我國鑄造技術發展現狀

　　總體上，我國鑄造領域的學術研究并不落后，很多研究成果居國際先進水平，但轉化為現實生產力的少。國內鑄造生產技術水平高的僅限于少數骨干企業，行業整體技術水平落后，鑄件質量低，材料、能源消耗高，經濟效益差，勞動條件惡劣，污染嚴重。具體表現在，模樣仍以手工或簡單機械進行模具加工；鑄造原輔材料生產供應的社會化、專業化、商品化差距大，在品種質量等方面遠不能滿足新工藝新技術發展的需要；鑄造合金材料的生產水平、質量低；生產管理落后；工藝設計多憑個人經驗，計算機技術應用少；鑄造技術裝備等基礎條件差；生產過程手工操作比例高，現場工人技術素質低；僅少數大型汽車、內燃機集團鑄造廠采用先進的造型制芯工藝，大多鑄造企業仍用震壓造型機甚至手工造型，制芯以桐油、合脂和粘土等粘結劑砂為主。大多熔模鑄造廠以水玻璃制殼為主；低壓鑄造只能生產非鐵或鑄鐵中小件，不能生產鑄鋼件；用EPC技術穩定投入生產的僅限于排氣管、殼體等鑄件，生產率在30型/h以下，鑄件尺寸精度和表面粗糙度水平低；雖然建成了較完整的鑄造行業標準體系，但多數企業被動執行標準，企業標準多低于GB(國標)和ISO(國際標準)，有的企業廢品率高達30%；質量和市場意識不強，僅少數專業化鑄造企業通過了ISO 9000認證。結合鑄造企業特點的質量管理研究十分薄弱。

　　近年開發推廣了一些先進熔煉設備，提高了金屬液溫度和綜合質量，如外熱式熱風沖天爐開始應用，但為數少，使用鑄造焦的僅占1%。一些鑄造非鐵合金廠仍使用燃油、焦炭坩堝爐等落后熔煉技術。沖天爐—電爐雙聯工藝僅在少數批量生產的流水線上得以應用。少數大、中型電弧爐采用超高功率(600～700kVA/t)技術。開始引進AOD、VOD等精煉設備和技術，提高了高級合金鑄鋼的內在質量。重要工程用的超低碳高強韌馬氏體不銹鋼，采用精煉技術提高鋼液純凈度，改善性能。0Crl6Ni5Mo、Crl3Ni5Mo鑄造馬氏體不銹鋼在保持原有韌性基礎上，屈強比由0.70～0.75提高到0.85～0.90，強度提高30%～60%，硬度提高20%～50%。

　　廣泛應用國內富有稀土資源，如稀土鎂處理的球墨鑄鐵在汽車、柴油機等產品上應用；稀土中碳低合金鑄鋼、稀土耐熱鋼在機械和冶金設備中得到應用；初步形成國產系列孕育劑、球化劑和蠕化劑，推動了鑄鐵件質量提高。

　　高強度、高彈性模量灰鑄鐵用于機床鑄件，高強度薄壁灰鑄鐵件鑄造技術的應用，使最薄壁厚達4—16mm的缸體、缸蓋鑄件本體斷面硬度差小于HB30，組織均勻致密。灰鑄鐵表面激光強化技術用于生產。人工智能技術在灰鑄鐵性能預測中應用。蠕墨鑄鐵已在汽車排氣管和大馬力柴油機缸蓋上應用，汽車排氣管使用壽命提高4—5倍。釩鈦耐磨鑄鐵在機床導軌、缸套和活塞環上應用，壽命提高1～2倍。高、中、低鉻耐磨鑄鐵在磨球、襯板、雜質泵、雙金屬復合軋輥上使用，壽命提高。應用過濾技術于缸體、缸蓋等調高強度薄壁鑄件流水線生產中，減少了夾渣、氣孔缺陷，改善了鑄件內在質量。

　　國產水平連鑄生產線投入市場，可生產直徑30～250mm圓形及相應尺寸的方形、矩形或異形截面的灰鑄鐵及球墨鑄鐵型材。與砂型比，性能提高1～2個牌號，鐵液利用率提高到95%以上，節能30%，節材30%一50%，毛坯加工合格率達95%以上。

