匯智聯恒--2016-2022年全球鑄造產業市場分析與發展前景預測報告匯智聯恒|STYLEREF"1"報告目錄匯智聯恒匯智聯恒20162016-2022年全球鑄造產業市場分析與發展前景預測報告報告目錄TOC\o"1-7"\h\z\u報告目錄 2圖表目錄 6第一章鑄造產業相關概述 9第一節鑄造闡述 9一、鑄造的發展與演進 9二、鑄造的分類 10三、綠色鑄造 11四、鑄造的優點 12第二節鑄造工藝 13一、鑄造工藝的特點及要求 13二、鑄造工藝及流程 15第三節鑄造機械 17一、鑄造機械熔煉設備簡述 17二、鑄造機械的安全技術要求 18第四節鑄造產品材質 19第五節全球鑄造技術發展趨勢 20一、鑄造生產工藝研究 20二、熔模鑄造亨金公式適用性分析 32三、虛擬制造在鑄造生產中的應用趨勢 43四、鑄造溫度對鑄錠質量的影響 50五、壓鑄車間合金熔煉工藝的發展趨勢 51六、模具熱處理技術的走勢 54七、鑄造粘結劑的發展趨勢 55第二章2013-2015年全球鑄造行業整體運營狀況分析 59第一節全球鑄造行業環境淺析 59第二節全球鑄造行業市場發展格局 66一、全球鑄造市場特征分析 66二、全球發達國家鑄造技術發展現狀 68三、全球鑄造市場發展動態分析 74四、市場發展現狀分析 78五、市場競爭格局分析 79六、全球市場發展特點 79第三節美國鑄造產業發展分析 81一、2015年美國鑄造產業發展現狀 81二、美國鑄造產業市場現狀分析 85三、美國鑄造產業發展趨勢分析 86第四節日本鑄造產業發展分析 87一、2015年日本鑄造產業發展現狀 87二、日本鑄造產業市場現狀分析 90三、日本鑄造產業發展趨勢分析 90第五節德國鑄造產業發展分析 91一、德國鑄造產業市場現狀分析 91二、德國鑄造產業發展趨勢分析 92第三章2013-2015年全球金屬鑄造加工行業數據監測分析 94第一節全球金屬鑄造加工行業規模分析 94一、企業數量增長分析 94二、從業人數增長分析 95三、資產規模增長分析 95第二節全球金屬鑄造加工行業結構分析 96一、企業數量結構分析 96二、銷售收入結構分析 97第三節全球金屬鑄造加工行業產值分析 97一、產成品增長分析 97二、工業銷售產值分析 98第四節全球金屬鑄造加工行業成本費用分析 99一、銷售成本統計 99二、銷售費用統計 100第五節全球金屬鑄造加工行業盈利能力分析 101一、主要盈利指標分析 101二、主要盈利能力指標分析 102第四章2013-2015年全球鑄造業供需數據統計分析 103第一節全球鑄件供給數據統計分析 103一、2013-2015年全球鑄件產量數據分析 103二、2013-2015年全球鑄件供給數據分析 104第二節全球鑄件需求數據統計分析 104一、2013-2015年全球鑄件需求數據分析 104二、2013-2015年全球鑄件市場規模分析 105第五章全球鑄造子行業分析 107第一節鋼鐵鑄造業 107一、鑄鐵的生產水平 107二、鑄鐵熔煉技術 108三、鑄鐵件的生產狀況和趨勢 110四、未來的發展方向 114第二節鋁合金鑄造業 115一、鋁合金鑄造種類分析 115二、鑄造鋁合金技術分析 116三、鋁合金鑄造業的發展動向 117第三節鎂合金鑄造業 118一、鎂合金概況 118二、鎂合金鑄造技術研究 121三、鎂合金鑄造方面的發展 124四、全球鎂合金研究現狀及前景展望 129第四節精密鑄造業 130一、熔模精密鑄造業發展現狀 130二、熔模精密鑄造業發展特點 132三、全球精密鑄造設備的發展趨勢 134第五節汽車鑄造業 137一、汽車鑄造業現狀綜述 137二、汽車鑄造技術研究 143三、全球汽車鑄造業面臨的問題及策略 152第六章2013-2015年全球鑄造市場競爭格局透析 155第一節全球鑄造市場競爭格局 155第二節全球鑄造行業重點地區發展透析 155第三節全球鑄造行業競爭趨勢分析 156第七章2013-2015年全球鑄造材料市場透析—耐火材料 158第一節耐火材料相關概述 158一、耐火材料的性能特點 158二、耐火原料的性質 160第二節全球耐火材料產量數據分析 161第三節全球耐火材料分類結構產量數據分析 162第四節2016-2022年全球耐火材料行業發展趨勢 162一、不定型耐火材料的發展趨勢 162二、新型隔熱耐火材料前景 163第八章2013-2015年全球鑄造機械行業運營形勢探析 166第一節全球鑄造機械行業總體發展情況 166第二節全球鑄造機械產量數據分析 166第三節全球鑄造機械細分熱點產品透析 167一、壓鑄機 167二、拋丸機 174第五節2016-2022年全球鑄造機械行業發展前景 182第九章2016-2022年全球鑄造行業發展趨勢與前景展望 184第一節全球鑄造行業發展前景分析 184一、全球鑄造業生產前景分析 184二、全球鑄造業銷售前景分析 185三、全球鑄造業供給前景分析 186第二節全球鑄造產業發展方向分析 187第三節全球鑄造行業市場預測分析 188一、全球鑄造行業市場預測分析 188二、全球鑄造市場需求情況分析 189三、全球鑄造市場銷售收入預測分析 190第四節全球鑄造市場盈利預測分析 191第十章全球鑄造行業投資研究 193第一節全球鑄造行業投資周期分析 193第二節全球鑄造行業投資機會分析 193第三節全球鑄造行業投資風險預警 194圖表目錄TOC\h\z\t"圖表標題"\c圖表1 鑄造生產工藝圖 20圖表2 鑄造成形過程 21圖表3 型砂結構示意圖 22圖表4 整模造型 23圖表5 套管的分模兩箱造型過程 24圖表6 三箱分模造型舉例 25圖表7 角鐵的活塊模造型工藝過程 26圖表8 手輪的挖砂造型的工藝過程 27圖表9 芯盒制芯示意圖 28圖表10 零件、模樣、芯盒與鑄件的關系 29圖表11 常見鑄件缺陷及產生原因 29圖表12 常見鑄件缺陷及其預防措施 30圖表13 熔模鑄件及其直、橫澆道澆注系統的相關數據 36圖表14 熔模鑄件及其直、橫澆道澆注系統的實際設計數值與亨金公式計算值比較數值 36圖表15 內澆口截面模數與鑄件重量、熱節模數的關系 39圖表16 內澆口截面熱模數計算與實際值之比K的分布 40圖表17 橫澆道截面處模數與鑄件重量、熱節模數的關系 41圖表18 橫澆道截面熱模數計算值與實際值之比K的分布 42圖表19 虛擬制造與實際制造系統的關系 44圖表20 仿真分析周數 48圖表21 2014-2017年世界經濟增長趨勢（單位：%） 60圖表22 2014-2017年世界貿易增長趨勢（單位：%） 61圖表23 高衰減制動鼓材料的化學成分及力學性能 72圖表24 新開發的合金與過去用的合金的力學性能比較 73圖表25 2012-2016年1-5月全球鑄造行業市場規模 78圖表26 2015年美國鑄造廠按合金分類的數量（單位：家） 82圖表27 2015年美國鑄造廠按工藝分類的數量（單位：家） 83圖表28 2015年美國鑄造廠按地圖分類的數量（單位：家） 84圖表29 2015年美國鑄造廠按增值服務分類的數量（單位：家） 84圖表30 2015年美國鑄造廠按制芯工藝分類的數量（單位：家） 85圖表31 2012-2016年1-5月美國鑄造行業產量 85圖表32 2016-2023年美國鑄造行業產量預測 86圖表33 2012-2016年1-5月日本鑄造行業產量 90圖表34 2016-2023年日本鑄造行業產量預測 90圖表35 2012-2016年1-5月德國鑄造行業產量 91圖表36 2016-2023年德國鑄造行業產量預測 92圖表37 2012-2016年1-5月全球鑄造行業規模以上企業數量 