1. 介绍
消耗性模具铸造包括销毁模具以检索固化铸造的任何过程.
与永久性模具（例如在铸造中使用的霉菌）不同，这些一次性模具牺牲了寿命，以提高灵活性和较低的工具成本.
尽管永久霉菌技术进步, 消耗性模具仍然至关重要.
他们很容易适应设计迭代, 容纳大型或错综复杂的形状, 并处理合金（从延性铸铁到镍的超级合金），而没有过高的工具投资.
在本文中, 我们探索消耗的模具铸件的基本面, 它的主要变体, 材料, 优点和局限性, 申请, 新兴趋势, 以及与其他铸造方法的比较.
2. 什么是消耗性模具铸造?
消耗性模具铸造是一个销毁模具以提取金属部分的过程. 该过程首先从图案中创建模具.
然后，该模具充满了熔融金属, 冷却并凝固成所需的形状. 一旦凝固, 模具分裂以释放最后的铸件.
此类别包括几个变体, 例如沙子铸造, 投资铸造, 丢失的泡沫铸件, 壳模, 和石膏铸造.
所有这些共享一次性模具原理，但材料有所不同, 精确, 和复杂性.
关键特征:
- 一次性模具: 可消耗性模具铸造的定义特征是，每种模具在一次用途后被牺牲, 使其非常适合中低生产量或定制工作.
- 材料多样性: 它容纳几乎所有金属和合金, 包括铸铁, 铝, 青铜, 不锈钢, 和高尼克超级合金.
- 对复杂性的适应性: 消耗性模具可以捕获高度复杂的几何形状, 细节, 永久模具可能很困难或不可能.
3. 消耗性模具的类型
消耗性模具铸造包括几个不同的过程, 每个针对不同零件尺寸的量身定制, 复杂, 和生产量.
以下, 我们定义和比较五个最常见的变体.
沙子铸造
沙子铸造 通过在可重复使用的图案周围包装沙子 - 活页夹混合物来形成模具，以复制最终部分.
固化粘合剂后 - 通过水分 (绿沙) 或化学反应 (树脂键的沙子) - 技术人员将模具分开, 删除图案, 并组装两半 (应对和拖动).
熔融金属通过浇口倒入模具中，并由跑步者和大门网络分布.
一旦凝固, 模具被破裂以释放铸造. 沙铸的简单性和低工具成本使其成为大型的主要方法, 自工业革命以来的沉重组成部分.
特征:
- 多功能性: 适用于重量从几公斤到的零件 50 吨.
- 成本: 低工具成本 (模式的成本为10-20％的永久工具).
- 表面处理: 粗糙的, 通常RA 12–25 µm, 需要次要加工.
- 宽容: 一般零件的±1.5毫米, 可以精确控制的±0.5 mm.
- 应用领域: 发动机块 (>15 全球百万单位/年), 泵外壳, 大型结构组件.
投资 (失去蜡) 铸件
熔模铸造 首先要制作零件的精确蜡复制品 - 通常将蜡注入可重复使用的金属模具.
铸造厂在中央“树上组装这些蜡图案,然后反复将它们浸入细细的陶瓷浆液和灰泥中直至形成厚的壳.
陶瓷壳干燥后, 组件加热, 融化蜡 (“丢失的”), 并留下精确的腔.
然后熔融金属填充该腔, 生产具有出色细节和最少后处理的铸件.
发明了 2,000 几年前, 今天失去的蜡铸造可实现涡轮刀片, 医疗植入物, 和公差高达±0.05 mm的艺术雕塑.
特征:
- 精确: 公差高达±0.1 mm，表面饰面至RA 0.8 µm.
- 复杂: 可以复制细节和底切; 涡轮刀片和珠宝的常见.
- 生产量: 中小型批次的理想 (数百至成千上万的碎片).
- 材料范围: 从 不锈钢 和超级合金团铜和 铝.
