工艺技术压铸工艺数据库系统
压铸工艺数据库系统
铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约 6000年的历史。
中国约在公元前 1700～前 1000 年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到
相当高的水平。中国商朝的重 875公斤的司母戊方鼎，战国时期的曾侯乙尊盘，
西汉的透光镜，都是古代铸造的代表产品。早期的铸件大多是农业生产、宗教、
生活等方面的工具或用具，艺术色彩浓厚。那时的铸造工艺是与制陶工艺并行发
展的，受陶器的影响很大。中国在公元前 513年，铸出了世界上最早见于文字记
载的铸铁件晋国铸型鼎，重约 270公斤。欧洲在公元八世纪前后也开始生产铸铁
件。铸铁件的出现，扩大了铸件的应用范围。例如在 15～17 世纪，德、法等国
先后敷设了不少向居民供饮用水的铸铁管道。18世纪的工业革命以后，蒸汽机、
纺织机和铁路等工业兴起，铸件进入为大工业服务的新时期，铸造技术开始有了
大的发展。
进入 20 世纪，铸造的发展速度很快，其重要因素之一是产品技术的进
步，要求铸件各种机械物理性能更好，同时仍具有良好的机械加工性能；另一个
原因是机械工业本身和其他工业如化工、仪表等的发展，给铸造业创造了有利的
物质条件。如检测手段的发展，保证了铸件质量的提高和稳定，并给铸造理论的
发展提供了条件；电子显微镜等的发明，帮助人们深入到金属的微观世界，探查
金属结晶的奥秘，研究金属凝固的理论，指导铸造生产。在这一时期内开发出大
量性能优越，品种丰富的新铸造金属材料，如球墨铸铁，能焊接的可锻铸铁，超
低碳不锈钢，铝铜、铝硅、铝镁合金，钛基、镍基合金等，并发明了对灰铸铁进
行孕育处理的新工艺，使铸件的适应性更为广泛。50年代以后，出现了湿砂高压
造型，化学硬化砂造型和造芯，负压造型以及其他特种铸造、抛丸清理等新工艺，
使铸件具有很高的形状、尺寸精度和良好的表面光洁度，铸造车间的劳动条件和
环境卫生也大为改善。20世纪以来铸造业的重大进展中，灰铸铁的孕育处理和化
学硬化砂造型这两项新工艺有着特殊的意义。这两项发明，冲破了延续几千年的
传统方法，给铸造工艺开辟了新的领域，对提高铸件的竞争能力产生了重大的影
响。
铸造一般按造型方法来分类，习惯上分为普通砂型铸造和特种铸造。普
通砂型铸造包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型三类。特种铸造按造型材料的不
同，又可分为两大类：一类以天然矿产砂石作为主要造型材料，如熔模铸造、壳
型铸造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等；一类以金属作为主要
铸型材料，如金属型铸造、离心铸造、连续铸造、压力铸造、低压铸造等。
铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。
铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料，它是以一种金属元素为主要
成分，并加入其他金属或非金属元素而组成的合金，习惯上称为铸造合金，主要
有铸铁、铸钢和铸造有色合金。
金属熔炼不仅仅是单纯的熔化，还包括冶炼过程，使浇进铸型的金属，
在温度、化学成分和纯净度方面都符合预期要求。为此，在熔炼过程中要进行以
控制质量为目的的各种检查测试，液态金属在达到各项规定指标后方能允许浇注。
有时，为了达到更高要求，金属液在出炉后还要经炉外处理，如脱硫、真空脱气、
炉外精炼、孕育或变质处理等。熔炼金属常用的设备有冲天炉、电弧炉、感应炉、
电阻炉、反射炉等。
不同的铸造方法有不同的铸型准备内容。以应用最广泛的砂型铸造为例，
铸型准备包括造型材料准备和造型造芯两大项工作。砂型铸造中用来造型造芯的
各种原材料，如铸造砂、型砂粘结剂和其他辅料，以及由它们配制成的型砂、芯
