铸造技术在向何处进展？

铸造技术在向何处进展？
注：日本素形材杂志Vol45 N06期刊载了中江秀雄教授的题为《铸造技术在向何处进展》的文章。对铸造技术发展历史的经济和最近的技术与产品进行了阐述。铸造是古老技术但并不是现代进步空间很小的技术。CAD.CAM技术对铸造的影响难以估计。现将这篇文章摘要介绍以供参阅。
（一）距今五千年以上的古代，由铸造、锻造开始了金属材料的加工。西安兵马俑出土的铸铜制造的兵马车相当于实物的二分之一大小，制造非常精美。日本奈良250吨重的大佛，是几百年前1250年铸造的。人类发展历史是由石器时代，青铜器时代然后才是铁器时代，现在进入了塑料、铝时代。铸造的历史是铜合金开始，铁、钢、铝等逐步展开的。估计最初的铸件可能是铜和金，因为氧化铜用火烧就可简单的还原，而金有自然金的存在，而这二种金属用火烧就可以熔化，熔化容器的坩埚和铸模是随处都可找到的粘土和砂。铁铸件比铜合金熔化温度高，因而时代就要晚些，铸钢到1812年才开始的，仅有不到200年的历史，这些可能是与熔化温度掌握有关，而铝的应用所以晚，不是由于熔化温度，从铝矾土矿石不经过熔融电解是不行的。铝比铁熔化点低、质量经，耐热性是其最大缺点，因而在高温的场合是不能适应的。但最近在发动机的主要部件缸体的铝合金化有显著的进展，这不是因为提高了铝合金的耐热性，而是冷却技术的进步与铸铁的复合化，以及压铸技术进步的结果。
（二）铸造与外部加工方法比较，最大的优点是可以利用芯子。例如发动机缸体勿论是铸铁还是铸铝都是外部加工方法所无法代替的，如果用外部加工方法加工一个缸体可能需一台汽车的价格。其次是再利用性。地球的资源已经使用了50%以上，今后再利用加重要性将日益增大。由于循环再利用过程，金属基质被污染是再利用的最大问题。而铸造法与塑性加工法比较由于对不纯物的容许量大，今后对铸造法将有更高的评价。再次是铸造适宜于制造大件制品。比如重达369吨的轧机牌坊，铸造以外是难制成的。
(三)新的铸造技术，可举出下述七个方面：
（1）向轻量化挑战，超微细化和超薄壁化。很多采用砂型铸件，在于砂子有适当的耐火性、砂型有使瓦斯通过的通气性、价格便宜、可反复利用，砂型毕竟是原始的，但依然是铸造法的主流。通常砂型的铸造技术，在砂粒空隙（0.1mm）以下是不行。历来代表小型铸件是加牙齿的齿套。中川公司等利用精铸技术试制成音盘，使声音可以再生。野口公司制作出如蚂蚁大小的铸件，用0.7微米的铝氧粉造型用离心铸造，蚂蚁的义眼模样也可以再生出来。这方面铸造的开展会引起新的需求。薄壁化是以压铸为中心而发展起来的，是利用高压的压铸法。例如平均为1.0mm以下音频箱壳就是用1200吨压铸机高速铸造法制造出来的。这种薄壁化的进展会加速铸件取代板金件。在压铸中有效地利用芯子，从而由于中空而达到轻量化的目的。例如增压器的叶轮过去都用重力铸造法生产的，在压铸法上用可旋转的金属芯子的方法开发出中空的叶轮。用压铸法代替重力铸造从而取近净型的产品提高了效益。
（2）复杂形状部件的整体化；铸件一般多用于单体物件，最近已开始向复杂形状的部件发展。例如将蜗轮增压器和排气岐管两种铸件合成整体，用耐热高速钢的减压吸引铸造法而铸成的最薄壁厚只有2mm的整体铸件（见图1）。
（3）铸件焊接：迄今可焊接的都是钢件，最近铸铁件在具表面经过脱碳处理等工艺后也可以焊接了。汽车用的铸件排气歧管和高速钢管焊接在一起，从面解决了由于铸铁件耐热性不足而采用了高速钢管的焊接结构以适应燃烧温度。今后为达到廉价，性能好的目的分别制造焊接到一起的工艺也会有发展。
（4）触变铸造（半熔融铸造）液体固体在共存的状态下用高压方法进行铸造的一种方法。这项技术是以铸铁为中心开展起来的，也在向铝合金方面展开。其利点不仅是熔融温度低，也表现在：A、由于固相的存在凝固潜减从而提高了生产效率。B、冷却速度快使组织细微化从而提高了强度。C、凝固收缩量减少从而提高了铸件的质量。但也有模具寿命低，成型性差等方面的问题。这种方法有利之点也在于凝固时由高压作用可得到高强度高可靠性的物件，由于成本高还不能大幅度应用于生产，但在铸造行业对这种技术今后必将付于相应地位。
（5）RP（快速原型技术）CAD、CAM技术的突飞的发展，对铸造技术也带来大的影响。例如不用木型和砂型对样品（试制品）试行直接铸造。这种技术基本上是立足于印刷的原理（激光和喷墨）。有用树脂包覆铸造砂用激光烧结成型，激光烧型和将砂拉用喷墨型式涂敷成型，也期待有新的RP技术发展。这种技术也可以作成树脂型用类似脱蜡精铸法的技术也在发展。直接用切削的方法也在研讨之中。脱蜡精铸法由于模具成本高，难以用于小批量生产。将石蜡直接用五轴加工中心切削加工用于制造试制品也在开发中。（见图2）消失模法有将聚苯乙烯在模型内发泡和将发泡聚苯乙烯进行机械加工两种方法。前者适用小件、后者适用于大件。特别是后者依靠CAD、CAM技术有了显著进展。重达12.3吨的双吸入漩涡水泵的大型球铁铸件是用三次元CAD图形将发泡的聚苯乙烯在加工中心切削加工后，涂敷上陶磁粒子铸造出业的（见图3）。用于高速钢等低碳钢铸造时为防止聚苯乙烯供应碳素必须涂敷陶磁粒子。
（6）向复合材料方向发展。由于铸造是用熔融金属，适合于金属基复合材料。例如用陶磁、纤维预成型的圆筒型，在其缝隙浸进铝熔液而制成金属基复合材料的缸体。今后这类金属基复合材料铸造技术将有很大影响。
（7）向机能材料方向发展。Nomag非磁铸铁、IMER低膨胀钢都是机能材料铸件。最近半导体行业需要的低热膨胀材料铸铁、也在开发中。空气与金属的复合材料发泡金属，也将占有一席之地。轿车用刹车系统的铸铁件也是一项机能材料，铸铁的减衰能特性有利于轿车的安静环境。
（四）铸造是古老的工艺，但决不是没有进步发展的余地。结合CAD、CAM技术的发展和应用，由批量生产向单个生产、由单纯形状向复杂形状、由金属材料向复合材料、由结构材料向机能材料等方向都在发展，并不以有新技术、新产品出现。