1. 介绍
铜及其合金在现代工业中占据着关键作用 出色的电导率, 耐腐蚀性, 和 热性能.
历史上, 文明可以追溯到 5000 BC掌握的铜铸件中的简单石模具, 为当今的复杂技术奠定基础.
在本文中, 我们探索基于铜的铸造方法, 检查他们的冶金原理, 并指导工程师为各种应用程序选择最佳过程.
2. 金属铸造的基本原理
每种铸造方法都遵循四个核心阶段:
- 霉菌的创造 - 技术人员在沙子中形成腔, 金属, 陶瓷制品, 或镜像零件几何形状的石膏.
- 浇注 - 熔炉融化铜 (熔点 1 083 °C) 或合金 1 600 °C, 然后将液体倒入模具中.
- 凝固 - 受控冷却 - 受热电导率的指导 (〜 400 W/m·K用于铜) 和霉菌材料 - 驱动微观结构开发.
- 摇晃 - 一旦固体, 铸件退出模具并进行清洁和处理后进行.
铜的高热电导率需求 更高的霉菌预热 (200–400°C) 和精确的倒入控制以保持流动性 (粘度〜 6 mpa·s 1 200 °C).
此外, 铜的 热膨胀 (16.5 µm/m·k) 需要确切的模式偏移以实现最终维度.
3. 主要的铜合金铸造方法
铜 及其合金 - 黄铜, 青铜, 铜尼克尔, 和其他 - 使用一系列适合不同生产量的方法进行铸造, 机械要求, 和尺寸公差.
每种技术都具有基于合金特性和所需组件结果的明显优势和局限性.
本节探讨了现代制造中最杰出的铜合金铸造方法, 以及指导过程选择的技术见解.
沙子铸造
过程概述 & 设备
沙子铸造 仍然是铸造铜合金的最古老，最广泛的方法之一. 它涉及将沙子包装在模具盒中的可重复使用的图案上.
沙子与粘土粘合 (绿沙) 或用化学品硬化 (树脂键合或co激活的沙子). 拆除图案后, 将熔融金属倒入腔.
优势
- 低工具成本, 适用于低- 进行中体积运行
- 柔性零件尺寸 - 从几盎司到几吨
- 广泛的合金兼容性
限制
- 粗表面饰面 (RA 6.3-25 µm)
- 公差松动 (通常±1.5–3 mm)
- 需要用于大多数精确应用的施工后加工
投资 (失去蜡) 铸件
精密外壳建筑
投资铸造 使用涂有陶瓷浆料的蜡模型来建造薄的, 高准确的壳模. 倦怠之后, 将熔融金属倒入预热的陶瓷模具中.
好处
- 出色的 尺寸精度 (±0.1-0.3毫米)
- 理想的 错综复杂, 薄壁几何形状
- 优越的 表面饰面 (RA 1.6-3.2 µm)
挑战
- 更高的工具成本 (由于需要死亡)
- 较长的周期时间, 特别是用于外壳的建筑和倦怠
- 通常仅是经济的 中至高的体积 生产
壳模成铸件
过程详细信息
外壳成型 使用带有树脂键沙的加热金属图案. 暴露在热量, 树脂设置形成一个薄的外壳，充当模具.
与传统的沙子铸造相比，该过程产生更准确，更清洁的铸件.
优势
- 改善表面质量 和定义
- 更严格的公差 比绿色的沙子
- 减少加工津贴 由于近网状铸造
限制
- 较高的材料成本 (专业树脂和二氧化硅砂)
- 昂贵的图案工具 (需要金属图案)
离心铸件
水平与. 垂直设置
在离心铸件中, 将熔融金属倒入旋转模具中, 水平或垂直.
离心力将金属分配到模具壁上, 最小化孔隙度并确保出色的材料完整性.
