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铸造基础知识总结

一、铸造的基本概念

(1)铸造是一种古老的金属加工方法，通过将金属熔化后倒入预先准备好的模具中，待金属冷却凝固后形成所需的零件。这种方法具有成本低、工艺简单、适应性广等优点，广泛应用于机械制造、汽车、航空、航天、军工等领域。在铸造过程中，金属熔体的流动性、凝固过程以及铸件的冷却速度等因素都会对铸件的质量产生重要影响。

(2)铸造的基本过程包括熔化、浇注、凝固和冷却。首先，将金属加热至熔化状态，然后将其浇注到模具中。在模具中，金属熔体逐渐冷却并凝固，形成铸件。铸造过程中，为了提高铸件质量，常常需要添加各种合金元素和添加剂，以改善金属的流动性、减少缩孔和气孔等缺陷。此外，为了防止铸件变形和开裂，还需在铸造过程中采取适当的工艺措施。

(3)铸造模具是铸造工艺中不可或缺的组成部分，其质量直接影响到铸件的外观和性能。铸造模具通常由砂型、金属型、陶瓷型等材料制成，其中砂型是最常见的模具类型。砂型铸造具有成本低、易于制造等优点，但铸件表面质量较差。金属型铸造和陶瓷型铸造则具有较高的精度和表面质量，但成本较高。根据铸件的材料、形状和尺寸等因素，选择合适的铸造模具对保证铸件质量具有重要意义。

二、铸造工艺流程

(1)铸造工艺流程通常包括模具准备、熔化金属、浇注、凝固和后处理等步骤。首先，根据铸件的设计图纸，制作出符合要求的模具。例如，在砂型铸造中，需要准备砂箱、砂芯和浇注系统。砂箱用于容纳砂型和砂芯，砂芯用于形成铸件内部的复杂空腔。熔化金属阶段，将金属加热至熔点以上，一般温度在1250°C至1550°C之间。如汽车发动机缸体，需要将铝合金加热至700°C左右进行熔化。

(2)浇注是铸造工艺中关键环节，其目的是将熔化的金属以适当的流速和压力注入模具中。浇注温度通常比金属熔点低10°C至20°C，以防止金属在浇注过程中凝固。例如，铸铁件的浇注温度约为1250°C，钢件的浇注温度约为1500°C。浇注速度对铸件质量有重要影响，一般要求浇注速度在0.5m/s至2m/s之间。以汽车发动机曲轴为例，其浇注速度控制在1.5m/s至2m/s，以保证铸件内部质量。

(3)铸件凝固和冷却阶段是铸造工艺中的关键时期，直接影响铸件的结构和性能。凝固过程中，金属从液态逐渐转变为固态，此时需要控制冷却速度以防止铸件产生缩孔、气孔等缺陷。冷却速度一般控制在50°C/h至200°C/h之间。例如，某航空发动机叶片的凝固和冷却速度控制在100°C/h至150°C/h。后处理阶段，包括去毛刺、打磨、热处理等，以提高铸件的外观和质量。如某大型船舶螺旋桨，经过去毛刺、打磨、热处理后，表面光洁度达到Ra0.4，满足使用要求。

三、铸造材料及设备

(1)铸造材料主要包括金属和非金属材料。金属铸造材料中，铸铁因其成本低、易于铸造等优点，在工业生产中占据重要地位。例如，我国某钢铁厂年产铸铁件超过500万吨，广泛应用于汽车、机床、建筑等行业。铸钢件则因其高强度、高韧性，适用于制造重型机械、压力容器等。某重型机械制造企业，每年生产铸钢件约3000吨，用于制造大型轧钢机、龙门吊等设备。

(2)铸造设备种类繁多，主要包括熔炼设备、浇注设备、冷却设备、脱模设备等。熔炼设备中，感应炉因其加热速度快、能耗低、熔炼质量好等优点，被广泛应用于铸造行业。例如，某铸造企业拥有30台感应炉，年熔炼能力达到2万吨。浇注设备中，真空浇注系统因其减少铸件气孔、提高铸件质量而受到青睐。某航空发动机企业，采用真空浇注系统生产的高精度涡轮盘，其气孔率低于0.5%。

(3)铸造辅助材料也是铸造工艺中不可或缺的部分，如铸造用砂、涂料、粘结剂等。铸造用砂主要包括石英砂、河砂、海砂等，其粒度、含水量、含泥量等指标对铸件质量有直接影响。某铸造企业，采用石英砂作为主要铸造用砂，粒度控制在0.5mm至1.5mm之间，含水量低于2%。涂料和粘结剂则用于提高铸件表面光洁度和强度。某汽车零部件企业，采用环保型涂料和粘结剂，生产的铸件表面光洁度达到Ra1.6，强度提高10%。