翻砂鑄造技術

1、翻砂鑄造技術1樹脂固化砂工藝樹脂砂的特點較多，如型芯砂高強度、高固化效率、高潰散性，鑄件高 精度、高表面質量，為大批量流水線生產各種復雜的中、小型鑄件的型芯提供了一種理想的 方法，從而很快在汽車、拖拉機和內燃機等行業(yè)得到了廣泛應用。又由于其高強度、高精度、 高潰散性，低的造型制芯勞動強度，對于滿足多品種、小批量生產各種結構日趨復雜的中、 大型鑄件的型芯，也起了十分重要的作用。目前，樹脂砂工藝繁多，可按其不同的硬化方式， 分為如下三大類：加熱硬化法、吹氣硬化法和自硬法。 1. 加熱硬化法 此法系指型芯本體 經過外部加熱源進行加熱，使型芯砂在一定溫度和時間下固化成型的一種工藝。目前在鑄造 生產中廣

2、泛應用的有：殼型法和熱芯盒法兩種。殼型法是一種開發(fā)最早、發(fā)展最快、應用甚 廣的高效造型、制芯工藝。由于覆膜砂的流動性、充型性和存放性均好，強度大、潰散性好， 被汽車行業(yè)廣泛應用于大批量生產各種結構復雜、質量要求高的型芯。熱芯盒比殼型開發(fā)晚 15 年，由于它的型、芯砂制備簡單，成型溫度低，硬化速度快，在生產中也得到了應用， 鑒于其型砂流動性差、存放性不好，吸濕性很大，含氮量較高，限制了它的應用，目前國外 已開發(fā)了新型熱芯盒樹脂，效果較好，國內也在試用。由于這兩種工藝操作方法基本相似， 下面僅介紹殼型法。（1）殼型用原材料及其特性殼型用原材料主要是覆膜砂，它是由硅 砂、熱塑性酚醛樹脂、烏洛托品硬化

3、劑、硬脂酸鈣潤滑劑及其他附加物等材料，在專門的混 制設備上熱法混制而成，鑄造廠家可根據鑄件的種類和不同結構的要求來選用，目前市場上 可提供的覆膜砂系列產品的性能見表1。表1覆膜砂系列產品的性能（2）殼型、芯的制造工藝及其設備殼型、芯的制作方法一般有兩種：翻斗法和吹砂法。翻 斗法適用于殼型制作，而吹砂法多用于殼芯生產。吹砂法殼芯機又可分為底吹式和項吹式兩 大類。底吹式殼芯機制芯時，芯砂由底部吹入芯盒，吹芯壓力為0.405MPa,吹砂時間為 1535s。由于芯砂由底部吹入芯盒，充填情況不如頂吹式理想，故一般適用于外形簡單的 殼芯。頂吹式殼芯機制芯時，芯砂由芯盒頂部吹入，充填情況較好，但整機結構復雜

4、，常用 于結構較復雜的殼芯制造，其吹芯壓力為0.10.3MPa,吹砂時間為38s。殼芯制造過程 如下：把芯盒加熱至210250,吹入覆膜砂，這時覆膜砂上樹脂受熱融化、結殼后，翻 轉1800,使芯盒自動左右搖擺數次，排放出未固化的砂子，翻斗復位，殼型、芯繼續(xù)硬化2 3min,便可頂出制好的殼型、芯。（3）發(fā)展前景 在熱法制芯中殼型、芯工藝是一種很有 發(fā)展前途的高效制芯工藝,但是目前覆膜砂中樹脂加入量高,生產成本高,鑄件氣孔及變形 嚴重。同時它存在硬化溫度高,硬化時間長,硬化時氣味大等缺點。國內外正在開發(fā)各種新 型的低氣味、高強度、速固化、流變性能好的改性酚醛樹脂和低氮、無氮的硬化劑,并開發(fā) 了新

5、型覆膜混砂設備和；日砂再生設備。2吹氣硬化法此法系指型、芯本體不需加熱, 僅在氣體催化劑作用下迅速固化成型的一種制芯工藝。這種工藝現有三乙胺法、SO2法和低 毒、無毒氣硬法等幾種。目前在生產中僅三乙胺法得到廣泛的應用。它的最大特點是硬化速 度快,硬透性好,生產效率高；其次是芯盒不需加熱,勞動條件好,芯盒生產成本低,現已 在批量生產各種復雜的砂芯的汽車、拖拉機行業(yè)廣為應用。（1）三乙胺法用原材料三乙 胺法用原材料主要由硅砂、樹脂和催化劑等組成。此法對硅砂要求甚嚴，特別是含水量 0.2%,含泥量0.3% （均指質量分數）。所用的樹脂由二個組分組成；組分I為苯醚型特制 酚醛樹脂，組分H為聚異氰酸酯（

6、人1）。為了降低樹脂對硅砂及環(huán)境濕度的敏感性和適用 于低溫澆注鋁合金鑄件的需要,近年來,又開發(fā)了抗?jié)裥詷渲弯X合金專用樹脂。催化劑為 液態(tài)的三乙胺或二甲基乙胺,為了能使砂芯均勻硬化,液態(tài)三乙胺需要先霧化或汽化,再與 惰性氣體混合（常用的氮氣）,吹入芯盒,使砂芯硬化,以防止三乙胺氣體濃度過大而引起 爆炸。（2）三乙胺法制芯工藝及其設備三乙胺法制芯均在專用的冷芯盒射芯機上完成， 所用射芯機的結構與普通射芯機相似，但增加了吹氣機構和前后工序配套設備。前工序配套 設備有：混砂機、砂加熱器、氣體發(fā)生器、壓縮空氣干燥除濕系統(tǒng)、三乙胺氣體霧化裝置等。 后工序配套設備包括廢氣凈化系統(tǒng)。制芯的主要工序為：硅砂加

7、熱至2535,將組分I 酚醛樹脂加入砂中，混制12min,再加入組分H（PAPI）,繼續(xù)混制12min。通常兩組分 加入量各為0.75%,即為砂的質量分數為1%2%。然后在0.300.35MPa射砂壓力下， 把砂子射入芯盒，再將與載體混合、體積分數為2%的三乙胺氣體，在0.2MPa壓力下吹入 芯盒,使型、芯砂迅速硬化,硬化時間一般為幾秒或幾十秒鐘。型、芯硬化后,緊接著通過 原來吹氣系統(tǒng),再吹入潔凈干燥的空氣,以便清洗型、芯砂中的殘胺,并可進一步提高它的 強度。從芯盒中排出的空氣中含有殘余的有毒胺氣,必須送到洗滌室內,用酸中和,將胺除 去,也可采用燃燒法去胺。最后,打開芯盒,取出已硬化的砂芯,便

