一、铸造的定义和分类
铸造的定义：是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。
常见的铸造方法有砂型铸造和精密铸造，详细的分类方法如下表所示。
砂型铸造：砂型铸造——在砂型中生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。
精密铸造：精密铸造是用精密的造型方法获得精确铸件工艺的总称。它的产品精密、复杂、接近于零件最后形状，可不加工或很少加工就直接使用，是一种近净形成形的先进工艺。
铸造方法分类
二、常用的铸造方法及其优缺点
1.普通砂型铸造
制造砂型的基本原材料是铸造砂和型砂粘结剂。最常用的铸造砂是硅质砂，硅砂的高温性能不能满足使用要求时则使用锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特种砂。应用最广的型砂粘结剂是粘土，也可采用各种干性油或半干性油、水溶性硅酸盐或磷酸盐和各种合成树脂作型砂粘结剂。
砂型铸造中所用的外砂型按型砂所用的粘结剂及其建立强度的方式不同分为粘土湿砂型、粘土干砂型和化学硬化砂型3种。
砂型铸造用的是最流行和最简单类型的铸件已延用几个世纪.砂型铸造是用来制造大型部件，如灰铸铁，球墨铸铁,不锈钢和其它类型钢材等工序的砂型铸造。其中主要步骤包括绘画，模具，制芯，造型，熔化及浇注，清洁等。
工艺参数的选择
加工余量：所谓加工余量，就是铸件上需要切削加工的表面，应预先留出一定的加工余量，其大小取决于铸造合金的种类、造型方法、铸件大小及加工面在铸型中的位置等诸多因素。
起模斜度：为了使模样便于从铸型中取出，垂直于分型面的立壁上所加的斜度称为起模斜度。
铸造圆角：为了防止铸件在壁的连接和拐角处产生应力和裂纹，防止铸型的尖角损坏和产生砂眼，在设计铸件时，铸件壁的连接和拐角部分应设计成圆角。
型芯头：为了保证型芯在铸型中的定位、固定和排气，模样和型芯都要设计出型芯头。
收缩余量：由于铸件在浇注后的冷却收缩，制作模样时要加上这部分收缩尺寸。
优点：
缺点及局限性：
2.熔模铸造
用蜡料做模样时，熔模铸造又称"失蜡铸造"。熔模铸造通常是指在易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方案。由于模样广泛采用蜡质材料来制造，故常将熔模铸造称为“失蜡铸造”。
可用熔模铸造法生产的合金种类有碳素钢、合金钢、耐热合金、不锈钢、精密合金、永磁合金、轴承合金、铜合金、铝合金、钛合金和球墨铸铁等。
熔模铸造工艺过程
优点：
缺点及局限性：
铸件尺寸不能太大工艺过程复杂铸件冷却速度慢。熔模铸造在所有毛坯成形方法中，工艺最复杂，铸件成本也很高，但是如果产品选择得当，零件设计合理，高昂的铸造成本由于减少切削加工、装配和节约金属材料等方面而得到补偿，则熔模铸造具有良好的经济性。
3.压铸
压铸工艺原理是利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内，金属液在压力作用下冷却凝固而形成铸件。
压力铸造 a) 合型浇注 b) 压射 c) 开型顶件
