在制造领域，了解成型和铸造工艺的局限性对于决定采用哪种生产技术至关重要。两者都涉及将材料塑造成一种或多种特定形状，尽管方式不同且独特，但带来不同的好处和应用。成型通常与在型腔中成型可变形材料（如塑料或橡胶）有关，型腔称为模具，在这种情况下，型腔是通过注塑或压缩成型等工艺形成的。同样，铸造几乎总是需要将熔融的金属或树脂倒入模具中，使其冷却。本博客的目的是关注这些工艺，包括它们适用于什么以及它们的具体挑战，以解释读者如何以及为什么能够使用特定的工艺。
什么是 Casting？它是如何运作的？
如上所述，铸造是制造业中使用的术语，其中将液体倒入成型的容器/腔体中，然后冷却凝固成特定形状。这通常使用金属、树脂或塑料进行。铸造工艺有五个基本原则。例如 - 制作模具、熔化材料、将熔融材料倒入模具中、冷却材料以及从模具中取出凝固产品。在一次操作中，它能够创建详细的形状，否则需要多次操作并最大限度地减少浪费。
了解选角过程
铸造工艺始于制作精密的模具，该模具通常由沙子、金属或陶瓷制成，与所需物体相反。这种模具需要能够抵抗相当高的温度和压力，以便在整个过程中不会发生显着的形状变化。通常，熔融材料是铝，温度超过 650°C，或铁，温度高达 1600°C。在将液体倒入铸模之前，确保液体具有均匀的特性和较少的杂质非常重要。一旦液体达到理想的浇注温度，就会将其倒入预热的模腔中，这有利于减少热冲击，从而避免在工艺过程中出现缺陷。
随着液体在冷却期间冷却，材料在模具内变成固体。因此，冷却时间或液态金属凝固所需的时间直接影响最终产品的微观结构和机械性能；受控冷却可使晶粒更好地协同生长，从而使晶粒结构更坚固，耐久性更好。例如，铸铁需要缓慢冷却以防止应力断裂，而铝凝固速度快，因此其抗拉强度更高。
凝固后，对部件进行模具修复，最终得到铸件。修复过程中可能涉及使用机械振动、溶剂清洗或 水射流 为了以非破坏性方式剥离铸件，也可以使用机械振动、溶剂清洗或水射流。由于航空航天或汽车部件中经常出现的几何参数对完整性和准确性的要求很高，因此非破坏性测试和质量控制（尤其是利用 X 射线和超声波方法检测内部和外部缺陷）非常重要。
生产商可以通过了解铸造工艺中的各个序列及其各自的技术问题来提高铸造性能参数，以满足行业重点。
铸造材料的种类
铸造工艺使用具有不同特性的不同材料，每种材料都有特定的用途。下面列出了一些最常见的铸造材料：
- 铝合金： 铝合金主要用于汽车和飞机工业，重量轻且耐腐蚀。这些合金具有合理的流动性、较低的熔点（约 6600C）和较高的热导率。
- 铁（铸铁和球墨铸铁）： 铸铁具有优异的耐磨性，且抗压强度高，因此常用于发动机缸体和机械部件。球墨铸铁由于具有AI球状石墨结构，因此具有较高的延展性和抗冲击性。
- 合金钢: 由于熔点高，钢合金用于制造建筑和重型机械零件。其可焊性也极佳，适合冷热应用。
- 铜合金（青铜和黄铜）： 铜合金具有极好的导热性和导电性，因此可应用于电子和管道。表面青铜坚固耐磨，而黄铜具有良好的声学性能。
- 镁合金： 镁合金是已知的最轻的结构金属之一，因此广泛应用于汽车和 航空航天领域 制造重量敏感部件。这些金属分别具有良好的加工和压铸性能。
- 锌合金： 锌合金易于铸造，具有良好的延展性、耐腐蚀性和尺寸稳定性。由于这些特性，锌合金广泛用于紧固件和复杂汽车部件等压铸件。
- 钛合金： 钛合金具有极高的强度重量比和耐腐蚀性，是航空航天和生物医学领域不可或缺的材料。然而，钛合金的高熔点和高反应性也给铸造带来了问题。
所有材料都有一定的缺点和优点，因此需要根据应用需求和可用的加工技术进行适当的选择。
铸造所用的工具和设备