壳模
壳模 使用预涂层的沙子（与热固性树脂混合），形成薄, 当应用于加热图案时，自支撑外壳.
图案温度启动树脂的快速固化, 创建一个僵硬的外壳通常厚10-25毫米.
技术人员将外壳剥落, 组装两个匹配的一半, 并将金属倒入腔.
因为壳的模具在几秒钟内治愈并提供比绿沙更细的谷物支撑, 该方法产生更高的精度和更光滑的表面.
在1940年代开发, 壳体成型在汽车和小型工业部件中受到青睐，需要速度和精度.
特征:
- 准确性: 尺寸公差±0.5 mm; 表面饰面RA 6–12 µm.
- 周期: 60–120 s每壳, 比传统的沙模快.
- 力量: 树脂粘结产生适合大量运行的强霉 (每月数千).
- 应用领域: 传输案例, 轴承外壳, 阀体.
消失模铸造
丢失的泡沫铸件 采用可消耗的泡沫图案（通过CNC加工或可扩展的模制形状形状）直接取代传统的霉菌腔.
铸造厂嵌入泡沫中, 压实的沙子. 当他们倒熔金属, 泡沫在接触时蒸发, 允许金属放置在不搅拌或湍流的情况下.
这个过程消除了分开线和草稿角度, 启用具有复杂内部通道的一体式铸件.
在1960年代出现，并通过改进的通风和环境控制进行完善, 丢失的泡沫铸造出色，对于复杂的汽车和机械组件而具有最低的饰面.
特征:
- 设计自由: 无需分开线和最小的草稿角度.
- 表面质量: RA 3-6 µm, 与外壳模具饰面相当.
- 宽容: 大多数合金的±0.5–1.0 mm.
- 环境注释: 泡沫汽化产生气体; 现代系统使用排气沙子和过滤来减少排放.
- 应用领域: 复杂的汽车组件，例如进气歧管和气缸盖.
石膏铸造
在石膏模具中, 工匠在图案周围倒入石膏或二氧化硅石膏, 经常用木头制成, 金属, 或塑料.
石膏套件在室温下, 形成刚性, 全数结构. 拆除图案后, 铸造厂预热模具以排出水分，然后将非有产性合金倒入腔.
一旦金属固化, 他们只是折断模具. 该技术提供精细的表面细节和出色的尺寸精度,
优于沙子，但比投资铸造成本较低, 它在20世纪中叶驱动了早期航空航天和精密仪器制造.
特征:
- 完成和细节: 表面饰面RA 1–6 µm; 捕获复杂的细节.
- 宽容: ±0.25–0.5 mm, 比沙子更好，但比投资效果还小.
- 限制: 霉菌强度限制零件大小到中小型组件 (< 20 公斤).
- 应用领域: 小铝或黄铜零件, 耐热合金, 装饰硬件.
4. 消耗性模具的优势
消耗性模具铸造为制造复杂金属组件的多功能且具有成本效益的方法.
设计灵活性
消耗的模具铸造可以创建复杂的几何形状，而永久性模具将具有挑战性或不可能.
由于每次使用后模具被销毁, 设计师有更大的自由来包括复杂的内部段落, 薄壁, 和底切.
这对于生产汽车组件（例如气缸盖和航空航天涡轮刀片）尤其有利, 形状复杂性直接影响性能的地方.
低初始工具成本
消耗性模具所需的工具, 例如用于沙模的木制图案或用于投资铸造的蜡模型,
与永久模具或模具铸造中使用的金属模具相比，生产的速度要低得多，生产速度更快.
这种成本优势使得铸造非常适合原型制作, 短期生产运行, 和定制的组件. 它减少了资本支出并缩短了上市时间.
广泛的可用合金
消耗性模具铸造支持各种各样的黑色和非有产性合金, 包括铸铁, 铝, 基于铜的合金, 不锈钢, 和高性能的超级合金.
