翻砂鑄造技術(shù)

1、翻砂鑄造技術(shù)1樹(shù)脂固化砂工藝樹(shù)脂砂的特點(diǎn)較多，如型芯砂高強(qiáng)度、高固化效率、高潰散性，鑄件高 精度、高表面質(zhì)量，為大批量流水線(xiàn)生產(chǎn)各種復(fù)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(chē)、拖拉機(jī)和內(nèi)燃機(jī)等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。又由于其高強(qiáng)度、高精度、 高潰散性，低的造型制芯勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)于滿(mǎn)足多品種、小批量生產(chǎn)各種結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜的中、 大型鑄件的型芯，也起了十分重要的作用。目前，樹(shù)脂砂工藝繁多，可按其不同的硬化方式， 分為如下三大類(lèi)：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(jīng)過(guò)外部加熱源進(jìn)行加熱，使型芯砂在一定溫度和時(shí)間下固化成型的一種工藝。目前在鑄造 生產(chǎn)中廣

2、泛應(yīng)用的有：殼型法和熱芯盒法兩種。殼型法是一種開(kāi)發(fā)最早、發(fā)展最快、應(yīng)用甚 廣的高效造型、制芯工藝。由于覆膜砂的流動(dòng)性、充型性和存放性均好，強(qiáng)度大、潰散性好， 被汽車(chē)行業(yè)廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量要求高的型芯。熱芯盒比殼型開(kāi)發(fā)晚 15 年，由于它的型、芯砂制備簡(jiǎn)單，成型溫度低，硬化速度快，在生產(chǎn)中也得到了應(yīng)用， 鑒于其型砂流動(dòng)性差、存放性不好，吸濕性很大，含氮量較高，限制了它的應(yīng)用，目前國(guó)外 已開(kāi)發(fā)了新型熱芯盒樹(shù)脂，效果較好，國(guó)內(nèi)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(shù)脂、烏洛托品硬化

3、劑、硬脂酸鈣潤(rùn)滑劑及其他附加物等材料，在專(zhuān)門(mén)的混 制設(shè)備上熱法混制而成，鑄造廠家可根據(jù)鑄件的種類(lèi)和不同結(jié)構(gòu)的要求來(lái)選用，目前市場(chǎng)上 可提供的覆膜砂系列產(chǎn)品的性能見(jiàn)表1。表1覆膜砂系列產(chǎn)品的性能（2）殼型、芯的制造工藝及其設(shè)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(chǎn)。吹砂法殼芯機(jī)又可分為底吹式和項(xiàng)吹式兩 大類(lèi)。底吹式殼芯機(jī)制芯時(shí)，芯砂由底部吹入芯盒，吹芯壓力為0.405MPa,吹砂時(shí)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(jiǎn)單的 殼芯。頂吹式殼芯機(jī)制芯時(shí)，芯砂由芯盒頂部吹入，充填情況較好，但整機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜

4、，常用 于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的殼芯制造，其吹芯壓力為0.10.3MPa,吹砂時(shí)間為38s。殼芯制造過(guò)程 如下：把芯盒加熱至210250,吹入覆膜砂，這時(shí)覆膜砂上樹(shù)脂受熱融化、結(jié)殼后，翻 轉(zhuǎn)1800,使芯盒自動(dòng)左右搖擺數(shù)次，排放出未固化的砂子，翻斗復(fù)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(shù)脂加入量高,生產(chǎn)成本高,鑄件氣孔及變形 嚴(yán)重。同時(shí)它存在硬化溫度高,硬化時(shí)間長(zhǎng),硬化時(shí)氣味大等缺點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外正在開(kāi)發(fā)各種新 型的低氣味、高強(qiáng)度、速固化、流變性能好的改性酚醛樹(shù)脂和低氮、無(wú)氮的硬化劑,并開(kāi)發(fā) 了新

5、型覆膜混砂設(shè)備和；日砂再生設(shè)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(xiàn)有三乙胺法、SO2法和低 毒、無(wú)毒氣硬法等幾種。目前在生產(chǎn)中僅三乙胺法得到廣泛的應(yīng)用。它的最大特點(diǎn)是硬化速 度快,硬透性好,生產(chǎn)效率高；其次是芯盒不需加熱,勞動(dòng)條件好,芯盒生產(chǎn)成本低,現(xiàn)已 在批量生產(chǎn)各種復(fù)雜的砂芯的汽車(chē)、拖拉機(jī)行業(yè)廣為應(yīng)用。（1）三乙胺法用原材料三乙 胺法用原材料主要由硅砂、樹(shù)脂和催化劑等組成。此法對(duì)硅砂要求甚嚴(yán)，特別是含水量 0.2%,含泥量0.3% （均指質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。所用的樹(shù)脂由二個(gè)組分組成；組分I為苯醚型特制 酚醛樹(shù)脂，組分H為聚異氰酸酯（

6、人1）。為了降低樹(shù)脂對(duì)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(lái),又開(kāi)發(fā)了抗?jié)裥詷?shù)脂和鋁合金專(zhuān)用樹(shù)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?dú)猓?吹入芯盒,使砂芯硬化,以防止三乙胺氣體濃度過(guò)大而引起 爆炸。（2）三乙胺法制芯工藝及其設(shè)備三乙胺法制芯均在專(zhuān)用的冷芯盒射芯機(jī)上完成， 所用射芯機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通射芯機(jī)相似，但增加了吹氣機(jī)構(gòu)和前后工序配套設(shè)備。前工序配套 設(shè)備有：混砂機(jī)、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(shè)備包括廢氣凈化系統(tǒng)。制芯的主要工序?yàn)椋汗枭凹?/p>

7、熱至2535,將組分I 酚醛樹(shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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?jǐn)?shù)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(shí)間一般為幾秒或幾十秒鐘。型、芯硬化后,緊接著通過(guò) 原來(lái)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(jìn)一步提高它的 強(qiáng)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(nèi),用酸中和,將胺除 去,也可采用燃燒法去胺。最后,打開(kāi)芯盒,取出已硬化的砂芯,便

8、可進(jìn)行下一輪程序。為 了提高鑄件的表面質(zhì)量,減少粘砂缺陷,砂芯表面應(yīng)刷一層涂料?？刹捎盟苛?但必須 待樹(shù)脂完全硬化后上涂料,防止明顯降低砂芯強(qiáng)度,刷涂后應(yīng)及時(shí)烘干。（3）發(fā)展前景氣 硬冷芯盒制芯工藝是目前國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)開(kāi)發(fā)、最有發(fā)展前途的一種高效制芯工藝,特別是低毒、 無(wú)毒氣硬工藝,在當(dāng)前全球關(guān)注環(huán)境保護(hù)、推行清潔生產(chǎn)的情況下,更具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。 現(xiàn)正在開(kāi)發(fā)的酚醛樹(shù)脂/酯法，聚丙烯酸鈉/ CO2法和堿性酚醛樹(shù)脂/ CO2法等無(wú)毒制芯工 藝,盡管還存在強(qiáng)度低,樹(shù)脂加入量高,吹氣硬化時(shí)間較長(zhǎng),抗?jié)裥暂^差等一些問(wèn)題,但可 以預(yù)計(jì),在不久的將來(lái),會(huì)開(kāi)發(fā)出更為理想、無(wú)毒無(wú)公害的高效制芯工藝,成功地應(yīng)

