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鑄造發(fā)展史

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概述

　　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(jìn)入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。鑄造是指將固態(tài)金屬溶化為液態(tài)倒入特定形狀的鑄型，待其凝固成形的加工方式。被鑄金屬有：銅、鐵、鋁、錫、鉛等，普通鑄型的材料是原砂、黏土、水玻璃、樹脂及其他輔助材料。特種鑄造的鑄型包括：熔模鑄造、消失模鑄造、金屬型鑄造、陶瓷型鑄造等。（原砂包括：石英砂、鎂砂、鋯砂、鉻鐵礦砂、鎂橄欖石砂、蘭晶石砂、石墨砂、鐵砂等）

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早期

　　中國商朝的重875公斤的司母戊方鼎，戰(zhàn)國時(shí)期的曾侯乙尊盤，西漢的透光鏡，都是古代鑄造的代表產(chǎn)品。 早期的鑄件大多是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、宗教、生活等方面的工具或用具，藝術(shù)色彩濃厚。那時(shí)的鑄造工藝是與制陶工藝并行發(fā)展的，受陶器的影響很大。

發(fā)展

　　中國在公元前513年，鑄出了世界上最早見于文字記載的鑄鐵件—晉國鑄型鼎,重約270公斤。歐洲在公元八世紀(jì)前后也開始生產(chǎn)鑄鐵件。鑄鐵件的出現(xiàn)，擴(kuò)大了鑄件的應(yīng)用范圍。例如在15～17世紀(jì)，德、法等國先后敷設(shè)了不少向居民供飲用水的鑄鐵管道。18世紀(jì)的工業(yè)革命以后，蒸汽機(jī)、紡織機(jī)和鐵路等工業(yè)興起，鑄件進(jìn)入為大工業(yè)服務(wù)的新時(shí)期，鑄造技術(shù)開始有了大的發(fā)展。

近代

　　進(jìn)入20世紀(jì)，鑄造的發(fā)展速度很快，其重要因素之一是產(chǎn)品技術(shù)的進(jìn)步 ，要求鑄件各種機(jī)械物理性能更好，同時(shí)仍具有良好的機(jī)械加工性能；另一個(gè)原因是機(jī)械工業(yè)本身和其他工業(yè)如化工、儀表等的發(fā)展，給鑄造業(yè)創(chuàng)造了有利的物質(zhì)條件。如檢測(cè)手段的發(fā)展，保證了鑄件質(zhì)量的提高和穩(wěn)定，并給鑄造理論的發(fā)展提供了條件；電子顯微鏡等的發(fā)明，幫助人們深入到金屬的微觀世界，探查金屬結(jié)晶的奧秘，研究金屬凝固的理論，指導(dǎo)鑄造生產(chǎn)。

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鑄造的定義

　?。℅B/T5611-1998） 　　鑄造——熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成型方法 　　鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造毛坯因近乎成形，而達(dá)到免機(jī)械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上減少了制作時(shí)間．鑄造是現(xiàn)代裝置制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。

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鑄造的分類

鑄造種類很多，按造型方法習(xí)慣上分為

　　①普通砂型鑄造，又稱砂鑄，翻砂，包括濕砂型、干砂型和化學(xué)硬化砂型3類。 　?、?a target=_blank>特種鑄造，按造型材料又可分為以天然礦產(chǎn)砂石為主要造型材料的特種鑄造（如熔模鑄造、泥型鑄造、殼型鑄造、負(fù)壓鑄造、實(shí)型鑄造、陶瓷型鑄造，消失模鑄造等）和以金屬為主要鑄型材料的特種鑄造（如金屬型鑄造、壓力鑄造、連續(xù)鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等）兩類。

