尽管金属铸造是一种基础且多功能的制造工艺，但它也存在一系列关键的局限性。其主要缺点源于控制凝固过程的挑战，导致尺寸精度问题、潜在的内部缺陷以及为满足最终规格而频繁需要昂贵的二次加工。
金属铸造的核心权衡在于，为了能够以相对较低的单位成本生产复杂几何形状（通常是大批量），需要牺牲尺寸精度、表面光洁度以及潜在的材料强度。
精度和光洁度方面的挑战
铸造最直接和常见的缺点与零件的最终尺寸和表面质量有关。这些问题通常需要额外的制造步骤，从而增加时间和成本。
固有的尺寸不准确性
当熔融金属冷却并凝固时，它会收缩。在复杂的几何形状中，完美均匀地预测和控制这种收缩是极其困难的。
这导致成品零件可能无法满足严格的尺寸公差。模具变形和冷却速率的微小变化等因素都会导致这种不精确性。
表面光洁度差
铸件的表面是模具内表面的直接复制品。对于砂型铸造等常见工艺，这会导致典型的粗糙纹理。
即使使用更光滑的模具材料，铸态表面的光洁度也很少能满足配合面、密封区域或对美观要求严格的部件的要求。
二次加工的必要性
由于公差差和表面光洁度差，几乎所有铸件都需要二次加工。
这涉及铣削、车削、钻孔或研磨等工艺，以达到最终所需的尺寸和光滑度。这种后处理步骤显著增加了成本，并抵消了铸造的一些初始速度优势。
材料完整性和缺陷风险
从液态到固态的转变是一个不稳定的过程，可能会引入一系列结构缺陷，从而损害最终部件的机械完整性。
气孔
气体可以溶解在熔融金属中，然后在金属凝固时被困住形成气泡。这会产生称为气孔的小内部空隙。
这些空隙充当应力集中器，降低零件的整体强度，并使其在载荷下（尤其是疲劳）容易失效。
缩孔和热裂
如果铸件的较厚部分比相邻的较薄部分冷却得更慢，则可能会产生称为缩孔缺陷的空隙或凹陷。
此外，如果零件受到模具的限制而无法自由收缩，则可能导致应力积聚，从而在金属仍处于高温状态时形成裂纹，这种缺陷称为热裂或热裂纹。
夹杂物
非金属杂质，例如来自模具材料（砂粒）、炉渣或氧化物的颗粒，可能会被困在凝固的金属中。
这些夹杂物会破坏金属晶粒结构，并在零件内部产生弱点，类似于气孔的影响。
了解权衡：铸造与其他工艺
铸造的缺点最好通过与其他制造方法的比较来理解。您的选择完全取决于零件的具体要求。
铸造与机械加工
从实心金属块（坯料）进行机械加工可提供卓越的尺寸精度和表面光洁度。它还可以生产具有更均匀和可预测的内部结构的零件。
权衡在于浪费和时间。机械加工是一种减材工艺，会产生大量的废料（切屑），并且对于从头开始生产复杂形状来说，可能更慢且更昂贵。
铸造与锻造
锻造涉及使用压缩力对金属进行成形，这可以细化金属的晶粒结构，并生产出具有卓越强度、韧性和抗疲劳性的零件。
然而，锻造的几何形状比铸造更不复杂，并且通常具有更高的模具成本，使其更适合于强度至关重要的高性能应用。
铸造与增材制造（3D打印）
金属3D打印提供了几乎无限的几何自由度，且无需前期模具成本，使其成为原型、定制零件以及高度复杂、小批量组件的理想选择。
3D打印的主要缺点是其构建速度慢，以及规模化生产时每个零件的成本高昂，这使得铸造在批量生产方面更具经济性。
为您的目标做出正确选择
要决定铸造的缺点是否适合您的项目，请评估您的主要工程优先级。
- 如果您的主要关注点是严格的公差和完美的表面光洁度：计划进行大量的二次加工，或者考虑从坯料加工方法开始。
- 如果您的主要关注点是最大的材料强度和抗疲劳性：对于几何形状允许的零件，锻造是更优越的工艺。
- 如果您的主要关注点是小批量生产或快速原型制作：避免铸造的高模具成本，转而探索CNC加工或增材制造。
了解这些固有的局限性是有效利用铸造并避免昂贵的制造不匹配的关键。
总结表：
| 缺点类别 | 主要问题 | 对最终零件的影响 |
|---|---|---|
| 精度和光洁度 | 尺寸不准确，表面粗糙 | 需要二次加工，增加成本 |
| 材料完整性 | 气孔、缩孔、热裂、夹杂物 | 强度降低，抗疲劳性差，可能失效 |
| 工艺比较 | 不如机械加工精确，不如锻造坚固，原型制作速度不如3D打印 | 不适合高精度、高强度或小批量需求 |
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