8、可進行下一輪程序。為 了提高鑄件的表面質量,減少粘砂缺陷,砂芯表面應刷一層涂料?？刹捎盟苛?但必須 待樹脂完全硬化后上涂料,防止明顯降低砂芯強度,刷涂后應及時烘干。（3）發(fā)展前景氣 硬冷芯盒制芯工藝是目前國內外重點開發(fā)、最有發(fā)展前途的一種高效制芯工藝,特別是低毒、 無毒氣硬工藝,在當前全球關注環(huán)境保護、推行清潔生產的情況下,更具有很大的現實意義。 現正在開發(fā)的酚醛樹脂/酯法，聚丙烯酸鈉/ CO2法和堿性酚醛樹脂/ CO2法等無毒制芯工 藝,盡管還存在強度低,樹脂加入量高,吹氣硬化時間較長,抗?jié)裥暂^差等一些問題,但可 以預計,在不久的將來,會開發(fā)出更為理想、無毒無公害的高效制芯工藝,成功地應

9、用于生 產,有力推動我國鑄造事業(yè)向前發(fā)展。3樹脂砂自硬法此法系指型、芯砂在室溫下,通 過加入一定量的固化劑,使之在芯盒或砂箱內,并在一定時間內自行硬化成型的一種造型、 制芯工藝。目前在鑄造生產中得到應用的有酸固化呋喃樹脂砂、酯固化堿性酚醛樹脂砂和酚 尿烷樹脂砂等。這種工藝的最大特點是：樹脂砂可在常溫下自行硬化成型,型、芯砂有一定 的可使用時間,其硬化速度與強度受室溫、環(huán)境濕度的影響很大,生產效率不高,故比較適 用于單件、小批量、多品種的中、大型鑄件的型、芯生產,在我國機床、通用、重型、造船、 機車等行業(yè)得到了應用。在上述幾種樹脂自硬砂工藝中,以酸固化呋喃樹脂砂在我國應用 最多,因為它所用的原輔

10、材料及設備能成套供應,技術較成熟,積累的經驗也最豐富,目前 國內300多家采用樹脂砂工藝的工廠,絕大多數是采用這種工藝,與粘土砂比較,可提高鑄 件的尺寸精度23級，改善表面粗糙度12級，廢品率明顯減少。（l）呋喃樹脂砂用原 材料 呋喃樹脂砂用的主要原材料有硅砂、呋喃樹脂和固化劑。呋喃樹脂砂對硅砂的質量要 求較嚴,應從角形系數、含泥量、含水量、微粉含量、耗酸值與灼減量等項技術指標加以控 制。粘結劑呋喃樹脂是以呋喃環(huán)為主、低聚合度的縮聚樹脂,按其化學組成可分為酚醛改性 呋喃樹脂、脲醛改性呋喃樹脂和酚醛脲醛改性呋喃樹脂等,而以脲醛改性呋喃樹脂在國內應 用最廣。用酚醛部分取代脲醛,不僅能保持一定強度,

11、而且還能降低樹脂中含氮量,是一種 性能較好的呋喃樹脂。按國家專業(yè)標準GB/T752694的規(guī)定，呋喃樹脂可按其含氮量分 為無氮中（N2）W0.3%、低氮皿（N2）0.3%2.0%、中氮（中（N2）2.0% 5.0%）和高氮（N2）5.0%13.5%樹脂，也可按游離甲醛含量（質量分數）分為 二級；一級含W0.4%,二級含W0.8%。要求質量較高的鑄件可選用低氮樹脂，而有色金屬 鑄件可采用含氮較高的樹脂。目前呋喃樹脂砂常用的固化劑為有機磺酸,它又可分為對甲苯 磺酸和二甲苯磺酸二種,后者常用于氣溫較低的冬季。（2）樹脂自硬砂的專用設備樹脂 自硬砂的成套設備主要包括混砂系統(tǒng)和舊砂再生系統(tǒng)兩大系列,混砂

12、系統(tǒng)以混砂機為主,并 配以振實臺、翻轉起模機、輸送輥道和電控等裝置,組成樹脂砂造型、制芯生產線。舊砂再 生系統(tǒng)大多具有砂塊破碎、篩分、磁選、舊砂再生、微粉分離和砂溫調節(jié)等功能。為了滿足 環(huán)境保護的要求及微粉分離的需要,樹脂砂生產線還必須配有良好通風除塵裝置。（3）樹 脂自硬砂的造型、制芯工藝呋喃樹脂在強酸固化劑作用下,樹脂分子間相繼產生加聚反應 和縮聚反應，使原來低相對分子質量的線型結構相互交聯(lián)，轉變?yōu)橄鄬Ψ肿淤|量很大的體型 結構的樹脂膜，將砂粒粘結起來，達到型、芯的常溫固化。樹脂加入量（質量分數）一般為 0.8%1.2%,磺酸類固化劑加入量為樹脂的30%60%,型、芯砂的可使用時間從幾分鐘

13、至數十分鐘，起模時間由十幾分鐘至數小時。樹脂自硬砂的造型、制芯工藝基本上與粘土 砂類似,由于樹脂自硬砂具有許多特點,在造型制芯時應考慮如下幾點：應根據合金種類 和鑄件的大小,合理選用樹脂的類型及吃砂量的大小,盡量降低砂鐵比和造型材料的生產成 本；應根據室溫的高低,合理選用固化劑,夏季室溫高時,選用酸強度較低的固化劑,冬季 室溫較低時,應采用二甲苯磷酸為主,加入適量無機酸的醇溶性固化劑；樹脂砂的流動性很 好,但具有明顯的時間性,必須在型砂可使用時間內完成造型制芯工作；樹脂自硬砂起模困 難,不可太晚；樹脂砂在澆注時發(fā)氣速度較快,必須采取措施將氣體排出,防止氣孔的產生； 樹脂砂耐熱性較低,必須上涂料