砂、涂料等统称为造型材料造型材料准备的任务是按照铸件的要求、金属的性质，
选择合适的原砂、粘结剂和辅料，然后按一定的比例把它们混合成具有一定性能
的型砂和芯砂。常用的混砂设备有碾轮式混砂机、逆流式混砂机和叶片沟槽式混
砂机。后者是专为混合化学自硬砂设计的，连续混合，速度快。
造型造芯是根据铸造工艺要求，在确定好造型方法，准备好造型材料的
基础上进行的。铸件的精度和全部生产过程的经济效果，主要取决于这道工序。
在很多现代化的铸造车间里，造型造芯都实现了机械化或自动化。常用的砂型造
型造芯设备有高、中、低压造型机、抛砂机、无箱射压造型机、射芯机、冷和热
芯盒机等。
铸件自浇注冷却的铸型中取出后，有浇口、冒口及金属毛刺披缝，砂型
铸造的铸件还粘附着砂子，因此必须经过清理工序。进行这种工作的设备有抛丸
机、浇口冒口切割机等。砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序，所以在
选择造型方法时，应尽量考虑到为落砂清理创造方便条件。有些铸件因特殊要求，
还要经铸件后处理，如热处理、整形、防锈处理、粗加工等。
铸造是比较经济的毛坯成形方法，对于形状复杂的零件更能显示出它的
经济性。如汽车发动机的缸体和缸盖，船舶螺旋桨以及精致的艺术品等。有些难
以切削的零件，如燃汽轮机的镍基合金零件不用铸造方法无法成形。
另外，铸造的零件尺寸和重量的适应范围很宽，金属种类几乎不受限制；
零件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是其
他金属成形方法如锻、轧、焊、冲等所做不到的。因此在机器制造业中用铸造方
法生产的毛坯零件，在数量和吨位上迄今仍是最多的。
铸造生产有与其他工艺不同的特点，主要是适应性广、需用材料和设备
多、污染环境。铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染，比起其他
机械制造工艺来更为严重，需要采取措施进行控制。
铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能，更高的精度，更少
的余量和更光洁的表面。此外，节能的要求和社会对恢复自然环境的呼声也越来
越高。为适应这些要求，新的铸造合金将得到开发，冶炼新工艺和新设备将相应
出现。
铸造生产的机械化自动化程度在不断提高的同时，将更多地向柔性生产
方面发展，以扩大对不同批量和多品种生产的适应性。节约能源和原材料的新技
术将会得到优先发展，少产生或不产生污染的新工艺新设备将首先受到重视。质
量控制技术在各道工序的检测和应力测定等方面，将有新的发展。
铸造工作者在电子技术和测试手段不断进步的条件下，将对金属结晶凝
固和型砂紧实等理论进行更深入的探索，以研究提高铸件性能和内部质量的有效
途径。机器人和电子计算机在铸造生产和管理领域里的应用，也将日益广泛。
现在铸造工厂所采用的造型方法，过去十年间没有大的变化而造型技术有了大的
进步。对湿砂造型、精密砂型、消失模铸造分别叙述如下。
1．湿砂造型法。Mount公司认为：适用于大部分金属材质、大批量生产的造型法
中，粘土湿砂造型是最经济的造型法。铸造工厂装备有最新技术的控制装置，就
应逐步做到，用湿型砂控制技术可以反复得到最佳的性能。这些控制装置包括，
筛分分离金属、回用砂的冷却、回用砂混练时准确释量添加剂等等。
Vulcan公司认为，现在的粘土湿砂造型机具有优良的性能，能以二年前从未达到
过的速度，制造要求严格、允许差别很小时湿砂型。再加上准确控制效率高的供
砂装置，使粘土湿砂型在铁基合金和非铁合金的造型中保持最重要的地位。
MaclerAssoc 认为，在湿砂造型中，垂直分型与水平分型两种加以比较，对于大
批量生产中、小型，灰铁件或球铁件的铸造工厂，重直分型造型都占优势，因其
设备费用比较便宜、可以高速造型、所需人员少、紧实度的偏差小等优点。但采
