鑄造技術(shù)在向何處進(jìn)展？
發(fā)布日期：2017-04-26
對(duì)鑄造技術(shù)發(fā)展歷史的經(jīng)濟(jì)和最近的技術(shù)與產(chǎn)品進(jìn)行了闡述。鑄造是古老技術(shù)但并不是現(xiàn)代進(jìn)步空間很小的技術(shù)。CAD.CAM技術(shù)對(duì)鑄造的影響難以估計(jì)。現(xiàn)將這篇文章摘要介紹以供參閱。
（一）距今五千年以上的古代，由鑄造、鍛造開(kāi)始了金屬材料的加工。西安兵馬俑出土的鑄銅制造的兵馬車(chē)相當(dāng)于實(shí)物的二分之一大小，制造非常精美。日本奈良250噸重的大佛，是幾百年前1250年鑄造的。人類(lèi)發(fā)展歷史是由石器時(shí)代，青銅器時(shí)代然后才是鐵器時(shí)代，現(xiàn)在進(jìn)入了塑料、鋁時(shí)代。鑄造的歷史是銅合金開(kāi)始，鐵、鋼、鋁等逐步展開(kāi)的。估計(jì)最初的鑄件可能是銅和金，因?yàn)檠趸~用火燒就可簡(jiǎn)單的還原，而金有自然金的存在，而這二種金屬用火燒就可以熔化，熔化容器的坩堝和鑄模是隨處都可找到的粘土和砂。鐵鑄件比銅合金熔化溫度高，因而時(shí)代就要晚些，鑄鋼到1812年才開(kāi)始的，僅有不到200年的歷史，這些可能是與熔化溫度掌握有關(guān)，而鋁的應(yīng)用所以晚，不是由于熔化溫度，從鋁礬土礦石不經(jīng)過(guò)熔融電解是不行的。鋁比鐵熔化點(diǎn)低、質(zhì)量經(jīng)，耐熱性是其最大缺點(diǎn)，因而在高溫的場(chǎng)合是不能適應(yīng)的。但最近在發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件缸體的鋁合金化有顯著的進(jìn)展，這不是因?yàn)樘岣吡虽X合金的耐熱性，而是冷卻技術(shù)的進(jìn)步與鑄鐵的復(fù)合化，以及壓鑄技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果。
（二）鑄造與外部加工方法比較，最大的優(yōu)點(diǎn)是可以利用芯子。例如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體勿論是鑄鐵還是鑄鋁都是外部加工方法所無(wú)法代替的，如果用外部加工方法加工一個(gè)缸體可能需一臺(tái)汽車(chē)的價(jià)格。其次是再利用性。地球的資源已經(jīng)使用了50%以上，今后再利用加重要性將日益增大。由于循環(huán)再利用過(guò)程，金屬基質(zhì)被污染是再利用的最大問(wèn)題。而鑄造法與塑性加工法比較由于對(duì)不純物的容許量大，今后對(duì)鑄造法將有更高的評(píng)價(jià)。再次是鑄造適宜于制造大件制品。比如重達(dá)369噸的軋機(jī)牌坊，鑄造以外是難制成的。 (三)新的鑄造技術(shù)，可舉出下述七個(gè)方面：
（1）向輕量化挑戰(zhàn)，超微細(xì)化和超薄壁化。很多采用砂型鑄件，在于砂子有適當(dāng)?shù)哪突鹦浴⑸靶陀惺雇咚雇ㄟ^(guò)的通氣性、價(jià)格便宜、可反復(fù)利用，砂型畢竟是原始的，但依然是鑄造法的主流。通常砂型的鑄造技術(shù)，在砂粒空隙（0.1mm）以下是不行。歷來(lái)代表小型鑄件是加牙齒的齒套。中川公司等利用精鑄技術(shù)試制成音盤(pán)，使聲音可以再生。野口公司制作出如螞蟻大小的鑄件，用0.7微米的鋁氧粉造型用離心鑄造，螞蟻的義眼模樣也可以再生出來(lái)。這方面鑄造的開(kāi)展會(huì)引起新的需求。薄壁化是以壓鑄為中心而發(fā)展起來(lái)的，是利用高壓的壓鑄法。例如平均為1.0mm以下音頻箱殼就是用1200噸壓鑄機(jī)高速鑄造法制造出來(lái)的。這種薄壁化的進(jìn)展會(huì)加速鑄件取代板金件。在壓鑄中有效地利用芯子，從而由于中空而達(dá)到輕量化的目的。例如增壓器的葉輪過(guò)去都用重力鑄造法生產(chǎn)的，在壓鑄法上用可旋轉(zhuǎn)的金屬芯子的方法開(kāi)發(fā)出中空的葉輪。用壓鑄法代替重力鑄造從而取近凈型的產(chǎn)品提高了效益。
