發(fā)展戰(zhàn)略國內(nèi)外鑄造技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)

1、國內(nèi)外鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀鑄造成型是制造復(fù)雜零件的最靈活的方法。 先進(jìn)鑄造技術(shù)的應(yīng)用給制造工業(yè) 帶來了新的活力。為數(shù)眾多的軟件問世和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅獨(dú)猛發(fā)展使得為生產(chǎn)在 幾何形狀、尺寸、使用性能等方面都符合要求的鑄件提出確切可靠的信息成為可 能。鑄造廠在其用戶進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)階段就能成為后者在CAD層次上一個(gè)有力的伙伴。 與此同時(shí)， 鑄造廠也遇到了來自鑄造行業(yè)內(nèi)部和外部的巨大挑戰(zhàn)。 或 許可以說，處于世紀(jì)之交的各國鑄造廠都把下述四項(xiàng)目標(biāo)作為自己的主要任務(wù)：1提高鑄件質(zhì)量和可靠性，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)近終形鑄件； 2加強(qiáng)環(huán)保，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展； 3降低生產(chǎn)成本；4縮短交貨期。不言而諭， 其中第一項(xiàng)是最重要的，

2、如果不能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鑄件， 其它目標(biāo)就 無從談起。一信息技術(shù)在鑄造生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用由計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、 傳感技術(shù)、人工智能等所構(gòu)成的信息技術(shù)近年來在鑄造生產(chǎn)中得到更為廣泛的應(yīng)用。 這正在改變著鑄造生產(chǎn)的面貌。 可以說， 現(xiàn)代鑄造技術(shù)的主要特征就是將傳統(tǒng)的鑄造工藝與信息技術(shù)溶于一體。鑄件充型和凝固模擬在世界各國鑄造廠中得到越來越多的實(shí)際應(yīng)用。 據(jù)不完 全統(tǒng)計(jì)，僅僅包括 MAGMASOFAFS SOLIDFICATION SYSTEQ3D）在內(nèi)的歐美八 種軟件共已銷售出 1200 多套。為了優(yōu)化鑄造廠的生產(chǎn)組織和車間設(shè)計(jì)， 鑄造工作者已經(jīng)著手對(duì)鑄造生產(chǎn)過 程進(jìn)行仿真研究。人們可以通過在屏幕上進(jìn)行整

3、個(gè)鑄造廠或其中某一局部的生 產(chǎn)，以找出其中的薄弱環(huán)節(jié)， 提出優(yōu)化生產(chǎn)組織和車間設(shè)計(jì)的方案。 這已在美國、 瑞典的一些鑄造廠中得到應(yīng)用，取得了良好結(jié)果。德國Laempe公司、Honttinger 公司、西班牙 Loramandi 公司等對(duì)其用戶的制芯工段也進(jìn)行三維仿真的實(shí)現(xiàn)優(yōu)化 設(shè)計(jì)。造型、制芯過程的數(shù)值模擬正在成為國際鑄造界關(guān)注的前沿領(lǐng)域之一。 清華 大學(xué)、日本新東工業(yè)等對(duì)濕型粘土砂緊實(shí)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。 德國亞琛工業(yè)大 學(xué)、清華大學(xué)等正在對(duì)射芯過程進(jìn)行數(shù)值模擬。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展改變了鑄造廠進(jìn)行管理和經(jīng)營的方式。 例如，美國福 特汽車公司的鑄造部位于底特律郊區(qū)，它通過互聯(lián)網(wǎng)與其所管轄的分

4、別位于美 國、加拿大、英國、澳大利亞、新西蘭境內(nèi)的多家鑄造廠進(jìn)行技術(shù)管理、策劃擴(kuò) 建或技術(shù)革新， 并解決各廠的關(guān)鍵技術(shù)問題。 又如， 隸屬于法國 Valfond 集團(tuán)的 位于德國薩爾布呂肯的 Halberg 鑄造廠，通過互聯(lián)網(wǎng)與其所生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件的用 戶廠、模具供應(yīng)廠、大學(xué)及研究機(jī)械進(jìn)行聯(lián)系從而大大縮短了新產(chǎn)品開發(fā)周期， 提高了在市場上的競爭能力快速原型技術(shù)在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用也有了新的發(fā)展。它除了可應(yīng)用于制造新產(chǎn)品試制用的模樣及熔模鑄造的蠟?zāi)Ｍ?，還可用于直接造出酚醛樹脂殼型、殼芯， 它們可直接用來裝配成砂型。德國ACTech公司采用這種直接殼型法與快速原形 來為客戶生產(chǎn)樣品鑄件，該公司在接到客

