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精密鑄造

科技名詞定義
中文名稱:
精密鑄造
英文名稱:
precision casting
定義:
用精密鑄型獲得精密鑄件的鑄造方法。
應用學科:
機械工程(一級學科);鑄造(二級學科);特種鑄造(三級學科)
百科名片
精密鑄造是用精密的造型方法獲得精確鑄件工藝的總稱。

 

精密鑄造基本概念

它包括:熔模鑄造、陶瓷型鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、消失模鑄造。
 
其中較為常用的是熔模鑄造,也稱失蠟鑄造:選用適宜的熔模材料制(如石蠟)造熔模;在熔模上重復沾耐火涂料與撒耐火砂工序,硬化型殼及干燥;再將內部的熔模溶化掉,獲得型腔;焙燒型殼以獲得足夠的強度,及燒掉殘余的熔模材料,;澆注所需要的金屬材料;凝固冷卻,脫殼后清砂,從而獲得高精度的成品。根據產品需要或進行熱處理與冷加工和表面處理。
 
精密鑄造發展
精密鑄造又叫失蠟鑄造,它的產品精密、復雜、接近于零件最后形狀,可不加工或很少加工就直接使用,故熔模鑄造是一種近凈形成形的先進工藝。
 
我國古代:王子午鼎、銅禁、銅獅等等,都是熔模鑄造的杰作。自20世紀40年代熔模鑄造用于工業生產后,半個世紀中一直以較快的速度發展著。特別是歐美國家發展迅速?,F在熔模鑄造用于航空、兵器部門外,幾乎應用于所有工業部門,特別是電子、石油、化工、能源、交通運輸、輕工、紡織、制藥、醫療器械、泵和閥等部門。近幾年我國發展也迅速。
 
熔模技術發展使熔模鑄造不僅能生產小型鑄件,而且能生產較大的鑄件,最大的熔模鑄件的輪廓尺寸以近2m,而最小壁厚卻不到2mm.同時熔模鑄件也更趨精密,除線形公差外,零件也能達到較高的幾何公差.熔模鑄件的表面鑄造角度值也越來越小,可達到Ra0.4μm。
 
陶瓷型鑄造
用陶瓷漿料制成鑄型生產鑄件的鑄造方法。陶瓷漿料由硅酸乙酯水解液和質地較純、熱穩定性較高的細耐火砂如電熔石英、鋯英石、剛玉等混合而成。為使陶瓷漿料在短時間內結膠,常加入氫氧化鈣或氧化鎂作為催化劑。由于使用的耐火材料成分及其外觀都與陶瓷相似,故稱為陶瓷型。陶瓷型鑄造是在普通砂型鑄造基礎上發展起來的一種新工藝。陶瓷型有兩種類型:①陶瓷型全由陶瓷漿料澆灌而成。其制作過程是先將模樣固定于型板上,外套砂箱,再將調好的陶瓷漿料倒入砂箱,待結膠硬化后起模,經高溫焙燒即成為鑄型。②采用襯套,在襯套和模樣之間的空隙澆灌陶瓷漿料制造鑄型。襯套可用砂型,也可用金屬型。用襯套澆灌陶瓷殼層可以節省大量陶瓷漿料,在生產中應用較多。陶瓷型鑄件表面粗糙度可達Ra10~1.25微米,尺寸精度高達3~5級,能達到少無切削加工的目的。陶瓷型鑄造生產周期短,金屬利用率高。最大鑄件可達十幾噸,主要用于鑄造大型厚壁精密鑄件和鑄造單件小批量的沖模、鍛模、塑料模、金屬模、壓鑄模、玻璃模等各種模具。陶瓷型鑄造模具的使用壽命可與用機械加工方法制成的模具相媲美,而制造成本則比用機械加工方法制成的模具低。   
 
