【关键词】反重力铸造；装备；工艺原理；应用；发展
铸造技术盛行之后，反重力铸造技术在实际生产中的应用变得广泛，为装备技术的发展提供了良好条件。反重力铸造属装备技术的一种，具有铸造成本低，铸造效率高，有效改良铸件质量等特点，可推广应用到薄壁构件生产中。基于反重力铸造技术在装备生产中的重要性，笔者现结合反重力铸造技术特点，对反重力铸造技术的应用现状进行研究，详细内容如下。
1 反重力铸造技术的应用现状
反重力铸造技术与传统重力铸造技术原理不同，它在铸造构件时所产生的驱动力刚好与构件重力方向相反，需要克服重力作用来获得铸件。这一铸造技术在实际应用时具有充型平稳、组织性能强、不破坏铸件质量等优点，能有效保证铸件的铸造质量。目前，反重力铸造技术主要有三种实施方法，一是低压铸造，二是差压铸造，三是调压铸造。三种铸造方法各具特点，应用于实际生产时都能保证铸件质量，提高铸件性能。
1.1 低压铸造技术
反重力铸造技术中，低压铸造的产生时间最早，20世纪10年代就已经被提出。低压铸造技术的基本原理是利用坩埚内部气压来控制并解决充型与补缩之间的矛盾，以确保重力铸造的充型平稳性，防止铸件表面产生气孔或者夹渣，影响铸件质量。传统重力铸造技术在具体实施时一般采用底注方法，而由于受到底注原理的影响，铸型内部温度会发生变化，温度场可能出现分布不均匀情况，进而导致冒口补缩受阻，难免会对铸件质量产生影响。因此研究人员改良了铸造技术，利用低压铸造方法来铸造装备，利用低压铸造技术所具备气压充型原理，将铸型内的补缩通道、浇道结合到一起，形成一条通道，同时保持铸型内部温度，保持温度场分布均匀，使温度梯度与铸型内部压力梯度保持一致，成功解决了浇注和补缩矛盾。下图1为低压铸造技术的工作原理图。
低压铸造技术具有极好的充型平稳性，能适当提高铸件的致密性，保证铸件质量，当前在厚大断面铸件铸造工艺中有着广泛的应用。
1.2 差压铸造
差压铸造方法的兴起时间在20世纪60年代，它是继低压铸造技术之后，创新、发展起来的新型铸造技术。由于低压铸造技术只能控制坩埚内部气压，无法控制铸型的外部大气，所所以难免存在技术缺陷。为了改进低压铸造存在的技术缺陷，研究人员在低压铸造原理上探讨研发出了差压铸造技术，使差压铸造既具备低压铸造技术特点，又具备压力釜铸造技术特。探析差压铸造技术原理，发现其在应用时能将铸型内的上、下压力同时控制起来，然后铸造装备，保证充型平稳、铸造安全有效。差压铸造时，如果采用减压法进行装备铸造，铸造过程中铸型会在压力变化下产生压差，铸型产生的压差越大，其排球能力就越强，气孔就越不容易形成。所以，压差铸造法的使用能有效提高铸件质量，减少气孔的产生率。下图2为差压铸造原理图。
差压铸造比低压铸造更加有效、可行，它不仅具备低压铸造特点，能实现低压铸造装备，还具有压力釜铸造特点，能改善铸件质量，减少气孔产生，降低铸件的热裂可能性。
1.3 调压铸造
调压铸造技术具有充型能力强、补缩性能高两大特点，并且能在铸造过程中实现真空冶金。与差压铸造技术相比，调压铸造技术的性能更加完善。现代工业常将调压铸造技术应用于薄壁铸件的铸造工艺中，它能提高薄壁铸件的精密性，能突破复杂结构铸件精密组芯技术，解决一些关键性难题。
调压铸造技术的最大应用优势是能大大提高金属液的利用率，能提高薄壁铸件的充型能力，减少铸件表面气孔的产生率，避免铸件质量缺陷。
2 反重力铸造技术的发展分析
2.1 反重力铸造电控技术的发展
纵观目前国内外反重力装备的控制系统，单板机控制系统已成为历史。随着计算机和PLC等工业控制技术的不断发展，给传统反重力铸造装备控制系统的更新提供了良好的环境。目前国内外常用的控制系统基本上有2种方式：
1）由工业化一体工作站结合各种数字量或模拟量输入输出板卡组成，该系统可发挥工控机的强大优势，采用高级语言编写更为复杂的执行或监控程序，用于数据采集PCI系列板卡具有很高的采集速度。国内研制开发的BH1型低压铸造计算机控制系统、T482型低压铸造控制系统都采用此种结构；
2）由PLC控制装置与触摸屏或工控机组成上下位机结构的控制系统，PLC大多采用德国SIEMENS或是日本MITSUBISHI公司产品，作为下位控制机，完成设备的顺序动作控制，工控机或触摸屏作为上位监控管理机，实现对设备的运行状况监控以及参数设置修改、数据保存与处理等功能。
2.2 反重力气控技术的发展
人们在反重力铸造装备的研制过程中不断探索，寻求更适合于反重力铸造装备使用的专用调节阀。例如，电气比例阀、直行程电动调节阀也在反重力铸造装备中得到了应用。数字化技术的发展给人们带来了更大的想象空间。德国GIMA公司率先在反重力低压铸造装备中使用了数字组合阀，开发出了专用BAC系统，取得了很好的控制效果。近些年来，国内的反重力铸造装备研制单位也开发了具有自主知识产权的反重力铸造专用数字式组合阀，并在不同种类的装备技术中得到了应用，取得了很好的使用效果。数字式组合阀技术的运用，计算机可直接采用数字信号进行控制，调节阀的不同流量状态可实现阶跃式调节，从而提高了控制系统的压力控制精度。
3 结束语
综上所述，反重力铸造装备技术在当前生产实践中已经得到了广泛的应用，且随着计算机技术水平的不断提升，反重力铸造装备技术已经能够实现自动化、远程化动态监控，能通过计算机软件技术来对铸造工艺进行控制，确保装备与铸件的铸造质量，使铸造工艺过程随时处于最佳状态，切实保证铸件质量。在本篇文章中，笔者对反重力铸造技术的种类作了分析，探讨了低压、差压与调压三种铸造技术的原理和特点，并展望了反重力铸造装备技术的未来发展趋势，得出一系列结论，希望对同行工作有所帮助。
【参考文献】
[1]蔡增辉，郝启堂，李强，李新雷.反重力铸造液面加压系统的自调整比例因子模糊控制[J].铸造，2010（03）.