5、戶提供的三維 CAD數(shù)據(jù)后，根據(jù)鑄件尺 寸和復(fù)雜程度的不同在達(dá)到3周時(shí)間內(nèi)為客戶提供15個(gè)鑄件。西班牙Loramandi公司推出了砂芯人工視圖技術(shù)，它采用三維數(shù)值化儀建立 砂芯的圖像，然后由一軟件通過云紋法來對(duì)所制出的砂芯表面質(zhì)量進(jìn)行分析。該系統(tǒng)可自動(dòng)地識(shí)別出不合格的砂芯。德國Honttin ger公司也開發(fā)了稱為砂芯觀察（Core-Vision ）的檢驗(yàn)砂芯質(zhì)量的技術(shù)，其工作原理較簡單：一攝像機(jī)在不 同方向的光源下對(duì)每個(gè)砂芯采集最多五個(gè)圖像。然后計(jì)算機(jī)對(duì)這些圖像與合格砂芯標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對(duì)比并指出任何明顯的差別（表明在砂芯上出現(xiàn)缺陷）。二粘土砂濕型造型設(shè)備有新的提高由于粘土砂濕型鑄造具有造型材料

6、成本低及造型生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)化國家中目前鑄件總產(chǎn)量的65%70%是用粘土砂濕型工藝所生產(chǎn)。德國鑄造學(xué)會(huì)（VDG對(duì)比了 1999年與1994年在德國生產(chǎn)中使用的各類造型線按其生產(chǎn)能力 （每小時(shí)所造砂型體積m/h）的百分率分布（表1）：造型線19941999垂直分型無箱射壓造型2937氣流一一壓實(shí)1824空氣沖擊2216其它（無箱）93其它（震壓等）3320共計(jì)100100由表1可見，在德國震壓造型正在逐步被其它先進(jìn)的造型設(shè)備所取代。而 到1999年垂直分型無箱射壓造型、氣流一壓實(shí)造型、空氣沖擊造型這三類造型 線的生產(chǎn)能力之和已占有77%居于主導(dǎo)地位。在 GIFA' 99 上, Ge

7、org Fischer Disa 公司展出了其新產(chǎn)品 GFD DISA23C垂直分型無箱射壓造型機(jī)，其生產(chǎn)能力為 500型/小時(shí)（無砂芯時(shí)）。由于增加了 機(jī)器剛度，其合型精度為w 0.1mm這樣高精度的造型機(jī)可以帶來以下優(yōu)點(diǎn)：1 減少對(duì)鑄件后處理的要求，這意味著降低成本；2 主油缸活塞行程十分精確能生產(chǎn)出薄壁鑄件，這意味著減少鑄件重量。在展覽會(huì)上，該公司還展出了 GFD Gompac 530系列動(dòng)態(tài)預(yù)緊實(shí)、高壓壓實(shí) 終緊實(shí)的水平分型有箱造型機(jī)。動(dòng)態(tài)預(yù)緊實(shí)的特點(diǎn)是砂型緊實(shí)度在型腔部位高而 朝砂型背面方向逐漸降低。高壓壓實(shí)則反之。將兩者相結(jié)合就使整個(gè)砂型緊實(shí)度 既高又均勻。該機(jī)在動(dòng)態(tài)預(yù)緊實(shí)方面采用

8、了一項(xiàng)新技術(shù)：折線型的升壓曲線，其特點(diǎn)是開始升壓速率很低，而隨后升壓速率增大以達(dá)到較高的氣體壓力。這樣既能使型砂能很好地充填很深的吊砂部位又能得到有效的預(yù)緊實(shí)。型砂的終緊實(shí)是 用柔性壓實(shí)進(jìn)行高壓壓實(shí)來完成。目前在世界各國的鑄造廠中已由 300 多套Georg Fischer Disa 公司的水平分型沖擊造型系統(tǒng)在運(yùn)行著。HW公司展出了其氣流一一壓實(shí)造型系列化產(chǎn)品，該公司的水平分型氣流預(yù) 緊實(shí)、高壓終緊實(shí)的造型系統(tǒng)也有 300 多套在世界各國的鑄造中運(yùn)行著。日本新東工業(yè)公司早在十年前即推出了以空氣沖擊預(yù)緊實(shí)、 高壓壓實(shí)終緊實(shí) 的APK系列水平分型有箱造型機(jī)。這種造型機(jī)在進(jìn)行氣流預(yù)緊實(shí)時(shí)其余隙中的

