不同类型的铸造方法: 完整的指南

1. 介绍

在现代制造的动态景观中, 铸造类型仍然是必不可少的过程，用于将原材料转换为具有量身定制的机械性能的复杂组件.

从汽车发动机块到涡轮刀片和牙科植入物, 铸造支持具有可伸缩性的行业, 从低容量的原型制作到高量生产.

随着全球需求转向轻巧, 精确, 和可持续性, 各种铸造方法已进化为适合特定材料, 几何的, 和经济需求.

本文对最突出的铸造技术进行了全面和比较的分析, 探索他们的技术机制, 经济生存能力, 环境足迹, 和工业应用.

2. 什么是铸造?

基本原则

铸造是最古老，最基本的制造过程之一, 约会比 5,000 年.

以其核心, 铸造涉及将熔融金属倒入形状的腔体中 - 作为模具引用 - 它冷却并凝固成所需的形式.

最终产品, 一旦凝固并提取, 可以进一步完成或加工以满足精确的公差和表面规格.

铸造的基本阶段包括:

1. 模式制作 - 创建最后一部分的复制品 (通常带有收缩和加工的津贴).
2. 霉菌准备 - 用沙子形成腔, 陶瓷制品, 金属, 或泡沫材料.
3. 融化和倾倒 - 将金属加热到熔融状态，并小心地将其引入模具.
4. 固化和冷却 - 金属从液体到固体的过渡, 取下腔的形状.
5. 摇晃和完成 - 从模具中去除固化铸造并进行表面处理, 打扫, 或加工.

铸造在制造中的作用

铸造在原型和质量产生中都起着关键作用. 它处理复杂几何形状的能力, 各种合金, 和各种尺寸, 从几克到几吨,

使其在诸如汽车之类的行业之间无价, 航天, 医疗的, 和能量.

• 原型: 快速铸造技术, 例如3D打印模具, 在产品开发过程中启用快速迭代.
• 群众生产: 高速铸造和连续铸造可以产生数千个质量一致的组件.

3. 消耗性图案铸造方法

在制造中, 由于其灵活性，可消耗性的铸造方法被广泛采用, 成本效益, 以及产生复杂几何形状的能力.

这些方法利用每个铸造周期后被破坏的模具, 使其非常适合复杂的设计和可变生产运行.

以下是对此类别中最突出技术的全面分析.

沙子铸造

过程概述

沙铸造是最传统和最广泛使用的铸造过程, 计算估计的 60% 全球所有金属铸件.

它涉及在图案周围打包沙子 (通常由木头或金属制成) 形成霉菌.

然后将沙子压实 - (绿沙) 或化学粘合剂 (树脂粘结或无烘烤) - 在倒入过程中保持霉菌的完整性.

优点:

• 低工具成本 和原型的较短交货时间.
• 可扩展性 小批量至大规模生产.
• 容纳大型铸件 - 有些称重 50 吨.

限制:

• 相对较差的表面饰面和尺寸精度 (通常为大零件±1.6毫米).
• 高劳动投入和后处理要求.
• 对孔隙率的敏感性, 沙包裹, 和不一致的冷却率.

熔模铸造 (迷失的蜡像)

过程概述

熔模铸造 提供高维的精度和表面质量.

蜡模式, 由注射成型或3D打印制成, 涂有耐火陶瓷材料.

外壳硬化后, 蜡被融化了 (因此，失去了蜡的名字), 并将熔融金属倒入腔.

优点:

• 出色的表面饰面 (RA 1.5-3.2 µm) 和宽容的公差 (长度的±0.1％).
• 适合 复杂的几何形状和内部空腔.
• 与高性能合金兼容 (例如。, inconel, 钴粉).

限制:

• 由于贝壳的准备，成本更高和较长的交货时间.
• 一般来说 仅限于零件 30 公斤 由于壳的力量.
• 如果无法正确控制.

消失模铸造

过程概述

丢失的泡沫铸件 用 聚苯乙烯泡沫 模型.

泡沫图案嵌入烧瓶中的无粘性砂中，并在与熔融金属接触时蒸发, 留下干净, 完成的铸造.

优点:

• 消除了对核心的需求, 简化霉菌的制作.
• 优秀的 复杂的, 一件铸件 (例如。, 发动机块).
• 环境有益: 泡沫已完全蒸发, 留下最小的残留物.

