智能砂型系統(tǒng) 第1部分：鑄鐵件鏤空砂型設(shè)計規(guī)范 標(biāo)準(zhǔn)編制說明（征求意見稿）

1、7/7智能砂型系統(tǒng) 第1部分：鑄鐵件鏤空砂型設(shè)計規(guī)范團體標(biāo)準(zhǔn)編制說明(征求意見稿)1、任務(wù)來源、工作簡要過程、主要參加單位和工作組成員等1）任務(wù)來源本項目是依據(jù)中國鑄造協(xié)會2022年6月23日【2022】53號批復(fù)的團體標(biāo)準(zhǔn)立項，項目編號為T/CFA 2022017，項目名稱為“智能砂型系統(tǒng) 第1部分：鑄鐵件鏤空砂型設(shè)計規(guī)范”。本項目是制訂項目。主要起草單位: 共享裝備股份有限公司、共享智能鑄造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司、清華大學(xué)、國家數(shù)字化設(shè)計與制造創(chuàng)新中心、國家數(shù)字化設(shè)計與制造創(chuàng)新中心北京中心、天津萬立鑫晟新材料技術(shù)研究院有限公司、廣東峰華卓立科技股份有限公司。計劃完成時間為2022年。2)工作

2、簡要過程標(biāo)準(zhǔn)起草單位于2021年5月1日成立了起草工作組，由共享裝備股份有限公司為組長單位，負責(zé)主要起草工作。工作組對國內(nèi)外鏤空鑄型設(shè)計的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展情況進行全面調(diào)研，同時廣泛搜集相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)外技術(shù)資料，進行了大量的研究分析、資料查證工作，結(jié)合實際應(yīng)用經(jīng)驗，進行全面總結(jié)和歸納，在此基礎(chǔ)上編制出智能砂型系統(tǒng) 第1部分：鑄鐵件鏤空砂型設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)草案初稿。2022年1月份提交中國鑄造協(xié)會組織專家進行了研討，對標(biāo)準(zhǔn)的框架及內(nèi)容進行了討論和確定，起草單位進行了修訂后并申請立項，中國鑄造協(xié)會組織專家進行了評議，于2022年6月23日批復(fù)立項。標(biāo)準(zhǔn)起草組依據(jù)專家提出的一些意見對標(biāo)準(zhǔn)進行了修改和完善，形

3、成標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿，并于2022年8年5月，報中鑄協(xié)標(biāo)準(zhǔn)工作委員會秘書處。3）主要參加單位和工作組成員及其所做的工作本文件起草單位：共享裝備股份有限公司、共享智能鑄造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司、清華大學(xué)、國家數(shù)字化設(shè)計與制造創(chuàng)新中心、國家數(shù)字化設(shè)計與制造創(chuàng)新中心北京中心、天津萬立鑫晟新材料技術(shù)研究院有限公司、廣東峰華卓立科技股份有限公司。本文件主要起草人：xx、xxx、。 2、標(biāo)準(zhǔn)化對象簡要情況及制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則1)標(biāo)準(zhǔn)化對象簡要情況本標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化對象：鑄鐵件鏤空砂型。增材制造技術(shù)為古老的鑄造技術(shù)提供了新的發(fā)展機遇和新思路，尤其是為鑄型設(shè)計提供了顛覆性的新思路和制備手段。鑄型的鏤空化是實現(xiàn)智能鑄型的

4、基礎(chǔ)，是智能鑄造的關(guān)鍵，是實現(xiàn)鑄件鑄造過程閉環(huán)控制冷卻的保障。本標(biāo)準(zhǔn)圍繞鏤空砂型設(shè)計，明確了鏤空砂型設(shè)計的目的，提出了鏤空砂型設(shè)計的原則，制定了鏤空砂型設(shè)計技術(shù)規(guī)范。通過標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施，將推進智能鑄造技術(shù)的發(fā)展，將推進增材制造技術(shù)的普及，為推進鑄造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化升級創(chuàng)造條件，為實現(xiàn)鑄造智能化奠定基礎(chǔ)，推動鑄造行業(yè)的科技進步；同時將改變傳統(tǒng)鑄造的生產(chǎn)模式，提高生產(chǎn)效率和響應(yīng)速度，降低生產(chǎn)成本，縮短鑄造工藝流程，改善鑄造生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，減少對環(huán)境的不利影響。國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中沒有相關(guān)鏤空砂型設(shè)計技術(shù)規(guī)范，特制定此標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)范鏤空砂型工藝。2)制訂標(biāo)準(zhǔn)的原則（1）制訂標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)和理由本標(biāo)準(zhǔn)在起草過