按照成型工藝可分為

　　1.重力澆鑄：砂鑄，硬模鑄造。依靠重力將熔融金屬液澆入型腔。2.壓力鑄造：低壓澆鑄，高壓鑄造。依靠額外增加的壓力將熔融金屬液瞬間壓入鑄造型腔。

鑄造工藝通常包括

　?、勹T型（使液態(tài)金屬成為固態(tài)鑄件的容器）準(zhǔn)備，鑄型按所用材料可分為砂型、金屬型、陶瓷型、泥型、石墨型等，按使用次數(shù)可分為一次性型、半永久型和永久型，鑄型準(zhǔn)備的優(yōu)劣是影響鑄件質(zhì)量的主要因素；②鑄造金屬的熔化與澆注，鑄造金屬（鑄造合金）主要有各類鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色金屬及合金；③鑄件處理和檢驗(yàn)，鑄件處理包括清除型芯和鑄件表面異物、切除澆冒口、鏟磨毛刺和披縫等凸出物以及熱處理、整形、防銹處理和粗加工等。 　　鑄造工藝可分為三個(gè)基本部分，即鑄造金屬準(zhǔn)備、鑄型準(zhǔn)備和鑄件處理。 鑄造金屬是指鑄造生產(chǎn)中用于澆注鑄件的金屬材料，它是以一種金屬元素為主要成分，并加入其他金屬或非金屬元素而組成的合金，習(xí)慣上稱為鑄造合金，主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金。 　　金屬熔煉不僅僅是單純的熔化，還包括冶煉過程，使?jié)策M(jìn)鑄型的金屬，在溫度、化學(xué)成分和純凈度方面都符合預(yù)期要求。為此，在熔煉過程中要進(jìn)行以控制質(zhì)量為目的的各種檢查測(cè)試，液態(tài)金屬在達(dá)到各項(xiàng)規(guī)定指標(biāo)后方能允許澆注。有時(shí)，為了達(dá)到更高要求，金屬液在出爐后還要經(jīng)爐外處理，如脫硫、真空脫氣、爐外精煉、孕育或變質(zhì)處理等。熔煉金屬常用的設(shè)備有沖天爐、電弧爐、感應(yīng)爐、電阻爐、反射爐等。

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關(guān)于鑄造熱

　　鑄造熱是由于吸入在熔煉銅時(shí)產(chǎn)生的高分散度的氧化鋅煙霧所引起的一種急性發(fā)熱反應(yīng)。有人報(bào)道鉛、錫、銻、鎳等的金屬氧化物煙霧亦可引起此癥。防止金屬煙霧的逸散，是預(yù)防鑄造熱的根本辦法。在熔煉、澆鑄等操作時(shí)要加強(qiáng)密閉化，安裝局部排風(fēng)除塵設(shè)備，回收氧化鋅。加強(qiáng)全面通風(fēng)、戴防煙霧口罩可作為輔助性措施。

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工藝流程

　　隨著科技的進(jìn)步與鑄造業(yè)的蓬勃發(fā)展，不同的鑄造方法有不同的鑄型準(zhǔn)備內(nèi)容。以應(yīng)用最廣泛的砂型鑄造為例，鑄型準(zhǔn)備包括造型材料準(zhǔn)備和造型、造芯兩大項(xiàng)工作。砂型鑄造中用來造型、造芯的各種原材料，如鑄造原砂、型砂粘結(jié)劑和其他輔料，以及由它們配制成的型砂、芯砂、涂料等統(tǒng)稱為造型材料，造型材料準(zhǔn)備的任務(wù)是按照鑄件的要求、金屬的性質(zhì)，選擇合適的原砂、粘結(jié)劑和輔料，然后按一定的比例把它們混合成具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂設(shè)備有碾輪式混砂機(jī)、逆流式混砂機(jī)和連續(xù)式混砂機(jī)。后者是專為混合化學(xué)自硬砂設(shè)計(jì)的，連續(xù)混合，混砂速度快。 　　造型、造芯是根據(jù)鑄造工藝要求，在確定好造型方法，準(zhǔn)備好造型材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。鑄件的精度和全部生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效果，主要取決于這道工序。在很多現(xiàn)代化的鑄造車間里，造型、造芯都實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化或自動(dòng)化。常用的砂型造型造芯設(shè)備有高、中、低壓造型機(jī)、氣沖造型機(jī)、無箱射壓造型機(jī)、冷芯盒制芯機(jī)和熱芯盒制芯機(jī)、覆膜砂制芯機(jī)等。 　　鑄件自澆注冷卻的鑄型中取出后，帶有有澆口、冒口、金屬毛刺、披縫，砂型鑄造的鑄件還粘附著砂子，因此必須經(jīng)過清理工序。進(jìn)行這種工作的設(shè)備有磨光機(jī)、拋丸機(jī)、澆冒口切割機(jī)等。砂型鑄件落砂清理是勞動(dòng)條件較差的一道工序，所以在選擇造型方法時(shí) ，應(yīng)盡量考慮到為落砂清理創(chuàng)造方便條件。有些鑄件因特殊要求，還要經(jīng)鑄件后處理，如熱處理、整形、防銹處理、粗加工等。

