国内外铸造技术发展现状精编

1、国内外铸造技术发展现状精编铸造成型是制造复杂零件的最灵活的方法。先进铸造 技术的应用给制造工业带来了新的活力。为数众多的软件 问世和计算机技术的迅独猛发展使得为生产在几何形状、 尺寸、使用性能等方面都符合要求的铸件提出确切可靠的 信息成为可能。铸造厂在其用户进行产品设计和开发阶段 就能成为后者在CAD层次上一个有力的伙伴。与此同时， 铸造厂也遇到了来自铸造行业内部和外部的巨大挑战。或 许可以说，处于世纪之交的各国铸造厂都把下述四项目标 作为自己的主要任务：1. 提高铸件质量和可靠性，生产优质近终形铸件；2. 加强环保，实现可持续性发展；3 降低生产成本；4.缩短交货期。不言而谕，其中第一项是最

2、重要的，如果不能生产岀 优质铸件，其它目标就无从谈起。一. 信息技术在铸造生产中得到广泛应用由计算机、网络技术、传感技术、人工智能等所构成 的信息技术近年来在铸造生产中得到更为广泛的应用。这 正在改变着铸造生产的面貌。可以说，现代铸造技术的主 要特征就是将传统的铸造工艺与信息技术溶于一体。铸件充型和凝固模拟在世界各国铸造厂中得到越来越 多的实际应用。据不完全统计，仅仅包括MAGMASOFT、AFS SOLIDFICATION SYSTEM (3D)在内的欧美八种软件共已销 售出1200多套。为了优化铸造厂的生产组织和车间设计，铸造工作者 已经着手对铸造生产过程进行仿真研究。人们可以通过在 屏幕

3、上进行整个铸造厂或其中某一局部的生产，以找出其 中的薄弱环节，提出优化生产组织和车间设计的方案。这 已在美国、瑞典的一些铸造厂中得到应用，取得了良好结 果。德国Laempe公司、Honttinger公司、西班牙 Loramand i公司等对其用户的制芯工段也进行三维仿真的实 现优化设计。造型、制芯过程的数值模拟正在成为国际铸造界关注 的前沿领域之一。清华大学、日本新东工业等对湿型粘土 砂紧实过程进行了数值模拟。德国亚琛工业大学、清华大 学等正在对射芯过程进行数值模拟。计算机网络技术的发展改变了铸造厂进行管理和经营 的方式。例如，美国福特汽车公司的铸造部位于底特律郊 区，它通过互联网与其所管辖的

4、分别位于美国、加拿大、 英国、澳大利亚、新西兰境内的多家铸造厂进行技术管 理、策划扩建或技术革新，并解决各厂的关键技术问题。 又如，隶属于法国Valfond集团的位于德国萨尔布吕肯的 Halberg铸造厂，通过互联网与其所生产发动机铸件的用户 厂、模具供应厂、大学及研究机械进行联系从而大大缩短 了新产品开发周期，提高了在市场上的竞争能力。快速原型技术在铸造生产中的应用也有了新的发展。 它除了可应用于制造新产品试制用的模样及熔模铸造的蜡 模外，还可用于直接造出酚醛树脂壳型、壳芯，它们可直 接用来装配成砂型。德国AC Tech公司采用这种直接壳型 法与快速原形来为客户生产样品铸件，该公司在接到客户

5、 提供的三维CAD数据后，根据铸件尺寸和复杂程度的不同 在达到3周时间内为客户提供15个铸件。西班牙Loramandi公司推出了砂芯人匚视图技术，它 采用三维数值化仪建立砂芯的图像，然后由一软件通过云 纹法来对所制出的砂芯表面质量进行分析。该系统可自动 地识别出不合格的砂芯。德国Honttinger公司也开发了称 为砂芯观察(Core-Vision)的检验砂芯质量的技术，其工 作原理较简单：一摄像机在不同方向的光源下对每个砂芯 采集最多五个图像。然后计算机对这些图像与合格砂芯标 准图像进行对比并指出任何明显的差别（表明在砂芯上出 现缺陷）。二. 粘土砂湿型造型设备有新的提高由于粘土砂湿型铸造具

