鑄造技術的概況及發(fā)展趨勢

[摘要]鑄造使金屬一次成形，工藝靈活性大，各種成分、尺寸、形狀和重量的鑄件幾乎都能適應，且成本低廉。隨著科學技術的迅速發(fā)展和全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，現(xiàn)代鑄造技術正朝著清潔化、專業(yè)化、高效化、智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、集成化和鑄件的高效能化，精確化、輕質(zhì)薄壁化的方向發(fā)展。

[關鍵詞]鑄造 適用性 節(jié)約 經(jīng)濟 清潔 高效 智能 數(shù)字 網(wǎng)絡 集成

中圖分類號：TG2文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0510101－01

一、鑄造技術概況

鑄造是將熔融金屬澆注、壓射或吸入鑄型型腔，冷卻凝固后獲得一定形狀和性能的零件或毛坯的金屬成形工藝。它是金屬材料液態(tài)成型的一種重要方法。

鑄造可以生產(chǎn)形狀復雜，特別是具有復雜內(nèi)腔的毛坯或零件。

鑄造的適用性很廣。工業(yè)中常用的金屬材料，如碳素鋼、合金鋼、鑄鐵、青銅、黃銅、鋁合金等，都可用于鑄造。鑄件可輕僅幾克，重至數(shù)百噸，壁厚可由1mm到1m左右。在大件生產(chǎn)中，鑄造的優(yōu)越性尤為顯著。

鑄造所用的原材料大都是來源廣泛，價格低廉，并可直接利用報廢的幾件，廢鋼和切屑。因此，鑄件的成本十分低廉。

但是，鑄造生產(chǎn)也存在著不足之處。鑄造組織的晶粒比較粗大，內(nèi)部常有縮孔、縮松、氣孔、砂眼等鑄造缺陷，因而鑄件的力學性能一般不如鍛件，多用于受力不大的場合。鑄造生產(chǎn)過程較為復雜，生產(chǎn)工序繁多，工藝過程較艱難控制，致使鑄件的廢品率較高。

二、鑄造技術的發(fā)展歷程及其應用

鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。中國約在公元前1700～前1000年之間已進入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達到相當高的水平。歐洲在公元八世紀前后也開始生產(chǎn)鑄鐵件。18世紀的工業(yè)革命以后，蒸汽機、紡織機和鐵路等工業(yè)興起，鑄件進入為大工業(yè)服務的新時期，鑄造技術開始有了大的發(fā)展。

20世紀以來鑄造業(yè)的重大進展中，灰鑄鐵的孕育處理和化學硬化砂造型這兩項新工藝有著特殊的意義。這兩項發(fā)明，沖破了延續(xù)幾千年的傳統(tǒng)方法，給鑄造工藝開辟了新的領域，對提高鑄件的競爭能力產(chǎn)生了重大的影響。

三、鑄造技術的發(fā)展及趨勢

隨著科學技術的迅速發(fā)展和全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，現(xiàn)在鑄造技術正朝著清潔化、專業(yè)化、高效化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、集成化和鑄件的高性能化、精確化、輕質(zhì)薄壁化的方向發(fā)展。

1．實現(xiàn)數(shù)字綠色集成化鑄造，保證可持續(xù)發(fā)展。鑄造應不斷應用新技術、新工藝、新材料、新設備，實現(xiàn)低消耗、無廢棄物鑄造及鑄造生產(chǎn)的宜人化環(huán)境，生產(chǎn)清潔化的產(chǎn)品。

2．實現(xiàn)專業(yè)化鑄造生產(chǎn)。規(guī)模經(jīng)營、技術先進、管理良好是現(xiàn)代企業(yè)的基本要素，專業(yè)生產(chǎn)、規(guī)模經(jīng)營有利于提高技術水平，實現(xiàn)機械化、自動化、智能化生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高效益。

