铸造工艺总汇-新成型技术
金属的铸造成形工艺
四、铸造工艺的分类
★按造型材料及工艺特点分为：普通砂型铸造和特种铸造。 普通砂型铸造包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型三类。 特种铸造按造型材料的不同，又可分为两大类：一类以天
然矿产砂石作为主要造型材料，如熔模铸造、壳型铸造、负压 铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷 型铸造等；一类以金属作 为主要铸型材料，如金属型铸造、离心铸造、连续铸造、压力 铸造、低压铸造等。 ★按金属填充铸型时是否施加外力分为：重力作用下的铸造 成形和外力作用下的铸造成形。
早期的铸件大多是农业生产、宗教、生活等方面的工 具或用具，艺术色彩浓厚。那时的铸造工艺是与制陶工艺 并行发展的，受陶器的影响很大。
司母戊方鼎
曾侯乙尊盘
青铜尊盘出土于曾侯乙墓。尊盘由尊和盘组成，尊置于盘中。 尊盘的口沿是非常精细的镂空的变形龙纹和龙形雕饰，均可 分辨出每条盘龙上的眼睛。是采用“失蜡法”的铸造方法。 尊和盘均铸有“曾候乙作持用终”铭文。
保持1～2年，设备综合开工率>80%，装备全部 开工率<50%，装备标准化、系列化、商品
标准化、系列化、商品化
化程度很低
注：CT为铸件尺寸公差(Casting Tolerances)的代号，见GB／T6414-1986
★铸件处理 铸件自浇注冷却的铸型中取出后，有浇口、冒
口及金属毛刺披缝，砂型铸造的铸件还粘附着砂子， 因此必须经过清理工序。
铸件清理的设备有抛丸机、浇口、冒口切割机 等。砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序， 所以在选择造型方法时 ，应尽量考虑到为落砂清 理创造方便条件。
有些铸件因特殊要求，还要经铸件后处理，如 热处理、整形、防锈处理、粗加工等。
★铸型准备 不同的铸造方法有不同的铸型准备内容。如砂型铸造：铸
铸造成形技术铸造工艺设计
①选择铸件的浇注位置及分型面 ②型芯的数量、形状及其固定方法 ③确定工艺参数（加工余量、起模
斜度、圆角、 收缩率） ④浇冒口、冷铁形状、尺寸及其布
置
铸造工艺图——在零件图上用各种工艺 符号表示出铸造工艺方案的图形
它是制造模样和铸型，进行生产准备 和铸件检验的依据——基本工艺文件。
使型腔和主要芯位于下箱，便于下 芯、合型和检查型腔尺寸。
3.铸造工艺参数的确定
铸造工艺参数包括收缩余量、 加工余量、起模斜度、铸造圆角、 芯头、芯座等。
①收缩余量：
为了补偿收缩，模样比铸件图纸尺寸 增大的数值称收缩余量。收缩余量的大小 与铸件尺寸大小、结构的复杂程度和铸造 合金的线收缩率有关，常常以铸件线收缩 率表示：
工艺 打箱、清理等工艺操作 根据批量大小填写必要条
卡片 过程及要求
件
⑨ 综合整个设计内容
实例分析：
以C6140车 床进给箱体 为例分析毛 坯的铸造工 艺方案如下： 质量约35Kg。
车床进给箱体零件图
该零件没有特殊质量要求的表面， 仅要求尽量保证基准面D不得有明显 铸造缺陷，以便进行定位。
材料：灰铸铁HT150，勿需考虑补缩。
为了便于采用机器造型、尽量 避免活块，故凸台和凹槽均应 用型芯来形成。
为了克服基准面朝上的缺点， 必须加大D面的加工余量。
单件、小批量生产，采用手 工造型，使用活块造型较型芯 更为方便。同时，因铸件的尺 寸允许偏差较大，九个轴孔不 必铸出。
此外，应尽量降低上型高度， 以便利用现有砂箱。
显然，在单件生产条件下，宜 采用方案II或方案III。
在制订铸造工艺方案时，主要应着 眼于工艺上的简化。