6、有造型材料成本低及造型生产 率高等优点，在工业化国家中目前铸件总产量的65%70% 是用粘土砂湿型工艺所生产。德国铸造学会（VDG）对比了 1999年与1994年在德国生产中使用的各类造型线按其生产 能力（每小时所造砂型体积m3/h）的百分率分布（表1）：表1造型线19941999垂直分型无箱射压2937造型气流一一压实1824空气冲击2216其它（无箱）93其它（震压等）3320共计100100由表1可见，在德国震压造型正在逐步被其它先进的 造型设备所取代。而到1999年垂直分型无箱射压造型、气 流一压实造型、空气冲击造型这三类造型线的生产能力之 和已占有77%,居于主导地位。在 GIFA

7、99 上，Georg Fischer Disa 公司展出了其新 产品GFD DISA230垂直分型无箱射压造型机，其生产能力 为500型/小时（无砂芯时）。由于增加了机器刚度，其合 型精度为WO.lmm。这样高精度的造型机可以带来以下优 占八、1. 减少对铸件后处理的要求，这意味着降低成本；2. 主油缸活塞行程十分精确能生产出薄壁铸件，这意 味着减少铸件重量。在展览会上，该公司还展出了 GFD Gompac 530系列动 态预紧实、高压压实终紧实的水平分型有箱造型机。动态 预紧实的特点是砂型紧实度在型腔部位高而朝砂型背面方 向逐渐降低。高压压实则反之。将两者相结合就使整个砂 型紧实度既高又均匀

8、。该机在动态预紧实方面采用了一项 新技术：折线型的升压曲线，其特点是开始升压速率很 低，而随后升压速率增大以达到较高的气体压力。这样既 能使型砂能很好地充填很深的吊砂部位又能得到有效的预 紧实。型砂的终紧实是用柔性压实进行高压压实来完成。 目前在世界各国的铸造厂中已由300多套Georg Fischer Disa公司的水平分型冲击造型系统在运行着。HWS公司展出了其气流一一压实造型系列化产品，该公 司的水平分型气流预紧实、高压终紧实的造型系统也有300 多套在世界各国的铸造中运行着。日本新东工业公司早在十年前即推出了以空气冲击预 紧实、高压压实终紧实的APK系列水平分型有箱造型机。 这种造型机

9、在进行气流预紧实时其余隙中的空气升压速率 达到40Mpa/s,因此其实质上属于空气冲击紧实。三. 型砂处理向智能化质量控制方向发展为造型机提供性能好而稳定的型砂是生产优质铸件的 必要的条件。对用于包括空气冲击、气流一压实、垂直分 型无箱射压等造型方法的型砂，其性能有以下要求：1. 在紧实率为40%时型砂湿压强度约为200kpao砂箱尺寸越大，湿压强度也要越高。2. 上述推荐的湿压强度应在较低的膨润土含量条 件下获得，这意味着型砂应当很好混制即应保证足够的混 碾时间。型砂混制是非常重要的，不可忽视。与此同时， 建议采用优质特别是耐用性好的膨润土。钙基膨润土应进 行苏打活化。3. 理想的型砂MB膨

10、润土（亚甲基兰膨润土）含量不 超过9%,含泥量不超过12%o4. 在造型机处的紧实率在35%-40%之间。为保证所需的型砂性能，现代化的砂处理系统首先其 工艺流程要合理。型砂处理的关键是旧砂处理。旧砂处理的难点是热砂 冷却，即将回用砂的温度降到不高于室温10C,目前，在 生产中使用的各种热砂冷却装置，都是利用水的蒸发潜热 来带走旧砂所含热量使之降温的。国外近年来在智能化型砂质量控制方面有很大发展， 特点是利用计算机辅助对型砂质量进行预防性控制。预防性型砂质量控制的主要点是：砂处理是一循环系 统。砂处理系统的基本任务是保持系统砂各组成物料的动态平衡。由于浇注不同的铸件时砂铁比不同，砂芯量及所 用

11、芯砂不同，浇注后型砂各组分爱热烧损及混入型砂中的 芯砂量也不一样。因此应根据所浇铸件的具体情况来确定 新砂、膨润土、煤粉的补加量，并排除适量的旧砂，从而 使砂系统的组分保持不变。由于计算机应用的迅速发展，目前国内外的一些铸造 厂已实现了按模板（所浇注的铸件品种）来调整向混砂机 加料的配比，由此来实现使系统砂的组分保持动态平衡。为了实现砂处理的闭环控制，对型砂性能进行在线检 测是必不可少的重要环节。因为只有既保持砂系统组分的 稳定又保证型砂主要性能波动范围窄，才能使型砂质量持 久地符合生产优质铸件的要求。经过三十多年的探索，国 内外市场已经推岀了多种型砂性能在线检测装置，它们的 一些共同特点是：

