金属铸造详解：定义、工艺流程与主要类型
什么是金属铸造？
金属铸造是将熔融金属倒入具有特定几何形状空腔的模具中，冷却凝固后获得实体零件的工艺。“铸造”一词也指代通过该工艺制造的零件，其历史可追溯至6000年前。
历史上，铸造常用于制造形状复杂或体积巨大、难以或成本过高用其他工艺制造的零件。
金属铸造是一项源远流长的现代工艺。在铸造过程中，熔融金属被注入模具型腔，冷却后取出成型。
金属铸造可以说是历史上最早且影响最深远的工业工艺之一。我们日常使用的众多金属制品——汽车零件、火车车轮、路灯柱、校车踏板等——均源于此。
此外，铸造厂依赖金属回收作为经济高效的原料来源，显著减少了本可能填埋的废金属。
金属铸造工艺流程
1. 造型
模样是铸件外形的复制品，通常由木材、金属、塑料或石膏制成。造型对于工业零件制造至关重要，精确的计算确保零件配合协同工作。
2. 制芯
若铸件为空心结构，需用砂芯或金属芯成型内部空腔。芯子需具备足够强度且易于从成品铸件中取出。
3. 型砂造型
想象你在湿沙滩上行走留下的脚印：你的脚相当于芯子，沙子上的印痕就是模具。造型是多步骤过程，用型砂在砂箱中围绕模样形成铸型。这称为砂型铸造。砂子夯实后取出模样，铸型即成。也可制作不可破坏的金属双片模具，用于工业批量生产同类零件。
4. 熔炼与浇注
金属熔化后注入模具型腔并静置凝固。凝固后开始落砂清理：模具经振动去除铸件上的砂子。工业上使用如双质量落砂机等设备，凭借高效平稳性能保持高产出。回收的砂子经冷却再生后可再次使用。
5. 清理
最后将铸件从模具中取出并进行修整。修整过程中清除残留型砂材料，去除毛刺和飞边。
金属铸造的主要类型
按模具设计基本性质，金属铸造可分为消失模铸造和永久模铸造两大类，再按模样材料进一步细分。
- 可重复使用模具：
- 永久模
- 半永久模
- 无芯铸造
- 离心铸造
- 压力铸造
- 压铸
- 消失模具：
- 砂型铸造
- 壳型铸造
- 熔模铸造（失蜡铸造）
- 全模/泡沫铸造
消失模铸造
顾名思义，消失模铸造使用一次性不可重复的模具，取出铸件时需破坏模具。模具材料通常为砂、陶瓷、石膏等，通过粘结剂改善性能。该工艺可铸造结构复杂、几何精细的零件。
永久模铸造
又称非消失模铸造，使用可重复利用的永久模具。虽能生产重复性好的零件，但因需打开模具取件，仅适合形状相对简单的铸件。
复合模铸造
结合消失模和可重复使用模具，常用材料包括砂、木、石墨和金属。
金属铸造的应用领域
按行业划分的铸件消耗凸显了铸造在工业体系中的核心地位：
- 交通运输：汽车、航空航天、铁路、航运
- 重型装备：建筑、农业、采矿
- 机床：加工、铸造、塑模、锻造、挤压、成型
- 厂矿机械：化工、石油、造纸、制糖、纺织、钢铁、火电
- 国防：车辆、火炮、弹药、储存及配套设备
- 电气设备：电机、发电机、泵、压缩机
- 五金：管道管件、阀门、接头
- 家用：家电、厨房园艺用具、家具配件
- 艺术品：雕塑、神像、家具、灯座、装饰品
金属铸造的优势
- 可生产形状复杂的零件
- 内腔、空心结构等特征易于实现
- 大型部件可一次成型
- 难以或昂贵用其他工艺制造的材料可铸造
- 中大批量生产时成本低于其他工艺
- 几乎所有金属均可铸造
- 近净成形，无需或仅需极少后续加工
金属铸造的局限性
- 表面粗糙度较大，公差范围宽，不适合配合面
- 壳型铸造等工艺在尺寸和模样上有限制
- 模样制作耗时且昂贵，虽近年采用粘结剂喷射等增材制造技术制模
- 压铸模具成本高，小批量生产不经济
- 零件尺寸和材料选择受工艺限制，如永久模铸造仅适用有色金属
常见问题
金属铸造的专业名称是什么？
在金属加工和首饰制作中，铸造是指将液态金属（通常用坩埚）注入包含预期形状负向印象（即三维负像）的模具中。金属通过称为浇道的中空通道进入模具。
铸造的四大主要类型是什么？
压铸、熔模铸造、石膏铸造、砂型铸造等热成型工艺各具独特制造优势。
金属铸造需要哪些工具材料？
金属铸造需要各种工具材料。盛装熔融金属的容器称为“坩埚”。其他必要工具包括熔炉、砂箱、手工捣实工具、坩埚钳、透气针、手工筛、喷水壶等。
金属铸造用于什么领域？
金属铸造是一项有7000年历史的工艺，广泛应用于制造业和艺术创作。熔融金属从坩埚转移至模具形成金属铸件，冷却后取出精加工。
铸造有哪些类型？
10种不同铸造工艺：
- 砂型铸造
- 熔模铸造
- 压铸
- 低压铸造
- 离心铸造
- 重力压铸
- 真空压铸
- 挤压压铸
金属铸造能生产哪些产品？
金属铸造产品示例：
- 泵体
- 环段铸件
- 工业炉门
- 消火栓壳体
- 消火栓颈部
- 热处理炉
- 大型铝安装板
- 铝齿轮箱
金属铸造的优势有哪些？
金属铸造的优势：
- 可生产复杂形状
- 内腔、空心结构易于铸造
- 大型部件可一次成型
- 难以或昂贵用其他工艺制造的材料可铸造
金属铸造的劣势有哪些？
铸造除上述优势外，也存在以下劣势：
- 表面粗糙，多需后续精加工
- 存在铸造缺陷风险
- 疲劳强度低于锻造
- 大规模量产不经济
最常用的金属铸造工艺是什么？
砂型铸造是应用最广泛的金属铸造形式，但其模样需从模具中取出，可能导致复杂模样结构困难。
金属铸造何时发明？
现代金属铸造是需要精确化学和完美执行的复杂工艺。虽当前方法相对较新，但最早的金属铸造可追溯至公元前4000年左右。
如何熔化金属进行铸造？
可使用火炬、电炉、丙烷炉、感应炉甚至微波熔炉熔化金属。最佳选择取决于预算、材料类型和单次熔炼量。
金属模具如何制造？
作为制造工艺，浸渍成型类似传统蜡烛制作。加热金属模具浸入液态材料槽（加热或常温），取出固化后脱模得零件。
如何自制模具铸造？
- 将物体固定在一次性杯底的浅层塑性粘土或粘土床上
- 将硅胶倒入杯中覆盖物体，静置15分钟干燥
- 将模具置于水平面，用美纹胶带固定，开始浇注首件铸件
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