9、用于生 產(chǎn),有力推動(dòng)我國(guó)鑄造事業(yè)向前發(fā)展。3樹(shù)脂砂自硬法此法系指型、芯砂在室溫下,通 過(guò)加入一定量的固化劑,使之在芯盒或砂箱內(nèi),并在一定時(shí)間內(nèi)自行硬化成型的一種造型、 制芯工藝。目前在鑄造生產(chǎn)中得到應(yīng)用的有酸固化呋喃樹(shù)脂砂、酯固化堿性酚醛樹(shù)脂砂和酚 尿烷樹(shù)脂砂等。這種工藝的最大特點(diǎn)是：樹(shù)脂砂可在常溫下自行硬化成型,型、芯砂有一定 的可使用時(shí)間,其硬化速度與強(qiáng)度受室溫、環(huán)境濕度的影響很大,生產(chǎn)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(chǎn),在我國(guó)機(jī)床、通用、重型、造船、 機(jī)車(chē)等行業(yè)得到了應(yīng)用。在上述幾種樹(shù)脂自硬砂工藝中,以酸固化呋喃樹(shù)脂砂在我國(guó)應(yīng)用 最多,因?yàn)樗玫脑o

10、材料及設(shè)備能成套供應(yīng),技術(shù)較成熟,積累的經(jīng)驗(yàn)也最豐富,目前 國(guó)內(nèi)300多家采用樹(shù)脂砂工藝的工廠,絕大多數(shù)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(jí)，改善表面粗糙度12級(jí)，廢品率明顯減少。（l）呋喃樹(shù)脂砂用原 材料 呋喃樹(shù)脂砂用的主要原材料有硅砂、呋喃樹(shù)脂和固化劑。呋喃樹(shù)脂砂對(duì)硅砂的質(zhì)量要 求較嚴(yán),應(yīng)從角形系數(shù)、含泥量、含水量、微粉含量、耗酸值與灼減量等項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)加以控 制。粘結(jié)劑呋喃樹(shù)脂是以呋喃環(huán)為主、低聚合度的縮聚樹(shù)脂,按其化學(xué)組成可分為酚醛改性 呋喃樹(shù)脂、脲醛改性呋喃樹(shù)脂和酚醛脲醛改性呋喃樹(shù)脂等,而以脲醛改性呋喃樹(shù)脂在國(guó)內(nèi)應(yīng) 用最廣。用酚醛部分取代脲醛,不僅能保持一定強(qiáng)度,

11、而且還能降低樹(shù)脂中含氮量,是一種 性能較好的呋喃樹(shù)脂。按國(guó)家專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T752694的規(guī)定，呋喃樹(shù)脂可按其含氮量分 為無(wú)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(shù)脂，也可按游離甲醛含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分為 二級(jí)；一級(jí)含W0.4%,二級(jí)含W0.8%。要求質(zhì)量較高的鑄件可選用低氮樹(shù)脂，而有色金屬 鑄件可采用含氮較高的樹(shù)脂。目前呋喃樹(shù)脂砂常用的固化劑為有機(jī)磺酸,它又可分為對(duì)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(shù)脂自硬砂的專(zhuān)用設(shè)備樹(shù)脂 自硬砂的成套設(shè)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(jī)為主,并 配以振實(shí)臺(tái)、翻轉(zhuǎn)起模機(jī)、輸送輥道和電控等裝置,組成樹(shù)脂砂造型、制芯生產(chǎn)線(xiàn)。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(diào)節(jié)等功能。為了滿(mǎn)足 環(huán)境保護(hù)的要求及微粉分離的需要,樹(shù)脂砂生產(chǎn)線(xiàn)還必須配有良好通風(fēng)除塵裝置。（3）樹(shù) 脂自硬砂的造型、制芯工藝呋喃樹(shù)脂在強(qiáng)酸固化劑作用下,樹(shù)脂分子間相繼產(chǎn)生加聚反應(yīng) 和縮聚反應(yīng)，使原來(lái)低相對(duì)分子質(zhì)量的線(xiàn)型結(jié)構(gòu)相互交聯(lián)，轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)分子質(zhì)量很大的體型 結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂膜，將砂粒粘結(jié)起來(lái)，達(dá)到型、芯的常溫固化。樹(shù)脂加入量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）一般為 0.8%1.2%,磺酸類(lèi)固化劑加入量為樹(shù)脂的30%60%,型、芯砂的可使用時(shí)間從幾分鐘

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

14、,以保證鑄件的表面質(zhì)量；根據(jù)有機(jī)粘結(jié)劑特點(diǎn),應(yīng)按快、 穩(wěn)、封閉、底注、保證壓頭和處理臟鐵液等原則來(lái)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)。實(shí)踐證明,只有遵循上 述原則來(lái)造型制芯,才可能獲得質(zhì)量高、成本低的樹(shù)脂砂鑄件。（4）發(fā)展前景我國(guó)80% 以上鑄造廠家屬于單件、小批量生產(chǎn),80 年代以前大多數(shù)采用落后的粘土砂工藝,鑄件質(zhì) 量差,生產(chǎn)效率低,勞動(dòng)強(qiáng)度大,環(huán)境污染嚴(yán)重。由于機(jī)械工業(yè)的發(fā)展和鑄件出口貿(mào)易的需 要,不少?gòu)S家采用樹(shù)脂砂代替粘土砂,取得了明顯的效果,充分證明該工藝對(duì)單件、小批量 生產(chǎn)的鑄鐵車(chē)間具有較大的發(fā)展前景,低游離甲醛和低糠醇呋喃樹(shù)脂的開(kāi)發(fā),又有力地促進(jìn) 了該工藝的發(fā)展。特別是80年代后,酯硬化堿性酚醛樹(shù)脂自