1.分型面
三个方案供选择： 方案I：分型面在轴孔 的中心线上。 方案II：从基准面D分 型，铸件绝大部分位于 下型。 方案III：从B面分型， 铸件全部置于下型。
先进制造工艺--精密洁净铸造成形工艺
第二讲1. 精密洁净铸造成形工艺气化模铸造工艺与设备概述气化模铸造按工艺方法主要分为两种：气化模-铡压铸造（EPC-V法）和气化模-精铸-负压复合铸造（EPC-CS法）。
EPC-V法铸造是气化模-振动计紧实负压工艺。
它利用气化模作一次性模型和不含水分、粘结剂及任何其他附加物的干砂造型，浇注和凝固期间铸型保持一定的负压度，由此获得近零起模斜度，可直接铸螺纹及曲折通道，表面光洁、尺寸精确、无飞边的近无余量少加工精密铸件。
EPC-CS法复合铸造是气化模-精铸-振动紧实负压复合铸造工艺。
它是用气化模代替蜡融出，将超薄型壳埋入无粘结剂干砂中，采用振动紧实造型，浇注和凝固期间铸型保持一定的负压度，而获得表面光洁、尺寸精确的无余量精密铸件。
气化模铸造是在实型铸造基础上发展起来的。
实型铸造由美国H.F.Shoyer发明并于1958年获得专利。
后经德国Witmoser等深入研究，1961年进入工业化生产，尤其对冶金矿山、造船和机械用大型、单件、小批量生产的铸件更为适宜，在工业生产中应用实型铸造的国家主要有美、英、法、俄、日、德、和中国等。
由于实型铸造采用可消失的聚苯乙烯塑料模，不存在普通砂型铸造从铸型中取出模样的困难，简化了铸造工序，降低劳动强度和成本，提高了生产效率。
但实型铸造存在着铸件表面质量差，尺寸精度低，易造成中、低碳钢铸件表面增碳和缺陷，因此限制了该工艺的发展和应用。
80年代，工业发达国家，在实型铸造基础上，针对上述问题进行了研究，推出了EPC-V法铸造工艺，引起了铸造界的关注，认为这是铸造行业上的一项突破。
福特、通用、菲亚特等汽车公司已开始应用该工艺生产汽车、发动机和涡轮机用铸件，如图28所示。
该工艺在欧洲、美洲、日本及中国也等到大力开发和应用。
然而，EPC-V法铸造工艺易于在铸件内存在气化残物和造成中、低碳钢铸件表面增碳、增氢缺陷[59]，一般渗碳层深度为0.5～2.5mm，渗碳量（质量分数）在0.01%～0.6%之间，使铝合金铸件的气密性较差，从而限制了EPC-V铸造在生产铸铝、铸钢件中的应用。
2.4 铸造成形新技术
分型面的选择
9
2.5 C6140车床进给箱的生产
2 熔炼和浇注工艺： 1）箱体材质的选择 2）化学成分的选择 3）箱体的熔炼：熔炼方法、配料计算 4）浇注与清理：浇注、落砂和清理 5）消除内应力 6）机械加工
进给箱的铸造工艺图型铸造 （负压真空铸造）
铸铁型材连续铸造
双金属铸造
双金属铸造
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2.5 CA6140车床进给箱的生产
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2.5 C6140车床进给箱的生产
1 铸造工艺设计： 1）生产条件和技术要求：批量、灰铸铁 2）铸造工艺方案的选择 造型方法：机械 浇注位置：大部分位于下面 分型面的选择：I 铸件数目：与砂箱的尺寸相结合 铸造工艺参数：线收缩率、机械加工余量、铸件 质量、铸孔、起模斜度、砂芯设计、浇注系统设 计（内浇道、横浇道、直浇道）、绘制铸造工艺 图、铸型装配图和铸件图
铸造成形技术铸造方法.正式版PPT文档
特种铸件
一、金属型铸造
将熔融金属浇入金属铸型而获得铸件 的方法称为金属型铸造。与砂型不同的 是，金属型可以反复使用，故铸造又称 "永久型铸造"。
