压铸

金属加工基础：铸造工艺和材料变化

12 月 11, 2024

金属加工是现代社会许多领域的基础。从我们随身携带的汽车到运送我们飞越全球的飞机，金属加工都是形成坚固耐用部件的关键点。铸造工艺更为重要，因为通过它，制造商能够生产出其他方法可能无法实现的复杂形状的金属零件。

铸造和材料变化有着悠久的历史，铸造工艺不仅用于汽车和航空航天工业，也用于建筑行业。因此，汽车发动机缸体或喷气发动机涡轮的制造就是以铸造为基础的制造实例。

铸造工艺争议自然

尽管铸造工艺的使用率很高，但也因多种原因受到批评。首先，人们可能会认为，与其他方法相比，材料成本、大规模作业对环境的影响以及工艺的复杂性使得铸造效率低下。考虑到铸造过程是能源密集型的，可能会造成浪费，因此对环境的影响一直备受争议。还有人质疑严重依赖铸造的行业的道德标准，指出其存在危险的工作条件和污染等问题。虽然铸造工艺有很多优点，但这些争议仍然是有关其在现代制造业中地位的讨论的一部分。

条款的目的和范围

本文将探讨金属加工中的各种铸造工艺，展示材料在铸造过程中的变化，并讨论在此过程中出现的挑战。我们将讨论有关铸造方法的争议，质疑在这个技术不断变化的时代，铸造方法是否是最佳选择。通过这些过程和争论，我们将能够了解铸造是如何融入金属制造世界的，以及它在未来的发展方向。

什么是铸造？

定义和一般概念

铸造是将液态金属浇注到模具中，然后根据模具的形状变成固态金属的过程。概念非常简单，但铸造过程本身包含多个关键步骤和注意事项。从液态材料到固态材料，这一过程不仅涉及冷却；事实上，它还涉及压力和温度等因素的控制，以获得恰到好处的材料特性。热处理对最终产品也至关重要，它决定了金属零件的强度、韧性和其他重要品质。

金属加工中的铸造

基本工艺一般的铸造工艺包括几个基本步骤：熔化金属、将其浇注到模具中、使其凝固，然后进行进一步的后处理，如清理、修整或热处理。使用的模具类型各不相同。例如，有用于砂模铸造的砂模、用于压铸的永久性模具等。因此，应用类型取决于相关产品和使用的材料。举例来说，大型部件的复杂程度远低于砂型铸造，但砂型铸造可用于制造大型部件、压铸小型精密工程部件是其首选。

铸造工艺类型

砂型铸造

砂型铸造是金属铸造中最古老、最传统的技术，可以用砂型混合物制作模具。砂型铸造的灵活性和相当低的成本使其成为生产大批量零件的流行工艺。这种方法的一些流行产品包括汽车行业的发动机缸体或重型机械部件等。

然而，砂型铸造存在一些环境问题。通常情况下，一个铸造过程需要大量的砂子，而这些砂子通常在一个循环之后就会被丢弃。虽然有些砂子可以回收利用，但该行业产生的大部分废物都会造成污染和环境退化。在环境问题日益突出的今天，砂型铸造的可持续性一直备受争议。工业是否必须继续使用传统方法，而无视对环境的长期破坏？

压铸

压铸是一种在高压下将熔融金属注入模具并生产出表面光滑的精密部件的工艺。它主要用于制造表面光洁度极佳的高精度零件，尤其适用于大规模生产。汽车、电子和消费品行业通常将压铸应用于变速箱、电器外壳甚至家用电器部件。

尽管它有许多优点、压铸材料压铸过程需要大量能源，熔化金属时需要大量电力和机械动力。此外，压铸模具的安装成本也相当高。因此，压铸非常适合大批量生产，而不是小批量生产。与不可再生材料相关的能源使用和环境因素，尤其是铝压铸工艺，引发了人们对该行业长期可持续性的担忧。是应该改变压铸工艺以减少其对环境的影响，还是在大规模生产中对速度和精度的迫切要求足以成为继续使用这种工艺的理由？

熔模铸造

熔模铸造又称失蜡铸造，是一种为所需部件制作详细模型的工艺，然后在模型上涂上陶瓷壳，再将模型熔化，形成模具。它是能够生产高度复杂和精密部件的方法之一，因此特别适用于要求精确度和轻质结构的航空航天和医疗应用。

另一方面，这种铸造工艺也带来了道德和环境问题。熔模铸造在航空和航天领域备受青睐。医疗器械对轻质、高性能部件的需求。随着对这些领域的需求朝着越来越复杂的设计方向发展，生产这些部件的环境成本也越来越高。我们是否准备好为了创新而牺牲环境的可持续性？

永久铸模

永久性模具铸造工艺使用金属模具制造零件，可以多次重复使用。与砂型铸造相比，这种工艺可减少废料的产生，并可提高材料的一致性。它通常用于汽车和航空航天工业中需要高强度和耐用性的部件，如支架和发动机部件。

虽然永久性模具在耐用性和减少浪费方面确实有优势，但它们也有自己的问题。它们会随着时间的流逝而磨损，尤其是在大批量铸造过程中或在易腐蚀的金属铸造过程中。磨损会使零件产生缺陷，或者经常需要频繁更换模具，从而增加成本，使长期生产变得复杂。但究竟是永久性铸模最耐用，还是更新的方法更耐用、磨损更少呢？

外壳成型

壳模成型有点像熔模铸造工艺，只是使用的陶瓷壳薄得多。在壳模塑中，与砂模铸造相比，涂有薄层陶瓷的模型精度更高，细节更精细。壳模成型是生产小部件、复杂部件或设计部件最广泛使用的工艺之一。航天或医疗行业。