冷、热室压铸是压铸工艺的两种基本方式。冷室压铸中金属液由手工或自动浇注装置浇入压室内，然后压射冲头前进，将金属液压入型腔。在热室压铸工艺中，压室垂直于坩埚内，金属液通过压室上的进料口自动流入压室。压射冲头向下运动，推动金属液通过鹅颈管进入型腔。金属液凝固后，压铸模具打开，取出铸件，完成一个压铸循环。
压铸工艺流程图
优点：
缺点及局限性：
4.金属型铸造
又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。铸型是用金属制成，可以反复使用多次（几百次到几千次），又叫永久型铸造。
金属型的结构
一般的，金属型用铸铁和铸钢制成。铸件的内腔既可用金属芯、也可用砂芯。金属型的结构有多种，如水平分型、重直分型及复合分型。其中垂直分型便于开设内浇口和取出铸件；水平分型多用来生产薄壁轮状铸件；复合分型的上半型是由垂直分型的两半型采用铰链连结而成，下半型为固定不动的水平底板，主要应用于较复杂铸件的铸造。
金属型铸造型的工艺特点：金属型的导热速度快和无退让性，使铸件易产生浇不足、冷隔、裂纹及白口等缺陷。此外，金属型反复经受灼热金属液的冲刷，会降低使用寿命，为此应采用以下辅助工艺措施。
预热金属型：浇注前预热金属型，可减缓铸型的冷却能力，有利于金属液的充型及 铸铁的石墨化过程。生产铸铁件，金属型预热至250～350℃；生产有色金属件预热至100～250℃。
刷涂料：为保护金属型和方便排气，通常在金属型表面喷刷耐火涂料层，以免金属 型直接受金属液冲蚀和热作用。因为调整涂料层厚度可以改变铸件各部分的冷却速度，并有利于金属型中的气体排出。浇注不同的合金，应喷刷不同的涂料。如铸造铝合金件，应喷刷由氧化锌粉、滑石粉和水玻璃制成的涂料；对灰铸铁件则应采用由石墨粉、滑石粉、耐火粘土粉及桃胶和水组成的涂料。
浇注：金属型的导热性强，因此采用金属铸型时，合金的浇注温度应比采用砂型高 出20～30℃。一般的，铝合金为680℃～740℃；铸铁为1300℃～1370℃；锡青铜为1100～1150℃。薄壁件取上限，厚壁件取下限。铸铁件的壁厚不小于15mm，以防白口组织。
开型：开型愈晚，铸件在金属型内收缩量愈大，取出采用困难，而且铸件易产生大 的内应力和裂纹。通常铸铁件的出型温度700～950℃，开型时间为浇注后10～60秒。
优点：
与砂型铸造相比，金属型铸造有如下优点：
缺点及局限性：
金属型的制造成本高、周期长、工艺要求严格，不适用于单件小批量铸件的生产，主要适用于有色合金铸件的大批量生产，如飞机、汽车、内燃机、摩托车等用的铝活塞、汽缸体、汽缸盖、油泵壳体及铜合金的轴瓦、轴套等。对黑色合金铸件，也只限于形状较简单的中、小铸件。
5.低压铸造
低压铸造是指使液体金属在较低压力(0.02～0.06MPa)作用下充填铸型，并在压力下结晶以形成铸件的方法。
低压铸造工艺原理图：1—保温室 2—坩埚 3—升液管 4—贮气罐 5—铸型
低压铸造的工作原理下图所示。把熔炼好的金属液倒入保温坩埚，装上密封盖，升液导管使金属液与铸型相通，锁紧铸型，缓慢地向坩埚炉内通入干燥的压缩空气，金属液受气体压力的作用，由下而上沿着升液管和浇注系统充满型腔，并在压力下结晶，铸件成型后撤去坩埚内的压力，升液管内的金属液降回到坩埚内金属液面。开启铸型，取出铸件。
低压铸造示意图
优点：
缺点及局限性：
升液管寿命短，且在保温过程中金属液易氧化和产生夹渣。主要用来铸造一些质量要求高的铝合金和镁合金铸件，如气缸体、缸盖、曲轴箱和高速内燃机的铝活塞等薄壁件。
