投资铸造与沙子铸造: 如何选择？

1. 介绍

投资铸造与沙子铸造 代表金属铸造行业中最重要的决定之一.

这两种广泛使用的制造技术用作跨航空航天的复杂金属组件的骨干, 汽车, 医疗的, 重型机械, 还有许多其他行业.

金属铸造, 作为基本制造过程, 涉及将熔融金属倒入模具中以达到所需的形状.

而两个投资铸造 (损失的蜡过程) 和沙子分享这个核心原则, 它们在 准确性, 表面饰面, 成本, 物质灵活性, 和生产可伸缩性.

本文提供了 全面比较投资铸造和沙子铸造, 检查他们的过程, 特征, 优势, 限制, 和行业应用.

2. 什么是熔模铸造 (损失的蜡过程)?

熔模铸造, 也称为失去蜡过程, 是一种精确的铸造方法.

它涉及创建所需部分的一次性蜡模式, 用难治性的陶瓷外壳涂覆, 然后将蜡融化，然后将熔融金属倒入腔.

此过程因其能够以最小的加工而实现近网状形状而受到广泛重视, 出色的表面饰面, 和紧张的尺寸公差.

过程步骤

1. 蜡模式创建: 最终部分的蜡复制品是使用注入模具产生的.
2. 图案组件: 可以将多种蜡模式连接到中央浇口以创建蜡树, 提高生产效率.
3. 陶瓷外壳建筑: 蜡树反复浸入陶瓷泥浆中，并涂有细和粗糙的砂沙，以建造耐用的陶瓷壳.
4. 去除蜡 (脱瓦): 壳在高压灭菌或炉中加热, 融化并排干蜡, 离开空心腔.
5. 金属浇注: 预热的陶瓷贝壳在重力或真空条件下充满了熔融金属.
6. 冷却和外壳去除: 一旦凝固, 陶瓷外壳被拆除, 并且铸件的组件是从树上切下的.
7. 精加工: 后处理操作包括切割, 磨削, 加工, 表面处理, 如果需要的话，热处理.

投资类型

可以根据用于形成模具的陶瓷泥浆和粘合剂对投资铸造进行分类. 这两种主要类型是:

• 二氧化硅SOL投资铸造:

• • 使用二氧化硅溶胶 (胶体二氧化硅) 作为活页夹.
  • 提供 出色的表面饰面 (RA1.6-3.2μm) 和 高维精度 (±0.005英寸).
  • 不锈钢的理想选择, 碳钢, 和航空航天中使用的高精度组件, 医疗的, 和汽车行业.
  • 由于较长的外壳准备时间和更精细的耐火材料而导致的成本更高.

• 水玻璃投资铸造:

• • 使用硅酸钠 (水杯) 作为活页夹.
  • 更具成本效益 但是导致表面表面稍粗糙 (RA4-6μm) 与二氧化硅溶胶相比.
  • 通常用于不需要超高精度的碳钢和低合金钢零件.
  • 适用于主要考虑成本的较大零件和行业.

投资铸造的功能

• 高维精度: 公差像 ±0.005英寸 (±0.125 mm), 最小化次级加工的需求.
• 上表面饰面: 成就 RA1.6-3.2μm (63–125分钟) 用于二氧化硅溶胶工艺.
• 设计复杂性: 启用复杂的几何形状, 薄壁 (一样薄 1.5–3毫米), 和底切，没有复杂的工具.
• 材料多样性: 非常适合高性能合金, 特别是在航空航天中使用的, 医疗的, 和能量部门.
• 尺寸范围: 最适合中小型组件 (从几克到约50公斤), 尽管专业系统可以产生较大的零件.
• 一致性: 培养基高可重复性- 由于精确的工具和受控过程，大批量运行.

3. 什么是沙子铸造?

沙子铸造 是最古老，最通用的金属铸造技术之一, 可以追溯到数千年，但仍在现代制造中广泛使用.