（2）復(fù)雜形狀部件的整體化；鑄件一般多用于單體物件，最近已開(kāi)始向復(fù)雜形狀的部件發(fā)展。例如將蝸輪增壓器和排氣岐管兩種鑄件合成整體，用耐熱高速鋼的減壓吸引鑄造法而鑄成的最薄壁厚只有2mm的整體鑄件（見(jiàn)圖1）。
（3）鑄件焊接：迄今可焊接的都是鋼件，最近鑄鐵件在具表面經(jīng)過(guò)脫碳處理等工藝后也可以焊接了。汽車(chē)用的鑄件排氣歧管和高速鋼管焊接在一起，從面解決了由于鑄鐵件耐熱性不足而采用了高速鋼管的焊接結(jié)構(gòu)以適應(yīng)燃燒溫度。今后為達(dá)到廉價(jià)，性能好的目的分別制造焊接到一起的工藝也會(huì)有發(fā)展。
（4）觸變鑄造（半熔融鑄造）液體固體在共存的狀態(tài)下用高壓方法進(jìn)行鑄造的一種方法。這項(xiàng)技術(shù)是以鑄鐵為中心開(kāi)展起來(lái)的，也在向鋁合金方面展開(kāi)。其利點(diǎn)不僅是熔融溫度低，也表現(xiàn)在：A、由于固相的存在凝固潛減從而提高了生產(chǎn)效率。B、冷卻速度快使組織細(xì)微化從而提高了強(qiáng)度。C、凝固收縮量減少?gòu)亩岣吡髓T件的質(zhì)量。但也有模具壽命低，成型性差等方面的問(wèn)題。這種方法有利之點(diǎn)也在于凝固時(shí)由高壓作用可得到高強(qiáng)度高可靠性的物件，由于成本高還不能大幅度應(yīng)用于生產(chǎn)，但在鑄造行業(yè)對(duì)這種技術(shù)今后必將付于相應(yīng)地位。
（5）RP（快速原型技術(shù)）CAD、CAM技術(shù)的突飛的發(fā)展，對(duì)鑄造技術(shù)也帶來(lái)大的影響。例如不用木型和砂型對(duì)樣品（試制品）試行直接鑄造。這種技術(shù)基本上是立足于印刷的原理（激光和噴墨）。有用樹(shù)脂包覆鑄造砂用激光燒結(jié)成型，激光燒型和將砂拉用噴墨型式涂敷成型，也期待有新的RP技術(shù)發(fā)展。這種技術(shù)也可以作成樹(shù)脂型用類(lèi)似脫蠟精鑄法的技術(shù)也在發(fā)展。直接用切削的方法也在研討之中。脫蠟精鑄法由于模具成本高，難以用于小批量生產(chǎn)。將石蠟直接用五軸加工中心切削加工用于制造試制品也在開(kāi)發(fā)中。（見(jiàn)圖2）消失模法有將聚苯乙烯在模型內(nèi)發(fā)泡和將發(fā)泡聚苯乙烯進(jìn)行機(jī)械加工兩種方法。前者適用小件、后者適用于大件。特別是后者依靠CAD、CAM技術(shù)有了顯著進(jìn)展。重達(dá)12.3噸的雙吸入漩渦水泵的大型球鐵鑄件是用三次元CAD圖形將發(fā)泡的聚苯乙烯在加工中心切削加工后，涂敷上陶磁粒子鑄造出業(yè)的（見(jiàn)圖3）。用于高速鋼等低碳鋼鑄造時(shí)為防止聚苯乙烯供應(yīng)碳素必須涂敷陶磁粒子。
（6）向復(fù)合材料方向發(fā)展。由于鑄造是用熔融金屬，適合于金屬基復(fù)合材料。例如用陶磁、纖維預(yù)成型的圓筒型，在其縫隙浸進(jìn)鋁熔液而制成金屬基復(fù)合材料的缸體。今后這類(lèi)金屬基復(fù)合材料鑄造技術(shù)將有很大影響。
（7）向機(jī)能材料方向發(fā)展。Nomag非磁鑄鐵、IMER低膨脹鋼都是機(jī)能材料鑄件。最近半導(dǎo)體行業(yè)需要的低熱膨脹材料鑄鐵、也在開(kāi)發(fā)中。空氣與金屬的復(fù)合材料發(fā)泡金屬，也將占有一席之地。轎車(chē)用剎車(chē)系統(tǒng)的鑄鐵件也是一項(xiàng)機(jī)能材料，鑄鐵的減衰能特性有利于轎車(chē)的安靜環(huán)境。
（四）鑄造是古老的工藝，但決不是沒(méi)有進(jìn)步發(fā)展的余地。結(jié)合CAD、CAM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，由批量生產(chǎn)向單個(gè)生產(chǎn)、由單純形狀向復(fù)雜形狀、由金屬材料向復(fù)合材料、由結(jié)構(gòu)材料向機(jī)能材料等方向都在發(fā)展，并不以有新技術(shù)、新產(chǎn)品出現(xiàn)。