铸造工艺详解：金属铸造工艺全面指南
铸造是一种沿用至今的古老制造工艺。时至今日，“铸造”仍是众多制造商生产各类零件的首选方法。今天我们从定义“铸造”开始。
铸造的一般流程
- 将金属加热至液态；
- 将液态金属浇注入模具，赋予其所需形状和尺寸；
- 让熔融金属在模具中冷却凝固；
- 凝固后取出铸件，清理并根据需要进行后续机加工。
从模具中取出的凝固零件称为铸件。生产铸件的工厂或车间称为铸造厂。工业上主要分两类铸造厂：
- 职业铸造厂：独立的制造中心，按合同/订单生产铸件。
- 自备铸造厂：大型企业专属拥有，属于公司制造流程的一个部门，按母公司需求生产铸件。
铸造工艺流程
铸造工艺流程图
- 制作模型。模型材料可为木材、金属或塑料。
- 利用模型制备型砂和必要的砂芯。
- 合箱，砂芯正确放置于型腔内。
- 熔化待铸造的金属或合金。
- 将熔融金属浇注入型腔。
- 冷却凝固，落砂取出铸件（称“出箱”）。
- 清理和精整铸件。
- 检验测试铸件。
- 修复缺陷（如可能）。
- 热处理消除应力。
- 再次检验。
- 铸件交付使用。
铸造工艺始于模型制作。下面详细介绍铸造模型。
模型制作
铸造工艺始于模型制作。模型用于制造铸型，熔融金属浇注其中。模型是待铸产品的复制品，尺寸略大，包含各种余量。主要余量包括：
- 收缩余量：金属凝固收缩，模型须放大补偿。
- 加工余量：后续机加工会去除金属，模型设计需预留加工量以保证最终尺寸。
- 其他余量（如抽斜、震动余量等）。
模型材料选择
- 小批量生产：白松、桃花心木、枫木、桦木、樱桃木等。木模重量轻、成本低、易加工，适合少量铸件。塑料模型可作替代。
- 大批量生产：黄铜、铝、白铁、铸铁等金属。金属模型耐用、寿命长、耐磨损、不易变形、耐粗暴搬运、表面光洁度高、耐腐蚀（除铁基金属）。
模型类型
- 整体模型
- 分型模型（二件模型）
- 浇注系统模型
- 上下砂箱模型
- 扫模
- 骨架模型
造型
模型制作完成后，用其制造砂型。砂型造型是应用最广的方法。砂型属“一次性”或“消耗性”模具，出箱时砂型完全破坏。型砂混入粘结剂、添加剂和水以提高造型性能。造型时将型砂填实于模型周围。上半部称为上砂箱，下半部称为下砂箱。型砂硬化后取出模型，形成浇注熔融金属的型腔。砂型类型包括：
- 湿型砂型
- 干型砂型
- 粘土砂型
- CO₂ 硬化砂型等
砂型关键组成要素
- 砂芯：通常由砂、木或金属制成，用于形成铸件内部孔腔。浇注前置于型腔内。
- 浇注盆：位于浇口杯顶部（上砂箱），接收铲包浇注的熔融金属流。
- 浇道/直浇道：连接浇注盆与横浇道、内浇道的垂直通道，略呈锥度向下，以适应熔融金属下行速度增加而截面积减小，防止湍流吸入空气。
- 浇道底座/缓冲池：直浇道底端的储槽，防止熔融金属冲蚀横浇道，并降低流速。
- 横浇道：水平通道，截留渣滓，连接浇道底座与内浇道，引导熔融金属进入型腔。
- 内浇道：熔融金属直接进入型腔的通道。
- 冒口/补缩冒口：补缩系统的一部分，作为熔融金属储库，在铸件凝固时补缩，防止缩孔缩松。
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工业技术