限制:

• 泡沫模式的机械强度较低会影响处理.
• 过程控制至关重要 - 贫困涂层或压实会导致缺陷.
• 在铝铸件中更常见; 高熔合合金不太常见.

石膏和陶瓷铸造

过程概述

这些技术是小众的利基，但对于小零件来说是高度准确的替代方案.

图案嵌入石膏中 (石膏基) 或陶瓷浆. 一旦模具固定并被治愈, 加热以去除水分, 然后充满熔融金属.

优点:

• 高维精度和出色的表面饰面.
• 能够将细节和细墙抛入 0.5 毫米.
• 适用于原型制作和小批量产生复杂的零件.

限制:

• 仅限于 较小的组件 由于霉菌的脆弱性.
• 霉菌干燥和倦怠需要延长交货时间.
• 水分灵敏度和导热率差可能会限制材料的兼容性.

4. 永久性和压力驱动的铸造方法

永久性和压力驱动的铸造方法解决了对更高精度的需求, 更好的可重复性, 并提高了生产效率.

这些方法利用耐用的霉菌（通常是用钢或石墨制成）可以承受多个铸造周期的,

使它们非常适合汽车, 航天, 以及尺寸精度和机械强度至关重要的电子行业.

压铸

过程概述

铸造 是一种高压铸造方法，其中熔融金属被迫进入钢模具 (死亡) 在高压下, 通常从 70 到 700 MPA.

使用了两种主要的机器: 热室 (用于像锌这样的低熔合合金) 和 冷室 (用于铝, 镁, 和铜合金).

优点:

• 卓越的维度精度 (公差高达±0.02毫米).
• 高生产速度 - 1,000 每小时射击 在某些应用中.
• 光滑的表面 (RA 1.5-3.0 µm) 减少或消除手术后.
• 适合 薄壁, 大量零件.

限制:

• 高初始死亡成本, 通常 $10,000 - $ 100,000+, 限制小型生产的可行性.
• 孔隙率关注因素快速固化.
• 限制为 非有产合金.

重力铸造

过程概述

在重力铸造中 (也称为 永久模具铸件), 将熔融金属倒入重力下的可重复使用的金属模具中.

与死亡铸造不同, 没有外部压力, 使其成为一个适合的温和过程 中卷 生产.

优点:

• 可重复使用的模具更好 维度一致性 比沙子铸造.
• 由于较精细的晶粒结构，高于消耗性数值的机械性能改善了.
• 与压力铸造相比，设备成本较低.

限制:

• 限制为 简单至中度的几何形状.
• 不太适合薄壁或复杂的内部特征.
• 周期时间长于高压铸造.

低压铸件

过程概述

在低压铸件中, 通过施加熔融金属将 受控压力 (0.02–0.1 MPA) 从密封的坩埚下方.

这种向上的填充有助于最大程度地减少湍流和氧化物的形成.

优点:

• 孔隙率降低 并改善了由于受控凝固而引起的机械强度.
• 适用于铸造 复杂的形状，墙壁薄，公差紧密.
• 产生高压紧密的零件 - 理想的 汽车车轮和悬架零件.

限制:

• 设备更昂贵，需要严格的过程控制.
• 主要限制为 铝和镁合金.
• 霉菌设计必须考虑向上的金属流量和冷却梯度.

永久模具铸件

过程概述

这是一个更广泛的类别，与重力模具铸造重叠, 但还包括使用内核或插入物的变体.

将熔融金属倒入预热, 涂层金属模具, 允许具有一致属性的可重复铸件.

优点:

• 好的 尺寸精度和表面饰面.
• 改善疲劳抗性 与沙子铸造相比.
• 最多的霉菌 100,000 周期, 取决于材料和维护.

限制:

• 与消耗性方法相比，几何复杂性受到限制.
• 最初的工具成本高于沙子或石膏铸件.

离心铸件

过程概述

这种方法涉及旋转模具 (垂直或水平) 熔融金属倒入.

离心力分配金属并将杂质朝向内径.

优点:

• 生产 稠密, 无缺陷墙 带有精细的微观结构.
• 非常适合圆柱形或管状形状 管道, 戒指, 和轴承.
• 方向固化 导致增强的机械性能.

