铸造中不同类型的图案

1. 介绍

铸造是人类最古老、用途最广泛的制造工艺之一.

这个过程的核心是铸造模型: 定义最终零件几何形状的物理模板.

精心设计的图案可最大限度地减少废品, 缩短交货时间, 减少加工并提高重复性; 质量差的则需要昂贵的维修费用, 返工甚至工具重新设计.

2. 什么是铸造模式及其重要性

一个 铸型 是一个 精确设计的三维模型 所需组件的, 用于形成注入熔融金属的模具型腔.

与简单的复制品不同, 图案是故意的 修改以纳入津贴 用于收缩, 加工, 和扭曲, 也 功能特点 例如门控系统, 立管, 和核心打印.

一旦金属在模具内凝固, 它采用模型定义的几何形状和尺寸，使模型成为铸造中尺寸精度和可重复性的基础.

为什么模式是不可或缺的

在现代铸造实践中, 该模式不仅仅是一个“模板”，而是一个 工程控制元件 决定铸件质量的, 成本, 和过程效率.

其影响可以通过三个核心维度进行量化:

• 几何控制: 图案确保零件符合设计规格. 设计不当的图案可能会导致尺寸错误, 原因 35% 铸造缺陷.
• 成本效率: 模型材料和设计占铸造总成本的 10-25%.
  选择正确的图案 (例如。, 低体积木材与. 高容量金属) 可以将每个零件的成本降低 40-60%.
• 过程兼容性: 没有一种模型适用于所有铸造方法——熔模铸造需要蜡模, 而砂型铸造则使用木材或金属. 不匹配的模式会导致 20% 更高的废品率.

模式对比. 死亡: 技术上的区别

尽管 模式 和 死亡 具有类似的几何复制目的, 他们的运作角色根本不同:

3. 适用于所有模式的关键设计参数

不论材质, 过程, 或复杂性, 每个铸造模型必须包含一组 核心设计参数 确保尺寸精度, 制造业, 和无缺陷的铸件.

这些原则的指导原则是 ASTM A802 – 铸造模型和芯盒的标准规范 并根据母材金属进行调整, 铸造过程, 和零件几何形状.

4. 图案材料——选择和权衡

5. 铸造中常见的图案类型

铸造模型是模具创作的基石. 选择正确的 图案类型 平衡 复杂, 体积, 成本, 和精度.

以下十种型式在工业铸造中应用最为广泛, 并提供关于何时以及为何选择每个选项的指导.

单件 (坚硬的) 图案

• 定义: 一个, 最终部分的实体复制品, 代表其精确的外部几何形状.
  通常用于小型或简单的组件, 它没有可分离的部分, 并且所有模腔必须围绕这一件产品形成.
  它常用于平面, 底切或复杂特征最少的棱柱形状.

  

• 用例: 小的, 简单的几何形状或原型零件.
• 优点: 低成本, 易于制造, 交货时间快.
• 限制: 不适合复杂的几何形状或底切; 可能需要过多的吃水量或额外的核心.

两件 (分裂) 图案

• 定义: 沿着 a 划分的图案 单分型面 分成两半——通常称为上盖 (顶部) 并拖动 (底部).
  这样可以将模型从沙子或其他模具材料中移除，而不会损坏型腔.
  分叉可容纳适度的底切并有助于浇口和立管的放置.
• 用例: 大多数标准砂型铸件，具有中等复杂性.
• 优点: 支持底切, 可以轻松脱模.
• 限制: 需要仔细的分型面设计和对齐 (经常使用的定位销).

多片图案

• 定义: 由三个或更多要捕获的部分组成的模式 复杂或深的空腔, 或适应多个分型面.
  组件通常包括顶部, 底部, 和中间部分. 这种设计可以生产无法用单个或两件式图案形成的复杂形状.

  

• 用例: 具有内部特征的复杂工业组件.
• 优点: 无需多个核心即可铸造深度或多向特征.
• 限制: 组装很费时间; 对准错误可能会增加废品.

