DISA铸造生产线质量控制系统的研究

1、第一章 绪论1.1国内外发展概况1.1.1 铸造技术综述将熔融液态合金注入预先制备好的铸型中使之冷却、凝固而获得毛坯或零件，这种制造过程简称铸造，其产品称为铸件。大多数铸件作为毛坯，需要经过机械加工后才能成为各种机器零件，少量近净形铸件可以直接作为机械零件使用。在机械制造业的诸多材料成型方法中，铸造具有以下独特的优点：l 使用范围广，铸造法几乎不受铸件大小、厚薄和形状复杂程度的限制；l 适合生产形状复杂，特别是复杂内腔零件；l 可用材料广泛，几乎能融化成液态的合金材料均可用于铸造；l 一般情况下，铸件比普通锻件、焊接件成形尺寸精确；l 方法简便，成本低廉、综合经济性能好。铸造是一种古老的制造方

2、法，早在6000年前，我国就有了铸造技术。随着工业技术的发展，铸造技术也飞速的发展，尤其是19世纪末到20世纪初，出现了许多新的铸造方法，如陶瓷铸造法、低压铸造法、连续铸造等等，在20世纪下半叶得到完善和实用化。由于目前对铸造质量、精度、成本和自动化等要求的提高，铸造技术正在向着大型化、精密化、高质量、自动化和清洁化的方向发展。铸造主要工艺过程包括：金属熔炼、模型制造、浇注凝固和脱模清理等。铸造用的主要材料是铸钢、铸铁、铸造有色合金(铜、铝、锌、铅等)等。铸造方法常用的是砂型铸造，其次是特种铸造方法，如：金属型铸造、熔模铸造、石膏型铸造等。而砂型铸造又可以分为粘土砂型、有机粘结剂砂型、树脂自硬

3、砂型、消失模等等。据统计，在全部铸件中，6070的铸件是用砂型生产的，而且其中70左右是用粘土砂型生产的。主要原因是砂型铸造较其它铸造方法成本低、生产工艺简单、生产周期短。当粘土湿型不能满足要求时再考虑使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型。粘土湿型砂铸造的铸件重量可从几公斤直到几十公斤，而粘土干型生产的铸件可重达几十吨。然而，砂型铸造生产的铸件精度、表面光洁度、材质的密度和金相组织、机械性能等方面往往较差，所以当铸件的这些性能要求更高时，通常采用其它铸造方法，例如熔模（失腊）铸造、压铸、低压铸造等等。从组织生产的角度出发，铸造企业一般要考虑尽量保证实现“四同”即“同材质、同大小、同壁厚、同复杂

4、度”，以利于生产工艺的稳定和效率的提高。这一点对于先进铸造造型生产线尤为重要，是其生产效率得以发挥、铸件质量得以保证的重要前提。铸造的分类铸造种类很多，按造型方法习惯上分为普通砂型铸造，又称砂铸，翻砂，包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型3类。 特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造（如熔模铸造、泥型铸造、壳型铸造、负压铸造、实型铸造、陶瓷型铸造，消失模铸造等）和以金属为主要铸型材料的特种铸造（如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等）两类。 3、砂型铸造的方法又可分为：湿型砂机器造型方法、自硬树脂砂造型制芯、水玻璃砂造型制芯、干型和表干型、实型铸造、负压

5、造型、手工造型。 4、砂芯的制造方法是根据砂芯尺寸、形状、生产批量及具体生产条件进行选择的。在生产中，从总体上可分为手工制芯和机器制芯。 按照成型工艺可分为：1.重力浇铸：砂铸，硬模铸造。依靠重力将熔融金属液浇入型腔。2.压力铸造：低压浇铸，高压铸造。依靠额外增加的压力将熔融金属液瞬间压入铸造型腔。 1.1.1.2 铸造工艺1、铸型（使液态金属成为固态铸件的容器）准备，铸型按所用材料可分为陶瓷型、泥型、砂型、金属型、石墨型等，按使用次数可分为半永久型、永久型和一次性型，影响铸件质量的主要因素是铸型准备的优劣；2、铸造金属的熔化与浇注，铸造金属（铸造合金）主要有各类铸钢、铸铁和铸造有色金属及合金

6、；3、铸件处理和检验，铸件处理包括清除型芯和铸件表面异物、切除浇冒口、铲磨披缝和毛刺等凸出物以及热处理、整形、防锈处理和粗加工等11。 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，

7、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。2、工艺流程：随着科技的进步与铸造业的蓬勃发展，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，如铸造原砂、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、逆流式混砂机和连

8、续式混砂机。后者是专为混合化学自硬砂设计的，连续混合，混砂速度快。 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、气冲造型机、无箱射压造型机、冷芯盒制芯机和热芯盒制芯机、覆膜砂制芯机等。 铸件自浇注冷却的铸型中取出后，带有有浇口、冒口、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磨光机、抛丸机、浇冒口切割机等。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

