54(P12)梁光澤－中實委－中國實型（消失模）鑄造的現狀與發(fā)展

1、中國實型（消失模）鑄造的現狀與發(fā)展梁光澤1，李增民2(1中國鑄造協會實型鑄造專業(yè)委員會，上海200086；2河北科技大學，河北石家莊050018)摘要：中國是繼美國、英國、德國和日本等國之后較早（1965年）研究和應用實型（消失模）鑄造（FM（EPC）的國家，到今已有43年的歷史。近10年來，尤其是近5年FM（EPC）生產發(fā)展尤為迅速，取得了十分可喜的業(yè)績。據不完全統計，2007年中國實型（消失模）鑄件的產量約為648 000t（其中鑄鐵件占86.5%，鑄鋼件占13.0%，鑄鋁鑄銅件占不到0.5%），其中年產量達到萬t以上的企業(yè)有11家；從事FM（EPC）生產的企業(yè)約有200家；簡言之，就其產

2、量和生產企業(yè)數量均為世界第一。另外，從原輔材料到專用設備已基本實現了國產化和部分產品的系列化和商品化，走出了具有中國特色的實型（消失模）鑄造之路。關鍵詞：中國，實型鑄造；消失模鑄造；現狀；發(fā)展The Present Status and Outlook of Full Mold (Expendable Pattern) Casting Process in ChinaLIANG Guang-ze1, LI Zeng-min2(1 Full Mold Casting Special Interest Committee of China Foundry Association, Shanghai

3、 200086; 2 Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, Hebei)Abstract: China is one of countries to research and apply early full mold (lost foam) casting process since 1965, which have been holding 43 years, following United States, United Kingdom, Germany and Japan, ect. Recen

4、tly decade, specially recently 5 years, the its developing is rapid more than all, and the delightful outstanding achievement on it had been obtained in China. According to our noncomplete statistics, about 648 000 tons of production of full mold (lost foam) castings was achieved in China, in which

5、there are 86.5 percent of iron castings, 13.0 percent of steel castings and 0.5 percent of aliuminum, bronze castings, ect. There are now about 200 of full mold (lost foam) casting foundries in China, in which 11 of foundries are above 10 000 tons of productions of castings. In brief the casting pro

6、ductions and lost foam foundies are listed at first in the wolrd. In addition, the raw and accessory materials, special equipments for lost foam process have been domestically produced, in which some products have been produced in serialization and in commercialization. Hereby China has originated a

7、 developing way of full mold (lost foam) casting process with chinese feature.Keywords: China, Full mold casting, lost foam casting, present status, outlook實型鑄造和消失模鑄造與常規(guī)有型腔鑄造法的根本區(qū)別和不同之處，是屬沒有（無）型腔的鑄造方法，也即均屬實型鑄造法（Full Mold Casting process）。而消失模鑄造（Expendable Pattern Casting process或Lost Foam Casting pr

8、ocess）是在實型鑄造基礎上發(fā)展的新工藝和新技術，是實型鑄造技術的新發(fā)展。為了便于區(qū)分，通常將采用泡沫塑料（EPS）模結合有粘結劑自硬砂造型的方法稱為實型鑄造（簡稱FM）；將泡沫塑料模采用無粘結劑干砂，結合抽真空（負壓）技術的第三代造型法稱之為消失模鑄造（簡稱EPC法或LFC法）。前者主要用于單個、大中型鑄件的生產；后者主要用于中小件的批量生產；這種第三造型法已為國內外鑄造界譽為“二十一世紀的鑄造方法”和“鑄造的綠色工程”。在世界實型鑄造史上，中國是繼美國、德國、英國和日本之后較早（1965年）研究和應用實型（消失模）鑄造的國家，到今已有43年的歷史。但真正引起我國鑄造界關注和獲得較快發(fā)展，

9、是在1988年中國鑄造協會實型鑄造專業(yè)委員會成立后的20年，尤其是近5年取得了令人可喜的發(fā)展。2007年FM（EPC）產量達648 000t，躍居世界第一，成了“名符其實”的實型（消失模）鑄造生產大國。1 歷年來生產狀況我們統計了近18年我國實型（消失模）鑄件的年度產量，從表1中分析得知如下：表1 中國近18年FM（EPC）鑄件產量（kt）Tab.1 FM (EPC) castings annual output for 18 years年份1991199519992001200320052007產量(t)2.315.25.69.5140321648FMEPCFMEPCFMEPCFMEPCFM