用垂直分型工艺，在浇口方案与昌口与形态上，以及在用复杂的芯子、过滤片、
冷铁、套管、舂入芯等方面都受到限制。此外，用流动性好的合金铸造时，由于
金属静压比较高，容易引起金属渗透粘砂。
在制造有色合金铸件方面，已设计了适合这类合金铸件的大批量生产各种特性垂
直分型造型法，现正在推广。但是，具有要求的机械特性的铸件，在用这种造型
法达到相当高度的大批量生产之前，作为大批量铝合金铸件的生产方式，金属型
铸造法依然占有优势。
MaclerAssoc 认为，水平分型湿砂型铸造法，对于中、小批量铸造工厂，还是有
利的造型法之一，无论是上型、下型方式，或双面模板方式，对复杂铸件的生产
都有适应性。可在一个循环期内更换模样，短时间运行、长时间运行都可以有效
的进行生产。但手工操作需要机械化，为了保证生产表面优良、尺寸精度高的铸
件，还需对整套设备进行改造。温砂造型法的选择，需要考虑以下各点：
◆要有能造型出硬度均一的高质量铸型的造型设备。
◆可以迅速更换模板。
◆下芯、铸型的装卸机械化。
MaclerAssoc 谈到，为使造型度均一，采用了多种技术。有几种自动双面模板机
采用了射砂和压实法，此时，为了取得均一的铸型密度，射砂和压实法，此时，
为了取得均一的铸型密度，射砂的方向要是与板垂直的方向。还有一种上型、下
型造型机，为使铸型密度均一，还采了微振击和压实。另外，为向模样填砂时有
强的冲击力，也有用高压缩气体的。
但是，为得到均一的铸型硬度，采用了多种方法，对各种造型方式来讲一种方法
是解决不了的。在造型机的选择上，要对现在使用的铸造厂进行调查，并用自己
的模样试验，以观察其结果。
◆精密砂型
这种造型法的要点是用冷芯盒法的化学粘结铸型。Vulcan认为这是铝合金缸体和
缸盖铸件铸造工艺的复活。其理由是这种方法，可将缸套铸在缸体中，同时，还
有能使用实现方向性凝固的冷铁的优点。
这种方法是在 1970 年代出现的用于铸造近净形铸件和用湿砂铸造对需要增加芯
子的形状复杂的铸件。现在，铸造形状复杂尺寸的准确的铸件时，标准的办法是
用冷芯盒造型法。而且，与砂型铸造相比适用于更多的合金。在制芯作业中可见
到，由于树脂化学和造型装置的革新，可用更低的价格铸造质量，更高的零部件
用液泵和机械手自动生产线，装置进一步改善，所需劳动力减少，可生产出高质
量、低成本的铸件。冷芯盒工艺造型机是制芯机的重大的变型。有的造型机上型、
下型同时造型，有的造型机可制出两面型腔的铸型叠型铸造，第三种变型是利用
二组造型机，一组是上型，一组造下型。
这些造型机为了提高精度，使分型线的飞边最小，在全过程中将铸型紧实是其特
点。大型造型机，为使其动作平滑可靠完全用油压驱动。装有机械手，实施上涂
料型、干燥、下芯、涂粘结剂和合箱等作业。由于有了这些装置，可减少所需的
劳动力，保证最高的质量和生产效率。这种冷芯盒造型机，其铸型的状况不仅影
响铸件表面质量和清理作业，对芯子的正确组装和芯头使型砂在射砂头中流态化
的位置也有影响，因而，铸型的设计是非常重要的。
MaclerAssoc 称，冷芯盒造型机有几种射砂技术。大部分造型机，这种型式的造
型机，用低压大风量射砂，每个循环后都可以使射砂。有二、三个机械厂不是使
砂子流态化，而是用"挤出方式，用有专利权设计的射砂，低气量高压射砂，有
的机械厂认为，用挤出方式，制造复杂的铸型时，砂子也容易流动。这二种技术，
最好用自己的模样进行试用比较，选出最好的方法"。
冷芯盒造型法，可以制造尺寸非常准确的复杂铸型，但模费用和型砂粘接剂、催
化剂的成本比湿砂型用的砂和粘接剂的价格要高，冷芯盒造型法的造型速度低。
消失模铸型
Vulcan消失模铸造由于设备和原料改进而有所发展，采用的比率在不断扩大。多
方向的充填工作点，充填砂（后续砂）即时充填等新技术、使铸件质量，造型速
度提高而成本降低。
消失模铸造的优点有：发泡模可没有斜度或钭度很小，有时还可用钭度使复杂形
状可以造型，设计上有自由度。此外，可使铸件重量减轻，减少甚至不需机械加