12、检测的项目主要是紧实率和湿强度并采 用气动。四. 树脂自硬砂工艺及设备日趋完善树脂自硬砂特别适合于单件和中、小批量生产中、大 型铸件，机床、矿山、重型、石油、造船、通用等机械行 业的铸造厂只需配备相对简单的设备即可组成机械化生 产。国外在五十年代末以来，随着树脂砂应用的不断扩大 和技术进步，所需用的成套设备日趋齐全和完善，其中包 括砂型落砂、砂块破碎、过筛、磁选、再生、除尘、调 温、树脂砂混制、砂型紧实、翻箱、起模、上涂料、干 燥、合型等工艺设备，以及新砂与旧砂运输、砂型运输等 设备。近二十年来，树脂自硬砂在我国铸造生产中逐步得 到推广应用。五. 冷芯盒制芯用量在增加在成批、大量生产铸件中，三

13、乙胺冷芯盒制芯的芯砂 用量最大。1997/98年在德国其用量已达到总芯砂用量的 57%,见表2。表2 1997/98年德国批量生产中使用化学粘结剂的分布情况制芯方法三乙胺热芯盒士 冗心S02法水玻璃法甲基酚醛树脂其它冷芯盒温芯盒甲基甲酸盐砂芯用量571696542冷芯盒砂芯由于它是常温下在芯盒中硬化后取芯的， 所以它可以达到很高的尺寸精度。这种砂芯还可用来进行 组芯造型，即装配成精确的砂型，它特别造于近终形铝合 金复杂铸件（如缸体、缸盖）的生产。这种工艺被称精确 砂型铸造 (Precission sand casting)。作者 1996 年先 后访问了 Ford汽车公司在加拿大境内的温莎铸铝

14、厂及德国 联合铝业公司VAW在Dillingen的铸铝厂，它们都采用这 种工艺生产缸体、缸盖。作者1996年访问位于德国萨尔布吕肯的Halberg Guss 铸造厂时，见到该厂用空气冲击造型线生产并为德国大众 汽车公司提供的轿车发动机铸铁缸体，其大部分壁厚3mm,水套空腔最窄处仅2mm,所用的砂芯也是由冷芯盒法所制。制芯设备近年来有不小的变化。如果说射芯机构本身 变化并不大的话，但制芯机的“外围设备”包括去除飞 边、砂芯组装、粘结或紧固、浸涂料等设备组合而成。造 芯中心的某些工艺过程及工序间运输过去主要采用专用机 械手来完成，但近年来已普遍采用通用机器人来实现。现 代化的制芯中心是由微机通过可

15、编程控器进行控制的。现代化制芯中心的复杂程度与造型自动线是相当的， 有的甚至超出了后者。六清理设备不断改进对铸件进行表面清理主要采用抛丸清理机。铸造生产对清理设备的主要要求是:（1）迅速地将铸件内外表而全部清理干净；（2）零部件的使用寿命长。可以说抛丸清理设备 基本上就是围绕这两个要求而不断发展的。由于表而清理是铸件后处理过程的一个重要环节，因 此清理不同的铸件要有不同工艺参数。即使对于清理小铸 件的连续式抛丸清理机来讲，也需要根据被清理铸件的材 质（是灰铸铁还是球墨铸铁等）等及几何形状来设定铸件 在抛丸区内逗留的时间和抛丸量等参数，以便使抛丸清理 过程达到最优化。对于一些专用高效抛丸清理机，工艺参 数的设定就更重要了。以一种水平转盘式抛丸清理机为 例，在清理铸件时，机械手带动缸体自转的转速是可变 的。缸体的顶端和底端在通过抛射区时其自转转速很低（甚至可以暂停旋转），以便使弹丸射流有充分时间将铸 件复杂的内腔粘砂抛打干净。抛丸清理设备主要由抛丸器、丸砂分离系统、除尘系 统、铸件运载系统及弹丸循环系统五个部分组成。前三者 大都采用通用部件，弹丸循环系统则由螺旋输送机（或振 动输送机）及斗式提升机组成，大都也属定型部件。因 此，开发一种新的抛丸清理设备的一个主要任务就是研制 其铸件