该过程涉及从压实的沙子创建霉菌腔, 将熔融金属倒入模具, 然后打破砂霉，一旦铸造凝固就能取回.

它的简单性, 可伸缩性, 成本效益使其成为生产大部分的首选方法, 原型, 和低到中等的生产运行.

沙铸件以其处理能力而闻名 几乎任何金属或合金, 从铸铁和钢等亚铁金属到非有产金属，例如铝, 青铜, 和镁合金.

该方法在重型机械中特别有价值, 汽车, 以及工业设备部门的生产能力 大而复杂的零件，成本较低 与精确铸造技术相比.

过程步骤

1. 图案创建: 图案, 通常由木头制成, 塑料, 或金属, 精心制作以复制最终组成部分的形状. 图案解释了收缩津贴和加工津贴.
2. 霉菌准备: sand (例如粘土, 树脂, 或油) 围绕图案包装以形成模具. 应用分配剂以确保轻松删除图案.
3. 核心位置 (如果需要): 由沙子制成的核心放置在模具中，以在铸件中形成内部空腔.
4. 金属浇注: 熔融金属通过旨在控制金属流的门控系统倒入霉菌腔中.
5. 冷却和凝固: 金属冷却并在模具中固化, 取下腔的形状.
6. 去除霉菌: 沙模被破裂以取回铸件, 而且沙子通常可以回收用于未来的模具.
7. 清洁和整理: 铸件清洁了, 盖茨和立管被拆除, 并执行磨削或加工等完成过程.

砂型的类型

砂铸造可以采用不同类型的成型材料和粘合剂, 包括:

• 绿沙模:

• • 用天然沙子制成, 黏土, 和水.
  • 最常见和经济的方法.
  • 适用于高体积生产和通用铸件.

• 树脂键模的沙子 (无烤):

• • 砂与合成树脂和硬化剂混合.
  • 提供更好的表面饰面 (RA〜6-12μm) 与绿沙的尺寸准确性.
  • 通常用于更大或更复杂的零件.

• 干砂霉:

• • 倒入金属之前，砂霉菌烘烤或化学硬化.
  • 提供提高的强度和表面质量, 适合大型铸件.

沙子铸造的特征

• 范围较大的零件尺寸: 可以产生从几公斤到几吨的铸件, 使其非常适合发动机块, 重型机械零件, 和大型工业组件.
• 材料多样性: 几乎所有铸造金属都可以铸造, 包括钢, 铸铁, 铝, 基于铜的合金, 和镁合金.
• 中等尺寸的精度: 典型的公差范围从 ±0.020至±0.040英寸 (±0.5至±1毫米 25 毫米), 需要其他加工来进行精确应用.
• 表面处理: 比投资更粗糙, 表面粗糙度通常在 RA6-25μm, 取决于沙子类型.
• 具有成本效益的工具: 与投资铸造相比，模式成本较低, 特别是对于大零件或小体积运行.
• 设计灵活性: 能够产生简单至中等复杂的形状, 虽然细节复杂或薄壁 (<5 毫米) 具有挑战性.
• 回收: 通过适当的治疗可以多次重复使用沙子, 与其他高能量铸造方法相比，使过程相对环保.

4. 比较分析: 投资铸造与沙子铸造

评估投资铸造与沙子铸造时, 制造商必须考虑一系列技术, 经济的, 和绩效因素.

表面饰面和尺寸精度

• 熔模铸造:

• • 提供了出色的表面表面 RA1.6-3.2μm (63–125分钟) 使用二氧化硅溶胶工艺以及周围 RA4-6μm 用于水玻璃.
  • 达到严格的尺寸公差, 通常 ±0.005英寸/英寸 (±0.125毫米 / 25 毫米) 用于小型组件.
  • 零件通常需要最少的加工, 最多减少后处理时间 50–70％ 与沙子铸件相比.