限制:

• 限于对称零件.
• 需要精确控制 旋转速度和倾倒速度.
• 设备成本和设置复杂性可能很高.

连续铸造

过程概述

主要用于 冶金行业, 连续铸造涉及将熔融金属倒入水冷模具中, 它在向下移动时巩固的地方 (或水平) 以恒定的速度.

然后将固化部分切成长度.

优点:

• 极其 高通量 和最小的材料废物.
• 优秀的 钢, 铝, 和铜钢石和板.
• 比传统的铸币铸造能源消耗较低.

限制:

• 仅限于简单的横截面 像平板一样, 杆, 和管.
• 初始设置成本很高; 需要 连续操作.

5. 混合和高级铸造技术

随着现代制造推动日益复杂的几何形状, 优质材料特性, 和环保意识的生产, 仅传统的铸造方法可能会缺乏.

作为回应, 一套 混合和高级铸造技术 出现了, 利用压力控制的创新, 真空环境, 材料科学, 和添加剂制造.

这些先进的方法不仅可以改变原型制作和低量生产，而且还集成到高性能的工业应用中.

让我们探索这些高级铸造技术中最有影响力的:

真空铸造

概述

真空铸造, 也称为真空辅助树脂铸造或真空投资铸造, 涉及在倒入之前或期间从模具腔中除去空气和气体, 创建一个 低压环境 (通常在下面 0.1 MPA) 为了最大程度地减少孔隙度并改善铸造忠诚度.

优点:

• 显着降低了孔隙率, 增强疲劳强度和密封完整性.
• 优越的 表面饰面 和尺寸的准确性 - 理想的 航空航天涡轮刀片, 生物医学植入物, 和高端电子产品.
• 启用 反应金属 像钛, 在大气条件下会氧化.

限制:

• 高昂的设备和过程控制.
• 限制为 小到中等零件尺寸 由于真空室的大小.

挤压铸造和半固体金属铸造 (SSM)

挤压铸造

在这个过程中, 将熔融金属倒入模具中，并受到高压 (50–150 MPA) 在凝固过程中. 这种压力消除了收缩孔隙度并改进了晶粒结构.

半固体金属铸件

SSM涉及铸造部分固化的合金 (浆液阶段), 允许 近网状 通过改善流动行为和微观结构控制的生产.

优点:

• 生产 锻造机械性能 在铸件组件中.
• 优秀的 结构部件 在汽车和航空航天部门.
• 通过实现紧密的公差和最小的经线来减少后手术.

限制:

• 合金的选择有限 - 铝和镁合金的常见.
• 需要复杂的设备和温度控制系统.

添加剂辅助铸件 (3D印刷模具和图案)

概述

铸造和添加剂制造的融合 (是) 提供前所未有的灵活性.

粘合剂喷射和立体光刻等技术 (SLA) 用于生产 沙模, 蜡模式, 或陶瓷壳 具有高精度和自定义.

优点:

• 快速原型制作: 霉菌生产时间减少了 70%.
• 允许 复杂的内部几何形状, 共形冷却通道, 和拓扑优化的设计.
• 理想的 低容量和高度定制的零件.

应用领域:

• 航空托架, 泵外壳, 和涡轮组件.
• 定制牙科和医疗植入物.

反应性和浸润铸件

反应性铸造

主要用于生产 陶瓷基质复合材料 (CMC是最好的),

反应式铸造涉及熔融金属与霉菌或浸润的陶瓷预形成新型的化学反应以形成新的, 高性能材料.

渗透铸造

在这种技术中, 熔融金属浸入由陶瓷或石墨制成的多孔预形成.

冷却后, 结果是 金属基质复合材料 (MMC) 带量身定制的机械, 热的, 或佩戴特性.

优点:

• 启用 功能分级的材料 (FGMS) - 不同部分的不同属性.
• 用于 防御, 核, 和航空航天 需要极端性能的应用.

限制:

• 高度专业且昂贵.
• 严格控制材料反应性和霉菌成分是必不可少的.

新兴趋势和创新

高级演员的未来在于 数字整合, 可持续性, 和多物质功能. 关键创新包括:

• 通过实时过程监视的智能铸造 使用AI和IoT传感器.
• 混合式工作流程 用于内置热调节的模具插入物.
• 绿色铸造 技术, 减少VOC排放, 并利用可生物降解的粘合剂.

