鑄造技術在向何處進展？
發(fā)布日期：2017-04-26
對鑄造技術發(fā)展歷史的經(jīng)濟和最近的技術與產(chǎn)品進行了闡述。鑄造是古老技術但并不是現(xiàn)代進步空間很小的技術。CAD.CAM技術對鑄造的影響難以估計。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相當于實物的二分之一大小，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。人類發(fā)展歷史是由石器時代，青銅器時代然后才是鐵器時代，現(xiàn)在進入了塑料、鋁時代。鑄造的歷史是銅合金開始，鐵、鋼、鋁等逐步展開的。估計最初的鑄件可能是銅和金，因為氧化銅用火燒就可簡單的還原，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，因而時代就要晚些，鑄鋼到1812年才開始的，僅有不到200年的歷史，這些可能是與熔化溫度掌握有關，而鋁的應用所以晚，不是由于熔化溫度，從鋁礬土礦石不經(jīng)過熔融電解是不行的。鋁比鐵熔化點低、質量經(jīng)，耐熱性是其最大缺點，因而在高溫的場合是不能適應的。但最近在發(fā)動機的主要部件缸體的鋁合金化有顯著的進展，這不是因為提高了鋁合金的耐熱性，而是冷卻技術的進步與鑄鐵的復合化，以及壓鑄技術進步的結果。
（二）鑄造與外部加工方法比較，最大的優(yōu)點是可以利用芯子。例如發(fā)動機缸體勿論是鑄鐵還是鑄鋁都是外部加工方法所無法代替的，如果用外部加工方法加工一個缸體可能需一臺汽車的價格。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)再利用過程，金屬基質被污染是再利用的最大問題。而鑄造法與塑性加工法比較由于對不純物的容許量大，今后對鑄造法將有更高的評價。再次是鑄造適宜于制造大件制品。比如重達369噸的軋機牌坊，鑄造以外是難制成的。 (三)新的鑄造技術，可舉出下述七個方面：
（1）向輕量化挑戰(zhàn)，超微細化和超薄壁化。很多采用砂型鑄件，在于砂子有適當?shù)哪突鹦浴⑸靶陀惺雇咚雇ㄟ^的通氣性、價格便宜、可反復利用，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，在砂粒空隙（0.1mm）以下是不行。歷來代表小型鑄件是加牙齒的齒套。中川公司等利用精鑄技術試制成音盤，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。這方面鑄造的開展會引起新的需求。薄壁化是以壓鑄為中心而發(fā)展起來的，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噸壓鑄機高速鑄造法制造出來的。這種薄壁化的進展會加速鑄件取代板金件。在壓鑄中有效地利用芯子，從而由于中空而達到輕量化的目的。例如增壓器的葉輪過去都用重力鑄造法生產(chǎn)的，在壓鑄法上用可旋轉的金屬芯子的方法開發(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）復雜形狀部件的整體化；鑄件一般多用于單體物件，最近已開始向復雜形狀的部件發(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)過脫碳處理等工藝后也可以焊接了。汽車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構以適應燃燒溫度。今后為達到廉價，性能好的目的分別制造焊接到一起的工藝也會有發(fā)展。
（4）觸變鑄造（半熔融鑄造）液體固體在共存的狀態(tài)下用高壓方法進行鑄造的一種方法。這項技術是以鑄鐵為中心開展起來的，也在向鋁合金方面展開。其利點不僅是熔融溫度低，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微化從而提高了強度。C、凝固收縮量減少從而提高了鑄件的質量。但也有模具壽命低，成型性差等方面的問題。這種方法有利之點也在于凝固時由高壓作用可得到高強度高可靠性的物件，由于成本高還不能大幅度應用于生產(chǎn)，但在鑄造行業(yè)對這種技術今后必將付于相應地位。
（5）RP（快速原型技術）CAD、CAM技術的突飛的發(fā)展，對鑄造技術也帶來大的影響。例如不用木型和砂型對樣品（試制品）試行直接鑄造。這種技術基本上是立足于印刷的原理（激光和噴墨）。有用樹脂包覆鑄造砂用激光燒結成型，激光燒型和將砂拉用噴墨型式涂敷成型，也期待有新的RP技術發(fā)展。這種技術也可以作成樹脂型用類似脫蠟精鑄法的技術也在發(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發(fā)中。（見圖2）消失模法有將聚苯乙烯在模型內(nèi)發(fā)泡和將發(fā)泡聚苯乙烯進行機械加工兩種方法。前者適用小件、后者適用于大件。特別是后者依靠CAD、CAM技術有了顯著進展。重達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（見圖3）。用于高速鋼等低碳鋼鑄造時為防止聚苯乙烯供應碳素必須涂敷陶磁粒子。
（6）向復合材料方向發(fā)展。由于鑄造是用熔融金屬，適合于金屬基復合材料。例如用陶磁、纖維預成型的圓筒型，在其縫隙浸進鋁熔液而制成金屬基復合材料的缸體。今后這類金屬基復合材料鑄造技術將有很大影響。
（7）向機能材料方向發(fā)展。Nomag非磁鑄鐵、IMER低膨脹鋼都是機能材料鑄件。最近半導體行業(yè)需要的低熱膨脹材料鑄鐵、也在開發(fā)中。空氣與金屬的復合材料發(fā)泡金屬，也將占有一席之地。轎車用剎車系統(tǒng)的鑄鐵件也是一項機能材料，鑄鐵的減衰能特性有利于轎車的安靜環(huán)境。
（四）鑄造是古老的工藝，但決不是沒有進步發(fā)展的余地。結合CAD、CAM技術的發(fā)展和應用，由批量生產(chǎn)向單個生產(chǎn)、由單純形狀向復雜形狀、由金屬材料向復合材料、由結構材料向機能材料等方向都在發(fā)展，并不以有新技術、新產(chǎn)品出現(xiàn)。