• 沙子铸造:

• • 表面表面更粗糙, 通常 RA6-25μm (250–1000分钟) 取决于沙子类型 (绿沙与. 树脂键).
  • 尺寸公差更广泛, 一般来说 ±0.020–0.040英寸/英寸 (±0.5–1毫米 / 25 毫米).
  • 需要大量精确应用程序的大量完成或加工.

影响: 对于精确组件，例如航空航天涡轮刀片或医疗植入物, 投资铸造的卓越精度和光滑的表面是无与伦比的,

虽然沙子铸造足以用于重型组件，例如发动机块, 紧张的公差不太关键.

零件大小和体重

• 熔模铸造:

• • 最适合 小到中等零件 从几克到大约 50 公斤 (110 磅).
  • 受陶瓷外壳的强度和大小的限制.

• 沙子铸造:

• • 可以产生 非常大的组件, 从几公斤到 几吨, 例如风力涡轮枢纽或重型机械框架.
  • 尺寸灵活性是Sand Casting的关键优势之一.

材料多样性

• 熔模铸造:

• • 在铸造方面表现出色 高性能合金, 包括 基于镍的超级合金, 钛, 和钴合金, 很难加工.
  • 常见材料: 不锈钢, 碳钢, 铝, 青铜, 和基于铜的合金.
  • 首选航空航天, 活力, 以及由于能够处理高温合金而导致的医疗应用.

• 沙子铸造:

• • 高度用途 亚铁和非有产金属, 包括 铸铁 (灰色的, 公爵, 白色的), 钢, 铝合金, 铜合金, 和镁合金.
  • 非常适合大型零件, 例如。, 汽车发动机块 (铸铁, 铝), 泵外壳 (青铜, 钢), 和阀体.

设计复杂性

• 熔模铸造:

• • 能够复制 复杂的几何形状, 薄壁 (1.5–3毫米), 精细的字母, 和复杂的细节 没有昂贵的加工.
  • 内部空腔零件的理想选择, 底切, 或弯曲的功能.

• 沙子铸造:

• • 通常用于 较简单或更厚的组件.
  • 复杂的内部功能需要多个核心, 这增加了尺寸变化的成本和风险.

生产量和交货时间

• 熔模铸造:

• • 最好的 中等至高体积 生产, 在工具成本被精确和降低加工所抵消的地方.
  • 交货时间: 通常 6–10周 用于工具和原型生产.

• 沙子铸造:

• • 降低工具成本 使其适用于原型, 低量, 和大型铸件.
  • 交货时间: 经常 2–4周 由于更简单的工具而引起的初始模具.

费用考虑

• 熔模铸造:

• • 工具成本: 高的 (金属模具蜡图案).
  • 每部分成本: 由于陶瓷壳的制备和过程复杂性，较高.
  • 当成本是合理的 精确和最小加工降低了总生产成本.

• 沙子铸造:

• • 工具成本: 低的 (木材或树脂图案).
  • 每部分成本: 大型组件和少量的较低.
  • 最适合表面表面和公差为次要的重型工业组件.

机械性能和性能

• 熔模铸造:

• • 生产 密集, 细粒度的微观结构, 导致 改善疲劳耐药性和机械强度.
  • 经常进行热处理以增强性能.

• 沙子铸造:

• • 由于模具较厚，冷却速率较慢, 导致 更粗糙的谷物结构 和机械性能略低.
  • 足以满足大多数结构和重型应用.

5. 投资铸造与沙子铸造的应用

投资铸造申请

投资演员的标志是精确和复杂性, 使其在其中必不可少的部门 严格的公差, 出色的表面饰面, 和高级材料 很关键:

• 航天:

• • 高性能组件，例如涡轮刀片, 燃烧室, 燃料喷嘴, 和由镍基超合金制成的结构零件, 钛, 和钴合金.
  • 组件需要严格的维度控制和优异的机械性能来承受极端温度和应力.

• 医疗设备:

• • 手术器械, 骨科植入物, 牙齿假体, 和精确的微型组件.
  • 该过程可实现生物相容性合金和患者特定设计所需的复杂几何形状.