5、程中主要按GB/T 1.12020標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分:標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)則的要求編寫。在確定本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)時，綜合考慮生產(chǎn)企業(yè)的能力和用戶的利益，尋求最大的經(jīng)濟、社會效益，充分體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上的先進性和合理性。（2）制訂標(biāo)準(zhǔn)的原則本標(biāo)準(zhǔn)在制訂過程中，遵循“面向市場、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時推出、及時修訂、不斷完善”的原則，注重標(biāo)準(zhǔn)修訂與技術(shù)創(chuàng)新、試驗驗證、產(chǎn)業(yè)推進、應(yīng)用推廣相結(jié)合，本著先進性、科學(xué)性、合理性和可操作性以及標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)、統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性和規(guī)范性的原則來進行本標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。3、與國際、國外對比情況本標(biāo)準(zhǔn)制定過程中未查到同類國內(nèi)、國際、國外標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)水平為

6、國內(nèi)領(lǐng)先水平。4、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容1）標(biāo)準(zhǔn)適用范圍文件規(guī)定了鑄鐵件鏤空砂型設(shè)計的設(shè)計總則和設(shè)計要求。本文件適用于鑄鐵件鑄造生產(chǎn)中使用的鏤空砂型的設(shè)計。2）標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容本標(biāo)準(zhǔn)由范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語和定義、設(shè)計總則和設(shè)計要求組成。5、主要試驗（或驗證）結(jié)果的分析、綜述報告、技術(shù)經(jīng)濟論證，預(yù)期的經(jīng)濟效果等1）驗證方法采用實驗室和生產(chǎn)車間驗證的方法。2）驗證情況分析1、實驗室試驗論證階段。驗證地點：清華大學(xué)驗證時間：2016年10月至2019年12月持續(xù)時間：39個月試驗階段，針對鋁合金鑄造試件應(yīng)力框（如圖1），設(shè)計了鏤空砂型，并應(yīng)用于鑄件的澆注，獲得了良好質(zhì)量的鑄件，并且避免了實現(xiàn)了鑄件冷卻速度的提高

7、，力學(xué)性能的提高，以及鑄件冷卻過程的整體和局部的控制冷卻。根據(jù)鑄造工藝，利用軟件生成了該鑄造試件的各種鏤空結(jié)構(gòu)，采用ExOne-Smax打印出了鏤空砂型，如圖2所示。3D 打印中采用呋喃樹脂粘結(jié)劑，加入量為1.6-1.8%，固化劑為 0.2%，室溫強度大于2MPa。這些砂型沒有分型面，鏤空砂型為一個完整的整體。為了便于鑄件型腔的清砂，在難以清砂的部位設(shè)置了清砂工藝孔進行清砂，同時采用內(nèi)窺鏡進行內(nèi)部清砂情況的檢查。將熔融的A356鋁合金澆入砂型，得到了具有良好外表面的鑄件，如圖3所示。 圖1 應(yīng)力框的形狀尺寸(a) 鏤空砂型1 （六面體桁架型） (b) 鏤空砂型2（四面體桁架型）(e) 鏤空砂型

8、3 （表面加強筋型） (f) 鏤空砂型4 （冒口處中空保溫層）圖2 應(yīng)力框的典型鏤空砂型圖3 鏤空砂型的澆注圖4應(yīng)力框鑄造過程中鏤空砂型的溫度分布 圖5 有鏤空砂型澆注得到的應(yīng)力框鑄件采用鏤空砂型時應(yīng)力框粗桿中心的冷卻曲線和傳統(tǒng)密實鑄型條件下的冷卻曲線對比如圖6所示。從圖中可以看出采用鏤空砂型后粗桿后期的冷卻速度明顯快于密實砂型的情況，這是由于鏤空砂型壁厚較薄，表面溫度高，因此和空氣之間的傳熱效率高，因此鑄件的冷卻效率高，不同于密實砂型在鑄造后期由于蓄能接近飽和而緩慢冷卻的情況。鏤空砂型的冷卻效率提高28%以上，見表1。表1 鏤空砂型的型砂節(jié)約、控制冷卻的效果類型殼型厚度 (mm)桁架桿/筋斷

9、面 (mm)砂型重量 (Kg)型砂減重率 (%)冷卻效率700 to 200提高率提高或凝固時間延長(%)傳統(tǒng)密實砂型-300-鏤空砂型11020201260冷卻提高28鏤空砂型1+整體風(fēng)冷102020126054鏤空砂型2+整體風(fēng)冷101068055鏤空砂型310101039035空氣套保溫凝固時間延長14%鏤空結(jié)構(gòu)4中在冒口部位采用了中空層設(shè)計，中空層內(nèi)的空氣導(dǎo)熱效率低，因此具有一定的保溫作用。從圖中可以看出冒口的凝固時間推遲120s，如圖7所示，這有利于提高冒口的補縮能力。該中中空層結(jié)構(gòu)也可以用于鑄件薄壁部位以緩解和厚大部位的溫差，從而降低鑄件的殘余應(yīng)力，減小變形。由于鏤空砂型的結(jié)構(gòu)方便

