基本介紹
歷史沿革,操作方法,主要種類,特種鑄造工藝,砂型鑄造工藝,鑄造工藝設計,鋁液淨化工藝,
歷史沿革
鑄造是一種古老的製造方法，在我國可以追溯到6000年前。隨著工業技術的發展，鑄大型鑄件的質量直接影響著產品的質量，因此，鑄造在機械製造業中占有重要的地位。鑄造技術的發展也很迅速，特別是19世紀末和20世紀上半葉，出現了很多的新的鑄造方法，如低壓鑄造、陶瓷鑄造、連續鑄造等，在20世紀下半葉得到完善和實用化。
操作方法
鑄造是將通過熔煉的金屬液體澆注入鑄型內，經冷卻凝固獲得所需形狀和性能的零件的製作過程。鑄造是常用的製造方法，製造成本低，工藝靈活性大，可以獲得複雜形狀和大型的鑄件，在機械製造中占有很大的比重，如工具機占60～80%，汽車占25%，拖拉機占50～60%。
由於現今對鑄造質量、鑄造精度、鑄造成本和鑄造自動化等要求的提高，鑄造技術向著精密化、大型化、高質量、自動化和清潔化的方向發展，例如我國這幾年在精密鑄造技術、連續鑄造技術、特種鑄造技術、鑄造自動化和鑄造成型模擬技術等方面發展迅速.
主要種類
鑄造主要工藝過程包括：金屬熔煉、模型製造、澆注凝固和脫模清理等。鑄造用的主要材料是鑄鋼、鑄鐵、鑄造有色合金(銅、鋁、鋅、鉛等)等。
鑄造工藝可分為砂型鑄造工藝和特種鑄造工藝。
特種鑄造工藝
壓力鑄造
壓力鑄造是指金屬液在其他外力（不含重力）的作用下注入鑄型的工藝。廣義的壓力鑄造包括壓鑄機的壓力鑄造和真空鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等；窄義的壓力鑄造專指壓鑄機的金屬型壓力鑄造，簡稱壓鑄。這幾種鑄造工藝是目前有色金屬鑄造中最常用的、也是相對價格最低的。
金屬型鑄造
金屬型鑄造是用金屬（耐熱合金鋼，球墨鑄鐵，耐熱鑄鐵等）製作的鑄造用中空鑄型模具的現代工藝。
金屬型既可採用重力鑄造，也可採用壓力鑄造。金屬型的鑄型模具能反覆多次使用，每澆注一次金屬液，就獲得一次鑄件，壽命很長，生產效率很高。金屬型的鑄件不但尺寸精度好，表面光潔，而且在澆注相同金屬液的情況下，其鑄件強度要比砂型的更高，更不容易損壞。因此，在大批量生產有色金屬的中、小鑄件時，只要鑄件材料的熔點不過高，一般都優先選用金屬型鑄造。但是，金屬型鑄造也有一些不足之處：因為耐熱合金鋼和在它上面做出中空型腔的加工都比較昂貴，所以金屬型的模具費用不菲，不過總體和壓鑄模具費用比起來則便宜多了。對小批量生產而言，分攤到每件產品上的模具費用明顯過高，一般不易接受。又因為金屬型的模具受模具材料尺寸和型腔加工設備、鑄造設備能力的限制，所以對特別大的鑄件也顯得無能為力。因而在小批量及大件生產中，很少使用金屬型鑄造。此外，金屬型模具雖然採用了耐熱合金鋼，但耐熱能力仍有限，一般多用於鋁合金、鋅合金、鎂合金的鑄造，在銅合金鑄造中已較少套用，而用於黑色金屬鑄造就更少了。
壓鑄
壓鑄機分為熱室壓鑄機和冷室壓鑄機兩類。熱室壓鑄機自動化程度高，材料損耗少，生產效率比冷室壓鑄機更高，但受機件耐熱能力的制約，目前還只能用於鋅合金、鎂合金等低熔點材料的鑄件生產。當今廣泛使用的鋁合金壓鑄件，由於熔點較高，只能在冷室壓鑄機上生產。壓鑄的主要特點是金屬液在高壓、高速下充填型腔，並在高壓下成形、凝固，壓鑄件的不足之處是：因為金屬液在高壓、高速下充填型腔的過程中，不可避免地把型腔中的空氣夾裹在鑄件內部，形成皮下氣孔，所以鋁合金壓鑄件不宜熱處理，鋅合金壓鑄件不宜表面噴塑（但可噴漆）。否則，鑄件內部氣孔在做上述處理加熱時，將遇熱膨脹而致使鑄件變形或鼓泡。此外，壓鑄件的機械切削加工餘量也應取得小一些，一般在0.5mm左右，既可減輕鑄件重量、減少切削加工量以降低成本，又可避免穿透表面緻密層，露出皮下氣孔，造成工件報廢。