15、硬砂的問(wèn)世,較好地解決了呋 喃樹(shù)脂砂的成本、環(huán)保和熱裂等問(wèn)題,為今后生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄鋼件創(chuàng)出了一條新路。但是,堿性 酚醛樹(shù)脂尚存的強(qiáng)度低、粘度大和再生困難等問(wèn)題,預(yù)計(jì)在不久的將來(lái),將會(huì)得到圓滿(mǎn)的解 決。在即將到來(lái)的21世紀(jì),化學(xué)固化砂的各種新型造型、制芯技術(shù)將會(huì)在我國(guó)鑄造廠家開(kāi) 花結(jié)果,為改變我國(guó)鑄造事業(yè)落后現(xiàn)狀作出較大的貢獻(xiàn)。2水玻璃固化砂工藝樹(shù)脂固化 砂的應(yīng)用實(shí)踐表明,呋喃樹(shù)脂的價(jià)格較高,環(huán)境污染較大,在未來(lái)21世紀(jì)人們對(duì)于自身生 存條件和環(huán)境的要求日趨嚴(yán)格的條件下,由于車(chē)間勞動(dòng)保護(hù)和生產(chǎn)環(huán)境衛(wèi)生方面的投資很大, 從而使樹(shù)脂砂的應(yīng)用受到一定限制,許多國(guó)家又對(duì)水玻璃固化砂極為重視。最近十多年來(lái),

16、人們對(duì)于水玻璃的基本組成和老化現(xiàn)象實(shí)質(zhì)的認(rèn)識(shí)深化和新型硬化工藝的開(kāi)發(fā)等兩方面 均取得了突破性進(jìn)展,在型芯砂保持足夠的工藝強(qiáng)度的條件下,水玻璃加入量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 可降至2.5%3.5%,從而使水玻璃砂長(zhǎng)期存在的潰散性差、舊砂不能回用的問(wèn)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(jié)劑領(lǐng)域里應(yīng)用最早的一種快速成型工藝，由于操作方便、 使用靈活、無(wú)毒無(wú)味、在國(guó)內(nèi)外大多數(shù)的鑄鋼件生產(chǎn)中，得到了廣泛的應(yīng)用。（1）硬化原 理和特點(diǎn)水玻璃的出現(xiàn)已有三百多年歷史,由于它的成分十分復(fù)雜、多變,它的基本組成 一直沒(méi)有搞清楚,對(duì)水玻璃

17、的研究主要停留在宏觀的層次上。近年來(lái),多種先進(jìn)測(cè)試手段的 開(kāi)發(fā),可深入到分子范疇進(jìn)行分析和研究,并發(fā)現(xiàn),新制備的水玻璃是一種真溶液；但是在 存放過(guò)程中,水玻璃中硅酸要進(jìn)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(shí)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(shù)、濃度、溫度、電解質(zhì)含量和存放時(shí)間長(zhǎng)短的影響。水玻璃砂吹入CO2氣體硬化時(shí)， 水玻璃的表層因吸收CO2而其模數(shù)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(qiáng)度。已固化的表層水玻璃阻礙了 CO2往深層滲透，內(nèi)層水玻璃只能靠脫水而繼續(xù)增 加強(qiáng)度。此法缺點(diǎn)是：型芯砂強(qiáng)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(chǎn)。（2）水玻璃的改性水玻璃在存放過(guò)程中分子產(chǎn)生編聚,形成膠粒,可使 其粘結(jié)強(qiáng)度下降20%30%,這一現(xiàn)象稱(chēng)為水玻璃老化。為了消除老化，必須對(duì)水玻璃進(jìn) 行改性,目前改性的方法有物理改性和化學(xué)改性?xún)煞N。物理改性是用磁場(chǎng)、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(duì)高模數(shù)水玻璃有效，但是存在重新老化的問(wèn)題?；瘜W(xué)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(tuán)，通過(guò)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(jìn)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(lái)提高其粘結(jié)能力，往往增加了生產(chǎn)成本和工藝復(fù)雜 化。近年來(lái)，日本又開(kāi)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(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）降至 3.0以下， 而CO2用量?jī)H為原來(lái)的1 / 10。最近又有作者提出往水玻璃砂中加入一種無(wú)機(jī)物，經(jīng)高溫作 用后，在常溫時(shí)粘結(jié)橋上會(huì)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(diǎn)此法是采用液體的有機(jī)酯作水玻璃的硬化劑。有機(jī)酯在 強(qiáng)

20、堿性水玻璃溶液的作用下，水解為醇與酸。醇有很強(qiáng)的親水性，它可奪去水玻璃的水分， 構(gòu)成它的溶劑化水。酸與水玻璃反應(yīng)，析出醋酸鈉，它也有一定的親水性，能奪取水玻璃的 水分，構(gòu)成它的結(jié)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(qiáng)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(chǎn)。缺點(diǎn)是型芯砂硬化速度慢、脆性大和流動(dòng)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(jī)酯，這些 材料的質(zhì)量和合理選用將直接影響工藝成敗、鑄件質(zhì)量和生產(chǎn)成本。對(duì)酯硬化水玻璃砂來(lái)說(shuō)， 盡管對(duì)硅砂的要求不像樹(shù)脂砂那

21、樣嚴(yán)格，為了降低水玻璃加入量，硅砂應(yīng)滿(mǎn)足如下要求：泥 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)W1.0%,水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)W0.5%,細(xì)粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%和角形系數(shù)1.3。水玻 璃應(yīng)達(dá)到國(guó)家專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBJ31003 88的要求。嚴(yán)格控制水玻璃的模數(shù)是成功應(yīng)用此工藝的 關(guān)鍵，應(yīng)根據(jù)季節(jié)和室溫加以調(diào)整：夏季，M = 2.22.4,其余季節(jié)，M = 2.42.6,有條件 時(shí)，最好對(duì)水玻璃進(jìn)行改性，消除老化現(xiàn)象。目前用于鑄造生產(chǎn)的有機(jī)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(zhì)量分?jǐn)?shù)）占水玻璃的8%12%。 有機(jī)酯是決定酯硬化水玻璃砂的工藝性能和生產(chǎn)成本的關(guān)鍵材料,必須嚴(yán)加選擇,即應(yīng)根據(jù) 型、芯的大小

22、和水玻璃的模數(shù),合理選用不同型號(hào)（快酯、慢酯或混合酯）的有機(jī)酯。對(duì) 于酯硬化水玻璃砂的工藝性能來(lái)說(shuō),主要控制如下性能：起模強(qiáng)度、終強(qiáng)度、可使用時(shí)間和 殘留強(qiáng)度等,詳見(jiàn)表2。表2型、芯砂推薦的技術(shù)指標(biāo)大型鑄件的混砂可采用連續(xù)式混砂機(jī),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(fù)合水玻璃,起著助粘結(jié)劑作用,能進(jìn)一步提高水玻璃的粘結(jié)性能,如加入 磷酸鹽、硼酸鹽或鋁酸鹽等附加物。另外,應(yīng)用較廣泛的有機(jī)酯硬化劑,因其價(jià)格高而影響 了該工藝的推廣應(yīng)用,有人又提出了一種無(wú)機(jī)酸和有機(jī)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(chǎn)成本低,而且,型芯砂具有較好的潰散性