英文名称：China Foundry Machinery & Technology
主管单位：中国科学技术协会
主办单位：济南铸造锻压机械研究所;中国机械工程学会
出版周期：月刊
出版地址：山东省济南市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1006-9658
国内刊号：37-1269/TG
邮发代号：24-6
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1966
期刊收录：
CA 化学文摘(美)(2009)
核心期刊：
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
期刊荣誉：
联系方式
期刊简介
《中国铸造装备与技术》（双月刊）创刊于1966年，是由中国科协主管，中国机械工程学会、中国机械装备（集团）总公司济南铸造锻压机械研究所主办的国家综合型科学技术刊物，报导内容：铸造新工艺、新技术、新装备，铸造设备的设计、制造、加工，铸造应用技术经验交流，铸造车间设计，技术改造，最新铸造环保技术及实用环保技术，计算机在铸造生产、铸件质量控制等领域的应用，铸造标准宣惯，铸造行业学会、协会活动，学术会议、展览会消息，技术转让、人才交流、企业变革等内容。
关键词：铸造；行业现状；趋势
中图分类号：[F287.2] 文献标识码：A 文章编号：
铸造是一种古老的工艺,在我国已有6000年历史。随着科学技术的不断进步，现代铸造工艺在生产中采用了许多新材料（如复合材料、有机化工材料）、新技术（如电子技术）,铸件也广泛应用于国防、居民日常生活及各个工业领域,特别是在现代制造业方面更是不可或缺的基础工业。在国民经济中占有重要的位置。
我国铸件产量从2000年起超越美国已连续多年位居世界第一，铸件年产值超过2500亿元，铸件产量占世界总产量的1/4，已成为世界铸造生产基地。表1是从美国铸造学会的期刊《现代铸造》从2000年～2009年每年的第12期中关于世界铸造生产统计调查所提供的资料列出的[1]。
虽然我国已成为世界铸造生产基地，但是与欧美、日本等国家采用高新技术主要生产高附加值铸件相比，我国的铸造水平显然尚处于发展中阶段。虽然产量大，但铸件附加值低，技术落后、设备陈旧、能耗和原材料消耗高、环境污染严重以及工人作业环境恶劣等问题已经成为行业的共识。
本文将对铸造科技发展的几个重要领域进行介绍，以反映当前铸造行业的现状及发展趋势。
一、铸造机械
近些年来，我国铸造行业发展迅速。为了生存和发展，“用设备保质量”的观点逐渐得到认可，在铸造厂新厂和老厂建设中，都积极采用先进设备。
造型设备方面，KW、HWS先进设备的大行其道；制芯设备已从单机作业逐步发展成为安全、高效、可靠的自动化制芯线和交钥匙制芯工程。制芯机的“设备”也已普遍采用铸造机器人来实现，并通过可编程控制器进行控制；砂处理设备也取得了长足发展；冲天炉也趋向使用现代化环保型热风冲天炉（并与感应电炉双联）来满负荷正常生产的铸造厂，但总体数量还是较少。
尽管我国铸造装备和从前相比，已取得了很大进步，但在生产水平、节能减排、智能化等方面和国外设备相比，还有很大的距离，从2011 年进出口铸造装备数量及金额（见表2） 可见一斑。我国铸造设备整体水平低、机械性能一般、能耗高等问题依然突出。目前，我国铸件生产能耗是发达国家同类工艺的1.5倍～2倍。我国每吨铸件的各种污染物排放总量是工业发达国家的3倍～5倍。而且余热没有得到处理和利用。
表2
铸造行业历来被认为是高能耗、高污染的行业。根据近年的发展趋势，逐步实现“绿色环保铸造”是铸造行业发展的方向。这就要求我们要不断开发新的节能、清洁、低排放、低污染的铸造材料和铸造装备以投入生产使用。
二、特种铸造
特种铸造主要用于生产尺寸精度、光洁度要求很高的铸件薄壁、复杂小件以及特殊形状的铸件。这也是未来铸造业发展的重要方向。特种铸造工艺方法不下二十种, 如金属型铸造、低压铸造、压力铸造、熔模铸造、真空吸铸、挤压铸造等。
（一）熔模铸造
熔模铸造是我国发展最早和发展得最为完善的一种精密铸造方法。熔模铸造就是在蜡模表面涂覆多层耐火材料,待硬化干燥后,加热将蜡模熔去,而获得具有与蜡模形状相应空腔的型壳,再经焙烧之后,进行浇注而获得铸件的一种方法,故又称为失蜡铸造。
熔模铸造由于铸型是一个整体,不受分型面的限制,可以制作任何种类、形状复杂的铸件。铸件尺寸精度高,表面质量好,能减少或无需切削加工,铸型加热到高温才能浇注,使金属液充填铸型的能力大大改善,故可浇注各种形状复杂的薄壁铸件。特别适用于高熔点金属或难以切削加工的铸件,如耐热合金、磁钢等。熔模铸造的主要缺点是生产工艺复杂,成本较高,蜡模尺寸过大易变形,因而多用于制造各种复杂形状的小零件。例如,各种气轮机、发电机的叶子和叶轮、汽车、拖拉机、风动工具、机床上的小型零件以及刀具等。
目前我国熔模铸件主要问题在于外观质量较差,表面粗糙度和尺寸精度比发达国家低1～3级以上；型壳制备技术及其设备自动化水平相对较低，型壳质量低, 原材料浪费严重。还需不断努力提高生产的管理和技术水平, 走内涵式的发展道路。
（二）压力铸造
压力铸造是先进、高效率的加工方法之一,目前主要用在铝、镁、锌、铜等有色合金铸件的大批量生产中。压力铸造由于自动化程度及生产效率高、可生产薄壁复杂件,且铸件尺寸精度高、表面光洁、质量稳定, 在业界很受重视。目前我国压铸业的整体技术水平离国际先进水平尚有一定差距，压铸合金的种类和性能、压铸件的质量、压铸设备的整机性能、控制系统水平及台套数等均不能满足需求, 亟待发展和完善。