6.离心铸造
离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，在离心力作用下填充铸型而凝固成形的一种铸造方法。
离心铸造的分类
根据铸型旋转轴线在空间的位置，常见的离心铸造可分为两种：
卧式离心铸造：铸型的旋转轴线处于水平状态或与水平线夹角很小（<4°）时的离心铸造。
立式离心铸造：铸型的旋转轴线处于垂直状态时的离心铸造称为立式离心铸造。
铸型旋转轴与水平线和垂直线都夹有较大角度的离心铸造称为倾斜轴离心铸造，但应用很少。
a)立式离心铸造 b)立式离心浇注成形铸件 c)卧式离心铸造
1，16—浇包 2，14—铸型 3，13—液体金属 4—带轮和带 5—旋转轴 6—铸件 7—电动机8—浇注系统 9—型腔 10—型芯 11—上型 12—下型 15—浇注槽 17—端盖
优点：
缺点及局限性：
三、铸造缺陷及其控制方法
铸件缺陷种类繁多，产生缺陷的原因也十分复杂。它不仅与铸型工艺有关，而且还与铸造合金的性制、合金的熔炼、造型材料的性能等一系列因素有关。因此，分析铸件缺陷产生的原因时，要从具体情况出发，根据缺陷的特征、位置、采用的工艺和所用型砂等因素，进行综合分析，然后采取相应的技术措施，防止和消除缺陷。
1.浇不到
铸件局部有残缺、常出现在薄壁部位、离浇道最远部位或铸件上部。残缺的边角圆滑光亮不粘砂。
产生原因：
防止方法：
2.未浇满
铸件上部残缺，直浇道中铁水的水平面与铸件的铁水水平面相平，边部略呈圆形。
产生原因：
防止方法：
3.损伤
铸件损伤断缺。
产生原因：
防止方法：
4. 粘砂和表面粗糙
粘砂是一种铸件表面缺陷，表现为铸件表面粘附着难以清除的砂粒；如铸件经清除砂粒后出现凹凸不平的不光滑表面，称表面粗糙。
产生原因：
防止方法：
5.砂眼
在铸件内部或表面充塞有型砂的孔眼。
产生原因：
防止方法：
6. 披缝和胀砂
披缝常出现在铸件分型面处，是垂直于铸件表面，且厚薄不均匀的薄片状金属突起物。胀砂是铸件内、外表面局部胀大，形成不规则的瘤状金属突起物。
产生原因：
防止方法：
7.抬箱
铸件在分型面处有大面积的披缝，使铸型外形尺寸发生变化。抬箱过大，造成跑火——铁水自分型面外溢，严重时造成浇不足缺陷。
产生原因：
防止方法：
8.掉砂
铸件表面上出现的块状金属突起物，其外形与掉落的砂块很相似。在铸件其它部位，则往往出现砂眼或残缺。
产生原因：
防止方法：
9.错型（错箱）
铸件的一部分与另一部分在分型面的接缝处错开，发生相对位移，使铸件外形与图纸不相符合。
产生原因：
防止方法：
10.灰口和麻点
铸件断口呈灰黑色或出现黑色小点，中心部位较多，边部较少，金相观察可见到片状石墨。
产生原因：
防止方法：
11.裂纹（热裂、冷裂）
铸件外部或内部有穿透或不穿透的裂纹。热裂时带有暗色或黑色的氧化表面断口外形曲折。冷裂是较干净的脆性裂纹，断口较平，具有金属光泽或轻微的氧化色泽。
产生原因：
防止方法：
12.气孔
气孔的孔壁光滑明亮，形状有圆形、梨形和针状，孔的尺寸有大有小，产生在铸件表面或内部。铸件内部的气孔在敲碎后或机械加工时才能被发现。
产生原因：
防止方法：
13.缩松、疏松
分散、细小的缩孔，带有树枝关结晶的称缩松，比缩松更细小的称疏松。常出现在热世部位。
产生原因：
防止方法：
14.反白口
