鑄造是將通過熔煉的金屬液體澆注入鑄型內(nèi),經(jīng)冷卻凝固獲得所需形狀和性能的零件的制作過程。鑄造是常用的制造方法,優(yōu)點是:制造成本低,工藝靈活性大,可以獲得復(fù)雜形狀和大型的鑄件,在機械制造中占有很大的比重,如機床占60~80%,汽車占25%拖拉機占50~60%。鑄件的質(zhì)量直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量,因此,鑄造在機械制造業(yè)中占有重要的地位。
鑄造是一種古老的制造方法,在我國可以追溯到6000年前。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,鑄造技術(shù)的發(fā)展也很迅速,特別是19世紀末和20世紀上半葉,出現(xiàn)了很多的新的鑄造方法,如低壓鑄造、陶瓷鑄造、連續(xù)鑄造等,在20世紀下半葉得到完善和實用化。由于現(xiàn)今對鑄造質(zhì)量、鑄造精度、鑄造成本和鑄造自動化等要求的提高,鑄造技術(shù)向著精密化、大型化、高質(zhì)量、自動化和清潔化的方向發(fā)展,例如我國這幾年在精密鑄造技術(shù)、連續(xù)鑄造技術(shù)、特種鑄造技術(shù)、鑄造自動化和鑄造成型模擬技術(shù)等方面發(fā)展迅速。
鑄造主要工藝過程包括:金屬熔煉、模型制造、澆注凝固和脫模清理等。鑄造用的主要材料是鑄鋼、鑄鐵、鑄造有色合金(銅、鋁、鋅、鉛等)等。鑄造方法常用的是砂型鑄造,其次是特種鑄造方法,如:金屬型鑄造、熔模鑄造、石膏型鑄造......等。而砂型鑄造又可以分為粘土砂型、有機粘結(jié)劑砂型、樹脂自硬砂型、消失模等等,如下圖:
鑄造方法選擇的原則:
1.優(yōu)先采用砂型鑄造
據(jù)統(tǒng)計,我國或是國際上,在全部鑄件產(chǎn)量中,60~70%的鑄件是用砂型生產(chǎn)的,而且其中70%左右是用粘土砂型生產(chǎn)的。主要原因是砂型鑄造較之其它鑄造方法成本低、生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)周期短。所以象汽車的發(fā)動機氣缸體、氣缸蓋、曲軸等鑄件都是用粘土濕型砂工藝生產(chǎn)的。當(dāng)濕型不能滿足要求時再考慮使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型。粘土濕型砂鑄造的鑄件重量可從幾公斤直到幾十公斤,而粘土干型生產(chǎn)的鑄件可重達幾十噸。
一般來講,對于中、大型鑄件,鑄鐵件可以用樹脂自硬砂型、鑄鋼件可以用水玻璃砂型來生產(chǎn),可以獲得尺寸精確、表面光潔的鑄件,但成本較高。
當(dāng)然,砂型鑄造生產(chǎn)的鑄件精度、表面光潔度、材質(zhì)的密度和金相組織、機械性能等方面往往較差,所以當(dāng)鑄件的這些性能要求更高時,應(yīng)該采用其它鑄造方法,例如熔模(失臘)鑄造、壓鑄、低壓鑄造等等。
2.鑄造方法應(yīng)和生產(chǎn)批量相適應(yīng)
例如砂型鑄造,大量生產(chǎn)的工廠應(yīng)創(chuàng)造條件采用技術(shù)先進的造型、造芯方法。老式的震擊式或震壓式造型機生產(chǎn)線生產(chǎn)率不夠高,工人勞動強度大,噪聲大,不適應(yīng)大量生產(chǎn)的要求,應(yīng)逐步加以改造。對于小型鑄件,可以采用水平分型或垂直分型的無箱高壓造型機生產(chǎn)線、實型造型生產(chǎn)效率又高,占地面積也少;對于中件可選用各種有箱高壓造型機生產(chǎn)線、氣沖造型線,以適應(yīng)快速、高精度造型生產(chǎn)線的要求,造芯方法可選用:冷芯盒、熱芯盒、殼芯等高效制芯方法。
中等批量的大型鑄件可以考慮應(yīng)用樹脂自硬砂造型和造芯。