10、EPCFMEPCFMEPC20.387.21640276836.8103.8105216276372（1）1995年以前，我國FM（EPC）鑄件的產量很少，基本上是“微不足道”，之后的十年發(fā)展較快，尤其是近5年發(fā)展最為迅速。（2）1995年以前雖然FM鑄件產量很少，但在中國的實鑄行業(yè)仍占有主導地位；到1995年FM和EPC鑄件的產量幾乎相當。之后，隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展和對汽車覆蓋模具的需求，FM鑄件產量逐年增加；尤為突出的是2005年實型鑄件的產量達10.5萬t，2007年又猛增到276 000t，是2005年的2.6倍，是1995年的34.5倍。（3）與國外一樣，我國實鑄行業(yè)中發(fā)展較快

11、的也是EPC法，1991年以前采用EPC法生產的廠家只有23家，而且規(guī)模小，產量僅數百噸。1995年起開始趕上FM鑄件的產量，之后每年更是大幅度增長；2007年產量已達37.2萬t，是2005年的1.7倍；是1995年產量的51.6倍；也即自1995年以后消失模鑄造（EPC）法逐漸在我國實鑄行業(yè)占據主導地位。2 目前生產的現狀據我們不完全統計，2007年中國實型（消失模）鑄件產量為648 000t（其中FM鑄件276 000t，EPC鑄件372 000t），居世界第一。中國從事實型（消失模）鑄造的企業(yè)單位約有200250家，其中生產廠家約200家左右（之中FM 4050家，EPC約150家左右

12、），原輔材料、設備制造以及高等院校和研究院所約有4050家；就其生產廠點數也是世界第一。中國實型（消失模）鑄件產量幾乎全部是黑色金屬鑄件。據不完全統計，2007年中國FM（EPC）產量中鑄鐵、鑄鋼和鋁銅合金鑄件產量分別占86.5%、13.0%和小于0.5%。根據我們對128家生產廠點的調查資料統計，按生產規(guī)模（當年產量）劃分中國的實鑄行業(yè)FM（EPC）生產情況見表2。表2 2007年中國FM（EPC）廠點生產規(guī)模的劃分情況Tab.2 scale of production for FM (EPC) foundries in 2007 in China年產量 /t廠點數（合計128家）百分比 /

13、%800020（FM 11家，EPC 9家）15.64000800036（FM 24家，EPC 12家）28.12000400029（FM 6家，EPC 23家）22.71000200020（FM 0家，EPC 20家）15.6100023（FM 1家，EPC 22家）18.0注：廠點數中FM 42家（鑄鐵40家、鑄鋼2家），EPC 86家（其中鑄鐵52家，鑄鋼34家）。從2表中分析得知中國FM（EPC）的發(fā)展和進步表現如下：（1）2007年FM（EPC）的產量是中國近18年發(fā)展最快和產量最高的一年，不僅比歷年來產量最高的2005年增長2.2倍，是1995年的42.6倍。（2） 2003年以前

14、中國實鑄行業(yè)的特色之一是2000t/年以下的小規(guī)模生產廠點較多，約占三分之二（66.7%），其中1000t/年以下的小廠點比例更大，要占46.7%之多。（3）2007年（2005年以后）中國FM（EPC）生產廠家發(fā)展的顯著特點是： 2 000t/年以下的企業(yè)大幅度地減少，尤其是1 000t/年以下小廠點從2003年46.7%降到18%。 FM和EPC生產同步并舉發(fā)展，相比較FM進步略快些。（4）生產廠家的技術走向成熟，生產走向規(guī)模化，具體表現如下： 4 000t/年以上較大規(guī)模廠點從2003年的11.6%提高到2005年29.5%和2007年的43.7%。 8 000t/年以上規(guī)?；a廠點從

15、2003年只有3家，到2005年12家提高到2007年有20家，年產1萬t以上企業(yè)有11家之多。（5）2007年另一顯著進步是： FM生產廠點更趨走向規(guī)?；a，如：1 000t/年以下廠點只有1家，而4 000t/年以上有41家，占97.6%。 EPC技術更趨走向成熟，同時又更趨走向上大批量規(guī)模化和又上水平（中國式的機械化自動化）生產，年產EPC鑄件20 000t/年以上廠家有3家，其中1家達30 000t/年。3 應用與發(fā)展早在1965年9（10）月中國的原一機部機械科學研究院和上海機械制造工藝研究所率先對實型鑄造新工藝進行試驗研究，經一年余的研究獲得成功，于1967年和1971年先后在上