正确的铸造操作的材料和工具应该是合适的。模具很方便；它们可以由沙子、金属或陶瓷制成，具体取决于材料的用途和特性。这些模具决定了最终产品的轮廓。熔炉既熔化金属，又将其保存到铸造阶段。适合高温和安全高效过滤材料的钢包用于将金属从熔炉运送到模具中。制模工具制造提供目标铸件形状复制品的设备，确定生产模具所需的尺寸和配置。此外，制芯设备塑造芯子并负责创建复杂铸件的坚固内部零件。脱气装置用于消除熔融材料中的气体，提高铸件的质量。浇注料可能排在最后，但它们对于铸件的质量是必不可少的，因为它们根据操作要求控制铸件的冷却速度。
成型与铸造有何不同？
成型和铸造之间的主要区别
成型和铸造虽然在工业领域都很重要，但在工艺、材料和用途方面却表现出一些独特的特点。成型涉及将可塑性材料（如塑料、橡胶或硅胶）放入模具中，然后冷却并固化成所需的形状。成型过程中使用的大多数材料通常比铸造中使用的金属小，因此成型适用于需要复杂特征和软材料的产品。
相比之下，铸造是将液态金属或熔融物质倒入模具中直至凝固。一般而言，此类程序在生产方面成本更高，因为金属必须经受极端温度才能熔化，但此类工艺可生产需要更高强度和耐久性的大型固体部件。
关键区别在于物质的阶段。成型通常涉及在较低压力下浇注并在较低温度下凝固的材料，而铸造工艺则涉及将固体金属熔化为液态以构造坚固的部件。此外，重型和坚固的部件更多是由于铸造工艺而产生的，而轻型和柔性的部件更多是由于塑料成型而产生的。
根据数据，铸造涉及密度为 7.0 至 8.9 g/cm³ 的材料，而塑料等成型材料的密度范围为 0.9 至 2.3 g/cm³。铸造的时间范围可能从几小时到几天不等，但模具加工可能只需几分钟，具体取决于设计的复杂性和所选的材料。了解这些差异对于选择相对于特定应用的规格和成本因素的最佳方法至关重要。
成型工艺详解
成型工艺被广泛称为冲击制造工艺，其特点是使用模具来实现工件的所需形状。首先，一些原材料（如聚合物、塑料或橡胶）被持续加热到一定温度，使其变软并易于成型。复合材料会做出适当的反应，最好将其放入或注射到已经定义的模腔中。一定程度的压力确保材料延伸到模具的每个角落。一旦泡沫冷却并凝固，产品就可以脱模，如果需要，还可以进行任何其他表面处理。这种方法可以缩短生产时间，并且能够有效地制造重量轻但细节复杂且公差严格的部件。材料（包括模具）以及成型类型（无论是压缩还是注射）都取决于最终产品的预期工作方式。
为你的项目选择模塑或铸造
铸造和模制是制造过程中非常有效的方法，但两者截然不同。模制工艺在轻质高强度部件的批量生产中相对较快、更高效、更有效。此外，它对于塑料和聚合物的批量生产过程最为经济。然而，只要需要制造重型、复杂且受力大的产品，金属就总是需要铸造工艺。此外，对于大尺寸部件或致密材料的限量生产，铸造工艺更便宜。然而，可能需要说明是否应基于材料和结构要求以及生产经济性。这可以满足项目范围和预算的要求。
探索注塑成型与压铸成型
注塑成型工艺步骤
- 夹紧： 该程序的第一步是将模具的两半连接在一起并固定，方法是施加夹紧力以保持它们闭合。此步骤可确保在材料注入过程中不会产生会导致材料泄漏的压力。
- 注射： 所选的塑料材料通常呈颗粒状，通过料斗送入加热的桶内，在桶内熔化并液化。然后，在压力下将液化塑料泵入封闭模具中形成的空腔内。
- 冷却方式： 当型腔被填满时，塑料就会充满型腔，冷却并凝固，形成模具的形状。冷却时间取决于材料和零件的几何形状。
- 弹射： 冷却操作结束后，模具分离，凝固的部件借助销钉或某些顶出机构推出。可以对部件进行进一步加工，包括修整以去除所有不需要的多余材料。
- 重复循环： 模具再次被夹紧，对新制造的部件重复同样的过程。这种循环特性使得批量生产质量一致的部件成为可能。
为什么选择压铸？