94圖表38 2012-2016年1-5月全球鑄造行業從業人數 95圖表39 2012-2016年1-5月全球鑄造行業資產規模 95圖表40 2012-2016年1-5月全球鑄造行業企業數量結構分析（單位：家） 96圖表41 2012-2016年1-5月全球鑄造行業銷售收入結構分析（單位：億美元） 97圖表42 2012-2016年1-5月全球鑄造行業產成品 97圖表43 2012-2016年1-5月全球鑄造行業工業銷售產值 98圖表44 2012-2016年1-5月全球鑄造行業銷售成本總額分析 99圖表45 2012-2016年1-5月全球鑄造行業銷售費用 100圖表46 2012-2016年1-5月全球鑄造行業利潤總額 101圖表47 2014-2016年1-5月全球鑄造行業盈利能力指標分析表 102圖表48 2012-2016年1-5月全球鑄造行業產量 103圖表49 2012-2016年1-5月全球鑄造行業供給量 104圖表50 2012-2016年1-5月全球鑄造行業需求量 105圖表51 2012-2016年1-5月全球鑄造行業市場規模 105圖表52 2015年全球鑄造行業主要國家生產量占比 155圖表53 2012-2016年1-5月全球耐火材料產量 161圖表54 2015年全球耐火材料分類產品產量分析 162圖表55 2012-2016年1-5月全球鑄造機械行業產量 166圖表56 2016-2023年全球鑄造機械行業產量預測 182圖表57 2016-2023年全球鑄造行業產量預測 184圖表58 2016-2023年全球鑄造行業銷售量預測 185圖表59 2016-2023年全球鑄造行業供給量預測 186圖表60 2016-2023年全球鑄造行業市場規模預測 188圖表61 2016-2023年全球鑄造行業需求量預測 189圖表62 2016-2023年全球鑄造行業銷售收入預測 190圖表63 2016-2023年全球鑄造行業利潤預測 191版權申明本報告是北京匯智聯恒咨詢有限公司的研究成果。本報告內所有數據、觀點、結論的版權均屬北京匯智聯恒咨詢有限公司擁有。未經北京匯智聯恒咨詢有限公司的明確書面許可，任何人不得以全文或部分形式（包含紙制、電子等）傳播。不可斷章取義或增刪、曲解本報告內容。北京匯智聯恒咨詢有限公司對其獨立研究或與其他機構共同合作的所有研究數據、研究技術方法、研究模型、研究結論及衍生服務產品擁有全部知識產權，任何人不得侵害和擅自使用。本報告及衍生產品最終解釋權歸北京匯智聯恒咨詢有限公司所有。免責聲明本報告所載資料的來源及觀點的出處皆被北京匯智聯恒咨詢有限公司認為可靠，但北京匯智聯恒咨詢有限公司對這些信息本身的準確性和完整性不作任何保證。盡管北京匯智聯恒咨詢有限公司相信本報告的研究和分析成果是準確的并體現了行業發展趨勢，但所有閱讀本報告的讀者在確定相關的經營和投資決策前應尋求更多的行業信息作為依據。讀者須明白，本報告所載資料、觀點及推測僅反映北京匯智聯恒咨詢有限公司于最初發布此報告時的判斷，北京匯智聯恒咨詢有限公司可能會在此之后發布與此報告所載資料不一致及有不同觀點和推測的報告。北京匯智聯恒咨詢有限公司不對因使用此報告的材料而引致的損失負任何法律責任。第一章鑄造產業相關概述第一節鑄造闡述一、鑄造的發展與演進鑄造：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．鑄造是現代裝置制造工業的基礎工藝之一。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。鑄造是指將固態金屬熔化為液態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）早期中國商朝的重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產品。早期的鑄件大多是農業生產、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展的，受陶器的影響很大。發展中國在公元前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鑄鐵件。鑄鐵件的出現，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世紀的工業革命以后，蒸汽機、紡織機和鐵路等工業興起，鑄件進入為大工業服務的新時期，鑄造技術開始有了大的發展。近代進入20世紀，鑄造的發展速度很快，其重要因素之一是產品技術的進步，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，并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，指導鑄造生產。二、鑄造的分類鑄造分類主要有砂型鑄造和特種鑄造2大類。1普通砂型鑄造，利用砂作為鑄模材料，又稱砂鑄，翻砂，包括濕砂型、干砂型和化學硬化砂型3類，但并非所有砂均可用以鑄造。好處是成本較低，因為鑄模所使用的沙可重復使用；缺點是鑄模制作耗時，鑄模本身不能被重復使用，須破壞后才能取得成品。1.1砂型（芯）鑄造方法：濕型砂型、樹脂自硬砂型、水玻璃砂型、干型和表干型、實型鑄造、負壓造型。1.2砂芯制造方法：是根據砂芯尺寸、形狀、生產批量及具體生產條件進行選擇的。在生產中，從總體上可分為手工制芯和機器制芯。2特種鑄造，按造型材料又可分為以天然礦產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、連續鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等）兩類。2.1金屬模鑄造法利用熔點較原料高的金屬制作鑄模。其中細分為重力鑄造法、低壓鑄造法和高壓鑄造法。受制于鑄模的熔點，可被鑄造的金屬也有所限制。2.2脫蠟鑄造法這方法可以為外膜鑄造法和固體鑄造法。先以蠟復制所需要鑄造的物件，然后浸入含陶瓷（或硅溶膠）的池中并待乾，使以蠟制的復制品覆上一層陶瓷外膜，一直重復步驟直到外膜足以支持鑄造過程(約1/4寸到1/8寸)，然后熔解模中的蠟，并抽離鑄模。其后鑄模需要多次加以高溫，增強硬度后方可用以鑄造。此方法具有良好的準確性，更可用作高熔點金屬(如鈦)的鑄造。但由于陶瓷價格頗高，而且制作需要多次加熱和復雜，故成本頗為昂貴。三、綠色鑄造隨著全球國民經濟的發展方式向調整優化結構、注重效益環保、提升產業層次政策的轉變，鑄造行業的轉型跨越發展也勢在必然，基于循環經濟模式的綠色、環保、節能型鑄造企業將是今后的發展方向。隨著近年來全球對鑄造行業環保執法力度的日漸加強，迫使發熱冒口廠家業開始重視環保技術，重視鑄造煙塵治理、污水凈化、廢砂廢渣利用，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。抓緊發熱冒口廠家鑄造業的技術改造，努力提高鑄件質量檔次，生產高性能的大型機械裝備用鑄件是當務之急。同時，應大力宣傳、推廣節能降耗、綠色鑄造，清潔生產。這不僅是企業節能降耗提高產品質量、減少污染、降低成本和提高效益所必需的，也是沖破工業發達國家設置的綠色壁壘，穩固地占領國際大市場的重要途徑。在綠色發展的大環境下，一些有遠見的企業家主動斥巨資進行清潔生產技改和開發“綠色”鑄造產品，并推行國際化企業標準，足以可見提高鑄件質量，推行綠色鑄造是未來鑄造行業的發展趨勢。