因为模具没有重复使用, 模具和熔融金属之间的热和化学兼容性更容易管理, 减少对材料选择的限制.
可扩展性和多功能性
是生产一个自定义零件还是数千个单位, 可以相应地调整可消耗的模具工艺.
铸造厂可以通过自动执行某些步骤来轻松扩展生产 (例如。, 霉菌处理, 浇注) 同时保留小批量或艺术项目的手动控制.
这种适应性使其适合具有可变需求概况的行业.
原型和迭代速度
因为图案和模具可以快速廉价地产生, 消耗性模具铸造对产品开发非常有效.
设计更改可以迅速实施而不会产生高成本.
在汽车和航空航天等领域, 在哪里进行测试和验证是迭代的, 这种快速旋转能力是一个重要的优势.
降低设备投资
消耗性模具不需要复杂的机械和高压模具等工艺所涉及的高压力.
设备占地面积通常更小，价格更便宜, 使中小型制造商可以使用并鼓励分散生产.
与3D打印和现代技术的兼容性
新兴技术, 例如增材制造, 越来越多地整合到消耗性的霉菌工作流程中.
例如, 3D打印的沙模或蜡图案提供前所未有的细节和速度, 增强过程而无需传统的模式工具.
5. 可消耗性模具铸造的缺点
虽然可消耗性的模具铸造具有很大的灵活性, 成本, 和材料范围, 它还提出了几个固有的局限性，在选择铸造方法时必须仔细考虑这些局限性.
这些缺点会影响生产效率, 零件质量, 和长期运营成本.
较低的维度准确性和表面饰面
与永久的模具过程（例如死亡铸件或可重复使用的模具投资铸造）相比,
多种形式的消耗性模具铸件（尤其是沙子铸造）旨在产生较低的维度精度和更粗糙的表面饰面.
这通常需要其他加工或完成步骤, 增加交货时间和处理成本.
一次性模具破坏
术语暗示, 在零件拆卸过程中，消耗性模具被破坏, 这意味着必须为每个铸造创建一个新模具.
这增加了每个周期的材料消耗和时间, 特别是在大批量生产中, 永久性模具提供更快的吞吐量和更大的规模经济.
较高的废料和缺陷率
消耗的模具铸造过程更容易出现不一致之处, 例如收缩缺陷, 错误, 包含, 或孔隙率, 特别是在不优化的霉菌设计中或在较不受控制的条件下.
在沙子铸造中, 例如, 沙子的渗透性和压实可能会有所不同, 直接影响铸造结果.
劳动密集型操作
许多消耗性的霉菌过程需要高度的手动劳动来制造霉菌, 核心设置, 金属倒, 以及施工后的操作，例如去除或切割门.
劳动力强度不仅提高了生产成本，而且还引入了可变性和保持一致质量的挑战.
较长的生产周期
因为每个模具必须单独准备，并且在铸造之前经常治愈或干燥, 消耗性模具的周期时间通常比永久模具过程的循环时间更长.
这使得它们不太适合需要快速周期和高自动化的大量生产.
环境和健康问题
在沙子和投资铸造中使用各种粘合剂和添加剂,
例如酚醛树脂, 蜡, 和耐火涂层, 可以产生烟雾, 颗粒, 以及需要仔细处理和处置的废物产品.
遵守环境法规 (例如。, VOC排放, 二氧化硅暴露) 增加了运营的复杂性和成本.
材料的可重复性有限
尽管某些材料用于消耗性模具 (例如。, 沙子或蜡) 可以部分回收, 重复使用通常会降低其质量.
修复用过的模具材料涉及其他处理步骤, 能源使用, 和质量控制以避免污染或丧失铸造完整性.