　　鑄鐵管行業引進10套直徑1000 mm以下的中型球墨鑄鐵管離心鑄造成套設備。

　　金屬基復合材料研究有進步，短纖維、外加顆粒增強、原位顆粒增強研究都有成果，但較少實現工業應用。

　　某些重點行業的骨干鑄造廠采用了直讀光譜儀和熱分析儀，爐前有效控制了金屬液成分，采用超聲波等檢測方法控制鑄件質量。

環保執法力度日漸加強，迫使鑄造業開始重視環保技術。沈陽鑄造研究所等開發了大排距雙層送風沖天爐和沖天爐除濕送風技術；我國初建鑄造焦生產基地，形成批量規模。鑄造塵毒治理、污水凈化、廢渣利用等取得系列成果，并開發出多種鑄造環保設備(如震動落砂機除塵罩、移動式吸塵器、煙塵凈化裝置、污水凈化循環回用系統，鑄造舊砂干濕法再生技術及設備、鑄造廢砂爐渣廢塑料制作復合材料技術和設備等)。

　　商品化CAE軟件已上市。一些大中型鑄造企業開始在熔煉方面用計算機技術，控制金屬液成分、溫度及生產率等。成都科技大學研制成砂處理在線控制系統，清華大學等開發了計算機輔助砂型控制系統軟件，華中科技大學成功開發商品化鑄造CAE軟件。

　　鑄造業互聯網發展快速，部分鑄造企業網上電子商務活動活躍，如一些鑄造模具廠實現了異地設計和遠程制造。

　　鑄造專家系統研究雖然起步晚，但進步快。先后推出了型砂質量管理專家系統、鑄造缺陷分析專家系統、自硬砂質量分析專家系統、壓鑄工藝參數設計及缺陷診斷專家系統等。機械手、機器人在落砂、鑄件清理、壓鑄及熔模鑄造生產中開始應用。

　　3我國鑄造技術發展趨勢

　　3.1鑄造合金材料

　　以強韌化、輕量化、精密化、高效化為目標，開發鑄鐵新材料；重點研制奧貝球墨鑄鐵(ADl)熱處理設備，盡快制定國家標準，推廣奧貝球墨鑄鐵新技術(如中斷熱落砂法、中斷正火法等)；開發薄壁高強度灰鑄鐵件制造技術、鑄鐵復合材料制造技術(如原位增強顆粒鐵基復合材料制備技術等)、鑄鐵件表面或局部強化技術(如表面激光強化技術等)。

　　研制耐磨、耐蝕、耐熱特種合金新材料；開發鑄造合金鋼新品種(如含氮不銹鋼等性能價格比高的鑄鋼材料)，提高材質性能、利用率、降低成本、縮短生產周期。開發優質鋁合金材料，特別是鋁基復合材料。研究鋁合金中合金化元素的作用原理及鋁合金強化途徑。研究降低合金中Fe、Si、Zn含量，提高合金強韌性的方法及合金熱處理強化的途徑。

　　研究力學性能更好的鋅合金成分、變質處理和熱處理技術；開發鎂合金、高鋅鋁合金及黑色金屬等新型壓鑄合金。

　　開發鑄造復合新材料，如金屬基復合材料、母材基體材料和增強強化組分材料；加強顆粒、短纖維、晶須非連續增強金屬基復合材料、原位鑄造金屬基復合材料研究；開發金屬基復合材料后續加工技術；開發降低生產成本、材料再利用和減少環境污染的技術；拓展鑄造鈦合金應用領域、降低鑄件成本。

　　開展鑄造合金成分的計算機優化設計，重點模擬設計性能優異的鑄造合金，實現成分、組織與性能的最佳匹配。

　　3.2鑄造原輔材料

　　建立新的與高密度粘土型砂相適應的原輔材料體系，根據不同合金、鑄件特點、生產環境、開發不同品種的原砂、少無污染的優質殼芯砂，抓緊我國原砂資源的調研與開發，開展取代特種砂的研究和開發人造鑄造用砂；將濕型砂粘結劑發展重點放在新型煤粉及取代煤粉的附加物開發上。