四、鑄造的優點1、優點：(1)可制成形狀復雜、特別是具有復雜內腔的毛坯，如箱體、氣缸體等。(2)適應范圍廣。(3)鑄造可直接利用成本低廉的廢機件和切屑，設備費用較低。(4)鑄件的尺寸與質量幾乎不受限制。(5)鑄件的形狀、尺寸與零件很接近，因而減少了切削加工的工作量，可節省大量金屬材料。2、缺點(1)生產工序繁多、工藝過程較難控制、鑄件易產生缺陷。(2)鑄件的尺寸均一性差，尺寸精度低，(3)和相同形狀、尺寸的鍛件比，紅外碳硫儀鑄件的內在質量差，承載能力不及鍛件。(4)工作環境差，溫度高、粉塵多，勞動強度大。第二節鑄造工藝一、鑄造工藝的特點及要求成型工藝1.重力澆鑄：砂鑄，硬模鑄造。依靠金屬自身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（使液態金屬成為固態鑄件的容器）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，按使用次數可分為一次性型、半永久型和永久型，鑄型準備的優劣是影響鑄件質量的主要因素；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，使澆進鑄型的金屬，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量為目的的各種檢查測試，液態金屬在達到各項規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。優點：1、可以生產形狀復雜的零件，尤其是復雜內腔的毛坯；2、適應性廣，工業常用的金屬材料均可鑄造，幾克到幾百噸；3、原材料來源廣，價格低廉，如廢鋼、廢件、切屑等；4、鑄件的形狀尺寸與零件非常接近，減少了切削量，屬于無切削加工；5、應用廣泛，農業機械中40%~70%、機床中70%~80%的重量都是鑄件。缺點：1、機械性能不如鍛件，如組織粗大，缺陷多等；2、砂型鑄造中，單件、小批量生產，工人勞動強度大；3、鑄件質量不穩定，工序多，影響因素復雜，易產生許多缺陷。鑄造的缺陷對鑄件質量有著重要的影響，因此，為選擇鑄造合金和鑄造方法打好基礎，應從鑄件的質量入手，并結合鑄件主要缺陷的形成與防治。鑄造是比較經濟的毛坯成形方法，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。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的方法，借熱處理可以改變或影響鑄鐵的組織及性質，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由熱處理而發生變化或者也不應該發生改變的，第二則是基本的組織結構發生變化者。第一熱處理程序，主要用于消除內應力，而此內應力系在鑄造過程中由于冷卻狀況及條件不同而引起。組織、強度及其他機械性質等，不因熱處理而發生明顯變化。對于第二類熱處理而言，基地組織發生了明顯的改變，可大致分為五類：(1)軟化退火：其目的主要在于分解碳化物，將其硬度降低，而提高加工性能，對于球墨鑄鐵而言，其目的在于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能。(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生激烈的改變。(6)表面鑄造的缺陷處理：可有時我們的缺陷沒有很多，就不必要投入較大的成本，我們用一些修補劑就可以修補好的，方便簡單，例如鐵質材料的，我們可以用（勁素成）JS902修補一下就可以了，用不完可以放到以后再用，這樣可以為我們的廠家節省成本，讓我們的鑄造廠家把更多的資金投入到提高產品本身質量上，讓使用者創造更多的財富。二、鑄造工藝及流程隨著科技的進步與鑄造業的蓬勃發展，不同的鑄造方法有不同的鑄型準備內容。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，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式混砂機。后者是專為混合化學自硬砂設計的，連續混合，混砂速度快。造型、造芯是根據鑄造工藝要求，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里，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、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造方便條件。有些鑄件因特殊要求，還要經鑄件后處理，如熱處理、整形、防銹處理、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。鑄件自澆注冷卻的鑄型中取出后，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拋丸機、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，應盡量考慮到為落砂清理創造方便條件。有些鑄件因特殊要求，還要經鑄件后處理，如熱處理、整形、防銹處理、粗加工等。鑄造是比較經濟的毛坯成形方法，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。因此在機器制造業中用鑄造方法生產的毛坯零件，在數量和噸位上迄今仍是最多的。鑄造生產經常要用的材料有各種金屬、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、污染環境。鑄造生產會產生粉塵、有害氣體和噪聲對環境的污染，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。鑄造產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復自然環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，冶煉新工藝和新設備將相應出現。鑄造生產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方面發展，以擴大對不同批量和多品種生產的適應性。節約能源和原材料的新技術將會得到優先發展，少產生或不產生污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無損探傷、應力測定方面，將有新的發展。第三節鑄造機械一、鑄造機械熔煉設備簡述鑄造是現代機械制造工業的基礎工藝之一。鑄造作為一種金屬熱加工工藝，在我國發展逐步成熟。鑄造機械就是利用這種技術將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進鑄型里，經冷卻凝固、清整處理后得到有預定形狀、尺寸和性能的鑄件的能用到的所有機械設備，又稱鑄造設備。鑄造機械一般按造型方法來分類，習慣上分為普通砂型鑄造和特種鑄造。普通砂型鑄造包括濕砂型、干砂型、化學硬化砂型鑄造三類。特種鑄造按造型材料的不同，又可分為兩大類：一類以天然礦產砂石作為主要造型材料，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；一類以金屬作為主要鑄型材料，如金屬型鑄造、離心鑄造、連續鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造等。