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特种制造的类型及适用范围

【摘要】本文简要介绍了金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造和实型铸造等常见的特种制造方法及其适用范围。
【关键词】特种制造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、实型铸造
特种铸造是指与砂型铸造不同的其它铸造方法。随着现代铸造技术的发展，特种铸造在铸造生产中占有相当重要的地位。常用的特种铸造方法有金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造和实型铸造等。
一、金属型铸造是指在重力作用下将金属液浇注入金属铸型获得铸件的方法。
1 、金属型的结构
金属型是指用金属材料制成的铸型。根据分型面位置的不同，金属型可分为垂直分型式、水平分型式和复合分型式等。

2 、金属型的特点及应用
金属型铸造实现了“一型多铸”（几百次至几万次），节省了造型材料和工时，提高了生产率，改善了劳动条件。由于金属型本身的精度比较高，再加上其冷却快，从而使金属型铸件的精度高，力学性能好。但是金属型制造成本高，不适于小批量生产，同时，熔融金属在金属型中的流动性较差，易产生浇不到、冷隔等缺陷。金属型铸造主要适用于大批量生产形状简单的有色金属铸件和灰铸铁件，如内燃机活塞、气缸体、轴瓦、衬套等。
二、压力铸造
压力铸造是指熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。常用压射比压为5～150MPa，充型速度为0.5～50m/s，充型时间为0.01～0.2s。
1、压力铸造过程
压力铸造使用的设备是压铸机，如下图所示，由动型、定型以及压室等组成。可移动的压铸型部分叫动型。安装在压铸机固定板上且固定不动的压铸型部分叫定型，其中有浇注系统与压室相通。压铸型用耐热的合金工具钢制成，加工质量要求很高，需经严格的热处理。
压铸的工艺过程是：