23、。 鑄造生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)一、概述 鑄造是獲得機(jī)械產(chǎn)品毛坯的主要方法之一,是機(jī)械工業(yè)重要的基礎(chǔ)工藝,在 國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的位置。我國(guó)鑄造業(yè)的現(xiàn)狀是產(chǎn)量大,年產(chǎn)鑄件約1,200萬(wàn)噸,廠點(diǎn) 多,達(dá)2萬(wàn)多個(gè),鑄造業(yè)的從業(yè)人員在120萬(wàn)人以上。我國(guó)鑄造行業(yè)的一大特色是改革開(kāi)放 以來(lái)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)迅猛發(fā)展,成為我國(guó)鑄造行業(yè)的一支重要力量。鄉(xiāng)鎮(zhèn)鑄造廠點(diǎn)數(shù)已超過(guò)國(guó)有鑄 造廠點(diǎn),鄉(xiāng)鎮(zhèn)鑄造廠點(diǎn)的鑄件產(chǎn)量約占全國(guó)鑄件總產(chǎn)量的一半。 當(dāng)前世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó) 家鑄造技術(shù)的發(fā)展歸納起來(lái)大致有四個(gè)目標(biāo)，即： 保護(hù)環(huán)境，減少以至消除污染； 提高鑄件質(zhì)量和可靠性,生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)近終形鑄件； 降低生產(chǎn)成本； 縮短交貨期。 我 國(guó)鑄造行業(yè)除廠

24、點(diǎn)多,從業(yè)人員多,產(chǎn)量大以外,與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,在質(zhì)量、效率、能源與 材料消耗、勞動(dòng)條件與環(huán)境保護(hù)等方面都存在差距。造成這些差距的原因是鑄造廠點(diǎn)規(guī)模小, 經(jīng)濟(jì)實(shí)力差,工藝和設(shè)備落后,管理水平低,從業(yè)人員素質(zhì)不高。為了消除這些差距,為了滿(mǎn)足我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，也為了鑄造行業(yè)自身的存在與發(fā)展，我國(guó)的鑄造行業(yè)應(yīng)以提高鑄 件質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益為中心，面向國(guó)內(nèi)和國(guó)際兩個(gè)市場(chǎng)；加強(qiáng)管理，打好基礎(chǔ)，提高企業(yè)素質(zhì)； 調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，合理配置資源，提倡適度規(guī)模經(jīng)營(yíng)；繼續(xù)以適用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備 改造鑄造行業(yè)，實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)，保證可持續(xù)發(fā)展。 1 效益是企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ) 發(fā)展的 基礎(chǔ)是效益，發(fā)展又是為了實(shí)現(xiàn)更高的效益

25、。中國(guó)應(yīng)該有一個(gè)高效益的鑄造業(yè)。沒(méi)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(yīng)從以下幾方面著手： 減員 增效與節(jié)能降耗。實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)。采用新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理。2質(zhì)量是 企業(yè)的生命 質(zhì)量和效益有時(shí)看似矛盾，但兩者是統(tǒng)一的。產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)品質(zhì)量需從以下幾方面著手： 合理選購(gòu)原輔材料，正確制訂及嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)的工藝規(guī)程。采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料。a.加強(qiáng)計(jì)算機(jī)技術(shù)在鑄造生產(chǎn)中應(yīng)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(yīng)的工藝與設(shè)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(shù)，優(yōu)化材料性能。e.發(fā)展機(jī)械化 自動(dòng)化，以保證鑄件質(zhì)量的穩(wěn)定性、均一性，改善勞動(dòng)條件。f.加強(qiáng)鑄造環(huán)保設(shè)備的研究 和應(yīng)用。 具有一支穩(wěn)定的高素質(zhì)的從業(yè)人員隊(duì)伍。 3 實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn) 清潔化生 產(chǎn)是可持續(xù)發(fā)展的基本要求。清潔化生產(chǎn)的含義是：實(shí)現(xiàn)盡可能低的資源（原材料）與能源消 耗；實(shí)現(xiàn)宜人化的生產(chǎn)環(huán)境及最低或零污染物排放;生產(chǎn)清潔化的產(chǎn)品（產(chǎn)品耗能、耗材少， 易于再生復(fù)用及符合人機(jī)工程要求）。鑄造的清潔化生產(chǎn)，主要是應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新 材料、新設(shè)備以實(shí)現(xiàn)低消耗、低污染或者無(wú)污染及鑄造生產(chǎn)的宜人化環(huán)境等方面。 二、 堅(jiān)持進(jìn)行技術(shù)改造，采用成熟、適用、先進(jìn)技術(shù) 企業(yè)技術(shù)

27、改造，要根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)、批量大小、質(zhì)量要求，合理選用成熟、適用、先進(jìn)的技術(shù)。首先，所選技術(shù)必須成熟 可靠。因?yàn)榧夹g(shù)改造不是科研，不允許失敗；也不是中間試驗(yàn)，可以小規(guī)模、小范圍，而不 講時(shí)間和條件。技術(shù)改造是要將成熟的科技成果應(yīng)用于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中。同時(shí)所選技術(shù)對(duì)改造 企業(yè)來(lái)講還必須適用，保證在經(jīng)濟(jì)上合理。 實(shí)踐告訴我們，并非凡是先進(jìn)的、技術(shù)含量 高的一定是適用的。各種技術(shù)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(dāng)， 再先進(jìn)的技術(shù)，也不能確保生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，不能保證產(chǎn)生高的經(jīng)濟(jì)效益。 1發(fā)展高 性能鑄造合金，提高產(chǎn)品的材質(zhì)水平 據(jù)近五年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)鑄鐵件占鑄件總產(chǎn)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(shì)是灰鑄鐵件、鑄鋼件（主要是碳鋼件）、可鍛鑄鐵件呈下降趨勢(shì)，球鐵件在增長(zhǎng)，輕合 金件占的比例越來(lái)越大。發(fā)達(dá)國(guó)家輕合金鑄件產(chǎn)量已超過(guò)鑄鋼件,其產(chǎn)值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鑄鋼件； 日本1998年壓鑄件的產(chǎn)值已接近灰鑄鐵件；球墨鑄鐵件的產(chǎn)量為鑄鋼件的四倍多,產(chǎn)值為 鑄鋼件的兩倍。今后,我國(guó)應(yīng)提高球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、高強(qiáng)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(qiáng)高強(qiáng)度薄壁灰鑄鐵生產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)發(fā) 低成本 和良好的鑄造性能是灰鑄鐵的主要優(yōu)勢(shì),所以灰鑄鐵已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、內(nèi)燃機(jī)、農(nóng)機(jī)、壓 縮機(jī)和

