鑄造技術的概況及發展趨勢

[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展和全球可持續發展戰略的實施，現代鑄造技術正朝著清潔化、專業化、高效化、智能化、數字化、網絡化、集成化和鑄件的高效能化，精確化、輕質薄壁化的方向發展。

[關鍵詞]鑄造 適用性 節約 經濟 清潔 高效 智能 數字 網絡 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。它是金屬材料液態成型的一種重要方法。

鑄造可以生產形狀復雜，特別是具有復雜內腔的毛坯或零件。

鑄造的適用性很廣。工業中常用的金屬材料，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，重至數百噸，壁厚可由1mm到1m左右。在大件生產中，鑄造的優越性尤為顯著。

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，鑄造生產也存在著不足之處。鑄造組織的晶粒比較粗大，內部常有縮孔、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。鑄造生產過程較為復雜，生產工序繁多，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鑄鐵件。18世紀的工業革命以后，蒸汽機、紡織機和鐵路等工業興起，鑄件進入為大工業服務的新時期，鑄造技術開始有了大的發展。

20世紀以來鑄造業的重大進展中，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。這兩項發明，沖破了延續幾千年的傳統方法，給鑄造工藝開辟了新的領域，對提高鑄件的競爭能力產生了重大的影響。

三、鑄造技術的發展及趨勢

隨著科學技術的迅速發展和全球可持續發展戰略的實施，現在鑄造技術正朝著清潔化、專業化、高效化、數字化、網絡化、集成化和鑄件的高性能化、精確化、輕質薄壁化的方向發展。

1．實現數字綠色集成化鑄造，保證可持續發展。鑄造應不斷應用新技術、新工藝、新材料、新設備，實現低消耗、無廢棄物鑄造及鑄造生產的宜人化環境，生產清潔化的產品。

2．實現專業化鑄造生產。規模經營、技術先進、管理良好是現代企業的基本要素，專業生產、規模經營有利于提高技術水平，實現機械化、自動化、智能化生產，提高產品質量，降低生產成本，提高效益。

3．不斷提高鑄件的外觀質量和內在質量，實現鑄件的高性能化、精確化、輕質薄壁化。應大力發展和應用樹脂砂、冷芯盒、溫芯盒法及殼型（芯）法以及涂料技術；采用鑄造和現代鑄造方法（如熔模鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、半固態鑄造、實型鑄造和快速鑄造等），來實現鑄件外觀質量的精確化及近凈成形。大力發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和應用等，從而大幅度改善鑄件的內在質量，提高鑄件的性能，實現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，實現鑄造生產的集成化、智能化、數字化、網絡化和虛擬化。計算機技術幾乎被應用到鑄造生產的各個環節。計算機輔助設計、模擬與仿真技術已向集成化、智能化、網絡化、虛擬化和綠色化方向發展。

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、質量高的方向發展。下面就部分發展方向作扼要介紹：

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

2．鑄件的精確化。近年來出現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，半固態鑄造以及款蘇或直接鑄造成形技術。

3．數字化鑄造。隨著計算機技術的發展，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．網絡化鑄造。現代的產品設計及制造開發系統是在網絡化環境下以設計與制造過程的建模與仿真為核心內容，進行全生命周期設計。因此，在網絡環境下，鑄造過程的模擬仿真將在新產品的研究與開發中發揮重要作用。

5．潔凈化鑄造。目前，全世界每年產生廢棄物約250萬億噸，預計由于人口的急劇增加，每年產生的廢棄物將增加到1000萬億噸。制造業及鑄造行業是消耗資源的大戶，已成為可持續發展政策和規劃的關注焦點，鑄造行業必須走情節生產的道路。

四、結束語

鑄造行業是制造業的主要組成部分，對國民經濟的發展和國防力量的增強均有重要作用。

清潔化、專業化、高效化、數字化、網絡化、集成化和鑄件的高性能化、精確化、輕質薄壁化將是鑄造成形制造技術的發展方向，鑄造技術向更輕、更薄、更精、更強、更韌及質量高、成本低、流程短、消耗少、能耗低、無污染方向發展。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展的重要領域。網絡化鑄造、虛擬鑄造及綠色鑄造將是未來鑄造技術的發展方向。

參考文獻：

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作者簡介：

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