观看影像
金属型的结构类型
其中的垂直分型式由于便于开设内浇道、取出铸件和 易实现机械化而应用较多。
金属型一般用铸铁或铸钢制造，型腔采用机加工的方 法制成，不妨碍抽芯的铸件内腔可用金属芯获得，复杂 的内腔多采用砂芯
机器造型生产效率高，改善劳动条件， 对环境污染小。机器造型铸件的尺寸精度 和表面质量高，加工余量小。但设备和工 艺装备费用高，生产准备时间较长，适用 于中、小型铸件成批或大批量生产。
机器造型
1、紧砂方法： ■震压紧砂 点击播放震压机的原理 其紧砂原理是：多次使充满型砂的砂箱、
震击活塞、气缸等抬起几十毫米后自由下落， 撞击压实气缸，多次震击后砂箱下部型砂由 于惯性力的作用而紧实。上部较松散的型砂 再用压头压实。
观看影像
特种铸件
除砂型铸造以外的铸造方法。从铸造工艺 角度来看，铸件的尺寸精度及表面粗糙度主 要取决于铸型的质量。因此。为了提高铸件 的表面质量，应以改进铸型材料或造型工艺 入手。而为了提高铸件的内部质量，则主要 依靠改善液态金属充填及随后的冷却条件。 当然，改善液态金属的充填条件，提高液态 金属的充型能力，也有利于改善铸件的表面 粗糙度及精度。为了克服砂型铸造的缺点， 人们在生产实践中，不断探求新的铸造方法。
流程图例
手工造型
手工造型操作灵活，工艺装备简单， 生产准备时间短，适应强。可用于各种 大小形状的铸件。但是，手工造型对工 人的技术水平要求较高。生产率低，劳 动强度大，铸件质量不稳定，主要用于 单件、小批量的生产
左图为手工紧砂，右图为手工起模。
铸造成型工艺介绍
铸造成型工艺介绍1. 引言铸造成型是一种常见的制造工艺，用于生产各种金属制品，如零件、工具和机械部件。
在铸造成型工艺中，通过在熔化的金属中倒入模具中，使其冷却和凝固，得到所需的形状。
本文将介绍铸造成型的基本步骤、常见的铸造方法和一些注意事项。
2. 铸造成型的基本步骤铸造成型通常包括以下基本步骤：2.1 模具设计与制造首先，根据所需产品的形状和尺寸，设计和制造铸造模具。
模具可以是金属或非金属材料制成，具有所需的形状和表面质量。
2.2 熔炼金属材料将所需的金属材料放入锅炉或冶炼炉中，进行熔炼。
在熔炼的过程中，需要根据所需产品的成分要求，适量地添加合金元素。
2.3 金属液体的浇注当金属熔化并达到所需温度后，将其从熔炉中倒入预先准备好的模具中。
要确保金属液体在倒入模具前达到适当的温度和流动性。
2.4 冷却和凝固一旦金属液体倒入到模具中，它将开始冷却和凝固。
冷却时间的长短取决于金属的种类和模具的尺寸。
通常，铸造产品需要在模具中保持足够长的时间，以确保完全凝固。
2.5 模具的打开和清理一旦金属凝固完全，在模具上应用足够的力量来打开模具，以便从中取出铸造产品。
之后，需要清理铸造产品上的任何余砂或其他不需要的物质。
3. 常见的铸造方法3.1 砂型铸造砂型铸造是最常用的铸造方法之一，也是最早应用的方法。
在砂型铸造中，使用一种特殊的砂作为模具材料。
砂型铸造适用于生产简单的金属产品，如零件和工具。
3.2 铸型铸造铸型铸造是一种高精度的铸造方法，用于生产复杂形状的金属产品。
在铸型铸造中，使用耐火材料制成的金属模具。
铸型铸造通常用于生产汽车发动机和航空发动机等高精度零件。
3.3 压铸压铸是一种将金属加热至液体状态，并将其注入模具中的铸造方法。
压铸是一种高效的生产方法，适用于生产大批量的金属产品，如汽车零件和家用电器。
4. 注意事项4.1 安全性在进行铸造成型工艺时，必须严格遵守安全操作规程。
使用适当的个人防护装备，如耐热手套、防护眼镜和防护服。
铸造成形技术-铸造工艺设计PPT47页