9、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。1.1.1.3 行业特点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18。 另外，铸造零件的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18

10、。 铸造生产经常要用的材料有各种金属、电力、焦炭、木材、塑料、气体和液体燃料、造型材料等。所需设备有冶炼金属用的各种炉子，有混砂用的各种混砂机，有造型造芯用的各种造型机、造芯机，有清理铸件用的落砂机、抛丸机等。还有供特种铸造用的机器和设备以及许多运输和物料处理的设备。 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18。 对于铸造工程师以及机械结构设计工程师而言，热处理是一项非常有意义，而具甚高价值用以改进材料品质的方法，借热处理可以改变或影响铸铁的组织及性质，同时

11、可以获得更高的强度、硬度，而改善其磨耗抵抗能力等等。 由于目的不同，热处理的种类非常多，基本主要可分成两大类，第一类是组织构造不会经由热处理而发生变化或者也不应该发生改变的，第二则是基本的组织结构发生变化者。第一热处理程序，主要用于消除内应力，而此内应力系在铸造过程中由于冷却状况及条件不同而引起。组织、强度及其他机械性质等，不因热处理而发生明显变化。对于第二类热处理而言，基地组织发生了明显的改变，可大致分为五类：(1)软化退火：其目的主要在于分解碳化物，将其硬度降低，而提高加工性能，对于球墨铸铁而言，其目的在于获得更多的铁素体组织。(2)正火处理：主要目的是获得珠光体和索氏体组织提高铸件的机械

12、性螚。(3)淬火：主要为了获得更高的硬度或磨耗强度，同时的到甚高的表面耐磨特性。(4)表面硬化处理：主要为获得表面硬化层，同时得到甚高的表面耐磨特性。(5)析出硬化处理：主要是为获得高强度而伸长率并不因而发生激烈的改变。 （6）表面铸造的缺陷处理： 可有时我们的缺陷没有很多，就不必要投入较大的成本，我们用一些修补剂就可以修补好的，方便简单，例如铁质材料的，我们可以用（劲素成）JS902修补一下就可以了，用不完可以放到以后再用，这样可以为我们的厂家节省成本啊，让我们的铸造厂家把更多的资金投入到提高产品本身质量上，让使用者创造更多的财富。 1.1.1.4 行业趋势铸造产品的发展趋势是提高铸件的综合

13、性能，提高铸件精度，减少加工余量和提高铸件表面的光洁度。此外，为满足社会对恢复自然环境的呼吁，高效节能也是发展的趋势。为满足这些要求，新的铸造合金将得到开发，新的冶炼工艺和新设备将会出现。 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无损探伤、应力测定方面，将有新的发展18。 1.1.1.5 铸造业的发展铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一，因此铸造业的发展标志着一个国家的生产实力。据2008年统计，我国年产铸

14、件3350万吨，是世界铸造第一大国。 “八五”期间，在原机电部高度重视下，铸造机械制造受到了建国以来的最大一次专项技改贷款和攻关费用的投入，扶持了铸造机械行业产品的开发和发展。“大型抛丸清理机的制造”，“垂直分型无箱射压造型机”， “金属型铸造设备” ， “水玻璃旧砂再生设备”等相继被开发应用。 “九五”期间，铸造机械行业承担并树立完成了“轿车铸件毛坯精化高效造型与清理成套技术与装备”的任务，“缸体高效连续抛丸清理线的开发与研制”也取得圆满成功，1999年完成了国家攻关高水平的气冲造型线项目的成功23。 “十五”期间，铸造机械行业主要经济指标的年均增长都在30%以上，高于机床工具全行业平均增长

15、水平，特别是利润增长更快，年均利润增长高达46%，同时也保持较高的市场销售水平。另外，树脂砂造型成套设备，基本可以满足国内市场需求，改变了过去主要依赖进口的局面；已经能够生产出较高水平的铸造自动生产线，达到可部分替代进口的水平，部分的解决了轿车发动机缸体、缸盖等铸件毛坯也要进口的情况；高水平自动制芯机、自动铸件清理机、自动砂处理机、大型自动压铸机以及精密铸造设备等铸造机械，国内基本上都能生产制造。应当说“十五”期间铸造机械行业的产品水平有了很大提高，为中国铸造机械行业今后的进一步发展打下良好基础23。 “十一五”期间，装备制造业在国际、国内巨大市场需求的刺激下，铸造仍将继续保持较高速度增长。由

16、于铸造机械产品的技术水平仍然与市场需求差距较大，使行业的发展存在巨大的发展潜力和扩展空间，为铸造机械行业的快速增长带来机遇。铸造技术存在的问题分析(1)工艺水平低，铸件质量差 铸件加工余量大。由于缺乏科学的设计指导，工艺设计人员凭经验难以控制变形问题，铸造的加工余量一般比国外大13倍。加工余量大，铸件的能耗和原材料消耗严重，加工周期长，生产效率低，已成为制约行业发展的瓶颈。 大型铸件偏析和夹杂物缺陷严重。大型铸钢件和大型钢锭在凝固结束后，在冒口根部、铸件的厚大断面存在宏观偏析、晶粒粗大问题。 铸件裂纹问题严重。 浇注系统设计不合理。由于设计不当，存在卷气、夹杂等缺陷，导致铸件出品率和合格率低。