工，不用芯子也可铸造等。设备上的革新，组成的部件、涂料、充填介质等新的
开发、使铸件质量和生产效率提高，从而使市场日益扩大。
面向对象(Object-Orientated)方法能够描述现实世界客观对象之间的层次关系、
对象的操作方法、以及对象的性质等，从而反映了一个动态实体体系的各个层次
与侧面。建立对象模型的目的在于从实体中提取对具体应用有用的概念，并用易
于理解的方式来描述。压铸工艺与模具设计中出现的各个描述实体，如压铸合金，
浇注系统，型腔镶块等，实际上都可由数据模型来定义。压铸工艺数据库的建立，
是为后续的面向对象压铸工艺与模具设计过程提供基本数据准备。
1面向对象的压铸数据库系统建模
面向对象的压铸数据库是一种基于面向对象思想的关系型数据库管理系统
(OODBMS)。将数据库中每一个描述实体都作为一个对象(Object)，且每个对象是
唯一可标识的。对象是由描述实体所包含的一组数据和施加于这些数据上的操作
组成。具有相似性质的对象通过概括语义关系形成一个类(Class)，对象是类的
一个实例。在 OODBMS中，对象-类模型通过定义类，对象，对象间关系，以及标
识类中对象的属性和操作来建立数据模型。对象的操作包括事件(即消息)，过程
及方法等。数据模型可由类图来表示，其一般结构如下：
在本研究的 OODBMS 中，包括了压铸合金类数据库，压铸机类数据库，压铸件尺
寸类数据库，模具标准零件类数据库等。其类图可表达如下
(1)压铸合金类图
(2)压铸机类图
压铸机包括卧式冷压室压铸机，立式冷压室压铸机以及热压室压铸机等。根据压
铸零件的结构条件，确定浇注系统的结构形式，再选取适宜的压铸机类型。
(3)压铸件尺寸类图
(4)模具标准零件类图
模具标准零件类包括模板类(分套板，垫板和推出机构推板等形式)，导套类，导
柱类等
导套类和导柱类还存在如下关联语义关系
关于各个对象类的操作，将在后续的压铸工艺与模具设计中实现。
例如，对于压铸机类的“压室直径”(ChbDiameter)属性参数，在后续浇注系统
设计模块与压室容量校核模块会发生如下操作
GlobalChbDiameterAsDouble′在项目标准模块中定义全局变量
：
PrivateSubPourSys—Click()′浇注系统设计菜单驱动事件
：
“规则”′按规则访问数据库记录
(“压室直径”).Value′提取当前记录中压室直径字段
的数据
Parameters=Function(ChbDiameter)′浇注工艺参数设计函数
EndSub
PrivateSubChbVolumeChk—Click()′压室容量校核菜单驱动事件
Check(ChbDiameter)′调用校核过程
EndSub
其中，浇注工艺参数设计函数 Function()的建模已在文献［1］予以论述，校核
过程 Check()的定义见文献［2］。
2数据库系统的实现
数据库的实现遵循如下原则
每一类用关系数据库的一个表来实现，不同子类也用同一表统一实现，但须加上
类属标识符。
对各表的标志属性取值格式加以约束，以实现数据库的联动修改，并辅助实现消
息触发功能。
当对象类与类之间存在关联语义关系时，可在一个类的表中存储关联对象类的实
例名。对同一对象类的属性和操作采用统一的命名格式，即使用命名约束的方法
来实现属性和操作的封装，完成消息触发的功能。
在具体实现时，采用可视化数据管理器建立一个 Access 格式的关系数据库，然
后用数据控制对象来实现数据库系统的可视化，并进行表中数据的增加，删除及
修改等编辑工作。
下面是数据库中的“压铸合金数据表”及其在 CAD系统中的可视化界面。
3结论
由于面向对象的思想贯穿于整个压铸工艺与模具设计过程，使得面向对象的关系
型数据库与后续设计过程具有很好的衔接性。此外，面向对象方法的应用不受具
体数据库格式类型的限制，增强了其应用的灵活性与实现的方便性，能有效地支
持复杂对象体系的整个设计过程。
