什么是砂型铸造？
砂型铸造是使用最广泛的铸造工艺。它使用可消耗的沙子来形成可以由几乎任何合金制成的复杂金属零件。 由于必须销毁砂模以除去称为铸件的零件，因此砂模铸件通常生产率较低。
砂型铸造工艺包括使用熔炉，金属，铸型和砂型。金属在炉中熔化，然后用钢包倒入砂模的型腔中。沿着分型线将砂型分离，可以移除凝固的铸件。下一节将更详细地描述此过程中的步骤。
砂型铸造用于生产各种复杂的金属零件。这些零件的大小和重量相差很大，从几盎司到几吨不等。一些较小的砂模零件包括齿轮，皮带轮，曲轴，连杆和螺旋桨。
较大的应用包括用于大型设备和重型机器底座的外壳。砂型铸造在汽车零件的生产中也很常见，例如发动机缸体，发动机歧管，气缸盖和变速箱壳。
什么是压铸件？
压铸是一种允许使用可重复使用的模具（称为模具）生产几何形状复杂的金属零件的制造过程。
压铸工艺包括使用熔炉，金属，压铸机和模具。这种金属通常是铝或锌之类的非铁合金，在炉中熔化，然后注入压铸机的模具中。
压铸机主要有两种类型：热室压铸机（用于低熔点合金，例如锌）和冷室压铸机（用于高熔点合金，例如铝）。这些机器之间的差异将在“设备和工具”部分中详细说明。
但是，在两台机器中，将熔融金属注入模具后，都会迅速冷却并凝固成最终零件，即铸件。下一节将更详细地描述此过程中的步骤。
在此过程中生产的铸件的尺寸和重量差异很大，从几盎司到100磅不等。压铸件的常见应用是外壳薄壁的外壳，通常需要在内部安装许多肋和凸台。各种电器和设备的金属壳通常是压铸的。一些汽车零件也使用压铸件制造，包括活塞，汽缸盖和发动机缸体。其他常见的压铸件包括螺旋桨，齿轮，衬套，泵和阀门。
砂型铸造的工艺周期
模具制造-砂型铸造的第一步是制造铸件模具。在可消耗的模具过程中，必须为每个铸件执行此步骤。
砂模是通过将沙子装入砂模的每一半而形成的。沙子被填充在模型周围，这是铸件外形的复制品。当去除图案时，将保留将形成铸件的型腔。
在模具成型之前，铸件的任何内部特征都由单独的砂芯形成。下一部分将介绍有关模具制造的更多详细信息。模具制造时间包括放置模具，填充沙子和取出模具。成型时间受零件尺寸，型芯数量和砂型影响。如果模具类型需要加热或烘烤时间，则模具制造时间将大大增加。
另外，为了促进铸件的拆卸，通常在模腔的表面上进行润滑。使用润滑剂还可以改善金属的流动性和铸件的表面光洁度。根据沙子和熔融金属的温度选择使用的润滑剂。
夹紧-模具成型后，必须准备浇铸熔融金属。首先润滑型腔的表面，以方便铸件的去除。然后，将型芯定位，将半模关闭并牢固地夹紧在一起。半模必须保持牢固关闭，以防止材料损失。
浇铸-将熔融金属在炉中保持在设定温度。夹紧模具后，可以从熔炉中的容器中取出熔融金属，然后将其倒入模具中。浇注可以手动或通过自动机器进行。必须浇注足够的熔融金属以填充整个型腔和模具中的所有通道。填充时间很短，可以防止金属的任何部分过早固化。
冷却-注入模具的熔融金属一旦进入型腔，便开始冷却并固化。当整个型腔充满且熔融金属凝固时，便形成了铸件的最终形状。模具只有在冷却时间过去后才能打开。可以根据铸件的壁厚和金属温度估算所需的冷却时间。大多数可能的缺陷是固化过程的结果。如果部分熔融金属冷却得太快，则部分可能会收缩，破裂或不完整。在设计零件和模具时，可以采取预防措施，并将在后面的章节中进行讨论。
去除-在经过预定的固化时间后，可以简单地打碎砂模并去除铸件。此步骤有时也称为摇晃，通常是通过振动机完成的，该振动器摇晃出沙子并将其倒出烧瓶。去除后，一些沙子和氧化物层可能会粘附到铸件的表面。喷丸处理有时用于去除任何残留的砂，特别是从内表面清除并降低表面粗糙度。