17、 模拟软件应用不普及。铸造过程模拟是铸件生产的一个必要环节，在国外，如果没有计算机模拟技术，就拿不到订单。我国的铸造业计算机模拟起步较早，虽然核心计算部分开发能力较强，但整体软件包装能力较差，导致成熟的商业化软件开发远落后于发达国家，相当一部分铸造企业对计算机模拟技术望而却步，缺乏信任。目前这种局面虽有所好转，但在购买了铸造模拟软件的企业中，能够发挥其作用的还不多见，急需对企业员工进行软件应用培训11。 普通铸件的生产能力过剩，高精密铸件的制造依然困难，核心技术和关键产品仍依赖进口。 (2)能耗和原材料消耗高 我国铸造行业的能耗占机械工业总耗能的25%30%，能源平均利用率为17%，能耗约为铸

18、造发达国家的2倍。我国每生产1吨合格铸铁件的能耗为550700公斤标准煤，国外为300400公斤标准煤，我国每生产1吨合格铸钢件的能耗为8001000公斤标准煤，国外为500800公斤标准煤。据统计，铸件生产过程中材料和能源的投入约占产值的55%70%。中国铸件毛重比国外均高出10%20%，铸钢件工艺出品率平均为55%，国外可达70%11。 (3)环境污染严重、作业环境恶劣 我国除少数大型企业公司生产设备精良、铸造技术先进、环保措施基本合格以外，其它大多数铸造厂生产设备陈旧、技术落后、很少顾及环保问题。上世纪80年代，政府对规模小、技术水平低、污染严重的企业进行了专业化调整，提高了企业的集约化

19、程度，但粗放型的铸造生产特征没有得到根本的改变。生产环境恶劣、作业条件差、技术落后、粗放式的生产铸造企业占90%以上；1998年在匈牙利举办的第63届世界铸造会议上颁发了环境保护奖，没有一个中国铸造厂获奖，这与中国的铸造大国地位极不相称。我国铸造业的环境问题还表现在对自然资源的超量消耗上。 铸造生产炉料主要使用的是废钢、生铁、石灰石、焦炭等。型砂、芯砂主要是粘土、原砂、树脂、煤粉等粘结剂、旧砂、固化剂等的运输、混砂、造型、制芯、烘烤、熔化、浇注、冷却、落砂、清理和后处理等工序，就其作业内容来讲是在机械振动和噪声中进行，有的还在高温如熔化、浇注中作业，有的产生刺激性气味，粉尘作业环境更是恶劣。在

20、我国铸造车间每生产1吨铸件，约散发50公斤粉尘，熔炼和浇注工序排放废渣200公斤、废气20立方米，造型和清理排废砂约1315吨。以年产2200万吨铸件计，每年排污物总量为：废渣440万吨、废砂近1650万吨、废气4亿立方米。这些数据足以说明我国铸造行业环境问题的严峻程度，采用高技术实现绿色铸造是当前需要重点解决的关键问题11。1.1.2 世界铸造技术近年来世界铸件产量的稳定发展，说明铸造工业成功地适应了各种新材料、新工艺的挑战，在科学技术迅猛发展的今天不仅没有沦落为“夕阳工业”，反而通过采用高新技术而不断自我完善和提高。高新技术与传统铸造技术相结合产生了一批先进铸造技术，不仅在铸件开发和生产、

21、提高产品质量和劳动生产率等方面发挥作用，而且也使铸造企业的生产、销售组织模式发生了翻天覆地的变化。铸件生产涉及材料、冶金、化学、机械和电子技术等众多学科，存在的技术问题多而复杂。金属液过滤技术在工业发达国家的应用，使铸件力学性能普遍得到提高。热分析仪、直读光谱仪的应用，使C、Si、S、P及微量元素得到了及时、准确的控制。采用先进的无损检测技术，可使铸件成形后的质量得到有效控制。各学科先进技术在铸造生产中的应用，使铸件外观质量、内在质量和出品率得到很大提高。当前各工业发达国家都十分重视信息技术对传统产业的改造，计算机技术、网络技术、传感技术、人工智能等构成的信息技术在铸造生产中得到了广泛应用。信

22、息技术的应用不仅改变着铸造业的生产、研发、工艺过程，而且将对铸造企业未来的组织、经营、管理方式进行着根本性的转变。企业组织结构将从金字塔式的多层分工模式向分布式网络化的扁平模式转化，全球化、网络化、虚拟化已成为机械制造业重要的发展趋势。例如下表：高新技术与铸造技术的结合应用表高新技术先进铸造技术特点应用计算机技术数字铸造高效精密铸造工艺CAD铸造模具CAD/CAM一体化计算机技术虚拟铸造智能铸造过程宏观模拟及工艺优化铸件组织微观模拟及性能寿命预测信息技术信息铸造数字网络生产组织的网络分布化铸造企业管理的信息化铸件销售国际化电子化自动化技术自动铸造高效智能铸造过程自动监测与控制铸造机器人的应用现

