铸造的发展现状及未来趋势

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铸造的发展现状及未来趋势学校：学院：专业：姓名：学号：日期：摘要：锻造使金属一次成形，工艺性比力侨捷，几近各类成份、尺寸、外形的铸件都能顺应，并且本钱较低，本篇文章论述了国内铸造的历史，近况，及铸造的未来发展方向，随着近年来科学技术的成长和全球可持续发展计划的实行，当代的铸造产业正在向着洁净化、专业化、数字化、高效化、智能化等方向发展。关键词：铸造行业制造质量节能环保Abstract:forgingametalforming,litheandmanufacturabilitythanforcenearlyallkindsofingredients,cancomplywiththesizeandshapeofthecasting,andlowcapital,thisarticlediscussesthehistoryofthedomesticcasting,status,andfuturedevelopmentdirectionofthecasting,withthegrowthofscieneeandtechnologyinrecentyearsandthepracticeofglobalsustainabledevelopmentplan,thecontemporarycastingindustryistowardaclean,professional,digitalandefficient,intelligentdirection・Keywords:CastingindustryManufacturingqualityEnergysavingEnvironmentaiprotection引言：铸造是将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔，冷却凝集后取得必然外形和机能的零件或毛坯的金属成型工艺。它是金属材料液态成型的-•种主要方式。铸造是収得机器产物的首要方式之一，是机器工业主要的根本，所主产出來的铸件在各个行业、弃取装备培育采取，在国民经济屮据有很主要的职位地方。一、我国铸造的历史铸造是人类掌握的比较早的金属热加工工艺，己有约6000年的历史，而我国的铸造技术已经有了4000多年的历史，在世界的铸造历史中占有非常重要的位置。中国在约公元前1700年到公元前1000年间进入青铜铸件的全盛期，那时我国的铸造工艺已达到很是高的程度。公元前513年，我国古代先民铸出了世界上在最先笔墨记录历史中呈现的铸铁件一晋国铸型鼎，重约270公斤。而商代的重857公斤的司母戊方抽，战国时期的曾侯乙尊盘，酋汉的透光镜了都是古代铸造的代表作殆。古代早期的铸件人多是用在农业生产，宗教，生活等方面的，艺术色彩浓厚。当时的铸造工艺是与制陶艺术同时发展的，所以受陶器的影响非常大；自周朝开始就有了铸铁；铁质农具发展很快，秦汉以后，我国农［□耕作人都使用了铁质农貝；到宋朝我国已使用铸造铁炮和铸造地雷。 此刻存放于北京大钟寺内的明代的永乐大钟是我国最大的钟，铸造的时候是明代永乐年，钟体的表里全都铸满了经文，这口大钟口傲保留无缺，敲出的声音优雅动听，能传出数十里,是今朝世界上罕有的古钟之一，我国古代的钟、鼎等文物有许可能是用熔模铸造的，这类很工艺庞人，铸工很精彩，不难看出我国古代熔模铸造工艺在那时已达到相称高的程度。1953年在河北省兴隆县古燕国的铸冶作坊遗址中挖掘出了战国时期的铁范大约87件，主要是用來铸造铁杵、铁镰、铁凿等工具的，这充分说明在战国时期铸铁件已经在广泛的使川了，公元9世纪五代后周时期铸成的人铁狮，高5米多，长近6米，重达19。