铸造的历史与发展Word文档格式.docx

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　进入20世纪，铸造的发展速度很快，其重要因素之一是产品技术的进步，要求铸件各种机械物理性能更好，同时仍具有良好的机械加工性能；

另一个原因是机械工业本身和其他工业如化工、仪表等的发展，给铸造业创造了有利的物质条件。

如检测手段的发展，保证了铸件质量的提高和稳定，并给铸造理论的发展提供了条件；

电子显微镜等的发明，帮助人们深入到金属的微观世界，探查金属结晶的奥秘，研究金属凝固的理论，指导铸造生产。

在这一时期内开发出大量性能优越，品种丰富的新铸造金属材料，如球墨铸铁，能焊接的可锻铸铁，超低碳不锈钢，铝铜、铝硅、铝镁合金，钛基、镍基合金等，并发明了对灰铸铁进行孕育处理的新工艺，使铸件的适应性更为广泛。

　50年代以后，出现了湿砂高压造型，化学硬化砂造型和造芯，负压造型以及其他特种铸造、抛丸清理等新工艺，使铸件具有很高的形状、尺寸精度和良好的表面光洁度，铸造车间的劳动条件和环境卫生也大为改善。

20世纪以来铸造业的重大进展中，灰铸铁的孕育处理和化学硬化砂造型这两项新工艺有着特殊的意义。

这两项发明，冲破了延续几千年的传统方法，给铸造工艺开辟了新的领域，对提高铸件的竞争能力产生了重大的影响。

　铸造一般按造型方法来分类，习惯上分为普通砂型铸造和特种铸造。

普通砂型铸造包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型三类。

特种铸造按造型材料的不同，又可分为两大类：

一类以天然矿产砂石作为主要造型材料，如熔模铸造、壳型铸造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等；

一类以金属作为主要铸型材料，如金属型铸造、离心铸造、连续铸造、压力铸造、低压铸造等。

　铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。

铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料，它是以一种金属元素为主要成分，并加入其他金属或非金属元素而组成的合金，习惯上称为铸造合金，主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。

金属熔炼不仅仅是单纯的熔化，还包括冶炼过程，使浇进铸型的金属，在温度、化学成分和纯净度方面都符合预期要求。

为此，在熔炼过程中要进行以控制质量为目的的各种检查测试，液态金属在达到各项规定指标后方能允许浇注。

有时，为了达到更高要求，金属液在出炉后还要经炉外处理，如脱硫、真空脱气、炉外精炼、孕育或变质处理等。

熔炼金属常用的设备有冲天炉、电弧炉、感应炉、电阻炉、反射炉等。

不同的铸造方法有不同的铸型准备内容。

以应用最广泛的砂型铸造为例，铸型准备包括造型材料准备和造型造芯两大项工作。

砂型铸造中用来造型造芯的各种原材料，如铸造砂、型砂粘结剂和其他辅料，以及由它们配制成的型砂、芯砂、涂料等统称为造型材料造型材料准备的任务是按照铸件的要求、金属的性质，选择合适的原砂、粘结剂和辅料，然后按一定的比例把它们混合成具有一定性能的型砂和芯砂。

常用的混砂设备有碾轮式混砂机、逆流式混砂机和叶片沟槽式混砂机。

后者是专为混合化学自硬砂设计的，连续混合，速度快。

　造型造芯是根据铸造工艺要求，在确定好造型方法，准备好造型材料的基础上进行的。

铸件的精度和全部生产过程的经济效果，主要取决于这道工序。

在很多现代化的铸造车间里，造型造芯都实现了机械化或自动化。

常用的砂型造型造芯设备有高、中、低压造型机、抛砂机、无箱射压造型机、射芯机、冷和热芯盒机等。

　铸件自浇注冷却的铸型中取出后，有浇口、冒口及金属毛刺披缝，砂型铸造的铸件还粘附着砂子，因此必须经过清理工序。

进行这种工作的设备有抛丸机、浇口冒口切割机等。

砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序，所以在选择造型方法时，应尽量考虑到为落砂清理创造方便条件。

有些铸件因特殊要求，还要经铸件后处理，如热处理、整形、防锈处理、粗加工等。

铸造是比较经济的毛坯成形方法，对于形状复杂的零件更能显示出它的经济性。

如汽车发动机的缸体和缸盖，船舶螺旋桨以及精致的艺术品等。

有些难以切削的零件，如燃汽轮机的镍基合金零件不用铸造方法无法成形。

另外，铸造的零件尺寸和重量的适应范围很宽，金属种类几乎不受限制；

零件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是其他金属成形方法如锻、轧、焊、冲等所做不到的。

因此在机器制造业中用铸造方法生产的毛坯零件，在数量和吨位上迄今仍是最多的。

　铸造生产经常要用的材料有各种金属、焦炭、木材、塑料、气体和液体燃料、造型材料等。

所需设备有冶炼金属用的各种炉子，有混砂用的各种混砂机，有造型造芯用的各种造型机、造芯机，有清理铸件用的落砂机、抛丸机等。

还有供特种铸造用的机器和设备以及许多运输和物料处理的设备。

铸造生产有与其他工艺不同的特点，主要是适应性广、需用材料和设备多、污染环境。

铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染，比起其他机械制造工艺来更为严重，需要采取措施进行控制。

铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能，更高的精度，更少的余量和更光洁的表面。

此外，节能的要求和社会对恢复自然环境的呼声也越来越高。

为适应这些要求，新的铸造合金将得到开发，冶炼新工艺和新设备将相应出现。

铸造生产的机械化自动化程度在不断提高的同时，将更多地向柔性生产方面发展，以扩大对不同批量和多品种生产的适应性。

节约能源和原材料的新技术将会得到优先发展，少产生或不产生污染的新工艺新设备将首先受到重视。

质量控制技术在各道工序的检测和无损探伤、应力测定方面，将有新的发展。

　铸造工作者在电子技术和测试手段不断进步的条件下，将对金属结晶凝固和型砂紧实等理论进行更深入的探索，以研究提高铸件性能和内部质量的有效途径。

机器人和电子计算机在铸造生产和管理领域里的应用，也将日益广泛。

华铸CAD就是国产铸造软件之一，是在基于ＣＡＤ平台上开发的铸造软件，另外韩国和美国等也有一些类似软件。

（一）距今五千年以上的古代，由铸造、锻造开始了金属材料的加工。

西安兵马俑出土的铸铜制造的兵马车相当于实物的二分之一大小，制造非常精美。

日本奈良250吨重的大佛，是几百年前1250年铸造的。

人类发展历史是由石器时代，青铜器时代然后才是铁器时代，现在进入了塑料、铝时代。

铸造的历史是铜合金开始，铁、钢、铝等逐步展开的。

估计最初的铸件可能是铜和金，因为氧化铜用火烧就可简单的还原，而金有自然金的存在，而这二种金属用火烧就可以熔化，熔化容器的坩埚和铸模是随处都可找到的粘土和砂。

铁铸件比铜合金熔化温度高，因而时代就要晚些，铸钢到1812年才开始的，仅有不到200年的历史，这些可能是与熔化温度掌握有关，而铝的应用所以晚，不是由于熔化温度，从铝矾土矿石不经过熔融电解是不行的。