23、代环保技术绿色铸造清洁低耗清洁铸造技术铸造废弃物的再生利用CADCAM一体化技术快速制造快速快速原型及快速制模综上所述，先进铸造技术的应用使铸造产品质量和劳动生产率大幅度提高，生产环境和劳动条件有效改善，组织管理模式不断创新。在高新技术的推动下，铸造这一传统产业重新焕发了勃勃生机。1.1.3 我国铸造技术随着改革开放，以及“七五”、“八五”的技术改造，使我国铸造行业发生了很大变化。近十年来，通过技术改造，一批企业有了较大的进步和改观，形成一批具有先进水平的铸造骨干生产厂，但总体来说，我国铸造行业仍未摆脱生产企业众多，经济效益低下，铸件质量低，能源、材料消耗高，劳动条件恶劣，环境污染严重等问题。

24、近十年来，我国铸造行业的技术进步和发展变化主要表现在：新装备的应用提高了我国铸造生产机械化水平我国先后引进垂直和水平分型的高压、射压、挤压和静压以及“V”法等先进的造型生产线逾百条，对提高我国高强度薄壁铸件的质量起到了显著的促进作用。机床、石油、通用机械和重型机械等行业树脂砂生产线的引进，汽车、内燃机等行业的大批量气冲流水造型线的引进，都显著地提高了我国铸造技术装备水平。各类制芯机的引进，使我国已能批量生产各种类型的热芯盒机、壳芯机。三乙胺法的冷芯盒装备和制芯单元经过消化吸收已研制成功并投入使用，使我国制芯水平有了很大提高。例如：从丹麦引进的铸造生产线，它的快速在线检测技术大大的提高了铸造速度

25、和铸件质量 1. 新工艺和新技术的应用促进了铸件质量的提高近几年开发和推广了各种先进的铸铁熔炼设备，从而进一步提高了铁液温度，减少铁液氧化。外热式热风（风温500600摄氏度）冲天炉已开始在我国应用，使铁液温度达到1500摄氏度。冲天炉电炉双联熔炼工艺已在大批量流水生产及批量生产中广泛应用。1.1.3.2 新辅料的研制应用提高了铸件的使用寿命和可靠性经过十多年的研制和攻关，已形成我国自己的孕育剂、球化剂和蠕化剂系列，逐步形成按国家标准商品化供应三剂的生产基地，有力地促进了我国铸铁件内在质量的提高。1.1.3.3原辅材料的供应开始有了好转铸造原辅材料的质量和供应长期以来一直制约着我国铸造业的发展

26、和铸件质量的提高。经过广大铸造工作者四十多年的呼吁和艰苦奋斗，此局面开始有所好转。巴胡塔、内蒙大林、福建东山、河南郑庵、平潭等30多个采砂场全部实现了原砂水洗，使原砂低于0.8的含泥量。这些采砂场目前的水洗砂年产量达150200多万吨，擦洗砂年产量为50多万吨。在我国山西等地已初步建成高温优质的铁液所需铸造焦的生产基地，形成一定的规模，为稳定提高高强度灰铸铁件和球墨铸铁件的质量创造了有利条件。1.1.3.4 先进的测试、研发手段在铸造生产中得到应用和发展近年来许多骨干铸造厂采用热分析仪、直读光谱仪快速有效地控制了炉前金属液成分和杂质元素含量，并采用声速和声频等测试方法控制铸件的质量，保证了铸件

27、内在质量的可靠性和稳定性。计算机技术已在铸造生产中得到应用。目前已用于生产管理和各种数据处理，生产过程自动化控制，以及铸造工艺辅助设计等领域。三坐标测量仪已在少数大型铸造厂开始应用，有效地保证了模具、芯盒，乃至铸件的尺寸精度。1.1.3.5 铸造工程中的计算机质量控制及信息管理系统 如前所述，先进制造企业的三要素是人、技术和管理。计算机在铸造行业管理方面有广阔的应用前景。计算机管理信息系统在我国铸造行业上基本还是空白。因此，在新世纪来临之际，铸造企业如何利用先进的计算机技术、信息技术和先进的管理思想等来提高管理水平及建立管理信息系统，是提高企业竞争能力和走上快速发展道路的最重要的手段之一。 1