匹配板图案

• 定义: 模式 (单个或多个) 安装在刚性金属板上, 上型面和下型面布置在相反的面上.
  该配置专为机械化或大批量成型而设计, 允许自动烧瓶处理和快速空腔形成.
• 用例: 自动化砂型造型线的中批量生产.
• 优点: 高重复性, 快速成型, 适合机械化生产.
• 限制: 初始模具成本较高; 板材必须经过精密加工.

门控 / 多腔模式

• 定义: 结合 多部分图案 集成到一个组件中, 带集成浇口, 跑步者, 和大门.
  设计用于同时用熔融金属填充多个型腔. 当大量需要相同零件时通常使用.

  

• 用例: 大批量生产的小型铸件, 例如。, 汽车组件.
• 优点: 有效的生产, 一致的填充, 减少每个零件的劳动力.
• 限制: 复杂的浇口设计; 流道废料必须回收.

骷髅图案

• 定义: 一个简化的, 最终组件的开放框架版本, 勾勒出关键的几何特征，同时留下大部分空腔由砂子或成型材料形成.
  这种设计对于大型, 相对简单的形状，节省材料和除砂效率很重要.
• 用例: 大的, 简单的几何形状，例如机器底座或结构铸件.
• 优点: 节省材料和重量, 简化除砂过程.
• 限制: 不适合精细细节或小尺寸, 错综复杂的零件.

扫描模式

• 定义: 形成空腔的图案 旋转配置文件模板 (扫) 绕中心轴, 在模具材料中描绘所需的轮廓.
  非常适合由单个弯曲轮廓生成的旋转对称组件和形状.
• 用例: 旋转对称零件，例如圆锥体, 铃铛, 或大滑轮.
• 优点: 轴对称几何形状的快速空腔形成.
• 限制: 仅限于可扫掠型材; 不适合复杂的 3D 功能.

散件图案

• 定义: 具有可拆卸部分的图案，专门设计用于形成 底切, 预测, 或内部特征.
  在模具成型过程中单独去除松散的零件，以防止损坏模具并确保准确的型腔创建.
• 用例: 带有老板的零件, 孔, 或形成一体式图案的复杂突起.
• 优点: 方便拆卸并降低模具损坏的风险.
• 限制: 需要熟练工人进行组装和精确对准.

应付 & 拖 (烧瓶) 图案

• 定义: 设计用于的模块化模式 砂型砂型, 分离顶部 (应付) 和底部 (拖) 更容易填充模具, 压实, 和金属浇注. 常见于大型或重型铸件.
• 用例: 大型砂铸件，例如发动机缸体或泵壳.
• 优点: 模块化的; 支持重型模具和大型零件.
• 限制: 处理和对齐重型烧瓶可能具有挑战性.

贝壳图案

• 定义: 用于 外壳成型工艺, 通常是金属的或加热的, 生产薄的, 死板的, 模型周围的树脂砂壳.
  这种类型的模式允许 高精度, 复杂的细节, 和出色的表面饰面 由于受控加热和均匀的壳沉积.

  

• 用例: 需要薄壁的精密部件, 出色的表面饰面, 或精细的细节 (例如。, 航空航天外壳, 变速箱).
• 优点: 高维精度 (±0.1 毫米可能), 光滑的表面饰面 (RA 0.8-3.2 µm), 高效冷却.
• 限制: 需要过程控制和仔细的图案加热; 比砂模更高的前期成本.

工程见解

• 模式选择取决于: 零件几何, 生产量, 公差要求, 和材料.
• 费用与. 复杂性权衡: 简单的单件图案最便宜, 虽然多片或匹配板图案的初始成本较高，但可以实现大批量生产, 精密生产.
• 花样维护: 可重复使用的模式 (金属) 需要定期检查; 消耗型 (木头, 蜡) 必须经常更换以保持公差.

6. 特定于流程的注释: 关键铸造方法的模式

不同的铸造工艺对图案有独特的要求. 了解这些区别可确保 最佳模具成型, 最小缺陷, 和具有成本效益的生产.

以下注释详细介绍了如何使模型适合砂型铸造, 外壳成型, 投资铸造, 和 压铸.