铸件断口内部出现白口组织，边缘部分出现灰口。
产生原因：
防止方法：
四、汽车铸造新技术和新方向
1.砂成形技术的发展趋势
潮模造型经过手工紧实→震击+压实紧实→高压+微震紧实→气冲紧实→静压紧实几个发展阶段。静压造型技术实质是“气冲预紧实+压实”。有以下优点：铸型轮廓清晰，表面硬度高且均匀，起模斜度小，型板利用率高，工艺装备磨损小，铸型表面光洁度高，铸型型废率低。因此，是目前最新、最先进的造型工艺，并已成为当今的主流紧实工艺。
当前，国外比较有名的制造静压造型设备的厂家有德国的 KW公司、HWS公司和意大利萨威力公司。国内汽车铸造厂家大都选用HWS公司或KW公司制造的设备，如一汽铸造公司、东风汽车铸造厂、上海圣德曼铸造公司、华东泰克西、山西三联、广西玉柴、无锡柴油机厂等。
2.近净形技术发展趋势
铸造成形工艺
消失模铸造也称气化模铸造、实型铸造、无型腔铸造，被铸造界誉之为“21世纪的铸造新技术”、“铸造的绿色工程”。该工艺的方法是采用无粘结剂干砂加抽真空技术。我国有一百多家企业用该工艺生产箱体类、管件阀体类、耐热耐磨合金钢类等三大类铸件，总产量超过10万t。今后，该工艺将大量采用快速制造技术和模拟仿真技术，以缩短生产准备周期，实现铸件的快捷生产。
熔模精密铸造成形型工艺
熔模精密铸造工艺有水玻璃制壳工艺、复合制壳工艺、硅溶胶制壳工艺。汽车产品材料有碳素钢、合金钢、有色合金与球墨铸铁。国外有高合金钢、超合金材料。熔炼设备国内采用普通、快速中频炉；国外采用真空炉、翻转炉、高频炉技术。熔模精密铸造技术成型工艺将来的发展趋势是产品离商品越来越近，传统的精铸件只作为毛坯，已经不适应市场的快速应变；产品的复杂程度和质量档次越来越高；研发手段越来越强，专业化协作开始显现，CAD、CAM、CAE的应用成为产品开发主要技术。
3.制芯技术的发展趋势
目前，国内外汽车铸造制芯有三种制芯工艺，在现代汽车铸造中常并行采用的主要工艺 有热芯盒制芯、壳芯制芯、冷芯盒制芯等，传统的合脂或油砂制芯已被淘汰。
制芯工艺技术有以冷芯盒技术为主的发展趋势。一汽铸造公司、东风汽车铸造厂、上海圣德曼铸造公司、华东泰克西、山西国际铸造公司等均采用冷芯盒制芯技术。
4.铸铁熔炼技术的发展趋势
目前，国内外铸铁熔炼技术有两种主要方式：一是采用大型热风除尘冲天炉与工频保温炉双联熔炼工艺；二是采用中频感应电炉熔炼工艺技术。
美国因达公司和彼乐公司生产的中频炉技术开始越来越受到重视，该技术日益成熟，其清洁、环保、节能、高效、安全的优势突出，是今后发展的方向。一汽铸造公司、东风汽公司采用因达公司和彼乐公司生产的中频炉和保温炉技术。已经开发与应用的球化剂、孕育剂、蠕化剂和其他各种添加剂产品，形成商品化、标准化、规格化、系列化。
5.合金气缸体、气缸盖压铸成形技术
铝合金是汽车上应用最快和最广的轻金属，因为铝合金本身的性能已经达到质量轻、强度高、耐腐蚀的要求。最初，铝合金仅用于一些不受冲击的部件。后来，通过强化合金元素，铝合金的强度大大提高，由于质轻、散热性好等特性，可以满足发动机活塞、气缸体、气缸盖在恶劣环境下工作的要求。铝合金气缸体、气缸盖压铸成形核心技术可以提高净化、精练、细化、变质等材质质量控制，使得铝铸件质量达到一致性和稳定性。
