不銹鋼精密鑄造的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

造行業(yè)不同于傳統(tǒng)的鑄造行業(yè)，我國雖然是鑄造大國，但是精密鑄造處于發(fā)展階段，與發(fā)達國家還存在較大的差距。近年來，我國大力推進工業(yè)化，科技水平不斷提高，在精密鑄造方面已經(jīng)有一些相對成熟的技術(shù)手段。與此同時，我國對精密鑄造產(chǎn)品的需求也在不斷增加。因此，精密鑄造（特別是不銹鋼精密鑄造）在我國將具有廣闊的發(fā)展空間。

不銹鋼精密鑄造發(fā)展前景廣闊

不銹鋼精密鑄造又叫作熔模精密鑄造。該工藝在鑄造過程中盡量減少或者根本不進行切削，是一種少切削或無切削的鑄造工藝，是鑄造行業(yè)中一項優(yōu)異的工藝技術(shù)。其應(yīng)用范圍非常廣，不僅適用于各種類型、各種合金的鑄造，而且生產(chǎn)出的鑄件尺寸精度、表面質(zhì)量比其他鑄造方法要高。同時，耐高溫、不易于加工的鑄件，均可采用熔模精密鑄造方式。這種鑄造方式由于鑄造過程中并不處于超高溫狀態(tài)，更適于鑄造航空航天、國防等高精尖產(chǎn)業(yè)的元件。

最早的不銹鋼精密鑄造可以追溯到上世紀(jì)三四十年代，美國最早用不銹鋼精密鑄造法對其當(dāng)時科技領(lǐng)先的航空發(fā)動機中的渦輪葉片進行鑄造，成品受到了各方面的好評，進而使這種方法得到推廣。我國對不銹鋼精密鑄造的研發(fā)和使用則是在新中國成立之后，隨著我國國防工業(yè)的發(fā)展，遼寧、貴州、北京、陜西、湖南等地都開設(shè)了不銹鋼精密鑄造研究所或鑄造廠。不過，客觀地說，我國不銹鋼精密鑄造行業(yè)仍然在發(fā)展階段，尚不能滿足我國航空航天、國防工業(yè)等行業(yè)的發(fā)展需求。

不銹鋼精密鑄造行業(yè)不同于傳統(tǒng)的鑄造行業(yè)，因為不銹鋼精密鑄造的產(chǎn)品附加值較高。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計（2013年數(shù)據(jù)），在歐美國家的航空航天設(shè)備和優(yōu)秀發(fā)動機中，精密鑄造原件的產(chǎn)品附加值將近占總附加值的70%，但是我國的占比則不足35%。我國目前雖然已經(jīng)是鑄造量最大的國家，但是鑄造價值仍然處于中上游水平，尚不能達到頂尖水平。因此，發(fā)展不銹鋼精密鑄造的根本意義，一是國防和科技的根本需求，二是發(fā)展經(jīng)濟的必由之路。

技術(shù)不斷成熟，但亟待改進

目前，在不銹鋼精密鑄造方面，已經(jīng)有多種成熟的技術(shù)和工藝。

硅溶膠型殼工藝。硅溶膠制殼工藝普遍應(yīng)用于較為尖端的內(nèi)燃機零件鑄造行業(yè)。該方法使用的涂料穩(wěn)定性較好，不需要化學(xué)硬化過程，并且耐高溫，具備更好的抗變形能力。但是，該技術(shù)的缺點就是對蠟?zāi)５臏貪櫺暂^差，雖然可通過添加表面活性劑進行改善，但會在一定程度上增加投入。

水玻璃型殼工藝。水玻璃型殼工藝發(fā)明時間很早，我國也在上世紀(jì)五六十年代從蘇聯(lián)引進了該技術(shù)。該技術(shù)成本低，操作相對簡單，同時對原材料的要求也不高，在不銹鋼精密鑄造中使用較為廣泛。不過，該技術(shù)相比于硅溶膠制殼工藝的最大問題是所得鑄件的表面質(zhì)量一般，尺寸精度較低。但因其成本具有優(yōu)勢，我國在部分民用或者低精度的內(nèi)燃機上仍然沿用這一技術(shù)。該技術(shù)自引進以來，我國科研人員對其進行了比較大的改進，主要表現(xiàn)在改善型殼涂料、優(yōu)化硬化劑、采用復(fù)合型殼等方面。

改善型殼涂料的主要改進是在型殼的背部涂料中加入了一定量的耐火黏土，讓型殼的強度有了較大的提高，實現(xiàn)了單殼焙燒和燒注。在優(yōu)化硬化劑方面，傳統(tǒng)硬化劑多用氯化銨，但是這種材料在鑄造過程中會釋放大量氨氣和氮氧化物氣體，對大氣造成污染。所以，硬化劑改用氯化鋁溶液，進一步改用氯化鋁結(jié)晶，這種硬化劑效果與氯化銨類似。

在采用復(fù)合型殼方面，因為水玻璃涂料型殼的表面質(zhì)量存在一定的缺陷，所以很多原件的鑄造都采用多層模復(fù)合的形式進行鑄造，一方面節(jié)約了成本，另一方面也提高了鑄件的表面質(zhì)量。

此外，在新工藝發(fā)展方面，目前較為成熟的新工藝有自吸鑄工藝、泡沫塑料模和熔模型殼鑄造等工藝。不過，這些工藝在某些方面都具有明顯的優(yōu)缺點，未來仍需要科技工作者不斷改進。

