鑄造：神奇的“變形記”

楊鋅+飛飛

鑄造是工業(yè)制造過程中一道最基本的工序，它與我們的日常生活緊密相關。比如：每天早上你醒來洗臉刷牙，擰開的水龍頭一般是砂鑄或壓鑄的；你坐車去上學，車里的發(fā)動機缸體、變速箱、輪轂等一般是鑄鋁件；走進教室，你用的筆記本電腦和手機的外殼等，可能是鎂合金或鋁合金的壓鑄件。此外，冬天室內的暖氣片、廣場上的雕塑、廚房里的炊具、收藏的紀念幣等，都有鑄造的身影。那么，鑄造的過程究竟是怎樣完成的呢？

鑄造就像“做冰棍”

鑄造其實有點像自己在家里做冰棍。首先，你要想好形狀，比如做個愛心形的，就得找個愛心形的模子，這大概相當于準備鑄型；然后，你要想好口味，比如喜歡牛奶味的，就可以往開水里加點糖和牛奶，這大概相當于合金熔體處理；接著，把原料倒入模子進行冷凍，這大概相當于澆注凝固；最后，把冰棍從模子里取出來修整一下，這大概相當于落砂清理。不過，做冰棍與鑄造最顯著的區(qū)別是，水受冷結成冰后體積膨脹，而鑄造則一般遵循熱脹冷縮的原理。

當然，上面只是個簡單的比喻，實際的鑄造過程要比這復雜的多。以傳統(tǒng)砂型鑄造為例，要想從設計圖紙做成一個合格的鑄件產品，其鑄造過程大致包括工藝設計、模型制作、混砂準備、造型制芯、下芯合箱、合金熔化、鑄件澆注、凝固冷卻、落砂清理以及鑄件檢驗等過程。鑄造其實是一個十分有趣的加工方法，下面就簡要地選取幾個環(huán)節(jié)介紹給大家。

從模范開始

要想獲得符合要求的鑄造型腔，首先要制備相應的模型。現(xiàn)代人們常用的“模范”一詞，一般認為就是從鑄造過程中演化而來的。漢代王充在《論衡·物勢》中曾寫道：“今夫陶冶者初埏埴作器，必模范為形，故作之也。”傳統(tǒng)鑄造方法中，木材經常被用于制作模型，大概與其取材方便、加工容易有關吧。在各種新型材料不斷發(fā)展的今天，制作模型的材料已經不再局限于木材，而是擴展到了金屬、塑料、陶瓷、泡沫、石蠟等多種材料。隨著科技的發(fā)展，基于3D打印以及數(shù)控加工的無模鑄造技術也已逐步得到應用。

砂土的藝術

在鑄型的制備過程中，按照所使用材料的不同，可以分為砂型、金屬型、陶瓷型以及石墨型鑄造等。其中，砂型鑄造一直是傳統(tǒng)鑄造的主要工藝，到今天仍然應用得相當廣泛，這是由于其所用的造型材料價廉易得，鑄型制造簡便，并且對鑄件的適應性強。粘土砂型鑄造主要是以粘土和適量的水作為砂子粘結劑，配制好的粘土砂不僅清理方便，而且可以多次使用。經驗豐富的工人，只需用手抓一把粘土砂捏成團，便可快速判斷出其使用性能的好壞。

水在鑄造過程中其實是一個十分矛盾的存在：一方面，粘土砂的配制、水基涂料的刷涂以及鑄件的清理等都離不開水；另一方面，氣孔、夾雜等內部缺陷的產生又往往是由水造成的。因此，如何合理控制水的存在，常常讓筆者輾轉反側！

似水范開始

要想獲得符合要求的鑄造型腔，首先要制備相應的模型。現(xiàn)代人們常用的“模范”一詞，一般認為就是從鑄造過程中演化而來的。漢代王充在《論衡·物勢》中曾寫道：“今夫陶冶者初埏埴作器，必模范為形，故作之也。”傳統(tǒng)鑄造方法中，木材經常被用于制作模型，大概與其取材方便、加工容易有關吧。在各種新型材料不斷發(fā)展的今天，制作模型的材料已經不再局限于木材，而是擴展到了金屬、塑料、陶瓷、泡沫、石蠟等多種材料。隨著科技的發(fā)展，基于3D打印以及數(shù)控加工的無模鑄造技術也已逐步得到應用。

砂土的藝術

在鑄型的制備過程中，按照所使用材料的不同，可以分為砂型、金屬型、陶瓷型以及石墨型鑄造等。其中，砂型鑄造一直是傳統(tǒng)鑄造的主要工藝，到今天仍然應用得相當廣泛，這是由于其所用的造型材料價廉易得，鑄型制造簡便，并且對鑄件的適應性強。粘土砂型鑄造主要是以粘土和適量的水作為砂子粘結劑，配制好的粘土砂不僅清理方便，而且可以多次使用。經驗豐富的工人，只需用手抓一把粘土砂捏成團，便可快速判斷出其使用性能的好壞。

水在鑄造過程中其實是一個十分矛盾的存在：一方面，粘土砂的配制、水基涂料的刷涂以及鑄件的清理等都離不開水；另一方面，氣孔、夾雜等內部缺陷的產生又往往是由水造成的。因此，如何合理控制水的存在，常常讓筆者輾轉反側！

似水的合金

熔化澆注是鑄造的精髓所在，鑄造所使用的金屬一般都是合金，添加了各種微量元素，以改善鑄造和使用性能。在金屬冶鑄史上舉足輕重的青銅合金，其實就是在純銅（紅銅）中加入錫或鉛的合金。今天，鑄造合金一般包括鑄鋼、鑄鐵等黑色合金，以及鑄鋁、鑄銅、鑄鎂、鑄鈦等有色合金。筆者目前經常打交道的就是其中一類鑄鋁合金，里面添加了硅、鎂、鈦等多種元素。另外，筆者名字中有個“鋅”字，其實鋅合金也是鑄造合金中常見的一類，常常用于壓鑄儀表、汽車零件外殼等。

鑄造和其他加工方法最顯著的不同，就是它是一種液態(tài)加工方法。火的使用是鑄造能夠出現(xiàn)的前提，要想把金屬從固態(tài)轉化成液態(tài)，熱量的來源是一大難題。現(xiàn)在，鑄造熔化過程的加熱手段已經十分豐富，例如可以使用沖天爐、電阻爐、感應爐、電弧爐等。筆者曾經使用過真空感應熔煉爐熔煉鈦合金，每次透過玻璃窗口看到里面火星四濺，都有種拿生命在做實驗的感覺！金屬熔化成液態(tài)的溫度一般都比較高，有的甚至達到上千攝氏度。因此，熔煉和澆注環(huán)境是非常艱苦惡劣的，鑄造工人真的都是鋼鐵鑄就的強人。