單件小批生產(chǎn)的重型鑄件,手工造型仍是重要的方法,手工造型能適應(yīng)各種復(fù)雜的要求比較靈活,不要求很多工藝裝備??梢詰?yīng)用水玻璃砂型、VRH法水玻璃砂型、有機酯水玻璃自硬砂型、粘土干型、樹脂自硬砂型及水泥砂型等;對于單件生產(chǎn)的重型鑄件,采用地坑造型法成本低,投產(chǎn)快。批量生產(chǎn)或長期生產(chǎn)的定型產(chǎn)品采用多箱造型、劈箱造型法比較適宜,雖然模具、砂箱等開始投資高,但可從節(jié)約造型工時、提高產(chǎn)品質(zhì)量方面得到補償。
低壓鑄造、壓鑄、離心鑄造等鑄造方法,因設(shè)備和模具的價格昂貴,所以只適合批量生產(chǎn)。
3.造型方法應(yīng)適合工廠條件
例如同樣是生產(chǎn)大型機床床身等鑄件,一般采用組芯造型法,不制作模樣和砂箱,在地坑中組芯;而另外的工廠則采用砂箱造型法,制作模樣。不同的企業(yè)生產(chǎn)條件(包括設(shè)備、場地、員工素質(zhì)等)、生產(chǎn)習(xí)慣、所積累的經(jīng)驗各不一樣,應(yīng)該根據(jù)這些條件考慮適合做什么產(chǎn)品和不適合(或不能)做什么產(chǎn)品。
4.要兼顧鑄件的精度要求和成本
各種鑄造方法所獲得的鑄件精度不同,初投資和生產(chǎn)率也不一致,最終的經(jīng)濟效益也有差異。因此,要做到多、快、好、省,就應(yīng)當(dāng)兼顧到各個方面。應(yīng)對所選用的鑄造方法進行初步的成本估算,以確定經(jīng)濟效益高又能保證鑄件要求的鑄造方法。
鑄造方法的特點和適用范圍見下表:
鑄造方法 鑄件材質(zhì) 鑄件重量 表面光潔度 鑄件復(fù)雜程度 生產(chǎn)成本 適用范圍 工藝特點
砂型鑄造 各種材質(zhì)
幾十克~很大 差 簡單 低 最常用的鑄造方法
手工造型:單件、小批量和難以使用造型機的形狀復(fù)雜的大型鑄件
機械造型:適用于批量生產(chǎn)的中、小鑄件 手工:靈活、易行,但效率低,勞動強度大,尺寸精度和表面質(zhì)量低
機械:尺寸精度和表面質(zhì)量高,但投資大
金屬型鑄造 有色合金
幾十克~20公斤 好 復(fù)雜鑄件 金屬模的費用較高 小批量或大批量生產(chǎn)的非鐵合金鑄件,也用于生產(chǎn)鋼鐵鑄件( 鑄件精度、表面質(zhì)量高,組織致密,力學(xué)性能好,生產(chǎn)率高。
熔模鑄造 鑄鋼及有色合金
幾克~幾公斤 很好 任何復(fù)雜程度 批量生產(chǎn)時比完全用機加工生產(chǎn)便宜 各種批量的鑄鋼及高熔點合金的小型復(fù)雜精密鑄件,特別適合鑄造藝術(shù)品、精密機械零件 尺寸精度高、表面光潔,但工序繁多,勞動強度大
陶瓷型鑄造 鑄鋼及鑄鐵 幾公斤~幾百公斤 很好 較復(fù)雜 昂貴 模具和精密鑄件 尺寸精度高、表面光潔,但生產(chǎn)率低
石膏型鑄造 鋁、鎂、鋅合金
幾十克~幾十公斤 很好 較復(fù)雜 高 單件到小批量
低壓鑄造 有色合金 幾十克~幾十公斤 好 復(fù)雜(可用砂芯) 金屬模的制作費用高 小批量,最好是大批量的大、中型有色合金鑄件, 可生產(chǎn)薄壁鑄件 鑄件組織致密,工藝出品率高,設(shè)備較簡單,可采用各種鑄型,但生產(chǎn)效率低
差壓鑄造 鋁、鎂合金 幾克~幾十公斤 好 復(fù)雜(可用砂芯) 高性能和形狀復(fù)雜的有色合金鑄件 壓力可控,鑄件成型好,組織致密,力學(xué)性能好,但生產(chǎn)效率低
壓力鑄造 鋁、鎂合金 幾克~幾十公斤 好 復(fù)雜(可用砂芯) 金屬模的制作費用很高 大量生產(chǎn)的各種有色合金中小型鑄件、薄壁鑄件、耐壓鑄件 鑄件尺寸精度高、表面光潔,組織致密,生產(chǎn)率高,成本低。但壓鑄機和鑄型成本高
離心鑄造 灰鐵、球鐵 幾十公斤~幾噸 較好 一般為圓筒形鑄件 較低 小批量到大批量的旋轉(zhuǎn)體形鑄件、 各種直徑的管件 鑄件尺寸精度高、表面光潔,組織致密,生產(chǎn)率高
連續(xù)鑄造 鋼、有色 很大 較差 長形連續(xù)鑄件 低 固定截面的長形鑄件,如鋼錠、鋼管等 組織致密,力學(xué)性能好,生產(chǎn)率高
消失模鑄造 各種 幾克~幾噸 較好 較復(fù)雜 較低 不同批量的較復(fù)雜的各種合金鑄件 鑄件尺寸精度較高,鑄件設(shè)計自由度大,工藝簡單,但模樣燃燒影響環(huán)境