熔模鑄造
失蠟法鑄造現稱熔模精密鑄造，是一種少切削或無切削的鑄造工藝，是鑄造行業中的一項優異的工藝技術，其套用非常廣泛。它不僅適用於各種類型、各種合金的鑄造，而且生產出的鑄件尺寸精度、表面質量比其它鑄造方法要高，甚至其它鑄造方法難於鑄得的複雜、耐高溫、不易於加工的鑄件，均可採用熔模精密鑄造鑄得。
熔模精密鑄造是在古代蠟模鑄造的基礎上發展起來的。作為文明古國，中國是使用這一技術較早的國家之一，遠在公元前數百年，我國古代勞動人民就創造了這種失蠟鑄造技術，用來鑄造帶有各種精細花紋和文字的鐘鼎及器皿等製品，如春秋時的曾侯乙墓尊盤等。曾侯乙墓尊盤底座為多條相互纏繞的龍，它們首尾相連，上下交錯，形成中間鏤空的多層雲紋狀圖案，這些圖案用普通鑄造工藝很難製造出來，而用失蠟法鑄造工藝，可以利用石蠟沒有強度、易於雕刻的特點，用普通工具就可以雕刻出與所要得到的曾侯乙墓尊盤一樣的石蠟材質的工藝品，然後再附加澆注系統，塗料、脫蠟、澆注，就可以得到精美的曾侯乙墓尊盤。
現代熔模鑄造方法在工業生產中得到實際套用是在二十世紀四十年代。當時航空噴氣發動機的發展，要求製造像葉片、葉輪、噴嘴等形狀複雜，尺寸精確以及表面光潔的耐熱合金零件。由於耐熱合金材料難於機械加工，零件形狀複雜，以致不能或難於用其它方法製造，因此，需要尋找一種新的精密的成型工藝，於是借鑑古代流傳下來的失蠟鑄造，經過對材料和工藝的改進，現代熔模鑄造方法在古代工藝的基礎上獲得重要的發展。所以，航空工業的發展推動了熔模鑄造的套用，而熔模鑄造的不斷改進和完善，也為航空工業進一步提高性能創造了有利的條件。
我國是於上世紀五、六十年代開始將熔模鑄造套用於工業生產。其後這種先進的鑄造工藝得到巨大的發展，相繼在航空、汽車、工具機、船舶、內燃機、氣輪機、電訊儀器、武器、醫療器械以及刀具等製造工業中被廣泛採用，同時也用於工藝美術品的製造。
所謂熔模鑄造工藝，簡單說就是用易熔材料（例如蠟料或塑膠）製成可熔性模型（簡稱熔模或模型），在其上塗覆若干層特製的耐火塗料，經過乾燥和硬化形成一個整體型殼後，再用蒸汽或熱水從型殼中熔掉模型，然後把型殼置於砂箱中，在其四周填充乾砂造型，最後將鑄型放入焙燒爐中經過高溫焙燒（如採用高強度型殼時，可不必造型而將脫模後的型殼直接焙燒），鑄型或型殼經焙燒後，於其中澆注熔融金屬而得到鑄件。
熔模鑄件尺寸精度較高，一般可達CT4-6（砂型鑄造為CT10~13，壓鑄為CT5~7），當然由於熔模鑄造的工藝過程複雜，影響鑄件尺寸精度的因素較多，例如模料的收縮、熔模的變形、型殼在加熱和冷卻過程中的線量變化、合金的收縮率以及在凝固過程中鑄件的變形等，所以普通熔模鑄件的尺寸精度雖然較高，但其一致性仍需提高（採用中、高溫蠟料的鑄件尺寸一致性要提高很多）。
壓制熔模時，採用型腔表面光潔度高的壓型，因此，熔模的表面光潔度也比較高。此外，型殼由耐高溫的特殊粘結劑和耐火材料配製成的耐火塗料塗掛在熔模上而製成，與熔融金屬直接接觸的型腔內表面光潔度高。所以，熔模鑄件的表面光潔度比一般鑄造件的高，一般可達Ra.1.6~3.2μm.