多技術(shù)交叉和融合發(fā)展趨勢明顯

在今后的發(fā)展方向中，不銹鋼精密鑄造技術(shù)的交叉與融合會越來越明顯，新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命的發(fā)展方向不會僅僅依賴于一兩類學(xué)科或某種單一技術(shù)，而是多學(xué)科、多技術(shù)領(lǐng)域的高度交叉和深度融合。因此，不銹鋼精密鑄造也要與相關(guān)技術(shù)融合發(fā)展。

與快速成型技術(shù)的交叉使用?？茖W(xué)技術(shù)的交叉使用多半是為了互補。不銹鋼精密鑄造的蠟?zāi)Ｖ谱鬟^程中的設(shè)計和模具制造較為復(fù)雜，并需要耗費大量時間。而快速成型技術(shù)則能很好地彌補這一缺點。不過，受材料限制，單獨使用快速成型技術(shù)則無法達到要求。因此，近年來，很多工作者首先使用高分子技術(shù)獲得鑄件的原型，進而制造蠟?zāi)?，從而投入到不銹鋼精密鑄造行業(yè)使用。

例如，光固化立體造型技術(shù)（SLA）和選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（SLS）是目前與熔模鑄造術(shù)聯(lián)合使用較為成熟的技術(shù)。SLA技術(shù)能夠提供較高的尺寸精度，尤其是零件外表面的精度；而SLS的原材料價格相對較低，精度也低于SLA技術(shù)。這兩項技術(shù)在使用過程中，必須注意控制好快速成型技術(shù)與不銹鋼精密鑄造技術(shù)的關(guān)鍵結(jié)合點，包括成本控制和零件的鑄造精度問題的綜合考慮等。選擇合適的平衡點是快速成型技術(shù)與熔模鑄造術(shù)有機結(jié)合的關(guān)鍵問題。

與計算機技術(shù)的交叉融合。不銹鋼精密鑄造過程中的方案設(shè)計和優(yōu)化工作是一項較為耗費人力和時間的工作。近年來，隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，很多需要大量計算和精度計算的行業(yè)都引入了計算機技術(shù)，并開發(fā)了各種相應(yīng)的計算軟件，如ProCAST、Auto CAD、AFSolid、Anycasting等多種軟件。這些軟件可以對不銹鋼精密鑄造的設(shè)計和鑄造過程進行計算或者模擬，通過數(shù)據(jù)計算的方式來實現(xiàn)方案優(yōu)化，對不銹鋼精密鑄造的發(fā)展起到了良好的推動作用。

清華大學(xué)在常規(guī)的通用模擬軟件開發(fā)上已經(jīng)走在了世界前列，更是針對航空發(fā)動機零件鑄造模擬軟件、TiAi合金渦輪葉片等高端鑄造中的計算機模擬軟件進行了研發(fā)；哈爾濱工業(yè)大學(xué)已經(jīng)對空間站、火箭等航空鑄造中的重要結(jié)構(gòu)進行了實驗室軟件模擬鑄造的研究工作；華中科技大學(xué)則是針對中高端的熔模鑄造開發(fā)出華鑄CAE系統(tǒng)，具備更加廣泛的適用面，也是我國當(dāng)前較為領(lǐng)先的計算機技術(shù)與熔模鑄造術(shù)交叉使用的典范。

但是，在當(dāng)前的使用過程中，我們還應(yīng)當(dāng)注意計算機軟件的建模適用性、材料本身的熱物性參數(shù)等問題，這些問題良好的解決能夠在大大縮短不銹鋼精密鑄造的研發(fā)時間。

穩(wěn)健發(fā)展需多路齊進

長久以來，我國不斷對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，高新技術(shù)板塊在我國科技和經(jīng)濟發(fā)展中越來越重要。在這樣的大環(huán)境下，未來不銹鋼精密鑄造前景廣闊，其穩(wěn)健發(fā)展需多路齊進。

首先，應(yīng)當(dāng)堅持自主研發(fā)，堅持自力更生。雖然技術(shù)引進和改進的方式能夠極大地縮短我國與先進國家的科技水平差距，但是這種引進方式仍然是一種“走別人的路”的方式，并且受其他國家的掣肘。因此，在新形勢下，我國應(yīng)當(dāng)堅持以發(fā)展具備自己特色的科技為主，掌握核心科技，才能讓我國的精密鑄造行業(yè)不斷發(fā)展、不斷進步。

其次，應(yīng)當(dāng)堅持發(fā)展理念，樹立企業(yè)榜樣。不銹鋼精密鑄造行業(yè)是一個較為尖端的行業(yè)，應(yīng)當(dāng)在眾多企業(yè)中選出龍頭和榜樣，通過它們帶動我國不銹鋼精密鑄造的發(fā)展。

最后，應(yīng)當(dāng)加強研發(fā)與生產(chǎn)的結(jié)合。我國當(dāng)前從事不銹鋼精密鑄造研究的高等學(xué)府并不多，并且往往與各大生產(chǎn)廠商的聯(lián)系不緊密，只是在學(xué)校實驗室進行研發(fā)。這對于我國的不銹鋼精密鑄造行業(yè)大批量生產(chǎn)和大范圍推廣來說是一個弊端。因此，生產(chǎn)廠商可以和高校建立聯(lián)合研發(fā)生產(chǎn)的合作機制，讓技術(shù)不僅僅生存在實驗室里，更能夠投入到生產(chǎn)線上。