6. 材料和合金考虑

在金属铸造的世界中, 材料选择 与铸造过程本身的选择一样至关重要.

这 热行为, 流动性, 收缩特征, 反应性, 和 固化概况 每种合金的直接影响霉菌设计, 铸造成功率, 和最终产品性能.

在这个部分, 我们将探索两者的属性 黑色和非有产性合金 并评估它们如何与不同的铸造方法相互作用.

黑色合金

黑色合金, 主要由铁和不同量的碳和合金元素组成,

由于其实力，主导重型工业应用, 戴阻力, 和成本效益.

铸铁

铸铁 被细分为 灰色的, 公爵, 和可延展的铸铁, 每个都具有影响机械性能的不同石墨结构.

• 灰色铸铁: 包含薄片石墨; 非常适合振动阻尼和抗压强度. 在发动机块和机器底座中常见.
• 延性铸铁 (结节): 具有球形石墨结节; 优势拉伸强度和抗冲击力.
• 可延展的铁: 热处理的白铁; 适合小, 托架和耦合等耐用零件.

最好的铸造方法: 沙子铸造 (所有类型), 离心铸件 (用于管道和衬套).

铸钢

铸钢, 特别 碳钢, 低合金钢, 和 不锈钢, 提供有利的韧性平衡, 可焊性, 和耐磨的抵抗.

• 熔点: 〜1,425–1,540°C
• 挑战: 高收缩和氧化趋势需要精确的门控和通风系统.
• 应用领域: 齿轮, 采矿设备, 重型机械.

首选方法: 熔模铸造 (精确), 沙子铸造 (用于重型零件), 真空铸造 (用于航空级钢).

非有产合金

非有产合金, 包括铝, 铜, 镁, 锌, 和钛, 提供轻巧和耐腐蚀的替代品, 特别是在汽车中, 航天, 和电子产品.

铝合金

铝 由于其出色的可铸性，是最常见的非有产金属之一, 耐腐蚀性, 和低密度 (〜2.7 g/cm³).

• 类型: A356, 319, 6061 (al-si-mg/与合金)
• 特性: 高流动性, 低熔点 (〜660°C), 良好的可加工性.
• 应用领域: 发动机组件, 住房, 结构框架.

理想的铸造方法: 铸造, 重力铸造, 低压铸件, 永久模具铸件.

镁合金

镁是 最轻的结构金属 (密度〜1.74 g/cm³) 并广泛用于汽车和航空航天中以减轻体重.

• 限制: 熔化期间高氧化趋势.
• 应用领域: 传输案例, 飞机零件, 手持电子设备.

合适的方法: 高压铸造, 沙子铸造 (具有保护气氛), 真空铸造.

铜合金

铜-基于合金, 例如 青铜 和 黄铜, 具有出色的热导电性以及良好的耐磨性.

• 熔点: 黄铜〜900–940°C, 青铜〜950–1,050°C
• 应用领域: 管道配件, 电连接器, 艺术和遗产铸件.

首选方法: 沙子铸造, 投资铸造, 离心铸件 (轴承和衬套).

锌合金

锌合金 (喜欢) 因他们的重视而受到重视 出色的流动性, 薄壁铸造能力, 和 低熔点 (〜420°C).

• 优点: 复杂的几何形状, 快速周期时间, 低能消耗.
• 应用领域: 消费电子产品, 汽车硬件, 装饰零件.

最佳过程: 高压铸造.

钛和高性能合金

钛 及其合金, 例如 ti-6al-4V, 以他们的 高强度重量比, 耐腐蚀性, 和 生物相容性.

• 熔点: 〜1,670°C
• 挑战: 高反应性需要铸造过程中的惰性环境.
• 应用领域: 医疗植入物, 航空紧固件, 性能汽车零件.

推荐方法: 真空投资铸造, 离心铸件, 用陶瓷模具反应式铸造.

7. 技术比较和选择标准

选择适当的铸造方法不是一定大小的决定.

它需要对技术要求有细微的理解, 经济限制, 零件几何, 物质兼容性, 生产量, 和环境的影响.