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
铸造成形技术-铸造工艺设计
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
铸造成型技术完整版
铸造成型技术完整版铸造成型技术是一种广泛应用于工业领域的制造工艺，用于生产各种类型的金属零件。
通过铸造成型技术，可以将熔化的金属注入成型工具中，随后冷却凝固，最终得到所需形状的零件。
这项技术的应用范围非常广泛，从汽车行业到航空航天，从机械制造到建筑领域，都有铸造成型技术的身影。
铸造成型技术的主要步骤包括：设计模具、选材、熔炼、浇注、冷却和取模。
下面将具体介绍每个步骤的详细过程。
首先，设计模具是铸造成型技术中至关重要的一步。
模具的设计需要根据所需零件的形状和尺寸来确定。
设计师们利用计算机辅助设计软件进行模型的三维建模，并结合具体生产需求，制定出最佳的模具设计方案。
其次，选材是非常重要的一环。
根据所需零件的性质和用途，选择合适的金属材料进行铸造。
不同材料具有不同的特性，在选择材料时需要考虑其机械性能、耐腐蚀性和可加工性等因素。
接下来是熔炼阶段，也是铸造成型技术中的核心步骤之一。
选定合适的金属材料后，将其加热至熔化状态，形成熔融金属。
通常采用高温炉来进行熔炼，确保金属材料达到适宜的流动性。
然后是浇注阶段。
在熔融金属状态下，将其倒入事先设计好的模具中。
浇注时需要注意金属的温度和浇注速度，以确保金属能够充分填充模具的空腔，并且得到均匀的密实度。
接着是冷却阶段。
在金属充分充满模具后，开始进行冷却。
通过控制冷却速度和冷却时间，可以使金属逐渐凝固并达到所需的硬度和强度。
冷却过程中，还需要考虑金属的收缩和应变等因素，以确保最终成型的零件符合要求。
最后是取模。
在完成冷却后，将模具打开，取出凝固完整的金属零件。
根据需要，还可以进行后续加工，如去毛刺、打磨和热处理等工艺，以达到最终的零件要求。
总结起来，铸造成型技术是一项重要的制造工艺，广泛应用于各个领域。
通过合理的模具设计、选材、熔炼、浇注、冷却和取模等步骤，可以实现金属零件的快速制造。
此外，随着科技的不断进步，铸造成型技术也在不断发展，出现了更多新的材料和工艺，为各行各业提供了更多的选择。
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同的铸件，浇注系统也因此十分灵活。
总之，我们可以说，每种优势都与经济利益相一致，同时还改善了工作条件。
1.2.3 环境保护
聚苯乙烯和PMMA在燃烧时产生一氧化碳、二氧化碳、水及其他碳氢化合物气体，其含量均低于欧洲允许的标准。
干砂可使用天然硅砂，100%反复循环使用，不含有粘结剂。
模型使用的涂料是在水中添加粘结剂等辅料组成，不产生污染。
2.快速成型技术及其在铸造中的应用
2.1 引 言
快速成型制造（Rapid Prototyping-RP）技术是国际上新开发的一项高科技成果，简称快速成型技术。
它的核心技术是计算机技术和材料技术。
快速成型技术摒弃了传统的机械加工方法，根据CAD生成的零件几何信息，控制三维数控成型系统，通过激光束或其它方法将材料堆积而形成零件的。
用这种方法成型，无需进行费时、耗资的模具或专用工具的设计和机械加工，极大地提高了生产效率和制造柔性。
在铸造生产中，模板、芯盒、压蜡型、压铸模等的制造往往是靠机械加工的办法，有时还需要钳工进行修整，费时耗资，而且精度不高。
特别是对于一些形状复杂的薄壁铸件，例如飞机发动机的叶片、船用螺旋浆，汽车、拖拉机的缸体、缸盖等，模具的制造更是一个老大难的问题。
