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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年之間已進入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達到相當高的水平。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，藝術色彩濃厚。那時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。歐洲在公元八世紀前后也開始生產(chǎn)鑄鐵件。鑄鐵件的出現(xiàn)，擴大了鑄件的應用范圍。例如在15～17世紀，德、法等國先后敷設了不少向居民供飲用水的鑄鐵管道。18世紀的工業(yè)革命以后，蒸汽機、紡織機和鐵路等工業(yè)興起，鑄件進入為大工業(yè)服務的新時期，鑄造技術開始有了大的發(fā)展。

近代

　　進入20世紀，鑄造的發(fā)展速度很快，其重要因素之一是產(chǎn)品技術的進步 ，要求鑄件各種機械物理性能更好，同時仍具有良好的機械加工性能；另一個原因是機械工業(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，探查金屬結晶的奧秘，研究金屬凝固的理論，指導鑄造生產(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鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造毛坯因近乎成形，而達到免機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間．鑄造是現(xiàn)代裝置制造工業(yè)的基礎工藝之一。

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鑄造的分類

鑄造種類很多，按造型方法習慣上分為

　?、倨胀?a target=_blank>砂型鑄造，又稱砂鑄，翻砂，包括濕砂型、干砂型和化學硬化砂型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、負壓鑄造、實型鑄造、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

　　①鑄型（使液態(tài)金屬成為固態(tài)鑄件的容器）準備，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，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基本部分，即鑄造金屬準備、鑄型準備和鑄件處理。 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鑄型的金屬，在溫度、化學成分和純凈度方面都符合預期要求。為此，在熔煉過程中要進行以控制質(zhì)量為目的的各種檢查測試，液態(tài)金屬在達到各項規(guī)定指標后方能允許澆注。有時，為了達到更高要求，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。熔煉金屬常用的設備有沖天爐、電弧爐、感應爐、電阻爐、反射爐等。

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關于鑄造熱

　　鑄造熱是由于吸入在熔煉銅時產(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。有人報道鉛、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，是預防鑄造熱的根本辦法。在熔煉、澆鑄等操作時要加強密閉化，安裝局部排風除塵設備，回收氧化鋅。加強全面通風、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備內(nèi)容。以應用最廣泛的砂型鑄造為例，鑄型準備包括造型材料準備和造型、造芯兩大項工作。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，造型材料準備的任務是按照鑄件的要求、金屬的性質(zhì)，選擇合適的原砂、粘結劑和輔料，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。常用的混砂設備有碾輪式混砂機、逆流式混砂機和連續(xù)式混砂機。后者是專為混合化學自硬砂設計的，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，準備好造型材料的基礎上進行的。鑄件的精度和全部生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效果，主要取決于這道工序。在很多現(xiàn)代化的鑄造車間里，造型、造芯都實現(xiàn)了機械化或自動化。常用的砂型造型造芯設備有高、中、低壓造型機、氣沖造型機、無箱射壓造型機、冷芯盒制芯機和熱芯盒制芯機、覆膜砂制芯機等。 　　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。進行這種工作的設備有磨光機、拋丸機、澆冒口切割機等。砂型鑄件落砂清理是勞動條件較差的一道工序，所以在選擇造型方法時 ，應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