随着我国汽车业的发展，特别是家用轿车的快速增加和汽车部件出口的增大，汽车铝铸件将有很大的增长。铝气缸盖成形工艺主要有两种，一是以欧美为代表的重力铸造成型工艺，上海皮尔博格、南京泰克西等公司，选用意大利法塔公司重力铸造机生产铝气缸盖。二是以日韩为代表的低压铸造成型工艺，东风日产发动机分公司铝压铸车间、广东肇庆铸造公司、天津丰田铸造公司，选用日本新东等公司低压铸造机生产铝气缸盖。
6.半固态压铸成型技术
半固态技术发源于美国，因此在美国这一技术已经基本成熟，处于全球领先地位，被称之为21世纪最有前途的材料成形加工工艺。Alumax公司率先将该技术转化为生产力，生产的铝合金汽车制动总泵体毛坯尺寸接近零件尺寸，加工量占铸件质量的13%，同样的金属型铸件的加工余量则占铸件质量的40%。20世纪80年代以来，欧洲等国在半固态应用方面作了大量研究和应用工作。
7.铸铁材质的发展趋势
薄壁高强度灰铸铁件技术
灰铸铁件在汽车上大量应用，由于该材料具有低的成本和良好的铸造性能优势。随着汽车技术轻量化要求，灰铸铁的增长和发展将受到一定的影响，因此加强薄壁高强度气缸体、气缸盖铸件技术的开发与应用将是发展趋势。
蠕墨铸铁技术
蠕墨铸铁具有球墨铸铁的强度，与灰铸铁相比又有类似的防振、导热能力及铸造性能，有好的塑性和耐热疲劳性能，可以解决大马力气缸盖的热疲劳裂纹问题。蠕墨铸铁广泛应用的巨大潜在市场是在汽车业，其主要产品则是发动机气缸体和大功率柴油机气缸盖铸件。随着汽车轻量化和比功率（kW/排量）的提高，气缸体和气缸盖的工作温度越来越高，许多部位的工作温度超过200 ℃，在此温度下，铝合金的强度大幅度下降，而蠕铁则具有很大的优势。
球墨铸铁技术
球墨铸铁由于其高强度、高韧性和低价格，所以在汽车市场上仍有很大发展。汽车铸造业球铁主要有4类产品技术工艺的发展趋势。一是铸态珠光体、高强度的载货车和轿车曲轴，铸态铁素体、高伸长率的汽车排气管和桥壳底盘类铸件；二是保安类铸件，铸态生产轿车转向节；三是耐热球铁件，高硅钼、中硅钼、高镍球铁，该材质生产的排气管件；四是奥贝球铁，主要用于生产曲轴等产品。除上述外，汽车铸造厂已经生产出铸态球铁冷激凸轮轴。
8.铸造过程计算机应用技术发展趋势
随着汽车铸造技术的快速发展，为缩短铸件生产准备周期和降低新产品开发的风险，采用快速原型技术、计算机仿真模拟、三维建模、数控技术的应用越来越广。快速原型技术应用开发新产品试制用的模样及熔模铸造的蜡模外，还可以制做酚醛树脂壳型、壳芯，可以直接用来装配成砂型。模拟造型过程正在成为国际汽车铸造关注的前沿领域之一。应用Magma、华铸软件对新产品的铸件充型、凝固的温度场和流动场模拟分析处理，预测和分析铸件的缺陷。
9.铸造检测技术
无损检测技术的应用越来越广，对重要件时常采用荧光磁粉检测表面裂纹；采用超声波或音频检测球铁的球化率；涡流检测铸件的基体组织（珠光体含量）。为满足重要件检测的要求，有的将上述三项检测仪器组合成一条自动检测线。
10.绿色铸造技术发展趋势
“绿色铸造”是使铸造产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理整个产品生命周期中，对环境的负面影响最小，资源效率最高。铸造行业历来被认为是高能耗、高污染的行业，要不断开发新的节能、清洁、低排放、低污染的铸造材料以投入生产使用。
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