鑄造設備1、混砂機：用于混制型砂或芯砂的鑄造設備。混砂機一般具有下列功能：將舊砂﹑新砂﹑型砂黏結劑和輔料混合均勻。2、落砂機：利用振動和沖擊使鑄型中的型砂和鑄件分離的鑄造設備。落砂機的振動源分為機械﹑電磁和氣動。3、拋丸機：利用拋丸器拋出的高速彈丸清理或強化鑄件表面的鑄造設備。拋丸機能同時對鑄件進行落砂﹑除芯和清理。4、制芯機：用于制造型芯的鑄造設備。安制芯工藝分：自硬砂制芯設備、熱芯合制芯機、覆膜砂制芯機、冷芯合制芯機。5、造型機：用于制造砂型的鑄造設備。它的主要功能是：填砂，將松散的型砂填入砂箱中，緊實型砂。6、澆注機：為將液態金屬引入鑄型型的設備。7、自硬砂造型生產線，包括：連續式混砂機、振實臺、運輸小車、表面烘干窯、翻轉起模機、合箱機。二、鑄造機械的安全技術要求鑄造機械包括混砂機、輸送設備、清理機和各種造型機等，是現代機械化鑄造生產中不可缺少的基礎設備。鑄造機械的控制系統較為復雜，除了一般的電氣控制系統外，還有氣動控制系統和液壓控制系統。有的鑄造機械要同時采用上述3種控制系統，這給維修和操作都帶來一定的難度。在生產過程中，稍有不慎，除了會引起常見的機械事故外，還伴有擠壓傷害、觸電事故和環境污染等。鑄造機械的通用安全技術要求：(1)鑄造機械要求基礎堅實無裂紋，地腳螺栓牢固可靠。(2)整臺(套)設備管路有良好的密封性能，沒有明顯的漏油、漏氣現象。(3)防護裝置安全可靠。鑄造機械外露傳動部分除按一般設備加裝防護外，還要求有防止揮發性原料擴散的防護裝置和防止型砂和對象跌落的圍裙型金屬擋板防護裝置，所有防護裝置均要體現有效性。(4)控制系統清晰靈敏。要求控制系統安裝位置合理，便于操作和維修;同時要求系統內各種儀表、指示燈、操作按鈕設置合理、表示明確、清晰可見、靈敏有效。(5)除塵設施完好有效。每臺(套)設備必須要有排除粉塵和有毒有害氣體設施，并要求完好有效。(6)防護罩門電氣聯鎖。封閉狀態下生產的工序，除要求有良好的密閉防護外，還要求防護罩門安裝電氣聯鎖裝置。(7)取砂樣門大小合理。封閉狀態下生產的工序，要求在設備的適當的位置留有專用取樣小門，并要求取樣門大小合理，以保證手不能伸入機內為宜。第四節鑄造產品材質鑄造材質分類大匯總1、鋼：一般分為35號鋼、45號鋼和普通碳鋼。2、球鐵：（QT）一般分：QT400、QT700。3、灰鐵：（HT）一般分：HT200、HT250。4、銅：磷銅、紅銅、紫銅、青銅、黃銅、光亮銅、銅屑、鈹銅、馬達銅、鍍白銅。5、不銹鋼：304不銹鋼、316不銹鋼、301不銹鋼、201不銹鋼等。6、鋅：鋅合金、鋅渣、粗鋅、破碎錘、回爐鋅等。7、錫：無鉛焊錫、錫渣、錫條、錫線、錫膏、錫灰等。8、鋁：鋁合金、鋁線、鋁皮鋁板、鋁錠、生鋁、熟鋁、鋁箱等。9、鐵：沖壓鐵、生鐵（灰鐵）、馬達鐵、不銹鐵、鐵邊料等。10、貴金屬：鎳、鈦、鉻、銠、鉬、鈷粉、鍍金、鍍銀、鎢絲、鉆頭、鎢鋼刀具。11、鑄造材料：中性打爐料、堿性打爐料、酸性打爐料、爐襯修補料、鋁礬土砂（粉）、鎂砂（粉）、石英砂（粉）、莫來石砂（粉）、棕剛玉砂（粉）、鑄鋼鑄鐵覆蓋劑、除渣劑、粘結劑、脫模劑、FNC系列鑄鐵、鑄鋼、消失模、金屬型、及離心鑄造用涂料、FNS系列鑄鋼、鑄鐵、消失模、砂型及金屬型鑄造用涂料等。12、特種耐火材料：粘土磚、高鋁磚、莫來石轉、鋼包轉、保溫磚、耐磨磚、耐酸轉、尖晶石轉、爐襯搗打料、鋼包鐵液包澆注料、低水泥澆注料、鋼纖維澆注料、耐磨耐火澆注料、高強耐磨澆注料、高鋁澆注料等各種不定性耐火材料。第五節全球鑄造技術發展趨勢一、鑄造生產工藝研究鑄造生產是一個復雜的多工序組合的工藝過程，它包括以下主要工序：1）生產工藝準備，根據要生產的零件圖、生產批量和交貨期限，制定生產工藝方案和工藝文件，繪制鑄造工藝圖。鑄造生產工藝圖資料整理：匯智聯恒2）生產準備，包括準備熔化用材料、造型制芯用材料和模樣、芯盒、砂箱等工藝裝備；3）造型與制芯；4）熔化與澆注；5）落砂清理與鑄件檢驗等主要工序。成形原理鑄造生產是將金屬加熱熔化，使其具有流動性，然后澆入到具有一定形狀的鑄型型腔中，在重力或外力（壓力、離心力、電磁力等）的作用下充滿型腔，冷卻并凝固成鑄件（或零件）的一種金屬成形方法。鑄造成形過程資料整理：匯智聯恒鑄件一般作為毛坯經切削加工成為零件。但也有許多鑄件無需切削加工就能滿足零件的設計精度和表面粗糙度要求，直接作為零件使用。型砂的性能及組成1、型砂的性能型砂（含芯砂）的主要性能要求有強度、透氣性、耐火度、退讓性、流動性、緊實率和潰散性等。2、型砂的組成型砂由原砂、粘接劑和附加物組成。鑄造用原砂要求含泥量少、顆粒均勻、形狀為圓形和多角形的海砂、河砂或山砂等。鑄造用粘接劑有粘土（普通粘土和膨潤土）、水玻璃砂、樹脂、合脂油和植物油等，分別稱為粘土砂，水玻璃砂、樹脂砂、合脂油砂和植物油砂等。為了進一步提高型（芯）砂的某些性能，往往要在型（芯）砂中加入一些附加物，如煤粉、鋸末、紙漿等。型砂結構，如下圖所示。型砂結構示意圖資料整理：匯智聯恒工藝特點鑄造是生產零件毛坯的主要方法之一，尤其對于有些脆性金屬或合金材料（如各種鑄鐵件、有色合金鑄件等）的零件毛坯，鑄造幾乎是唯一的加工方法。與其它加工方法相比，鑄造工藝具有以下特點：1）鑄件可以不受金屬材料、尺寸大小和重量的限制。鑄件材料可以是各種鑄鐵、鑄鋼、鋁合金、銅合金、鎂合金、鈦合金、鋅合金和各種特殊合金材料；鑄件可以小至幾克，大到數百噸；鑄件壁厚可以從0．5毫米到1米左右；鑄件長度可以從幾毫米到十幾米。2）鑄造可以生產各種形狀復雜的毛坯，特別適用于生產具有復雜內腔的零件毛坯，如各種箱體、缸體、葉片、葉輪等。3）鑄件的形狀和大小可以與零件很接近，既節約金屬材料，又省切削加工工時。4）鑄件一般使用的原材料來源廣、鑄件成本低。5）鑄造工藝靈活，生產率高，既可以手工生產，也可以機械化生產。鑄件的手工造型手工造型的主要方法砂型鑄造分為手工造型（制芯）和機器造型（制芯）。手工造型是指造型和制芯的主要工作均由手工完成；機器造型是指主要的造型工作，包括填砂、緊實、起模、合箱等由造型機完成。泊頭鑄造工量具友介紹手工造型的主要方法：手工造型因其操作靈活、適應性強，工藝裝備簡單，無需造型設備等特點，被廣泛應用于單件小批量生產。但手工造型生產率低，勞動強度較大。手工造型的方法很多，常用的有以下幾種：1．整模造型對于形狀簡單，端部為平面且又是最大截面的鑄件應采用整模造型。整模造型操作簡便，造型時整個模樣全部置于一個砂箱內，不會出現錯箱缺陷。整模造型適用于形狀簡單、最大截面在端部的鑄件，如齒輪坯、軸承座、罩、殼等（如下圖）。整模造型資料整理：匯智聯恒2．分模造型當鑄件的最大截面不在鑄件的端部時，為了便于造型和起模，模樣要分成兩半或幾部分，這種造型稱為分模造型。當鑄件的最大截面在鑄件的中間時，應采用兩箱分模造型（如下圖），模樣從最大截面處分為兩半部分（用銷釘定位）。造型時模樣分別置于上、下砂箱中，分模面（模樣與模樣間的接合面）與分型面（砂型與砂型間的接合面）位置相重合。兩箱分模造型廣泛用于形狀比較復雜的鑄件生產，如水管、軸套、閥體等有孔鑄件。套管的分模兩箱造型過程資料整理：匯智聯恒鑄件形狀為兩端截面大、中間截面小，如帶輪、槽輪、車床四方刀架等，為保證順利起模，應采用三箱分模造型（如下圖）。此時分模面應選在模樣的最小截面處，而分型面仍選在鑄件兩端的最大截面處，由于三箱造型有兩個分型面，降低了鑄件高度方向的尺寸精度，增加了分型面處飛邊毛刺的清整工作量，操作較復雜，生產率較低，不適用于機器造型，因此，三箱造型僅用于形狀復雜、不能用兩箱造型的鑄件生產。三箱分模造型舉例資料整理：匯智聯恒3．