10、性，為了加快應(yīng)力框粗桿的冷卻，對鏤空結(jié)構(gòu)3的應(yīng)力框粗桿的殼型底部進行了吹風(fēng)強制冷卻，進一步顯著加快了粗桿的冷卻，從而顯著縮小了粗桿和細桿之間的溫差，有利于降低應(yīng)力框的殘余應(yīng)力。這也說明了鏤空砂型的靈巧性，使得智能鑄造得以實現(xiàn)。澆注后采用對鏤空砂型整體吹風(fēng)冷卻的方法，也顯著提高了應(yīng)力框的整體冷卻效果，鏤空砂型1和2整體吹風(fēng)冷卻后提高鑄件冷卻效果至55%左右，如表1所示。圖6 應(yīng)力框粗桿在鏤空砂型1中和傳統(tǒng)砂型中的冷卻曲線對比圖7 鏤空砂型4冒口中空保溫結(jié)構(gòu)的保溫效果2、生成車間試驗論證階段。驗證地點：共享裝備股份有限公司驗證時間：2019年5月至2020年4月持續(xù)時間：12個月試驗階段，針對機床

11、鑄鐵件的砂芯，進行了鏤空設(shè)計，并應(yīng)用于鑄件的澆注，獲得了良好質(zhì)量的鑄件，并且避免了采用傳統(tǒng)砂芯造成的鑄件的裂紋缺陷。3、小批量試驗階段。驗證地點：共享裝備股份有限公司驗證時間：2020年4月至2021年2月持續(xù)時間：10個月驗證批量：10件6、與有關(guān)的現(xiàn)行的方針、政策、法律、法規(guī)和強制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系；本標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等無沖突。根據(jù)中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法的要求，本標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)、合理、先進、適用，有利于提高生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平和經(jīng)濟效益，有利于保護消費者的利益，有利于保護環(huán)境，有利于合理利用國家資源，推廣科學(xué)技術(shù)成果，有利于促進對外經(jīng)濟技術(shù)合作和對外貿(mào)易，并符合技術(shù)上先進，經(jīng)濟上

12、合理的要求，具有合法性、實用性、規(guī)范性、協(xié)調(diào)性。7、對征求意見及重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，無重大分歧意見。8、標(biāo)準(zhǔn)水平建議，預(yù)期的社會經(jīng)濟效果1）標(biāo)準(zhǔn)水平建議建議本標(biāo)準(zhǔn)的性質(zhì)為團體標(biāo)準(zhǔn)。2）預(yù)期的社會經(jīng)濟效果增材制造技術(shù)為古老的鑄造技術(shù)提供了新的發(fā)展機遇和新思路，尤其是為砂型設(shè)計提供了顛覆性的新思路和制備手段。砂型的鏤空化是實現(xiàn)智能砂型的基礎(chǔ)，是智能鑄造的關(guān)鍵，是實現(xiàn)鑄件鑄造過程閉環(huán)控制冷卻的保障。本標(biāo)準(zhǔn)圍繞鏤空砂型設(shè)計，明確了鏤空砂型設(shè)計的目的，提出了鏤空砂型設(shè)計的原則，制定了鏤空砂型設(shè)計技術(shù)規(guī)范。通過標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施，將推進智能鑄造技術(shù)的發(fā)展，將推進增材制造技術(shù)的普及，

13、為推進鑄造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化升級創(chuàng)造條件，為實現(xiàn)鑄造智能化奠定基礎(chǔ)，推動鑄造行業(yè)的科技進步；同時將改變傳統(tǒng)鑄造的生產(chǎn)模式，提高生產(chǎn)效率和響應(yīng)速度，降低生產(chǎn)成本，縮短鑄造工藝流程，改善鑄造生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，減少對環(huán)境的不利影響。通過標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施，將促進技術(shù)創(chuàng)新，增強產(chǎn)品的國內(nèi)外市場競爭力，同時為推進鑄造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化升級創(chuàng)造條件，對規(guī)范市場競爭，引導(dǎo)市場良性發(fā)展，加快我國快速成型鑄造技術(shù)快速發(fā)展具有積極的促進作用。9、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議（包括組織措施、技術(shù)措施、過渡辦法等內(nèi)容），根據(jù)國家經(jīng)濟、技術(shù)政策需要和該標(biāo)準(zhǔn)涉及的產(chǎn)品的技術(shù)改造難度等因素提出標(biāo)準(zhǔn)的實施日期的建議在本標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，將通過標(biāo)準(zhǔn)宣貫、案例演示、技術(shù)交流等方式，實現(xiàn)本標(biāo)準(zhǔn)的貫徹實施。一般情況下，建議本標(biāo)準(zhǔn)批準(zhǔn)發(fā)布6個月后實施。10、廢止有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議無。11、標(biāo)準(zhǔn)涉及專利情況說明（包括1、專利發(fā)布日期、專利編號、專利權(quán)人；2、專利處置情況；3、專利使用許可申明和披露申明。）(1)清華大學(xué)（康進武、上官