铸造

铸造是熔炼金属,制造铸型,并将熔融金属浇入铸型,凝固后获得一定形状、尺寸、成分、组织和性能铸件的成形方法。

一 概述

铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺,已有约6000年的历史。中国约在公元前1700~前1000年之间已进入青铸件的全盛期,工艺上已达到相当高的水平。铸造是指将室温中为液态但不久后将固化的物质倒入特定形状的铸模待其凝固成形的加工方式。被铸物质多为原为固态但加热至液态的金属(例:铜、铁、等),而铸模的材料可以是沙、金属甚至陶瓷。因应不同要求,使用的方法也会有所不同。

二 铸造的分类

铸造种类很多,按造型方法习惯上分为

1 普通砂型铸造,又称砂铸,翻砂,包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型3类。

2  特种铸造,按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造(如熔模铸造、泥型铸造、壳型铸造、负压铸造、实型铸造、陶瓷型铸造,消失模铸造等)和以金属为主要铸型材料的特种铸造(如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等)两类。   

按照成型工艺可分为

1 重力浇铸:砂铸,硬模铸造。依靠重力将熔融金属液浇入型腔。

2 压力铸造:低压浇铸,高压铸造。依靠额外增加的压力将熔融金属液瞬间压入铸造型腔。

铸造工艺通常包括

1 铸型(使液态金属成为固态铸件的容器)准备,铸型按所用材料可分为砂型、金属型、陶瓷型、泥型、石墨型等,按使用次数可分为一次性型、半永久型和永久型,铸型准备的优劣是影响铸件质量的主要因素;

2 铸造金属的熔化与浇注,铸造金属(铸造合金)主要有各类铸铁、铸和铸造有色金属及合金;

3 铸件处理和检验,铸件处理包括清除型芯和铸件表面异物、切除浇冒口、铲磨毛刺和披缝等凸出物以及热处理、整形、防锈处理和粗加工等。   

铸造工艺可分为三个基本部分,即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。 铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料,它是以一种金属元素为主要成分,并加入其他金属或非金属元素而组成的合金,习惯上称为铸造合金,主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。   

金属熔炼不仅仅是单纯的熔化,还包括冶炼过程,使浇进铸型的金属,在温度、化学成分和纯净度方面都符合预期要求。为此,在熔炼过程中要进行以控制质量为目的的各种检查测试,液态金属在达到各项规定指标后方能允许浇注。有时,为了达到更高要求,金属液在出炉后还要经炉外处理,如脱、真空脱气、炉外精炼、孕育或变质处理等。熔炼金属常用的设备有冲天炉、电弧炉、感应炉、电阻炉、反射炉等。

三 工艺流程

随着科技的进步与铸造业的蓬勃发展,不同的铸造方法有不同的铸型准备内容。以应用最广泛的砂型铸造为例,铸型准备包括造型材料准备和造型、造芯两大项工作。砂型铸造中用来造型、造芯的各种原材料,如铸造原砂、型砂粘结剂和其他辅料,以及由它们配制成的型砂、芯砂、涂料等统称为造型材料,造型材料准备的任务是按照铸件的要求、金属的性质,选择合适的原砂、粘结剂和辅料,然后按一定的比例把它们混合成具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂设备有碾轮式混砂机、逆流式混砂机和连续式混砂机。后者是专为混合化学自硬砂设计的,连续混合,混砂速度快。   

造型、造芯是根据铸造工艺要求,在确定好造型方法,准备好造型材料的基础上进行的。铸件的精度和全部生产过程的经济效果,主要取决于这道工序。在很多现代化的铸造车间里,造型、造芯都实现了机械化或自动化。常用的砂型造型造芯设备有高、中、低压造型机、气冲造型机、无箱射压造型机、冷芯盒制芯机和热芯盒制芯机、覆膜砂制芯机等。   

铸件自浇注冷却的铸型中取出后,带有有浇口、冒口、金属毛刺、披缝,砂型铸造的铸件还粘附着砂子,因此必须经过清理工序。进行这种工作的设备有磨光机、抛丸机、浇冒口切割机等。砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序,所以在选择造型方法时 ,应尽量考虑到为落砂清理创造方便条件。有些铸件因特殊要求,还要经铸件后处理,如热处理、整形、防锈处理、粗加工等。

四 行业趋势

铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能,更高的精度,更少的加工余量和更光洁的表面。此外,节能的要求和社会对恢复自然环境的呼声也越来越高。为适应这些要求,新的铸造合金将得到开发,冶炼新工艺和新设备将相应出现。

铸造生产的机械化自动化程度在不断提高的同时,将更多地向柔性生产方面发展,以扩大对不同批量和多品种生产的适应性。节约能源和原材料的新技术将会得到优先发展,少产生或不产生污染的新工艺新设备将首先受到重视。质量控制技术在各道工序的检测和无损探伤、应力测定方面,将有新的发展。  

铸造业的发展,铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一,因此铸造业的发展标志着一个国家的生产实力。据2008年统计,我国年产铸件3350万吨,是世界铸造第一大国。  

“八五”期间铸造机械制造受到了原机电部高度重视,投入了建国以来最大的一次专项技改贷款和攻关费用,扶持了铸造机械行业产品的开发和发展。“大型抛丸清理机的制造”,“垂直分型无箱射压造型机”,“水玻璃砂旧砂再生设备的研制”,“金属型铸造设备”等等相继被开发应用。

“九五”期间,铸造机械行业承担并树立完成了“轿车铸件毛坯精化高效造型与清理成套技术与装备”的任务,“缸体高效连续抛丸清理线的开发与研制”也取得圆满成功,1999年完成了国家攻关高水平的气冲造型线项目的成功。  

“十五”期间,铸造机械行业主要经济指标的年均增长都在30%以上,高于机床工具全行业平均增长水平,特别是利润增长更快,年均利润增长高达46%,同时也保持较高的市场销售水平。另外,树脂砂造型成套设备,基本可以满足国内市场需求,改变了过去主要依赖进口的局面;已经能够生产出较高水平的铸造自动生产线,达到可部分替代进口的水平,部分的解决了轿车发动机缸体、缸盖等铸件毛坯也要进口的情况;高水平自动制芯机、自动铸件清理机、自动砂处理机、大型自动压铸机以及精密铸造设备等铸造机械,国内基本上都能生产制造。应当说“十五”期间铸造机械行业的产品水平有了很大提高,为中国铸造机械行业今后的进一步发展打下良好基础。

“十一五”期间,装备制造业在国际、国内巨大市场需求的刺激下,铸造仍将继续保持较高速度增长。由于铸造机械产品的技术水平仍然与市场需求差距较大,使行业的发展存在巨大的发展潜力和扩展空间,为铸造机械行业的快速增长带来机遇。