16、海應用到鑄鋼和鑄鐵件生產。又在1970年和1974年分別在上海重型機器廠和上海造紙機械總廠澆注成功52t重的底座鑄鋼件和32.5t重的機床床身鑄鐵件；至1976年10年中上海地區(qū)（5家工廠）應用這項新技術生產FM鑄件約20 000余t。上世紀七十年代中期，上海實型鑄造的技術水平已達到比較高的水平，已能生產如圖1圖4所示為各種類型、形狀復雜的泡沫塑料模樣和鑄鋼、鑄鐵實型鑄件。 600mm×1260mm，1300kg(1976) 下機殼2600mm×1300mm×600mm，2500kg(1974)圖1 空壓機氣缸體模樣 圖2 鼓風機(上下)機殼泡塑模樣Fig.1 a

17、ir compressor cylinder body pattern Fig.2 blast engine case pattern (top, bottom) ZG25，2600mm×1250mm，12t 圖4 11.5萬t乙烯透平鼓風機(上下)機殼模樣圖3 水輪機轉輪體模樣(1975) 鑄鋼件16t（1975）Fig.3 central part of runner pattern for water turbine (1975)Fig.4 turbine blast engine case pattern for 115 thousant tons of ethylene e

18、ngineering (steel casting1975) 除上海外，那時應用實型鑄造法生產鑄鋼、鑄鐵件較好的還有廣州重型機器廠、柳州拖拉機廠（現柳州微型汽車廠）和二汽通用鑄鍛廠等少數幾家工廠維持少量FM生產。上世紀七十年代中后期，中科院光電技術研究所和中科院長春光機研究所等單位先后對干砂負壓實型鑄造（現稱消失模鑄造）技術進行研究。1978年以后，中科院長春光機研究所在大量試驗基礎上，于1981年建成第一條試驗性消失模鑄造生產線，又于1984年6月對其工藝和設備進行了技術鑒定；九十年代初開始干砂實型鑄造技術逐漸應用于工業(yè)生產。簡言之，實型鑄造技術從上世紀七十年代到九十年代初應用中的發(fā)展“軌跡

19、”是從應用FM法生產單個大中型鑄件發(fā)展到采用無粘結劑干砂EPC法大批量生產中小型（500kg以下）鑄件。1988年11月中國鑄造協會實型鑄造專業(yè)委員會（簡稱中實委）成立以來的20年，實型（消失模）鑄造在應用中的發(fā)展和進步除了如前表（1）所述近10年，尤其是近5年在生產應用的快速發(fā)展外，還主要表現以下二個方面：（1）首先，是EPC鑄件的應用范圍、復雜程度和品質的很大提高。20世紀90年代初，我國EPC的主要產品是磨球、襯板和斗齒類形狀簡單與不需加工的耐磨鑄件，以及一些灰鑄鐵件；90年代中期以后，生產小規(guī)格的球鐵管道鑄件，一般的箱體鑄件，球墨鑄鐵排氣管和鋁合金進氣歧管等中等復雜鑄件；進入90年代后

20、期到今，發(fā)展生產各種汽車配件（如差速器殼體、進排氣歧管和4缸柴油機缸體），形狀較特殊的合金鋼螺旋體鑄件和難度較大的消防栓、裝載機、拖拉機大型較復雜的變速（齒輪）箱殼體等各種復雜鑄件，見圖7圖12。（2）中國實型（消失模）鑄造在應用方面應該說是全方位發(fā)展，尤其是消失模鑄件方面更是如此。合金類別方面，除鋁、銅合金鑄件應用量很少，產量不到0.5%外；而在鑄鐵和鑄鋼合金種類別上是品種繁多，幾乎涉及到各種牌號的應用（僅只有碳含量在0.02%以下的低碳鋼件應用量尚不多）。鑄件品種類別更是十分多，少說也是數百上千余種各類鑄件。國外EPC鑄件的應用原則是少品種大批量，一般是上萬件、十余萬和幾十萬件；而當前我國

21、EPC企業(yè)只要認為有利益（經濟合算）幾百件、幾十件，甚至幾件也上（誠然采用不同生產手段），當然大批量鑄件是首選的。綜上所述，盡管我國應用實型（消失模）鑄造生產的鑄件有成百上千個品種，但我們可將其歸納為主要應用于生產的有以下8大類鑄件：汽車覆蓋件模具；機床床身鑄鐵件；冶金、機修和重型機械的鑄鋼、鑄鐵件；箱體類殼型鑄件；管道類鑄件；汽車配件；耐磨、耐熱和耐蝕各種鑄鋼件；鋁合金鑄件的應用。其中，前三種是應用FM法，后五種是應用EPC法生產。下面僅介紹應用最為量大面廣的以下四大類產品（鑄件）：（1）汽車覆蓋件模具鑄件：采用FM法生產這類鑄件不僅是當今的中國，而且也是全世界唯一和最佳的方法；也就是因為F