活塊模造型鑄件上妨礙起模的部分（如凸臺、筋條等）做成活塊，用銷子或燕尾結構使活塊與模樣主體形成可拆連接。起模時先取出模樣主體，活塊模仍留在鑄型中，起模后再從側面取出活塊的造型方法稱為活塊模造型（如下圖）。活塊模造型主要用于帶有突出部分而妨礙起模的鑄件、單件小批量、手工造型的場合。如果這類鑄件批量大，需要機器造型時，可以用砂芯形成妨礙起模的那部分輪廓。角鐵的活塊模造型工藝過程資料整理：匯智聯恒4．挖砂造型當鑄件的外部輪廓為曲面（如手輪等）其最大截面不在端部，且模樣又不宜分成兩半時，應將模樣做成整體，造型時挖掉妨礙取出模樣的那部分型砂，這種造型方法稱為挖砂造型。挖砂造型的分型面為曲面，造型時為了保證順利起模，必須把砂挖到模樣最大截面處（如下圖）。由于是手工挖砂，操作技術要求高，生產效率低，只適用于單件、小批量生產。手輪的挖砂造型的工藝過程資料整理：匯智聯恒手工制芯型芯用來形成鑄件內部空腔或局部外形。由于型芯的表面被高溫金屬液包圍，長時間受到浮力作用和高溫金屬液的烘烤作用；鑄件冷卻凝固時，砂芯往往會阻礙鑄件自由收縮；砂芯清理也比較困難。因此造芯用的芯砂要比型砂具有更高的強度、透氣性、耐高溫性、退讓性和潰散性。手工制芯由于無需制芯設備，工藝裝備簡單，應用得很普遍。根據砂芯的大小和復雜程度，手工制芯用芯盒有整體式芯盒、對開式芯盒和可拆式芯盒，如下圖所示。芯盒制芯示意圖資料整理：匯智聯恒零件、模樣、芯盒與鑄件的關系模樣用來形成鑄件的外部輪廓，芯盒用來制作砂芯，形成鑄件的內部輪廓。造型時分別用模樣和芯盒制作鑄型和型芯。下圖分別表示零件、模樣、芯盒和鑄件的關系。制造模樣和芯盒所選用的材料，與鑄件大小、生產規模和造型方法有關。單件小批量生產、手工造型時常用木材制作模樣和芯盒，大批量生產、機器造型時常用金屬材料（如鋁合金、鑄鐵等）或硬塑料制作模樣和芯盒。零件、模樣、芯盒與鑄件的關系資料整理：匯智聯恒鑄造鑄件常見缺陷分析鑄造工藝過程復雜，影響鑄件質量的因素很多，往往由于原材料控制不嚴，工藝方案不合理，生產操作不當，管理制度不完善等原因，會使鑄件產生各種鑄造缺陷。常見的鑄件缺陷名稱、特征和產生的原因，見下表。常見鑄件缺陷及產生原因資料整理：匯智聯恒常見鑄件缺陷及其預防措施資料整理：匯智聯恒鑄造鑄件金屬液的澆注生產中，澆注時應遵循高溫出爐，低溫澆注的原則。因為提高金屬液的出爐溫度有利于夾雜物的徹底熔化、熔渣上浮，便于清渣和除氣，減少鑄件的夾渣和氣孔缺陷；采用較低的澆注溫度，則有利于降低金屬液中的氣體溶解度、液態收縮量和高溫金屬液對型腔表面的烘烤，避免產生氣孔、粘砂和縮孔等缺陷。因此，在保證充滿鑄型型腔的前提下，盡量采用較低的澆注溫度。把金屬液從澆包注入鑄型的操作過程稱為澆注。澆注操作不當會引起澆不足、冷隔、氣孔、縮孔和夾渣等鑄造缺陷，和造成人身傷害。為確保鑄件質量、提高生產率以及做到安全生產，澆注時應嚴格遵守下列操作要領：（1）澆包、澆注工具、爐前處理用的孕育劑、球化劑等使用前必須充分烘干，烘干后才能使用。（2）澆注人員必須按要求穿好工作服，并配戴防護眼鏡，工作場地應通暢無阻。澆包內的金屬液不宜過滿，以免在輸送和澆注時溢出傷人。（3）正確選擇澆注速度，即開始時應緩慢澆注，便于對準澆口，減少熔融金屬對砂型的沖擊和利于氣體排出；隨后快速澆注，以防止冷隔；快要澆滿前又應緩慢澆注，即遵循慢、快、慢的原則。（4）對于液態收縮和凝固收縮比較大的鑄件，如中、大型鑄鋼件，澆注后要及時從澆口或冒口補澆。（5）澆注時應及時將鑄型中冒出的氣體點燃順氣，以免由于鑄型憋氣而產生氣孔，以及由于氣體的不完全燃燒而損害人體健康和污染空氣。二、熔模鑄造亨金公式適用性分析對工藝成熟的熔模鑄件澆注系統數據進行數理統計分析，檢驗了亨金法及其修正公式在實際直澆道、橫澆道澆注系統設計中的適用性，并表明修正公式更符合實際的生產情況。一．熔模鑄造澆注系統設計簡介熔模鑄造作為一種復雜的多因素交互作用的生產過程，其工藝設計涉及的內容很多，其中澆注系統的設計和計算是核心部分，它直接影響到鑄件的質量和工藝出品率。在鑄造過程中，澆注系統不僅起著充填金屬的作用，而且影響著鑄件的凝固、收縮和冷卻時的溫度場。熔模鑄造澆注系統設計的主要內容是確定澆注系統結構形式，澆口杯、直澆道、橫澆道、內澆口、冒口各單元的安裝位置、形狀、尺寸，蠟模組裝方式及件數等。設計時需要考慮的因素很多，包括零件的質量的要求(致密度、晶粒度等)，鑄件結構特點(尺寸、重量、壁厚和形狀復雜程度等)，合金種類等；此外，生產經驗也要充分重視，所以澆注系統設計是一項綜合性的技術問題，其主要目的就是保證鑄件的質量、盡可能高的工藝出品率和制造的便利。國內澆注系統的設計和計算一直是工藝設計的薄弱環節，還沒有一種公認的行之有效的設計方法。雖然總結出一些用于熔模鑄造澆注系統設計的方法，但人們對這些方法的設計結果與實際情況的偏差程度缺乏了解，如比例法、當量熱節法、亨金法、澆口杯補縮容量法、澆注系統確定參考圖法等。現在國內多數工廠熔模鑄件澆注系統的尺寸是憑借設計人員的經驗確定的，對一般的小鑄件都不進行詳細計算，而對熱節較明顯或較大的鑄件，也只是根據熱節圓的尺寸按照一個粗略的比例來估計內澆道、直澆道及橫澆道的截面尺寸，很少根據模數的概念來分析澆注系統，直接影響了鑄件的質量和工藝出品率，因此有必要根據實際的生產情況對已總結出來的一些計算方法進行適用性分析，使其能在實際的澆注系統設計中發揮積極的指導作用。二．亨金公式及其修正1．亨金公式前面提到的設計計算方法都是通過數學公式和曲線來量化各種因素之間的相互關系，其中既有理論的推導，也有實際經驗的總結，但都做了一定的簡化，對于澆注系統的設計具有一定的指導意義。其中亨金法較全面地考慮了影響補縮的因素，可計算出直澆道、橫澆道、內澆道的尺寸。為使鑄件獲得補縮，內澆口應設在鑄件熱節處，以保證在金屬液凝固時，內澆口比熱節處晚凝固，而澆道又比內澆口晚冷，從而利用澆道中的金屬液補縮鑄件。前蘇聯學者亨金用不同鑄件做試驗，分析了內澆口截面的熱模數Mg(mm)、與鑄件熱節處的熱模數Mc(mm)、直澆道截面的熱模數Ms(mm)、單個鑄件重量Q(g)和內澆口長度Lg(mm)的函數關系，最后歸納出亨金公式：式中Kh－比例系數，中碳鋼Kh≈2；硅黃銅Kh≈1.8；鋁硅合金Kh≈1.6。這種單一直澆道的鑄件組，它最大允許的鑄件數量為：式中：r──合金的密度(g/cm3)；Fs──直澆道截面積(cm2)；H──直澆道高度(cm)；β──合金的體收縮系數,中碳鋼β≈4%公式(1)、(2)即為亨金公式。一般工廠直澆道尺寸已標準化。利用式(1)可計算出鑄件內澆口截面熱模數，從而得到內澆口具體尺寸。2．亨金修正公式由于亨金公式與國內精鑄廠的實際生產情況有較大的差異，因此清華大學精鑄組曾根據從二汽和洛拖收集的直澆道澆注系統數據將亨金公式修正為：該修正公式是一個經驗公式，適用于一般碳鋼精鑄件，較適合范圍是：鑄件重量10~2000g；鑄件熱節處熱模數2~6mm；內澆口截面熱模數2.5~7mm；內澆口長度8~14mm；直澆道截面熱模數7~12mm。以上都是針對直澆道，對于橫澆道澆注系統，一般用以下公式計算橫澆道截面橫數Mk；三.亨金法及修正公式的適用性分析本組曾收集了大量實際生產中澆注系統的數據，對比例系數法，當量熱節法，參考圖法，亨金法進行過分析、修正，其中當量熱節法和亨金法還是適用的。但以往收集的數據是針對直澆道澆注系統的，鑄件重量較小，使用的材質是碳鋼，所用工藝是水玻璃型殼，因此分析出的結果還有一定的局限性。隨著我國熔模鑄造的發展，許多廠家大量采用了橫澆道，使用硅溶膠型殼，材質也不只碳鋼，還有不銹鋼等其他鋼種。