在这个部分, 我们使用使用 可量化和定性标准

指导材料工程师, 设计师, 和采购专家在选择最合适的过程中.

尺寸准确性和表面质量

维度的公差和表面表面对于降低后处理成本和确保零件功能至关重要, 特别是在航空航天中, 医疗的, 和汽车组件.

铸造方法	典型的公差	表面处理 (RA, µm)
沙子铸造	±1.5–3.0毫米	6.3–25
投资 (失去蜡)	±0.1-0.5毫米	1.6–6.3
压铸	±0.1-0.25 mm	1.6–3.2
重力铸造	±0.5–1.0 mm	3.2–6.3
消失模铸造	±0.25–1.0 mm	3.2–12.5
真空铸造	±0.05–0.3毫米	1.6–3.2

生产量和单位成本

铸造方法经济学在很大程度上取决于工具投资, 霉菌寿命, 周期, 和设置复杂性.

铸造类型	最适合生产量	工具成本	单位成本 (大约)
沙子铸造	低至中等	低的	缓和
熔模铸造	低至中等	中等的	高的
压铸	中至高	高的	低的
重力铸造	中等的	中等的	缓和
低压铸件	中至高	高的	缓和
3D印刷模具铸造	原型至低	非常低	高的

交货时间和工具灵活性

上市时间对于需要快速迭代和原型的行业至关重要.

• 最快的设置: 3D打印模具和沙子铸件 - 最小的工具或CAD-TO-TOPT工作流程.
• 最长的设置: 铸造和投资铸造 - 重新加工, 蜡模式工具, 或建造壳.

机械性能和缺陷灵敏度

机械性能受到微观结构的影响, 孔隙率, 和固化控制.

铸造类型	典型的缺陷	力量潜力
沙子铸造	气孔隙度, 包含	缓和 (后处理)
熔模铸造	收缩, 陶瓷夹杂物	高的
压铸	孔隙率, 冷关	缓和 (用真空改进)
低压铸件	孔隙率降低, 甚至充满	高的
真空铸造	最小的孔隙度	很高
挤压铸造	细粒, 接近零的孔隙率	例外

能源效率和环境影响

可持续性是铸造方法选择越来越重要的因素.

• 能源密集型: 铸造 (高压机械), 投资铸造 (高速窑).
• 节能: 沙子铸造 (低熔体速率), 3D印刷模具 (没有物理工具).
• 环保: 失去泡沫和绿沙发 (可回收媒体, 降低排放).
• 高废物产生: 由于一次性模具的使用，传统的消耗性模具工艺.

过程选择矩阵

这是一个简化的矩阵，结合了关键属性以帮助决策:

8. 铸造的优势

铸造的基本优势在于 产生复杂几何形状的能力,

容纳各种材料, 和 从原型制作到质量生产有效地扩展. 以下是对其主要优势的深入分析.

复杂形状和设计灵活性

铸造最重要的优势之一是 产生复杂的内部和外部几何形状的无与伦比的能力 在一个手术中.

复杂的功能，例如 内部空腔, 薄壁, 空心结构, 和 纹理表面 可以实现无需大量次要加工.

• 例如, 投资铸造 和 丢失的泡沫铸件 允许创建具有近网状精度和严格控制的零件, 经常减少对后处理的需求.
• 复杂的航空航天组件（例如涡轮叶片和汽车缸头）通常会由于其复杂的冷却通道和内部结构而经常施放.

这种设计自由减少了组装时间, 最小化材料废物, 并为 轻量级设计, 尤其是在使用非有效性和高性能合金时.

材料多样性

铸造支持大量 亚铁 和 非有产合金, 包括那些难以或不可能加工的,

例如 高碳钢, 超级合金, 和 反应金属 喜欢 钛 和 镁.

• 不锈钢等级 (304, 316, 2205) 通常会施放耐腐蚀的部分.
• 铝和镁合金是铸造轻质汽车和航空航天组件的理想选择.
• 外来材料 Hastelloy, inconel, 和 Niti 可以使用先进的真空或投资技术来铸造形状内存合金.

这使得铸造是通用应用和高度专业领域的理想过程 生物医学植入物, 化学处理, 和 海洋系统.