　　開發酚醛—酯自硬法、C02-酚醛樹脂法所需的新型樹脂，提高聚丙烯酸鈉—粉狀固化劑-C02法樹脂的強度、改善吸濕性、擴大應用范圍；開展酯硬化堿性樹脂自硬砂的原材料及工藝、再生及其設備的研究，以盡快推廣該樹脂自硬砂工藝；開發高反應活性的樹脂及與其配套的廉價新型溫芯盒催化劑，使制芯工藝由熱芯盒法向溫芯盒、冷芯盒法轉變，以節約能源、提高砂芯質量。

　　加強對水玻璃砂吸濕性、潰散性研究，尤其是應大力開發舊砂回用新技術，盡最大可能再生回用鑄造舊砂，以降低生產成本、減少污染、節約資源消耗。

開發樹脂自硬砂組芯造型，在可控氣氛和壓力下充型的工藝和相關材料，加強國產特種原砂與少無污染高潰散樹脂的開發研究，以滿足生產薄壁高強度鋁合金缸體、缸蓋的需要。提高覆膜砂的強韌性，改善覆膜砂的潰散性，改善覆膜砂的熱變形性，加快覆膜砂的硬化速度。

　　建立與近無余量精確成形技術相適應的新涂料系列——大力開發有機和無機系列非占位涂料，用于精確成形鑄造生產。對單件小批量生產精密鑄件用的金屬型、熱芯盒及模具等開發自硬轉移涂料，對精密砂芯開發微波硬化的轉移涂料，為提高汽車缸體缸蓋重要鑄件內腔尺寸精度和表面質量，解決鑄鋼件殼型鑄造中粘砂、表面粗糙等問題，推廣非占位涂料或高滲透、薄層涂料技術與覆模砂技術的結合應用。

　　大力開發滿足樹脂砂機械化流水線生產優質鋼鐵鑄件用的流涂、浸涂涂料和設備，開發能控制冷卻速度、提高輕合金質量、減少脫模(芯)阻力、提高生產效率的金屬型系列涂料，開發能阻隔樹脂砂型(芯)中有害氣體侵入鑄件抑制氣孔裂紋等缺陷的燒結屏蔽型涂料(如防滲碳、滲硫涂料)，開發適應于粘土型砂的濕型噴涂涂料。

　　加強涂料性能及其膠體化學、流變學的基礎研究，開展涂層微波、遠紅外等干燥硬化工藝的研究，開發并制定涂料用原材料及性能的檢測方法(包括測試儀器)和標準，建立其信息數據庫。

　　在鑄造生鐵質量改善和采用脫硫技術的前提下，改進球化劑配方，降低鎂、稀土含量、提高球化效果：開發特種合金用球化劑及特種工藝用球化劑。

　　增加孕育劑品種，開發針對性強的孕育劑，提高孕育劑粒度的均勻性。

　　開發新型脫硫劑(如CAO)復合脫硫劑等)。

　　發展立足國內資源的Sr鹽或A1—Sr變質劑及晶粒細化劑，加強Sr變質與精煉工藝的綜合研究。

　　開發適應RID、F1技術的精煉劑和精煉—變質一體化鋁合金熔劑。

　　推動計算機專家系統在型砂等造型材料質量管理中的應用。

　　3.3合金熔煉

　　發展5t/h以上大型沖天爐并根據需要采用外熱送風、水冷無爐襯連續作業沖天爐；推行沖天爐—感應爐雙聯熔煉工藝；廣泛采用先進的鐵液脫硫、過濾技術(開：發燒結溫度低、燒結時間短的新型低成本泡沫陶瓷過濾器、適用于各種活性合金、高溫物化性能穩定的新型泡沫陶瓷過濾器、適用于熔模鑄造、金屬型鑄造等特種鑄造工藝的異形泡沫陶瓷過濾器、深入研究泡沫陶瓷過濾器的過濾凈化機制和對金屬凝固過程的影響機制、系統研究泡沫陶瓷過濾器的應用技術，包括孔徑和厚度的選擇、安放方式和澆注系統的設計、澆注溫度和速度及金屬液壓頭的控制等、開展泡沫陶瓷過濾器的系列化和標準化工作)、配備直讀光譜儀、碳當量快速測定儀、定量金相分析儀及球化率檢測儀，應用微機技術于鑄鐵熔體熱分析等。推廣沖天爐除濕送風技術，沖天爐廢氣利用，消除對環境的污染，提高鐵液質量。