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行業(yè)特點(diǎn)

　　 鑄造是比較經(jīng)濟(jì)的毛坯成形方法，對(duì)于形狀復(fù)雜的零件更能顯示出它的經(jīng)濟(jì)性。如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體和缸蓋，船舶螺旋槳以及精致的藝術(shù)品等。有些難以切削的零件 ，如燃汽輪機(jī)的鎳基合金零件不用鑄造方法無法成形。 　　另外，鑄造的零件尺寸和重量的適應(yīng)范圍很寬，金屬種類幾乎不受限制；零件在具有一般機(jī)械性能的同時(shí)，還具有耐磨、耐腐蝕、吸震等綜合性能，是其他金屬成形方法如鍛、軋、焊、沖等所做不到的。因此在機(jī)器制造業(yè)中用鑄造方法生產(chǎn)的毛坯零件，在數(shù)量和噸位上迄今仍是最多的。 　　鑄造生產(chǎn)經(jīng)常要用的材料有各種金屬、電力、焦炭、木材、塑料、氣體和液體燃料、造型材料等。所需設(shè)備有冶煉金屬用的各種爐子，有混砂用的各種混砂機(jī)，有造型造芯用的各種造型機(jī)、造芯機(jī)，有清理鑄件用的落砂機(jī)、拋丸機(jī)等。還有供特種鑄造用的機(jī)器和設(shè)備以及許多運(yùn)輸和物料處理的設(shè)備。 　　鑄造生產(chǎn)有與其他工藝不同的特點(diǎn)，主要是適應(yīng)性廣、需用材料和設(shè)備多、污染環(huán)境。鑄造生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生粉塵、有害氣體和噪聲對(duì)環(huán)境的污染，比起其他機(jī)械制造工藝來更為嚴(yán)重，需要采取措施進(jìn)行控制。 　　對(duì)于鑄造工程師以及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師而言，熱處理是一項(xiàng)非常有意義，而具甚高價(jià)值用以改進(jìn)材料品質(zhì)的方法，借熱處理可以改變或影響鑄鐵的組織及性質(zhì)，同時(shí)可以獲得更高的強(qiáng)度、硬度，而改善其磨耗抵抗能力等等。 　　由于目的不同，熱處理的種類非常多，基本主要可分成兩大類，第一類是組織構(gòu)造不會(huì)經(jīng)由熱處理而發(fā)生變化或者也不應(yīng)該發(fā)生改變的，第二則是基本的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化者。第一熱處理程序，主要用於消除內(nèi)應(yīng)力，而此內(nèi)應(yīng)力系在鑄造過程中由於冷卻狀況及條件不同而引起。組織、強(qiáng)度及其他機(jī)械性質(zhì)等，不因熱處理而發(fā)生明顯變化。對(duì)於第二類熱處理而言，基地組織發(fā)生了明顯的改變，可大致分為五類：(1)軟化退火：其目的主要在於分解碳化物，將其硬度降低，而提高加工性能，對(duì)於球墨鑄鐵而言，其目的在於獲得更多的鐵素體組織。(2)正火處理：主要目的是獲得珠光體和索氏體組織提高鑄件的機(jī)械性螚。(3)淬火：主要為了獲得更高的硬度或磨耗強(qiáng)度，同時(shí)的到甚高的表面耐磨特性。(4)表面硬化處理：主要為獲得表面硬化層，同時(shí)得到甚高的表面耐磨特性。(5)析出硬化處理：主要是為獲得高強(qiáng)度而伸長率并不因而發(fā)生激烈的改變。

