铸造工艺详解：定义、类型与制造流程
什么是铸造？
铸造是一种制造工艺，将液态材料（通常是金属）浇注到具有所需形状型腔的模具中，待其凝固后取出。凝固后的零件称为铸件，通过顶出或破坏模具完成整个过程。
铸造材料通常为金属或各类凝固材料，如环氧树脂、混凝土、石膏和粘土等，这些材料通过混合两种或以上成分后硬化。
金属铸造拥有7000年历史，广泛应用于制造业与艺术创作。最早的铸造物品是一只铜蛙，可追溯至公元前3200年，出土于今伊拉克境内。金属铸造过程中，熔融金属从坩埚倒入模具，冷却后取出并进行精加工。
传统金属铸造工艺包括失蜡铸造、石膏模铸造、压铸和砂型铸造等，可在铸造厂或珠宝工作室完成。
数千年来，金属铸造工艺被广泛用于制作雕塑、首饰、交通工具、武器和工具。
铸造最常用于制造形状复杂、用其他方法难以或不经济加工的零件。重型设备如机床床身、船用螺旋桨等，可一次铸造成所需尺寸，避免多个小件拼接。
延伸阅读： 什么是金属铸造？
铸造工艺流程
铸造工艺使用熔融材料（通常为金属），将其浇注成成品形状的模具型腔中。熔融材料冷却凝固，热量主要通过模具散出，最终形成所需形状。
金属铸造主要分为两大类：可重复使用模具工艺和消耗性模具工艺。两者均需在坩埚中熔化金属，浇注入模，冷却凝固后取出铸件或破坏模具。
基本金属铸造流程包括：制作模样与模具、浇注熔融金属、取出凝固铸件、精加工。该流程可根据不同金属类型、形状尺寸进行定制。
步骤1：制作模样
制作模具前需先制作模样，以确定模具形状。模样可为最终铸件的三维模型，材质包括蜡、砂、塑料或木材。
部分铸造师使用石膏或硅胶模具，这些材料虽无法承受熔融金属，但可批量制作蜡模，用于消耗性模具铸造。
制作模样时须预留金属冷却收缩量。模样还可设置浇口与流道，引导熔融金属流入模具。
步骤2：制作模具
模样完成后制作模具。可选择可重复使用的金属模具，或砂、石膏、陶瓷壳等一次性模具材料。
各种制模方法针对不同铸造金属和模样复杂度进行优化。若使用蜡或塑料模样，可在窑炉中烧失模样。
步骤3：选择金属合金
所有金属铸件均由铁基或非铁基合金制成。合金混合多种元素，赋予铸件最佳力学性能。铁基合金包括钢、可锻铸铁和灰铸铁。
常用非铁基合金有铝、青铜、铜。珠宝工作室常用银、铜、金、铂等贵金属。
步骤4：熔化合金
不同合金熔化工艺不同，因熔点各异。本质上是将固态合金置于坩埚，用明火或炉子加热熔化。
步骤5：浇注入模
将熔融金属浇注入模具型腔。小型铸件可直接从坩埚浇注；大型铸件需团队配合，在炉中加热金属，转移至大坩埚或浇包再浇注。
务必遵循安全规范：穿戴天然纤维防护服、长裤长袖、绝缘手套、护目镜；保持通风防有害烟雾；配备化学灭火器；炉至模具通道保持畅通。待模具凝固后进行下一步。
步骤6：脱模取出铸件
金属冷却凝固后取出。一次性模具可破坏取出；石膏模具浇水淬火后易于剥离；可重复使用模具可用顶针顶出。
步骤7：精加工
对金属铸件进行打磨抛光：清洗去除残留模具材料，小件用剪钳切除浇口，大件用角磨机处理。
铸造工艺的主要类型
不同铸造工艺类型：
- 砂型铸造
- 熔模铸造（失蜡铸造）
- 压铸
- 低压铸造
- 离心铸造
- 重力压铸
- 真空压铸
- 挤压铸造（液态锻造）
- 消失模铸造
- 连续铸造
1. 砂型铸造
砂型铸造是最流行、最古老的铸造方法之一，成本低廉，适合小批量生产。可铸造从掌心大小到火车车架等大型件，几乎适用于所有金属（视砂型材质而定）。
砂型通常以硅基材料为基础（合成砂或天然粘结砂），砂粒细小球形，紧密堆积形成光滑表面。砂型具适度柔韧性和收缩空间，降低冷却阶段开裂风险。加入粘土可增强砂型强度。汽车发动机缸体常采用砂型铸造。
2. 熔模铸造（失蜡铸造）
熔模铸造又称失蜡铸造，每个铸件使用一次性蜡模。蜡模注入模具后取出，反复涂覆耐火材料和粘结剂形成厚壳。
