(发展战略)国内外铸造技术发展状态

国内外铸造技术发展现状

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，其中第一项是最重要的，如果不能生产出优质铸件，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Loramandi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1～５个铸件。

西班牙Loramandi公司推出了砂芯人工视图技术，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

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’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≤0.1mm。这样高精度的造型机可以带来以下优点：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。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——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200kpa。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膨润土（亚甲基兰膨润土）含量不超过9%，含泥量不超过12%。