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    不同的鑄造方法有不同的鑄型准備內容


    鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝,已有約6000年的曆史。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。中國商朝的重875公斤的司母戊方鼎,戰國時期的曾侯乙尊盤,西漢的透光鏡,都是古代鑄造的代表産品。早期的鑄件大多是農業生産、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並行發展的,受陶器的影響很大。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後也開始生産鑄鐵件。鑄鐵件的出現,擴大了鑄件的應用範圍。例如在15~17世紀,德、法等國先後敷設了不少向居民供飲用水的鑄鐵管道。18世紀的工業革命以後,蒸汽機、紡織機和鐵路等工業興起,鑄件進入爲大工業服務的新時期,鑄造技術開始有了大的發展。

      進入20世紀,鑄造的發展速度很快,其重要因素之一是産品技術的進步 ,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本身和其他工業如化工、儀表等的發展,給鑄造業創造了有利的物質條件。如檢測手段的發展,保證了鑄件質量的提高和穩定,並給鑄造理論的發展提供了條件;電子顯微鏡等的發明,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,指導鑄造生産。 在這一時期內開發出大量性能優越,品種豐富的新鑄造金屬材料,如球墨鑄鐵,能焊接的可鍛鑄鐵,超低碳不鏽鋼,鋁銅、鋁矽、鋁鎂合金,钛基、鎳基合金等,並發明了對灰鑄鐵進行孕育處理的新工藝,使鑄件的適應性更爲廣泛。 50年代以後,出現了濕砂高壓造型,化學硬化砂造型和造芯,負壓造型以及其他特種鑄造、抛丸清理等新工藝,使鑄件具有很高的形狀、尺寸精度和良好的表面光潔度,鑄造車間的勞動條件和環境衛生也大爲改善。20世紀以來鑄造業的重大進展中,灰鑄鐵的孕育處理和化學硬化砂造型這兩項新工藝有著特殊的意義。這兩項發明,沖破了延續幾千年的傳統方法,給鑄造工藝開辟了新的領域,對提高鑄件的競爭能力産生了重大的影響。

      鑄造一般按造型方法來分類,習慣上分爲普通砂型鑄造和特種鑄造。普通砂型鑄造包括濕砂型、幹砂型、化學硬化砂型三類。特種鑄造按造型材料的不同,又可分爲兩大類:一類以天然礦産砂石作爲主要造型材料,如熔模鑄造、殼型鑄造、負壓鑄造、泥型鑄造、實型鑄造、陶瓷型鑄造等;一類以金屬作爲主要鑄型材料,如金屬型鑄造、離心鑄造、連續鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造等。

      鑄造工藝可分爲三個基本部分,即鑄造金屬准備、鑄型准備和鑄件處理。 鑄造金屬是指鑄造生産中用于澆注鑄件的金屬材料,它是以一種金屬元素爲主要成分,並加入其他金屬或非金屬元素而組成的合金,習慣上稱爲鑄造合金,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,使澆進鑄型的金屬,在溫度、化學成分和純淨度方面都符合預期要求。爲此,在熔煉過程中要進行以控制質量爲目的的各種檢查測試,液態金屬在達到各項規定指標後方能允許澆注。有時,爲了達到更高要求,金屬液在出爐後還要經爐外處理,如脫硫、真空脫氣、爐外精煉、孕育或變質處理等。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。

      不同的鑄造方法有不同的鑄型准備內容。以应用最广泛的砂型铸造为例,铸型准备包括造型材料准备和造型造芯两大项工作。砂型铸造中用来造型造芯的各种原材料,如铸造砂、型砂粘结剂和其他辅料,以及由它们配制成的型砂、芯砂、涂料等统称为造型材料造型材料准备的任务是按照铸件的要求、金属的性质,选择合适的原砂、粘结剂和辅料,然后按一定的比例把它们混合成具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂设备有碾轮式混砂机、逆流式混砂机和叶片沟槽式混砂机。后者是专为混合化学自硬砂设计的,连续混合,速度快。

      造型造芯是根據鑄造工藝要求,在確定好造型方法,准備好造型材料的基礎上進行的。鑄件的精度和全部生産過程的經濟效果,主要取決于這道工序。在很多現代化的鑄造車間裏,造型造芯都實現了機械化或自動化。常用的砂型造型造芯設備有高、中、低壓造型機、抛砂機、無箱射壓造型機、射芯機、冷和熱芯盒機等。

      鑄件自澆注冷卻的鑄型中取出後,有澆口、冒口及金屬毛刺披縫,砂型鑄造的鑄件還粘附著砂子,因此必須經過清理工序。進行這種工作的設備有抛丸機、澆口冒口切割機等。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 ,應盡量考慮到爲落砂清理創造方便條件。有些鑄件因特殊要求,還要經鑄件後處理,如熱處理、整形、防鏽處理、粗加工等。

      鑄造是比較經濟的毛坯成形方法,對于形狀複雜的零件更能顯示出它的經濟性。如汽車發動機的缸體和缸蓋,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範圍很寬,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。因此在機器制造業中用鑄造方法生産的毛坯零件,在數量和噸位上迄今仍是最多的。

      鑄造生産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、汙染環境。鑄造生産會産生粉塵、有害氣體和噪聲對環境的汙染,比起其他機械制造工藝來更爲嚴重,需要采取措施進行控制。

      鑄造産品發展的趨勢是要求鑄件有更好的綜合性能,更高的精度,更少的余量和更光潔的表面。此外,節能的要求和社會對恢複自然環境的呼聲也越來越高。爲適應這些要求,新的鑄造合金將得到開發,冶煉新工藝和新設備將相應出現。

      鑄造生産的機械化自動化程度在不斷提高的同時,將更多地向柔性生産方面發展,以擴大對不同批量和多品種生産的適應性。節約能源和原材料的新技術將會得到優先發展,少産生或不産生汙染的新工藝新設備將首先受到重視。質量控制技術在各道工序的檢測和應力測定等方面,將有新的發展。

      鑄造工作者在電子技術和測試手段不斷進步的條件下,將對金屬結晶凝固和型砂緊實等理論進行更深入的探索,以研究提高鑄件性能和內部質量的有效途徑。機器人和電子計算機在鑄造生産和管理領域裏的應用,也將日益廣泛。

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