压铸技术的发展有几个主要趋势，一是加强在复杂薄壁铸件压铸技术方面的研究，加大对压铸过程工艺参数的实时监控、跟踪测试和自动反馈技术的研究, 提高压铸工艺优化水平。二是开展压铸模具结构、材质的专业化设计和制造及涂料的研究和专业化供应, 以延长模具使用寿命和提高铸件的质量，不断地将各类新型和传统的可压铸合金及材料引人压铸生产领域。
三、计算机应用
随着计算机应用在广度和深度上的发展, 计算机技术在铸造研究及生产中也得到了比较广泛的应用, 取得了重大经济效益和社会效益。
在铸造领域，计算机可应用到合金设计、凝固理论及工艺研究、数据库建立、模具设计等各个方面。
美日等国在70年代就已经开始把计算机辅助设计应用到合金设计上，并研制出了Rene′125[2]、Rikiloy系列[3]等合金。我国近年来也加强了该方向的研究工作。凝固理论及工艺研究方面，与国外相比我国在铸造凝固过程数值模拟的基础研究方面差距较小, 在一些方面还有自身特点。但在软件开发和应用研究方面与国外相比差距较大。国外的软件开发和应用研究已包括铸钢、铸铁、铸、铜、铸铝、铸镁以及高温合金等几乎所有铸造合金, 已能对砂型铸造、金属型铸造、低压铸造、压力铸造、熔模铸造、单晶铸造、离心铸造、气化模铸造以及连续铸造等十几种铸造方法进行数值模拟。而我国在高温合金、铜、铝及镁合金铸造方面的研究较少, 在单晶铸造、熔模铸造、离心铸造、气化模铸造等方面的研究很少,有的甚至为空白[4～5]。
参考文献：
[1] Census of World Casting Production, Modern Casting[J]. No 12 from the year 2000 to 2009, American Foundry Society.
[2] Peter Aldred.SAE 751049
[3] 渡边力藏等.铁と钢，1975，61：2274
一、引言
机械类机械制造基础系列课程包括机械制造技术基础、机械制造实习和实验。其历史悠久，在1980-2000年期间，机械制造技术基础课程学时数最高达到120学时，机械制造实习（原金工实习）和实验最长达到8周，一般由金工教研室教师负责教学组织和安排，通过教师设计和参与指导实习和实验将理论课与实践课紧密结合。但2000年后，由于课程改革，很多学校的机械制造技术基础课程被分解为材料成形技术基础和机械制造技术基础两门课，而且两门课被分散到材料和机械两个学院，原金工实习拓展为工程训练课程独立归属到工程训练中心，导致理论与实践严重脱节[1]。单方面强调理论的重要性，或者单方面强调实践的重要性都不利于工程知识的构建。制造工程科学是建立在工程实践和工程理论基础上，理论可以指导实践，实践反过来又能丰富理论的内涵。因此，理论课教师应积极设计相关教学环节，将理论与实践紧密结合，实践课教师应该积极配合理论课教师实现教学设计。从而拉近理论与实践的距离，而不是将两者脱节和分离[2]。国内高校中近年来对理-实一体化课程的研究逐步增多[3-5]，但其方法有将课堂放到车间的边讲边练，学用结合；有制定模块，讲练交替的；还有给予职业发展取向，强化技能应用的。总的来看还是停留在用实践来理解工艺原理，进一步提高工艺技能。职业化教育的倾向比较明显。国外一些知名大学，通过综合性实践课程和项目来实现理论与实践的有机结合[6]，例如，加拿大滑铁卢大学所开设的机械工程实践入门1和2，机械工程设计项目1和2；将有关机械制造工艺、机械设计通过项目和实践紧密联系在一起，更加强调理论与实践的有机结合。通过借鉴国内外在理论与实践课程方面的改革经验，通过对课程中一个特定章节的案例分析，为构建机械制造技术基础综合课程的理实一体化课程体系和教学内容打下实践的基础。本文作者在学校教学质量工程研究项目和湖北省教学研究项目的支持下，通过文献研究和调研，提出了构建“机械制造技术基础综合课程”的研究项目，并做了大量的研究工作，形成了旨在提高学生分析问题解决问题的能力的课程体系和教学内容及方法。
二、理实一体化课程体系及教学内容设计
“机械制造技术基础综合课程”课程体系：以现代制造技术为基础、以典型案例实践与分析为先导、以计算机辅助工艺设计为核心、了解传统工艺方法的特点、培养综合工程能力和创新精神[7]。根据课程体系要求，按照教学内容，将每一知识点的教学按照先到实习车间进行实践教学，获得工程实践的感性认识和动手能力。然后在课堂上进行归纳，总结。同时提出问题和项目任务，学生通过自学、设计、制作获得产品功能；最后，再到课堂对存在的问题进行研讨、获得解决问题的方案和创新报告。根据上述课程体系要求和分析，确定“机械制造技术基础综合课程”的教学内容为：体念传统制造工艺方法，掌握先进制造工艺装备操作，讲授与讨论制造工艺基本知识，进行典型零件工艺分析与制作实践，项目设计与工艺设计研讨，项目实施与制作、运行考核、报告与答辩。主要针对机械类专业原来金工实习和机械制造技术基础两门课合计学时为200，经过整合实际学时为176，其中实践内容所占比例不能与理论教学完全分开，只能根据教学需要，有时可能要进行分析、讨论，有时需要实验、制作。按照课程章节内容同时安排认识实践、讲课、动手操作、工艺分析讲课、项目任务实施与答辩。其中铸造工艺理实结合课程教学内容设计如表1所示。
三、铸造工艺章节案例实施方案