　　感應電爐具有靈活、節能、效率高等優勢，采用感應電爐是今后鑄鐵熔煉技術發展的方向。開發新的合金孕育技術(如遲后孕育等)，推廣合金包芯線技術，提高球化處理成功率，降低鑄件廢品率并提高鑄件綜合性能。

　　采用氬氣攪拌、鈣線射入凈化、AOD、VOD等精煉技術，提高鋼液的純凈度、均勻度與晶粒細化程度，減少合金加入量，提高鑄件強韌性，減輕鑄件重量與降低廢品率。

　　鋁合金鑄件生產中，著重解決無污染、高效、操作簡便的精煉技術、變質技術、晶粒細化技術和爐前快速檢測技術，針對不同牌號、不同用途的合金，采用計算機數值模擬技術研究固溶、時效處理工藝參數的優化，以發揮材料潛能、提高材料性能。引進和消化RID、FI等先進精煉技術，提高鋁合金熔煉水平。

　　深入研究鎂合金熔煉工藝，加強鎂合金熔煉用無污染高效溶劑的系列化商品化開發，強化高純鑄造鎂合金材料、鎂—稀土耐熱鑄造鎂合金材料及鎂基復合材料的鑄造、回收、重熔技術的開發，進一步加強鎂合金壓鑄、擠壓鑄造技術的研究和開發，以適應我國汽車業快速發展的需求。

　　完善鈦合金熔煉設備、解決鑄型材料現存問題，開展真空下鑄型加熱方式及鑄型預熱溫度對鑄件質量影響的研究、真空熔煉下合金元素揮發行為及對合金成分影響的研究、雜質元素對鈦鑄件質量影響的研究、不同合金不同條件下熔鑄工：藝參數的優化研究、鈦合金熔模鑄造材料和工藝的研究、熱等靜壓及鑄件焊補工藝的研究。

3.4砂型鑄造

　　大力改善鑄件內在、外部質量(如尺寸精度與表面粗糙度)、減少加工余量，進一步推廣應用氣沖、高壓、射壓和擠壓造型等高度機械化、自動化、高密度濕砂型造型工藝是今后中小型鑄件生產的主要發展方向。采用納米技術改性膨潤土，或采用在膨潤土中加助粘結劑技術來提高膨潤土質量，是推廣應用濕型砂造型工藝的關鍵。

　　開發三乙胺冷芯盒法抗濕性及抗鑄件脈紋技術，以節約粘結劑、減少污染、減少鑄件缺陷、降低生產成本。

　　改進和提高垂直分型無箱射壓造型機和空氣沖擊造型機的性能、控制系統的功能，同時對造型線輔機應按通用化、系列化原則進行開發，提高配套水平。抓緊開發適合于形狀復雜模樣造型或多品種批量生產所需要的個性化、實用型氣流-壓實造型機。

　　提高砂處理設備的質量、技術含量、技術水平和配套能力，盡快填補包括舊砂冷卻裝置和適于運送舊砂的斗式提升機在內的技術空白，努力提高砂處理系統的設計水平。

　　研制多樣化、使用效果好、壽命長的樹脂自硬砂成套設備，增加品種提高性能。

　　著重開發冷芯盒射芯機系列產品及芯砂混制和送砂設備。

　　建立拋丸設備試驗基地，對拋丸器、丸砂分離及降躁聲裝置等進行系統研究開發，研制技術性能和技術含量高的拋丸清理機。

　　面對入世后國際市場劇烈競爭的局面，鑄機行業要根據我國國情的需要和可能，產學研相結合，開拓創新，下大力氣開發先進、高效、低耗、實用、且具有自主知識產權的鑄機新產品，為改變我國大多數鑄造企業工藝技術裝備的落后面貌，闖出一條投資小、見效快的捷徑。

　　優先推廣樹脂自硬砂、冷芯盒自硬工藝、溫芯盒法及殼型(芯)法；開發無或少污染粘結劑、催化劑、硬化劑及配套的防污染技術，開發能消除樹脂砂鑄件缺陷的材料和樹脂砂復合技術。