因此本文從這類廠家收集了直澆道、橫澆道澆注系統的數據，進一步分析亨金公式的適用性。1．數據收集及計算石家莊冀臺精鑄廠是一家以生產出口精鑄件為主的企業，有兩個分廠，月產約為200~220噸，主要出口到美國、日本、德國；該企業的技術人員力量比較雄厚，具有較豐富的設計經驗，且工藝出品率較高。因此從石家莊冀臺精鑄廠收集了大量熔模鑄件及其直、橫澆道澆注系統的相關數據，鑄件多為耐壓件，因此一般無縮孔、縮松等缺陷，其澆注系統工藝已比較成熟。數據基本情況見下表，下表為部分橫澆道澆注系統的有關數據。所收集的數據量比較大，也比較有代表性。該廠工藝與大多數硅溶液膠型殼熔模鑄造廠相似，因此分析結果具有一定的指導意義。熔模鑄件及其直、橫澆道澆注系統的相關數據資料整理：匯智聯恒熔模鑄件及其直、橫澆道澆注系統的實際設計數值與亨金公式計算值比較數值資料整理：匯智聯恒2．直澆道亨金公式的適用性分析本組曾對直澆道亨金公式進行過適用性分析，并利用所收集的數據采用多元回歸分析修正了亨金公式，但所收集的鑄件90%質量都在0.5kg以下,且都是水玻璃型殼.下面用亨金公式(1)和修正公式(3)計算內澆口截面模數,并與實際數值進行比較。將所有鑄件熱節處的熱模數和內澆口截面熱模數關系、鑄件重量和內澆口截面熱模數關系分別擬合成圖1所示的曲線。1-實際值2-修正亨金公式計算值3-亨金公式計算值圖1內澆口截面模數與鑄件重量、熱節模數的關系本次收集的直澆道澆注系統數據較少，僅對亨金修正公式進行一般性驗證，確定其在其他情況下是否還具有指導意義。根據以上曲線分析，可以看出內澆口截面模數的實際值與計算值均隨著鑄件熱節模數的遞增而遞增。三者的趨勢是基本一致的。但相比之下修正公式的計算值與實際值更加接近。3．橫澆道亨金公式的適用性分析(1)內澆道截面模數計算公式的分析將公式(1)、(3)分別代入公式(4)，推導出兩個關于橫澆道澆注系統的內澆口截面模數計算公式：由亨金公式推導：由修正公式推導式中：公式的含義同式(1)、(4)。利用計算機將全部135個熔模鑄件實際使用的橫澆道澆注系統和公式(5)、公式(6)計算的數值進行比較。將所有鑄件熱節處的熱模數和內澆口截面熱模數關系、鑄件重量和內澆口截面熱模數關系分別擬合成下圖所示的曲線。內澆口截面模數與鑄件重量、熱節模數的關系資料整理：匯智聯恒根據以上曲線分析，可得出以下一些結論：①熔模鑄件內澆口截面處模數的實際值與公式(5)、公式(6)的計算值均隨著鑄件重量、鑄件熱節模數的遞增而遞增。三者的趨勢是一致的。②相比之下公式(6)的計算值與實際值更加吻合。曲線顯示公式(6)的計算值在整個鑄件重量范圍內都與實際值非常接近，而且在鑄件熱節模數為2~5mm時同樣是比較接近實際值的，但當鑄件熱節模數大于5mm時，則隨著熱節模數增加，其與實際值的偏差有增大的趨勢。利用數理統計方法進一步分析計算值與實際值的偏差。下圖是分別用公式(5)、公式(6)的計算值與實際值的比值K為橫坐標，縱坐標軸則為K在各個區間內出現的百分數。圖中清楚表明公式(5)的K值過于分散，規律性差；公式(6)的K值分布比較集中，有一定規律性，有約84.4%的數值在0.7~1.3之間。③上圖只是單獨分析內澆口面截面模數與鑄件單重、熱節模數的關系，實際上內澆口截面模數是同時受多種因素影響的，因此是會在圖中曲線兩側波動的，曲線只是給出一個大致的趨勢。相比較，公式(6)的計算值波動比公式(5)要小得多，甚至比實際值的波動還要小，這是由于公式中參數Mc，Q，Lg，Mk的指數都偏小，造成每個參數的變化所引起的內澆口截面模數的變化偏小，從而削弱了各個因素對內澆口截面模數計算值的影響，假如指數降為0，則影響完全消失。公式(5)公式(6)內澆口截面熱模數計算與實際值之比K的分布資料整理：匯智聯恒④用公式(2)計算出135個熔模鑄件各自的組裝件數，和這些鑄件的實際裝件數進行比較，除個別以外全部鑄件的實際組裝數均小于計算值，74%的鑄件實際組裝數均小于計算數的50%。(2)橫澆道截面模數計算公式的分析在實際的澆注系統設計中都是根據鑄件本身的情況確定內澆口的尺寸，然后再確定橫澆道的尺寸，而公式(5)、(6)給出的都是內澆口截面模數的計算式，現在利用這兩個公式推導橫澆道截面模數的計算式：由公式(5)推導：由公式(6)推導：利用計算機將全部135個熔模鑄件實際使用的橫澆道澆注系統和公式(7)、公式(8)計算的數值進行比較。將所有鑄件熱節處的熱模數和橫澆道截面熱模數關系、鑄件重量和橫澆道截面熱模數關系分別擬合成下圖所示的曲線。橫澆道截面處模數與鑄件重量、熱節模數的關系資料整理：匯智聯恒圖中曲線表明橫澆道截面處模數的實際值與公式(7)、公式(8)的計算值均隨著鑄件重量、鑄件熱節模數的遞增而遞增。三者的趨勢是一致的。雖然公式(8)的計算值擬合曲線與實際值較接近。但實際上，公式(8)的計算值波動劇烈，這是由于公式中Mc，Q，Lg，Mg的指數都很大，夸大了各個因素對橫澆道截面模數計算值的影響，而公式(7)與(5)相比各指數均無變化，故波動仍較小。下圖是分別用公式(7)、公式(8)的計算值與實際值的比值K為橫坐標，縱坐標軸則為K在各個區間內出現的百分數。圖中清楚表明公式(7)、(8)的K值都很分散，但公式(8)的計算值更分散。橫澆道截面熱模數計算值與實際值之比K的分布資料整理：匯智聯恒4．結論(1)推導亨金法的試驗條件與國內精鑄廠實際生產條件有明顯差異。第一，亨金法試驗的金屬液澆注溫度比一般工廠實際采用的溫度生產高30。C~70。C，因此金屬液冷卻時其液態體收縮量將比生產時鑄件收縮大。第二，亨金法使用的是低強度型殼，型殼被填砂裝箱后焙燒，澆注時裝箱的熱型殼(650。C~800。C)使金屬液冷卻凝固變慢。所以公式(1)的計算值明顯比生產中的實際數值偏大。(2)實際組裝件數一般遠小于計算值。亨金公式(2)在確定最大組裝數量時，借用計算冒口的數據，認為澆道的20%用于補縮鑄件，而實際上，由于澆道在補縮過程中液面下降等原因，其補縮量小于20%。另外，由于考慮到鑄件切割問題，澆道組裝件數受到限制。這都使實際組裝件數小于計算值。(2)橫澆道澆注系統計算公式(6)能較好的反映實際情況。在相當大的范圍內該公式的計算值與實際數值相符合，可以作為橫澆道澆注系統設計的參考。公式(6)是利用修正公式(3)推導的，而公式(3)是根據碳鋼精鑄件總結的經驗公式，但可以看出公式(6)也適合于一般不銹鋼精鑄件的澆注系統設計，其適用范圍如下：鑄件重量0.1~9kg；鑄件熱節處熱模數2~9mm；內澆口截面熱模數3~10mm；內澆口長度9~21mm；直澆道截面熱模數5~18mm。(4)修正公式的合理使用。由統計結果可知，采用公式(8)來計算橫澆道截面模數波動很大，因此不太適于計算橫澆道截面模數，一般在實際生產中，廠家的橫澆道都有一個比較固定的標準系列，可選用比較合適的橫澆道并利用公式(6)來計算內澆口的截面模數，由于該值波動小，可信度比較高。三、虛擬制造在鑄造生產中的應用趨勢1虛擬制造簡介80年代以來，日趨激烈的全球化競爭，迫使制造企業必須通過不斷地提高生產效率，改善產品質量，降低成本，提供優良的服務，以期在市場中占有一席之地。與此同時，計算機技術、計算機網絡技術和信息處理技術也得到了迅速的發展。這些條件就使得信息技術不斷地融合到傳統的制造業中，并對其進行改造，這也是現代制造業的發展趨勢。進入90年代后，先進的制造技術向著更高的水平發展，在原有的計算機集成制造(CIMS即ComputerIntegratedManufacturingSystem)和并行工程(CE即ConcurrentEngineering)的基礎上，又出現了虛擬制造(VM即VirtualManufacturing)、虛擬企業(VE即VirtualEnterprise)等概念。