成型 压铸 是制造精密元件的最佳选择，因为它可以同时完善整个工艺，允许复制具有出色表面光洁度的复杂细节。这种制造工艺特别适用于制造由铝、锌或镁等坚固耐磨的有色金属制成的工具。这种方法对于大规模生产非常有效，因为材料浪费很少，而且由于表面光洁度好，几乎不需要加工。此外，压铸的周转时间短，零件质量稳定，因此可以应用于需要大规模生产高质量部件的行业，例如汽车和消费电子产品。
压铸与注塑：主要区别
在区分压铸和注塑时，材料和工艺方面的差异很重要。压铸主要用于有色金属部件，是一种在巨大压力下将熔融金属压入钢模的工艺。这种情况与具有良好表面光洁度和良好尺寸稳定性的部件有关。与此相反，注塑是将塑料聚合物加热至熔化，然后注入模具中。它特别适用于批量生产具有高精确度和光洁度的复杂形状的塑料元件，这意味着需要进行操作才能完成所生产元件的表面。
不管人们如何看待给定的工艺，它们通常是根据最终产品的材料和一般特性来选择的。压铸工艺相对更广泛地被采用，因为较小的模制嵌件更耐用，并且足以满足汽车和飞机工业的大多数应用，这些工业中磨损和结构性能至关重要。对于针对消费者或电子产品的产品则相反，因为中间体价格昂贵，所以避免使用压铸工艺，因此适合大规模生产廉价的塑料部件，而注塑成型可以提供这种材料。
就生产数量而言，压铸和注塑被视为大规模生产工艺；然而，由于金属冷却速度更快，压铸的循环时间更短，而注塑的塑料种类更多、设计适应性更强，因此可以快速生产零件。然而，压铸和注塑仍然是两种相互竞争的技术，其范围不同，具体体现在所需零件的机械和热性能、生产量和工艺成本上。
哪些材料最适合塑料注塑成型？
注塑成型常用的塑料
- 丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS)： 这种材料因其机械强度和抗拉、抗磨损性能而备受好评。非常适合农业、电气和汽车工业。
- 聚丙烯（PP）： 具有优异的耐热、耐化学性和柔韧性的优点，广泛应用于容器和一些汽车部件的生产。
- 聚乙烯 (PE)： 具有良好的防水性能，在消费品和包装材料中具有广泛的用途。
- 聚碳酸酯 (PC)： 具有高强度和优异的透明度；这有助于它在眼镜镜片和任何防护装备中找到良好的应用。
- 尼龙或聚酰胺： 这些材料以其高强度和高抗摩擦性而闻名，广泛应用于齿轮和机械零件。
如何为您的成型工艺选择合适的塑料
在成型过程中选择合适的塑料取决于以下考虑因素：
- 材料特性： 确定特定应用所需的机械、热和化学特性。例如，如果强度和抗冲击性是最受追捧的特性，那么可以使用 ABS，而对于需要耐化学性的应用，聚丙烯是合适的选择。
- 成本考虑： 确定塑料材料的成本与其单位重量、现有预算和预期生产量的关系。
- 加工条件： 塑料往往具有不同的熔点和粘度，这将决定模具的设计和循环时间。例如，聚乙烯的加工速度处于低端，而聚碳酸酯的加工速度处于高端。
- 最终产品要求： 包括重量、耐用性和美观性等标准。当需要透明度等属性时，应在订购时将聚碳酸酯或其他类似的透明塑料放在首位。
- 环境和法规合规性： 检查所选的塑料是否符合所要求的环境法规，对于食品和医疗行业来说，这一点极其重要。
基于这些考虑，材料选择可以从功能特性和制造要求两方面得到有效优化。
模具设计如何影响制造过程？
模腔在成型和铸造中的作用
模具型腔在增强最终部件的特性、形状、表面和尺寸方面发挥着特殊作用。它会影响模具内的熔融金属分布、冷却和凝固过程以及出现缺陷的可能性。以适当的方式设计型腔还可以防止材料浪费和出现翘曲或缺料等缺陷的可能性，从而提高整体生产效率。
不同模具工具的成本影响
选择特定的模具工具对于实现给定制造过程的最佳成本起着重要作用。大部分成本要素都与原始模具的制造、维护和循环次数有关，或者与模具能够高效生产的零件有关。