沙子铸造

• 图案要求: 图案必须是 坚固且轻便, 因为它们是手动或机械地用沙子填充的.
  草稿角, 收缩津贴, 和浇注功能对于补偿砂压实和金属收缩至关重要.
• 常见模式类型: 单件, 两件式, 多件式, 骨骼, 并应对 & 拖动模式使用最广泛.
• 考虑因素:

• • 木纹对于小批量零件来说很常见; 金属模型是大批量或精密组件的首选.
  • 垂直表面的拔模角度通常为 1–3°.
  • 核心放置和可拆卸部件对于底切很重要.

• 应用领域: 发动机块, 泵外壳, 结构成分, 和工业机械.

外壳成型 铸件

• 图案要求: 图案必须能够承受热量 树脂覆膜砂壳形成. 通常使用金属或加热模型来确保均匀的外壳厚度和细节.
• 常见模式类型: 贝壳图案, 匹配板图案, 门控/多腔模式是理想的.
• 考虑因素:

• • 薄壳允许精确的公差 (±0.1 mm) 和光滑的表面饰面 (RA 0.8-3.2 µm).
  • 拔模角可以更小 (0.5–1°) 由于树脂的柔韧性.
  • 图案通常经过涂层以防止粘连并促进脱模.

• 应用领域: 航空航天组件, 精密汽车零部件, 和中小型复杂工业铸件.

熔模铸造

• 图案要求: 模式通常是 蜡像复制品 最后一部分. 蜡模必须尺寸准确，并且能够承受多次涂层和烧毁循环.
• 常见模式类型: 单件, 门控/多腔, 最常采用松散图案.
• 考虑因素:

• • 可实现高尺寸精度和复杂的细节 (±0.05–0.2 mm).
  • 图案必须考虑金属和陶瓷外壳的收缩.
  • 蜡模可以组装成树，同时铸造多个零件.

• 应用领域: 涡轮刀片, 医疗器械, 珠宝, 和高精度航空航天零部件.

压铸

• 图案要求: 压铸用途 永久性金属模具, 不是消耗性的模式, 但模具执行定义零件几何形状的模式功能.
  模具设计必须考虑零件顶出, 冷却通道, 和浇注系统.
• 常见模式类型: 匹配板或门控/多腔概念适用于模具工具.
• 考虑因素:

• • 较高的初始成本被快速的抵消, 高体积生产.
  • 公差严格 (±0.1 mm), 仅需最少的整理.
  • 复杂的几何形状可能需要滑芯或插入件.

• 应用领域: 汽车组件, 电气外壳, 消费电子产品, 和小型精密工业零件.

7. 结论

选择正确的图案和材料类型是成本与质量的权衡，必须在设计阶段解决.

使用 简单的图案 用于原型和小批量, 匹配板或门控系统 适用于中等容量, 和 钢制工具图案 对于非常高的运行.

结合扎实的模式基础 (草稿, 收缩, 加工余量) 用现代工具 (卡德, 模拟, 3D打印) 减少迭代并加快生产速度.

系统化的图案选择方法可减少废品, 缩短交货时间, 并提供可预测的零件质量.

 

常见问题解答

我应该使用多大的拔模角?

使用 1°–3° 适用于大多数抛光表面. 增加至 2°–5° 用于有纹理或较粗的沙子, 然后 7° 对于厚重的纹理.

不锈钢的收缩余量是多少?

典型的线性余量为 1.9%–2.5％; 与铸造厂确认并试铸后调整.

匹配板模式何时合理?

一个: 当需要自动化和高重复性时——通常 每年数百至数万个零件. 收支平衡取决于模具成本与. 预期数量.

金属模型的典型寿命是多少?

铝模型可持续 10,000–100,000 次循环 (中等体积), 而钢模可承受 100,000–1,000,000 次循环 (高容量, 例如。, 汽车批量生产).

3D打印图案能否取代传统金属图案?

适用于中低音量 (<10,000 部分), 是的 — 3D 打印图案可将交货时间缩短 70–90%.

对于大容量 (>100k 部分), 金属模型由于其耐用性和较低的每个零件成本而保持优越性.