修整-在冷却过程中，模具通道中的材料固化并粘附到零件上。多余的材料必须通过切割或锯切或使用修边压力机从铸件中手动切出。修整多余材料所需的时间可以根据铸壳的尺寸来估算。较大的铸件需要更长的修整时间。修整产生的废料在砂型铸造过程中被丢弃或重新使用。但是，在将废料与不可回收金属结合使用之前，可能需要将其重新调整为适当的化学成分。
压铸工艺周期
夹紧-第一步是准备并夹紧模具的两半。首先从最后一次注射中清洁每个半模，然后润滑以促进下一部分的排出。润滑时间随着零件尺寸，型腔和侧芯数量的增加而增加。此外，根据材料的不同，每个循环后可能不需要润滑，但在2或3个循环后可能需要润滑。润滑后，将压铸机中连接的两个半模关闭并牢固地夹紧在一起。
注射金属时，必须对模具施加足够的力以使其牢固闭合。关闭和夹紧模具所需的时间取决于机器较大的机器（具有更大夹紧力的机器）将需要更多时间。该时间可以根据机器的干燥循环时间来估算。
注射-熔融金属在炉中保持在设定温度，然后转移到可以注射模具的型腔中。不管使用热室压铸机还是冷室压铸机，传送熔融金属的方法取决于压铸机的类型。下一节将详细说明这种设备的区别。
转移后，将熔融金属在高压下注入模具中。典型的注射压力范围是1000至20000 psi。在固化过程中，该压力将熔融金属保留在模具中。注入模具的金属量称为射弹。注射时间是熔融金属填充模具中所有通道和型腔所需的时间。
该时间非常短，通常少于0.1秒，以防止金属的任何部分过早固化。合适的注射时间可以由材料的热力学性质和铸件的壁厚确定。较大的壁厚需要更长的喷涂时间。在使用冷室压铸机的情况下，喷涂时间还必须包括将熔融金属手动包裹到喷丸室中的时间。
冷却-注入模具的熔融金属一旦进入模具型腔，便开始冷却并固化。当整个型腔充满并且熔融金属凝固时，铸件的最终形状就形成了。冷却时间结束后，只有在铸件凝固后才能打开模具。可以根据金属的热力学性质，铸件的最大壁厚和模具的复杂性来估算冷却时间。较大的壁厚需要更长的冷却时间。模具的几何复杂性还需要更长的冷却时间，因为附加的热流阻力。
顶出-在预定的冷却时间后，可以打开半模，并且顶出机构可以将铸件推出型腔。打开模具的时间可以根据机器的干燥循环时间来估计，注射时间取决于铸壳的尺寸，并且应该包括铸件从模具上掉下来的时间。弹出机构必须施加一定的力来弹出零件，因为零件在冷却过程中会收缩并粘附到模具上。铸件退出后，可以将模具夹紧以进行下一次注射。
修整-在冷却过程中，模具通道中的材料将固化并粘附到铸件上。多余的材料和毛刺必须通过切割，锯切或修整压力机手动从铸件上切下。修整多余材料所需的时间可以根据铸壳的尺寸来估算。由这种修整产生的废料要么被丢弃，要么可以在压铸过程中重新使用。在将回收材料与未回收金属混合并在压铸过程中重新使用之前，可能需要将回收材料调整为适当的化学成分。
砂型铸造的优势
设计的灵活性-零件的尺寸和重量范围从几毫米，几克到几米，几吨不等。铸件的尺寸和重量仅受熔融金属的处理和供应限制。
高复杂度形状-没有其他方法可以提供与铸造复杂特征形状相同的可能性范围，并且铸造可以生产接近最终形状的零件。
广泛的材料选择-只要可以熔化，几乎所有类型的工程合金都可以铸造。
低成本工具-与其他一些金属制造工艺相比，工具和设备的成本更低。因此，它成为获得近似净形部件的最便宜的方法之一。