1.教学目标。根据机械类专业对毕业生能力要求，本章节可以贡献给专业论证中毕业生能力指标中的第3、6、7，具有初步铸件结构设计能力、铸造工艺设计能力；掌握砂型铸造的操作技能；了解其他铸造方法特点及应用、铸造合金的特点及应用，能够用3D打印技术实现工艺设计，并实施工艺过程。
2.实施步骤与教学方法。①铸造工艺认识实践。以班为单位到铸造实训室，优先由实习指导教师演示砂型铸造过程，然后学生亲自动手铸造十二生肖工艺品。学生参观实训室，记录相关设备、工模具。由教师组织看录像片，了解其他特种铸造工艺过程。②铸造工艺基础知识讲座。由教师讲授金属及合金的流动性、收缩性、偏析与吸气，铸造性能与力学性能间的关系，讨论铸造合金的选择。认识零件图与铸造工艺图，分析铸造工艺参数与铸造工艺图设计。③砂型铸造工艺实践。由实习指导老师安排学生铸造两通铸件，从零件图分析、铸造工?图设计、到选择模样、芯盒、造型、制芯、合箱、浇注、清理和质量分析[8]。其他造型方法（整模、活块、三箱）的演示性示范讲解。④铸件结构设计原理讲座。由教师讲授砂型铸造的铸件结构设计，包括外形、内腔、壁厚、壁间连接的设计原则、减小铸造应力的设计；其他特种铸造方法的铸件结构设计。⑤铸造工艺综合设计与制作项目。教师下达项目任务书（如图1所示），组织学生分析典型铸件的结构设计与铸造工艺间的关系。结构设计与铸造工艺的多样性，分组设计不同铸件结构和工艺方案。
四、教学效果分析
2016年3―7月，在材控1404-06，工程1401-02班中进行改革试点，学生经过有关铸造工艺知识的学习和操作实践，初步学会采用铸件的结构工艺性设计原理和铸造工艺设计方法完成槽轮铸件的结构工艺性设计，铸造工艺设计；并用FDM3D打印制作模样和芯盒，然后用砂型铸造工艺实现了铸造工艺设计。取得了良好的教学效果。
1.学生结构设计和工艺设计结果。通过结构设计获得如下两个结构的铸件，由于结构设计中，中心轮毂高于轮缘，为了实现大批量机器造型，应采用分模两箱造型，芯盒也采用两半分开式芯盒。
2.FDM3D打印制作的模?雍托竞小Mü?工艺设计，将三维图转换为3D打印文件，控制3D打印机打印获得了模样和芯盒。见图2中所示。
3.砂型铸造的槽轮铸件。用模样和芯盒砂型造型后获得的铸型以及浇注的铸件见图2。学生通过实践―理论学习―实践―设计―再实践，获得了本质上的飞跃。从过去金工实习完了就只知道造型、学了机械制造技术基础课后也不知道如何指导实践，到现在可以理解相关知识，不仅能动手造型、还能利用课程相关理论设计工艺、用3D打印制作模样和芯盒、通过铸造实施分析设计方案的合理性。
4.学生报告与答辩。学生根据各自的任务分工，首先完成各自的报告，然后由项目负责人完成整体项目设计与制作报告，报告提交后，由学生组成答辩委员会，教师也是答辩委员会成员之一，学生每个项目选一人，全班组成5―7人的答辩委员会，经过项目自述、提问和回答问题等环节，使学生得到一次完整的学习与实践经历，取得较好的教学效果。学生反映“通过项目设计与制作，对课堂所学有了更深的理解，通过团队协作解决一系列问题更是增强了团队合作能力。”“通过这次实验，我们逐渐学会将理论的设计与实践的铸造相结合，以结合实际为出发点，让我们对机械制造工艺这门课程及铸造这门技术学问有了一个更深层次的认识与理解，对我们今后这方面的学习及工作有很大的帮助”。
多数金属型铸造过程中平均冷却速率要低于50K/s，而过长的铸件冷凝时间会造成了晶粒粗大的现象，加大了发生元素偏析的概率。针对高性能要求的制件可以使用热处理模式来改变不完美的组织。冷凝速度和模温之间存在矛盾关系，无论是加快还是降低冷凝速度，都会对浇铸或组织造成不良影响。通常情况下超过100K/s的冷却速率都会获得超细的晶粒，且析出相拥有超高分散度和韧性。国外机械公司已经开发出一种加热冷却系统，开启该系统能在14s内完成从320e到30e的转变，而在金属型铸造模具中使用该技术无疑是可行的，设置冷水水道到模腔中，利用感应加热板来调节模温，既不影响晶粒大小，又能保证材料的高性能，避免了热处理带来的高人力、物力开支。
复合材料铸造技术
机械产品在超更多样化、特殊化的方向发展，工业生产和居民生活对材料的要求也越来越高，加快了铸造零件性能的提升速度。为了不断提高金属材料的物理或化学性能，利用非连续增强材料的特殊成分来满足符合材料的要求，通过加入晶须、颗粒等材料来加大强度、韧性，材料行业的迅猛发展造就了规定方式排列增强相方式，同时利用控制顺序凝固技术的优势，通过调节排列方式来铸造零件，使其带有其他材料不具备的特殊性能，在区别于其他普通单相组织材料的基础上提供更全面、详化的发展空间，而复合材料铸造技术也会应用更广泛。
半固态金属铸造技术
多数发达国家已经广泛将半固态金属铸造技术应用于铸造业，该类技术充分考虑了金属铸造中树枝网络骨架产生的问题，强烈搅拌处于凝固过程的金属，使其呈现出颗粒状组织，半固态金属液的形成对下一步铸造无疑是有益的。半固态金属液附带的流动性使其能承担更多挤压的工作，所以针对有特殊要求、形状的材料来说，半固态金属液能同时满足形状和性能两方面要求，且不会发生缩裂、气孔、强铸造应力等现象，保证小偏差的尺寸和收缩量，铸造出细小的晶粒，不断延长模具寿命，省略了加工过程的复杂流程。现代铸造业应寻找近净成形技术和金属铸造工序的契合点，通过半固态金属铸造技术来完成两者的衔接，满足模具重力、挤压等方面要求。
快速制造铸件和铸模快速验证技术
一谈:鉴定专家不专业越俎代庖一把抓
记者:在收藏越来越热的当下,文物鉴定专家在收到热捧的同时,也有来自各方对专家的质疑之声,对此现象您是怎么看待?