其中“虛擬制造”近年來不斷引起科技界和企業界的關注，成為競相研究的熱點。虛擬制造的基礎是虛擬現實技術。所謂的虛擬現實技術是指利用計算機和外圍設備，生成與真實環境相一致的三維虛擬環境，允許用戶從不同的角度和視點來觀看這個環境，并且能夠通過輔助設備與環境中的物體進行交互關聯。虛擬制造則是利用虛擬現實技術，在計算機上完成制造過程的技術。采用此技術，在實際的制造之前，可以對產品的功能和制造性、經濟性等方面的潛在問題進行分析和預測，實現產品設計、工藝規劃、加工制造、性能分析、質量檢測及企業各級的管理控制等，增強制造過程中各級的決策和控制能力。虛擬制造與實際制造系統的關系如下圖所示。虛擬制造與實際制造系統的關系資料整理：匯智聯恒1.1虛擬制造的特點虛擬制造是集計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)和計算機輔助工藝設計(CAPP)于一體的技術，它是在計算機中完成制造過程的。正因為如此，虛擬制造具有下述主要特點。虛擬制造的制造模型是一個計算機模型，完成這一制造過程的主要工作集中在模型的建立過程上，一旦這個模型建立完成，就可以不斷與之進行交互，模擬各種情況的生產和制造過程。模型的可反復修改性是虛擬制造過程有別于實際制造過程的一個最主要的特點，也正是這一特點使得虛擬制造可以根據不同情況快速的更改設計、工藝和生產過程，從而大幅度壓縮新產品的開發時間，提高制造質量，降低成本。虛擬制造的另一個特點是它可以是分布式的，完成虛擬制造的人員和設備在空間上可以是相互分離的，不同地點的技術人員可以通過網絡來協同完成同一個虛擬制造過程。此外，虛擬制造還可以是一個并行的過程，產品設計、加工過程和裝配過程的仿真可以同時進行，大大加快了產品設計過程，減少新產品的試制時間。1.2虛擬制造的應用領域虛擬現實技術在制造領域中的應用主要有以下幾方面：(1)虛擬原型和產品設計，即在計算機中設計虛擬的產品或零部件。(2)生產過程仿真(優化、調度)，即對車間或工段的生產過程進行仿真優化。(3)設備仿真，即對機器人等生產設備進行離線仿真，動態特性分析和模擬。(4)物流仿真，即物流規劃，對AGV(自動搬運設備)進行仿真。(5)裝配過程仿真。(6)復雜數據的可視化，數值模擬計算結果的可視化輸出。(7)設備的遠程操作，用計算機網絡將空間上分散的設備結合起來，進行集成管理運行，遙控制造。(8)增強通訊效果。(9)操作培訓。1.3虛擬制造的層次虛擬制造的根本目的就是利用計算機生產出虛擬產品。實際的制造系統可以抽象成由物理系統、信息系統和控制系統組成的集合。物理系統包括制造中的所有資源，如材料、機床、機器人、夾具、控制器和操作工人等;信息系統包括信息的處理和決策，如生產的調度、計劃和設計等;控制系統的任務是實現信息系統和物理系統的信息交換。對應于實際的制造系統，在虛擬制造系統中可以劃分出對應的層次：虛擬物理系統、虛擬信息系統和虛擬控制系統。根據不同生產階段所面對的不同對象，可以將虛擬制造分為3類：以設計為核心的虛擬制造，以生產為核心的虛擬制造和以控制為核心的虛擬制造。以設計為核心的虛擬制造，其主要目標是優化產品設計、優選工藝和加工方案;以生產為核心的虛擬制造，其主要目標是優化資源，對選擇工藝進行評價和驗證;以控制為核心的虛擬制造，其目標為優化車間控制的制造過程。2虛擬制造在鑄造生產中的應用鑄造生產中的虛擬制造技術可以稱為虛擬鑄造技術。目前虛擬鑄造技術主要應用于鑄件設計、澆注充型或造型過程的數值模擬及結果的可視化和鑄造生產過程的仿真優化3個領域。2.1鑄件設計美國Wisconsin大學的Integrated-ComputerAidedResearchonVirtualEngineeringDesignandPrototyping(I-CARVE)實驗室研制了一套虛擬鑄造平臺。該系統使用立體眼鏡來觀察三維圖象，用語言建立各種兒何模型，用數據手套來確定幾何體的尺寸和位置。目前，I-CARVE實驗室已經利用這個系統成功地完成了注塑和壓鑄零件的設計，該系統的目標是達到傳統CAD方法10～30倍的設計效率。2.2澆注充型或造型過程的數值模擬及結果的可視化許多商品化的澆注過程模擬軟件，都具有利用二維圖像技術開發的計算結果可視化模塊，使用戶可以更直觀的觀察模擬結果，分析鑄件的成形過程。2.3鑄造生產過程的仿真優化越來越多的公司和企業在作出重大投資決定之前都希望了解他們將購買設備的詳細情況，傳統的可行性分析往往不足以回答在規劃設計過程中有關生產率、生產周期、設備利用率以及物流等方面的問題，這些對于鑄造廠來說都是十分必要的。利用虛擬制造技術對生產過程進行仿真分析，恰恰可以幫助企業回答這些問題。德國的鑄造設備制造商Laempe公司利用離散事件仿真和機器人模擬技術為Waupaca鑄造公司的制芯生產線進行了工程分析。工程技術人員首先對初步設計的布置圖進行了盡可能真實的模擬，對沖突點和機器人的運動時間進行優化，向用戶展示整個生成線每個部件的運動。每個部件的生成周期確定之后，在很早的階段就可以對生成線的生成率作出分析報告。對生產過程進行幾百操作工時的模擬，綜合考慮砂芯的破損率和設備部件的故障停機時間，確定各種布置方案每小時能生產砂芯的平均數量。在項目實施的最初階段就對各種可能的情況進行分析和評估，成為項目投資分析的重要部分。高質量的三維圖形充分演示了生產的實際情況，可以從任何角度進行三維放大，這種模擬過程可以取代復雜的圖紙與流程圖，幫助用戶和設計人員理解和分析生產過程。美國的FoundryService公司(FSC)為了將其熔化設備的熔化能力從每爐1350kg增加到2000kg，計劃增加一個大型澆包和相應澆包運輸設備，目的是減少鐵液輸送系統對熔化能力的制約。該公司利用Witness仿真軟件包建立了一個包括給料、預熱、熔化、出鐵液、鐵液的運輸、澆注以及造型的完整工藝過程的仿真模型。這個模型還通過和AutoCAD接口獲取車間的布局信息，從而得到各種設備的位置和距離。這個模型的數據是建立在各種設備的生產報告、維修報告和生產計劃等數據統計結果上的。但是，在得到的仿真分析結果中出現了與預期相反的結論。仿真分析表明，爐料的增加與快速的出鐵液周期相抵觸，在三次快速出鐵液之后，熔化爐就只能起到鐵液容器的作用，直到下一次或兩次出鐵液后才能繼續向熔化爐中填料，這就會導致在生產周期中有一段時間生產線得不到鐵液供應。仿真分析表明，適當的減少爐料加入量并調整每次加爐料后取鐵液的量和次數，會加快鐵液供應的周期，減少熔化工段對生產效率的制約。仿真分析鐵液出爐率結果如下圖所示。由下圖可以看出，仿真分析過程中不斷調整鐵液的回爐量，當回爐量下降到改造前的58.4%時，可以使造型線的生產率提高22.1%。按照仿真結果更改設備參數后的生產實驗支持了仿真結果。FSC公司成功地利用虛擬制造技術完成了生產系統的投資改造，并避免了不必要的熔化設備的投資。仿真分析周數資料整理：匯智聯恒仿真分析出爐鐵液回爐率美國的GredeFoundries公司在1996年5月計劃改造其制芯車間，以提高福特造型線的生產能力。該公司建立了制芯車間的仿真模型，通過仿真分析確定了制芯車間的最優工人數量，并決定在制芯工部傳送帶的末端增加一臺殼型機，用來增加砂芯產量。這一虛擬仿真模型幫助GredeFoundries公司通過重新安排操作過程以及增加一臺制芯車間設備，在沒有增加一名工人的情況下提高了生產能力。采用虛擬生產分析所得到的方案，以最小的改動和成本實現了預期的目標。