29、市政建設(shè)等領(lǐng)域。今后制約灰鑄鐵件增長(zhǎng)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(yīng)加強(qiáng)高強(qiáng)度薄壁灰鑄鐵的生產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)。 （2）進(jìn) 一步推廣使用球墨鑄鐵 隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)和鑄管工業(yè)的發(fā)展,以及隨著我國(guó)球墨鑄鐵生 產(chǎn)水平的提高,應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬,預(yù)計(jì)進(jìn)入21世紀(jì),我國(guó)球鐵件產(chǎn)量必將有大幅度的增長(zhǎng), 應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大等溫淬火球墨鑄鐵在承受強(qiáng)載荷工況機(jī)械零件和耐磨件上的應(yīng)用。推廣鑄態(tài)球 墨鑄鐵,節(jié)約能源,降低生產(chǎn)成本。（3）擴(kuò)大蠕墨鑄鐵的應(yīng)用 蠕墨鑄鐵是一種新型材料,它的強(qiáng)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(dǎo) 熱性能,可在柴油機(jī)缸蓋和排氣管、液

30、壓閥、機(jī)床床身、鋼錠模、玻璃模具等鑄件上推廣應(yīng) 用。（4）抓好鑄鐵熔煉環(huán)節(jié),提供優(yōu)質(zhì)鐵水 抓好鑄鐵的熔煉環(huán)節(jié),及時(shí)提供優(yōu)質(zhì)鐵水,這是提高鑄件綜合質(zhì)量的基本保證。所謂優(yōu)質(zhì)鐵水,是指鐵水溫度高,成分合格,波動(dòng)小,元素?zé)龘p少，增碳率高。目前我國(guó)用于鑄鐵件生產(chǎn)的熔煉設(shè)備90%以上為沖天爐，其中絕大部分又是小型（W5T/h）冷風(fēng)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(shí)間短，難以熔煉出優(yōu)質(zhì)鐵水。 為了獲得優(yōu)質(zhì)鐵水，應(yīng)當(dāng)推廣鑄造焦 和先進(jìn)適用爐型。熔化量大的5t/h以上的沖天爐宜采用外熱風(fēng)（500）、水冷、連續(xù)作業(yè)、 清潔、封閉沖天爐；流水線(xiàn)生產(chǎn)球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、高強(qiáng)度

31、薄壁灰鑄鐵件宜采用沖天爐感 應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉；生產(chǎn)特種小鑄鐵件，如供電條件好，可用感應(yīng)電爐熔煉。熔煉過(guò)程中，還 可采用加氧送風(fēng)、等重除濕等先進(jìn)技術(shù)。 小型冷風(fēng)沖天爐或單爐膽熱風(fēng)沖天爐可改為雙 爐膽式高效內(nèi)熱風(fēng)沖天爐，使熱風(fēng)溫度由200提高到400左右；推廣應(yīng)用多孔塞脫硫技 術(shù)，發(fā)展蓋包、轉(zhuǎn)包、喂絲等球化工藝，提高球鐵鑄件的質(zhì)量。在大批量流水生產(chǎn)中推廣應(yīng) 用鐵水流、孕育絲和型內(nèi)孕育等瞬時(shí)孕育技術(shù)及過(guò)濾網(wǎng)技術(shù)，提高材料均勻性，并減少渣孔 缺陷。為及時(shí)掌握鐵水的成份變化和鐵水處理的質(zhì)量，應(yīng)逐步在專(zhuān)業(yè)鑄造廠配備一系列現(xiàn)代 化的測(cè)試、分析和管理手段，要提高監(jiān)測(cè)設(shè)備的快速性、精密性及自動(dòng)化程度。逐步取消用

32、爐前試塊觀測(cè)白口深度的原始粗測(cè)法，采用物理方法的鐵水性能速測(cè)儀或熱分析儀，快速測(cè) 定C、Si、碳當(dāng)量和力學(xué)性能；資金充裕者引進(jìn)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(yù)熱冷空氣并使熱風(fēng)鼓入沖天爐，同時(shí)達(dá)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(fēng)除塵器（含多管旋風(fēng)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(jí)組合除塵（如旋風(fēng)加布袋）。這要視要求排放標(biāo) 準(zhǔn)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(shí)），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(wèn)題。 2）增加鑄 鋼品種，提高鑄鋼件質(zhì)量 鑄鋼工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)將不再是鑄鋼件產(chǎn)量、鑄鋼廠數(shù)量和生產(chǎn) 能力的增加，而是鑄鋼件的質(zhì)量、品種、性能以及合金鋼的比例的不斷提高。我國(guó)合金鋼鑄 件的比例不足20%,而工業(yè)發(fā)國(guó)家已達(dá)到42%48%。隨著合金鋼鑄件比例的提高，對(duì)合金 鋼液的精煉要求也愈來(lái)愈高。采用高新技術(shù)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(wèn)題。建議在如下幾方面開(kāi)展工作。開(kāi)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(shù)提高鑄鋼鋼液純凈度、均勻度與晶粒細(xì)化程度，進(jìn)一

34、步提高鑄鋼的強(qiáng)韌性，減輕鑄件重量（與國(guó)外相比重10%20%）,降低廢品率。精煉工藝有：氬氣凈化； 鈣線(xiàn)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(shù)，進(jìn)一步提高鑄鋼件尺寸精度與表面質(zhì)量，減少加工余量（與國(guó)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(guó)700850kWh,日本450550kWh）及提高鑄鋼件 工藝出品率（我國(guó)55%58%,工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家60%）。開(kāi)發(fā)鋼基復(fù)合材料。提高環(huán)保水平,達(dá)到國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。 3）有色合金鑄造重點(diǎn)發(fā)展 鋁、鎂等輕合金鑄造輕合金由 于具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕等一系列優(yōu)良特性,廣泛地應(yīng)用于航空、航天、汽車(chē)、機(jī)