28、.2 DISA铸造生产线概况现以丹麦DISA无箱挤压自动造型线为核心，构建了先进的潮膜砂铸造工艺。该工艺属于粘土湿型铸造的一种先进生产工艺。生产组成分为绒花工部、型芯工部、清理工部和运转工部四大工部。熔化工部采用冲天炉与感应电炉双联熔化工艺，用较低的能耗保障铁水的温度和适时的孕育。炉前配备德国SPECTRO直读光谱分析仪，可在23分钟内读出十几个元素的含量，使Fe、C、Si、S、P等元素比例得到及时、准确的控制。XJG大型金相显微镜及时观测铸件试样的金相结构，与直读式光谱仪配合严格控制出炉铁水的质量。型芯工部采用高效转子式混砂机混制型砂，并配备成套的自动加水、旧砂、新砂、粘土、煤粉定量装置和旧

29、砂再生系统。型砂在线检测仪有效控制型砂的成分和性能。整个砂处理系统采用PLC集中控制，配置除尘装置，砂处理能力达到50T/h。清理工部采用大型滚筒落砂机和抛丸清理机实现对铸件的落砂清理。造型设备是丹麦DISA公司生产的DISA MATIC-2013 LP/PLC垂直分型无箱射砂挤压自动造型线，合型精度小于0.1mm，造型速度达到了每小时325型，约11秒即完成一个造型周期。DISA造型线分为造型主机（DMM）、自动输送机（AMC）和同步输送机（SBC）等几大单元，它们协调动作共同实现DISA造型线的六个关键步骤：（1）射砂；（2）挤压；（3）反压板起模；（4）合型输送；（5）正压板起模；（6）

30、关闭造型室。DISA水平分型造型原理如下图所示：Error! Reference source not found. 图1 DISA垂直分型造型原理图1.3 选题背景结合毕业设计课题，我们考察了湖北黄石的知名企业东贝轻工铸造有限公司。东贝轻工铸造有限公司是一家专门从事铸件的生产厂家，现有引进丹麦DISA2013LP垂直分型射挤压造型线和混砂生产线各一条，设计生产能力为年产3500吨（实际已达4000吨），厂区占地面积3万平方米。1998年8月通过了IS09002质量体系认证。具有一支较强的铸造生产技术和管理队伍，特别是在DISA铸造生产线的使用、维护、维修、管理等方面，积累了大量的经验，有成熟

31、的DISA铸造工艺技术。为适应市场需求，充分利用现有资源，扩大企业生产规模，拟在原有24米84米的厂房内扩建二条DISA铸造生产线，其铸件年生产能力可达12000吨。加上原有一条DISA生产线，共三条DISA铸造生产线可生产汽配件和压缩机铸件（中小件）16000T/年。使企业成为黄石乃至鄂东南的铸造中心。目前，该项目已进入初步设计阶段。通过参观调研，我们发现该厂在全国的铸造产业很有代表性对该厂以往铸造生产中，产量不高，质量不稳定，不能满足市场需要的现状，总结出以下几点主要原因：一是生产工艺优化力度不够型板工艺仍沿用原老工艺，未能及时对其优化，导致铸件工艺出品率低，批量生产稳定性差，缩孔缩松、皮

32、下渣气孔等缺陷时有批量发生；熔炼过程中的球化孕育工艺稳定性较差，导致铸件机械性能、加工性能不稳定；型砂质量不稳定二是生产设备有待完善，工装（模具）质量有待提高砂处理系统（混砂机、斗提、除尘设备等）有待改造模具分型面及芯盒配合设计水平有待提高，模具制作及管理要求不高三是原材料不稳定，物流不稳定，物流管理不畅由于能源因素的影响，这几年铸造所用的原材料纷纷涨价并且大量无质量保证体系的原材料厂家的低劣产品充斥市场，而铸件价格未及时随原材料上涨而涨价，从而导致生产厂家为降低生产成本而采购生产成本而采购低价格底品位原材料，最终导致产品质量不稳定四是检测手段落后，质量信息反馈机制不健全化学成分光谱检测、尺寸

33、检验、炉前金相分析不健全；出现质量问题不能及时查出相应的原材料、化学成分、机械性能等相关质量信息五是员工素质量良莠不齐岗位技能有待提高铸造行业工作条件差、环境艰苦，很多不熟悉的人员不愿加入铸造行业，熟练操作工人严重短缺但随着公司规模的不断扩大，新员工队伍不够稳定新员工到公司后立即投入了生产现场，未及时对其进行系统培训随着铸造全球采购步伐的加快和中国作为世界制造中心地位的确立，球墨铸铁年需求将达到万万吨，汽车制动器类球墨铸铁年需求量也高达余万吨为了适应企业发展需要，进一步稳定提升汽车制动器铸件产品质量，东贝汽车制动器铸件公司以从丹麦公司引进先进的自动化生产线为主，从而赶上世界先进水平，把我国由一

34、个制造大国改变成一个制造强国。正因如此，国内对DISA生产线的操作，研发人员都极为紧缺。作为偏重实践动手操作的大专生，在次领域是极为紧缺的，大学必须积极培养这种适应市场和国际发展的新型人才。基于这种思想，我们的毕业导师带领我们深入车间，了解目前国内外铸造业的发展趋势，把握铸造脉搏，掌握市场动向，让我们以振兴中国铸造业为己任，大胆学习国内外的先进技术，掌握先进的机械操作。当然，以目前的实力，我们是远远不够的。但是，不敢想的人怎么去做呢？重要的不是是否成功，而是是否敢于向成功迈进。通过计算机技术的应用给传统铸造行业带来深刻的变化,从铁水的熔炼,直到铸件的清理,计算机将给铸造厂带来质量,效益和洁净.