14、,以保證鑄件的表面質量；根據有機粘結劑特點,應按快、 穩(wěn)、封閉、底注、保證壓頭和處理臟鐵液等原則來設計澆注系統(tǒng)。實踐證明,只有遵循上 述原則來造型制芯,才可能獲得質量高、成本低的樹脂砂鑄件。（4）發(fā)展前景我國80% 以上鑄造廠家屬于單件、小批量生產,80 年代以前大多數采用落后的粘土砂工藝,鑄件質 量差,生產效率低,勞動強度大,環(huán)境污染嚴重。由于機械工業(yè)的發(fā)展和鑄件出口貿易的需 要,不少廠家采用樹脂砂代替粘土砂,取得了明顯的效果,充分證明該工藝對單件、小批量 生產的鑄鐵車間具有較大的發(fā)展前景,低游離甲醛和低糠醇呋喃樹脂的開發(fā),又有力地促進 了該工藝的發(fā)展。特別是80年代后,酯硬化堿性酚醛樹脂自

15、硬砂的問世,較好地解決了呋 喃樹脂砂的成本、環(huán)保和熱裂等問題,為今后生產優(yōu)質鑄鋼件創(chuàng)出了一條新路。但是,堿性 酚醛樹脂尚存的強度低、粘度大和再生困難等問題,預計在不久的將來,將會得到圓滿的解 決。在即將到來的21世紀,化學固化砂的各種新型造型、制芯技術將會在我國鑄造廠家開 花結果,為改變我國鑄造事業(yè)落后現狀作出較大的貢獻。2水玻璃固化砂工藝樹脂固化 砂的應用實踐表明,呋喃樹脂的價格較高,環(huán)境污染較大,在未來21世紀人們對于自身生 存條件和環(huán)境的要求日趨嚴格的條件下,由于車間勞動保護和生產環(huán)境衛(wèi)生方面的投資很大, 從而使樹脂砂的應用受到一定限制,許多國家又對水玻璃固化砂極為重視。最近十多年來,

16、人們對于水玻璃的基本組成和老化現象實質的認識深化和新型硬化工藝的開發(fā)等兩方面 均取得了突破性進展,在型芯砂保持足夠的工藝強度的條件下,水玻璃加入量（質量分數） 可降至2.5%3.5%,從而使水玻璃砂長期存在的潰散性差、舊砂不能回用的問題，得到了 較好的解決。水玻璃砂的硬化方法可分為：CO2氣硬法和自硬法兩種，熱硬法已很少采用。1. CO2氣硬法此法是水玻璃粘結劑領域里應用最早的一種快速成型工藝，由于操作方便、 使用靈活、無毒無味、在國內外大多數的鑄鋼件生產中，得到了廣泛的應用。（1）硬化原 理和特點水玻璃的出現已有三百多年歷史,由于它的成分十分復雜、多變,它的基本組成 一直沒有搞清楚,對水玻璃

17、的研究主要停留在宏觀的層次上。近年來,多種先進測試手段的 開發(fā),可深入到分子范疇進行分析和研究,并發(fā)現,新制備的水玻璃是一種真溶液；但是在 存放過程中,水玻璃中硅酸要進行縮聚,將從真溶液逐步縮聚成大分子的硅酸溶液,最后成 為硅酸膠粒。因此,水玻璃實際上是一種由不同聚合度的聚硅酸組成的非均相混合物,易受 其模數、濃度、溫度、電解質含量和存放時間長短的影響。水玻璃砂吹入CO2氣體硬化時， 水玻璃的表層因吸收CO2而其模數升高和脫水，在酸化和脫水兩重作用下，迅速硬化而形 成初強度。已固化的表層水玻璃阻礙了 CO2往深層滲透，內層水玻璃只能靠脫水而繼續(xù)增 加強度。此法缺點是：型芯砂強度低,含水量大,易

18、吸潮,潰散性差,目前大多用于中、小 型鑄鋼件生產。（2）水玻璃的改性水玻璃在存放過程中分子產生編聚,形成膠粒,可使 其粘結強度下降20%30%,這一現象稱為水玻璃老化。為了消除老化，必須對水玻璃進 行改性,目前改性的方法有物理改性和化學改性兩種。物理改性是用磁場、超聲波、高頻或 加熱等辦法,往水玻璃中供給能量,使已聚合的膠粒解聚,聚硅酸分子重新均勻化。這種改 性對高模數水玻璃有效，但是存在重新老化的問題?；瘜W改性是往水玻璃中加入少量化合物， 這些化合物均含有羧基、酰胺基、羰基、羥基、醚基、氨基等極性基團，通過氫鍵或靜電將 其吸附在硅酸分子或膠粒表面，改變其表面位能和溶劑化能力，提高聚硅酸穩(wěn)定性

19、，從而阻 止老化進行。例如往水玻璃中加入聚丙烯酰胺、改性淀粉、聚磷酸鹽等，均取得了較好的效 果。 （3）發(fā)展前景采用水玻璃改性來提高其粘結能力，往往增加了生產成本和工藝復雜 化。近年來，日本又開發(fā)了 VRH法，此法是先把砂粒間空隙中的空氣抽去，再吹入CO2氣 體，使鑄型迅速硬化成型。此工藝可使水玻璃加入量（質量分數，下同）降至 3.0以下， 而CO2用量僅為原來的1 / 10。最近又有作者提出往水玻璃砂中加入一種無機物，經高溫作 用后，在常溫時粘結橋上會形成大量孔洞，使型芯砂在不受外力作用下，自行潰散的新工藝。 2酯硬化法（1）硬化原理和特點此法是采用液體的有機酯作水玻璃的硬化劑。有機酯在 強

20、堿性水玻璃溶液的作用下，水解為醇與酸。醇有很強的親水性，它可奪去水玻璃的水分， 構成它的溶劑化水。酸與水玻璃反應，析出醋酸鈉，它也有一定的親水性，能奪取水玻璃的 水分，構成它的結晶水。在酸化和脫水雙重作用下，使水玻璃砂硬化。這種硬化工藝可使型 芯砂具有很高的強度，不僅水玻璃加入量可降至3.0以下，而且硬透性和抗?jié)裥跃?，適 用于各種大型鑄鋼件的生產。缺點是型芯砂硬化速度慢、脆性大和流動性較差。（2）主要 原材料及型砂的工藝控制酯硬化的水玻璃砂用原材料有硅砂、水玻璃和液體有機酯，這些 材料的質量和合理選用將直接影響工藝成敗、鑄件質量和生產成本。對酯硬化水玻璃砂來說， 盡管對硅砂的要求不像樹脂砂那

