1、金屬液態成型論文 作者：劉永星摘要：金屬液態成型又稱為鑄造，是將液態金屬在重力或外力作用下充填到型腔中，待其冷卻凝固后，獲得所需形狀和尺寸的毛坯或零件，即鑄件的方法，它是成形毛坯或機器零件的重要方法之一。 工程材料除切削加工以外有各種成型方法，包括金屬液態成型、金屬塑性成形、材料連接成型、粉末冶金成型以及塑料、橡膠、陶瓷等非金屬材料成型及復合材料成型等。材料成型技術主要講述金屬材料成型和非金屬材料成型，現對金屬液態成型進行詳細論述。關鍵詞：金屬液態成型、成型方法、生產流程、成型原理、選擇成型依據一 、金屬液態成形 金屬材料在液態下成形，具有很多優點：（1）最適合鑄造形狀復雜、特別是復雜內腔的鑄

2、件。（2）適應性廣，工藝靈活性大。（3）成本較低。但液態成形也有很多不足，如鑄態組織疏松、晶粒粗大，鑄件內部常有縮孔、縮松、氣孔等缺陷產生，導致鑄件力學性能、特別是沖擊性能低于塑形成行件；鑄件涉及的工序很多，不易精確控制，鑄件質量不穩定；由于目前仍以砂型鑄造為主，自動化程度還不夠高，工作環境較差；大多數鑄件只是毛坯件，需經過切削加工才能成為零件。砂型鑄造是將熔融金屬澆入砂質鑄型中，待凝固冷卻后，將鑄型破壞，取出鑄件的鑄造方法，是應用最為廣泛的傳統鑄造方法，它適用于各種形狀、大小及各種常用合金鑄件的生產。砂型鑄造的工藝過程稱為造型。造型是砂型鑄造最基本的工序，通常分為手工造型和機器造型兩大類。手

3、工造型時，填砂、緊實和起模都用手工和手動完成。其優點是操作靈活、適應性強、工藝裝備簡單、生產準備時間短。但生產效率低、勞動強度大、鑄件質量不易保證。故手工造型只適用于單件、小批量生產。機器造型生產率很高，是手工造型的數十倍，制造出的鑄件尺寸精度高、表面粗糙度小、加工余量小，同時工人勞動條件大為改善。但機器造型需要造型機、模板以及特質砂箱等專用機器設備，一次性投資大，生產準備時間長，故適用于成批大量生產，且以中、小型鑄件為主。特種鑄造包括熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、實型鑄造、擠壓鑄造等。各種特種鑄造方法均有其突出的特點和一定的局限性，對鑄件結構也各有各自的特殊要求。2、

4、金屬液態成形方法 鑄造工藝可分為重力鑄造、壓力鑄造、砂型鑄造、壓鑄、熔模鑄造和消失模鑄造。鑄造方法常用的是砂型鑄造，其次是特種鑄造方法，如：金屬型鑄造、熔模鑄造、石膏型鑄造等。各種特種鑄造方法均有其突出的特點和一定的局限性，對鑄件結構也各有各自的特殊要求。 其中 砂型鑄造是一種以砂作為主要造型材料，制作鑄型的傳統鑄造工藝。砂型一般采用重力鑄造，有特殊要求時也可采用低壓鑄造、離心鑄造等工藝。砂型鑄造的適應性很廣，小件、大件，簡單件、復雜件，單件、大批量都可采用。砂型鑄造用的模具，以前多用木材制作，通稱木模。木模缺點是易變形、易損壞；除單件生產的砂型鑄件外，可以使用尺寸精度較高，并且使用壽命較長的

5、鋁合金模具或樹脂模具。雖然價格有所提高，但仍比金屬型鑄造用的模具便宜得多，在小批量及大件生產中，價格優勢尤為突出。此外，砂型比金屬型耐火度更高，因而如銅合金和黑色金屬等熔點較高的材料也多采用這種工藝。但是，砂型鑄造也有一些不足之處：因為每個砂質鑄型只能澆注一次，獲得鑄件后鑄型即損壞，必須重新造型，所以砂型鑄造的生產效率較低；又因為砂的整體性質軟而多孔，所以砂型鑄造的鑄件尺寸精度較低，表面也較粗糙。 熔模鑄造所謂熔模鑄造工藝，簡單說就是用易熔材料（例如蠟料或塑料）制成可熔性模型（簡稱熔模或模型），在其上涂覆若干層特制的耐火涂料，經過干燥和硬化形成一個整體型殼后，再用蒸汽或熱水從型殼中熔掉模型，然

6、后把型殼置于砂箱中，在其四周填充干砂造型，最后將鑄型放入焙燒爐中經過高溫焙燒（如采用高強度型殼時，可不必造型而將脫模后的型殼直接焙燒），鑄型或型殼經焙燒后，于其中澆注熔融金屬而得到鑄件。失蠟法鑄造現稱熔模精密鑄造，是一種少切削或無切削的鑄造工藝，是鑄造行業中的一項優異的工藝技術，其應用非常廣泛。它不僅適用于各種類型、各種合金的鑄造，而且生產出的鑄件尺寸精度、表面質量比其它鑄造方法要高，甚至其它鑄造方法難于鑄得的復雜、耐高溫、不易于加工的鑄件，均可采用熔模精密鑄造鑄得。 消失模鑄造技術（EPC或LFC）是用泡沫塑料制作成與零件結構和尺寸完全一樣的實型模具，經浸涂耐火粘結涂料，烘干后進行干砂造型，