交货期短-与其他产品相比，交货期短，因此非常适合短时间生产。
砂型铸造的缺点
强度低-与机械零件相比，由于孔隙率高，材料强度低。
尺寸精度低-由于收缩和表面光洁度，尺寸精度非常差。
表面光洁度差-由于内部砂模壁表面纹理。
不可避免的缺陷-像任何其他冶金工艺一样，不可避免地存在缺陷或质量变化，例如收缩，孔隙率，铸造金属缺陷，表面缺陷。
后处理-如果需要更严格的公差与其他配合零件连接，通常需要二次加工。
压铸的优势
高生产效率-生产过程易于机械化和自动化。一般来说，冷室压铸机每小时压铸50至90次。热室压铸机每小时压铸400至900次。
出色的尺寸精度和光滑的铸件表面-压铸件的一般公差等级为GB / T 1800-2009中的IT13〜IT15，精度高达IT10〜W11。表面光洁度（Ra）为3.2〜1.6μm ，局部可达0.8μm。由于压铸件的尺寸精度高，表面光洁度高，可以直接使用要求较低的压铸件，避免了机加工或少加工，提高了合金利用率，节省了大量的机加工成本。
压铸件的高机械性能-金属熔体在压铸过程中迅速冷却并在压力下结晶，因此靠近压铸件表面的晶粒层很小且致密。强度和硬度都很高。
压铸复杂的薄壁零件-与砂铸件和金属铸件相比，压铸件可以具有复杂的零件形状，并且零件的壁厚可以更小。铝合金压铸件的最小壁厚为0.5mm。锌合金压铸件的最小壁厚可达到0.3mm。
其他材料的零件可以嵌入压铸件中-复杂的紧固件或嵌件可以包含在最终组件中。因此，节省了宝贵的材料成本和加工成本。可以获得具有复杂形状的零件以改善零件的性能。另外，减少了组装工作。
经济且易于批量生产-具有特定形状的可生产耐用且尺寸稳定的压铸件，因此不需要或只需很少的机加工。
各种表面纹理-压铸件可以具有许多精加工技术和表面。此过程可以获得光滑或有纹理的零件表面。
压铸的缺点
压铸件中容易产生孔隙-因为金属熔体在压铸过程中会以很高的速度填充模具型腔，并且模具材料不透气。通过常规压铸方法生产的压铸零件容易产生气孔。由于存在孔，压铸件无法通过热处理进行强化，也无法在高温下使用。同时，零件的加工余量不能太大，否则压铸件表面的硬化层将被去除，压铸件的表面将暴露出来。
不适合小批量生产-压铸的类型复杂且价格昂贵，因此通常只适合大批量生产。小规模生产是不经济的。
压铸高熔点合金时模具寿命低-一些金属（例如铜合金）熔点高，对压铸材料的抗热变形和热疲劳强度的要求较高，并且模具寿命相对较低。目前，压铸件的材料主要是铝合金，锌合金和镁合金。黑色金属很少通过压铸加工。
大量的资金投入-与大多数其他铸造工艺相比，铸造机，模具和相关设备的成本非常高。因此，为了使压铸成为经济的方法，必须进行批量生产。
造砂的成本动因
材料成本
铸砂的材料成本包括金属成本，熔融金属成本，铸砂成本和芯砂成本。金属的成本取决于零件的重量，零件的体积和材料密度以及材料的单价，这些重量由零件的重量和材料密度计算得出。对于较大的零件重量，熔化成本也将更高，并且受材料影响，因为某些材料的熔化成本更高。但是，与金属成本相比，熔化成本通常可以忽略不计。型砂的使用量以及由此产生的成本也与零件的重量成正比。最后，型芯砂的成本取决于用于铸造零件的型芯的数量和尺寸。
生产成本
生产成本包括铸造零件的各种操作，包括型芯制造，模具制造，浇注和清洁。制造型芯的成本取决于型芯的体积和用于铸造的零件数量。使用自动化设备时，模具制造成本不受零件几何形状的影响。但是，包含内核会稍微减慢该过程，从而增加成本。最后，浇铸金属和清洁最终铸件的成本取决于零件的重量。浇铸和清洁更大，更重的铸件需要更长的时间。