21、樣嚴格，為了降低水玻璃加入量，硅砂應滿足如下要求：泥 的質量分數W1.0%,水的質量分數W0.5%,細粉的質量分數1.0%和角形系數1.3。水玻 璃應達到國家專業(yè)標準ZBJ31003 88的要求。嚴格控制水玻璃的模數是成功應用此工藝的 關鍵，應根據季節(jié)和室溫加以調整：夏季，M = 2.22.4,其余季節(jié)，M = 2.42.6,有條件 時，最好對水玻璃進行改性，消除老化現象。目前用于鑄造生產的有機酯有：丙三醇醋酸酯、 乙二醇醋酸酯、二甘醇醋酸酯和丙二醇碳酸酯等，加入量（質量分數）占水玻璃的8%12%。 有機酯是決定酯硬化水玻璃砂的工藝性能和生產成本的關鍵材料,必須嚴加選擇,即應根據 型、芯的大小

22、和水玻璃的模數,合理選用不同型號（快酯、慢酯或混合酯）的有機酯。對 于酯硬化水玻璃砂的工藝性能來說,主要控制如下性能：起模強度、終強度、可使用時間和 殘留強度等,詳見表2。表2型、芯砂推薦的技術指標大型鑄件的混砂可采用連續(xù)式混砂機,造型、制芯均為手工操作。（3）發(fā)展前景加入某 些附加物,形成復合水玻璃,起著助粘結劑作用,能進一步提高水玻璃的粘結性能,如加入 磷酸鹽、硼酸鹽或鋁酸鹽等附加物。另外,應用較廣泛的有機酯硬化劑,因其價格高而影響 了該工藝的推廣應用,有人又提出了一種無機酸和有機物配制成的硬化劑,其主要成分為磷 酸、磷酸鹽和尿素,這種新型硬化劑不僅生產成本低,而且,型芯砂具有較好的潰散性

23、。 鑄造生產技術發(fā)展趨勢一、概述 鑄造是獲得機械產品毛坯的主要方法之一,是機械工業(yè)重要的基礎工藝,在 國民經濟中占有重要的位置。我國鑄造業(yè)的現狀是產量大,年產鑄件約1,200萬噸,廠點 多,達2萬多個,鑄造業(yè)的從業(yè)人員在120萬人以上。我國鑄造行業(yè)的一大特色是改革開放 以來鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)迅猛發(fā)展,成為我國鑄造行業(yè)的一支重要力量。鄉(xiāng)鎮(zhèn)鑄造廠點數已超過國有鑄 造廠點,鄉(xiāng)鎮(zhèn)鑄造廠點的鑄件產量約占全國鑄件總產量的一半。 當前世界上工業(yè)發(fā)達國 家鑄造技術的發(fā)展歸納起來大致有四個目標，即： 保護環(huán)境，減少以至消除污染； 提高鑄件質量和可靠性,生產優(yōu)質近終形鑄件； 降低生產成本； 縮短交貨期。 我 國鑄造行業(yè)除廠

24、點多,從業(yè)人員多,產量大以外,與發(fā)達國家相比,在質量、效率、能源與 材料消耗、勞動條件與環(huán)境保護等方面都存在差距。造成這些差距的原因是鑄造廠點規(guī)模小, 經濟實力差,工藝和設備落后,管理水平低,從業(yè)人員素質不高。為了消除這些差距,為了滿足我國經濟建設的需要，也為了鑄造行業(yè)自身的存在與發(fā)展，我國的鑄造行業(yè)應以提高鑄 件質量和經濟效益為中心，面向國內和國際兩個市場；加強管理，打好基礎，提高企業(yè)素質； 調整產業(yè)結構，合理配置資源，提倡適度規(guī)模經營；繼續(xù)以適用先進的生產工藝和技術裝備 改造鑄造行業(yè)，實現清潔化生產，保證可持續(xù)發(fā)展。 1 效益是企業(yè)發(fā)展的基礎 發(fā)展的 基礎是效益，發(fā)展又是為了實現更高的效益

25、。中國應該有一個高效益的鑄造業(yè)。沒有效益的 企業(yè)連生存也是困難的，更談不上發(fā)展。為了提高效益，應從以下幾方面著手： 減員 增效與節(jié)能降耗。實現專業(yè)化生產。采用新技術，實現科學管理。2質量是 企業(yè)的生命 質量和效益有時看似矛盾，但兩者是統(tǒng)一的。產品質量低劣的企業(yè)終究是不 能立足的，更談不上效益，也不可能持續(xù)發(fā)展。提高產品質量需從以下幾方面著手： 合理選購原輔材料，正確制訂及嚴格執(zhí)行有關的工藝規(guī)程。采用新技術、新工藝、新設備、新材料。a.加強計算機技術在鑄造生產中應用的研究。b.在砂型鑄造中采用高 硬度及高均勻度的鑄型，發(fā)展與推廣相應的工藝與設備。c.發(fā)展近凈形及凈形鑄造成形新工藝。d.發(fā)展液態(tài)金

26、屬處理及凈化的新工藝新技術，優(yōu)化材料性能。e.發(fā)展機械化 自動化，以保證鑄件質量的穩(wěn)定性、均一性，改善勞動條件。f.加強鑄造環(huán)保設備的研究 和應用。 具有一支穩(wěn)定的高素質的從業(yè)人員隊伍。 3 實現清潔化生產 清潔化生 產是可持續(xù)發(fā)展的基本要求。清潔化生產的含義是：實現盡可能低的資源（原材料）與能源消 耗；實現宜人化的生產環(huán)境及最低或零污染物排放;生產清潔化的產品（產品耗能、耗材少， 易于再生復用及符合人機工程要求）。鑄造的清潔化生產，主要是應用新技術、新工藝、新 材料、新設備以實現低消耗、低污染或者無污染及鑄造生產的宜人化環(huán)境等方面。 二、 堅持進行技術改造，采用成熟、適用、先進技術 企業(yè)技術