谭教授:首先我要声明一点我本人是从事中国古代青铜器技术与艺术铸造的研究,换言之就是如果要称呼我为专家也只能是青铜器铸造领域的专家,而非青铜器鉴定专家。鉴定是件十分严肃的事情,就拿青铜器来讲,需要对文物的历史背景、器形、纹饰、古文字、金属工艺有一个系统的认知,但是现在的某些人,只是看了几本书就以专家自居,四处给人家看东西,你问他可曾实地去器物制作工场考察过?零距离看过几件真文物几件假文物?答案是显而易见的,这样的专家又怎么让人信服。而且现在的鉴定界越俎代庖之事也时常发生,比如说明明是搞玉器鉴定的专家跑去给人家鉴定瓷器,这势必会出现冤假错案。古人云“闻道有先后,术业有专攻”,文物鉴定需要严谨的治学态度,这种不专业的现象频频出现,归根究底还是一个“钱”字。
二谈:“罢黜百家,唯我独尊”的一言堂
记者:学术界历来就是百家争鸣,百花齐放,但是今天的文物界,话语权只在少数人手中,您怎么看?
谭教授:乱!现在的文物界懂的人不说话,不懂的人乱说话。更有甚者在利益的驱使下,盗卖者有之,把真断假假当真者有之,大肆炒作者有之,致使很多珍贵文物流失,有的价格远远背离文物本身的价值。
三谈:鉴定机构称权威鉴定证书满天飞
记者:在越来越多的人对鉴定证书的公信力保持怀疑,为什么那些鉴定机构还大肆宣传其鉴定具有权威性?
谭教授:其实这都是某些别有用心的人在利益驱动下,故意把假说成真,给藏家开具鉴定证书,收取高额的鉴定费用。哪一家负责的部级博物馆曾用博物馆名义为藏家开具鉴定证明?严肃负责的文物科技鉴定部门只是出具检测报告,不会出具真伪结论。在此我要奉劝广大藏友,文物是中国的文化体现,多看多实践才是收藏的正道。
四谈:全民总动员大家一起来寻宝
记者:随着“鉴宝”大热,各省市电视台也相继推出自己的“鉴宝”节目,您有没有看过这当中的某个节目?
谭教授:还是看过一些的,这些节目在相关知识普及上还是起到了一定的推动作用,但是文物鉴定是严肃的,那些所谓鉴宝活动充其量只能算是艺术品评估,其与文物鉴定是性质截然不同的两码事,特别不应该谈价格。那些在荧幕上火了多年的鉴宝寻宝活动,又寻到了什么?说到底无非是打着鉴定的旗号,圈钱罢了。
五谈:论坛、杂志谁的影响力更大
记者:在科技高度发展的今天,互联网对传统传媒业造成巨大的冲击,对此您是怎样看待的?
谭教授:不工作时我也喜欢上一些收藏论坛逛逛,论坛是言论自由的地方,信息覆盖面广,各方的反馈能及时让广大网友分享,但是也有些人以“国宝帮”自居,拉帮结派打压一些真正搞收藏的朋友,这些是网络所不能避免的。杂志制作需要一个周期,其学术性,严谨性都是互联网所不能与之相比的,总之是各有所长,互补所短。
记者:作为杂志的后生,您对我们《文物鉴定与鉴赏》杂志有什么看法?
谭教授:我看了你们杂志的创刊,觉得你们的定位很新颖,以科技与传统双轨相结合的双轨鉴定为特色,这在之前的杂志是没有出现过的。杂志风格鲜明既有学术性,又有前瞻性,是本难得的杂志。
六谈:入界需谨慎 收藏要理性
记者:您有什么话想对即将加入到收藏行列的朋友们讲呢?
谭教授:我在文博界工作过,职业道德要求不能收藏文物。不过对于收藏我认为不能抱着捡漏的心态,以小搏大。收藏是一种投资,更是一种文化享受,不能把它当成投机去做,端正了自己的心态,多学习,多实践,多上手,才能辨伪存真。收藏是一门学问,要不断丰富自己的理论知识,在实践中积累经验,才能提高眼力。
谭德睿,1936年生,浙江嘉兴人。1961年上海交通大学机械工程系铸造专业本科毕业。1961年至1981年主要从事现代铸造技术研究工作。1981年至2001年入上海博物馆从事中国古代青铜技术及艺术铸造研究(研究员)。主持传统金属工艺研究工作主要有“苏南地区传统铸造工艺调查报告”、“东汉'水银沁'铜镜表面处理技术研究”(文化部科技成果一等奖)、“东周铜兵器菱形纹饰技术研究”(国家文物局科技进步二等奖)、“吴越青铜技术研究”(国家文物局科技进步二等奖)、“中国青铜时代陶范铸造技术研究”等。参与西汉“透光”镜的研究复制工作。发表主要论文《商周青铜器陶范技术研究》、《东汉'水银沁'铜镜表面处理技术研究》、《中国青铜时代编钟铸造技术》、《中国青铜器表面保护和装饰技术》、《中国青铜时代陶范铸造技术研究》、《东周铜兵器菱形纹饰技术研究》等。
多项研究获高度评价,其中关于陶范铸造技术研究被认为“从理论和实践上对中国商周时期何以能铸造出纹饰精致、器壁薄匀、器形复杂准确的青铜器做出了科学揭示,使中国青铜技术研究更加具体、科学、深化,进一步解开了中国青铜器铸造技术之谜,具有总结性意义,达到国际领先水平”。中国古铜镜‘水银沁’表面研究“解开了中外学者议论半个世纪之久的古铜镜千年不锈之谜,挖掘出湮灭已久的代磨镜药配方,具有很高科学史价值”。铜兵器菱形纹饰技术之谜的破解,揭示出“早在2500年前,先人就掌握了一种特殊而又精湛的表面合金化技术。这一发现为中国科技史增添了光辉一页”。吴越青铜技术研究,则“运用现代检测手段揭示出古代科技信息,然后模拟古法再现了吴越匠师在制作剑首同心圆、青铜复合剑和纤细峻深纹饰薄壁器中令人惊叹不已的精湛技术和重大发 明”。
关键词：铸造行业；绿色铸造技术；发展
中图分类号：TG2 文献标识码：A
引言