熔模鑄造最大的優點就是由於熔模鑄件有著很高的尺寸精度和表面光潔度，所以可減少機械加工工作，只是在零件上要求較高的部位留少許加工餘量即可，甚至某些鑄件只留打磨、拋光餘量，不必機械加工即可使用。由此可見，採用熔模鑄造方法可大量節省工具機設備和加工工時，大幅度節約金屬原材料。
熔模鑄造方法的另一優點是，它可以鑄造各種合金的複雜的鑄件，特別可以鑄造高溫合金鑄件。如噴氣式發動機的葉片，其流線型外廓與冷卻用內腔，用機械加工工藝幾乎無法形成。用熔模鑄造工藝生產不僅可以做到批量生產，保證了鑄件的一致性，而且避免了機械加工後殘留刀紋的應力集中。
消失模鑄造
消失模鑄造技術（EPC或LFC）是用泡沫塑膠製作成與零件結構和尺寸完全一樣的實型模具，經浸塗耐火粘結塗料，烘乾後進行乾砂造型，振動緊實，然後澆入金屬液使模樣受熱氣化消失，而得到與模樣形狀一致的金屬零件的鑄造方法。消失模鑄造是一種近無餘量、精確成形的新技術，它不需要合箱取模，使用無粘結劑的乾砂造型，減少了污染，被認為是21世紀最可能實現綠色鑄造的工藝技術。
消失模鑄造技術主要有以下幾種：
1、壓力消失模鑄造技術
壓力消失模鑄造技術是消失模鑄造技術與壓力凝固結晶技術相結合的鑄造新技術，它是在帶砂箱的壓力灌中，澆注金屬液使泡沫塑膠氣化消失後，迅速密封壓力灌，並通入一定壓力的氣體，使金屬液在壓力下凝固結晶成型的鑄造方法。這種鑄造技術的特點是能夠顯著減少鑄件中的縮孔、縮松、氣孔等鑄造缺陷，提高鑄件緻密度，改善鑄件力學性能。
2、真空低壓消失模鑄造技術
真空低壓消失模鑄造技術是將負壓消失模鑄造方法和低壓反重力澆注方法複合而發展的一種新鑄造技術。真空低壓消失模鑄造技術的特點是：綜合了低壓鑄造與真空消失模鑄造的技術優勢，在可控的氣壓下完成充型過程，大大提高了合金的鑄造充型能力；與壓鑄相比，設備投資小、鑄件成本低、鑄件可熱處理強化；而與砂型鑄造相比，鑄件的精度高、表面粗糙度小、生產率高、性能好；反重力作用下，直澆口成為補縮短通道，澆注溫度的損失小，液態合金在可控的壓力下進行補縮凝固，合金鑄件的澆注系統簡單有效、成品率高、組織緻密；真空低壓消失模鑄造的澆注溫度低，適合於多種有色合金。
3、振動消失模鑄造技術
振動消失模鑄造技術是在消失模鑄造過程中施加一定頻率和振幅的振動，使鑄件在振動場的作用下凝固，由於消失模鑄造凝固過程中對金屬溶液施加了一定時間振動，振動力使液相與固相間產生相對運動，而使枝晶破碎，增加液相內結晶核心，使鑄件最終凝固組織細化、補縮提高，力學性能改善。該技術利用消失模鑄造中現成的緊實振動台，通過振動電機產生的機械振動，使金屬液在動力激勵下生核，達到細化組織的目的，是一種操作簡便、成本低廉、無環境污染的方法。
4、半固態消失模鑄造技術
半固態消失模鑄造技術是消失模鑄造技術與半固態技術相結合的新鑄造技術，由於該工藝的特點在於控制液固相的相對比例，也稱轉變控制半固態成形。該技術可以提高鑄件緻密度、減少偏析、提高尺寸精度和鑄件性能。
5、消失模殼型鑄造技術
消失模殼型鑄造技術是熔模鑄造技術與消失模鑄造結合起來的新型鑄造方法。該方法是將用發泡模具製作的與零件形狀一樣的泡沫塑膠模樣表面塗上數層耐火材料，待其硬化乾燥後，將其中的泡沫塑膠模樣燃燒氣化消失而製成型殼，經過焙燒，然後進行澆注，而獲得較高尺寸精度鑄件的一種新型精密鑄造方法。它具有消失模鑄造中的模樣尺寸大、精密度高的特點，又有熔模精密鑄造中結殼精度、強度等優點。與普通熔模鑄造相比，其特點是泡沫塑膠模料成本低廉，模樣粘接組合方便，氣化消失容易，克服了熔模鑄造模料容易軟化而引起的熔模變形的問題，可以生產較大尺寸的各種合金複雜鑄件