27、改造，要根據企業(yè)產品的結構 特點、批量大小、質量要求，合理選用成熟、適用、先進的技術。首先，所選技術必須成熟 可靠。因為技術改造不是科研，不允許失?。灰膊皇侵虚g試驗，可以小規(guī)模、小范圍，而不 講時間和條件。技術改造是要將成熟的科技成果應用于設計、生產中。同時所選技術對改造 企業(yè)來講還必須適用，保證在經濟上合理。 實踐告訴我們，并非凡是先進的、技術含量 高的一定是適用的。各種技術都有一定的局限性和適用范圍，適合于一定的零件，選擇不當， 再先進的技術，也不能確保生產出優(yōu)質的產品，不能保證產生高的經濟效益。 1發(fā)展高 性能鑄造合金，提高產品的材質水平 據近五年統(tǒng)計，我國鑄鐵件占鑄件總產量的79% 8

28、0%（球鐵約占13%）,鑄鋼件占13%14%,有色合金鑄件約占7%,（鋁鑄件約占5.5%）。發(fā) 展趨勢是灰鑄鐵件、鑄鋼件（主要是碳鋼件）、可鍛鑄鐵件呈下降趨勢，球鐵件在增長，輕合 金件占的比例越來越大。發(fā)達國家輕合金鑄件產量已超過鑄鋼件,其產值已遠遠超過鑄鋼件； 日本1998年壓鑄件的產值已接近灰鑄鐵件；球墨鑄鐵件的產量為鑄鋼件的四倍多,產值為 鑄鋼件的兩倍。今后,我國應提高球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、高強度灰鑄鐵、合金鑄鋼、鑄造 鋁合金、鎂合金的比例。 1）鑄鐵 （1）加強高強度薄壁灰鑄鐵生產技術的開發(fā) 低成本 和良好的鑄造性能是灰鑄鐵的主要優(yōu)勢,所以灰鑄鐵已廣泛應用于汽車、內燃機、農機、壓 縮機和

29、市政建設等領域。今后制約灰鑄鐵件增長和發(fā)展的主要因素之一是輕量化,鑄鐵輕量 化將為鑄鐵工業(yè)注入新的活力,今后應加強高強度薄壁灰鑄鐵的生產技術的開發(fā)。 （2）進 一步推廣使用球墨鑄鐵 隨著我國汽車工業(yè)和鑄管工業(yè)的發(fā)展,以及隨著我國球墨鑄鐵生 產水平的提高,應用領域的拓寬,預計進入21世紀,我國球鐵件產量必將有大幅度的增長, 應進一步擴大等溫淬火球墨鑄鐵在承受強載荷工況機械零件和耐磨件上的應用。推廣鑄態(tài)球 墨鑄鐵,節(jié)約能源,降低生產成本。（3）擴大蠕墨鑄鐵的應用 蠕墨鑄鐵是一種新型材料,它的強度、塑韌性高于灰鑄鐵,鑄造性能優(yōu)于球墨鑄鐵,具有優(yōu)良的耐熱疲勞性能和導 熱性能,可在柴油機缸蓋和排氣管、液

30、壓閥、機床床身、鋼錠模、玻璃模具等鑄件上推廣應 用。（4）抓好鑄鐵熔煉環(huán)節(jié),提供優(yōu)質鐵水 抓好鑄鐵的熔煉環(huán)節(jié),及時提供優(yōu)質鐵水,這是提高鑄件綜合質量的基本保證。所謂優(yōu)質鐵水,是指鐵水溫度高,成分合格,波動小,元素燒損少，增碳率高。目前我國用于鑄鐵件生產的熔煉設備90%以上為沖天爐，其中絕大部分又是小型（W5T/h）冷風沖天爐，且多使用冶金焦。這種爐子的能量效率不高（約 38.8%），連續(xù)工作時間短，難以熔煉出優(yōu)質鐵水。 為了獲得優(yōu)質鐵水，應當推廣鑄造焦 和先進適用爐型。熔化量大的5t/h以上的沖天爐宜采用外熱風（500）、水冷、連續(xù)作業(yè)、 清潔、封閉沖天爐；流水線生產球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、高強度

31、薄壁灰鑄鐵件宜采用沖天爐感 應電爐雙聯(lián)熔煉；生產特種小鑄鐵件，如供電條件好，可用感應電爐熔煉。熔煉過程中，還 可采用加氧送風、等重除濕等先進技術。 小型冷風沖天爐或單爐膽熱風沖天爐可改為雙 爐膽式高效內熱風沖天爐，使熱風溫度由200提高到400左右；推廣應用多孔塞脫硫技 術，發(fā)展蓋包、轉包、喂絲等球化工藝，提高球鐵鑄件的質量。在大批量流水生產中推廣應 用鐵水流、孕育絲和型內孕育等瞬時孕育技術及過濾網技術，提高材料均勻性，并減少渣孔 缺陷。為及時掌握鐵水的成份變化和鐵水處理的質量，應逐步在專業(yè)鑄造廠配備一系列現代 化的測試、分析和管理手段，要提高監(jiān)測設備的快速性、精密性及自動化程度。逐步取消用

32、爐前試塊觀測白口深度的原始粗測法，采用物理方法的鐵水性能速測儀或熱分析儀，快速測 定C、Si、碳當量和力學性能；資金充裕者引進直讀光譜儀。沖天爐煙氣凈化的措施就是抽 出煙氣，使煙氣中的CO二次燃燒，燃燒余熱再預熱冷空氣并使熱風鼓入沖天爐，同時達到 提高鐵水溫度和煙氣凈化的雙重作用。 沖天爐除塵措施有： 干式除塵器。 投資 少者可采用旋流除塵器、旋風除塵器（含多管旋風除塵器）；投資較多者可采用袋式、靜電、 顆粒層等除塵器。濕式除塵器或兩級組合除塵（如旋風加布袋）。這要視要求排放標 準和投資多少而定，但要注意，常用的袋式除塵器要考慮煙氣冷卻和布袋的使用壽命（特別 是打爐時），濕式除塵要處理好含塵水