大小生产运行的成本效益

铸造对两者都在经济上可行 小批量原型 和 高体积生产:

• 为了 群众生产, 类似的过程 压铸 由于快速的周期时间和自动化，提供极低的每个单位成本.
• 为了 短期 或自定义零件, 沙子铸造或3D打印模具可灵活, 低投资解决方案.

而且, 能力 将零件合并成一个铸件 减少关节和紧固件的数量, 降低组装和检查成本，同时提高产品可靠性.

可伸缩性和尺寸范围

铸造可以产生大小的零件 微小的精度组件 (在下面 10 克) 到 巨大的结构部件重几吨.

大多数其他制造方法都无法比拟这种可伸缩性.

• 连续铸造 用于生产长的钢制钢筋和板.
• 沙子铸造 为风力涡轮机产生巨大的组件, 发动机, 和重型机械.
• 离心铸件 长期使用, 无缝的管道和衬套.

这种灵活性使得对需要两者的行业必不可少 结构强度 和 几何精度 在不同的尺度上.

高材料利用和减少废物

铸造本质上更多 物质效率 而不是加工等减法方法. 近网状生产减少了所需的原材料的量，并最小化废料.

• 在 重力铸造 和 低压铸件, 精心设计的门控系统和优化的霉菌几何形状提高了产量.
• 使用 可回收成型材料 (例如。, 沙, 蜡, 和泡沫) 和 重新融化 泉水和立管进一步提高材料效率.

与CNC加工相比, 经常删除 50% 原始股票, 铸造通常会导致 上面的物料利用率 90%.

与自动化和数字化的兼容性

现代铸造技术越来越多地与 行业 4.0 实践:

• 自动化模具处理, 机器人倾倒, 和 实时过程监视 使铸造和沙子铸造显着更有效和一致.
• 仿真软件 有助于预测和避免诸如收缩孔隙率之类的缺陷, 冷关, 和错误.
• 添加剂辅助铸件 (例如。, 3D打印图案和模具) 缩短交货时间并实现新设计的快速原型制作.

这种数字集成确保了更大的质量控制, 更快的产品开发周期, 并降低人为错误率.

具有量身定制特性的出色机械性能

许多铸造过程, 尤其 真空铸造, 挤压铸造, 和 离心铸件,

允许 精制的谷物结构 和 受控的固化, 导致改善的机械性能:

• 方向固化 在涡轮刀片中，铸造可增强疲劳寿命和高温阻力.
• 挤压铸造 降低孔隙度并导致具有优势强度和延展性的高密度部分.
• 正确处理时，不锈钢通常与其锻造物的腐蚀和机械性能相匹配或超过腐蚀和机械性能.

这使得铸造理想 承重, 承受压力, 和 温度敏感 申请.

9. 铸造的缺点

本节概述了技术的主要缺点, 经济的, 和环境的角度.

缺陷易感性和质量变异性

也许最持久的挑战是 缺陷的敏感性, 这可以显着影响最终部分的完整性和绩效. 常见缺陷包括:

• 孔隙率 (气体或收缩引起的),
• 冷关 (不完整的融合),
• 热眼泪 (冷却过程中破裂),
• 包含 (非金属污染物),
• 错误 和 经线.

这些缺陷通常来自霉菌设计中的问题, 金属流, 温度梯度, 或污染.

维度精度有限和表面饰面 (在某些方法中)

尽管在投资铸造和铸造等高精度过程中取得了进步,

许多传统方法，尤其是 沙子铸造 和 石膏成型 - 相对 低维准确性 和 粗糙的表面饰面.

• 表面粗糙度值 绿沙铸 可能来自 RA 6.3 到 25 µm, 需要额外的加工.
• 尺寸公差通常更广泛, 和 IT13至IT16 等级很普遍, 相比 IT6至IT8 在加工中.

对于需要细表面纹理的零件, 严格的公差, 或高性能, 辅助操作，例如研磨或CNC完成 通常是不可避免的, 从而增加成本和交货时间.

工具和霉菌成本 (对于某些方法)

尽管 消耗性的过程 像沙子铸件相对便宜,

永久性过程 例如 压铸, 低压铸件, 和 重力铸造 涉及 大量的前期工具投资.

• 铸造模具可能会花费 $10,000 到 $100,000+, 取决于复杂性和大小.
• 工具制造的交货时间可能从 4 到 12 周, 潜在推迟新产品介绍.