6、消失模懸浮鑄造技術。
消失模懸浮鑄造技術是消失模鑄造工藝與懸浮鑄造結合起來的一種新型實用鑄造技術。該技術工藝過程是金屬液澆入鑄型後，泡沫塑膠模樣氣化，夾雜在冒口模型的懸浮劑（或將懸浮劑放置在模樣某特定位置，或將懸浮劑與EPS一起製成泡沫模樣）與金屬液發生物化反應從而提高鑄件整體（或部分）組織性能。
由於消失模鑄造技術成本低、精度高、設計靈活、清潔環保、適合複雜鑄件等特點，符合新世紀鑄造技術發展的總趨勢，有著廣闊的發展前景。
細晶鑄造
細晶鑄造技術或工藝(FGCP)的原理是通過控制普通熔模鑄造工藝，強化合金的形核機制，在鑄造過程中使合金形成大量結晶核心，並阻止晶粒長大，從而獲得平均晶粒尺寸小於1.6mm的均勻、細小、各向同性的等軸晶鑄件，較典型的細晶鑄件晶粒度為美國標準ASTM0~2級。細晶鑄造在使鑄件晶粒細化的同時，還使高溫合金中的初生碳化物和強化相γ'尺寸減小，形態改善。因此，細晶鑄造的突出優點是大幅度地提高鑄件在中低溫(≤760℃)條件下的低周疲勞壽命，並顯著減小鑄件力學性能數據的分散度，從而提高鑄造零件的設計容限。同時該技術還在一定程度上改善鑄件抗拉性能和持久性能，並使鑄件具有良好的熱處理性能。
細晶鑄造技術還可改善高溫合金鑄件的機加工性能，減小螺孔和刀刃形銳利邊緣等處產生加工裂紋的潛在危險。因此該技術可使熔模鑄件的套用範圍擴大到原先使用鍛件、厚板機加工零件和鍛鑄組合件等領域。在航空發動機零件的精鑄生產中，使用細晶鑄件代替某些鍛件或用細晶鑄造的錠料來做鍛坯已很常見。
短流程
“短流程”鑄造工藝，是用高爐鐵液直接注入電爐中進行升溫和調整成分，經變質處理後澆注鑄件，省去了用生鐵錠再重熔成鐵液的過程，是一種節能、高效、降成本的鑄造生產方法，是鑄造協會重點推廣的最佳化技術之一。
“短流程”工藝在山東等省已經得到了較好的套用，在不久前公布的72家全國優質鑄造生鐵基地試點企業中，採用“短流程”的山東企業達到12家。其為加強鑄造生鐵基地建設，最佳化鑄造產業集群的發展發揮了很大的推進作用，將會促進鑄造業向更高的層次邁進。
砂型鑄造工藝
砂型鑄造是一種以砂作為主要造型材料，製作鑄型的傳統鑄造工藝。
砂型鑄造主要採用重力鑄造工藝：
重力鑄造是指金屬液在地球重力作用下注入鑄型的工藝，也稱澆鑄。廣義的重力鑄造包括砂型澆鑄、金屬型澆鑄、熔模鑄造，泥模鑄造等；窄義的重力鑄造專指金屬型澆鑄。
鑄造工藝書籍
鑄造工藝書籍砂型一般採用重力鑄造，有特殊要求時也可採用低壓鑄造、離心鑄造等工藝。砂型鑄造的適應性很廣，小件、大件，簡單件、複雜件，單件、大批量都可採用。砂型鑄造用的模具，以前多用木材製作，通稱木模。木模缺點是易變形、易損壞；除單件生產的砂型鑄件外，可以使用尺寸精度較高，並且使用壽命較長的鋁合金模具或樹脂模具。雖然價格有所提高，但仍比金屬型鑄造用的模具便宜得多，在小批量及大件生產中，價格優勢尤為突出。此外，砂型比金屬型耐火度更高，因而如銅合金和黑色金屬等熔點較高的材料也多採用這種工藝。但是，砂型鑄造也有一些不足之處：因為每個砂質鑄型只能澆注一次，獲得鑄件後鑄型即損壞，必須重新造型，所以砂型鑄造的生產效率較低；又因為砂的整體性質軟而多孔，所以砂型鑄造的鑄件尺寸精度較低，表面也較粗糙。
鑄件鑄造工藝設計
鑄造工藝設計涉及零件本身工藝設計，澆注系統的設計，補縮系統的設計，出氣孔的設計，激冷系統的設計，特種鑄造工藝設計等內容。
