铸造生产技术发展趋势

铸造生产技术发展趋势以及对我国铸造行业技术改造的建议一、概述铸造是获得机械产品毛坯的主要方法之一，是机械工业重要的基础工艺，在国民经济中占有重要的位置。我国铸造业的现状是产量大，年产铸件约1,200万吨，厂点多，达2万多个，铸造业的从业人员在120万人以上。我国铸造行业的一大特色是改革开放以来乡镇企业迅猛发展，成为我国铸造行业的一支重要力量。乡镇铸造厂点数已超过国有铸造厂点，乡镇铸造厂点的铸件产量约占全国铸件总产量的一半。当前世界上工业发达国家铸造技术的发展归纳起来大致有四个目标，即：①保护环境，减少以至消除污染；②提高铸件质量和可靠性，生产优质近终形铸件；③降低生产成本；④缩短交货期。我国铸造行业除厂点多,从业人员多,产量大以外,与发达国家相比,在质量、效率、能源与材料消耗、劳动条件与环境保护等方面都存在差距。造成这些差距的原因是铸造厂点规模小，经济实力差，工艺和设备落后，管理水平低，从业人员素质不高。为了消除这些差距，为了满足我国经济建设的需要，也为了铸造行业自身的存在与发展，我国的铸造行业应以提高铸件质量和经济效益为中心，面向国内和国际两个市场；加强管理，打好基础，提高企业素质；调整产业结构，合理配置资源，提倡适度规模经营；继续以适用先进的生产工艺和技术装备改造铸造行业，实现清洁化生产，保证可持续发展。1效益是企业发展的基础发展的基础是效益，发展又是为了实现更高的效益。中国应该有一个高效益的铸造业。没有效益的企业连生存也是困难的，更谈不上发展。为了提高效益，应从以下几方面着手：①减员增效与节能降耗。②实现专业化生产。③采用新技术，实现科学管理。2质量是企业的生命质量和效益有时看似矛盾，但两者是统一的。产品质量低劣的企业终究是不能立足的，更谈不上效益,也不可能持续发展。提高产品质量需从以下几方面着手：①合理选购原辅材料，正确制订及严格执行有关的工艺规程。②采用新技术、新工艺、新设备、新材料。a.加强计算机技术在铸造生产中应用的研究。b.在砂型铸造中采用高硬度及高均匀度的铸型,发展与推广相应的工艺与设备。c.发展近净形及净形铸造成形新工艺。d.发展液态金属处理及净化的新工艺新技术，优化材料性能。e.发展机械化自动化，以保证铸件质量的稳定性、均一性，改善劳动条件。f.加强铸造环保设备的研究和应用。③具有一支稳定的高素质的从业人员队伍。3实现清洁化生产清洁化生产是可持续发展的基本要求。清洁化生产的含义是：实现尽可能低的资源(原材料)与能源消耗；实现宜人化的生产环境及最低或零污染物排放;生产清洁化的产品(产品耗能、耗材少,易于再生复用及符合人机工程要求)。铸造的清洁化生产,主要是应用新技术、新工艺、新材料、新设备以实现低消耗、低污染或者无污染及铸造生产的宜人化环境等方面。二、坚持进行技术改造，采用成熟、适用、先进技术企业技术改造，要根据企业产品的结构特点、批量大小、质量要求，合理选用成熟、适用、先进的技术。首先，所选技术必须成熟可靠。因为技术改造不是科研，不允许失败；也不是中间试验，可以小规模、小范围，而不讲时间和条件。技术改造是要将成熟的科技成果应用于设计、生产中。同时所选技术对改造企业来讲还必须适用，保证在经济上合理。实践告诉我们，并非凡是先进的、技术含量高的一定是适用的。各种技术都有一定的局限性和适用范围，适合于一定的零件，选择不当，再先进的技术，也不能确保生产出优质的产品，不能保证产生高的经济效益。1发展高性能铸造合金，提高产品的材质水平据近五年统计，我国铸铁件占铸件总产量的79%～80%(球铁约占13%)，铸钢件占13%～14%，有色合金铸件约占7%，(铝铸件约占5.5%)。发展趋势是灰铸铁件、铸钢件(主要是碳钢件)、可锻铸铁件呈下降趋势，球铁件在增长，轻合金件占的比例越来越大。发达国家轻合金铸件产量已超过铸钢件，其产值已远远超过铸钢件；日本1998年压铸件的产值已接近灰铸铁件；球墨铸铁件的产量为铸钢件的四倍多，产值为铸钢件的两倍。今后，我国应提高球墨铸铁、蠕墨铸铁、高强度灰铸铁、合金铸钢、铸造铝合金、镁合金的比例。1)铸铁(1)加强高强度薄壁灰铸铁生产技术的开发低成本和良好的铸造性能是灰铸铁的主要优势，所以灰铸铁已广泛应用于汽车、内燃机、农机、压缩机和市政建设等领域。今后制约灰铸铁件增长和发展的主要因素之一是轻量化，铸铁轻量化将为铸铁工业注入新的活力，今后应加强高强度薄壁灰铸铁的生产技术的开发。(2)进一步推广使用球墨铸铁随着我国汽车工业和铸管工业的发展，以及随着我国球墨铸铁生产水平的提高，应用领域的拓宽，预计进入21世纪，我国球铁件产量必将有大幅度的增长，应进一步扩大等温淬火球墨铸铁在承受强载荷工况机械零件和耐磨件上的应用。推广铸态球墨铸铁，节约能源，降低生产成本。