9、空 氣升壓速率達(dá)到 40Mpa/s, 因此其實(shí)質(zhì)上屬于空氣沖擊緊實(shí)。三型砂處理向智能化質(zhì)量控制方向發(fā)展為造型機(jī)提供性能好而穩(wěn)定的型砂是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件的必要的條件。 對(duì)用于包 括空氣沖擊、氣流一壓實(shí)、 垂直分型無箱射壓等造型方法的型砂， 其性能有以下 要求：1 在緊實(shí)率為40%寸型砂濕壓強(qiáng)度約為200kpa。砂箱尺寸越大，濕壓強(qiáng)度也要越高。2 上述推薦的濕壓強(qiáng)度應(yīng)在較低的膨潤土含量條件下獲得，這意味著型砂 應(yīng)當(dāng)很好混制即應(yīng)保證足夠的混碾時(shí)間。 型砂混制是非常重要的， 不可忽視。 與 此同時(shí)，建議采用優(yōu)質(zhì)特別是耐用性好的膨潤土。鈣基膨潤土應(yīng)進(jìn)行蘇打活化。3理想的型砂ME膨潤土（亞甲基蘭膨潤土）含量不

10、超過 9%含泥量不超過 12%。4在造型機(jī)處的緊實(shí)率在 35%-40%之間為保證所需的型砂性能，現(xiàn)代化的砂處理系統(tǒng)首先其工藝流程要合理。型砂處理的關(guān)鍵是舊砂處理。 舊砂處理的難點(diǎn)是熱砂冷卻， 即將回用砂的溫度降到不高于室溫10°C,目前，在生產(chǎn)中使用的各種熱砂冷卻裝置，都是利用 水的蒸發(fā)潛熱來帶走舊砂所含熱量使之降溫的。國外近年來在智能化型砂質(zhì)量控制方面有很大發(fā)展, 特點(diǎn)是利用計(jì)算機(jī)輔助 對(duì)型砂質(zhì)量進(jìn)行預(yù)防性控制。預(yù)防性型砂質(zhì)量控制的主要點(diǎn)是： 砂處理是一循環(huán)系統(tǒng)。 砂處理系統(tǒng)的基本 任務(wù)是保持系統(tǒng)砂各組成物料的動(dòng)態(tài)平衡。由于澆注不同的鑄件時(shí)砂鐵比不同, 砂芯量及所用芯砂不同, 澆注

11、后型砂各組分愛熱燒損及混入型砂中的芯砂量也不 一樣。因此應(yīng)根據(jù)所澆鑄件的具體情況來確定新砂、膨潤土、煤粉的補(bǔ)加量,并 排除適量的舊砂,從而使砂系統(tǒng)的組分保持不變。由于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的迅速發(fā)展, 目前國內(nèi)外的一些鑄造廠已實(shí)現(xiàn)了按模板 （所 澆注的鑄件品種） 來調(diào)整向混砂機(jī)加料的配比, 由此來實(shí)現(xiàn)使系統(tǒng)砂的組分保持 動(dòng)態(tài)平衡。為了實(shí)現(xiàn)砂處理的閉環(huán)控制, 對(duì)型砂性能進(jìn)行在線檢測是必不可少的重要環(huán) 節(jié)。因?yàn)橹挥屑缺３稚跋到y(tǒng)組分的穩(wěn)定又保證型砂主要性能波動(dòng)范圍窄, 才能使 型砂質(zhì)量持久地符合生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件的要求。 經(jīng)過三十多年的探索, 國內(nèi)外市場已經(jīng)推出了多種型砂性能在線檢測裝置， 它們的一些共同特點(diǎn)是：檢測

12、的項(xiàng)目主要 是緊實(shí)率和濕強(qiáng)度并采用氣動(dòng)四樹脂自硬砂工藝及設(shè)備日趨完善樹脂自硬砂特別適合于單件和中、小批量生產(chǎn)中、大型鑄件，機(jī)床、礦山、重型、石油、造船、通用等機(jī)械行業(yè)的鑄造廠只需配備相對(duì)簡單的設(shè)備即可組成 機(jī)械化生產(chǎn)。國外在五十年代末以來，隨著樹脂砂應(yīng)用的不斷擴(kuò)大和技術(shù)進(jìn)步， 所需用的成套設(shè)備日趨齊全和完善， 其中包括砂型落砂、砂塊破碎、過篩、磁選、 再生、除塵、調(diào)溫、樹脂砂混制、砂型緊實(shí)、翻箱、起模、上涂料、干燥、合型 等工藝設(shè)備，以及新砂與舊砂運(yùn)輸、砂型運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備。近二十年來，樹脂自硬砂 在我國鑄造生產(chǎn)中逐步得到推廣應(yīng)用。五.冷芯盒制芯用量在增加在成批、大量生產(chǎn)鑄件中，三乙胺冷芯盒制芯的芯