　　推廣新型酯硬化改性水玻璃砂在大、中型鑄鋼件上的應用，以逐步淘汰粘結強度低、水玻璃加入量大、型砂潰散性差的C02—普通水玻璃砂的硬化工藝。

　　開發精確成形技術和近精確成形技術，大力發展可視化鑄造技術，推動鑄造過程數值模擬技術CAE向集成、虛擬、智能、實用化發展；基于特征化造型的鑄造CAD系統將是鑄造企業實現現代化生產工藝設計的基礎和前提，新一代鑄造CAD系統應是一個集模擬分析、專家系統、人工智能于一體的集成化系統。采用模塊化體系和統一數據結構，且與CAM/CAPP?ERP/RPM等無縫集成；促使鑄造工裝的現代化水平進一步提高，全面展開CAD/CAM/CAE/RPM、反求工程、并行工程、遠程設計與制造、計算機檢測與控制系統的集成化、智能化與在線運行，催發傳統鑄造業的革命性進步。

　　3，5特種鑄造

　　開發熔模鑄造模具、模料新技術，用硅溶膠或硅酸乙酯做粘結劑造型；采用精密、大型、薄壁熔模鑄件成形技術；采用快速成形技術替代傳統蠟模成形技術，簡化工藝，縮短生產周期；研制適合我國的壓蠟設備、制殼機械手、燃油型殼焙燒爐；開發優質型殼粘結劑，增加可鑄合金種類、擴大工藝適用面。

　　深入研究壓鑄充型、凝固規律，開發新型壓鑄設備及控制系統，改善液面加壓系統性能以滿足工藝要求；開展半固態合金壓鑄及新型壓鑄涂料研究；開發新壓鑄技術及金屬基復合材料、鎂合金、高鋁鋅基合金等壓鑄新合金材料；采用快速原型制造技術制作壓鑄模。開發能與工藝密切結合可滿足各種工藝參數要求的低壓鑄造設備；推行低壓鑄造模具CAD、合金液填充和凝固過程模擬，使模具滿足充填鑄型時平穩流動、順序凝固、及時、充分補縮的要求；開發高度自動化的低壓鑄造機和高可靠性零部件；開發復雜、薄壁、致密壓鑄件生產技術，推動低壓鑄造向差壓鑄造的發展。

　　提高熔煉質量、增加預處理、開發性能更優良的模具鋼，如優質高壽命的熱作模具，深入研究開發鑄造模具RPM技術和CAE技術，推動并行環境下CAD/CAE/CAM/RPM集成技術和DNM技術的發展。

　　改進擠壓鑄造技術，擴大應用范圍(如陶瓷纖維增強和反應合成金屬基復合材料)；抓緊進行水平擠壓鑄造、半固態擠壓鑄造技術的研究，加強與塑料、化工行業的協作，開發模樣新材料，如研制低密度、尺寸穩定的高發泡率EPS珠粒，創建先進、實用的模具CAD/CAM系統及快速制造技術；開發高效震實臺，搞清干砂緊實特性；開發EPC工藝與其他鑄造工藝復合的新技術；研究由EPC工藝引發的環境

　　問題及對策，如EPC車間廢氣有效凈化裝置和方法；研究鋁鑄件疏松滲漏、鑄鋼件增碳增氫、鑄鐵們：出現皺皮等缺陷的機理和消除辦法；開發高效高精度制模機、粘合機并實現其國產化系列化；擴大非占位涂料的應用，發展表面合金化涂料、控制凝固涂料、孕育涂料、屏蔽涂料、消失模涂料、離心鑄管涂料、激冷涂料等功能涂料。進行涂料性能檢測儀的開發；推動涂料的標準化、商品化。

