特種鑄造工藝方法

張景宜

（佳木斯大學(xué)，黑龍江 佳木斯 154007）

把金屬加熱熔化后，將金屬液倒入模具中，待其冷卻后得到各種類型的機械零件，這一過程稱為鑄造，為適應(yīng)生產(chǎn)要求，滿足鑄件多樣化的需求，特種鑄造是現(xiàn)階段鑄造發(fā)展和研究的重要方向。

關(guān)于特種鑄造的優(yōu)點總結(jié)如下：特種鑄造所得到的鑄件的表面精度、尺寸精度、力學(xué)性能相比于廣泛采取的砂型鑄造所能達(dá)到的要高。特種鑄造可以滿足所生產(chǎn)鑄件工作服役條件的多樣化，以及大批量、高質(zhì)量、穩(wěn)定的進(jìn)行鑄件的生產(chǎn)。特種鑄造可以滿足綠色生產(chǎn)過程，對于環(huán)境污染以及后期防治上有優(yōu)勢。特種鑄造使得鑄造生產(chǎn)線自動化、機械化程度大幅度提高，提升了生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，為鑄造工人提供了一個相比于砂型鑄造更干凈衛(wèi)生的工作條件。特種鑄造于砂型鑄造的不同，首先體現(xiàn)在鑄型的材料選擇以及造型的工藝上面，另一個方面則體現(xiàn)在了特種鑄造過程中金屬液的充型方式以及冷卻凝固的條件上[1]。

本文主要闡述熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、連續(xù)鑄造等五種特種鑄造的鑄造方法，并對其進(jìn)行優(yōu)勢以及不足分析。

1 熔模鑄造

熔模鑄造是通過制造與鑄型相應(yīng)的可熔模樣，之后在可熔模樣的表面層涂抹數(shù)層耐火材料，在耐火材料干燥并且硬化后，通過加熱的方式將可熔模樣熔化去除，得到與鑄件模樣形狀相對應(yīng)的空腔，之后對空腔型殼進(jìn)行烘烤加熱，等到空腔型殼溫度達(dá)到金屬液澆筑的溫度條件后將液態(tài)金屬澆入空腔型殼中，帶其冷卻后獲得鑄件的方法[2]。

與其他鑄造方式相比，熔模鑄造有以下4個特點。

（1）對鑄造所使用的原材料的要求低，可制造碳鋼、球墨鑄鐵、鋁合金、合金鋼等。

（2）耐火材料層所形成的型殼溫度高，金屬液冷卻的速度慢，導(dǎo)致鑄件中內(nèi)部的晶體粗大，鑄件的力學(xué)性能下降，故熔模鑄造的鑄造生產(chǎn)方法不適用于精密鑄件的生產(chǎn)。

（3）通過熔模鑄造所得到的鑄件的尺寸的精確度高，普遍精度可以達(dá)到，且鑄件尺寸公差小于，已知通過熔模鑄造所得到的鑄件的表面粗糙度最細(xì)可以達(dá)到，因此所得到的鑄件甚至可以達(dá)到無余量的生產(chǎn)要求[3]。

（4）熔模鑄造的生產(chǎn)過程較為復(fù)雜，且具體的小工序難度較大，生產(chǎn)過程中所消耗的蠟料以及其他材料價格較貴，且對于成產(chǎn)過程中的模具以及設(shè)備要求高生產(chǎn)周期長。

2 金屬型鑄造

金屬型鑄造有永久型鑄造以及硬模鑄造之稱，主要原因是其鑄型可以大量的反復(fù)多次使用，金屬型鑄造是將金屬原材料熔化后利用重力作用將其澆入金屬型型模中的方法[4]。

相比于砂型鑄造以及其他的鑄造生產(chǎn)方式，金屬型鑄造有以下的優(yōu)缺點：

（1）通過使用金屬型進(jìn)行鑄造生產(chǎn)所得到的鑄件的尺寸精度高，可以達(dá)到級，同時所得到的鑄件的質(zhì)量以及尺寸相比于砂型鑄造更為穩(wěn)定，通過金屬型鑄造生產(chǎn)的鑄件的在鑄造斜度以及加工余量均可相應(yīng)減少，且得到廢品的比率大幅度降低[5]。