35、人们利用计算机技术来控制过程,把铸件的缺陷降低到最低的程度.今天铸造企业技术进步的主要标志就是计算机技术的应用程度.DISA铸造生产线采用计算机控制,在铁水、铸件快速质量检测、造型、造芯和砂处理过程中,使铸造生产线过程及设备的可靠性,生产效率得到提高,而且使设备具有人工智能.本文的主要工作是深入车间，了解目前国内外铸造业的发展趋势，把握铸造脉搏，掌握市场动向。掌握DISA铸造生产线质量控制的基本原理，以及DISA铸造生产线质量控制的基本流程。分析DISA铸造生产线质量控制技术，在自己的所学上，大胆发表自己的看法，想法，甚至改进措施，相互探讨。第二章 计算机辅助质量监控2.1 概况传统的铸造生产

36、方法已经不能完全满足市场经济和社会的要求，为了赢得竞争、占领市场、持续发展，铸造生产企业就必须改进传统的生产工艺和方法，引进新的技术、新的思维。将先进的计算机技术引入到铸造领域正是这一趋势的迫切要求。计算机控制就是用计算机对一个动态对象或过程进行控制。在计算机控制系统中，用计算机代替自动系统中的常规控制设备，对动态系统进行调解和控制，这是对自动控制系统所使用的技术装备的一种革新。自20世纪90年代以来，在世界范围内出现了研究、开发、实施计算机辅助质量系统QAS（Computer Aided Quality System）,集成质量系统IQS（Integrated Quality System）

37、,以及统计过程控制SPC（Statistical Process Control）的热潮，并专门组织了“CIMS中的计算机集成质量系统”的国际会议，对IQS，QAS，SPC的建模、体系结构、CAD/CAM与CAQ的集成，IQS中的知识工程与专家系统进行了深入探讨。我国在“质量与设计”、“质量与制造”、“质量与装配”、“质量与管理”、以及“质量与时间”上进行了广泛深入的研究，并取得了大量的成果。铸造生产是由多工序组成的连续生产过程，为了有效地满足用户对产品质量、需要量等的要求，必须对所有工序进行综合控制。同时炼钢企业的质量管理具有与其它企业不同的特点：它的在线质量检测多在高温状态下进行；检测的点

38、多而且实时性要求高；同时需要进行抽样检验、理化测试分析。通过计算机来对生产设备和生产过程，进行检测和控制是计算机在铸造生产中应用的重要内容。这几年来，已经出现了很多使用计算机来监测各种数据和生产状况、控制生产过程的设备装置，从而大大提高了铸件质量和生产效率，起到了降低成本的效果。因而铸造过程中使用电子系统和计算机技术进行检测控制是提高铸件质量所必备的条件，也是现代铸造生产的重要标志之一。计算机检测与控制系统一般由计算机硬件、软件、I/O接口、数模(D/A)、模数 (A/D) 转换器和传感器及执行机械设备等部分组成。 在目前的计算机质量监测控制体系中，大多以监测控制计算机为主体，加上监

39、测装置，执行机构，与被监测控制的对象（生产过程）共同构成的整体。在系统中，计算机直接参与生产过程的检测（monitor）、监督（supervise）、和控制（control），或者说应具有下述三方面的功能：（1）采集与处理功能：主要是对生产过程的参数进行检测，采样和必要的预处理，并以一定的形式输出（如打印制表和屏幕显示），为生产人员提供详实的数据，以便于他们分析、了解生产情况，监视生产过程的进行5。（2）监督功能 将检测的实时数据、人工输入的数据等信息进行分析，归纳，整理，计算等二次加工，并制成实时和历史数据库加以存储。根据实际生产过程的需要及生产进程的情况，进行工况分析、故障诊断、险情预测，

40、并以图、文、声等多种过程形式及时做出报道，以进行操作指导、事故报警。监测系统的输出一般都不直接作用于生产过程，而是经过生产人员的判断再由操作人员对生产过程进行干预5。（3）控制功能 在检测的基础上进行信息加工，根据事先决定的控制策略形成控制输出，直接作用于生产过程5。完整的计算机检测控制系统集成了上述三种功能，它利用了计算机速度高，容量大和智能化的特点，把一个复杂的生产过程变成了一个完整、综合、高效的自动化整体。在实际使用过程中，还可以根据实际的需要和对象的不同，系统只设计实现上述部分项的功能。这样可以更加针对实际应用的需要，得以降低成本，减少复杂性，还可增强维护性。2.1.1 铸件工序质量控

