铸造技术的概况及发展趋势

[摘要]铸造使金属一次成形，工艺灵活性大，各种成分、尺寸、形状和重量的铸件几乎都能适应，且成本低廉。随着科学技术的迅速发展和全球可持续发展战略的实施，现代铸造技术正朝着清洁化、专业化、高效化、智能化、数字化、网络化、集成化和铸件的高效能化，精确化、轻质薄壁化的方向发展。

[关键词]铸造 适用性 节约 经济 清洁 高效 智能 数字 网络 集成

中图分类号：TG2文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0510101－01

一、铸造技术概况

铸造是将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔，冷却凝固后获得一定形状和性能的零件或毛坯的金属成形工艺。它是金属材料液态成型的一种重要方法。

铸造可以生产形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯或零件。

铸造的适用性很广。工业中常用的金属材料，如碳素钢、合金钢、铸铁、青铜、黄铜、铝合金等，都可用于铸造。铸件可轻仅几克，重至数百吨，壁厚可由1mm到1m左右。在大件生产中，铸造的优越性尤为显著。

铸造所用的原材料大都是来源广泛，价格低廉，并可直接利用报废的几件，废钢和切屑。因此，铸件的成本十分低廉。

但是，铸造生产也存在着不足之处。铸造组织的晶粒比较粗大，内部常有缩孔、缩松、气孔、砂眼等铸造缺陷，因而铸件的力学性能一般不如锻件，多用于受力不大的场合。铸造生产过程较为复杂，生产工序繁多，工艺过程较艰难控制，致使铸件的废品率较高。

二、铸造技术的发展历程及其应用

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。中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。欧洲在公元八世纪前后也开始生产铸铁件。18世纪的工业革命以后，蒸汽机、纺织机和铁路等工业兴起，铸件进入为大工业服务的新时期，铸造技术开始有了大的发展。

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。

三、铸造技术的发展及趋势

随着科学技术的迅速发展和全球可持续发展战略的实施，现在铸造技术正朝着清洁化、专业化、高效化、数字化、网络化、集成化和铸件的高性能化、精确化、轻质薄壁化的方向发展。

1．实现数字绿色集成化铸造，保证可持续发展。铸造应不断应用新技术、新工艺、新材料、新设备，实现低消耗、无废弃物铸造及铸造生产的宜人化环境，生产清洁化的产品。

2．实现专业化铸造生产。规模经营、技术先进、管理良好是现代企业的基本要素，专业生产、规模经营有利于提高技术水平，实现机械化、自动化、智能化生产，提高产品质量，降低生产成本，提高效益。

3．不断提高铸件的外观质量和内在质量，实现铸件的高性能化、精确化、轻质薄壁化。应大力发展和应用树脂砂、冷芯盒、温芯盒法及壳型（芯）法以及涂料技术；采用铸造和现代铸造方法（如熔模铸造、压力铸造、低压铸造、半固态铸造、实型铸造和快速铸造等），来实现铸件外观质量的精确化及近净成形。大力发展和应用铸铁感应电炉熔炼工艺、先进的铁也脱硫技术和过滤技术；采用氩气净化、钙线喂入工艺，AOD精炼工艺和VOD精炼工艺等钢液精炼技术，并应加强金属基复合材料的开发和应用等，从而大幅度改善铸件的内在质量，提高铸件的性能，实现铸件的轻量化和薄壁化。

4．加强计算机和机器人（机械手）的应用，实现铸造生产的集成化、智能化、数字化、网络化和虚拟化。计算机技术几乎被应用到铸造生产的各个环节。计算机辅助设计、模拟与仿真技术已向集成化、智能化、网络化、虚拟化和绿色化方向发展。

总之，面向21世纪，铸造技术正向更轻、更薄、更精、更韧、成本低、周期短、质量高的方向发展。下面就部分发展方向作扼要介绍：

1．铸件的轻量化。为了减轻对资源消耗及环境污染的压力，铸件的轻量化已成为重要的发展趋势。镁合金就是被世界各国材料界看好的最具有开发和发展前途的金属材料。

2．铸件的精确化。近年来出现了很多新的精确铸造成形技术，或称净终成形铸造。包括消失模铸造新工艺，定向凝固熔模铸造，半固态铸造以及款苏或直接铸造成形技术。

3．数字化铸造。随着计算机技术的发展，计算机材料科学已成为一门新兴的交叉学科，是除实验和理论外解决科学中实际问题的第三个重要研究方法。它可以比理论和实验做得更深刻、更全面、更细致，可以进行一些理论和实验造势还做不到的研究。

4．网络化铸造。现代的产品设计及制造开发系统是在网络化环境下以设计与制造过程的建模与仿真为核心内容，进行全生命周期设计。因此，在网络环境下，铸造过程的模拟仿真将在新产品的研究与开发中发挥重要作用。

5．洁净化铸造。目前，全世界每年产生废弃物约250万亿吨，预计由于人口的急剧增加，每年产生的废弃物将增加到1000万亿吨。制造业及铸造行业是消耗资源的大户，已成为可持续发展政策和规划的关注焦点，铸造行业必须走情节生产的道路。

四、结束语

铸造行业是制造业的主要组成部分，对国民经济的发展和国防力量的增强均有重要作用。

清洁化、专业化、高效化、数字化、网络化、集成化和铸件的高性能化、精确化、轻质薄壁化将是铸造成形制造技术的发展方向，铸造技术向更轻、更薄、更精、更强、更韧及质量高、成本低、流程短、消耗少、能耗低、无污染方向发展。新一代精确铸造成形技术日新月异。信息技术正在全面地提升铸造技术水平，其中计算机模拟仿真已在铸造领域中得到广泛应用，而多学科、多尺度、高性能、高精度及高效率则是模拟仿真技术的努力目标。极端条件下的铸造是铸造技术发展的重要领域。网络化铸造、虚拟铸造及绿色铸造将是未来铸造技术的发展方向。

参考文献：

[1]黄勇，《工程材料及机械制造基础》，国防工业出版社，2004年版.

[2]齐乐华，《工程材料及机械设计基础》，高等教育出版社，2007年版.

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[6]Integrated Manufacturing technology Roadmapping Project,2000.

[7]The Firse Product Corret,2000.

[8]Modeling and Simlation for Affordable Manufacturing,2000.

[9]柳百成、沈厚发主编，21世纪的材料成形加工技术与科学，机械工业出版社，2004.

作者简介：

郭文菁，女，2006年进入中国矿业大学（徐州）化工学院，就读于过程装备与控制工程专业。