瑞典鑄造協會也為大型企業提供鑄造虛擬生產分析，完成了一系列生產仿真工作，比較典型的有：(1)新建鑄鋁熔化線的虛擬生產分析。通過仿真分析使生產能力提高了24%，節省投資10，000英鎊。(2)一個完整的鑄鋁廠從熔化到產品發送的虛擬生產分析。(3)一個鑄鐵缸體生產線熔化工段的虛擬仿真。通過仿真分析，修改了原有的投資方案，增加了工人數量，節約了大量時間和投資。(4)一個殼型造型工段的虛擬仿真。在投資分析的后期，技術人員將關注的焦點集中于機器人是否能同時處理造型機和傳送帶上的物料以及每班的砂型產量和造型機的設備利用率等問題上。然而，仿真分析的結果卻表明，技術人員所擔心的問題都不是制約生產效率的瓶頸，真正的瓶頸在于傳送帶的輸送能力。通過仿真分析，幫助技術人員找到解決問題的關鍵，避免了盲目的投資和改造。瑞典鑄造協會的4個虛擬仿真實例，都是在投資之前進行的。由于投資期間的決策錯誤可能會造成很大的損失，所以在投資前進行必要的生產過程仿真，就顯得非常必要了。這4個實例都有效的幫助投資方節省了投資。目前虛擬制造技術在鑄造領域中的應用主要集中在生產過程的三維動態仿真、工藝參數優化和投資前的生產分析等方面，主要解決鑄造生產中的“如果…怎樣(whatif)”問題。3結論虛擬制造技術將會對制造業中日益自動化、復雜化、大規模化的制造系統進行更為詳細的設計、仿真及評價，并能夠實現在信息空間里對大規模、復雜快速變化的生產系統給予明確的“規定”、“推斷”和“預測”。鑄造行業中虛擬制造技術的應用，目前主要集中于與鑄件成形相關的模擬仿真分析和鑄造生產過程的仿真優化兩個方面。通過計算機仿真分析，可以對生產過程的各種可能情況進行虛擬運行，分析現有生產系統中制約生產率的瓶頸，預測新生產調度方案的可行性，可以幫助企業優化生產過程，減少投資的盲目性。但是必須看到，在生產過程可視化仿真過程中，仿真模型的建立是一項很費時間的工作，它需要有大量完備可靠的數據和高素質的工程技術人員。此外，國內的企業一般對虛擬制造技術的內涵和意義尚缺乏足夠的認識，這些因素是制約虛擬制造技術在國內應用的不利因素。同時也應當看到，由于我國正面臨產品結構調整和技術改造的艱巨任務，利用虛擬制造技術可以有助于找到影響生產發展的薄弱環節，減少投資的盲目性，提高生產效率，使企業潛力能充分發揮。因此，虛擬制造技術在國內鑄造行業中具有廣闊的應用前景，較高的應用價值和較大潛力。四、鑄造溫度對鑄錠質量的影響A對組織的影響提高鑄造溫度，使鑄錠晶粒化傾向增加。在一定范圍內提高鑄造溫度，鑄錠液穴變深，結晶前沿溫度梯度變陡，結晶時冷卻速度大，晶內結構細化，但同時形成柱狀晶、羽毛晶組織的傾向增長。提高鑄造溫度還會使液穴中懸浮晶尺寸縮小，紅外碳硫儀因而形成一次晶化合物傾向變低，排氣補縮條件得到改善，致密度得到提高。降低鑄造溫度，熔體黏度增加，補縮條件變壞，疏松、氧化膜缺陷增多。B對力學性能的影響在一定范圍內提高鑄造溫度，硬合金鑄錠的鑄態力學性能可相應提高，但軟合金鑄錠的鑄態力學性能受晶粒度的影響，有下降的趨勢。無論硬合金還是軟合金鑄錠，其縱向和橫向力學性能差別很大。降低鑄造溫度可能導致體積順序結晶而降低力學性能。C對裂紋傾向的影響其他條件不變時，提高鑄造溫度，液穴變深，柱狀晶形成傾向增大，合金的熱脆性增加，裂紋傾向變大。D對表面質量的影響隨著鑄造溫度的提高，鑄錠的凝殼壁變薄，在熔體靜壓力作用下易形成拉痕、拉裂、偏析物浮出等缺陷，但形成冷隔傾向降低。鑄造溫度的選擇鑄造溫度應保證熔體在轉注過程中有良好的流動性，選擇鑄造溫度應根據轉注距離、轉注過程降溫情況、合金、規格、流量等因素來確定。紅外碳硫儀一般來說，鑄造溫度應比合金液相線溫度高50~110℃。扁鑄錠熱裂傾向高，鑄造溫度相應低些，一般為680~735℃。圓鑄錠的裂紋傾向低，為保證合金有良好的排氣補縮能力，創造順序結晶條件，提高致密度，一般鑄造溫度偏高。直徑在350mm以上鑄錠鑄造溫度一般為730~750℃，對形成金屬化合物一次晶傾向大的合金可選擇740~755℃，對小直徑鑄錠，因其過渡帶尺寸小，力學性能好，一般以滿足流動性和不形成光亮晶為準，紅外碳硫儀一般溫度為715~740℃。空心鑄錠鑄造溫度可參照同合金相同外徑的實心圓鑄錠下限選取。隔熱模熱頂、橫向鑄造時，其鑄造溫度基本與普通模鑄造溫度相當。五、壓鑄車間合金熔煉工藝的發展趨勢在14種特種鑄造中，壓力鑄造因為其在工業與生產中的廣泛應用而取得飛速發展。我國的壓鑄工業起步較晚，技術與設備等總體水平與國外正在逐步接近。而在壓鑄機、合金、模具三大壓鑄要素中，合金的熔煉是第一道工序，同時也是關鍵的環節。從原材料與毛胚料的配比、溫控、精煉、除氣、除渣等都要嚴格掌控，才能保證壓鑄工序的正常運作以及鑄件的性能和品質。一．傳統型坩堝熔煉爐這是一種較早期的熔煉方式，也是目前國內中、小型壓鑄企業普遍使用的一種熔煉方式。通常是在壓鑄機旁邊設置單一的熔煉爐，待合金液熔化后除渣直接取湯料供壓鑄機作業。在生產過程中可以一邊加料一邊熔料使用，其使用的坩堝通常見有鑄生鐵和石墨體兩種。但是這種傳統簡便的坩堝存在有許多的缺陷問題，是許多壓鑄件生產廠商無法解決的難題。主要突出在以下幾點：1．合金液溫度不穩定，經常待溫待料，浪費大量人工工時；2．坩堝更換頻繁。24小時作業通常在旋轉堝體保養好的情況下使用不足45天；3．燃油耗費量大；4．保溫性能差，熱能喪失快；5．鑄鐵坩堝的鐵，易溶熔于合金料中影響金屬性能；6．安全性差，操作不當易爆料炸傷人，坩堝破損易引發火災事故，燒毀機器；7．影響車間環境，不利于5S推行改善；8．室溫升高，不利于員工作業及存在不安全因素；9．合金液體不純凈，易氧化，不利于壓鑄件品質。二．集中熔煉型＋電保溫爐這是一種較為先進的熔煉方式，最先在國外得到廣泛運用。我國許多大中型壓鑄企業也是用這種熔煉方式。采用中央熔爐集中熔煉，熱能得到充分的集中利用,熔化精煉以后再分送到各個壓鑄機臺旁保溫爐供壓鑄機作業。而壓鑄機旁的爐體通常采用硅碳棒結構的電爐保溫。這類型的熔煉也存在以下幾點弊端：1．工期投入較長，成本投入較大，例如小型壓鑄難以推廣使用；2．電保溫爐每小時需要12～35

KW的電量來保證鋁熔液的恒溫度，在電力供應緊張的地區一旦停電，后果不堪設想；3．熔煉工序若出現停頓或者故障則可能導致整個壓鑄車間停產作業；4．放料口若堵塞不慎將導致嚴重泄漏事故。5．對合金牌號的更換頻繁和合金種類多的壓鑄件生產廠商無法靈活使用；6．若訂單生產量不足時不適用，比如，只開兩至三臺壓鑄機也需啟動一臺中央爐；三．新型連續熔解保溫熔爐這是一類較晚投放市場的新型熔煉工藝。其集熔解、保溫于一體，即可用于保溫又可熔解使用。在廣東地區許多壓鑄企業已經廣泛投入使用。適合于大、中、小壓鑄企業的車間使用。該爐突出一下特點：1．爐體爐襯是由硅酸板、莫來石、輕質藻土磚、超強剛玉磚筑固成型，分保溫與熔解兩部分組成。其性能強使用壽命長（使用正常得當的情況下5年以上壽命）；2．通過高效燃燒器將火焰對流噴射到合金材上，瞬間局部產生高溫逐步熔化，進而達到整體熔化；3．熔解室直接加熱合金料，其熱氣經材料投入部分把熔解料預先加熱再排出，得到高效率的熱交換值。節省了燃料成本，無污染及二次公害；4．該熔化方式打破傳統的反射爐、感應爐結構使用熱量集中，熱損少，對爐壁損害少，大大提高熔化效率和質量；5．熔爐燃燒機可使用柴油與天然氣為燃料，熔化能力為150kg－700kg/h，熔化1000kg鋁合金所耗柴油約為40－65kg；6．出湯部位經閘門把浮于湯液面的渣質、氧化層過濾，保證湯液純凈，并設有鋁液漏斗、投料臺、除渣口、觀察口、煙窗等；7．保溫性能好，爐體內表面溫度保持在50℃－65℃左右，降低室溫；8．其爐壁表面特點：①不粘鋁②不浸潤③抗腐