂 但它们的使用寿命很长。这使得压铸更加 适合大批量生产.

与其他金属铸造技术相比，压铸技术更适用于需要高质量表面光洁度的中小型零件。

压铸工艺主要有两种： 重力铸造和压力铸造.重力压铸利用重力将熔融金属注入模具。通道和模腔的设计方式可使金属自然流入凹槽。

压力铸造是在高压下注入熔融金属以填充模具。这种工艺在模具设计方面具有更大的灵活性，但成本较高，且以技术为基础。

压力铸造更适用于复杂的几何形状，而重力铸造则更适用于简单的设计。

离心铸造

离心铸造 利用离心力铸造圆形部件.该工艺一般用于制造标准尺寸的铸件，如管道，而不是成品。

由于该工艺利用重力和压力，因此设计非常精细，精度极高。

熔融金属从中心注入，模具的旋转运动将金属推向边缘，形成环形。通过连续添加各种材料，可以生产出多层管道。例如，离心铸造可以制造出内部带有水泥衬里的铸铁管道，以防止腐蚀和随后的结瘤。

离心力还能将粘性熔融金属推入极细的空腔。金属可以被塑造成复杂的形状，形成复杂的设计。因此，这一概念也常用于制作珠宝。

铸造机可以是卧式的，也可以是立式的。水平机器适用于管道等长型产品，而垂直轴机器则更适用于轴承等短型产品。

离心铸造具有不需要型芯、能产生良好的晶粒结构、对长度、壁厚和直径等尺寸没有限制等优点。

离心铸造是薄壁圆柱体等特殊应用的最佳选择。但它也有缺点，如形状限制、无法加工较小直径以及与有限合金的兼容性。在离心铸造中，杂质会聚集在中心，很难清除。

连续铸造

连铸又称绞线铸造或板坯铸造，可生产出 横截面恒定的连续铸件.

熔炉中的熔融金属被小心翼翼地倒入一个水槽中，然后从水槽中将金属转移到具有所需截面的水冷模具中。冷却加速了熔融金属的凝固。

在金属凝固的同时，它还会通过滚筒从铸模中拉出，铸件可在此冷却并进一步定型至最终尺寸。凝固完成后，铸件被切割成标准尺寸。

连续铸造具有生产率高、精度高、废料少和晶粒结构好等优点。

然而，该工艺需要较高的初始投资，而且最终产品可能存在内部缺陷和表面质量差。

摘要

金属铸造是一种生产可靠金属产品的熟练而经济的方法。它提供多种工艺。每种工艺都有其优缺点，使其适用于特定的应用。

例如，砂型铸造非常适合一次性的复杂工件，而压铸则更适合需要高生产率的复杂产品。

铸造中使用的模具分为消耗性模具和非消耗性模具。消耗性模具在每次使用后都会被销毁，例如在砂型铸造中，而非消耗性模具则更为永久，可使用几天到几年不等。

金属铸造的多功能性使其成为从汽车到航空航天等各行各业必不可少的金属加工技术，确保了复杂零件的高精度和可重复性生产。