零件本身工藝設計涉及到零件的加工餘量，澆注位置、分型面的選擇，鑄造工藝參數的選擇，尺寸公差，收縮率，起模斜度，補正量，分型負數等的設計。
澆注系統是引導金屬液進入鑄型型腔的通道，澆注系統設計得合理與否，對鑄件的質量影響非常大，容易引起各種類型的鑄造缺陷，比如：澆不足、冷隔、沖砂、夾渣、夾雜、夾砂等等鑄造缺陷。澆注系統的設計包括澆注系統類型的選擇、內澆口位置的選擇及澆注系統各組元截面尺寸的確定。此外，澆注系統的選擇也非常重要，那么怎樣才能選擇正確的澆注系統呢？
對於機械化流水線、大批量生產，為了方便生產並有利於保證鑄件的質量，內澆道一般設定在鑄型的分型面處，根據該鑄件毛坯的澆注位置及分型面的選擇，將內澆道開設在鑄型的分型面處是屬於“中間注入式”澆注系統。液態金屬在澆注過程中難免會包含有一定的“熔渣”，為了提高澆注系統的擋渣能力，適合於採用“封閉式”澆注系統。
在鑄造工藝中，鑄造工藝的設計對鑄造產品的質量影響很大，但是澆注系統的選擇方法的選擇也不容忽視。
補縮系統的設計是合理的設計冒口和補貼，以補償鑄件在凝固過程中產生的液態和凝固態的體收縮，以獲得健全的鑄件的一項工程技術。
出氣孔用於排出型腔內的氣體，改善金屬液填充能力，排除先填充到型腔的過冷金屬液和浮渣，還可作為觀察型腔是否澆滿的的標誌。
鋁液淨化工藝
從電解槽吸出的鋁液中含有各種雜質，因此鑄造之前需要進行淨化。工業上主要採用澄清、熔劑、氣體等淨化方法，也有的試用定向凝固和過濾方法進行淨化,我在國際鑄業網上還看到有一些小方法。
1.熔劑淨化熔劑淨化是利用加入鋁液中的熔劑形成大量的細微液滴，使鋁液中的氧化物被這些液滴濕潤吸附和溶解，組成新的液滴升到表面，冷卻後形成浮渣除去。淨化用的熔劑選用熔點低、密度小，表面張力小、活性大、對氧化渣有很強吸附能力的鹽組成。使用時，先將小塊熔劑裝入鐵籠里，再插入混合爐底部來回攪動，至熔劑化完後取出鐵籠，靜止5~10min.撈出表面浮渣即可澆鑄。根據需要也可將熔劑撤在表面上起覆蓋作用。
2.氣體淨化是一種主要的原鋁淨化法，所用氣體是氯氣、氮氣或氯氮混合氣體。
（1）氯氣淨化。以前採用活性氣體氯氣作淨化劑（氯化法）。在氯化法中，把氯氣通入鋁液內時生成很多異常細小的AlCl3，氣泡，充分地混合在鋁液內。溶解在鋁液中的氫，以及一些機械夾雜物便吸附在AlCl3氣泡上，隨著AlCl3氣泡上升到鋁液表面而排出。通入氯氣時還能使某些比鋁更加負電性的元素氯化，如鈣、鈉、鎂等均因通入氯氣而生成相應的氯化物，得以分離出來。所以氯化法是一種非常有效的原鋁淨化法。氯氣用量為每噸鋁500-700g.但因為氯氣有毒而且比較貴重，為了避免空氣被污染和降低鋁錠生產的成本，故在現代鋁工業上已逐漸廢去了氯化法改成惰性氣體——氮氣淨化法。
（2）氮氣淨化法。又稱為無煙連續淨化法，用氧化鋁球（418mm）作過濾介質。N2直接通入鋁液內。鋁液連續送入淨化爐內，通過氧化鋁球過濾層，並受到氮氣的沖洗，於是鋁液中的非金屬夾雜物以及溶解的氫得以清除，然後連續排出，從而使細微的氮氣泡均勻分布在受處理的鋁液內起到淨化的作用。氮氣對大氣無污染，且淨化處理量大，每分鐘可處理200~600kg鋁液，淨化過程中造成的鋁損失量相對減少，故現在廣泛套用。但它不象氯氣那樣能夠清除鋁液中的鈣、鈉、鎂。
（3）混合氣體淨化法。採用氯氣和氮氣的混合物來淨化鋁液，其作用是一方面脫去氫氣和分離氧化物，另一方面清除鋁中某些金屬雜質（如鎂），常用的組成是90%氮氣+10%氯氣。也有採用10%氯氣+10%二氧化碳+80%氮氣。這樣效果更好，二氧化碳能使氯氣與氮氣很好的擴散，可縮短操作時間。