多个蜡模组合成共用浇注系统。壳体硬化后倒置加热烧失蜡模。因蜡模强度低，制壳过程需极度小心。优势在于蜡模可回收再利用。
广泛应用于汽车、发电、航空航天领域（如涡轮叶片），具备高精度、重复性好、通用性强、完整性高等优势。
3. 压铸
压铸将熔融金属在高压下压入模具型腔。多用非铁金属（锌、铜、铝合金），亦可铸铁件。
适合大批量生产中小型、细节丰富、表面质量高、尺寸精度要求严的零件。
4. 低压铸造
低压铸造中，金属液从加压炉（约0.7 bar）自下而上注入竖直模具底部，压力保持至凝固。
主要优势：精确控制型腔填充，金属液流动平稳快速，减少氧化和气孔。最初用于生产车轮等轴对称件，配合砂芯亦可制造空心复杂结构。
5. 离心铸造
离心铸造利用旋转模具产生的离心力，将熔融金属甩向模具内壁，制造无气孔的长圆柱形件（如铸铁管）。
早期采用德拉沃水冷模具工艺，适用于排污管、大型炮管等对称件，优势在于少冒口。不对称件可采用压力铸造变体：多件围绕共同浇口旋转。大型齿圈亦可用此法，视材质可用金属或砂模。
6. 重力压铸
重力压铸属永久模铸造，熔融金属从容器或浇包依靠重力流入模具，可通过倾斜模具控制填充。
利用砂芯加工凹槽和型腔。相比砂型铸造，表面质量更好、力学性能更优（因快速凝固）。铸造速度快于铝砂铸，但金属模具成本较高。优势：气孔少、晶粒细、后处理少、产品质量高。但工模具成本较高，不如砂型铸造经济。
7. 真空压铸
真空辅助压铸通过抽真空减少金属注射时气体卷入，降低铸件气孔率，提升质量。
真空系统仅为辅助，不能替代模具型腔、流道、浇口、溢流槽的优良设计。
8. 挤压铸造（液态锻造）
挤压铸造结合永久模铸造与模锻，将定量熔融合金浇入预热润滑的模具，在压力下锻造凝固，一步完成。
9. 消失模铸造
消失模铸造（LFC）属消失模型铸造，类似熔模铸造但用泡沫塑料代替蜡模。利用聚合物泡沫低沸点特性，省去熔模脱蜡工序，简化工艺。
10. 连续铸造
连续铸造用于恒定横截面金属型材的大规模连续生产。熔融金属注入水冷开口模具，外层凝固成“壳”包裹液态核心，由外向内逐渐凝固。
凝固后的铸坯连续引出，按预定长度用剪切机或氧乙炔切割，后续轧制或入库。规格从薄板（厚几毫米×宽5米）到方坯（90-160mm方）再到板坯（宽1.25m×厚230mm）。有时切割前先热轧。
连续铸造因标准化产品连续生产成本低、质量高而被广泛采用。钢、铜、铝、铅均可连铸，钢铁产量最大。
铸造工艺优势
相较其他制造工艺，铸造具有以下优势：
- 可经济制造任意复杂结构
- 不受工件尺寸限制
- 铸件抗压强度高
- 铸件性能范围广
- 可制造高精度零件
- 所有材料均可铸造
- 形成各向同性结构
- 在所有制造工艺中成本最低
- 易于制造复合部件
铸造工艺劣势
- 尺寸精度： 铸件收缩可能影响精度，设计时须在模样上预留加工余量。
- 强度较低： 相比机加工件，铸件气孔率较高导致强度偏低。
- 后处理： 需二次机加工改善表面光洁度。
- 熔点限制： 一般适用于低熔点金属。
- 不适合小批量生产。
铸造工艺应用领域
- 交通运输： 汽车、航空航天、铁路、船舶
- 重型装备： 工程、农业、矿山机械
- 机床： 切削、铸造、塑料成型、锻造、挤压、成形设备
- 工厂机械： 化工、石油、造纸、制糖、纺织、钢铁、火电设备
- 国防： 车辆、火炮、弹药、储运及保障装备
- 电气设备： 电机、发电机、泵、压缩机
- 市政铸件： 管道、接头、阀门、管件
- 家用： 电器、厨房园艺工具、家具、配件
- 艺术品： 雕塑、神像、家具、灯架、装饰品
常见问题解答
什么是铸造？
铸造是将液态材料浇注入含所需形状型腔的模具中凝固，凝固件称铸件，经脱模或破模完成工艺。
铸造的含义？