加工成本
模具成本有两个主要组成部分-模型和型芯盒。图案的成本主要由零件的尺寸（信封和投影面积）和零件的复杂性控制。芯盒的成本首先取决于其尺寸，这是用于铸造零件的芯的数量和尺寸的结果。与模型非常相似，型芯的复杂性将影响制造工具这部分零件的时间（除型芯尺寸外），从而影响成本。
铸件的数量也会影响模具成本。较大的产量将需要使用模具材料，无论是模型还是型芯盒，都不会在要求的循环次数中磨损。使用更坚固或更耐用的工具材料将大大增加成本。
压铸的成本动因
材料成本
物料成本取决于所需物料的重量和物料的单价。材料的重量显然是零件体积和材料密度的结果；但是，零件的最大壁厚也可以起作用。所需材料的重量包括填充模具通道的材料。薄壁零件需要较大的通道系统，以确保快速均匀地填充整个零件，从而增加了所需的材料量。但是，由于壁薄，这种额外的材料通常比减少的零件体积节省更少的材料。因此，尽管通道较大，但使用较薄的壁通常会降低材料成本。
生产成本
生产成本主要根据小时率和周期时间来计算。每小时收费与所使用压铸机的尺寸成正比，因此了解零件设计如何影响机器选择非常重要。压铸机通常以它们提供的夹紧力的吨数表示。所需的夹紧力由零件的投影面积和熔融金属注入的压力决定。因此，较大的零件需要更大的夹紧力，因此需要更昂贵的机器。另外，某些需要高喷雾压力的材料可能需要更大吨位的机器。零件的尺寸还必须满足其他机器规格，例如夹紧行程，压板尺寸和喷丸处理能力。除了机器的尺寸外，机器的类型（冷热房）也会影响成本。使用高熔点温度的材料（例如铝）将需要冷室机器，这通常更昂贵。
循环时间可以分为喷射时间，冷却时间和复位时间。通过减少这些时间，可以降低生产成本。减小零件的最大壁厚可以缩短注射时间。而且，某些材料的注射速度比其他材料快，但注射时间非常短，节省的成本可忽略不计。使用热室机器可以节省大量时间，因为在冷室机器中，熔融金属必须包裹在机器中。包扎时间取决于注射的重量。对于较低的壁厚，冷却时间也将缩短，因为它们需要更少的时间来完全冷却。材料的某些热力学性质也会影响冷却时间。最后，复位时间取决于机器尺寸和零件尺寸。较大的零件需要机器较大的移动才能打开，关闭和弹出零件，而较大的机器需要更多时间来执行这些操作。此外，使用任何边缘核心都将减慢此过程。
加工成本
模具成本主要由两部分组成：模具组和型腔加工。模块的成本主要由零件外壳的尺寸控制。较大的零件需要更大和更昂贵的模具组。加工型腔的成本几乎受零件几何形状的所有方面的影响。主要的成本动因是必须加工的型腔的尺寸，该尺寸由型腔的投影面积（等于零件和投影孔的投影面积）及其深度来衡量。任何其他需要额外处理时间的组件都会增加成本，包括特征数量，分型面，侧芯，公差和表面粗糙度。
使用的零件和材料的数量将影响模具的寿命，从而影响成本。铸造温度较高的材料（例如铜）会缩短模具寿命。可以在较低温度下铸造的锌可以延长工具寿命。随着产量的增加，这种影响变得更加昂贵。
最后要考虑的是横向运动方向的数量，这将间接影响成本。侧芯的额外成本取决于使用的数量。但是，方向的数量会限制模具中可容纳的型腔的数量。例如，在侧芯方向上需要3个零件的模具只能包含2个型腔。尽管没有直接增加成本，但使用更多型腔可以进一步节省成本。
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