• 汽车:

• • 精密零件，包括涡轮增压器外壳, 阀体, 和齿轮, 特别是在高性能和豪华车中.
  • 组件经常使用不锈钢, 铝合金, 和专业金属.

• 发电:

• • 燃气轮机零件, 阀成分, 和需要高强度和耐腐蚀性的泵零件.
  • 通常由超级合金和不锈钢制造.

• 工业设备:

• • 高精度齿轮, 喷嘴, 和仪器和控制设备中使用的配件.

沙子铸造应用

Sand Casting的多功能性和大零件的能力使其成为重工业和应用中的主要选择 大小和稳健性 是最重要的:

• 汽车行业:

• • 发动机块, 气缸盖, 传输案例, 制动组件, 和悬架零件主要由铸铁和铝合金制成.
  • 高生产量具有适度的精度要求.

• 重型机械和建筑设备:

• • 大房子, 框架, 变速箱, 和由铸铁制成的结构组件, 钢, 和合金钢.
  • 零件通常重达数百公斤至几吨.

• 泵和阀行业:

• • 泵外壳, 阀体, 叶轮, 和管道配件通常是用青铜铸造的, 钢, 和铁.
  • 需要耐用性和耐腐蚀性而不是耐受性.

• 能源部门:

• • 风力涡轮机轮毂, 发电机外壳, 以及由于大小和强度需求而产生的结构支撑.

• 海军陆战队 和造船:

• • 螺旋桨叶片, 舵, 以及由青铜和钢合金产生的大型发动机组件.

• 一般工业应用:

• • 农业设备, 采矿机械, 和铁路组件依靠沙子铸造来稳健, 大规模零件.

6. 投资铸造与沙子铸造的优势和局限性

熔模铸造

优点:

• 高维精度: 典型的公差高达±0.005英寸 (±0.125 mm), 大大降低加工和完成成本.
• 上表面饰面: 实现光滑的表面 (RA1.6-3.2μm) 适用于近网形生产.
• 复杂的几何形状: 能够产生复杂的设计, 薄壁 (下去 1.5 毫米), 和没有内核的内部空腔.
• 材料多样性: 非常适合高级合金, 包括基于镍的超级合金, 钛, 钴, 和不锈钢.
• 一致性和可重复性: 媒介的理想选择- 通过精确工具到大批量生产.

限制:

• 较高的初始工具成本: 蜡喷射模具和陶瓷壳生产涉及大量前期投资.
• 大小约束: 通常仅限于〜50公斤以下的零件 (110 磅) 由于壳强度的限制.
• 交货时间更长: 与沙子铸造相比.
• 更高的能源使用和环境影响: 由于陶瓷外壳发射和蜡倦怠工艺.

沙子铸造

优点:

• 低工具成本: 模式相对便宜且易于修改, 原型制作和小型运行的理想.
• 大尺寸能力: 可以产生重几吨的零件, 适用于重工业应用.
• 广泛的材料兼容性: 适用于多种多产和非有产性合金, 包括铸铁和钢.
• 可回收模具材料: 沙子可以被收回并重新使用, 减少浪费和成本.
• 更快的设置: 霉菌制备和铸造的交货时间较短, 促进更快的原型制作.

限制:

• 较低的维度精度: 典型的公差为±0.020至±0.040英寸, 需要更多的施工后加工.
• 表面更粗糙: 表面粗糙度通常为RA 6–25μm, 通常需要磨碎或抛光.
• 有限的薄壁能力: 难以实现薄部分 (<5 毫米) 由于沙霉强度的限制.
• 更高的孔隙率风险: 诸如沙子夹杂物和气孔等缺陷的机会增加了, 影响机械性能.

7. 如何在投资铸造和沙子铸造之间进行选择

选择适当的铸造方法对于平衡性能至关重要, 成本, 和制造效率. 该决定取决于几个相互关联的因素:

8. 铸造技术的未来趋势

铸造行业正在不断发展, 受材料科学进步的驱动, 制造自动化, 和可持续性目标.