35、械等各行業(yè)。有色合金熔煉應(yīng)推廣感應(yīng)電爐。感應(yīng)電爐熱效率高,作業(yè)環(huán)境好,應(yīng)是有色合 金熔煉的主要設(shè)備。應(yīng)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(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成污染。還應(yīng)推廣鋁合金氣體噴吹無(wú)毒熔煉技術(shù)。 2 發(fā)展 先進(jìn)的造型、制芯、落砂、清理工藝和設(shè)備 先進(jìn)、成熟、適用的鑄造成型工藝方面,可 按產(chǎn)品為對(duì)象,大致分為以下三種類(lèi)型：（1）大批量生產(chǎn)的中小型鑄件,應(yīng)推廣預(yù)緊實(shí)的高壓、靜壓、射壓或氣沖造型高效流水線(xiàn)濕型砂造型,減少、淘汰震壓式造型；推廣樹(shù)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(chǎn)的中、大型鑄件,繼續(xù)推廣各種類(lèi)型的樹(shù)脂自硬砂（呋喃、Pepset法、堿性酚醛樹(shù)脂砂等），在中、大型鑄鋼件生產(chǎn)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(yīng)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(fù)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(yīng)開(kāi)發(fā)和推廣能提高鑄件精度和表面質(zhì)量的專(zhuān)用涂料系列 和涂敷技術(shù)，如不占位涂料、流涂涂料、能控制冷卻速度的涂料等。關(guān)于鑄件清理，繼續(xù) 推廣強(qiáng)力拋、噴丸等高效機(jī)械化清砂，淘汰水力清砂、水爆清砂，減少手工清砂。對(duì)鑄鐵件 配備拋丸清理設(shè)備或清理生產(chǎn)線(xiàn)，鑄鋼件或較復(fù)雜的鑄鐵大

37、件采用噴拋聯(lián)合清理設(shè)備，液壓 件等小殼體類(lèi)鑄件可采用電液壓或電化學(xué)清砂設(shè)備；如組織清整生產(chǎn)線(xiàn)要盡量考慮鑄件的在 線(xiàn)檢測(cè)(如測(cè)尺寸精度、表面硬度等)、粗加工基準(zhǔn)定位面，設(shè)置鑄件的防銹處理(浸防銹液或 涂底漆等)。 還應(yīng)開(kāi)發(fā)推廣機(jī)械手和機(jī)器人在落砂清理，切割澆冒口，打磨飛邊毛刺中 的應(yīng)用，改善工人的勞動(dòng)條件。 3將計(jì)算機(jī)技術(shù)引入鑄造領(lǐng)域 傳統(tǒng)的鑄造設(shè)計(jì)、生 產(chǎn)方法已不能適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)進(jìn)步的要求，為了贏得競(jìng)爭(zhēng)、占有市場(chǎng)、可持續(xù)發(fā)展，鑄 造生產(chǎn)廠必須變革傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，引進(jìn)新技術(shù)、新思維。將計(jì)算機(jī)技術(shù)引入鑄造領(lǐng)域正是 這一趨勢(shì)的迫切要求。以下就計(jì)算機(jī)在鑄造領(lǐng)域應(yīng)用的一些重要方面，包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)

38、計(jì)與分析、計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制、專(zhuān)家系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、鑄造工裝的計(jì)算機(jī)應(yīng)用以及Internet 與鑄造產(chǎn)業(yè)等進(jìn)行闡述。1)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析 (1)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design，簡(jiǎn)稱(chēng)CAD)是以計(jì)算機(jī)為主要手段，輔助設(shè)計(jì)者完成某項(xiàng)設(shè)計(jì) 工作的建立、修改、分析和優(yōu)化，輸出信息全過(guò)程的綜合性技術(shù)。與傳統(tǒng)鑄造工藝設(shè)計(jì)方法 相比，用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)鑄造工藝可以顯著提高設(shè)計(jì)效率、縮短設(shè)計(jì)周期;能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)與分析 的統(tǒng)一;可以存貯并利用鑄造工作者的經(jīng)驗(yàn)，較容易設(shè)計(jì)出合理的鑄造工藝;同時(shí)為鑄造計(jì)算 機(jī)輔助工程(Computer Aided Engineering，簡(jiǎn)稱(chēng)

39、 CAE)、計(jì)算機(jī)輔助制造(Computer Aided Manufacturing，簡(jiǎn)稱(chēng) CAM)、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃(Computer Aided Process Planning，簡(jiǎn)稱(chēng) CAPP) 及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(Compute門(mén)ntegrated Manufacturing System,簡(jiǎn)稱(chēng)CIMS)的實(shí)施準(zhǔn)備完 備的信息，奠定良好的基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)幾十年的努力，目前國(guó)內(nèi)外研制開(kāi)發(fā)的鑄造工藝CAD系統(tǒng)，概括起來(lái)可以分為通用和專(zhuān)用鑄造工藝CAD兩類(lèi)：通用鑄造CAD系統(tǒng)：主要用于普通砂型鑄造工藝的設(shè)計(jì)，又分為鑄鋼、灰鑄鐵、球鐵及有色等種類(lèi)。功能包括澆注系統(tǒng)設(shè) 計(jì)，補(bǔ)縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分型面、拔

40、模斜度、加工余量的確定，尺寸標(biāo)注以及工藝圖及工藝卡的 輸出。專(zhuān)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(shè)計(jì)，如壓鑄型CAD、齒輪類(lèi)CAD、閥體類(lèi)CAD、曲軸類(lèi)CAD、機(jī)架類(lèi)CAD、缸體類(lèi)CAD、葉片類(lèi)CAD、 DISA造型線(xiàn)鑄造工藝設(shè)計(jì)CAD等。上述鑄造工藝CAD多為二維系統(tǒng)，以甩掉繪圖板、紅藍(lán)鉛筆及鑄造手冊(cè)為主要目的。計(jì)算機(jī)輔助分析 計(jì)算機(jī)輔助分析又稱(chēng)計(jì)算機(jī)輔助工程(Computer Aided Engineering，簡(jiǎn) 稱(chēng)CAE)，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。一般說(shuō)來(lái)，它是通過(guò)建立能夠準(zhǔn)確描述研究對(duì)象 某一過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，采用合適可行的求解方法，使得在計(jì)算機(jī)上模擬仿真出

41、研究對(duì)象的特 定過(guò)程，分析有關(guān)影響因素，預(yù)測(cè)這一特定過(guò)程的可能趨勢(shì)與結(jié)果。鑄造過(guò)程數(shù)值模擬技術(shù) 便屬于典型的CAE技術(shù)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，鑄造CAE所涉及的范圍已相當(dāng)廣泛。上述模擬技術(shù)已從最初的普通重力砂型鑄造擴(kuò)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(shù)值模擬技術(shù)尤其是三維溫度場(chǎng)模擬、流動(dòng)場(chǎng) 模擬及彈塑性狀態(tài)應(yīng)力場(chǎng)模擬已逐步進(jìn)入實(shí)用階段，國(guó)內(nèi)外一些商品化軟件系統(tǒng)先后推向市 場(chǎng)，對(duì)實(shí)際鑄件生產(chǎn)起著越來(lái)越重要的作用。 因此，對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助分 析應(yīng)以積極推廣。實(shí)施甩圖板、甩紅藍(lán)鉛筆、甩鑄造手冊(cè)工程 當(dāng)前國(guó)內(nèi)鑄造生產(chǎn)依然是采用傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)手