22、M法的誕生和發(fā)展，才大大推動了世界和中國汽車工業(yè)的發(fā)展。目前，我國采用FM法生產汽車覆蓋模具鑄件的產量約占FM法產量的50%60%，生產的廠家約占FM廠點的70%80%；不言而喻，汽車覆蓋模具是應用FM法的首要最主要產品。據知，我國采用FM法已能生產汽車覆蓋模具最大件重達20噸。2000年以后，我國在實型鑄造應用方面的新突破和亮點是煙臺眾達模具鑄造、白城天奇鑄造、泊頭沃爾特鑄鐵和撫順鑄造中心等企業(yè)先后采用干砂實型鑄造（EPC）法生產大型重1t以上的汽車覆蓋模具，迄今已能用這種方法生產最大8t重模具鑄件。（2）機床床身類的鑄鐵件：如前所述，早在上世紀七十年代就已用FM法生產各種機床床身類鑄件，見

23、圖5和圖6，那個年代機床鑄件的產量占實型鑄件的比例最大。 鑄件1250kg（1973） 鑄件32500kg，12m×1.6m×0.58m圖5 機床床身模樣 圖6 中心磨床床身模樣（1974）Fig.5 machine tool body pattern (1973) Fig.5 centre grinder body pattern (1974)如今，采用FM法生產機床的產量雖退居第二位，但卻有了新的發(fā)展和進步；首先是應用的面擴大了，用于生產各種類型的床身鑄件，有車床、磨床、組合機床、沖床、刨床和插床等；擴大應用EPC法生產床身類鑄件，最大件已達6t重；2005年9月泊頭市

24、天利達機械應用實型鑄造生產成功重42t龍門磨床床身（11.2m×2.2m×0.695m），打破了我國實鑄行業(yè)保持了30年鑄鐵件最大最重件的紀錄。（3）箱（殼）體類鑄件：汽車、重型汽車、工程車和拖拉機的齒輪（變速）箱殼體類鑄件是在我國消失模鑄造業(yè)中近5年發(fā)展最快和產量最大的產品。據2005年初步統計，箱體類鑄件約占EPC鑄件產量的30%40%，其中10 000t規(guī)模以上的廠家就有6家，之中山西華恩機制公司年產量達30 000t，陜西法士特集團鑄造公司達24 000t。不僅產量大，而且品種規(guī)格多（有百余種），重量從10多kg500kg，且又形狀復雜，見圖7圖9。 260kg,

25、HT200(山東蒙凌工程公司) 235kg, QT550-6(山西華恩公司)圖7 變速箱體鑄件1035mm×569.5mm×607mm 圖8 驅動輪919mm×532mmFig.7 transmission case casting Fig.8 driving wheel171kg, HT250(山西華恩公司)圖9 拖拉機變速箱殼體858mm×475mm×485mmFig.9 transmission case casting for tractor（4）管道鑄件和鋁合金鑄件的應用：在我國消失模鑄造領域，管道鑄件的應用、產量和發(fā)展是僅次于箱體類

26、鑄件；據不完全統計，這類鑄件產量約占EPC鑄件產量的25%30%，大約有100 000t左右。管道鑄件企業(yè)的生產規(guī)模一般在年產5 000t10 000t之間；年產10 000t以上現有23家，其中桃江新興管件2007年產量達22 000t。早期90年代中期一般生產300mm以下的管道鑄件，2000年以后逐步擴大應用300mm600mm系列球墨鑄鐵管件，自2005年以后發(fā)展應用到大口徑的管道鑄件，直到近年內桃江新興管件公司已能生產2600mm重的3t4t的球墨鑄鐵管道鑄件。消失模鑄造鋁合金鑄件應用方面是我國的最薄弱環(huán)節(jié)。雖然早在1993年長春的第一汽車制造廠已成功地用EPC法生產CA488發(fā)動機