2、压力铸造的特点及应用
压力铸造以金属型铸造为基础，又增加了高压下高速充型的功能，从根本上解决了金属的流动性问题。压力铸造可以直接铸出零件上的各种孔眼、螺纹、齿形等，压铸件由于是在压力下结晶，因此，铸件的组织更细腻，其力学性能比砂型铸造提高20%到40%。压铸件的精度和表面质量较高，精度可达IT12～IT10，粗糙度Ra3.2～0.8μm。可铸出形状复杂的薄壁件和镶嵌件。压力铸造生产率高，易实现自动化，压铸机每小时可压铸几百个零件。
但是，由于液态金属的充型速度快，排气困难，常常在铸件的表皮下形成许多小孔。这些皮下小孔充满高压气体，受热时因气体膨胀而导致铸件表皮产生突起的缺陷，甚至使整个铸件变形。因此，压力铸造不能进行热处理。
此外，压力铸造不适合高熔点合金的生产，如钢、铸铁等；设备投资较大，主要适于大批量生产。目前，压力铸造主要用于有色金属薄壁小铸件的大批量生产，例如，铝、镁、锌等有色金属铸件。压铸件在仪器、仪表、汽车、兵器等领域得到了广泛应用。
三、离心铸造
离心铸造是指将金属液浇入绕着水平、倾斜或立轴回转的铸型，在离心力的作用下，凝固成铸件的铸造方法。离心铸造是在离心铸造机上进行的，其铸件轴线与铸型回转轴线重合。这类铸件多是简单的圆筒形，铸造时不用砂芯就可形成圆筒的内孔。
2、离心铸造的特点及应用
离心铸造时，在离心力的作用下，金属液充型能力得到提高，可浇注流动性较差的铸件；在离心力的作用下,金属的结晶从外向内顺序进行，因而能获得组织致密的铸件，与砂型铸造相比，力学性能可提高10%～20%;铸造圆形空心铸件时，不用型芯；还可铸造双金属铸件，如钢套内镶铜。
离心铸件尺寸公差等级可达IT14～IT12，表面粗糙度Ra12.5～6.3μm。离心铸造导致铸件内表面粗糙不平，质量较差，尺寸也不准确。
离心铸造主要用于制造铸钢、铸铁、非铁金属等材料的种类管状零件的毛坯。
四、熔模铸造
熔模铸造是指用易熔材料（如蜡料）制成模样，在模样上涂覆若干层耐火材料制成型壳，熔出模样后经高温焙烧，即可浇注的铸造方法。由于模样常采用蜡质材料制作，故又称失蜡铸造。
１、熔模铸造过程
（1）制造压型
压型是用于压制模样的型。为了保证蜡模的质量，压型要有很高的尺寸精度和小的表面粗糙度值。当铸件精度不高或生产批量不大时，可用易熔合金、环氧树脂、石膏直接向母模上浇注而成；当铸件精度高或大批量生产时，压型一般用钢、铜合金、铝合金经切削加工制成。
（2）压制蜡模
将熔融的蜡料压入压型，冷凝后取出，经修整检验后，得到单个蜡模。蜡模实际上是一种压力铸造零件。
（3）组合蜡模
为提高生产率，可将单个蜡模熔焊在预先制好的蜡质公用浇注系统上，形成蜡模组。通常一个蜡模组上可熔焊2～100个蜡模。
（4）制造型壳
在蜡模外浸挂涂料（一般铸件用石英粉和水玻璃配制）后，放入硬化剂（通常为氯化铵溶液）中固化，浸入氯化铵溶液中的型壳，利用氯化铵与水玻璃发生化学反应生成的硅酸溶胶将砂粒粘牢并硬化。如此重复涂挂3～7次（小铸件5～6层，大铸件6～9层。前两层用较细的砂，后几层的砂较粗），至涂料结成5～18mm的硬壳为止，这种有足够强度的硬壳铸型称为型壳。
（5）脱蜡
把型壳放入85～95℃热水中，使蜡模熔化，并浮到热水面上流出，收取蜡料供重复使用。蜡模流出后的型壳即为铸型。
（6）浇注、落砂和清理
为提高型壳的强度，防止浇注时型壳变形或破裂，常将型壳放入砂箱中，在其周围用砂填紧后浇注。
铸件冷凝后毁掉铸型，去掉浇注系统，清理毛刺并彻底清洗铸件。
2、熔模铸造的特点及应用
熔模铸造可以生产形状复杂、轮廓清晰、薄壁且无分型面、质量较高的铸件，一般的小孔凸台均可直接铸出。实现了少、无、切削加工，节省了金属材料。因此熔模铸造也被称为精密铸造。熔模铸造能铸造各种合金铸件，特别适于高熔点、难切削和用别的加工方法难以成形的合金，如耐热合金、磁钢、不锈钢等。它的生产批量也不受限制，可实现机械化流水生产。
但是，由于蜡模容易变形、型壳强度不高等原因，不易生产比较大的铸件，同时，它的工艺过程复杂，生产周期较长，生产成本较高。
熔模铸造的应用正在日益扩大，主要用于生产汽轮机、涡轮发动机的叶片或叶轮、切削刀具、运输工具以及机床上的小型零件。
5、实型铸造
实型铸造又称为气化模铸造或消失模铸造，其原理是采用聚本乙烯泡沫塑料模样代替普通模样造型后模样不取出就浇入金属液，在液态金属热的作用下，模样气化、燃烧而消失，金属液取代了模样所占的位置，冷却凝固后即可获得所需要的铸件。
与砂型铸造相比，实型铸造有以下特点;工序简单、生产周期短、效率高；由于造型后不起模不分型，所以不必起模和修型，铸件尺寸精度高；劳动强度低，零件设计自由度大。但是采用这种铸造方法，模样只能用一次，模样易变形，并且模样气化、蒸发产生的气体会污染环境。主要用于形状结构复杂、难以起模或制作活块和外形芯较多的铸件。
随着科学技术的飞速发展，新能源、新材料、自动化技术、信息技术以及计算机技术等高新技术成果的应用，促进了铸造技术在许多方面的快速发展。目前，铸 造技术正朝着优质、高效、节能、低耗、自动化和污染小的方向发展，而且一些新的科技成果正逐步走出实验室，与传统工艺结合创造出新的铸造方法。