铸造是将熔融金属或塑料等材料导入模具，凝固后顶出或破模取出制成零件的制造工艺。
什么是铸造工艺？
铸造工艺使用熔融材料（通常为金属），浇注成成品形状的模具型腔，冷却凝固成型。
有哪些不同类型的铸造？
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、挤压铸造、消失模铸造、连续铸造。
铸造的过程是什么？
熔融材料浇注入成品形状的模具型腔，冷却凝固，热量通过模具散出，最终成型。
铸造是什么意思？
铸造是锻造行业通过将热熔金属浇注入具有精确空心型腔的模具，生产特定形状物体（常为金属）的制造工艺。
四种铸造类型是什么？
热成形工艺如压铸、熔模铸造、石膏铸造、砂型铸造各具制造优势，对比利弊可选最适合生产批次的工艺。
铸造工艺有多少种类型？
至少包含四种方法：永久模铸造、压铸、离心铸造、连续铸造。
什么是铸造？解释铸造类型。
铸造是将液态材料浇注入含所需形状空心型腔的模具中凝固的制造工艺。最常用于制造其他方法难以或不经济加工的复杂形状。
什么是铸造材料？
铸造材料通常为金属或各类冷固材料，混合两种以上成分后固化，如环氧树脂、混凝土、石膏、粘土。
离心铸造有哪些类型？
离心铸造类型：
- 真离心铸造： 又称普通离心铸造，用于生产圆孔对称空心结构。
- 半离心铸造。
- 离心法铸造。
什么是金属铸造？
金属铸造是将熔融金属倒入成型空腔，冷却硬化成模具形状的工艺。
铸造缺陷有哪些不同类型？
铸造缺陷类型及预防：
- 气孔： 针孔、气孔、明孔。
- 缩孔缺陷： 开放式、闭合式、翘曲。
- 模具材料缺陷： 冲刷、膨胀、掉砂。
- 浇注金属缺陷： 冷隔、冷合、浇不足。
- 冶金缺陷： 热裂、热点。
- 铸件形状缺陷： 错位、飞边。
铸造中的芯子是什么？
芯子是预制粘结砂芯，置于模具内成型铸件内腔或模样无法成型的部位，常用于制造空心段或型腔。
模塑与铸造的区别？
主要区别在于材料：铸造通常用金属，模塑侧重塑料。两者均将熔融材料导入模具成型。
铸造使用哪些工具？
主要工具包括手工工具、容器、机械工具。手工工具：捣实铲、筛砂器、透气针、起箱钩、抹刀、木锤、刷子、压铁、吹气筒等。机械工具用于自动化铸造厂。
铸造常用哪些材料？
压铸常用四大合金：铝基、铜基、镁基、锌基合金，少数铁基合金也可用于压铸。
铸造如何进行？
熔融材料（通常为金属）浇注成成品形状的模具型腔，冷却凝固，热量通过模具散出成型。
什么是离心铸造？
离心铸造法将熔融金属倒入高速旋转的圆柱模具，利用旋转离心力施压于熔融金属成型管材。
什么是浇铸空心铸件？
浇铸空心铸件是永久模铸造变体，材料浇入模具冷却形成外壳后，倒出剩余液体留下空心壳体。
钢材可以铸造吗？
多种材料可铸造，包括多种金属和合成材料，铁和钢因优异力学性能在广泛应用中尤为突出。
什么是湿型砂铸造？
湿型砂铸造用粘土粘结砂模，“湿”指模具未硬化而非砂色。干型砂铸造则在浇注前烘烤砂模。
如何选择铸造方法？
若感到困惑，以下建议助您选择适合的压铸工艺：
- 设计复杂度： 成品设计复杂度在工艺选择中起关键作用。
- 材料选择。
- 铸造成本。
什么是铸造收缩？
收缩是金属从液态向固态相变时，在暴露表面发生的内部或外部体积变化，也发生于铸造和混凝土凝固过程。
什么是铸造飞边缺陷？
飞边（铸造毛刺）是铸件上多余的薄金属片，通常形成于分型面，属废料，重熔后变渣。
什么是模具和芯子？
芯子用于铸造和模塑工艺制造内部型腔和回转角（内角＞180°），通常为消耗性，破坏后取出。
铸铁有哪三种类型？
铸铁四大基本类型：白口铁、灰铁、球墨铁、可锻铁。
- 白口铁
- 灰铁
- 球墨铁
- 可锻铁
模具是铸件吗？
模具是复制目标物体的第一阶段印模，铸件是整个工艺完成后的最终产品。铸件为最终成品，有时也可用于制作进一步的模具。
工业技术