3吨，现在立在河北省沧州。铸于北宋淳熙年间的铁塔，由13层叠成，重40吨，现立于当阳，这说明在公元500年，我国古代先民就已成功的运用了叠箱铸造技术铸造铸件。这些都向世人展现了我国古代铸造工艺的水平和高超技艺。20世纪，由于产品技术的发展与进步，要求铸件的各种机械性能和物理性能要比以前更加的好，同时还要具有良好的机械加工性能；另一方面机械加工工业的自身发展和其他工业的发展，例如化工、仪表行业的发展，都给铸造业创造了有利的物质条件；所以铸造行业得到了迅速发展。由丁•铸件检测手段的发展使得铸件质量提高并「L稳定，并给铸造理论的发展提供了冇利条件；而电了显微镜等工具的发明帮助了人们能够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，指导铸造牛产。 在这一吋期内述开发出大量性能优越、品种丰富的新型铸造金属材料，如球墨铸铁，可以进行炸接的町锻铸铁，超低碳不锈钢，铝铜、铝硅、铝镁合金、钛棊、镰基合金等，使铸件的适应性更加广泛。20世纪以来在铸造业的发展中，灰铸铁的孕育处理方法以及化学硕化砂造型这两项技术的发明，打破了几千年来的传统的铸造方法，给铸造工艺开辟了一个全新的领域，对提高铸件的竞争能力有非常的影响。[2]二、现代铸造当代铸造按造型方式分类分为通俗砂型锻造和特种锻造铸。普通砂型铸造包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型这三类。特种铸造是按照造型材料的不同分为两大类：-•类是以犬然矿产砂石作为主要的造型材料，例如熔模铸造、壳型铸造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等；另一类是以金属作为主要的铸型材料，例如金属型铸造、离心铸造、连续铸造、压力铸造、低压铸造等。在毛坯成型的方法中铸造是比较经济,对那些外形庞大而复杂的零件时更能表现出它的经济性。比如发动机的缸体和缸盖，螺旋桨还有精致的艺术品等。有一些难以切削的零件,如燃汽轮机的鎳基合金零件更是不用铸造方式是没法成形的。【8】另外，铸造中用的金属种类儿乎不受什么限制，而且铸造的零件的尺寸和重量的适应范I韦I非常宽，：铸造还可以使零件在具冇了一般的机械性能的同时，还具有了耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是其他的金属成形方法所做不到的。机械制造业中在数量和吨位上铸造方法生产的毛坯零件迄今为止仍是在所有工件中最多的。【7】铸造生产里经常要用到的材料有各种金属、焦炭、木材、造型材料等。所需要的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涉及许多运输和物料处理的设备。铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一，所以铸造业的发展标志着一个国家的主产实力。据2008年的数据统计，我国年产铸件约有3350力吨，是世界上铸造第一人国。并且在我国的汽车、内燃机等行业的大批量流水线生产小，己经先后从国外引进气冲造型线31条。在消化吸收的基础上，国内口主开发研制的气冲造型机和线29台（条）。轿车的铸件毛坏精化高效造型，清理成套技术与装备攻关项冃已完成，生产率约为120型每小时的缸体气冲造型线及自动化抛丸清理牛产线已建成。这些白动化造型线和清理牛产线的投产使川，使—•些铸造厂生产的缸体、缸盖和箱体等铸件的尺寸精确度达到ISOCT6-8级表而粗糙度达到Ra2.5um-Ra25um,已经接近发达国家同类铸件的外观质量水平。