41、制系统(SPC)简介 SPC是计算机在机械生产领域的一个重要突破.应用计算机技术进行在线控制,对控制系统运行所依据的数理统计理论及控制方法，与计算机技术结合的可行性进行分析。以经济实用、现场可行性作为出发点，利用计算机技术、检测技术、传感器技术、工业网络与数据库技术和质量控制相结合，使开发的系统达到在线工序质量控制的功能。而且,系统还可对单工序、多工序以及区域性的质量进行控制，并对工序质量及系统本身可靠性进行分析。SPC即统计过程控制（Statistical Process Control）。SPC是美国贝尔实验室休哈特博士首先应用正态分布特性于生产过程中的管理，目前已成为生产过程中控制稳定产

42、出的主要工具之一，在生产型企业中应用的非常广泛。SPC主要是指应用统计分析技术对生产过程进行实时监控，科学的区分出生产过程中产品质量的随机波动与异常波动，从而对生产过程的异常趋势提出预警，以便生产管理人员及时采取措施，排除异常，恢复生产过程的稳定，以达到提高和控制质量的目的。在生产的过程中，产品质量的特征值波动是难以避免的。它是取决于人、机器、材料、环境以及方法等因素的波动。这种波动一般分为两种：一种是正常波动、再者就是异常波动，或称为系统误差和偶然误差。正常波动是偶然性的、不可避免的。它对产品质量影响一般都比较小，在技术上也难以消除，在经济上也不值得消除。异常波动是由系统原因所造成的，它对产

43、品的质量影响比较大，但是能够采取一些措施避免和消除。过程控制的目的就是为了消除和避免一些异常波动，使系统处于正常波动范围内。 它的原理是一种借助数理统计方法的过程控制工具。它对生产过程进行分析评价，根据反馈信息及时发现系统性因素出现的征兆，并采取措施消除其影响，使过程维持在仅受到随机性因素影响的受控状态，以达到控制质量的目的。当过程仅受随机因素影响时，过程处于统计控制状态（简称受控状态）；当过程中存在系统因素的影响时，过程处于统计失控状态（简称失控状态）。 SPC的工作内容包括三部分：一是收集数据，即从要控制的工序中实时、随机地抽取样本；二是统计分析，针对要解决的问题选择相应的; 工具对数据进

44、行处理、分析；三是现场管理，根据统计分析的结果来改善工序参数，控制生产过程。2.1.2 计算机在铸造质量监控中的应用目前在铸造生产中运用的微机检测与控制系统主要有如下几个方面：      型砂性能及型砂处理过程计算机检测与控制  主要功能有紧实率、抗压强度、抗拉强度、有效粘土含量、透气性测定及水分控制。      铁水质量的炉前快速检测及计算机处理  主要功能有各元素成分测定、铁水温度、共晶度、孕育效果的测定。      铸件

45、成形过程的计算机检测与控制 主要是铸型性能的检测、铁水流动性的检测和造型线设备工作状态的监控。      铸件成品质量的计算机检测 主要功能有铸件的无损探伤、金相组织、硬度、抗拉强度、铸件表面的粗糙度等。      另外还有低压与压铸生产过程计算机控制系统、材料监控系统和生产组织协调监控系统等。2.1.3 计算机在铸造质量监控方面的发展趋势随着科技的发展，计算机检测与控制系统在铸造行业中将越来越强调在线监控、集成化、智能化和远程化。      在

46、线监控   实时对铸造过程和设备进行在线检测和控制，及时准确反映现场状况，实时控制相关生产设备，从而使铸造过程和设备保持最佳状态。      集成化   各监控系统相互之间配合、互相协调，构成一个有机整体。      智能化  监控系统能够根据现场实际情况，自动发出准确合理的指令控制相关对象。      远程化  利用Internet可以实现远程(异地)监控。    

47、  国内铸造企业这一领域的计算机应用相对较多,尤其是一些大规模专业比较注重该方面技术的应用。但总的来说,应用面还不够宽,现有的检测与控制系统也大都是散兵游勇,各自为政,相对孤立地完成某一特定的工作。因此铸造企业一方面在抓现有铸造监控系统现代化改造的同时,注重引进吸收先进在线化、智能化、集成化的监控技术,从而达到高效低耗生产出高质量铸件的目的。   2.2 DISA铸造线辅助质量监控系统结构在东贝轻工铸造有限公司的DISA生产线，质量监控系统采用的是分布式的控制结构，因为现在的铸造生产中要实现实时的控制和操作管理的紧密性，分布式刚好具备这些优势。下面对分布

48、式进行简要的介绍。分布式控制系统也称分散式控制系统或集散式控制系统。它的特点是层次化分明，集中操作管理，分散控制。因为控制分散，就可以做到“危险分散”。从而大大提高了整个系统的可靠性。分散式控制系统在计算机监测控制系统中十分重要。对于复杂的大型控制系统，分散式系统是首选方案。但分散式系统中的硬件和软件都是为工业应用而专门设计的，昂贵的价格，使它的推广应用有一定的难点。2.2.1 监控系统层次对分布式系统的结构有各种观点，比较一致的一种意见是将分布式系统的层次分为四层，如本节小图所示。每层具有一台或多台计算机联成网络，相互协调。每一层也称为一级，各层（级）的功能大体分布如下：（1）第一层：直接测