27、鋁進氣管，先后共生產了40萬件；而后，因該產品的淘汰而停產多年。近些年，我國先后有四川省屏山興馬精鑄、福清市龍?zhí)C械和溫州甌海實型鑄造等企業(yè)曾對鋁合金消失模鑄造進行了開發(fā)和應用，取得了成功；如圖10所示為四川屏山興馬公司試制成功的4G24型發(fā)動機進氣歧管（5.3kg，440mm×240mm×230mm），又如圖11和圖12所示為溫州甌海實鑄公司生產成功的摩托艇水冷雙層排氣管（15.5kg，300mm×220mm×120mm150mm）和游艇發(fā)動機水冷雙層排氣管（8.5kg，470mm×170mm×120mm）。雖然我國采用消失模鑄造鋁

28、合金鑄件產量很少僅只有數千噸，但從能生產成功如圖10圖12這類復雜程度較高的鋁鑄件來看，中國在EPC鋁鑄件應用上已具一定水平。圖10 4G 24進氣歧管鋁鑄件(2004) 圖11 摩托艇水冷雙層鋁排氣管(2007)Fig.10 aluminium intake manifold casting (2004)Fig.11 doublelayer watercooled aluminium exhaust pipe for motorboat (2007)8.5kg, 470mm×170mm×120mm(2004)圖12 游艇發(fā)動機水冷雙層鋁排氣管Fig.12 doublela

29、yer watercooled aluminium exhaust pipe for yacht (2004)推動我國消失模鑄造在應用中發(fā)展和水平提高的還有以下重要因素是：原輔材料（泡塑珠粒、粘結劑和涂料等）、各種專用設備（預發(fā)泡機、發(fā)泡成型機和造型用振動臺等）和各種規(guī)格的生產線的國產化和部分產品的系列化和商品化；其中國產化和系列化的EPC生產線的進步和發(fā)展是致關重要的。中實委成立的20年來，已逐步形成年產1 000t、3 000t、5 000t和10 000t各種不同水平（技術需求）和規(guī)格的系列EPC生產線。限于篇幅，下面僅舉三家1萬t規(guī)模EPC生產線的發(fā)展情況：圖13為山東青州鑄威新材料科

30、技最早于2000年建成并投產的第一條萬噸級EPC簡易生產線，其特點是五條直線開放式生產線；其中三條為造型（澆注）線、二條為冷卻線；砂箱55個，最小1 000mm×1 000mm×800mm，最大2 800mm×1 000mm×1 000mm。這類生產線優(yōu)點是投資少、生產能力大以及生產靈活性大和應用范圍廣，其中以生產靈活和應用范圍廣為最大特色。圖13 2000年建成開放式EPC生產線車間全貌Fig.13 open EPC production line builded in 2000圖14和圖15為山西華恩機械制造于2008年建成并投產的10 000tEP

31、C生產線和具備4萬t生產能力的泡塑模樣生產車間。該生產線的特點是：（中國式）全自動生產線（即造型放模樣和澆注為人工操作，其余主要工序用PLC控制）；生產線長寬為39m×22m；砂箱33個，1 400mm×1 300mm×1 300mm；主要生產出口大型拖拉機箱殼體鑄件。圖14 2008年建成全自動消失模生產線（山西華恩公司）Fig.14 full automatic EPC production line builded in 2008左：發(fā)泡成型制模工部 右：模樣粘結組裝工部圖15 4萬噸生產規(guī)模泡塑模生產車間（山西華恩公司）Fig.15 foam patter

32、ns production shop for 40 thousant tons of castings圖16為陜西法士特集團鑄造公司于2007年4月二條（10 000t規(guī)模）建成并投產的全自動EPC生產線，該生產線長寬為50m×10m；由三條平行直線二端用小車連接，其中二條用于造型和澆注線，一條為冷卻線。生產線有85個砂箱，整個生產線和生產全過程，除模樣涂浸涂料、放置模樣造型和澆注等個別工序是人工操作，其余都是PLC控制；該生產線另一特色是泡沫塑料模樣和落砂后的鑄件均通過懸鏈輸送（鑄件不落地），應該說，陜西法士特集團的二條消失模鑄造生產線是具中國特色當今機械化自動化程度最高水平的國產化生產線。由于上述國產化全自動和半自動EPC生產線的誕生和應用大大推動中國消失模鑄造業(yè)的發(fā)展。圖16 2007年4月建成并投產全自動EPC生產線（陜西法士特公司）Fig.16 full automatic EPC production line in operation, builded in april, 20074 小結及展望（1）2007年中國FM（EPC）鑄件產量已達648 000t，比1995年增長42.6倍，就其產量和廠點數已是世界第一。但在技術和管理水平、原輔材料和專用設備水平的先進性以及