此外，还先后从国外引进垂在和水平分型射压、挤压、静压及“V”法等先进的造型生产线70多条，这对提高我国高强度薄壁铸件的质量起到了显著地促进作用。我国现有的成套的树脂口硕砂生产线有近300条，现在我国机械、石油、重型机械等行业的骨干企业，都基木采用了该项新型工艺。由于采用了树脂砂技术和其装备，形成了一批以树脂砂工艺为主要生产工艺的铸造厂，大大提高了铸造生产的技术水平，使我国铸造的大屮型铸件的尺寸精度、表面粗糙度得到很人提高，铸件的外观也人为改观。目前，国内已经形成了年产量约80万吨树脂砂工艺。芯盒、壳芯等先进的树脂砂制芯工艺，已在汽车、内燃机、拖拉机、机床等行业得到了广泛的应用，大大提高了铸件的尺寸精度。金属型覆砂铸造技术在柴汕机曲轴毛坯的生产中应用非常广泛。该工艺具有良好的铸型刚度、型壁位移等优点，可己做到无冒口铸造，工艺的出口率高，铸件的加工余量少，与湿砂型铸造可节约金属8%，同吋非常有效地提高了曲轴的质量。目前，全国有近百家企业都釆用了该工艺，年产铸件约为10万吨。【5】在世界潮流的影响F，20世纪90年代初，我国的EPC技术有了非常快地发展，一大批工厂都利用国产设备和技术，建成了年产几百吨至几千吨铸件的简单生产线。其中，有代表性的工厂冇:北京宋庄铸造厂、福州柴油机厂、四川南川机械厂、湖北丹江口管理局机械厂等。也有少数工厂投入较多的资金引进国外先进的设备和技术，如笫一汽车集团轻型发动机 厂，从美国福康公司引进了制模成套设备和振动台，在国内配套组成生产线，生产汽不铝合金进气管;安徽的全椒柴汕机总厂也是从美国福康公司引进了制模和造型浇注生产线全套设备和技术，牛产柴汕机缸盖等铸铁件；长沙的发动机总厂引进了意大利法塔公司全套的制模和造型浇注生产线，生产铝合金缸体、缸盖铸件及排气管等球铁铸件。【6】近年來我国自主开发和推广了各种先进的铸造熔炼的设备，进一步提高了铁液的温度，大大减少了铁液氧化。外热式热风冲犬炉也己经开始在我国应用；冲犬炉——电炉双联熔炼工艺在人批量的流水线生产和批量生产屮得到了较广泛的应用。我国富有的稀土资源，在铸造生产中也得到广泛地应用。【3】由稀土镁处理的球墨铸铁已经在汽车、柴油机及其它机械产品中大量的应用；而稀土碳合金铸钢和稀土耐热钢，都在机械设备和冶金设备中得到很好地应用，并口获得非常可观的技术经济效益；经过我国十儿年的研制和攻关，已形成我国自己的孕育剂、产球化剂和蠕化剂等系列产品，逐步形成了按国家标准卞产、商品化供应三剂的工产基地，有力地促进了我国铸铁件的内在质量的捉高。高强度、高弹性模量的灰铸铁已经成功地应用在机床铸件，大大提高了机床的精度；由于高强度薄壁灰铸饮件铸造技术的应用，使最薄壁厚仅4m的缸体、缸盖铸件的本体断面硬度羌达到了△HB<30,组织致密且均匀；灰铸铁件的表血激光强化技术已经逐步的用于牛产，収得了明显的成效；人工智能技术在灰铸铁的性能预测中得到了广泛的应用。蠕墨铸铁已经在汽不排气管和大马力柴汕机缸盖上得到了应用，使汽车排气管的使用寿命提高了4~5倍，达到行车10万公里以上的寿命。高磷、含硼和含锐钦等耐磨铸铁，已经在机床导轨、缸套和活塞环上大虽的应用，使它们的耐磨性和使用寿命提高了「2倍;高铅和低銘的耐磨铸铁已经在耐磨铸件上使用，寿命较先前使用的材质系列提高8-10倍和2~3倍。在缸体、缸盖等高强度薄壁铸件的大量流水线牛产屮应用了过滤技术，减少了渣、气孔等缺陷，大大改善了铸件的内在质量。我国已成功地开发岀铸铁型材的水平连续铸造技术和装备，并且生产岀了4)60mm~4)200rnm和40mmx40mm~200mmX200mm的球墨铸铁型材和灰铸铁型材，这种材质具有组织致密、强度高、耐压、尺寸精度高和表面光洁等诸多优点，已经开始在液压、机床、冶金机械、通用机械、印刷机械、纺织机械等行业使用；国内铸铁管业也先后引进了10套直径1米以下的中型球墨铸铁管离心铸造成套设备，每个工厂都形成了3~5万吨/年的主产能力。