淺談金屬鑄造的類型及應(yīng)用

張義

摘要：本文簡要介紹了金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、熔模鑄造和實型鑄造等常見的特種鑄造方法及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：特種鑄造 金屬型鑄造 壓力鑄造 離心鑄造 熔模鑄造 實型鑄造

特種鑄造是指與砂型鑄造不同的其它鑄造方法。隨著現(xiàn)代鑄造技術(shù)的發(fā)展，特種鑄造在鑄造生產(chǎn)中占有相當(dāng)重要的地位。常用的特種鑄造方法有金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、熔模鑄造和實型鑄造等。

1 金屬型鑄造

金屬型鑄造是指在重力作用下將金屬液澆注入金屬鑄型獲得鑄件的方法。

1.1 金屬型的結(jié)構(gòu)

金屬型是指用金屬材料制成的鑄型。根據(jù)分型面位置的不同，金屬型可分為垂直分型式、水平分型式和復(fù)合分型式等。

1.2 金屬型的特點及應(yīng)用金屬型鑄造實現(xiàn)了“一型多鑄”（幾百次至幾萬次），節(jié)省了造型材料和工時，提高了生產(chǎn)率，改善了勞動條件。由于金屬型本身的精度比較高，再加上其冷卻快，從而使金屬型鑄件的精度高，力學(xué)性能好。但是金屬型制造成本高，不適于小批量生產(chǎn)，同時，熔融金屬在金屬型中的流動性較差，易產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷。金屬型鑄造主要適用于大批量生產(chǎn)形狀簡單的有色金屬鑄件和灰鑄鐵件，如內(nèi)燃機(jī)活塞、氣缸體、軸瓦、襯套等。

2 壓力鑄造

壓力鑄造是指熔融金屬在高壓下高速充型，并在壓力下凝固的鑄造方法。常用壓射比壓為5～150MPa，充型速度為0.5～50m/s，充型時間為0.01～0.2s。

壓力鑄造過程：

壓力鑄造使用的設(shè)備是壓鑄機(jī)，由動型、定型以及壓室等組成?？梢苿拥膲鸿T型部分叫動型。安裝在壓鑄機(jī)固定板上且固定不動的壓鑄型部分叫定型，其中有澆注系統(tǒng)與壓室相通。壓鑄型用耐熱的合金工具鋼制成，加工質(zhì)量要求很高，需經(jīng)嚴(yán)格的熱處理。壓鑄的工藝過程是：易實現(xiàn)自動化，壓鑄機(jī)每小時可壓鑄幾百個零件。但是，由于液態(tài)金屬的充型速度快，排氣困難，常常在鑄件的表皮下形成許多小孔。這些皮下小孔充滿高壓氣體，受熱時因氣體膨脹而導(dǎo)致鑄件表皮產(chǎn)生突起的缺陷，甚至使整個鑄件變形。因此，壓力鑄造不能進(jìn)行熱處理。此外，壓力鑄造不適合高熔點合金的生產(chǎn)，如鋼、鑄鐵等；設(shè)備投資較大，主要適于大批量生產(chǎn)。目前，壓力鑄造主要用于有色金屬薄壁小鑄件的大批量生產(chǎn)，例如，鋁、鎂、鋅等有色金屬鑄件。壓鑄件在儀器、儀表、汽車、兵器等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

3 離心鑄造

離心鑄造是指將金屬液澆入繞著水平、傾斜或立軸回轉(zhuǎn)的鑄型，在離心力的作用下，凝固成鑄件的鑄造方法。離心鑄造是在離心鑄造機(jī)上進(jìn)行的，其鑄件軸線與鑄型回轉(zhuǎn)軸線重合。這類鑄件多是簡單的圓筒形，鑄造時不用砂芯就可形成圓筒的內(nèi)孔。

離心鑄造的特點及應(yīng)用：

離心鑄造時，在離心力的作用下，金屬液充型能力得到提高，可澆注流動性較差的鑄件；在離心力的作用下金屬的結(jié)晶從外向內(nèi)順序進(jìn)行，因而能獲得組織致密的鑄件，與砂型鑄造相比，力學(xué)性能可提高10%～20%；鑄造圓形空心鑄件時，不用型芯；還可鑄造雙金屬鑄件，如鋼套內(nèi)鑲銅。離心鑄件尺寸公差等級可達(dá)IT14～I(xiàn)T12，表面粗糙度Ra12.5～6.3μm。離心鑄造導(dǎo)致鑄件內(nèi)表面粗糙不平，質(zhì)量較差，尺寸也不準(zhǔn)確。離心鑄造主要用于制造鑄鋼、鑄鐵、非鐵金屬等材料的種類管狀零件的毛坯。