虽然一些大型企业的铸造厂也进口了一些数控机床、仿型铣等高级设备，但除了设备价格昂贵之外，模具加工的周期也很长，而且由于没有很好的软件系统支持，机床的编程也很困难。
面对今天世界上经济市场的竞争，产品的更新换代日益加快，铸造模具加工的现状很难适应当前的形势。
而快速成型制造技术的出现为解决这个问题提供了一条颇具前景的新路。
2.2 快速成型方法
目前世界上已投入应用的快速成型装置所采用的主要方法有以下6种：
（1）SL（Stereo Lithography）法--立体平版印刷法；
（2）SLS（Selective Laser Sintering）--激光分层烧结法；
（3）LOM（Laminated Object Manufactu-ring）--逐层轮廊成型法；
（4）SGC（Sold Ground Curing）--光掩膜法；
（5）FDM（Fused Deoposite Manufacturing）--熔化堆积法；
（6）DSPC (Direct Shell Production Casting)--陶瓷壳法。
以上各种方法的具体工艺各有特点，但工艺的基本过程是相同的。
此外，还有一些方法尚处于研究之中。
在这6种方法中，SL法最成熟，也是市场的最大占有者。
工艺原理图
图1 SL工艺原理图
激光成型技术在铸造中的应用
目前，国际上激光成型技术在铸造中的应用主要有以下3个方面。
1.直接浇注铸件
这种方法适用于形状复杂的单件生产，例如航空航天工业中的特铸件，或者是在新产品试制时先做一两个铸件供进一步试验用。
具体操作是将树脂模样或者用熔模铸造方法制壳浇注铸件，或者用消失模铸造方法直接浇注铸件。
在用SLS法成型时，当以石蜡粉末为原料，直接制出石蜡原型来，可以方便在浇出铸件。
2.用原型翻制母模后再浇注铸件
对铸件数量需要较多时可以应用这种方法。
它是先用硅橡胶方法、石膏型方法或自硬砂型方法等翻制母模，然后制蜡模或直接浇注成铸件。
SLS法所使用的原料为石蜡、尼龙或聚碳酸酯等。
用聚碳酸酯材料烧结制成的模样，在许多性能上优于石蜡，可以做许多复杂的高精度件。
美国克莱斯勒公司和通用机器公司应用SLS法减少新型汽车发动机零件的开发费用。
克莱斯勒公司用SLS法制成蜡模，生产形状很复杂的汽车进排气管，通用机器公司也用这种方法来制造航天器上的复杂零件。
美国的Rorketdyhe公司甚至用蜡和尼龙来做复杂的六缸气缸体模样，然后用熔模铸造的方法生产铸件。
3.利用原型模样制造模具
这个方面的应用最广泛，可用于铸件的大量生产。
1）最直接的模具应用是在砂型铸造用的模板和芯盒上。
选用适当的树脂材料制得原型模样，再进行表面喷镀，或者是用LOM法烧结陶瓷原型，然后将模样直接安装在模板、芯盒上使用。
这样可以减少模具的制造周期，成本比用数控机床加工还有所降低。
图2 LOM法工艺原理示意图
美国福特汽车公司用LOM 法制造长685mm的汽车曲轴模样，先分3块做，然后再拼装成砂型铸造用的模板，尺寸精度达到±0.13mm。
2）把一些低熔点合金喷涂在原型表面，可以用作压蜡模具，也可用环氧树脂配合原型模样做成芯盒或压蜡模具。
3）可以直接通过三维CAD系设设计出模具图形，然后用激光快速成型技术制得模具原型，再用上述各种方法直接铸造出金属模具。
3.组芯工艺
3.1 概述
组芯工艺（Cosworth），即用组芯技术生产铸件，组芯由单个砂芯组合而成。
组芯技术与湿型砂工艺相比的优势在于尺寸精度高、大量减少了砂的循环、采用气体硬化单一芯砂系统（添加有机树脂的芯砂可有效地回收，回收率达95％以上）。
目前有以下几种组芯工艺方法：粘胶、螺钉紧固、注铝和锁芯工艺。
1. 粘胶是最快速、最常用的组芯法，尺寸精度最高。