同时，也己经研制开发出球黑铸恢管水冷金属型离心机和多种配套的辅助设备。重型机械行业也引进rAOD和VOD等炉外精炼得技术和设备，还冇自动控制的80吨大型电弧炉等先进设备，很人地提高了高级的合金铸钢的内在质最。我国重要工程使用的超低碳高强韧性的马氏体不锈钢，采用了钢液楮炼技术提高了钢液的纯净度，辅助以化学成分的改进和新型的热处理工艺,使它的性能有了很大的改善。OCrl6Ni5Mo和OCr23Ni5Mo铸造马氏体不锈钢,在保持原有韧性的基础上，强度和硬度值分别提高30%~60%和20%~50%,屈强比由0.70~0.75提高到0.85-0.90o金属基复合材料的研究早在“九•五”期间就已经冇了长足的进展，短纤维、外加颗粒增强和原位颗粒增强制备技术，都取得良好的成果，但是基木上还处在实验室研制阶段，现在还没有工业化应用。近年來，在许多的重点行业的骨干铸造厂，都采用了直读光谱仪和热分析仪快速1仏口•有效地控制了炉前金属液的成分及杂质元素含量；采用超声波等检测的方法控制铸件的质虽，保证了铸件的内在质量的可靠性和稳定性。三、铸造的未來虽然我国的铸造生产技术已经有了很大的发展,但是水平高的企业只有少数的骨干企业,总的來说总体技术水平仍显落后，经济效益差、铸件的质量低、能源的材料消耗大、劳动条件恶劣、坏境污染比较严重。随着科学技术的蓬勃发展和全球可持续发展战略的实施，实现数字绿色铸造，保证全球可持续化发展。【4】铸造应该不断地应用新技术、新材料、新工艺、新设备，实现低消耗、无废弄物的铸造及铸造生产的宜人化环境，实现专业化铸造生产。规模经营、先进的技术、良好的管理是现代化企业的基本要素，专业的牛产、规模经营有利于提高技术水平，实现机械化、口动化生产，提高产品的质量，降低生产的成本，从阳提高效 益。不断的提高铸件的质最，实现铸件的高性能化、精确化、轻质薄壁化。应该人力发展和应用树脂砂、冷芯盒、温芯盒及壳型（芯）法以及涂料的技术；采用现代的铸造方法來实现铸件外观质量的精确化和近净成形。大力的发展和应用铸铁感应的电炉熔炼工艺；采用了氮气净化.钙线喂入的工艺，AOD精炼工艺和VOD精练工艺等钢液的精炼技术。并H.应该加强金属地基复合材料的开发和应用等，从而人幅度改善铸件的内在质量，提高铸件的整体性能，实现铸件的轻暈化及薄壁化。加强计算机和机器人的应用，实现铸造生产屮的集成化、数字化、智能化、网络化和虚拟化。计算机技术现在儿乎被应用到铸造生产的各个环节。计算机用于的辅助设计、模拟与仿真技术已向集成化、智能化、网络化、虚拟化和绿色化等方向发展。21世纪，铸造技术正在向着更轻、更薄、更精、更韧、成本低、周期短、质量高等方向发展。新的铸造技术，可举出下述七个方而：（1）向轻量化挑战，超微细化和超薄壁化。很多都采用砂型铸件，而在于砂了冇适当的耐火性、砂型有使瓦斯可以通过的通气性、价格比较便宜、可反复使用，虽然砂型是原始的工艺，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。历来代表小型铸件的是加牙齿的齿套。中川公司利用精铸技术试制成的音盘，使声音可以再生。野口公司制作出了如同蚂蚁人小的铸件，用0.7um的铝氧粉造型用离心铸造技术，蚂蚁的义眼模样也能再住出來。这方面铸造的发展会引起新的技术上的需求。薄技术壁化是以压铸为中心发展起来的，是利用高压的压铸法。这种薄壁化技术的进展会加快铸件取代板金件的速度。在压铸中有效地利用芯子，从而使铸件中空而达到轻量化的目的。例如过去增压器的叶轮都用使用重力铸造法牛产的，而现在在压铸法上川可旋转的金属芯子的方法可以开发岀屮空的叶伦。