金屬鑄造

金屬鑄造（metal casting）是將金屬熔煉成符合一定要求的液體並澆進鑄型里，經冷卻凝固、清整處理後得到有預定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造毛胚因近乎成形，而達到免機械加工或少量加工的目的降低了成本並在一定程度上減少了時間．鑄造是現代機械製造工業的基礎工藝之一。

基本介紹

• 中文名：金屬鑄造
• 外文名：metal casting
• 性質：工藝過程

簡介

歷史

在古代，中國、印度、巴比倫、埃及、希臘和羅馬就已經鑄造兵器、祭器、藝術品和家庭用具。早期的鑄件是用金、銀、銅及其合金製作的。青銅器時代是人類文明史上光輝燦爛的一頁；以後又出現鑄鐵件。中國早在戰國時期就廣泛使用鑄鐵件，技術傳統源遠流長。金屬鑄造冶金和鑄造是相輔相成的工藝過程，中國古代“冶鑄”一詞反映了這一事實。儘管後世鑄造工藝已發展成機械製造工藝中相對獨立的分支學科，但與冶金工藝仍然密不可分。

① 鑄鐵鑄鐵已有悠久的歷史，但發展速度緩慢。直到1722年，列奧米爾創製“沖天爐”，並開始用顯微鏡研究鑄鐵的組織和斷口，情況才發生變化。1734年斯韋登貝里(Svedenberg)所著《鑄鐵學》(Deferro)問世，對鑄鐵工藝有了初步的理論認識。1765～1785年間，由於蒸汽機的出現，從18世紀60年代起機器製造業中大量使用鑄鐵，運輸部門也使用鑄鐵軌，1788年為巴黎自來水廠生產了總長60公里的輸水鑄鐵管。鑄鐵需求量的增加發展，促進了鑄鐵的技術進步和理論研究工作。

② 鑄鋼的熔點高，成分控制（如脫氧等）複雜，直到1740年才出現坩堝法煉鋼，開始發展工藝。

③ 鑄鋁 1886年發明熔鹽電解制鋁。到20世紀初，鋁及其合金的鑄造業迅速發展起來，在有色金屬鑄造中已居首位。而傳統的銅合金鑄件所占的比例卻逐漸減少了。

已發展出適應各種需求的金屬鑄造方法，可以經濟地製作複雜形狀和各種尺寸的鑄件。

金屬的鑄造性能 包括：①流動性，液態金屬充滿鑄型的能力；②收縮傾向,從液態到固態體積收縮大,易產生縮孔等缺陷，又線性尺寸收縮大，影響鑄件的最終尺寸精度；③熱裂傾向，有的金屬和合金在鑄造過程中容易產生裂紋和偏析傾向等。

分類

金屬鑄造種類造型方法習慣上分為：

金屬鑄造

① 普通砂型鑄造，包括濕砂型、乾砂型和化學硬化砂型3類。

② 特種鑄造，按造型材料又可分為以天然礦產砂石為主要造型材料的特種鑄造（如熔模鑄造、泥型鑄造、鑄造車間殼型鑄造、負壓鑄造、實型鑄造、陶瓷型鑄造等）和以金屬為主要鑄型材料的特種鑄造（如金屬型鑄造、壓力鑄造、連續鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等）兩類。

金屬鑄造工藝通常包括：

① 鑄型（使液態金屬成為固態鑄件的容器）準備，鑄型按所用材料可分為砂型、金屬型、陶瓷型、泥型、石墨型等，按使用次數可分為一次性型、半永久型和永久型，鑄型準備的優劣是影響鑄件質量的主要因素；

② 鑄造金屬的熔化與澆注，鑄造金屬（鑄造合金）主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金；

③ 鑄件處理和檢驗，鑄件處理包括清除型芯和鑄件表面異物、切除澆冒口、鏟磨毛刺和披縫等凸出物以及熱處理、整形、防鏽處理和粗加工等。

特點

優點

金屬型冷卻速度較快，鑄件組織較緻密，可進行熱處理強化，力學性能比砂型鑄造高15%左右。

金屬型鑄造，鑄件質量穩定，表面粗糙度優於砂型鑄造，廢品率低。

勞動條件好，生產率高，工人易於掌握。

缺點

金屬型導熱係數大，充型能力差。

金屬型本身無透氣性。必須採取相應措施才能有效排氣。

金屬型無退讓性，易在凝固時產生裂紋和變形。

套用

砂型鑄造

砂型鑄造的適應性很廣，小件、大件，簡單件、複雜件，單件、大批量都可採用。砂型比金屬型耐火度更高，因而如銅合金和黑色金屬等熔點較高的材料也多採用這種工藝。

砂型鑄造用的模具，一般木材製作，通稱木模。為了提高尺寸精度較高，也常使用壽命較長的鋁合金模具或樹脂模具。雖然價格有所提高，但仍比金屬型鑄造用的模具便宜得多，在小批量及大件生產中，價格優勢尤為突出。

金屬型鑄造

採用金屬型鑄造時，必須綜合考慮下列各因素：製造周期長、成本高，不適合單件、小批生產；不適宜鑄造形狀複雜（尤其是內腔）、薄壁和大型鑄件（金屬型的模具受模具材料尺寸和型腔加工設備、鑄造設備能力的限制，所以金屬型不適合於特別大的鑄件生產）模具費比砂型貴，比壓鑄便宜。

重力鑄造

廣泛用於各種有色鑄件的生產，但金屬型鑄造也存在金屬利用率低、薄壁複雜鑄件澆注困難、鑄件組織密度相對壓力鑄造較低等缺點。

高壓鑄造

因為金屬液在高壓、高速下充填型腔的過程中，不可避免地把型腔中的空氣夾裹在鑄件內部，形成皮下氣孔，所以鋁合金壓鑄件不宜熱處理，鋅合金壓鑄件不宜表面噴塑（但可噴漆）。否則，鑄件內部氣孔在作上述處理加熱時，將遇熱膨脹而致使鑄件變形或鼓泡。

壓鑄件的機械切削加工餘量也應取得小一些，一般在0.5mm左右，既可減輕鑄件重量、減少切削加工量以降低成本，又可避免穿透表面緻密層，露出皮下氣孔，造成工件報廢。

由於壓鑄件件內部疏鬆，塑性、韌性差，不適合於製造承受衝擊載荷件。鑄件壁厚均勻，並以3~4mm薄壁鑄件為宜，最大壁厚應小於6~8mm，以防止縮孔等缺陷。避免機加，以防止內部孔洞外露。

低壓鑄造

金屬液在壓力作用下充型，可以提高金屬液的流動性，鑄件成形性好，有利於形成輪廓清晰、表面光潔的鑄件，對於大型薄壁鑄件的成形更為有利；鑄件在壓力作用下結晶凝固，並能得到充分地補縮，故鑄件組織緻密，機械性能高； 提高了金屬液的工藝收得率，一般情況下不需要冒口，使金屬液的收得率大大提高，收得率一般可達90%。勞動條件好，生產效率高，易實現機械化和自動化，也是低壓鑄造的突出優點。

低壓鑄造對合金牌號的適用範圍較寬，基本上可用於各種鑄造合金。不僅用於鑄造有色合金，而且可用於鑄鐵、鑄鋼。特別是對於易氧化的有色合金，更顯示它的優越性能，即能有效地防止金屬液在澆注過程中產生氧化夾渣。低壓鑄造對鑄型材料沒有特殊要求。