长冷却和固化时间 (在大型或复杂的铸件中)

热管理是另一个关键缺点, 特别是对于大型或厚的铸件. 这 固化过程可能很慢, 有时需要几个小时到几天，具体取决于零件大小, 材料, 和霉菌类型.

• 例如, 铸件超过 1 体重 可能需要在模具中延长停留时间，以避免内部应力和变形.
• 冷却不均可能也可能引入 残余应力, 导致加工或在职期间的破裂或失真.

物质限制和合金限制

某些铸造方法是 不适合特定合金 由于它们的熔化特征, 反应性, 或机械要求:

• 铸造 通常仅限于 非有产金属 (铝, 镁, 锌).
• 真空铸造 和 反应性金属铸造 需要昂贵的设备和惰性气氛.
• 碳含量高或过量合金元素的材料可能 隔离或破裂 在铸造过程中, 降低机械性能.

此外, 高级合金喜欢 超级双工不锈钢 或者 基于镍的超级合金 通常需要 专门的霉菌材料, 预热,

和 铸造热处理 获得最佳结果, 从而提高生产的复杂性和成本.

机械性能的固有局限性 (在某些过程中)

虽然铸造可以产生强大, 耐用零件, 在许多情况下, 铸件组件的机械强度较低 与锻造或锻造的对手相比:

• 铸件可能有 降低延展性, 较小的影响力, 和 减少疲劳生活 由于晶粒尺寸, 包含, 和微膜片.
• 铸造微观结构通常需要 广泛的热处理 改善韧性并消除残留应力.

所以, 在申请中 高机械可靠性 是最重要的, 替代过程 锻造, 粉状冶金, 或者 锻造库存加工 可能是首选.

10. 铸造的工业应用

铸造在现代行业中扮演着关键的角色, 交付满足要求机械的组件, 热的, 和几何要求.

从大容量的汽车零件到超专有航空航天和医疗植入物, 铸造技术的多功能性使制造商能够优化设计, 物质使用, 和生产经济学.

本节探讨了关键工业部门，其中铸造不仅是相关的, 但必须.

汽车行业

这 汽车 行业是全球最大的铸件消费者之一, 受重量级的需求驱动, 成本效益, 和可扩展性.

• 沙子铸造 广泛用于 发动机块, 气缸盖, 和 差分外壳, 尺寸和热性能至关重要的地方.
  例如, 典型的铸铁发动机块重50-100千克，需要尺寸的公差IT13 – IT15.
• 高压铸造 (HPDC) 在生产中占主导地位 传输外壳, 变速箱, 和 括号, 特别是在 铝 和 镁合金,
  由于其有利的强度与重量比和快速周期时间.
• 丢失的泡沫铸件 越来越多地应用 复杂的进气歧管 和 子框架, 支持设计灵活性和多个组件的集成.

航空航天和防御

在 航天, 铸造对于创建必须忍受极端环境的高性能组成部分是必不可少的，同时保持轻量级和几何精确.

• 熔模铸造 (失去蜡) 是选择的方法 涡轮刀片, 叶轮, 和 燃料喷嘴 在 基于镍的超级合金,
  在哪里的容忍度 ±0.05毫米 和较高的蠕变耐药性至关重要.
• 真空铸造 实现生产 结构性钛成分, 例如 机身连接器 和 起落架齿轮支架, 通过最大程度地减少氧气污染和孔隙率.
• 离心铸件 查找应用程序 旋转环, 密封, 和 喷气发动机衬里, 其中均匀密度和晶粒取向增强疲劳强度.

航空航天中的铸造需要完全符合 AS9100, nadcap, 和其他严格的认证, 强调其关键可靠性角色.

重型设备和机械

重型机械领域 - , 建造, 农业, 和能量 - 由于其机械鲁棒性和低成本效率，大量的大规模铸件组件划分- 到中体积生产.

• 绿沙和化学粘合的砂铸件 用于 变速箱外壳, 泵主体, 和 阀块, 通常在 灰色的 或者 延性铁, 由于它们的振动阻尼和耐磨性.
• 永久模具铸件 适合 柴油发动机零件, 液压成分, 和 括号, 需要增强的表面质量和疲劳强度.
• 铸件超过 5,000 公斤 在这个部门很常见, 需要强大的模具处理系统和延长的固化管理.