用压铸法代替重力铸造取近净型的产品进而提高了效益。（2）复杂形状部件的整体化；铸件--般多用于单体物件，最近已开始向复杂形状的部件发展。例如将汽车蜗轮增压器和排气岐管两种铸件合成整体，用耐热的高速钢的减压吸引铸造法而铸成的整体铸件最薄壁厚只有2mm。（3）铸件焊接；迄今为止可焊接的都是钢件，最近铸铁件在经过具表面的脱碳处理等工艺后也可以进行焊接了。山于汽车用的铸件排气歧管和高速钢管焊接在了-•起，全而解决了由于铸铁件的耐热性不足而采用了高速钢管的焊接结构以适应燃烧的温度。而今后为了达到廉价，性能好的日的而分别制造焊接到一起的工艺也会有发展。（4）半熔融铸造;液体与固体在共存的状态下使用高压方法进行铸造的一种新型方法。这项铸造技术是以铸铁为中心进而发展起来的，也正在向铝合金方而展开。其有利的地方不仅是熔融温度低，也有由于同相的存在凝固潜减从而提高了生产效率；冷却速度快使组织细微化从而提高了强度；凝固收缩虽减少从而提高了铸件的质虽。但也冇模具寿命低，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,山于成本高还不能大幅度应用于牛•产，但在铸造行业対这种技术今后必将付于相应地位。（5）RP（快速原型技术）CAD、CAM技术的飞速的发展，对铸造技术也带来了非常大的影响。例如不需要用木型和砂型对样品试行而肓接铸造。这种技术基木上是立足于卬刷的原理（激光和喷墨）。这种铸造技术也可以做成树脂型用类似脱蜡精铸法的技术也在蓬勃发展。而直接用切削的方法也还在研讨Z中。由丁脱蜡精铸法的模具成本很高，所以很难用于小批量生产。消失模铸造方冇将聚苯乙烯在模型内发泡及将发泡聚苯乙烯进行机械加工的两种方法。前面一种适用小件、而后面一种则适用于大件。特别是后者是依靠CAD、CM等计算机技术有了显著的进展。例如重达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，涂敷上陶磁粒了铸造出业的。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。因为铸造是使用熔融的金属，适合于金属基复合材料。例如使用陶磁、纤维预成型的圆筒型，在它的缝隙屮浸进铝熔液而制成的金属基复合材料的缸 体。今后这类的金属基复合材料铸造技术将有很大的发展。（7）向机能材料方向发展。Nom慾非磁铸铁、IMER低膨胀钢都是机能材料的铸件。最近半导体行业急盂的低热膨胀材料铸铁，也正在开发当中。空气与金属的复合材料形成的发泡金属,也将占有一席之地。轿车川的刹车系统上面的铸铁件也是一项机能材料，铸铁的减衰能特性有利于营造轿车的安静环境。四、结论计算机的广泛应用正在从各个方面推动着铸造业的发展和变革,它不仅可以提高生产效率和降低牛产成本，同时乂能促使新技术和新工艺的不断岀现，使铸造生产正在从主要依靠经验走向科学理论指导牛产阶段，我国铸造工业的主产模式、铸件的产量、品种等已处于世界前列，今后应继续走优质、高效、低耗、清洁、可持续发展的道路，使我国山铸造大国变为铸造强国。【1】参考文献：［1］郭文普,铸造技术的概况及发展趋势，《硅谷》【J】，2009［2］赵树森,《驱动轮轮毂铸造工艺研究》,江苏大学［JL2005［3］王卫，《稀土在工业催化剂中的应用进展》,现代化工［J］,2000【4】张云辉,《我国对外贸易与环境协调发展问题研究》,郑州大学［J］,2006【5】2001年世界铸件生产统计,铸造世界报【J】,2003NO.1.27【6】黄乃瑜，《特种铸造及有色合金》［JJ,1998［7］张成林，新砂处理系统的设计与研发【J】,2008［8］刘金华，空心无余量叶片制造技术研究［J］,2008