6. 消耗性模具的应用
汽车行业: 发动机组件和结构零件
- 发动机块和气缸盖, 通常由铸铁或铝合金制成
- 传输案例
- 制动卡钳和悬架组件
航天: 涡轮叶片和精密组件
- 涡轮刀片和叶片, 通常由高温超级合金制成，例如Inconel或Titanium Amuminide
- 结构支架
- 燃油系统组件
重型机械和工业设备
- 液压泵外壳
- 变速箱和还原器
- 挖掘机臂和底盘组件
能源部门: 风, 水力, 和石油 & 加油设备
- 风力涡轮枢纽和房屋
- 油气管道的阀体和管道配件
- 水力发电厂的泵舱和叶轮
海洋工业
- 螺旋桨, 通常是由青铜或不锈钢制成的，通过投资或沙子铸造
- 方向舵股票和船体配件
- 船只和船的发动机组件
医学和科学设备
- 手术器械
- 骨科植入物
- 诊断设备组件
7. 与其他铸造方法的比较
选择正确的铸造方法取决于平衡 成本, 精确, 吞吐量, 和 合金兼容性.
消耗性模具铸造与. 永久模具铸件 在桌子中呈现:
| 标准 | 消耗性模具铸造 | 永久模具铸件 |
|---|---|---|
| 霉菌可重复性 | 一次性; 霉菌被摧毁以检索铸造 | 可重复使用的; 金属模具忍受数百至数千个周期 |
| 工具成本 | 低的 (图案$ 500– $ 5 000) | 高的 (钢铁 $50 000 - $ 100 000+) |
| 维度的准确性 | 缓和 (±0.5 - 2 毫米) | 高的 (±0.1 - 0.3 毫米) |
| 表面处理 | 更粗糙 (沙子的RA 12–25 µm; RA 6 壳的µm) | 光滑的 (RA 3-6 µm) |
| 周期 | 长的 (5–20分钟每个周期) | 短的 (30–60 s每个周期) |
| 合金兼容性 | 很高 (亚铁 & 无宝贵, 超级合金) | 有限的, 通常非有产子 (al, 铜合金) |
| 零件尺寸功能 | 很大 (多达数十吨) | 中等的 (通常≤50公斤) |
| 生产量 | 低至中等 | 中至高 |
| 典型的应用 | 发动机块, 泵外壳, 大结构部分 | 汽车车轮, 小房子, 非有产铸件 |
8. 结论
由于其无与伦比的灵活性, 广泛的物质兼容性, 以及适应不断发展的制造需求.
从古老的青铜雕像到高科技涡轮刀片, 这种铸造方法已证明其在数千年中的价值.
随着技术的进步 - 自动化, 实时数据, 以及可持续的材料进入折叠 - 可培养的模具铸造有望成为像过去一样动态的未来.
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常见问题解答
我该如何在沙子和壳模中选择?
如果您需要大, 重型零件，简单的几何形状，成本最低, 绿色铸造最有效.
对于需要更严格公差的中复杂部分 (±0.5 mm) 和光滑的表面 (RA 6–12 µm), 壳模提供良好的平衡.
可以消耗的模具铸造支持快速原型制作?
绝对地. 图案时间短至2-3天，工具成本最少,
铸造厂可以在一到两周内提供原型铸件, 在承诺大量生产之前，启用快速设计验证.
何时永久模具施放更好的选择?
选择永久性模具，例如死亡铸造或重力模具 - 当您需要非常高的尺寸精度时 (±0.1 mm),
上表面饰面 (RA 3-6 µm), 大型生产运行可以证明更高的工具投资合理.
丢失的泡沫铸造与传统的沙子铸造有何不同?
丢失的泡沫使用泡沫图案，与熔融金属接触时蒸发, 消除分道线和草案要求.
它产生更好的细节 (RA 3-6 µm) 和一体式的复杂铸件，但需要仔细的沙子压实和燃气排气.
哪些趋势正在塑造可消耗的模具铸造的未来?
新兴趋势包括3D打印的沙子和陶瓷模具，以快速, 无工具图案; 低率, 用于绿色操作的水溶性粘合剂; 和行业 4.0 过程监视以实时推动一致性并减少废料.
