鑄造就像「做冰棍」？快來了解一下

撰文/楊鋅

本文節選自《知識就是力量》雜誌

鑄造是工業製造過程中一道最基本的工序，它與我們的日常生活緊密相關。比如：每天早上你醒來洗臉刷牙，擰開的水龍頭一般是砂鑄或壓鑄的；你坐車去上學，車裡的發動機缸體、變速箱、輪轂等一般是鑄鋁件；走進教室，你用的筆記本電腦和手機的外殼等，可能是鎂合金或鋁合金的壓鑄件。此外，冬天室內的暖氣片、廣場上的雕塑、廚房裡的炊具、收藏的紀念幣等，都有鑄造的身影。

鑄件產品無處不在，這與鑄造的兩個顯著特點是分不開的：一是適應性強，二就是成本低。那麼，鑄造的過程究竟是怎樣完成的呢？今天我們就一起來看看吧！

鑄造就像「做冰棍」

鑄造其實有點像自己在家裡做冰棍。首先，你要想好形狀，比如做個愛心形的，就得找個愛心形的模子，這大概相當於準備鑄型；然後，你要想好口味，比如喜歡牛奶味的，就可以往開水裡加點糖和牛奶，這大概相當於合金熔體處理；接著，把原料倒入模子進行冷凍，這大概相當於澆注凝固；最後，把冰棍從模子里取出來修整一下，這大概相當於落砂清理。不過，做冰棍與鑄造最顯著的區別是，水受冷結成冰後體積膨脹，而鑄造則一般遵循熱脹冷縮的原理。

當然，上面只是個簡單的比喻，實際的鑄造過程要比這複雜的多。以傳統砂型鑄造為例，要想從設計圖紙做成一個合格的鑄件產品，其鑄造過程大致包括工藝設計、模型製作、混砂準備、造型制芯、下芯合箱、合金熔化、鑄件澆注、凝固冷卻、落砂清理以及鑄件檢驗等過程。

（繪圖/飛飛）

鑄造的幾個環節

鑄造其實是一個十分有趣的加工方法，下面就簡要地選取幾個環節介紹給大家。

1

從模範開始

要想獲得符合要求的鑄造型腔，首先要製備相應的模型。傳統鑄造方法中，木材經常被用於製作模型，大概與其取材方便、加工容易有關吧。在各種新型材料不斷發展的今天，製作模型的材料已經不再局限於木材，而是擴展到了金屬、塑料、陶瓷、泡沫、石蠟等多種材料。隨著科技的發展，基於3D列印以及數控加工的無模鑄造技術也已逐步得到應用。

2

砂土的藝術

在鑄型的製備過程中，按照所使用材料的不同，可以分為砂型、金屬型、陶瓷型以及石墨型鑄造等。其中，砂型鑄造一直是傳統鑄造的主要工藝，到今天仍然應用得相當廣泛，這是由於其所用的造型材料價廉易得，鑄型製造簡便，並且對鑄件的適應性強。粘土砂型鑄造主要是以粘土和適量的水作為砂子粘結劑，配製好的粘土砂不僅清理方便，而且可以多次使用。經驗豐富的工人，只需用手抓一把粘土砂捏成團，便可快速判斷出其使用性能的好壞。

粘土砂

水在鑄造過程中其實是一個十分矛盾的存在：一方面，粘土砂的配製、水基塗料的刷塗以及鑄件的清理等都離不開水；另一方面，氣孔、夾雜等內部缺陷的產生又往往是由水造成的。因此，如何合理控制水的存在是鑄造過程中需要著重考慮的！

3

似水的合金

熔化澆注是鑄造的精髓所在，鑄造所使用的金屬一般都是合金，添加了各種微量元素，以改善鑄造和使用性能。在金屬冶鑄史上舉足輕重的青銅合金，其實就是在純銅（紅銅）中加入錫或鉛的合金。今天，鑄造合金一般包括鑄鋼、鑄鐵等黑色合金，以及鑄鋁、鑄銅、鑄鎂、鑄鈦等有色合金。筆者目前經常打交道的就是其中一類鑄鋁合金，裡面添加了硅、鎂、鈦等多種元素。另外，鋅合金也是鑄造合金中常見的一類，常常用於壓鑄儀錶、汽車零件外殼等。

澆注

鑄造和其他加工方法最顯著的不同，就是它是一種液態加工方法。火的使用是鑄造能夠出現的前提，要想把金屬從固態轉化成液態，熱量的來源是一大難題。現在，鑄造熔化過程的加熱手段已經十分豐富，例如可以使用衝天爐、電阻爐、感應爐、電弧爐等。金屬熔化成液態的溫度一般都比較高，有的甚至達到上千攝氏度。因此，熔煉和澆注環境是非常艱苦惡劣的，鑄造工人真的都是鋼鐵鑄就的強人。

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