最近几年，我国的铸造业取得了一定的发展，但不可忽视的是，我国铸造业的整体经济效益不佳，无论是人均产量、人均产值，还是铸件质量、能源消耗，都与发达国家有一定的差距。因此，我们要了解其存在的问题，坚持绿色铸造技术发展战略，进而推动铸造业的健康发展。
1、绿色铸造概念
铸造业是汽车、石化、钢铁、电力、造船、纺织、装备制造等支柱产业的基础，是装备制造业的重要组成部分，是一个关系国计民生的重要行业。而不可回避的是，在为人们奠定了现代工业基础的同时，也给人们带来了可怕的高污染与高能耗。
所谓“绿色铸造”，就是以循环经济3R即减量化（Reduce）、再利用（Reuse）、再循环（Recycle）为行业准则，使铸造产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个周期中，实现对环境的负面影响最小，资源效率最高。
铸造技术的发展必然要为社会进步和经济发展的大局所左右，“绿色铸造”的概念体现了高速发展着的文明进程的人性化特征和经济可持续发展的总体要求。“绿色铸造”是社会可持续发展战略在制造业中的一个体现，是一种可持续发展的企业组织、管理和运行的新模式。和传统铸造生产模式相比，“绿色铸造”模式对企业信息化运作水平提出了相当高的要求，必须在新的铸造技术支撑下，从市场竞争中走出并实现绿色铸造，“绿色铸造”模式下铸件生产面临的关键是即时采用先进适用的铸造新技术，实现铸件“绿色生命周期”的全过程。
2、铸造业的发展现状
近年来，随着经济的发展，铸造行业逐渐成为我国工业重要组成部分，并且渗透到国民建设的各个行业和部门。虽然我国是铸造大国，但是距离铸造强国还有很长的路要走，与发达国家的铸造业相比，我们还比较落后，在一定程度上影响和制约着我国经济的发展。
2.1、没有形成产业集群，集群优势不明显
我国多数地区尚未形成铸造产业集群，只停留在铸造企业聚集、“扎堆”的低水平状态，尚不具备产业集群的集聚效应。我国铸造厂点多，大多数企业规模都较小，甚至部分企业还停留在小作坊式的生产方式；集聚区内企业间信用机制不健全，缺少正面交流与合作，缺少产品品牌和知识产权意识；市场监管不到位及市场制度不健全；同行业之间产与销连接不紧，产业链不完整，缺少对周围资源的有效整合；企业之间互补性不强，没有形成产业集聚优势；集聚区内各企业从业人员素质差，这都造成了铸造业难以形成产业集群、集群优势不明显的现象。
2.2、环保问题
铸造行业生产具有工序繁多、过程复杂的特点，其产生的尘、渣、废气、废水、噪声等能够对环境造成极大的污染。而我国的铸造企业一般规模较小、较分散且分布于大多数城市区域，生产产生的废物对自然生态环境构成了严重的威胁。主要表现在如下几个方面：第一，大多数铸造企业环境保护意识淡薄，相关法制不健全，执法不严；第二，能耗和原材料消耗高；第三，我国铸造行业的能耗占机械工业总耗能的25%~30%，能源平均利用率为17%，能耗约为铸造发达国家的2倍；第四，环境污染严重、作业环境恶劣；第五，行业结构不均衡，配套设备落后。
2.3、缺乏自主创新能力
与工业发达的国家相比，在科技总体水平方面，我国的铸造业与其存在着很大的差距，主要表现在：一些关键技术不能自给，自主创新能力比较弱差，缺乏相应的核心竞争力。在科学研究方面，我国铸造业的实力还不太强，缺乏相应的激励机制，并且缺乏从事铸造技术工作的优秀人才。同时，在铸造科研投入力度方面严重不足，以及凸显的铸造业的体制、机制方面的各种弊端，这些因素在一定程度上为我国铸造业走自主创新道路设置了障碍。
3、关于铸造技术的发展
3.1、数字化3D无模具造型和制芯技术
数字化3D无模具砂型造型和制芯技术是本世纪初发展起来的新型应用技术，它在2002年完成了产品进入市场。它也称为快速打印成型技术，是利用喷墨打印机原理，CAX技术、自动控制技术、新材料技术基础上，直接借助数据模型，无需模具完成直接造型，快速制造铸造用砂型和砂芯的一门多学科综合技术。
3D数字化快速打印成型技术一改传统加工“去除”成型加工工艺，而采用“堆积”成型加工工艺，在铸造领域具有划时代的意义。目前主要应用在航空航天，海军、汽车，泵类，液压件，阀类铸件等制造行业。值得注意的是该设备在进入市场前8年共生产了40台，但2011年一年就销售了15台，而且是适合生产型大规格的产品。为复杂型腔铸件的开发和小批量生产找到了一条快速、经济的捷径。在许多情况下，这是唯一能生产高度复杂砂芯和砂型的装备。数字化砂型、砂芯快速成型中心旨在完成高难度，复杂砂芯的制造；进行铝、镁、高温合金铸造工艺的研究和开发；开展组芯铸造工艺的研究；用于新产品开发，试样件生产和小批量生产。
3.2、组芯工艺正从铸铝走向蠕铁
组芯工艺（Cosworth），即用组芯技术生产铸件，组芯由单个砂芯组合而成。组芯在80年代起源英国，主要生产跑车的V6发动机，之后被欧美各大汽车公司应用，目前是生产铝发动机缸体的主要工艺之一。组芯技术与湿型砂工艺相比的优势在于尺寸精度高、大量减少了砂的循环、采用气体硬化单一芯砂系统（添加有机树脂的芯砂可有效地再生回收，回收率达95％以上）。因此，铸铁发动机也出现了向组芯工艺发展的趋势。
4、如何做好铸造行业绿色铸造技术发展战略
4.1、加快实施行业准入，利用市场促使机制进行行业结构调整优化
通过实施行业准入，加强政策引导，加快淘汰落后产能步伐，解决行业、量大、、臃肿、的问题；通过积极开展、百千万、工程，解决产业集中度低的问题；通过全力推进产业集群建设，解决产业布局优化的问题。
