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算機技術(shù)的迅獨猛發(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)計和開發(fā)階段就能成為后者在CAD層次上一個有力的伙伴。 與此同時， 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加強環(huán)保，實現(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)用由計算機、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際應(yīng)用。 據(jù)不完 全統(tǒng)計，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， 鑄造工作者已經(jīng)著手對鑄造生產(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 公司等對其用戶的制芯工段也進(jìn)行三維仿真的實現(xiàn)優(yōu)化 設(shè)計。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)等對濕型粘土砂緊實過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。 德國亞琛工業(yè)大 學(xué)、清華大學(xué)等正在對射芯過程進(jìn)行數(shù)值模擬。計算機網(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 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)動機鑄件的用 戶廠、模具供應(yīng)廠、大學(xué)及研究機械進(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周時間內(nèi)為客戶提供15個鑄件。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所制出的砂芯表面質(zhì)量進(jìn)行分析。該系統(tǒng)可自動地識別出不合格的砂芯。德國Honttin ger公司也開發(fā)了稱為砂芯觀察（Core-Vision ）的檢驗砂芯質(zhì)量的技術(shù)，其工作原理較簡單：一攝像機在不 同方向的光源下對每個砂芯采集最多五個圖像。然后計算機對這些圖像與合格砂芯標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對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，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（VDG對比了 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1824空氣沖擊2216其它（無箱）93其它（震壓等）3320共計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，其生產(chǎn)能力為 500型/小時（無砂芯時）。由于增加了 機器剛度，其合型精度為w 0.1mm這樣高精度的造型機可以帶來以下優(yōu)點：1 減少對鑄件后處理的要求，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。在展覽會上，該公司還展出了 GFD Gompac 530系列動態(tài)預(yù)緊實、高壓壓實 終緊實的水平分型有箱造型機。動態(tài)預(yù)緊實的特點是砂型緊實度在型腔部位高而 朝砂型背面方向逐漸降低。高壓壓實則反之。將兩者相結(jié)合就使整個砂型緊實度 既高又均勻。該機在動態(tài)預(yù)緊實方面采用

8、了一項新技術(shù)：折線型的升壓曲線，其特點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。型砂的終緊實是 用柔性壓實進(jìn)行高壓壓實來完成。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)在運行著。HW公司展出了其氣流一一壓實造型系列化產(chǎn)品，該公司的水平分型氣流預(yù) 緊實、高壓終緊實的造型系統(tǒng)也有 300 多套在世界各國的鑄造中運行著。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、 高壓壓實終緊實 的APK系列水平分型有箱造型機。這種造型機在進(jìn)行氣流預(yù)緊實時其余隙中的

9、空 氣升壓速率達(dá)到 40Mpa/s, 因此其實質(zhì)上屬于空氣沖擊緊實。三型砂處理向智能化質(zhì)量控制方向發(fā)展為造型機提供性能好而穩(wěn)定的型砂是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件的必要的條件。 對用于包 括空氣沖擊、氣流一壓實、 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 在緊實率為40%寸型砂濕壓強度約為200kpa。砂箱尺寸越大，濕壓強度也要越高。2 上述推薦的濕壓強度應(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)保證足夠的混碾時間。 型砂混制是非常重要的， 不可忽視。 與 此同時，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在造型機處的緊實率在 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, 特點是利用計算機輔助 對型砂質(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)砂各組成物料的動態(tài)平衡。由于澆注不同的鑄件時砂鐵比不同, 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。由于計算機應(yīng)用的迅速發(fā)展, 目前國內(nèi)外的一些鑄造廠已實現(xiàn)了按模板 （所 澆注的鑄件品種） 來調(diào)整向混砂機加料的配比, 由此來實現(xiàn)使系統(tǒng)砂的組分保持 動態(tài)平衡。為了實現(xiàn)砂處理的閉環(huán)控制, 對型砂性能進(jìn)行在線檢測是必不可少的重要環(huán) 節(jié)。因為只有既保持砂系統(tǒng)組分的穩(wěn)定又保證型砂主要性能波動范圍窄, 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是：檢測

12、的項目主要 是緊實率和濕強度并采用氣動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，機床、礦山、重型、石油、造船、通用等機械行業(yè)的鑄造廠只需配備相對簡單的設(shè)備即可組成 機械化生產(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、翻箱、起模、上涂料、干燥、合型 等工藝設(shè)備，以及新砂與舊砂運輸、砂型運輸?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，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)動機鑄鐵缸體， 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。 如果說射芯機構(gòu)本身變化并不大的話， 但制 芯機的“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輸過去主要采用專用機械手來完成， 但近年來已普遍采用通用機器人來實現(xiàn)。 現(xiàn)代化的制芯中心是由微機通過可編程 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)對鑄件進(jìn)行表面清理主要采用拋丸清理機。 鑄造生產(chǎn)對清理設(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)。 即使對于清理小鑄件的連續(xù)式拋丸清理機來講， 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。 對于一些專用高 效拋丸清理機，工藝參數(shù)的設(shè)定就更重要了。 以一種水平轉(zhuǎn)盤式拋丸清理機為例， 在清理鑄件時， 機械手帶動缸體自轉(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)、 鑄件運載系統(tǒng)及彈 丸循環(huán)系統(tǒng)五個部分組成。 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（或振動輸送機）及斗式提升機組成，大都也屬定型部件。因此，開發(fā)一種 新的拋丸清理設(shè)備的一個主要任務(wù)就是研制其鑄