42、段，鑄造工藝CAD的應(yīng)用幾近空白，應(yīng)當(dāng)盡快實(shí)施甩圖板、甩 紅藍(lán)鉛筆、甩鑄造手冊(cè)工程，實(shí)現(xiàn)鑄造工藝的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)。這是鑄造行業(yè)技術(shù)改造的必然要 求。大力推廣鑄造CAE技術(shù)目前國(guó)內(nèi)采用鑄造CAE技術(shù)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(dá)國(guó)家(10%左右)差別很大，推廣應(yīng)用工作應(yīng)大力 加強(qiáng)。一方面國(guó)內(nèi)鑄造業(yè)應(yīng)解放思想，大膽采用最新科技成果；另一方面還應(yīng)正確認(rèn)識(shí)鑄造CAE系統(tǒng)的作用，它側(cè)重于分析、優(yōu)化鑄造工藝，但它絕對(duì)不能完全代替鑄造工程技術(shù)人員， 不能神化它的功用，亦不應(yīng)無(wú)視其作用，確切地說(shuō)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(shí)現(xiàn)C

43、AD / CAE/CAM/RPM 一體化，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程制造 在整個(gè)鑄造生產(chǎn)中，鑄造工裝尤其是鑄造模具/模板的設(shè)計(jì)制造，比較易 于實(shí)現(xiàn)CAD/CAE/CAM/RPM 一體化。目前國(guó)內(nèi)一些鑄造工裝企業(yè)已初步采用了上述先進(jìn)設(shè)計(jì) 制造技術(shù)，甚至還實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程制造。但范圍太小，需要進(jìn)一步加大推廣應(yīng)用力度。 加 強(qiáng)人才培訓(xùn) 鑄造CAD、CAE推廣應(yīng)用的另一個(gè)關(guān)鍵是人才培訓(xùn)，性能先進(jìn)的CAD、CAE 軟件系統(tǒng)只有配以高素質(zhì)的應(yīng)用人才才能達(dá)到最佳效果。因此在推廣高技術(shù)的同時(shí)應(yīng)大力加 強(qiáng)人才培訓(xùn)。2)計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制 利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)與控制是計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用的重要內(nèi)容。近些年來(lái)，

44、已經(jīng)出現(xiàn)了很多利用微機(jī)來(lái)測(cè)試各 種參數(shù)、監(jiān)視生產(chǎn)狀況、控制生產(chǎn)過(guò)程的設(shè)備及裝置，從而有效地提高了鑄件質(zhì)量及生產(chǎn)效 率，降低鑄造成本。鑄造過(guò)程采用微電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)與控制是生產(chǎn)高質(zhì)量鑄件的 必備條件，也是現(xiàn)代鑄造生產(chǎn)的一個(gè)重要標(biāo)志。微機(jī)檢測(cè)與控制系統(tǒng)通常由計(jì)算機(jī)硬件與軟 件、I/O接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)、傳感器及執(zhí)行機(jī)械等部分組成。目前在鑄造生產(chǎn)中運(yùn)用的微機(jī)檢測(cè)與控制系統(tǒng)主要有如下幾個(gè)方面： 型砂性能及砂處理 過(guò)程微機(jī)檢測(cè)與控制。 主要功能有緊實(shí)率、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、有效粘土含量、透氣 性測(cè)定及水分控制。 沖天爐熔煉的微機(jī)檢測(cè)與控制。 主要功能有配料的自動(dòng)控制

45、、 風(fēng)量調(diào)節(jié)、冷卻水量控制、濕度及溫度控制。 金屬液質(zhì)量的爐前快速檢測(cè)及微機(jī)處理。 主要功能有各元素成分測(cè)定、金屬液溫度、共晶度、孕育效果、抗拉強(qiáng)度、硬度的測(cè)定。 鑄件成形過(guò)程的微機(jī)檢測(cè)與控制。 主要功能有金屬液流動(dòng)性檢測(cè)、鑄型性能檢測(cè)、造型 線(xiàn)主輔機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)控。 鑄件成品質(zhì)量的微機(jī)檢測(cè)。 主要功能有檢測(cè)鑄件內(nèi)部空 洞的大小、檢測(cè)鑄件表面的粗糙度。 此外還有低壓及壓鑄生產(chǎn)過(guò)程微機(jī)控制系統(tǒng)、料庫(kù) 監(jiān)控系統(tǒng)及生產(chǎn)組織協(xié)調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)等。隨著科技的發(fā)展，鑄造行業(yè)計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制系統(tǒng)將 越來(lái)越強(qiáng)調(diào)在線(xiàn)監(jiān)控，強(qiáng)調(diào)集成化與智能化。 在線(xiàn)化 能夠?qū)﹁T造過(guò)程或設(shè)備進(jìn)行在 線(xiàn)檢測(cè)與控制，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地反映現(xiàn)場(chǎng)狀

46、態(tài)，實(shí)時(shí)控制有關(guān)生產(chǎn)設(shè)備，從而使鑄造過(guò)程或 設(shè)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(diào)，成為一個(gè)有機(jī) 的整體。 智能化 監(jiān)控系統(tǒng)能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，自動(dòng)發(fā)出準(zhǔn)確合理的指令控制相 關(guān)對(duì)象。遠(yuǎn)程化 利用Internet可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程(異地)監(jiān)控。國(guó)內(nèi)鑄造企業(yè)這一領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)應(yīng)用相對(duì)較多，尤其是一些大規(guī)模專(zhuān)業(yè)鑄造生產(chǎn)廠家，比較注重該方面技術(shù)的應(yīng)用。 但總的來(lái)說(shuō)，應(yīng)用面還不夠?qū)?，現(xiàn)有的檢測(cè)與控制系統(tǒng)也大都是散兵游勇，各自為政，相對(duì) 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(xiàn)有鑄造監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)代化改造的同時(shí)， 注重引進(jìn)吸收先進(jìn)在線(xiàn)化、智能化、集成化的監(jiān)控技術(shù)，從而達(dá)到高效低耗生

47、產(chǎn)出高質(zhì)量鑄 件的目的。 3)專(zhuān)家系統(tǒng) 專(zhuān)家系統(tǒng)(Expert System)是近幾十年來(lái)人工智能領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā) 的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是人類(lèi)長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)智能科學(xué)的探索成果和實(shí)際問(wèn)題求解需要相結(jié)合的必然 產(chǎn)物。 專(zhuān)家系統(tǒng)是一種基于知識(shí)的智能系統(tǒng)，以求解那些人類(lèi)專(zhuān)家才能解決的高難度問(wèn) 題為特征。一般包括知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、知識(shí)獲取機(jī)制、解釋機(jī)制及用戶(hù)接口等部分。 鑄造生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，產(chǎn)品質(zhì)量受諸多影響因素的制約。而這些因素一般是隨機(jī)的、 復(fù)雜的、很難用數(shù)學(xué)公式描述。在處理一些突發(fā)事件時(shí)，往往需要豐富的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，而這 些知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)并不是所有人都能夠掌握的。一個(gè)性能優(yōu)越的鑄造生產(chǎn)專(zhuān)家系統(tǒng)就可以處理