（2）相比于砂型鑄造由于不考慮澆冒口的設(shè)計，金屬型鑄造在液體金屬消耗上將大幅減少。

（3）由于鑄型為金屬型，導(dǎo)致鑄件金屬快速冷卻，在這一過程中存在于液態(tài)金屬中的飽和氣體來不及析出，提升了所得到鑄件的組織上的致密程度，同時起到了細(xì)化晶粒的作用，相比于砂型鑄造所得到的鋁合金鑄件強度以及延展性提升。

（4）由于鑄造過程中大幅度減少了對原砂材料的以來，改善了生產(chǎn)過程的生產(chǎn)環(huán)境。

（5）生產(chǎn)過程中準(zhǔn)備時間過長，且由于金屬鑄型的重量過大不易操作，導(dǎo)致無法生產(chǎn)大型鑄件以及外形表面復(fù)雜的鑄件，故在超大型鑄件的生產(chǎn)過程中仍采用砂型鑄造為主要的鑄造生產(chǎn)方式。

金屬型鑄造廣泛的應(yīng)用在鋁合金、鎂合金等有色金屬鑄造方面，同時也有部分應(yīng)用于碳鋼件的生產(chǎn)。

3 壓力鑄造

壓力鑄造也稱壓鑄，其主要特點是利用液態(tài)金屬的流動性在高壓環(huán)境的作用下快速的對型腔完成填充，其主要過程是將半固態(tài)或者液態(tài)的金屬通過高壓活塞的作用以極快的速度充滿型腔，持續(xù)增壓后獲得鑄件的一種方法[6]。

壓力鑄造過程中金屬液體或半固態(tài)金屬填充的時間很短，普遍情況為。壓力鑄造過程必須配合有壓鑄機的使用，壓鑄機分為兩大類，熱壓室壓鑄機和冷壓室壓鑄機，二者的主要區(qū)別在于是否有保溫坩堝。

相比于其他鑄造方式，壓力鑄造具有以下的優(yōu)缺點：

（1）超高的生產(chǎn)效率，壓鑄過程中所使用的的壓鑄機其機械化以及自動化程度高，冷壓室壓鑄機的八小時工作循環(huán)可達(dá)600次以上，較好的熱壓式壓鑄機八小時工作循環(huán)可達(dá)5000 次[7]。

（2）活塞壓力使得金屬液充型能力強可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜的薄壁件。

（3）壓力鑄造所得到的鑄件尺寸精度高，一般生產(chǎn)情況下通過壓力鑄造所得到的鑄件可以達(dá)到級別，表面精度Ra可以達(dá)到0.4μm～0.8μm，最高可以達(dá)到0.2μm，是在所有的鑄件生產(chǎn)方法中可以得到的精度以及表面粗糙度最好方法[8]。

（4）壓鑄過程中裹挾有氣體，容易導(dǎo)致壓鑄件中有氣孔的產(chǎn)生。

（5）無法生產(chǎn)和制造高熔點合金，應(yīng)為壓鑄型在高熔點合金的生產(chǎn)過程壽命會極大的縮短，同時生產(chǎn)黑色金屬的壓鑄生產(chǎn)也沒有大范圍普及。

4 離心鑄造

在采用離心鑄造進(jìn)行生產(chǎn)時需要創(chuàng)造旋轉(zhuǎn)條件，離心鑄造機的使用必不可少，由于離心鑄造過程中的旋轉(zhuǎn)軸的所處空間位置的不同，分為臥式離心鑄造機以及立式離心鑄造機。

離心鑄造的最大特征及是金屬液不是在重力場作用下進(jìn)行充型，而是在離心力場中進(jìn)行充型凝固的，所以相比于其他鑄造方式，離心鑄造生產(chǎn)具有以下特點：

（1）離心力場的作用下，金屬液在鑄型中可以自動形成中空的圓柱面，減少了型芯的使用。

（2）離心力場的作用下，決定金屬液的充型能力的主要因素為離心力場的大小，通常狀況下離心力場是重力場的數(shù)十倍，大幅度提高了金屬液的充型能力。

（3）離心力場的作用下，金屬的補縮能力得到了增強，減少了鑄造過程中產(chǎn)生縮孔縮松、氣孔的概率，提高了材料的力學(xué)性能。

（4）簡化了鑄造設(shè)計工藝不需要考慮金屬液在冒口等方面的消耗成本，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