4.2、坚持传统的铸造产业与推进两化融合、现代制造服务业相融合的发展思路，运用先进实用技术改造提升传统产业
我国铸造业作为传统产业，近些年发展很快，但大而不强、企业平均规模小、技术工艺落后等还是基本现状。铸造企业不断运用新的管理概念、经营理念、信息化技术，尤其是采用智能高新技术来改造和提升传统铸造产业。中铸协将在近两年抓示范工程基础上搭建更大的平台，引导创新要素和资源向优势企业集聚，以充分发挥铸造行业企业研发中心优势福射作用，坚持、开发市场、抢占高端，实施差异化竞争，拥有议价主导权、的发展导向。引导企业加强管理创新、产品创新、品牌创新、产业组织创新、商业模式创新。
4.3、以应用促创新，以创新促发展，加快科技成果转化
要落实创新驱动战略，加快推进企业自主创新能力建设，加快建立以企业为主体、科技为支撑、市场为导向、产学研用相结合的铸造产业创新战略联盟体系，促进科技和经济紧密结合，加快科技成果转化应用，以应用促创新，以创新促发展。
4.4、积极化解产能过剩矛盾
“产能过剩”是目前影响我国工业经济发展潜在的危机。我国现在约有三万家铸造企业，铸造行业产能过剩则更多表现为落后的、低水平的无序竞争、盲目扩张和重复建设，造成大量资源浪费。要按照工信部关于尊重规律、分业实施、多管齐下、标本兼治的总要求，结合实施行业准入，找准产能过剩的症结和化解途径。通过跟踪内需，消化一批产能、通过跨国经营，转移一批产能、通过优化产业组织，整合一批产能、通过严格环保，淘汰一批落后产能，加快推进产能过剩企业兼并重组。
4.5、加大能源与环保法的执法力度，实行严格的监控，加大惩治力度
由于我国铸造行业多为中小企业，劳动条件恶劣，环保意识薄弱，多以牺牲现有的资源和环境条件来获取短期的利益，对环境造成严重的威胁。因此，在能耗、水耗、环境、安全、资源综合利用以及质量、技术、规模等方面，政府或行业协会应加大政策法规的限制力度，制定严格的标准，在一定程度上提高行业的准入门槛，将那些技术落后、污染严重的、规模较小的企业进行重组或淘汰。
结语
总而言之，我们要改变铸造业给我们带来的污染、耗能、粉尘、噪声等的不好的印象，使其朝绿色行业发展，掌握铸造行业绿色铸造技术发展战略的相关措施，稳定我国鋳造大国地位，使我国逐渐变为铸造强国。
参考文献：
摘要：本文介绍了CA精密铸造工艺。重点阐述了计算机辅助工程，包括三维CAD、凝固过程数值模拟等在精密铸件研制过程中的应用。IDEAS可以方便地进行三维设计或逆向工程，获得三维模型，然后通过快速成型技术，能迅速得到铸造原型;用ProCast对铸件的浇注工艺进行模拟，以优化浇注参数，消除铸造缺陷。
关键词：CA精密铸造计算机辅助工程
1引言：
精密铸造是用可溶(熔)性一次模型使铸件成型的方法。精密铸造的最大优点是表面光洁，尺寸精确，而缺点是工艺过程复杂，生产周期长，影响铸件质量的因素多，生产中对材料和工艺要求很严[1]。在生产过程中，模具设计和制造占很长的周期。一个复杂薄壁件模具的设计和制造可能需一年或更长的时间。随着世界工业的进步和人们生活水平的提高，产品的研发周期越来越短，设计要求响应时间短。特别是结构设计需做些修改时，前期的模具制造费用和制造工期都白白地浪费了。因而模具设计和制造成为新产品开发的瓶颈。计算机辅助工程的发展，使得传统产业与新技术的融合成为可能。三维CAD可以把设计从画图板中解放出来，大大简化了设计者的设计过程，减少出错的几率。并且随着快速成型(RP)技术，特别是激光选区烧结工艺(SLS)的发展[2,3,4]，三维模型可以通过RP设备，快速转变成精密铸造所需的原型，打破了模具设计的瓶颈。另外在传统铸造中，开发一个新的铸件，工艺定型需通过多次试验，反复摸索，最后根据多种试验方案的浇铸结果，选择出能够满足设计要求的铸造工艺方案。多次的试铸要花费很多的人力、物力和财力。采用凝固过程数值模拟，可以指导浇注工艺参数优化，预测缺陷数量及位置，有效地提高铸件成品率。CA精密铸造技术就是将计算机辅助工程应用到精密铸造过程中，并结合其他先进的铸造技术，以高质量、低成本、短周期来完成复杂产品的研发和试制。目前，利用CA精铸技术，已完成多种航天、航空、兵器等关键部件的试制，取得满意的效果。
2材料与实验方法
CA精铸可应用于不锈钢、耐热钢、高温合金、铝合金等多种合金，CA精铸工艺流程见图1。三维模型可采用IDEAS、UGII、PROE等三维设计软件进行设计，工艺结构和模型转换采用MagicRp进行处理和修复，在AFSMZ320自动成型系统上进行原型制作，采用熔体浸润进行原型表面处理，凝固过程数值模拟采用PROCAST和有限差分软件进行计算。
3CA精密铸造工艺的关键问题及相关技术讨论
近年来，与CA精铸技术相关的三维CAD设计、反求工程、快速成型、浇注系统CAD、铸造过程数值模拟(CPS)以及特种铸造等单体技术取得了长足的进步，这些成就的取得为集成化的CA精铸技术的形成奠定了基础，促进了CA精铸技术的迅猛发展和应用。为了使各单体技术成功地用于CA精铸，必须消除彼此之间的界面，将这些技术有机地结合起来。从而在产品开发中做到真正意义上的先进设计+先进材料+先进制造。
3.1三维模型的生成与电子文档交换