33、排放堵塞下水道，造成二次污染的問題。 2）增加鑄 鋼品種，提高鑄鋼件質量 鑄鋼工業(yè)發(fā)展的趨勢將不再是鑄鋼件產量、鑄鋼廠數量和生產 能力的增加，而是鑄鋼件的質量、品種、性能以及合金鋼的比例的不斷提高。我國合金鋼鑄 件的比例不足20%,而工業(yè)發(fā)國家已達到42%48%。隨著合金鋼鑄件比例的提高，對合金 鋼液的精煉要求也愈來愈高。采用高新技術提高鑄鋼件性能，縮小鑄鋼件體積，提高鑄鋼件 壽命是亟待解決的問題。建議在如下幾方面開展工作。開發(fā)鑄鋼中合金鋼新鋼種，提 高鑄鋼性能,部分頂替鍛鋼,提高材料利用率,降低成本,縮短制造周期,節(jié)省能源、資源 等。采用高新技術提高鑄鋼鋼液純凈度、均勻度與晶粒細化程度，進一

34、步提高鑄鋼的強韌性，減輕鑄件重量（與國外相比重10%20%）,降低廢品率。精煉工藝有：氬氣凈化； 鈣線射入凈化加氬氣凈化；AOD精煉；VOD、VODC爐精煉。采用近終形鑄造技術，進一步提高鑄鋼件尺寸精度與表面質量，減少加工余量（與國外相比，加工余量大13倍以上）。 降低能源與新砂消耗（噸鋼水耗電：我國700850kWh,日本450550kWh）及提高鑄鋼件 工藝出品率（我國55%58%,工業(yè)發(fā)達國家60%）。開發(fā)鋼基復合材料。提高環(huán)保水平,達到國家環(huán)保標準。 3）有色合金鑄造重點發(fā)展 鋁、鎂等輕合金鑄造輕合金由 于具有密度小、比強度高、耐腐蝕等一系列優(yōu)良特性,廣泛地應用于航空、航天、汽車、機

35、械等各行業(yè)。有色合金熔煉應推廣感應電爐。感應電爐熱效率高,作業(yè)環(huán)境好,應是有色合 金熔煉的主要設備。應逐步淘汰燃油坩堝爐和焦炭坩堝爐。燃油坩堝爐和焦炭坩堝爐不但熱 效率低,而且會對周圍環(huán)境造成污染。還應推廣鋁合金氣體噴吹無毒熔煉技術。 2 發(fā)展 先進的造型、制芯、落砂、清理工藝和設備 先進、成熟、適用的鑄造成型工藝方面,可 按產品為對象,大致分為以下三種類型：（1）大批量生產的中小型鑄件,應推廣預緊實的高壓、靜壓、射壓或氣沖造型高效流水線濕型砂造型,減少、淘汰震壓式造型；推廣樹脂砂 高效制芯（熱、溫和冷芯盒,殼芯等）,減少油砂或粘土砂制芯的比例。濕型鑄造中推廣煤粉 代用材料。（2）單件、小批量

36、生產的中、大型鑄件,繼續(xù)推廣各種類型的樹脂自硬砂（呋喃、Pepset法、堿性酚醛樹脂砂等），在中、大型鑄鋼件生產中，也可推廣采用酯硬化水玻玻璃 砂,代替和淘汰粘土砂干型。（3）特定鑄件應推廣各種特種鑄造,如離心鑄管、輕合金壓 鑄、低壓鑄造、硅溶膠熔模鑄造或硅溶膠-水玻璃復合制殼工藝、型材連鑄、鐵型覆砂、V法、消失模鑄造等。 此外，還應開發(fā)和推廣能提高鑄件精度和表面質量的專用涂料系列 和涂敷技術，如不占位涂料、流涂涂料、能控制冷卻速度的涂料等。關于鑄件清理，繼續(xù) 推廣強力拋、噴丸等高效機械化清砂，淘汰水力清砂、水爆清砂，減少手工清砂。對鑄鐵件 配備拋丸清理設備或清理生產線，鑄鋼件或較復雜的鑄鐵大

37、件采用噴拋聯(lián)合清理設備，液壓 件等小殼體類鑄件可采用電液壓或電化學清砂設備；如組織清整生產線要盡量考慮鑄件的在 線檢測(如測尺寸精度、表面硬度等)、粗加工基準定位面，設置鑄件的防銹處理(浸防銹液或 涂底漆等)。 還應開發(fā)推廣機械手和機器人在落砂清理，切割澆冒口，打磨飛邊毛刺中 的應用，改善工人的勞動條件。 3將計算機技術引入鑄造領域 傳統(tǒng)的鑄造設計、生 產方法已不能適應市場經濟和社會進步的要求，為了贏得競爭、占有市場、可持續(xù)發(fā)展，鑄 造生產廠必須變革傳統(tǒng)的生產方法，引進新技術、新思維。將計算機技術引入鑄造領域正是 這一趨勢的迫切要求。以下就計算機在鑄造領域應用的一些重要方面，包括計算機輔助設

38、計與分析、計算機檢測與控制、專家系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、鑄造工裝的計算機應用以及Internet 與鑄造產業(yè)等進行闡述。1)計算機輔助設計與分析 (1)計算機輔助設計 計算機輔助設計(Computer Aided Design，簡稱CAD)是以計算機為主要手段，輔助設計者完成某項設計 工作的建立、修改、分析和優(yōu)化，輸出信息全過程的綜合性技術。與傳統(tǒng)鑄造工藝設計方法 相比，用計算機設計鑄造工藝可以顯著提高設計效率、縮短設計周期;能夠實現設計與分析 的統(tǒng)一;可以存貯并利用鑄造工作者的經驗，較容易設計出合理的鑄造工藝;同時為鑄造計算 機輔助工程(Computer Aided Engineering，簡稱

39、 CAE)、計算機輔助制造(Computer Aided Manufacturing，簡稱 CAM)、計算機輔助工藝規(guī)劃(Computer Aided Process Planning，簡稱 CAPP) 及計算機集成制造系統(tǒng)(Compute門ntegrated Manufacturing System,簡稱CIMS)的實施準備完 備的信息，奠定良好的基礎。經過幾十年的努力，目前國內外研制開發(fā)的鑄造工藝CAD系統(tǒng)，概括起來可以分為通用和專用鑄造工藝CAD兩類：通用鑄造CAD系統(tǒng)：主要用于普通砂型鑄造工藝的設計，又分為鑄鋼、灰鑄鐵、球鐵及有色等種類。功能包括澆注系統(tǒng)設 計，補縮系統(tǒng)設計，分型面、拔