壳模成型被视为成本更低、效率更高的熔模铸造，但仍有许多人对其避而远之。特别是有些人认为，在更薄的模具上增加复杂性和价格，很难在精度上带来微小的提高。这种方法是真的比熔模铸造更好，还是仅仅是更复杂、更专业的技术，只适用于有限的应用领域？

铸造业中的金属制造

什么是金属加工？

金属加工是指将金属零件切割、组装和成形为最终产品的铸造过程。这包括切割、弯曲、焊接和机加工等多项活动。在许多情况下，铸造是金属制造的起点，它创造出零件的基本形状，然后再进一步细化。

虽然加工本身通常与装配和表面处理铸造工艺在决定最终产品的结构完整性和性能方面起着至关重要的作用。如果没有最初的铸造过程，金属制造的效率就会大打折扣，因为航空航天和汽车等行业中使用的许多部件都不会以现在的形式存在。

铸造在金属制造中的作用

铸造工艺通常是生产金属零件的第一步，尤其是当零件过于复杂或过大，无法使用其他技术轻松成型时。通过铸造形成初始形状，制造商可以避免直接塑造原始金属所带来的挑战和材料浪费。零件铸造完成后，还可以经过机加工或热处理等各种金属制造工艺，以完善其最终性能。

然而，有些人认为，由于快速成型制造技术（又称三维打印随着技术的进步，使用传统铸造工艺技术的必要性将逐渐降低。与铸造相比，增材制造可以制造非常复杂的设计，而且在可能使用增材制造的情况下不会浪费资源；但是，增材制造不具备制造大量零件的能力，而铸造方法在这方面却很发达。答案就在这里：随着制造技术的发展，铸造技术是否仍然是一个平等的竞争者，还是最终会被其他更新的技术所取代？

铸造金属成型的困难

铸造在制造复杂形状方面非常有效，但也有令人头疼的地方。例如，很难去除铸件中的缺陷和杂质。气孔、裂缝和其他缺陷经常困扰着铸造金属部件。要消除这些缺陷，通常需要进行某种铸造后处理，而在制造过程中，要获得精确、可重复的结果始终是一个难题。

此外，由于金属冷却后变成固体的结果只能假设，因此许多铸件需要进行大量的测试，这往往导致整个过程需要进行大量的试验和出错，可预测性本身使得铸造过程与其他一些金属加工形式相比往往不够精确。

金属加工中的道德考量

金属加工和铸造业也面临着严峻的道德挑战。特别是在铸造厂和工厂，工人的安全是一个巨大的问题，因为在这些地方工作时会接触到熔融金属和有毒化学品。除此之外，金属加工作业还会对环境造成重大影响，其中包括使用化石燃料提供能源或熔炼金属，以及与特定铸造方法相关的污染。

随着可持续发展问题在全球范围内日益受到重视，一个经常被提出的问题是，是否有更多的需要让以铸造工艺为重的工业流程变得更加可持续，或者是否对速度、效率和质量的要求太高，以至于无法对这些方面做出太大的改变。V. 压铸：争议一瞥

什么是压铸？

压铸是将熔融金属在压力下注入模具。该工艺可生产出尺寸高度精确的部件，非常适合汽车和电子行业使用，因为这些行业对精确测量和质量要求极高。它非常适合需要精细表面光洁度和高再现性的部件。

压铸的优势

的一大优势是压铸技术它可以在短时间内生产出大批量、一致性极佳的零件。在这一过程中，还可以生产复杂的薄壁形状，因此在某些需要考虑部件重量和空间的应用中非常有用。与其他铸造技术相比，该工艺的表面处理更为出色，可以节省下游的表面处理作业。

压铸的缺点和弊端

然而，压铸工艺也有一些缺点。熔化金属和为压铸设备提供动力所消耗的能源相当可观，大大增加了成本和环境负担。此外，压铸模具的安装成本也非常高，因此对于小批量生产来说，成本往往很高。压铸虽然在大批量生产时效率高，但在小批量生产时，能源和材料成本也很高。

金属加工和铸造工艺的未来

铸造业并非一成不变，而是随着材料科学和制造技术的进步而不断变化。新技术，如更好的合金和更高效的成型工艺，正在减少浪费、提高产品强度和整体精度。不仅如此，自动化和人工智能驱动的技术正在融入铸造工艺，使其变得更快、更高效。随着各行各业对性能和可持续性的要求不断提高，铸造方法也将继续发展，通过将传统技术与新的创新技术相结合来满足人们的期望，从而在竞争激烈的制造业中保持其相关性。

替换或调整

越来越多的人认为，老式铸造最终将被完全取代，因为 3D 打印材料和其他增材制造技术。它的优点包括减少材料浪费、加快原型设计速度，以及能够创造传统铸造难以实现的复杂设计。然而，铸造在大批量、大规模生产中仍占有独特的地位。铸造技术的未来可能不在于被取代，而在于被改造--结合传统技术和新技术的优点，创造出更可持续、更高效的制造工艺。铸造最终会被淘汰吗？只有时间才能证明，但它很可能会不断发展，而不是完全消失。

全球视角

世界不同地区对更具可持续性和成本效益的铸造解决方案的需求有不同的反应。在发达市场，人们大力推动采用更清洁、更节能的铸造方法，因为环保法规日益严格。制造业快速发展的新兴市场急于获取现代技术，以便更有效地利用成本优势。毫无疑问，新的发展和想法将从这些制造业正在扩张的地区产生。随着全球竞争日趋激烈，铸造业不仅要适应发展中经济体的需求，也要适应成熟经济体的需求。