铝比铁熔化点低、质量经，耐热性是其最大缺点，因而在高温的场合是不能适应的。

但最近在发动机的主要部件缸体的铝合金化有显著的进展，这不是因为提高了铝合金的耐热性，而是冷却技术的进步与铸铁的复合化，以及压铸技术进步的结果。

（二）铸造与外部加工方法比较，最大的优点是可以利用芯子。

例如发动机缸体勿论是铸铁还是铸铝都是外部加工方法所无法代替的，如果用外部加工方法加工一个缸体可能需一台汽车的价格。

其次是再利用性。

地球的资源已经使用了50%以上，今后再利用加重要性将日益增大。

由于循环再利用过程，金属基质被污染是再利用的最大问题。

而铸造法与塑性加工法比较由于对不纯物的容许量大，今后对铸造法将有更高的评价。

再次是铸造适宜于制造大件制品。

比如重达369吨的轧机牌坊，铸造以外是难制成的。

（三）新的铸造技术，可举出下述七个方面：

（1）向轻量化挑战，超微细化和超薄壁化。

很多采用砂型铸件，在于砂子有适当的耐火性、砂型有使瓦斯通过的通气性、价格便宜、可反复利用，砂型毕竟是原始的，但依然是铸造法的主流。

通常砂型的铸造技术，在砂粒空隙（0.1mm）以下是不行。

历来代表小型铸件是加牙齿的齿套。

中川公司等利用精铸技术试制成音盘，使声音可以再生。

野口公司制作出如蚂蚁大小的铸件，用0.7微米的铝氧粉造型用离心铸造，蚂蚁的义眼模样也可以再生出来。

这方面铸造的开展会引起新的需求。

薄壁化是以压铸为中心而发展起来的，是利用高压的压铸法。

例如平均为1.0mm以下音频箱壳就是用1200吨压铸机高速铸造法制造出来的。

这种薄壁化的进展会加速铸件取代板金件。

在压铸中有效地利用芯子，从而由于中空而达到轻量化的目的。

例如增压器的叶轮过去都用重力铸造法生产的，在压铸法上用可旋转的金属芯子的方法开发出中空的叶轮。

用压铸法代替重力铸造从而取近净型的产品提高了效益。

（2）复杂形状部件的整体化；

铸件一般多用于单体物件，最近已开始向复杂形状的部件发展。

例如将蜗轮增压器和排气岐管两种铸件合成整体，用耐热高速钢的减压吸引铸造法而铸成的最薄壁厚只有2mm的整体铸件（见图1）。

（3）铸件焊接：

迄今可焊接的都是钢件，最近铸铁件在具表面经过脱碳处理等工艺后也可以焊接了。

汽车用的铸件排气歧管和高速钢管焊接在一起，从面解决了由于铸铁件耐热性不足而采用了高速钢管的焊接结构以适应燃烧温度。

今后为达到廉价，性能好的目的分别制造焊接到一起的工艺也会有发展。

（4）触变铸造（半熔融铸造）液体固体在共存的状态下用高压方法进行铸造的一种方法。

这项技术是以铸铁为中心开展起来的，也在向铝合金方面展开。

其利点不仅是熔融温度低，也表现在：

A、由于固相的存在凝固潜减从而提高了生产效率。

B、冷却速度快使组织细微化从而提高了强度。

C、凝固收缩量减少从而提高了铸件的质量。

但也有模具寿命低，成型性差等方面的问题。

这种方法有利之点也在于凝固时由高压作用可得到高强度高可靠性的物件，由于成本高还不能大幅度应用于生产，但在铸造行业对这种技术今后必将付于相应地位。

（5）RP（快速原型技术）CAD、CAM技术的突飞的发展，对铸造技术也带来大的影响。

例如不用木型和砂型对样品（试制品）试行直接铸造。

这种技术基本上是立足于印刷的原理（激光和喷墨）。

有用树脂包覆铸造砂用激光烧结成型，激光烧型和将砂拉用喷墨型式涂敷成型，也期待有新的RP技术发展。

这种技术也可以作成树脂型用类似脱蜡精铸法的技术也在发展。

直接用切削的方法也在研讨之中。

脱蜡精铸法由于模具成本高，难以用于小批量生产。

将石蜡直接用五轴加工中心切削加工用于制造试制品也在开发中。

（见图2）消失模法有将聚苯乙烯在模型内发泡和将发泡聚苯乙烯进行机械加工两种方法。

前者适用小件、后者适用于大件。

特别是后者依靠CAD、CAM技术有了显著进展。

重达12.3吨的双吸入漩涡水泵的大型球铁铸件是用三次元CAD图形将发泡的聚苯乙烯在加工中心切削加工后，涂敷上陶磁粒子铸造出业的（见图3）。

用于高速钢等低碳钢铸造时为防止聚苯乙烯供应碳素必须涂敷陶磁粒子。

（6）向复合材料方向发展。

由于铸造是用熔融金属，适合于金属基复合材料。

例如用陶磁、纤维预成型的圆筒型，在其缝隙浸进铝熔液而制成金属基复合材料的缸体。

今后这类金属基复合材料铸造技术将有很大影响。

（7）向机能材料方向发展。

Nomag非磁铸铁、IMER低膨胀钢都是机能材料铸件。

最近半导体行业需要的低热膨胀材料铸铁、也在开发中。

空气与金属的复合材料发泡金属，也将占有一席之地。

轿车用刹车系统的铸铁件也是一项机能材料，铸铁的减衰能特性有利于轿车的安静环境。

（四）铸造是古老的工艺，但决不是没有进步发展的余地。

结合CAD、CAM技术的发展和应用，由批量生产向单个生产、由单纯形状向复杂形状、由金属材料向复合材料、由结构材料向机能材料等方向都在发展，并不以有新技术、新产品出现。

铸造技术的发展历程

铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。

早期的铸件大多是农业生产、宗教、生活等方面的工具或用具，艺术色彩浓厚。

中国在公元前513年，铸出了世界上最早见于文字记载的铸铁件晋国铸型鼎，重约270公斤。

进入20世纪，铸造的发展速度很快，其重要因素之一是产品技术的进步，要求铸件各种机械物理性能更好，同时仍具有良好的机械加工性能；

50年代以后，出现了湿砂高压造型，化学硬化砂造型和造芯，负压造型以及其他特种铸造、抛丸清理等新工艺，使铸件具有很高的形状、尺寸精度和良好的表面光洁度，铸造车间的劳动条件和环境卫生也大为改善。

20世纪以来铸造业的重大进展中，灰铸铁的孕育处理和化学硬化砂造型这两项新工艺有着特殊的意义。

铸造一般按造型方法来分类，习惯上分为普通砂型铸造和特种铸造。

铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。

造型造芯是根据铸造工艺要求，在确定好造型方法，准备好造型材料的基础上进行的。

铸件自浇注冷却的铸型中取出后，有浇口、冒口及金属毛刺披缝，砂型铸造的铸件还粘附着砂子，因此必须经过清理工序。

铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能，更高的精度，更少的余量和更光洁的表面。

质量控制技术在各道工序的检测和应力测定等方面，将有新的发展。

铸造工作者在电子技术和测试手段不断进步的条件下，将对金属结晶凝固和型砂紧实等理论进行更深入的探索，以研究提高铸件性能和内部质量的有效途径。