40、模斜度、加工余量的確定，尺寸標注以及工藝圖及工藝卡的 輸出。專用鑄造CAD系統(tǒng)：主要用于某些特定范圍和特定目的的鑄造工藝設計，如壓鑄型CAD、齒輪類CAD、閥體類CAD、曲軸類CAD、機架類CAD、缸體類CAD、葉片類CAD、 DISA造型線鑄造工藝設計CAD等。上述鑄造工藝CAD多為二維系統(tǒng)，以甩掉繪圖板、紅藍鉛筆及鑄造手冊為主要目的。計算機輔助分析 計算機輔助分析又稱計算機輔助工程(Computer Aided Engineering，簡 稱CAE)，是計算機應用的一個重要領域。一般說來，它是通過建立能夠準確描述研究對象 某一過程的數學模型，采用合適可行的求解方法，使得在計算機上模擬仿真出

41、研究對象的特 定過程，分析有關影響因素，預測這一特定過程的可能趨勢與結果。鑄造過程數值模擬技術 便屬于典型的CAE技術。經過幾十年的發(fā)展，鑄造CAE所涉及的范圍已相當廣泛。上述模擬技術已從最初的普通重力砂型鑄造擴展到壓鑄、低壓鑄造、熔模鑄造、電磁鑄造、雙輥 連鑄、電渣熔鑄等眾多鑄造方法。目前，鑄造數值模擬技術尤其是三維溫度場模擬、流動場 模擬及彈塑性狀態(tài)應力場模擬已逐步進入實用階段，國內外一些商品化軟件系統(tǒng)先后推向市 場，對實際鑄件生產起著越來越重要的作用。 因此，對計算機輔助設計與計算機輔助分 析應以積極推廣。實施甩圖板、甩紅藍鉛筆、甩鑄造手冊工程 當前國內鑄造生產依然是采用傳統(tǒng)的工藝設計手

42、段，鑄造工藝CAD的應用幾近空白，應當盡快實施甩圖板、甩 紅藍鉛筆、甩鑄造手冊工程，實現鑄造工藝的計算機設計。這是鑄造行業(yè)技術改造的必然要 求。大力推廣鑄造CAE技術目前國內采用鑄造CAE技術的企業(yè)不到100家，僅占所有鑄造廠家的0.5%左右，與西方工業(yè)發(fā)達國家(10%左右)差別很大，推廣應用工作應大力 加強。一方面國內鑄造業(yè)應解放思想，大膽采用最新科技成果；另一方面還應正確認識鑄造CAE系統(tǒng)的作用，它側重于分析、優(yōu)化鑄造工藝，但它絕對不能完全代替鑄造工程技術人員， 不能神化它的功用，亦不應無視其作用，確切地說它是鑄造工作者手中的有利工具。最后還 需要政府的扶植，多渠道推廣。鑄造工裝初步實現C

43、AD / CAE/CAM/RPM 一體化，進一步實現遠程制造 在整個鑄造生產中，鑄造工裝尤其是鑄造模具/模板的設計制造，比較易 于實現CAD/CAE/CAM/RPM 一體化。目前國內一些鑄造工裝企業(yè)已初步采用了上述先進設計 制造技術，甚至還實現了遠程制造。但范圍太小，需要進一步加大推廣應用力度。 加 強人才培訓 鑄造CAD、CAE推廣應用的另一個關鍵是人才培訓，性能先進的CAD、CAE 軟件系統(tǒng)只有配以高素質的應用人才才能達到最佳效果。因此在推廣高技術的同時應大力加 強人才培訓。2)計算機檢測與控制 利用計算機實現對生產設備或生產過程進行檢測與控制是計算機在鑄造生產中應用的重要內容。近些年來，

44、已經出現了很多利用微機來測試各 種參數、監(jiān)視生產狀況、控制生產過程的設備及裝置，從而有效地提高了鑄件質量及生產效 率，降低鑄造成本。鑄造過程采用微電子及計算機技術進行檢測與控制是生產高質量鑄件的 必備條件，也是現代鑄造生產的一個重要標志。微機檢測與控制系統(tǒng)通常由計算機硬件與軟 件、I/O接口、模數轉換器(A/D)、數模轉換器(D/A)、傳感器及執(zhí)行機械等部分組成。目前在鑄造生產中運用的微機檢測與控制系統(tǒng)主要有如下幾個方面： 型砂性能及砂處理 過程微機檢測與控制。 主要功能有緊實率、抗壓強度、抗拉強度、有效粘土含量、透氣 性測定及水分控制。 沖天爐熔煉的微機檢測與控制。 主要功能有配料的自動控制

45、、 風量調節(jié)、冷卻水量控制、濕度及溫度控制。 金屬液質量的爐前快速檢測及微機處理。 主要功能有各元素成分測定、金屬液溫度、共晶度、孕育效果、抗拉強度、硬度的測定。 鑄件成形過程的微機檢測與控制。 主要功能有金屬液流動性檢測、鑄型性能檢測、造型 線主輔機工作狀態(tài)的監(jiān)控。 鑄件成品質量的微機檢測。 主要功能有檢測鑄件內部空 洞的大小、檢測鑄件表面的粗糙度。 此外還有低壓及壓鑄生產過程微機控制系統(tǒng)、料庫 監(jiān)控系統(tǒng)及生產組織協(xié)調監(jiān)控系統(tǒng)等。隨著科技的發(fā)展，鑄造行業(yè)計算機檢測與控制系統(tǒng)將 越來越強調在線監(jiān)控，強調集成化與智能化。 在線化 能夠對鑄造過程或設備進行在 線檢測與控制，能夠及時準確地反映現場狀

