特种铸造工艺方法

张景宜

（佳木斯大学，黑龙江 佳木斯 154007）

把金属加热熔化后，将金属液倒入模具中，待其冷却后得到各种类型的机械零件，这一过程称为铸造，为适应生产要求，满足铸件多样化的需求，特种铸造是现阶段铸造发展和研究的重要方向。

关于特种铸造的优点总结如下：特种铸造所得到的铸件的表面精度、尺寸精度、力学性能相比于广泛采取的砂型铸造所能达到的要高。特种铸造可以满足所生产铸件工作服役条件的多样化，以及大批量、高质量、稳定的进行铸件的生产。特种铸造可以满足绿色生产过程，对于环境污染以及后期防治上有优势。特种铸造使得铸造生产线自动化、机械化程度大幅度提高，提升了生产线的生产效率，为铸造工人提供了一个相比于砂型铸造更干净卫生的工作条件。特种铸造于砂型铸造的不同，首先体现在铸型的材料选择以及造型的工艺上面，另一个方面则体现在了特种铸造过程中金属液的充型方式以及冷却凝固的条件上[1]。

本文主要阐述熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、连续铸造等五种特种铸造的铸造方法，并对其进行优势以及不足分析。

1 熔模铸造

熔模铸造是通过制造与铸型相应的可熔模样，之后在可熔模样的表面层涂抹数层耐火材料，在耐火材料干燥并且硬化后，通过加热的方式将可熔模样熔化去除，得到与铸件模样形状相对应的空腔，之后对空腔型壳进行烘烤加热，等到空腔型壳温度达到金属液浇筑的温度条件后将液态金属浇入空腔型壳中，带其冷却后获得铸件的方法[2]。

与其他铸造方式相比，熔模铸造有以下4个特点。

（1）对铸造所使用的原材料的要求低，可制造碳钢、球墨铸铁、铝合金、合金钢等。

（2）耐火材料层所形成的型壳温度高，金属液冷却的速度慢，导致铸件中内部的晶体粗大，铸件的力学性能下降，故熔模铸造的铸造生产方法不适用于精密铸件的生产。

（3）通过熔模铸造所得到的铸件的尺寸的精确度高，普遍精度可以达到，且铸件尺寸公差小于，已知通过熔模铸造所得到的铸件的表面粗糙度最细可以达到，因此所得到的铸件甚至可以达到无余量的生产要求[3]。

（4）熔模铸造的生产过程较为复杂，且具体的小工序难度较大，生产过程中所消耗的蜡料以及其他材料价格较贵，且对于成产过程中的模具以及设备要求高生产周期长。

2 金属型铸造

金属型铸造有永久型铸造以及硬模铸造之称，主要原因是其铸型可以大量的反复多次使用，金属型铸造是将金属原材料熔化后利用重力作用将其浇入金属型型模中的方法[4]。

相比于砂型铸造以及其他的铸造生产方式，金属型铸造有以下的优缺点：

（1）通过使用金属型进行铸造生产所得到的铸件的尺寸精度高，可以达到级，同时所得到的铸件的质量以及尺寸相比于砂型铸造更为稳定，通过金属型铸造生产的铸件的在铸造斜度以及加工余量均可相应减少，且得到废品的比率大幅度降低[5]。

（2）相比于砂型铸造由于不考虑浇冒口的设计，金属型铸造在液体金属消耗上将大幅减少。

（3）由于铸型为金属型，导致铸件金属快速冷却，在这一过程中存在于液态金属中的饱和气体来不及析出，提升了所得到铸件的组织上的致密程度，同时起到了细化晶粒的作用，相比于砂型铸造所得到的铝合金铸件强度以及延展性提升。

（4）由于铸造过程中大幅度减少了对原砂材料的以来，改善了生产过程的生产环境。

（5）生产过程中准备时间过长，且由于金属铸型的重量过大不易操作，导致无法生产大型铸件以及外形表面复杂的铸件，故在超大型铸件的生产过程中仍采用砂型铸造为主要的铸造生产方式。

金属型铸造广泛的应用在铝合金、镁合金等有色金属铸造方面，同时也有部分应用于碳钢件的生产。

3 压力铸造

压力铸造也称压铸，其主要特点是利用液态金属的流动性在高压环境的作用下快速的对型腔完成填充，其主要过程是将半固态或者液态的金属通过高压活塞的作用以极快的速度充满型腔，持续增压后获得铸件的一种方法[6]。

压力铸造过程中金属液体或半固态金属填充的时间很短，普遍情况为。压力铸造过程必须配合有压铸机的使用，压铸机分为两大类，热压室压铸机和冷压室压铸机，二者的主要区别在于是否有保温坩埚。