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行業(yè)趨勢(shì)

　　鑄造產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì)是要求鑄件有更好的綜合性能，更高的精度，更少的加工余量和更光潔的表面。此外，節(jié)能的要求和社會(huì)對(duì)恢復(fù)自然環(huán)境的呼聲也越來越高。為適應(yīng)這些要求，新的鑄造合金將得到開發(fā)，冶煉新工藝和新設(shè)備將相應(yīng)出現(xiàn)。 　　鑄造生產(chǎn)的機(jī)械化自動(dòng)化程度在不斷提高的同時(shí)，將更多地向柔性生產(chǎn)方面發(fā)展，以擴(kuò)大對(duì)不同批量和多品種生產(chǎn)的適應(yīng)性。節(jié)約能源和原材料的新技術(shù)將會(huì)得到優(yōu)先發(fā)展，少產(chǎn)生或不產(chǎn)生污染的新工藝新設(shè)備將首先受到重視。質(zhì)量控制技術(shù)在各道工序的檢測(cè)和無損探傷、應(yīng)力測(cè)定方面，將有新的發(fā)展。 　　鑄造業(yè)的發(fā)展，鑄造是現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一，因此鑄造業(yè)的發(fā)展標(biāo)志著一個(gè)國家的生產(chǎn)實(shí)力。據(jù)2008年統(tǒng)計(jì)，我國年產(chǎn)鑄件3350萬噸，是世界鑄造第一大國。 　　“八五”期間鑄造機(jī)械制造受到了原機(jī)電部高度重視，投入了建國以來最大的一次專項(xiàng)技改貸款和攻關(guān)費(fèi)用，扶持了鑄造機(jī)械行業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)和發(fā)展。“大型拋丸清理機(jī)的制造”，“垂直分型無箱射壓造型機(jī)”，“水玻璃砂舊砂再生設(shè)備的研制”，“金屬型鑄造設(shè)備”等等相繼被開發(fā)應(yīng)用。 　　“九五”期間，鑄造機(jī)械行業(yè)承擔(dān)并樹立完成了“轎車鑄件毛坯精化高效造型與清理成套技術(shù)與裝備”的任務(wù)，“缸體高效連續(xù)拋丸清理線的開發(fā)與研制”也取得圓滿成功，1999年完成了國家攻關(guān)高水平的氣沖造型線項(xiàng)目的成功。 　　“十五”期間，鑄造機(jī)械行業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的年均增長都在30%以上，高于機(jī)床工具全行業(yè)平均增長水平，特別是利潤增長更快，年均利潤增長高達(dá)46%，同時(shí)也保持較高的市場(chǎng)銷售水平。另外，樹脂砂造型成套設(shè)備，基本可以滿足國內(nèi)市場(chǎng)需求，改變了過去主要依賴進(jìn)口的局面；已經(jīng)能夠生產(chǎn)出較高水平的鑄造自動(dòng)生產(chǎn)線，達(dá)到可部分替代進(jìn)口的水平，部分的解決了轎車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋等鑄件毛坯也要進(jìn)口的情況；高水平自動(dòng)制芯機(jī)、自動(dòng)鑄件清理機(jī)、自動(dòng)砂處理機(jī)、大型自動(dòng)壓鑄機(jī)以及精密鑄造設(shè)備等鑄造機(jī)械，國內(nèi)基本上都能生產(chǎn)制造。應(yīng)當(dāng)說“十五”期間鑄造機(jī)械行業(yè)的產(chǎn)品水平有了很大提高，為中國鑄造機(jī)械行業(yè)今后的進(jìn)一步發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。 　　“十一五”期間，裝備制造業(yè)在國際、國內(nèi)巨大市場(chǎng)需求的刺激下，鑄造仍將繼續(xù)保持較高速度增長。由于鑄造機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)水平仍然與市場(chǎng)需求差距較大，使行業(yè)的發(fā)展存在巨大的發(fā)展?jié)摿蛿U(kuò)展空間，為鑄造機(jī)械行業(yè)的快速增長帶來機(jī)遇。