49、控级 这一层上有多台计算机或者PLC和专用控制器，直接面对生产现场的各类设备，完成各现场设备的检测、控制，它的功能与多级系统中的直接测控级类似5。（2）第二层：过程优化级 这一层上主要有监控计算机、操作站、工程师站。它综合监视直接控制级中各站点的所有信息，集中显示，集中操作，进行各控制回路的组态、参数设定和修改，优化控制过程等5。（3）第三层：生产管理级 这一层上的管理计算机为决策者提供有关信息，以做出关于生产计划、调度和管理方案，使计划协调和生产管理处于最佳状态。这些管理工作主要针对车间和工厂的生产，而不涉及市场和营销5。（4）第四层：经营决策级 这一层的中央计算机担负全厂或全公司的总体协调

50、、计划管理、市场营销。它与厂里的财务、人事、档案、仓库、经营等各办公自动化系统联接，制定长期发展规划和近期的发展计划，综合生产的计划、管理、销售、定货，了解与分析市场经营动向和本部门的财务收支及预算，对全企业进行总决策，想下级下达任务，实现总调度5。在现代的企业系统中，也联接到Internet,实现电子商务。经营决策的计算机都是大中型计算机，一般要求数据处理和科学计算能力强，存储容大。监控计算机监控计算机server计算机计算机计算机检测设备检测设备检测设备监控计算机管理层Internet/Internet,服务器，Windows NT网络层 应用层Error! Reference sourc

51、e not found. DISA铸造线质量指标数据结构各个铸造厂的铸造线质量指标在数据上是有所差别的，但大同小异。作为一个指标，都有它严格的限制，是一个厂在同行中竞争的一个法宝。因为数量上的不同，必然导致性能，规格，使用等方面的不同。如下是指导老师为我们提供的DISA铸造线质量指标数据结构图： 铁水成分 C Si Mn P S Cu 化学成分 铸件成分 C Si Mn P S Cu （自由设定元素个数为佳） 出厂抽样 C Si Mn P S Cu 标准范围硬度 （判断合格与否） 实测结果 标准范围铸件性能 强度 （判断合格与否） （备注：生铁的批号次）（炉号） 实测结果（产品批次号） 标准范

52、围 延伸率 （判断合格与否） 实测结果 球化等级金相组织 标准范围 （炉号） 铁素体 （产品名称） （产品批次号） 基本组织 实测结果 （判断合格与否） 标准范围 珠光体 实测结果 湿压强度型砂质量 紧实率 （大件或小件产品型砂紧实率均值级差图）（分大小件产品） 水分含量 标准范围产品尺寸 重要尺寸 （判断合格与否）（产品批号次） 实测结果 铸件分检废品组成 过程控检 （十多个废品类别）（各名称铸件废品排列柱形图） 产品终检 （自由设定为为佳） 如下是公司提供的生产线上物理检测室提供的详细数据，在这个化学成分记录分析图表中，检测员通过对每一个抽样试件进行详细测试，对其化学成分进行记录，输入计算

53、机，计算机就会根据质量控制规则，对试件每种成分的指标，判断每个试件指标是否合格。例如：检验员对正在生产的汽配球铁进行抽样检测，我们只对汽配球铁的主要成分进行记录。在该车间的检测对象的化学成分有碳、硅、锰、硫、磷、铜的含量，铁水中各成分的含量是通过加入废钢的量进行控制，而铸件也是与铁水的化学成分相关。铸件成分含量的不同将直接影响到产品的质量，所以对铁水成分含量的控制很有必要的。在铁水成分的输入中，计算机将某些超标或不够格的含量进行提示，例如硅Si：大于1.65% 时为红色，说明该化学成分含量超标。铸件中碳C：小于3.5%时为红色；表示分量不足，大于3.8%时为紫色表示其超标。同样，硅Si：小于2

54、.5% 时为红色表示不足；大于2.8% 时为紫色为超标。这样，每一中成分都有它的控制。技术员将根据实验员的结果对铁水的含量进行控制，进而控制铸件的成分。如此循环，在不断的检测分析反馈调剂检测过程中，达到铸件质量在线控制。2004年12月主要类别产品光谱化学成份记录表压 机 车 间 乙 班 （ 张 喜 生 ）汽 配 球 铁试验员品规炉号铁 水铸 件CSiMnSPCuCSiMnSPCu张三6480体4120023.951.510.320.0370.0550.1103.382.890.330.0200.0550.1104120033.951.240.230.0360.0590.0503.412.740.230.0190.0590.0504120054.041.390.230.0380.0540.0903.512.850.25