 
砂型鑄造簡單介紹
優先采用砂型鑄造據統計
在全部鑄件產量中,60~70%的鑄件是用砂型生產的,而且其中70%左右是用粘土砂型生產的。主要原因是砂型鑄造較之其它鑄造方法成本低、生產工藝簡單、生產周期短。所以象汽車的發動機氣缸體、氣缸蓋、曲軸等鑄件都是用粘土濕型砂工藝生產的。當濕型不能滿足要求時再考慮使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型。粘土濕型砂鑄造的鑄件重量可從幾公斤直到幾十公斤,而粘土干型生產的鑄件可重達幾十噸。
 
一般來講,對于中、大型鑄件,鑄鐵件可以用樹脂自硬砂型、鑄鋼件可以用水玻璃砂型來生產,可以獲得尺寸精確、表面光潔的鑄件,但成本較高。
 
當然,砂型鑄造生產的鑄件精度、表面光潔度、材質的密度和金相組織、機械性能等方面往往較差,所以當鑄件的這些性能要求更高時,應該采用其它鑄造方法,例如熔模(失蠟)鑄造、壓鑄、低壓鑄造等等。
鑄造方法應和生產批量相適應
例如砂型鑄造,大量生產的工廠應創造條件采用技術先進的造型、造芯方法。老式的震擊式或震壓式造型機生產線生產率不夠高,工人勞動強度大,噪聲大,不適應大量生產的要求,應逐步加以改造。對于小型鑄件,可以采用水平分型或垂直分型的無箱高壓造型機生產線、實型造型生產效率又高,占地面積也少;對于中件可選用各種有箱高壓造型機生產線、氣沖造型線,以適應快速、高精度造型生產線的要求,造芯方法可選用:冷芯盒、熱芯盒、殼芯等高效制芯方法。
 
中等批量的大型鑄件可以考慮應用樹脂自硬砂造型和造芯。
 
單件小批生產的重型鑄件,手工造型仍是重要的方法,手工造型能適應各種復雜的要求比較靈活,不要求很多工藝裝備??梢詰盟A靶?、VRH法水玻璃砂型、有機酯水玻璃自硬砂型、粘土干型、樹脂自硬砂型及水泥砂型等;對于單件生產的重型鑄件,采用地坑造型法成本低,投產快。批量生產或長期生產的定型產品采用多箱造型、劈箱造型法比較適宜,雖然模具、砂箱等開始投資高,但可從節約造型工時、提高產品質量方面得到補償。
 
低壓鑄造、壓鑄、離心鑄造等鑄造方法,因設備和模具的價格昂貴,所以只適合批量生產。
造型方法應適合工廠條件
例如同樣是生產大型機床床身等鑄件,一般采用組芯造型法,不制作模樣和砂箱,在地坑中組芯;而另外的工廠則采用砂箱造型法,制作模樣。不同的企業生產條件(包括設備、場地、員工素質等)、生產習慣、所積累的經驗各不一樣,應該根據這些條件考慮適合做什么產品和不適合(或不能)做什么產品。
要兼顧鑄件的精度要求和成本
各種鑄造方法所獲得的鑄件精度不同,初投資和生產率也不一致,最終的經濟效益也有差異。因此,要做到多、快、好、省,就應當兼顧到各個方面。應對所選用的鑄造方法進行初步的成本估算,以確定經濟效益高又能保證鑄件要求的鑄造方法。
 
經濟危機對國內鑄造行業的影響
1.經濟危機使鑄造企業再一次進行“洗牌”
 
由于全球經濟衰退,鑄件產品出口受阻,國內需求疲軟。目前的鑄件市場資源十分有限,在爭奪這些市場資源的過程中,一些產品質量優良、成本低的企業將會勝出;部分規模小,資金短缺,以及產品質量和成本沒有競爭力的企業只能停產或半停產,如果經濟危機的時間再長一些,這些企業只能倒閉。
 
2007年和2008年上半年高企的鑄造材料價格已經使一批經營不善的鑄造企業倒閉,目前經濟危機將使中國的鑄造企業進行再一次洗牌。優勝劣汰,從而有利于中國鑄造行業發展的角度來說,也可能是一件好事。
 