OEM利用内部和外包铸造操作来支持崎and的环境中的设备耐用性.

油 & 气体和石化

在石油和天然气行业, 铸件必须忍受高压, 腐蚀性媒体, 和极端温度.

• 离心铸件 被用来生产 管道, 管, 和 衬里 在耐腐蚀的合金中 双工不锈钢 (例如。, 2205, 2507).
• 失去蜡铸 提供精确的 阀体, 叶轮, 和 连接器 在 超级复式 或者 inconel, 它具有较高的固定性和机械强度.
• 沙子铸造 用于大型组件 井口住房 和 海底歧管.

组件必须满足 API, nace, 和 ISO 15156 硫化氢环境的标准, 强调需要无缺陷铸件和后处理热处理.

医疗和牙科设备

铸造可以生产生物相容性, 具有卓越表面质量和几何精度的患者特异性组件.

• 真空投资铸造 用于 骨科植入物 (臀部茎, 膝盖成分) 和 手术器械, 通常在 316L不锈钢, 共同合金, 或者 ti-6al-4V.
• 添加剂辅助铸件 (3D印刷模具) 允许快速发展 自定义牙科框架, 假肢, 和 颅面植入物 基于单独的CT扫描.

这个行业需要严格控制表面粗糙度 (RA < 1.6 µm), 孔隙率, 和污染 FDA, ISO 13485, 和 ASTM F75/F136 规格.

海洋和造船

海军陆战队 环境对材料提出了极大的需求, 特别是为了腐蚀和抗冲击力.

• 沙子铸造 和 重力铸造 用于 螺旋桨, 方向舵系统, 和 泵, 经常在 青铜, 不锈钢, 或者 ni-al-mronze.
• 离心铸件 实现生产 船尾管 和 轴袖子, 提供致密的结构，用于疲劳和海水暴露.

铸造海洋组件必须达到标准 DNV-GL, ABS, 和 劳埃德的登记册, 长期服务寿命和最少的维护.

消费产品和电子产品

虽然不太明显, 铸造还通过大规模生产复杂的, 成本敏感的组件.

• 铸造 很突出 智能手机框架, 笔记本电脑铰链, 和 相机外壳, 在哪里 锌 和 镁合金 提供薄壁的性能和出色的维度控制.
• 熔模铸造 用于进 豪华硬件, 水龙头, 和 珠宝, 地表表面和细节很关键的地方.

电子需要高热电导率, EMI屏蔽, 和设计小型化 - 所有这些都可以通过精确铸造来解决.

11. 铸造与. 数控加工

作为两种最基本的制造技术, 铸件 和 数控加工 通常在生产生命周期中相交.

然而, 它们的不同方法（将材料成形与去除材料以达到精确度的材料）创造了独特的优势和约束.

了解它们的比较优势对于基于设计复杂性选择最佳方法至关重要, 体积, 材料, 成本, 和性能要求.

摘要比较表

标准	铸件	数控加工
内部特征的复杂性	出色的 (特别是投资铸造)	没有复杂的工具限制
维度的准确性	中度至高 (取决于过程)	很高 (±0.01 mm)
表面处理	缓和 (RA 3.2-25 µm)	出色的 (RA < 0.8 µm)
初始工具成本	高的	低的
生产量适用性	中至高	低至中等
设置的交货时间	更长 (需要霉菌生产)	短的 (快速CAD到分成的过渡)
物质浪费	低的 (可回收过量)	高的 (到 70% 浪费复杂零件)
能源消耗	高的 (熔炉)	缓和 (但是物质密集型)

12. 结论

随着行业发展朝着高效的发展, 精密驱动的制造, 选择铸造方法必须平衡质量, 成本, 和可持续性.

通过了解每个过程的细微差别和局限性, 从砂铸到低压和混合创新,

工程师和制造商可以做出明智的决定，以符合绩效目标和环境任务.

随着数字模拟的持续发展, 增材制造, 和合金设计,

铸造的未来在于自适应, 将传统工艺与尖端技术合并的集成解决方案.

 

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文章参考：https://www.xometry.com/resources/casting/types-of-casting/