如何得到部件精确的电子数据模型，是CA精铸至关重要的第一步。随着三维CAD软件、逆向工程等技术的发展，这项工作变得简单而且迅捷。在此主要介绍利用IDEAS进行实体建模和数据转换的过程。IDEAS9集成了三维建模与逆向工程建模模块。通过MasterModeler模块可以得到复杂模型(见图2)，既可以进行全几何约束的参数化设计，又可进行任意几何与工程约束的自由创新设计;曲面设计提供了包括变量扫掠、边界曲面等多种自由曲面的造型功能。逆向工程Freeform可将数字化仪采集的点云信息进行处理，创建出曲线和曲面，进行设计，曲面生成后可直接生成RPM用文件，也可传回主建模模块进行处理(见图4)。实体文件生成后需转变成STL文件(见图3)以作为RP设备的输入。转换过程应注意选择成型设备名称，通常选用SLA500，三角片输出精度在0.005~0.01之间。采用MagicRp处理时应注意乘上25.4，得到实际设计尺寸。
3.2凝固过程的数值模拟
3.2.1凝固过程的数值模拟原理
铸造是一个液态金属充填型腔、并在其中凝固和冷却的过程，其中包含了许多对铸件质量产生影响的复杂现象。实际生产中往往靠经验评价一个工艺是否可行。对一个铸件而言，工艺定型需通过多次试验，反复摸索，最后根据多种试验方案的浇铸结果，选择出能够满足设计要求的铸造工艺方案。多次的试铸要花费很多的人力、物力和财力。
铸造过程虽然很复杂，偶然因素很多，但仍遵循基本科学理论，如流体力学、传热学、金属凝固、固体力学等。这样，铸造过程可以抽象成求解液态金属流动、凝固及温度变化的问题，就是要在给定的初始条件和边界条件下，求解付立叶热传导方程、弹塑性方程。计算机技术的发展，使得求解物理过程的数值解成为可能。应用计算机数值模拟，可对极其复杂的铸造过程进行定量的描述。
通过数学物理方法抽象，铸造过程可表征成几类方程的耦合：
1热能守恒方程： 2连续性方程： 3动量方程： 常用的数值模拟方法主要是有限差分法、有限元法。有限元差分法数学模型简单，推导简单易于理解，占用内存较少。但计算精度一般，当铸件具有复杂边界形状时，误差较大，应力分析时需将差分网格转换成有限元网格进行计算。有限元法技术根据变分原理对单元进行计算，然后进行单元总体合成，模拟精度高，可解决形状复杂的铸件问题。无论采用什么数值方法，铸造过程的数值模拟软件应包括三个部分：前处理、中间计算和后处理。前处理主要为中间计算提供铸件、型壳的几何信息;铸件和型壳的各种物理参数和铸造工艺信息。中间计算主要根据铸造过程设计的物理场，为数值计算提供计算模型，并根据铸件质量或缺陷与物理场的关系预测铸件质量。后处理是指把计算所得结果直观地以图形方式表达出来。图5是铸造过程的数值模拟系统组成。
铸造过程流场、温度场计算的主要目的时就是对铸件中可能产生的缩孔缩松进行预测，优化工艺设计，控制铸件内部质量。
通过在计算机上进行铸造过程的模拟，可以得到各个阶段铸件温度场、流场、应力场的分布，预测缺陷的产生和位置。对多种工艺方案实施对比，选择最优工艺，能大幅提高产品质量，提高产品成品率。
3.2.2铸造过程数值模拟软件[5]
经过多年的研究和开发，世界上已有一大批商品化的铸造过程数值模拟软件，表明这项技术已经趋于成熟。这些软件大都可以对砂型铸造、金属型铸造、精密铸造和压力铸造等工艺进行温度场、应力场和流场的数值模拟，可预测铸件的缩孔、疏松、裂纹、变形等缺陷和铸件各部位的纤维组织、并且与CAD实体模型有数据转换接口，可将实体文件用于有限元分析。
ProCAST是目前应用比较成功的铸造过程模拟软件。在研制和生产复杂、薄壁铸件和近净型铸件中尤能发挥其作用。是目前唯一能对铸造过程进行传热-流动-应力耦合分析的系统。该软件主要由八大模块组成：有限元网格剖分，传热分析及前后处理，流动分析，应力分析，热辐射分析，显微组织分析，电磁感应分析，反向求解等。
它能够模拟铸造过程中绝大多数问题和物理现象。在对技术充型过程的分析方面，能提供考虑气体、过滤、高压、旋转等对铸件充型的影响，能构模拟出消失模铸造、低压铸造、离心铸造等几乎所有铸造工艺的充型过程，并对注塑、压蜡模和压制粉末材料等的充型过程进行模拟。ProCAST能对热传导、对流和热辐射三类传热问题进行求解，尤其通过“灰体净辐射法”模型，使得它更擅长解决精铸尤其是单晶铸造问题。应力方面采用弹塑性和粘塑性模型，使其具有分析铸件应力、变形的能力。
对铸件进行分析时，简单的模型网格可以直接在ProCAST生成。复杂模型可以由IDEAS等软件生成，划分网格后输出*.unv通用交换文件，该文件应带有节点和单元信息。Meshcast模块读入网格文件后输出四面体单元用于前处理。PreCast对模型进行材料、界面传热、边界条件、浇注速度等参量进行定义，最后由ProCAST模块完成计算。
应用IDEAS与ProCAST，我们对某发动机部件进行了凝固过程模拟。该部件由于有一个方向尺寸较薄，浇注过程中极易发生裂纹与变形，通过模拟，对浇注系统结构进行了优化，减少应力集中，防止变形和开裂，取得明显的效果。
结论：
1.计算机辅助工程与精密铸造结合而成的CA精密铸造技术具有很强的通用性，可以缩短研制周期，节约开发成本;
2.IDEAS与RPOCAST的配合，可以对复杂件进行铸造过程数值模拟;
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