2.鑄件產品降價是大勢所趨
 
受制于鑄造材料價格大幅下挫的影響,鑄件產品全面降價是必然的趨勢。以2008年原材料價格最高的月份為基礎計算,鑄造生鐵不含稅平均市場價目前已降到2800元/t左右,下降了約40%;廢鋼降到2000元/t左右,下降了約53%;鑄造焦炭降為2400元/t左右,下降了約38%。依此計算,每噸鑄件的主要材料成本降低了2000元以上,如果再考慮鐵合金降價因素,鑄件的成本降的更多;同時,焦炭的降價還引起了熔煉成本的降低。這個賬不只是鑄件生產企業清楚,鑄件用戶也會算,因此鑄件產品的降價浪潮不可避免,關鍵是我們鑄造企業如何運用智慧同用戶進行博弈,在新一輪價格談判中達到雙贏。
 
3.鑄造企業生產和經營的困難因素增加
 
經濟危機使鑄造材料的價格大幅下挫,似乎給鑄造行業帶來了機遇,但同時也造成了前所未有的困難,總體來看,挑戰大于機遇。
 
中國鑄造新技術發展趨勢
鑄造是現代機械制造工業的基礎工藝之一,因此鑄造業的發展標志著一個國家的生產實力。我國目前已經成為世界鑄造機械大國之一,在鑄造機械制造行業近年來取得了很大的成績。
 
“八五”期間鑄造機械制造受到了原機電部高度重視,投入了建國以來最大的一次專項技改貸款和攻關費用,扶持了鑄造機械行業產品的開發和發展?!按笮蛼佂枨謇頇C的制造”,“垂直分型無箱射壓造型機”,“水玻璃砂舊砂再生設備的研制”,“金屬型鑄造設備”等等相繼被開發應用。
 
“九五”期間,鑄造機械行業承擔并樹立完成了“轎車鑄件毛坯精化高效造型與清理成套技術與裝備”的任務,“缸體高效連續拋丸清理線的開發與研制”也取得圓滿成功,1999年完成了國家攻關高水平的氣沖造型線項目的成功。
 
“十五”期間,鑄造機械行業主要經濟指標的年均增長都在30%以上,高于機床工具全行業平均增長水平,特別是利潤增長更快,年均利潤增長高達46%,同時也保持較高的市場銷售水平。另外,樹脂砂鑄造成套設備,基本可以滿足國內市場需求,改變了過去主要依賴進口的局面;已經能夠生產出較高水平的鑄造自動生產線,達到可部分替代進口的水平,部分的解決了轎車發動機缸體、缸蓋等鑄件毛坯也要進口的情況;高水平自動制芯機、自動鑄件清理機、自動砂處理機、大型自動壓鑄機以及精密鑄造設備等鑄造機械,國內基本上都能生產制造。應當說“十五”期間鑄造機械行業的產品水平有了很大提高,為中國鑄造機械行業今后的進一步發展打下良好基礎。
 
“十一五”期間,鑄造業在巨大市場需求的刺激下,仍將繼續保持較高速度增長。由于鑄造機械產品的技術水平仍然與市場需求差距較大,使行業的發展存在巨大的發展潛力和擴展空間,為鑄造機械行業的快速增長帶來機遇。
 
“十二五”時期,整個精密鑄造行業特別要在鑄造新工藝和新材料上下功夫,鑄造材料的價格居高不下,要求精密鑄造行業必須而且快速開發出新的可替代的低價新材料;下游客戶的的要求的不斷提高,驅使我們必須提升工藝水準;人力資源成本的不斷上升,我們必須在精密鑄造裝備上多下功夫,多開發,多投資!例如,中國鑄造權威機構中國鑄造協會及國際鑄業咨詢網一致推薦的新材料精鑄專用剛玉及臺灣的鑄造手機器人等,都是精密鑄造下一步發展的方向。