13、砂用量最大。1997/98年在德國其用量已達(dá)到總芯砂用量的 57%見表2。表2 1997/98年德國批量生產(chǎn)中使用化學(xué)粘結(jié)劑的分布情況制芯方法三乙胺熱芯盒冗心S02法水玻璃法甲基酚醛樹脂其它冷芯盒溫芯盒甲基甲酸鹽砂芯用量%5716965420.5冷芯盒砂芯由于它是常溫下在芯盒中硬化后取芯的，所以它可以達(dá)到很高的尺寸精度。這種砂芯還可用來進(jìn)行組芯造型， 即裝配成精確的砂型，它特別造于 近終形鋁合金復(fù)雜鑄件（如缸體、缸蓋）的生產(chǎn)。這種工藝被稱精確砂型鑄造（ Precission sand casting）。作者 1996 年先后訪問了 Ford 汽車公司在加拿大境內(nèi)的溫莎鑄鋁廠及德國聯(lián)合鋁業(yè)公司

14、VAW在 Dillingen 的鑄鋁廠，它們都采 用這種工藝生產(chǎn)缸體、缸蓋。作者1996年訪問位于德國薩爾布呂肯的 Halberg Guss鑄造廠時(shí)，見到該廠 用空氣沖擊造型線生產(chǎn)并為德國大眾汽車公司提供的轎車發(fā)動(dòng)機(jī)鑄鐵缸體， 其大 部分壁厚3mm水套空腔最窄處僅2mm所用的砂芯也是由冷芯盒法所制。制芯設(shè)備近年來有不小的變化。 如果說射芯機(jī)構(gòu)本身變化并不大的話， 但制 芯機(jī)的“外圍設(shè)備”包括去除飛邊、砂芯組裝、粘結(jié)或緊固、浸涂料等設(shè)備組合 而成。造芯中心的某些工藝過程及工序間運(yùn)輸過去主要采用專用機(jī)械手來完成， 但近年來已普遍采用通用機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)。 現(xiàn)代化的制芯中心是由微機(jī)通過可編程 控器進(jìn)行控

15、制的?，F(xiàn)代化制芯中心的復(fù)雜程度與造型自動(dòng)線是相當(dāng)?shù)?，有的甚至超出了后者。六清理設(shè)備不斷改進(jìn)對(duì)鑄件進(jìn)行表面清理主要采用拋丸清理機(jī)。 鑄造生產(chǎn)對(duì)清理設(shè)備的主要要求 是：（1）迅速地將鑄件內(nèi)外表面全部清理干凈；（2）零部件的使用壽命長?？梢哉f拋丸清理設(shè)備基本上就是圍繞這兩個(gè)要求而不斷發(fā)展的由于表面清理是鑄件后處理過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)， 因此清理不同的鑄件要有不同工藝參數(shù)。 即使對(duì)于清理小鑄件的連續(xù)式拋丸清理機(jī)來講， 也需要根據(jù)被清 理鑄件的材質(zhì) （是灰鑄鐵還是球墨鑄鐵等） 等及幾何形狀來設(shè)定鑄件在拋丸區(qū)內(nèi) 逗留的時(shí)間和拋丸量等參數(shù)， 以便使拋丸清理過程達(dá)到最優(yōu)化。 對(duì)于一些專用高 效拋丸清理機(jī)，工藝參數(shù)的設(shè)定就更重要了。 以一種水平轉(zhuǎn)盤式拋丸清理機(jī)為例， 在清理鑄件時(shí)， 機(jī)械手帶動(dòng)缸體自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速是可變的。 缸體的頂端和底端在通過 拋射區(qū)時(shí)其自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速很低 （甚至可以暫停旋轉(zhuǎn)） ，以便使彈丸射流有充分時(shí)間將 鑄件復(fù)雜的內(nèi)腔粘砂拋打干凈。拋丸清理設(shè)備主要由拋丸器、 丸砂分離系統(tǒng)、 除塵系統(tǒng)、 鑄件運(yùn)載系統(tǒng)及彈 丸循環(huán)系統(tǒng)五個(gè)部分組成。 前三者大都采用通用部件， 彈丸循環(huán)系統(tǒng)則由螺旋輸 送機(jī)（或振動(dòng)輸送機(jī)）及斗式提升機(jī)組成，大都也屬定型部件。因此，開發(fā)一種 新的拋丸清理設(shè)備的一個(gè)主要任務(wù)就是研制其鑄