相比于其他铸造方式，压力铸造具有以下的优缺点：

（1）超高的生产效率，压铸过程中所使用的的压铸机其机械化以及自动化程度高，冷压室压铸机的八小时工作循环可达600次以上，较好的热压式压铸机八小时工作循环可达5000 次[7]。

（2）活塞压力使得金属液充型能力强可以生产形状复杂的薄壁件。

（3）压力铸造所得到的铸件尺寸精度高，一般生产情况下通过压力铸造所得到的铸件可以达到级别，表面精度Ra可以达到0.4μm～0.8μm，最高可以达到0.2μm，是在所有的铸件生产方法中可以得到的精度以及表面粗糙度最好方法[8]。

（4）压铸过程中裹挟有气体，容易导致压铸件中有气孔的产生。

（5）无法生产和制造高熔点合金，应为压铸型在高熔点合金的生产过程寿命会极大的缩短，同时生产黑色金属的压铸生产也没有大范围普及。

4 离心铸造

在采用离心铸造进行生产时需要创造旋转条件，离心铸造机的使用必不可少，由于离心铸造过程中的旋转轴的所处空间位置的不同，分为卧式离心铸造机以及立式离心铸造机。

离心铸造的最大特征及是金属液不是在重力场作用下进行充型，而是在离心力场中进行充型凝固的，所以相比于其他铸造方式，离心铸造生产具有以下特点：

（1）离心力场的作用下，金属液在铸型中可以自动形成中空的圆柱面，减少了型芯的使用。

（2）离心力场的作用下，决定金属液的充型能力的主要因素为离心力场的大小，通常状况下离心力场是重力场的数十倍，大幅度提高了金属液的充型能力。

（3）离心力场的作用下，金属的补缩能力得到了增强，减少了铸造过程中产生缩孔缩松、气孔的概率，提高了材料的力学性能。

（4）简化了铸造设计工艺不需要考虑金属液在冒口等方面的消耗成本，节约了生产成本。

我国现已建设起大量的离心铸造生产车间，在球墨铸铁离心铸造生产方面有着极大的生产经营优势。

5 连续铸造

结晶器在连续铸造工艺的铸造生产过程中必不可少，结晶器按照本身结构可以分为3大类即管式结晶器、整体式结晶器以及组合式结晶器，虽然结构不同但其本身均为水冷的金属型。连续铸造是指将金属液不间断的从结晶器的一端注入，在结晶器中间结构中进行不断地移动以及凝固成型，最后将所的到的铸件从结晶器的另一端拔出。连续铸造又分为连续铸造以及半连续铸造。

相比于其他的铸造方式，连续铸造具有以下特点：

（1）结晶器的存在导致金属液的凝固成型条件相似，所得到的铸件在各个方向上的性能差异小。

（2）结晶器起到金属型加水冷却的效果，导致金属液凝固过程很快，所形成的铸件断面上温度梯度大，得到的铸件致密度高。

（3）冷却过程以及时间短，减少了金属液在凝固时产生成分偏析，提高了铸件的力学性能。

（4）无需考虑浇冒口的设计，减少了对金属原材料的浪费，降低了生产成本。

（5）实现自动化机械化生产所需要的成本较高，基础投资大。

（6）所生产的铸件多为断面形状简单的和铸件。

6 结语

以上内容介绍了较有特色的特种铸造的生产方法，通过总结和研究特种铸造方法的生产过程以及优缺点，可以看到我国的铸造行业未来的发展趋势必将会由数量转变为质量，只有这样我国作为现代化基石的铸造行业的发展才能更新一步，同样在不同的特种铸造方法之间也存在有不同的差异，如压力铸造的表面精度高，但是容易出现缩孔缩松以及皮下孔洞的现象，连续铸造生产效率高，可却只能应用于简单铸造件的生产，离心铸造得到了较好的质量的铸件，但在前期设备投入安放上需要资金较多，其他的特种铸造方法也有其特有的优缺点，以目前的发展水平来看还没有一种特种铸造方法可以满足对于铸件生产的全部要求，且由于铸造缺陷的数量众多，在解决掉一些缺陷后必然会产生与之对应的缺陷，因此没有最完美的铸造方法，只有最适合铸件服役条件的铸造方法，同时未来铸件的生产趋在满足铸件的服役条件的同时需要注意环境问题，因此特种铸造取代传统的砂型铸造的趋势是必然的，但是现阶段在成本控制方面仍有一定的调整空间，且由于特种铸造所生产的高质量产品可以使的我国的铸件不仅仅在国内市场在国际市场上同样会的得到更好地竞争能力，这种竞争能力的提升同样会带来国内在特种铸造行业的进一步发展。