我國現(xiàn)已建設(shè)起大量的離心鑄造生產(chǎn)車間，在球墨鑄鐵離心鑄造生產(chǎn)方面有著極大的生產(chǎn)經(jīng)營優(yōu)勢。

5 連續(xù)鑄造

結(jié)晶器在連續(xù)鑄造工藝的鑄造生產(chǎn)過程中必不可少，結(jié)晶器按照本身結(jié)構(gòu)可以分為3大類即管式結(jié)晶器、整體式結(jié)晶器以及組合式結(jié)晶器，雖然結(jié)構(gòu)不同但其本身均為水冷的金屬型。連續(xù)鑄造是指將金屬液不間斷的從結(jié)晶器的一端注入，在結(jié)晶器中間結(jié)構(gòu)中進(jìn)行不斷地移動以及凝固成型，最后將所的到的鑄件從結(jié)晶器的另一端拔出。連續(xù)鑄造又分為連續(xù)鑄造以及半連續(xù)鑄造。

相比于其他的鑄造方式，連續(xù)鑄造具有以下特點：

（1）結(jié)晶器的存在導(dǎo)致金屬液的凝固成型條件相似，所得到的鑄件在各個方向上的性能差異小。

（2）結(jié)晶器起到金屬型加水冷卻的效果，導(dǎo)致金屬液凝固過程很快，所形成的鑄件斷面上溫度梯度大，得到的鑄件致密度高。

（3）冷卻過程以及時間短，減少了金屬液在凝固時產(chǎn)生成分偏析，提高了鑄件的力學(xué)性能。

（4）無需考慮澆冒口的設(shè)計，減少了對金屬原材料的浪費，降低了生產(chǎn)成本。

（5）實現(xiàn)自動化機械化生產(chǎn)所需要的成本較高，基礎(chǔ)投資大。

（6）所生產(chǎn)的鑄件多為斷面形狀簡單的和鑄件。

6 結(jié)語

以上內(nèi)容介紹了較有特色的特種鑄造的生產(chǎn)方法，通過總結(jié)和研究特種鑄造方法的生產(chǎn)過程以及優(yōu)缺點，可以看到我國的鑄造行業(yè)未來的發(fā)展趨勢必將會由數(shù)量轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量，只有這樣我國作為現(xiàn)代化基石的鑄造行業(yè)的發(fā)展才能更新一步，同樣在不同的特種鑄造方法之間也存在有不同的差異，如壓力鑄造的表面精度高，但是容易出現(xiàn)縮孔縮松以及皮下孔洞的現(xiàn)象，連續(xù)鑄造生產(chǎn)效率高，可卻只能應(yīng)用于簡單鑄造件的生產(chǎn)，離心鑄造得到了較好的質(zhì)量的鑄件，但在前期設(shè)備投入安放上需要資金較多，其他的特種鑄造方法也有其特有的優(yōu)缺點，以目前的發(fā)展水平來看還沒有一種特種鑄造方法可以滿足對于鑄件生產(chǎn)的全部要求，且由于鑄造缺陷的數(shù)量眾多，在解決掉一些缺陷后必然會產(chǎn)生與之對應(yīng)的缺陷，因此沒有最完美的鑄造方法，只有最適合鑄件服役條件的鑄造方法，同時未來鑄件的生產(chǎn)趨在滿足鑄件的服役條件的同時需要注意環(huán)境問題，因此特種鑄造取代傳統(tǒng)的砂型鑄造的趨勢是必然的，但是現(xiàn)階段在成本控制方面仍有一定的調(diào)整空間，且由于特種鑄造所生產(chǎn)的高質(zhì)量產(chǎn)品可以使的我國的鑄件不僅僅在國內(nèi)市場在國際市場上同樣會的得到更好地競爭能力，這種競爭能力的提升同樣會帶來國內(nèi)在特種鑄造行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。