3．不斷提高鑄件的外觀質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量，實現(xiàn)鑄件的高性能化、精確化、輕質(zhì)薄壁化。應大力發(fā)展和應用樹脂砂、冷芯盒、溫芯盒法及殼型（芯）法以及涂料技術；采用鑄造和現(xiàn)代鑄造方法（如熔模鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、半固態(tài)鑄造、實型鑄造和快速鑄造等），來實現(xiàn)鑄件外觀質(zhì)量的精確化及近凈成形。大力發(fā)展和應用鑄鐵感應電爐熔煉工藝、先進的鐵也脫硫技術和過濾技術；采用氬氣凈化、鈣線喂入工藝，AOD精煉工藝和VOD精煉工藝等鋼液精煉技術，并應加強金屬基復合材料的開發(fā)和應用等，從而大幅度改善鑄件的內(nèi)在質(zhì)量，提高鑄件的性能，實現(xiàn)鑄件的輕量化和薄壁化。

4．加強計算機和機器人（機械手）的應用，實現(xiàn)鑄造生產(chǎn)的集成化、智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化和虛擬化。計算機技術幾乎被應用到鑄造生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。計算機輔助設計、模擬與仿真技術已向集成化、智能化、網(wǎng)絡化、虛擬化和綠色化方向發(fā)展。

總之，面向21世紀，鑄造技術正向更輕、更薄、更精、更韌、成本低、周期短、質(zhì)量高的方向發(fā)展。下面就部分發(fā)展方向作扼要介紹：

1．鑄件的輕量化。為了減輕對資源消耗及環(huán)境污染的壓力，鑄件的輕量化已成為重要的發(fā)展趨勢。鎂合金就是被世界各國材料界看好的最具有開發(fā)和發(fā)展前途的金屬材料。

2．鑄件的精確化。近年來出現(xiàn)了很多新的精確鑄造成形技術，或稱凈終成形鑄造。包括消失模鑄造新工藝，定向凝固熔模鑄造，半固態(tài)鑄造以及款蘇或直接鑄造成形技術。

3．數(shù)字化鑄造。隨著計算機技術的發(fā)展，計算機材料科學已成為一門新興的交叉學科，是除實驗和理論外解決科學中實際問題的第三個重要研究方法。它可以比理論和實驗做得更深刻、更全面、更細致，可以進行一些理論和實驗造勢還做不到的研究。

4．網(wǎng)絡化鑄造。現(xiàn)代的產(chǎn)品設計及制造開發(fā)系統(tǒng)是在網(wǎng)絡化環(huán)境下以設計與制造過程的建模與仿真為核心內(nèi)容，進行全生命周期設計。因此，在網(wǎng)絡環(huán)境下，鑄造過程的模擬仿真將在新產(chǎn)品的研究與開發(fā)中發(fā)揮重要作用。

5．潔凈化鑄造。目前，全世界每年產(chǎn)生廢棄物約250萬億噸，預計由于人口的急劇增加，每年產(chǎn)生的廢棄物將增加到1000萬億噸。制造業(yè)及鑄造行業(yè)是消耗資源的大戶，已成為可持續(xù)發(fā)展政策和規(guī)劃的關注焦點，鑄造行業(yè)必須走情節(jié)生產(chǎn)的道路。

四、結(jié)束語

鑄造行業(yè)是制造業(yè)的主要組成部分，對國民經(jīng)濟的發(fā)展和國防力量的增強均有重要作用。

清潔化、專業(yè)化、高效化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、集成化和鑄件的高性能化、精確化、輕質(zhì)薄壁化將是鑄造成形制造技術的發(fā)展方向，鑄造技術向更輕、更薄、更精、更強、更韌及質(zhì)量高、成本低、流程短、消耗少、能耗低、無污染方向發(fā)展。新一代精確鑄造成形技術日新月異。信息技術正在全面地提升鑄造技術水平，其中計算機模擬仿真已在鑄造領域中得到廣泛應用，而多學科、多尺度、高性能、高精度及高效率則是模擬仿真技術的努力目標。極端條件下的鑄造是鑄造技術發(fā)展的重要領域。網(wǎng)絡化鑄造、虛擬鑄造及綠色鑄造將是未來鑄造技術的發(fā)展方向。

參考文獻：

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作者簡介：

郭文菁，女，2006年進入中國礦業(yè)大學（徐州）化工學院，就讀于過程裝備與控制工程專業(yè)。