　　 鑄造是比較經(jīng)濟的毛坯成形方法，對于形狀復雜的零件更能顯示出它的經(jīng)濟性。如汽車發(fā)動機的缸體和缸蓋，船舶螺旋槳以及精致的藝術品等。有些難以切削的零件 ，如燃汽輪機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范圍很寬，金屬種類幾乎不受限制；零件在具有一般機械性能的同時，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。所需設備有冶煉金屬用的各種爐子，有混砂用的各種混砂機，有造型造芯用的各種造型機、造芯機，有清理鑄件用的落砂機、拋丸機等。還有供特種鑄造用的機器和設備以及許多運輸和物料處理的設備。 　　鑄造生產(chǎn)有與其他工藝不同的特點，主要是適應性廣、需用材料和設備多、污染環(huán)境。鑄造生產(chǎn)會產(chǎn)生粉塵、有害氣體和噪聲對環(huán)境的污染，比起其他機械制造工藝來更為嚴重，需要采取措施進行控制。 　　對于鑄造工程師以及機械結構設計工程師而言，熱處理是一項非常有意義，而具甚高價值用以改進材料品質(zhì)的方法，借熱處理可以改變或影響鑄鐵的組織及性質(zhì)，同時可以獲得更高的強度、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，第一類是組織構造不會經(jīng)由熱處理而發(fā)生變化或者也不應該發(fā)生改變的，第二則是基本的組織結構發(fā)生變化者。第一熱處理程序，主要用於消除內(nèi)應力，而此內(nèi)應力系在鑄造過程中由於冷卻狀況及條件不同而引起。組織、強度及其他機械性質(zhì)等，不因熱處理而發(fā)生明顯變化。對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械性螚。(3)淬火：主要為了獲得更高的硬度或磨耗強度，同時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

　　鑄造產(chǎn)品發(fā)展的趨勢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)能的要求和社會對恢復自然環(huán)境的呼聲也越來越高。為適應這些要求，新的鑄造合金將得到開發(fā)，冶煉新工藝和新設備將相應出現(xiàn)。 　　鑄造生產(chǎn)的機械化自動化程度在不斷提高的同時，將更多地向柔性生產(chǎn)方面發(fā)展，以擴大對不同批量和多品種生產(chǎn)的適應性。節(jié)約能源和原材料的新技術將會得到優(yōu)先發(fā)展，少產(chǎn)生或不產(chǎn)生污染的新工藝新設備將首先受到重視。質(zhì)量控制技術在各道工序的檢測和無損探傷、應力測定方面，將有新的發(fā)展。 　　鑄造業(yè)的發(fā)展，鑄造是現(xiàn)代機械制造工業(yè)的基礎工藝之一，因此鑄造業(yè)的發(fā)展標志著一個國家的生產(chǎn)實力。據(jù)2008年統(tǒng)計，我國年產(chǎn)鑄件3350萬噸，是世界鑄造第一大國。 　　“八五”期間鑄造機械制造受到了原機電部高度重視，投入了建國以來最大的一次專項技改貸款和攻關費用，扶持了鑄造機械行業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)和發(fā)展。“大型拋丸清理機的制造”，“垂直分型無箱射壓造型機”，“水玻璃砂舊砂再生設備的研制”，“金屬型鑄造設備”等等相繼被開發(fā)應用。 　　“九五”期間，鑄造機械行業(yè)承擔并樹立完成了“轎車鑄件毛坯精化高效造型與清理成套技術與裝備”的任務，“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年完成了國家攻關高水平的氣沖造型線項目的成功。 　　“十五”期間，鑄造機械行業(yè)主要經(jīng)濟指標的年均增長都在30%以上，高于機床工具全行業(yè)平均增長水平，特別是利潤增長更快，年均利潤增長高達46%，同時也保持較高的市場銷售水平。另外，樹脂砂造型成套設備，基本可以滿足國內(nèi)市場需求，改變了過去主要依賴進口的局面；已經(jīng)能夠生產(chǎn)出較高水平的鑄造自動生產(chǎn)線，達到可部分替代進口的水平，部分的解決了轎車發(fā)動機缸體、缸蓋等鑄件毛坯也要進口的情況；高水平自動制芯機、自動鑄件清理機、自動砂處理機、大型自動壓鑄機以及精密鑄造設備等鑄造機械，國內(nèi)基本上都能生產(chǎn)制造。應當說“十五”期間鑄造機械行業(yè)的產(chǎn)品水平有了很大提高，為中國鑄造機械行業(yè)今后的進一步發(fā)展打下良好基礎。 　　“十一五”期間，裝備制造業(yè)在國際、國內(nèi)巨大市場需求的刺激下，鑄造仍將繼續(xù)保持較高速度增長。由于鑄造機械產(chǎn)品的技術水平仍然與市場需求差距較大，使行業(yè)的發(fā)展存在巨大的發(fā)展?jié)摿蛿U展空間，為鑄造機械行業(yè)的快速增長帶來機遇。