金属铸造基础：新手入门指南
铸造厂金属铸造概览
我们的生活充满铸造金属产品。许多我们视为理所当然的金属物品——火车车轮、拖车挂钩、路灯、大型工业设备、甚至雕塑——都在铸造厂铸造。铸造金属应用之广泛展示了其多功能性：金属可铸造成耐用、复杂的金属部件，极少机加工或焊接，从而减少昂贵人工需求。更重要的是，金属铸造厂已成为废金属回收的重要用户，将废弃金属物品转化为有用产品。
什么是金属铸造？
铸造是通过将液态金属填入模具空腔，冷却后形成实心金属形状（铸件）的工艺。制造铸件的基本步骤包括：制模、造型、熔炼浇注、冷却、落砂清理、热处理和检验。
制模
铸造术语中，“模样”是待铸造物体的复制品，用于成型模具型腔。材料范围广，包括木材、金属、塑料。制模是生产这些模样的过程。因模样决定铸件形状，铸件质量不得优于其来源模样。为生产优质铸件，模样必须精心设计、制作和精加工。
模样主要功能：
- 成型模具型腔
- 适应铸造金属特性
- 提供精确尺寸
- 提供液态金属进入模具的途径（浇注系统）
凝固时金属倾向收缩和/或变形（程度因铸造金属而异）。模样设计内置收缩和变形余量以补偿。模样垂直壁还须有锥度，称脱模斜度，这是不扰动模具壁取出模样所必需的。
中空铸件可用芯子——额外的砂或金属件，成型铸件内部孔洞和通道。每个芯子在浇注熔融金属前定位在模具中。为固定芯子，模样上有凹槽称芯座，芯子可锚定其中。
造型
造型是准备模具接收熔融金属的过程。有两大类模具工艺：可重复使用和非重复使用。
顾名思义，可重复使用模具可反复使用。金属凝固冷却过程中不破坏模具。可重复使用模具通常由金属制成。
相反，非重复使用模具是临时物体，在金属凝固冷却过程中被破坏。最广泛使用的非重复使用模具法是砂铸，将特殊处理的砂（“湿”砂）夯实在模样周围并置于砂箱（模箱）中。然后取出模样，放置芯子，建立浇注系统引导熔融金属进入模具。
这些大类模具方法下有许多专门子类型，针对不同铸造金属和各种模样复杂度优化。此类方法包括压铸、低压铸造、壳型铸造和熔模铸造。
熔炼与浇注
铸件生产使用两类金属：铁基（含铁）和非铁基（不含铁）。铁基合金包括钢、可锻铸铁和灰铸铁。铸造常用非铁基合金为铝和铜，有时也用镁、镍、钛基合金用于特殊应用。
待熔炼铸造的金属——通常是回收废金属和合金金属的混合物——装入炉子“充料”。炉内金属经受极高温度直至达到熔点（常超 2500°F [1370°C]）。需专用熔炼炉达到如此高温。
铸造厂采用的两大主流熔炼炉为电弧炉和感应炉。
电弧炉按批次熔炼，生产称为“炉次”的熔融金属批次。通过石墨电极向炉内供电能量熔化金属。氧燃料燃烧器和氧枪提供额外化学能。熔炼过程中吹氧去除杂质和溶解气体。金属熔化时炉渣形成并浮在熔融金属表面；炉渣常含不良杂质，出铁前（从炉中取出金属的过程）移除。
感应炉通过电磁感应传递电能——初级线圈高压电源在钢料（次级线圈）中感应出低压大电流。感应炉能熔炼合金多种金属且熔损极小，但在金属精炼能力上不如电弧炉。
因各自优劣势，电弧炉更广泛用于铁基金属熔炼，感应炉在非铁基应用中更主导。
凝固、脱模与清理
坩埚、机械臂、重力浇注机用于转移熔融金属。熟练工人也用钢包浇注。熔融金属通过浇道和冒口系统浇入模具；金属冷却凝固，永久采用模具内部（空腔）形状。铸件再从模具顶出，或通过落砂从砂模取出。
输送熔融金属进入模具内部的浇道和冒口也充满熔融金属。模具内金属与浇冒口系统金属同步凝固，形成整体。脱模/落砂后，浇冒口系统金属仍连在主铸件上。清理过程移除多余金属（常用气凿或带锯）。滚筒、喷砂机、高压水枪清理残留砂或氧化皮。
最终铸件形状比例应与原模样一致，虽因金属收缩可能略小。
热处理与检验
部分铸件用于苛刻工业应用：需在冻结温度保持精确形状、湿润环境抗腐蚀、或承受巨大重量。热处理用于改变金属物理性能以满足规格要求。
热处理涉及加热和冷却，常至极端温度，以消除铸件应力和/或改变金属物理性能。温度必须精确控制以达成目标物理性能。
铸件生产批次完成前，必须测试其物理性能和结构完整性。需破坏铸件的测试称破坏性测试，不损坏铸件的称无损检测。
测试方法取决于规格要求苛刻程度。纯美观产品可能仅需简短目检尺寸精度、裂纹、表面光洁度。但若铸件需工业性能，可能需详尽测试所有物理性能（延展性、抗拉强度、伸长率、冲击性能、硬度等）。
服役寿命与回收
铸件通过检验后发货、销售、投入使用。铸造金属产品，尤其是经热处理的，非常耐用。视金属合金和应用而定，服役寿命可能从几个月到数十年。铸件服役寿命结束后，循环重启。被废金属回收站回收，再熔炼铸造为新物体。
对定制金属铸造生产感兴趣？深入了解金属铸造工艺及如何向生产铸造厂沟通需求，将助您铸造项目成功。
相关文章：
- 铸造深度：铸件一生系列
- 金属铸造术语
- 铸钢生产
- 球墨铸铁 vs. 灰铸铁
- 热处理
金属