自动化和数字化

• 机器人模具处理和浇注: 自动化系统减少人为错误, 提高一致性, 并提高投资和沙子铸造的安全性.
• 数字过程监视: 传感器和物联网设备可以实时监视温度, 霉菌状况, 和材料特性, 增强质量控制.
• 计算机辅助设计 (卡德) 和模拟: 高级铸造模拟软件预测模具填充, 凝固, 和缺陷形成, 在生产前优化设计.

增材制造集成

• 3D印刷图案和模具: 添加剂制造能够通过传统工具来快速生产具有复杂的蜡模式和带有复杂内部功能的砂模.
  这减少了交货时间和工具成本, 特别是对于小批量和原型运行.
• 混合过程: 将3D打印与传统铸造相结合, 例如用于投资铸造的印刷陶瓷外壳或带有印刷核心的沙模, 允许前所未有的设计自由和快速迭代.

9. 结论

两种投资铸造与沙子铸造对于现代制造都是必不可少的.

精确时，投资铸造占主导地位, 复杂, 高性能材料至关重要, 当沙子铸造仍然是大的首选解决方案, 强壮的, 和成本敏感的组件.

最佳选择取决于平衡性能要求与预算, 交货时间, 和物质考虑.

Langhe在投资铸造和沙子铸造方面的专业知识

兰格 是值得信赖的全球提供商 投资铸造 vs 沙子铸造 解决方案, 提供高质量, 广泛行业的精密设计组件. 拥有高级设施和数十年的铸造专业知识, 兰格 交付:

• 全面的过程功能: 来自复杂的 投资铸造 (损失的蜡过程) 用于复杂, 高精度零件 沙子铸造 对于大型和重型组件.
• 物质多样性: 与不锈钢一起工作的能力, 超级合金, 碳钢, 铸铁, 铝合金, 和钛等特种金属.
• 端到端服务: 工程支持, 模具设计, 快速原型制作, 热处理, 和精确加工以确保最佳质量和性能.
• 全球标准和质量控制: 遵守国际标准 (ISO, ASTM) 进行严格的检查, NDT测试, 和尺寸验证.
• 灵活的生产量: 原型的成本效益解决方案, 中等批次, 或大规模生产.

通过组合 投资铸造的精度 和 沙子铸造的多功能性和规模, 兰格 满足整个航空航天的客户要求的要求, 汽车, 活力, 重型机械, 和全球其他部门.

与我们联系！

常见问题解答

哪种方法更适合原型制作?

沙子铸造, 由于工具成本较低 ($500 - 5,000美元) 和提前时间更快 (2–4周) 用于木制或3D打印图案.

投资铸造的4-8周交货时间和更高的工具成本使其对原型的理想程度降低了，除非精确度至关重要.

投资铸造可以替换加工?

经常, 是的. 用于复杂的零件 (例如。, 带有涡轮刀片 10 加工操作), 投资铸造将加工降低70-90％, 大量生产的成本降低了30-50％.

沙滩铸造更环保?

砂铸造有优势: 绿沙是 90% 可回收, 和粘合剂系统 (黏土) 可生物降解.

投资铸造产生陶瓷壳废物 (不可回收) 并用更多的能量进行炮弹射击, 将其碳足迹增加20-30％. 沙子铸造.

哪种方法可以更好地处理铝?

两者都在工作, 但是，对于大铝制零件而言，沙子铸造是优选的 (例如。, 发动机块) 由于成本较低.

投资铸造更好, 精确的铝成分 (例如。, 航空航天配件) 地表饰面和容忍度证明更高成本合理的地方.

沙子铸造的最大零件复杂性是多少?

沙子铸造可以产生中等复杂性的零件 (例如。, 3–5个内部空腔) 使用沙芯, 但是缩减或功能 <3 MM是有风险的.

投资铸造手柄 10+ 特征 (例如。, 内部频道, 线程) 没有内核, 使复杂设计更加灵活.