主要优点：
1）聚酷胺类型热熔粘结剂品种较多（粘胶熔化温度140－1800C，相应的粘度为2－4（Pa·s），粘结时间为3－4s；
2）粘结处经按压后强度大增；
3）在干燥的储存室中元储存时间限制；
4）抗湿性能好，可抵御高潮湿空气；
5）用量少，强度高；
6）多种有效而经济的熔化装置。
2. 注铝
简单连接处可以注铝，如预组合水套芯和圆筒芯。
该工艺的优点在于落砂后用过的芯砂和金属铝不会混淆。
回收后的铝可被再次熔化并使用。
缺点是该工艺成本高己难以自动化。
3. 螺钉紧固
螺钉紧固不适用于圆弧芯头。
另外螺钉不能被再利用。
该工艺经济效率比粘胶法差，但比注铝好。
4. 锁芯工艺
该工艺的优点是用一个通用芯固定预组合芯，但同时也是缺点。
组合预组合芯必须使用昂贵的工装。
通用芯生产的费用比热熔粘结胶及螺钉的费用高得多。
另外，只有当组合预组合芯的工装没有被磨损时，缸体尺寸的精度才可被保证。
约射制50000次后将出现尺寸偏差，必须进行检测、调整。
3.2 组芯工艺的经济效率
1. 组芯工艺与湿型砂比较
图1是砂箱尺寸为1200mm×1000mm×350/350mm的有箱湿型砂造型线与用冷芯盒组芯生产线每小时生产90个4缸铝发动机缸体（2.0L轿车）的费用比较。
该比较显示了用组芯法批量生产铸件不仅在技术工艺上前景广阔，而且从经济角度考虑也是如此。
图1 用湿型砂及组芯工艺年产129600个铝缸体的费用比较
2. 组芯工艺与重力铸造相比较
用重力铸造取代湿型砂工艺，来比较一下组芯工艺与重力铸造工艺。
组芯工艺将采用同样的生产数据。
缸体外形在重力铸造中是采用金属模具。
浇注前，将组芯放入模具中。
这样，缸体内脏采用芯砂，与湿型砂工艺相似。
表1是重力铸造工艺与组芯工艺年产29600件缸体的经济效益比较，其中缸体是用转台式设备生产。
要达到每小时叨件缸体的生产量需3个转台，每个带3台重力浇注机。
平均生产时间是120s／件。
表1 重力铸造工艺与组芯工艺费用比较
生产工艺重力铸造组芯工艺
生产设备
转台，每个带3台重力铸造机 带辅助设备的制芯机
生产能力
每个转台：件/120s=30件/h 共需三个转台 90组机芯/h 年产量（1600h/年）一般利用率90%
90件/h*1600h /年*0.9=129600件/年 芯砂最大消耗量（kg/件）
70 184 芯砂组成（重量比）
100%硅砂, 0.4%树脂,0.4%硬化剂,0.06%三乙胺 材料价格（马克/t）
95 内腔造型
2400000 2400000 外形造型
82500009（三个转台，9台重力铸造机，9副模具） 1400000 尾气净化
60000 300000 芯砂混制
500000 800000 初始投资
/马克 总计
11210000 4900000 内腔芯砂消耗（马克/年） 0．07t 组芯*129600件/年*95马克/ t =862000862000 材料费用
外形芯砂消耗（马克/年） 0
0．11t 组芯*129600件/年*95马
克/ t =1354000 3. 不同组芯工艺的比较
生产1个4缸l.6L 发动机缸盖的组芯包括1个水套芯、一个进气道和一个排气道芯。
单芯可用不同制芯方法制造。
铸件材质为铝合金。
组芯重量约8kg 。
不涂涂料。
不同工艺费比较见图2。
图2 每组芯总费用
3.3 结论
组芯工艺是生产高尺寸精度铝合合金缸体缸盖的最新最好的组芯工艺之一。
世界著名的汽车集团，如福特，马自达，大众、奥迪，雪铁龙正成功的运用该工艺。
选择这种生产工艺的理由是：高生产率、高柔性（在切换发动机型号时）、高铸件质量稳定性、潜在的高自动化、最小的消耗。