4 熔模鑄造

熔模鑄造是指用易熔材料（如蠟料）制成模樣，在模樣上涂覆若干層耐火材料制成型殼，熔出模樣后經(jīng)高溫焙燒，即可澆注的鑄造方法。由于模樣常采用蠟質(zhì)材料制作，故又稱失蠟鑄造。

4.1 熔模鑄造過程

①鑄造壓型是用于壓制模樣的型

為了保證蠟?zāi)５馁|(zhì)量，壓型要有很高的尺寸精度和小的表面粗糙度值。當(dāng)鑄件精度不高或生產(chǎn)批量不大時，可用易熔合金、環(huán)氧樹脂、石膏直接向母模上澆注而成；當(dāng)鑄件精度高或大批量生產(chǎn)時，壓型一般用鋼、銅合金、鋁合金經(jīng)切削加工制成。

②壓制蠟?zāi)?/p>

將熔融的蠟料壓入壓型，冷凝后取出，經(jīng)修整檢驗后，得到單個蠟?zāi)！Ｏ災(zāi)嶋H上是一種壓力鑄造零件。

③組合蠟?zāi)?/p>

為提高生產(chǎn)率，可將單個蠟?zāi)Ｈ酆冈陬A(yù)先制好的蠟質(zhì)公用澆注系統(tǒng)上，形把型殼放入85～95℃熱水中，使蠟?zāi)Ｈ刍?，并浮到熱水面上流出，收取蠟料供重?fù)使用。蠟?zāi)Ａ鞒龊蟮男蜌ぜ礊殍T型。

④澆注、落砂和清理

為提高型殼的強度，防止?jié)沧r型殼變形或破裂，常將型殼放入砂箱中，在其周圍用砂填緊后澆注。鑄件冷凝后毀掉鑄型，去掉澆注系統(tǒng)，清理毛刺并徹底清洗鑄件。

4.2 熔模鑄造的特點及應(yīng)用

熔模鑄造可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜、輪廓清晰、薄壁且無分型面、質(zhì)量較高的鑄件，一般的小孔凸臺均可直接鑄出。實現(xiàn)了少、無、切削加工，節(jié)省了金屬材料。因此熔模鑄造也被稱為精密鑄造。熔模鑄造能鑄造各種合金鑄件，特別適于高熔點、難切削和用別的加工方法難以成形的合金，如耐熱合金、磁鋼、不銹鋼等。它的生產(chǎn)批量也不受限制，可實現(xiàn)機(jī)械化流水生產(chǎn)。但是，由于蠟?zāi)Ｈ菀鬃冃?、型殼強度不高等原因，不易生產(chǎn)比較大的鑄件，同時，它的工藝過程復(fù)雜，生產(chǎn)周期較長，生產(chǎn)成本較高。熔模鑄造的應(yīng)用正在日益擴(kuò)大，主要用于生產(chǎn)汽輪機(jī)、渦輪發(fā)動機(jī)的葉片或葉輪、切削刀具、運輸工具以及機(jī)床上的小型零件。

5 實型鑄造

實型鑄造又稱為氣化模鑄造或消失模鑄造，其原理是采用聚本乙烯泡沫塑料模樣代替普通模樣造型后模樣不取出就澆入金屬液，在液態(tài)金屬熱的作用下，模樣氣化、燃燒而消失，金屬液取代了模樣所占的位置，冷卻凝固后即可獲得所需要的鑄件。與砂型鑄造相比，實型鑄造有以下特點；工序簡單、生產(chǎn)周期短、效率高；由于造型后不起模不分型，所以不必起模和修型，鑄件尺寸精度高；勞動強度低，零件設(shè)計自由度大。但是采用這種鑄造方法，模樣能用一次，模樣易變形，并且模樣氣化、蒸發(fā)產(chǎn)生的氣體會污染環(huán)境。主要用于形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以起?；蛑谱骰顗K和外形芯較多的鑄件。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新能源、新材料、動化技術(shù)、信息技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)等高新技術(shù)成果的應(yīng)用，促進(jìn)了鑄造技術(shù)在許多方面的快速發(fā)展。目前，鑄造技術(shù)正朝著優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、低耗、自動化和污染小的方向發(fā)展，而且一些新的科技成果正逐步走出實驗室，與傳統(tǒng)工藝結(jié)合創(chuàng)造出新的鑄造方法。

6 結(jié)束語

特種鑄造包括金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、熔模鑄造和實型鑄造等幾大類。每一種鑄造類型都各有特點，質(zhì)量控制要點各有側(cè)重。在加工制造過程中，應(yīng)該結(jié)合各種鑄造類型的特點制定不同的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，對質(zhì)量缺陷嚴(yán)加防控，以確保加工質(zhì)量達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

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