46、態(tài)，實時控制有關生產設備，從而使鑄造過程或 設備保持著最佳狀態(tài)。 集成化 各監(jiān)控系統(tǒng)能夠相互配合、相互協(xié)調，成為一個有機 的整體。 智能化 監(jiān)控系統(tǒng)能夠根據現場實際情況，自動發(fā)出準確合理的指令控制相 關對象。遠程化 利用Internet可以實現遠程(異地)監(jiān)控。國內鑄造企業(yè)這一領域的計算機應用相對較多，尤其是一些大規(guī)模專業(yè)鑄造生產廠家，比較注重該方面技術的應用。 但總的來說，應用面還不夠寬，現有的檢測與控制系統(tǒng)也大都是散兵游勇，各自為政，相對 孤立地完成某一特定的工作。因此鑄造企業(yè)一方面在抓現有鑄造監(jiān)控系統(tǒng)現代化改造的同時， 注重引進吸收先進在線化、智能化、集成化的監(jiān)控技術，從而達到高效低耗生

47、產出高質量鑄 件的目的。 3)專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)(Expert System)是近幾十年來人工智能領域研究開發(fā) 的計算機系統(tǒng)，它是人類長期以來對智能科學的探索成果和實際問題求解需要相結合的必然 產物。 專家系統(tǒng)是一種基于知識的智能系統(tǒng)，以求解那些人類專家才能解決的高難度問 題為特征。一般包括知識庫、數據庫、推理機、知識獲取機制、解釋機制及用戶接口等部分。 鑄造生產是一個復雜的過程，產品質量受諸多影響因素的制約。而這些因素一般是隨機的、 復雜的、很難用數學公式描述。在處理一些突發(fā)事件時，往往需要豐富的知識與經驗，而這 些知識與經驗并不是所有人都能夠掌握的。一個性能優(yōu)越的鑄造生產專家系統(tǒng)就可以處理

48、生 產中錯綜復雜的情況，在不確定信息基礎上得到正確的結論，及時準確地解決問題。國外鑄 造專家系統(tǒng)的研制起始于80年代，一些不同類型的鑄造專家系統(tǒng)先后推向市場，如沖天爐 控制專家系統(tǒng)，鑄件缺陷分析診斷專家系統(tǒng)，鑄造過程規(guī)劃、咨詢系統(tǒng)，熔模鑄造專家系統(tǒng) 等，在實際生產中已取得較好的應用效果。 國內這一領域的研究開發(fā)工作起步較晚，但 在一些方面也取得了長足進步，先后推出了型砂質量管理專家系統(tǒng)，鑄造缺陷分析專家系統(tǒng)，自硬砂質量分析專家系統(tǒng)，壓鑄工藝參數設計及缺陷診斷鑄造生產專家系統(tǒng)等。盡管鑄造 生產專家系統(tǒng)的研究工作已在很多領域展開，并取得了一定的應用效果，但總的來說目前還 處于初始階段。一些技術及應

49、用環(huán)節(jié)的障礙，如鑄造知識類型復雜、知識表達困難、決策空 間大、多目標和多重約束、模糊性和不確定性等都有待于進一步解決。 專家系統(tǒng)控制是 智能控制的另一個重要分支，是專家系統(tǒng)應用研究的前沿。在線專家系統(tǒng)控制更是倍受關注， 鑄造領域這方面的研究將逐步展開。鑄造生產專家系統(tǒng)是一個與實際生產結合極其緊密的 應用技術，需要從實際中來，到實際中去。鑄造專家系統(tǒng)的研制及應用均需要鑄造生產企業(yè) 給予大力的幫助與支持，因此應用推廣工作應引起多方面高度重視。4)信息處理系統(tǒng)信息社會的一個重要特征就是信息爆炸，在這樣的背景下，如何運用高效的管理手段及時 準確地分析和處理要爆炸的信息和浩瀚的數據就顯得非常重要了。對于

50、一個鑄造企業(yè)來說， 企業(yè)內部各管理部門之間、各生產部門之間、管理和生產部門之間以及企業(yè)和外部之間需要 傳遞大量的信息；另一方面企業(yè)內部各部門技術的進步往往會發(fā)生一些阻礙信息交流的孤 島，一些處理系統(tǒng)如CAD、CAE、CAM、CAPP所需要的及所生成的數據彼此差異很大，需 要協(xié)調管理，才能達到資源共享。根據上述要求信息處理系統(tǒng)(Information Processing System) 應運而生。企業(yè)信息處理系統(tǒng)有別于管理信息系統(tǒng)(Management Informtation System,簡稱MIS)及產品數據管理(Production Data Management，簡稱PDM)，是一個

51、范圍更廣、內容 更深,集整個企業(yè)所有行為為一體的信息處理系統(tǒng)。以鑄造生產為例,一個鑄造廠的信息處 理系統(tǒng)應含蓋該廠的所有行為，包括市場營銷、物料進出、生產組織與協(xié)調、行政管理、與 外界的信息交換等等。 當今世界信息技術即將成為第一大產業(yè)，各種各樣信息處理技術 大量涌現、日新月異，特別是信息高速公路的出現，使人類社會進入了一個嶄新時代。但是 與其他領域相比，鑄造行業(yè)信息處理技術研究、開發(fā)與應用顯得過于落伍。特別是國內的鑄 造生產廠家，基本是拒信息技術于門外，盡管也有個別企業(yè)嘗試采用現代先進信息處理技術， 但畢竟鳳毛麟角，遠沒有形成氣候?？偨Y國內鑄造行業(yè)信息處理技術的開發(fā)應用現狀，有以 下特點：

52、研究開發(fā)沒形成規(guī)模 基本上處于手工、作坊式、來料加工方式，沒有形成 規(guī)模、特色。所采用的技術也遠不是最先進的。 應用范圍較窄 主要集中在鑄造企業(yè) 的財務、人事、庫料管理等方面，現場生產管理很少，基本上談不上系統(tǒng)集成。 缺乏 先進信息技術的應用 如PDM技術、MRP-II技術、Internet/Intranet技術等應用還處于起 步階段。 但是，作為機械產品毛坯重要的生產方式，鑄造必須吸納各種現代先進技術， 以實現自身的完善與發(fā)展。先進信息處理技術的應用將是鑄造產業(yè)現階段及將來的技術進步 最重要的領域之一。其發(fā)展也必將呈現集成化、國際化等趨勢。 鑄造企業(yè)信息處理系統(tǒng) 是一個龐大的系統(tǒng)工程，需要有長遠的目標與規(guī)劃。該系統(tǒng)的實施與應用將徹底改變鑄造企 業(yè)傳統(tǒng)的生產、管理方式。5)鑄造工裝的計算機應用