7、振動緊實，然后澆入金屬液使模樣受熱氣化消失，而得到與模樣形狀一致的金屬零件的鑄造方法。消失模鑄造是一種近無余量、精確成形的新技術，它不需要合箱取模，使用無粘結劑的干砂造型，減少了污染，被認為是21世紀最可能實現綠色鑄造的工藝技術。三、生產流程： 生產過程包括：金屬熔煉、模型制造、澆注凝固和脫模清理等。鑄造用的主要材料是鑄鋼、鑄鐵、鑄造有色合金(銅、鋁、鋅、鉛等)等。鑄造生產是一個復雜的多工序組合的工藝過程，它包括以下主要工序：1）生產工藝準備，根據要生產的零件圖、生產批量和交貨期限，制定生產工藝方案和工藝文件，繪制鑄造工藝圖；2）生產準備，包括準備熔化用材料、造型制芯用材料和模樣、芯盒、砂箱等

8、工藝裝備；3）造型與制芯；4）熔化與澆注；5）落砂清理與鑄件檢驗等主要工序。四、成形原理 鑄造生產是將金屬加熱熔化，使其具有流動性，然后澆入到具有一定形狀的鑄型型腔中，在重力或外力（壓力、離心力、電磁力等）的作用下充滿型腔，冷卻并凝固成鑄件（或零件）的一種金屬成形方法。鑄件一般作為毛坯經切削加工成為零件。也有許多鑄件無需切削加工就能滿足零件的設計精度和表面粗糙度要求直接作為零件使用。型砂的性能及組成：1、型砂的性能型砂（含芯砂）的主要性能要求有強度、透氣性、耐火度、退讓性、流動性、緊實率和潰散性等。2、型砂的組成型砂由原砂、粘接劑和附加物組成。鑄造用原砂要求含泥量少、顆粒均勻、形狀為圓形和多角

9、形的海砂、河砂或山砂等。鑄造用粘接劑有粘土（普通粘土和膨潤土）、水玻璃砂、樹脂、合脂油和植物油等，分別稱為粘土砂，水玻璃砂、樹脂砂、合脂油砂和植物油砂等。為了進一步提高型（芯）砂的某些性能，往往要在型（芯）砂中加入一些附加物，如煤份、鋸末、紙漿等。工藝特點鑄造是生產零件毛坯的主要方法之一，尤其對于有些脆性金屬或合金材料（各種鑄鐵件、有色合金鑄件等）的零件毛坯，鑄造幾乎是唯一的加工方法。與其它加工方法相比，鑄造工藝具有以下特點：1）鑄件可以不受金屬材料、尺寸大小和重量的限制。鑄件材料可以是各種鑄鐵、鑄鋼、鋁合金、銅合金、鎂合金、鈦合金、鋅合金和各種特殊合金材料；鑄件可以小至幾克，大到百噸；鑄件壁

10、厚可以從05毫米到1米左右；鑄件長度可以從幾毫米到十幾米。2）鑄造可以生產各種形狀復雜的毛坯，特別適用于生產具有復雜內腔的零件毛坯，如各種箱體、缸體、葉片、葉輪等。3）鑄件的形狀和大小可以與零件很接近，既節約金屬材料，又省切削加工工時。4）鑄件一般使用的原材料來源廣、鑄件成本低。五、選擇材料成形方法的主要依據 選擇材料成形方法的主要依據有：（一）零件類別、功能、使用要求及其結構、形狀、尺寸、技術要求等根據零件類別、用途、功能、使用性能要求、結構形狀與復雜程度、尺寸大小、技術要求等，可基本確定零件應選用的材料與成形方法。而且，通常是根據材料來選擇成形方法。例如，機床床身，這類零件是各類機床的主體

11、，且為非運動零件，它主要的功能是支承和連接機床的各個部件，以承受壓力和彎曲應力為主，同時為了保證工作的穩定性，應有較好的剛度和減振性，機床床身一般又都是形狀復雜、并帶有內腔的零件。故在大多數情況下，機床床身選用灰鑄鐵件為毛坯，其成形工藝一般采用砂型鑄造。（二）零件的生產批量 選定成形方法應考慮零件的生產批量，通常是：單件小批量生產時，選用通用設備和工具、低精度低生產率的成形方法，這樣，毛坯生產周期短，能節省生產準備時間和工藝裝備的設計制造費用，雖然單件產品消耗的材料及工時多，但總成本較低，如鑄件選用手工砂型鑄造方法，鍛件采用自由鍛或胎模鍛方法，焊接件以手工焊接為主，薄板零件則采用鈑金鉗工成形方法等；大批量生產時，應選用專用設備和工具，以及高精度、高生產率的成形方法，這樣，毛坯生產率高、精度高，雖然專用工藝裝置增加了費用，但材料的總消耗量和切削加工工時會大幅降低，總的成本也降低。如相應采用機器造型、模鍛、埋弧自動焊或自動、半自動的氣體保護焊以及板料沖壓等成形方法。特別是大批量生產材料成本。在一定條件下，生產批量還會影響毛坯材料和成形工藝的選擇，如機床床身，大多情況下采用灰鑄鐵件為毛坯，但在單件生產條件下，由于其形狀復雜，制造模樣、造型、造芯等工序耗費材料和工時較多，經濟上往往不合算，若采用焊接件，則可以大大縮短生產周期，降低生