發展金屬半固態連續鑄造技術；推廣樹脂砂、金屬型及覆砂金屬型等高精度、近無切削的高效鑄造技術；推廣無鑄型電磁鑄造技術；開展噴鑄技術的研究和應用。

　　充分借鑒冶金界電渣技術的研究成果，著重解決電渣熔鑄工藝的技術難點，如電渣熔鑄大型異形復雜鑄件的結晶器設計、渣料配制及工裝技術等。

　　3.6質量保障

　　改進、完善現有較成熟、實用的各類鑄造儀器、設備，努力實現多功能、集成化、自動化、智能化，對鑄造生產各環節進行分散在線測控。采用微機和CAD專家系統模塊將相關環節的自動化測控儀器設備聯機，配以執行機構，實現各環節閉環自動控制。將各環節智能測控系統與工廠管理中心計算機系統相聯，組成工廠智能化閉環自控系統，實現生產質量預測與控制。將工廠自控系統通過高速信息通道與行業信息網絡、專家系統相聯，實現遠程“會診”與控制。

　　研究市場經濟條件下，鑄件產品質量的概念、含義、指標評價體系及具體量值；研究鑄造企業質量體系特點、結構、質量手冊編寫方法、體系要素支撐標準的構成及建立、貫徹的方法；為適應全球經貿一體化的趨勢，加快推行、主動申請質量(1S09000)、安全、環境(1SOl4000)等第三方認證制度，加快采用國際標準的步伐，以取得參與市場競爭的權利。扎實深入到企業(團體)業務實踐的細節，策劃有效的解決方案，使管理體系真實調整到提高產品(服務)質量、防止浪費，提高效率，滿足顧客要求的基準目標上來。配合并適應先進制造技術的發展，抓緊制定先進鑄造技術標準，積極采用先進。制造技術標準。要以法律、法規、標準為依據，建立質量保證及環境管理體系。

　　3.7信息化

　　開發既分散又集成、形式多樣的適用于鑄造生產各方面(如設計、制造、診斷、監督、規劃、預測、解釋及教學等)需要的計算機專家系統。并在生產使用中不斷完善，向多功能、高效率、實用化目標發展，使之與鑄造CAD/CAPP/CAE/CAM集成；推進在線專家系統控制的前沿性研究。

　　重點開展能涵蓋鑄造企業所有行為(包括企業市場營銷、物料進出、生產組織與協調、行政管理、與外界信息交流等)的集成化鑄造信息處理系統研究開發和應用，用現代先進技術迅速改造傳統鑄造業；開發適應中國國情的鑄造行業MRP-Ⅱ(制造資源計劃)系統，并進一步向ERP(企業資源計劃)發展。

　　推行計算機集成制造系統(CIMS)，借助計算機網絡、數據庫集成各環節產生的數據，綜合運用現代管理技術、制造技術、信息技術、系統工程技術，將鑄造生產全過程中有關人、技術、設備與經營管理要素及信息流、物質流有機集成，實現鑄造行業整體優化，解決參與競爭所面臨的一系列問題，最終實現產品優質、低耗、上市快，從而在市場，尤其是國際市場競爭中立于不敗之地。

　　研究互聯網對鑄造產業的影響與對策，建立自己的主頁，開發鑄造企業網上技術交流、電子商務、鑄造異地設計和遠程制造技術、分散網絡化鑄造技術(DNC)，盡早駛上“信息高速公路”，利用網絡化高新技術的巨大動力推動鑄造業的現代化深刻變革。

　　4結束語

　　鑄造技術的發展必然要為社會進步和經濟發展的大局所左右，“綠色鑄造”的概念體現了高速發展著的文明進程的人性化特征和經濟可持續發展的總體要求。隨著公眾環境意識的不斷提高及國家環境保護法律法規的進一步完善，“綠色鑄造”的呼聲正在迅速成為鑄造技術發展的指揮棒，特別是國際標準化組織發布的有關環境管理體系的IS014000系列標準，也在推動著“綠色鑄造”的強勢發展，目標都是使鑄件從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個“產品生命”周期中，對環境的負面影響最小，資源效率最高。從而使企業經濟效益和社會效益達到最優化。“綠色鑄造”是社會可持續發展戰略在制造業中的一個體現，是一種可持續發展的企業組織、管理和運行的新模式。和傳統鑄造生產模式相比，“綠色鑄造”模式對企業信息化運作水平提出了相當高的要求，“綠色鑄造”模式下鑄件生產面臨的關鍵是即時采用先進適用的鑄造新技術來實現鑄件“綠色生命周期”的全過程。