48、生 產(chǎn)中錯(cuò)綜復(fù)雜的情況，在不確定信息基礎(chǔ)上得到正確的結(jié)論，及時(shí)準(zhǔn)確地解決問(wèn)題。國(guó)外鑄 造專(zhuān)家系統(tǒng)的研制起始于80年代，一些不同類(lèi)型的鑄造專(zhuān)家系統(tǒng)先后推向市場(chǎng)，如沖天爐 控制專(zhuān)家系統(tǒng)，鑄件缺陷分析診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，鑄造過(guò)程規(guī)劃、咨詢(xún)系統(tǒng)，熔模鑄造專(zhuān)家系統(tǒng) 等，在實(shí)際生產(chǎn)中已取得較好的應(yīng)用效果。 國(guó)內(nèi)這一領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)工作起步較晚，但 在一些方面也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，先后推出了型砂質(zhì)量管理專(zhuān)家系統(tǒng)，鑄造缺陷分析專(zhuān)家系統(tǒng)，自硬砂質(zhì)量分析專(zhuān)家系統(tǒng)，壓鑄工藝參數(shù)設(shè)計(jì)及缺陷診斷鑄造生產(chǎn)專(zhuān)家系統(tǒng)等。盡管鑄造 生產(chǎn)專(zhuān)家系統(tǒng)的研究工作已在很多領(lǐng)域展開(kāi)，并取得了一定的應(yīng)用效果，但總的來(lái)說(shuō)目前還 處于初始階段。一些技術(shù)及應(yīng)

49、用環(huán)節(jié)的障礙，如鑄造知識(shí)類(lèi)型復(fù)雜、知識(shí)表達(dá)困難、決策空 間大、多目標(biāo)和多重約束、模糊性和不確定性等都有待于進(jìn)一步解決。 專(zhuān)家系統(tǒng)控制是 智能控制的另一個(gè)重要分支，是專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)用研究的前沿。在線(xiàn)專(zhuān)家系統(tǒng)控制更是倍受關(guān)注， 鑄造領(lǐng)域這方面的研究將逐步展開(kāi)。鑄造生產(chǎn)專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合極其緊密的 應(yīng)用技術(shù)，需要從實(shí)際中來(lái)，到實(shí)際中去。鑄造專(zhuān)家系統(tǒng)的研制及應(yīng)用均需要鑄造生產(chǎn)企業(yè) 給予大力的幫助與支持，因此應(yīng)用推廣工作應(yīng)引起多方面高度重視。4)信息處理系統(tǒng)信息社會(huì)的一個(gè)重要特征就是信息爆炸，在這樣的背景下，如何運(yùn)用高效的管理手段及時(shí) 準(zhǔn)確地分析和處理要爆炸的信息和浩瀚的數(shù)據(jù)就顯得非常重要了。對(duì)于

50、一個(gè)鑄造企業(yè)來(lái)說(shuō)， 企業(yè)內(nèi)部各管理部門(mén)之間、各生產(chǎn)部門(mén)之間、管理和生產(chǎn)部門(mén)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(nèi)部各部門(mén)技術(shù)的進(jìn)步往往會(huì)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(shù)據(jù)彼此差異很大，需 要協(xié)調(diào)管理，才能達(dá)到資源共享。根據(jù)上述要求信息處理系統(tǒng)(Information Processing System) 應(yīng)運(yùn)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(jiǎn)稱(chēng)MIS)及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Production Data Management，簡(jiǎn)稱(chēng)PDM)，是一個(gè)

51、范圍更廣、內(nèi)容 更深,集整個(gè)企業(yè)所有行為為一體的信息處理系統(tǒng)。以鑄造生產(chǎn)為例,一個(gè)鑄造廠的信息處 理系統(tǒng)應(yīng)含蓋該廠的所有行為，包括市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)、物料進(jìn)出、生產(chǎn)組織與協(xié)調(diào)、行政管理、與 外界的信息交換等等。 當(dāng)今世界信息技術(shù)即將成為第一大產(chǎn)業(yè)，各種各樣信息處理技術(shù) 大量涌現(xiàn)、日新月異，特別是信息高速公路的出現(xiàn)，使人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入了一個(gè)嶄新時(shí)代。但是 與其他領(lǐng)域相比，鑄造行業(yè)信息處理技術(shù)研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用顯得過(guò)于落伍。特別是國(guó)內(nèi)的鑄 造生產(chǎn)廠家，基本是拒信息技術(shù)于門(mén)外，盡管也有個(gè)別企業(yè)嘗試采用現(xiàn)代先進(jìn)信息處理技術(shù)， 但畢竟鳳毛麟角，遠(yuǎn)沒(méi)有形成氣候?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)鑄造行業(yè)信息處理技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀，有以 下特點(diǎn)：

52、研究開(kāi)發(fā)沒(méi)形成規(guī)模 基本上處于手工、作坊式、來(lái)料加工方式，沒(méi)有形成 規(guī)模、特色。所采用的技術(shù)也遠(yuǎn)不是最先進(jìn)的。 應(yīng)用范圍較窄 主要集中在鑄造企業(yè) 的財(cái)務(wù)、人事、庫(kù)料管理等方面，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理很少，基本上談不上系統(tǒng)集成。 缺乏 先進(jìn)信息技術(shù)的應(yīng)用 如PDM技術(shù)、MRP-II技術(shù)、Internet/Intranet技術(shù)等應(yīng)用還處于起 步階段。 但是，作為機(jī)械產(chǎn)品毛坯重要的生產(chǎn)方式，鑄造必須吸納各種現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)， 以實(shí)現(xiàn)自身的完善與發(fā)展。先進(jìn)信息處理技術(shù)的應(yīng)用將是鑄造產(chǎn)業(yè)現(xiàn)階段及將來(lái)的技術(shù)進(jìn)步 最重要的領(lǐng)域之一。其發(fā)展也必將呈現(xiàn)集成化、國(guó)際化等趨勢(shì)。 鑄造企業(yè)信息處理系統(tǒng) 是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，需要有長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)與規(guī)劃。該系統(tǒng)的實(shí)施與應(yīng)用將徹底改變鑄造企 業(yè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)、管理方式。5)鑄造工裝的計(jì)算機(jī)應(yīng)用