- 初始模具成本： 初始支出往往受特定模具的个体特征和总体尺寸的影响。用于注塑等基本部件的基本模具类型铝模具的成本为 1000 至 5000 美元，而深腔模具类型等更复杂的部件的成本可能高达 50,000 美元以上。
- 材料和制造成本： 不同等级的钢制和铝制模具具有不同的成本和使用寿命优势。最初，钢制模具价格昂贵，但其使用寿命长，使这种模具成为大规模生产的理想选择。相比之下，铝制模具价格较低且更容易获得，但磨损速度可能更快，因此适合小批量和原型制造方法。
- 运营和维护成本： 显然，模具容易出现磨损缺陷，从而增加模具的运行频率。这些费用取决于模具材料和设计特征类型，然而，几乎每年这些成本都达到模具初始成本的 5%-20% 左右。
- 周期时间和效率的成本： 模具设计显然会影响循环时间；模具设计越好，冷却所需的时间就越少，循环就越高效。生产效率可以在大规模生产中提供重要的成本效益，因为缩短循环时间可以提高产量并降低每个零件的成本。
制造商将能够评估上述因素，并能够在成本和生产需求之间进行权衡，投资于模具制造，从而提高利润和最终产品的质量。
通过更好的模具设计提高生产质量
为了通过改进模具来提高生产质量，需要采用多种策略，例如改善模具流动、引入新材料和采用精密制造工艺。该领域的领先权威认为，计算机辅助设计 (CAD) 或模拟工具等技术对于改变模具结构以提高生产率和质量至关重要。适当的模具设计可使材料沉积的整体模式保持一致，并改善成品周期时间的质量和物理参数。此外，如果使用高级材料，模具的寿命也会增加，并且可以不断生产高标准的零件。在生产过程中融入现代和先进技术，包括自动化或实时监控系统，无疑会增加生产质量改进的价值。
参考资料
常见问题解答 (FAQs)
问：铸造和成型的主要区别是什么？
答：铸造和模塑技术之间的区别可以从所涉及的工艺和所用的材料上看出。铸造形状时，将液体材料倒入容器中，而模塑通常包括将可塑性材料制成模具。模具通常由金属制成，铸造材料可以包括硅橡胶。
问：铸造、造型的通用材料有哪些？
答：铸造时，所用材料是金属或其各种合金之一，这些材料在高温下会熔化。模塑时，通常使用由两种或多种成分组成的固化材料，通常是硅橡胶。
问：从工艺上讲，注塑工艺与压铸工艺有何区别？
答：注塑和压铸工艺相似，因为这两种工艺都需要使用模具制造部件。压铸被描述为将熔融金属注入模具的过程；而注塑成型是一种涉及加热塑料材料并使用模具将其成型为所需形状的过程。
问：对于复杂的形状，铸造还是模制更好？
答：在大多数情况下，当最终形状复杂时，铸造是首选的成型技术，尤其是对于金属。这是因为铸造的多功能性可以捕捉复杂而详细的设计，因为模具能够融入精细的细节。
问：金属注射成型工艺与压铸法相比有哪些优势？
答：与压铸相比，它能够以高精度制造小型、复杂的零件。金属注射成型似乎是处理小型、复杂的零件的合适方法。
问：如何用这些方法去除模具内的材料？
答：在铸造过程中，固体材料完成后，在大多数情况下，只需将其从模具中强行取出或打碎，模具通常会在过程中被破坏。然而，在模塑过程中，在大多数情况下，部件会从模具中取出，而不会将其打碎，因此模具可以再次使用。
问：硅橡胶在成型中如何使用？
答：硅橡胶经常用于成型，因为它柔韧、耐用，适合制作精细的模具。它还具有耐热性，并且在混合两种或多种成分后，它知道不可避免的固化过程，因此非常实用。
问：如果不先制作模具，铸造和成型过程可以成功吗？
答：是的，制作模具很重要，因为它提供了完成最终产品时要遵循的界限以及产品的细节水平。制作精良且制造精确的模具可以保证生产出准确且成品精良的模具或铸件。
问：如何确定制造商应选择铸造而不是模制？
答：制造商在处理金属时应选择铸造而不是模制，因为需要形成具有非常小细节的复杂形状。与其他方法相比，铸造是此类行业最优先的方法。