关键优势
- 高密度和孔隙率降低 - 用于压力压力组件的理想
- 方向固化 增强机械性能
- 适合 衬套, 戒指, 管, 和空心部分
- 垂直铸造通常用于小零件; 大缸的水平
限制
- 限制为 旋转对称零件
- 工具设置为 更复杂和昂贵 而不是静态铸造
寒冷的铸造
固化控制
寒意铸造使用金属模具 (经常铁或钢) 从熔融金属中快速提取热量. 这种快速的固化可以完善晶粒结构并增强机械性能.
优势
- 生产 更难, 密集的铸件 (到 50% 硬度与. 沙子铸造)
- 优秀的 磷铜和炮素
- 成本效益 酒吧的重复铸造, 杆, 和小零件
限制
- 不太适合 复杂的几何形状
- 由于霉菌的限制，尺寸范围有限
铸造 (热室和冷室)
压力喷射过程
模具铸件涉及将熔融铜合金在高压下注入高强度钢.
由于铜合金的高熔点，通常使用冷室机器.
优势
- 快速生产率 - 批量生产的理想
- 优质表面和精度 (RA 1-2 µm, 公差±0.05 mm)
- 减少或消除加工
约束
- 并非所有铜合金都合适 (例如。, 高锌黄铜可以腐蚀模具)
- 模具工具是 昂贵的 (投资 $50,000 或更多)
- 最好的 中至高体积
连续铸造
过程概述
将熔融金属倒入水冷模具中，该霉菌连续形成并通过戒断系统拉出固体金属.
常见输出包括杆, 酒吧, 和钢坯用于下游加工或滚动.
优势
- 高生产率 最少的人类干预
- 优秀的机械性能 由于受控凝固
- 光滑的表面和适合自动饲料加工的直率
- 低废料率 和更好的产量 (超过 90% 物质利用)
典型的合金
- 锡青铜器, 铅铜, 磷青铜, 和铜尼克
石膏铸造
专业用途
此过程采用围绕图案形成的石膏或陶瓷模具，以捕获细节和紧密的公差.
通过破坏或溶解灰泥后，将模具铸造出去.
优势
- 优秀的 错综复杂的形状 和 平滑的表面饰面
- 有益 原型 和 低量 生产
缺点
- 低渗透性 - 铸造尺寸的限制
- 较长的准备时间 和 有限的霉菌寿命
摘要比较表
| 铸造方法 | 表面饰面 (RA) | 尺寸公差 | 典型的体积 | 关键优势 |
|---|---|---|---|---|
| 沙子铸造 | 6.3–25 µm | ±1.5–3 mm | 低到高 | 低成本, 合金灵活性 |
| 投资铸造 | 1.6–3.2 µm | ±0.1-0.3毫米 | 中至高 | 高精度, 复杂零件 |
| 壳模成铸件 | 1.6–3.2 µm | ±0.25–0.5 mm | 中等的 | 紧张的公差, 可以自动化 |
| 离心铸件 | 3.2–6.3 µm | ±0.25–1.0 mm | 中等的 | 高密度, 最小缺陷 |
| 寒冷的铸造 | 3.2–6.3 µm | ±0.5–1.0 mm | 中等的 | 增强的机械性能 |
| 铸造 | 1–2 µm | ±0.05–0.2 mm | 高的 | 快速周期, 最小加工 |
| 连续铸造 | 3.2–6.3 µm | ±0.2–0.5 mm/m | 很高 | 成本效益的坯料生产 |
| 石膏铸造 | 1.6–3.2 µm | ±0.1-0.3毫米 | 低至中等 | 详细的, 错综复杂的形状 |
4. 用于铸造的常见铜合金
铸造厂铸造了各种铜合金, 每个设计以平衡机械强度, 耐腐蚀性, 热性能, 和可铸性.
| 合金 | 指定 | 作品 (wt％) | 关键属性 | 首选铸造方法 | 典型的应用 |
|---|---|---|---|---|---|
| 自由安排的黄铜 | C36000 / CZ121 | 61 与-35zn -3pb | 拉伸: 345 MPA 伸长: 20 ％ 电导率: 29 ％iacs |
沙, 投资, 死, 外壳成型 | CNC搭配配件, 齿轮, 电端子 |
| 低层黄铜 | C46400 / CZ122 | 60 与-39zn -1pb | 拉伸: 330 MPA 伸长: 15 ％ NSF ‑ 61符合条件 |
沙, 投资, 死 | 饮用水阀, 管道固定装置 |
| 轴承铜 | C93200 | 90 与-10SN | 拉伸: 310 MPA 硬度: HB90 出色的耐磨性 |
沙, 寒意, 离心 | 衬套, 推力垫圈, 重载轴承 |
| 铝青铜 | C95400 | 88 CU-9AL-2O-1ST | 拉伸: 450 MPA 硬度: HB120 强海水耐腐蚀性 |
死, 离心, 外壳成型 | 海洋硬件, 泵叶轮, 阀成分 |
| 磷青铜 | C51000 | 94.8 CU -5SN -0.2P | 拉伸: 270 MPA 伸长: 10 ％ 好疲劳 & 春季特性 |
投资, 沙, 死 | 弹簧, 电触点, 膜片 |
铜nickel (90–10) |
C70600 | 90 与-10ni | 拉伸: 250 MPA 伸长: 40 ％ 异常的生物污染性 |
沙, 离心, 连续的 | 海水热量交换机, 海洋管道 |
| 铜nickel (70–30) | C71500 | 70 与-30ni | 拉伸: 300 MPA 上氯和侵蚀性 |
沙, 连续的, 离心 | 冷凝器管, 离岸硬件 |
| 铍铜 | C17200 | 98 与-2BE | 拉伸: 最多1400MPA (老化) 电导率: 22 ％iacs |
投资, 寒意, 死 | 高可靠性弹簧, 非弹簧工具, 连接器 |
| 硅青铜 | C65500 | 95 与-5si | 拉伸: 310 MPA 海洋/化学物质中的耐腐蚀 |
沙, 投资, 外壳成型 | 装饰硬件, 船配件 |
5. 结论
铜和铜合金铸造厂提供了丰富的铸造方法工具箱 - 成本, 精确, 机械性能, 和 生产量.
通过了解过程细微差别（从模具材料和热管理到合金行为），工程师可以优化零件设计, 最小化废料, 并确保可靠的性能.
像这样的技术 加性模具制造 和 实时模拟 成熟, 铜铸件将继续发展, 维持其在高性能制造中的关键作用.
在 这, 我们很乐意在设计过程的早期讨论您的项目，以确保选择任何合金或应用后处理后的任何合金, 结果将符合您的机械和性能规格.
讨论您的要求, 电子邮件 [email protected].
常见问题解答
所有的铜合金都可以铸造吗?
不. 只有特定的合金喜欢 铝青铜器, 高压黄铜, 和 硅黄铜 适合 铸造 由于压力很高，涉及快速冷却.
合金喜欢 磷青铜 或者 青铜 更适合沙子或寒冷.
离心和寒冷铸造有什么区别?
- 离心铸件 使用旋转力将熔融金属推入模具, 产生密集, 无缺陷组件 (管道的理想选择, 衬套, 和袖子).
- 寒冷的铸造 使用静态金属模具快速固化表面, 改善机械性能并减少晶粒尺寸 - 特别有效 锡青铜器.
为什么连续铸造首选高量铜合金棒?
连续铸造 提供一致的质量, 优秀的机械性能, 和低废料率.
这是最佳的 磷青铜, 青铜, 和 铅铜 坯料, 特别是与滚动或挤出过程集成时.
铸造铜合金后需要什么后加工?
取决于铸造方法和合金, 后处理可能包括:
- 压力缓解或衰老的热处理 (特别是对于铍铜)
- 临界表面或紧密公差的加工
- 表面精加工，例如抛光或涂料以进行腐蚀或美学