(3)扩大蠕墨铸铁的应用蠕墨铸铁是一种新型材料,它的强度、塑韧性高于灰铸铁,铸造性能优于球墨铸铁,具有优良的耐热疲劳性能和导热性能,可在柴油机缸盖和排气管、液压阀、机床床身、钢锭模、玻璃模具等铸件上推广应用。(4)抓好铸铁熔炼环节,提供优质铁水抓好铸铁的熔炼环节,及时提供优质铁水,这是提高铸件综合质量的基本保证。所谓优质铁水,是指铁水温度高,成分合格,波动小,元素烧损少,增碳率高。目前我国用于铸铁件生产的熔炼设备90%以上为冲天炉,其中绝大部分又是小型(≤5T/h)冷风冲天炉,且多使用冶金焦。这种炉子的能量效率不高(约38.8%),连续工作时间短,难以熔炼出优质铁水。为了获得优质铁水，应当推广铸造焦和先进适用炉型。熔化量大的5t/h以上的冲天炉宜采用外热风(＞500℃)、水冷、连续作业、清洁、封闭冲天炉；流水线生产球墨铸铁、蠕墨铸铁、高强度薄壁灰铸铁件宜采用冲天炉感应电炉双联熔炼；生产特种小铸铁件，如供电条件好，可用感应电炉熔炼。熔炼过程中，还可采用加氧送风、等重除湿等先进技术。小型冷风冲天炉或单炉胆热风冲天炉可改为双炉胆式高效内热风冲天炉，使热风温度由200℃提高到400℃左右；推广应用多孔塞脱硫技术，发展盖包、转包、喂丝等球化工艺，提高球铁铸件的质量。在大批量流水生产中推广应用铁水流、孕育丝和型内孕育等瞬时孕育技术及过滤网技术，提高材料均匀性，并减少渣孔缺陷。为及时掌握铁水的成份变化和铁水处理的质量，应逐步在专业铸造厂配备一系列现代化的测试、分析和管理手段，要提高监测设备的快速性、精密性及自动化程度。逐步取消用炉前试块观测白口深度的原始粗测法，采用物理方法的铁水性能速测仪或热分析仪，快速测定C、Si、碳当量和力学性能；资金充裕者引进直读光谱仪。冲天炉烟气净化的措施就是抽出烟气，使烟气中的CO二次燃烧，燃烧余热再预热冷空气并使热风鼓入冲天炉，同时达到提高铁水温度和烟气净化的双重作用。冲天炉除尘措施有：①干式除尘器。投资少者可采用旋流除尘器、旋风除尘器(含多管旋风除尘器)；投资较多者可采用袋式、静电、颗粒层等除尘器。②湿式除尘器或两级组合除尘(如旋风加布袋)。这要视要求排放标准和投资多少而定，但要注意，常用的袋式除尘器要考虑烟气冷却和布袋的使用寿命(特别是打炉时)，湿式除尘要处理好含尘水排放堵塞下水道，造成二次污染的问题。2)增加铸钢品种，提高铸钢件质量铸钢工业发展的趋势将不再是铸钢件产量、铸钢厂数量和生产能力的增加，而是铸钢件的质量、品种、性能以及合金钢的比例的不断提高。我国合金钢铸件的比例不足20%，而工业发国家已达到42%～48%。随着合金钢铸件比例的提高，对合金钢液的精炼要求也愈来愈高。采用高新技术提高铸钢件性能，缩小铸钢件体积，提高铸钢件寿命是亟待解决的问题。建议在如下几方面开展工作。①开发铸钢中合金钢新钢种，提高铸钢性能，部分顶替锻钢，提高材料利用率，降低成本，缩短制造周期，节省能源、资源等。②采用高新技术提高铸钢钢液纯净度、均匀度与晶粒细化程度，进一步提高铸钢的强韧性，减轻铸件重量(与国外相比重10%～20%)，降低废品率。精炼工艺有：氩气净化；钙线射入净化加氩气净化；AOD精炼；VOD、VODC炉精炼。③采用近终形铸造技术，进一步提高铸钢件尺寸精度与表面质量，减少加工余量(与国外相比，加工余量大1～3倍以上)。④降低能源与新砂消耗(吨钢水耗电：我国700～850kWh，日本450～550kWh)及提高铸钢件工艺出品率(我国55%～58%，工业发达国家60%)。⑤开发钢基复合材料。⑥提高环保水平，达到国家环保标准。3)有色合金铸造重点发展铝、镁等轻合金铸造轻合金由于具有密度小、比强度高、耐腐蚀等一系列优良特性，广泛地应用于航空、航天、汽车、机械等各行业。有色合金熔炼应推广感应电炉。感应电炉热效率高，作业环境好，应是有色合金熔炼的主要设备。应逐步淘汰燃油坩埚炉和焦炭坩埚炉。燃油坩埚炉和焦炭坩埚炉不但热效率低，而且会对周围环境造成污染。还应推广铝合金气体喷吹无毒熔炼技术。2发展先进的造型、制芯、落砂、清理工艺和设备先进、成熟、适用的铸造成型工艺方面，可按产品为对象，大致分为以下三种类型：(1)大批量生产的中小型铸件，应推广预紧实的高压、静压、射压或气冲造型高效流水线湿型砂造型，减少、淘汰震压式造型；推广树脂砂高效制芯(热、温和冷芯盒，壳芯等)，减少油砂或粘土砂制芯的比例。湿型铸造中推广煤粉代用材料。(2)单件、小批量生产的中、大型铸件，继续推广各种类型的树脂自硬砂(呋喃、Pepset法、碱性酚醛树脂砂等)，在中、大型铸钢件生产中，也可推广采用酯硬化水玻玻璃砂，代替和淘汰粘土砂干型。(3)特定铸件应推广各种特种铸造，如离心铸管、轻合金压铸、低压铸造、硅溶胶熔模铸造或硅溶胶-水玻璃复合制壳工艺、型材连铸、铁型覆砂、V法、消失模铸造等。此外，还应开发和推广能提高铸件精度和表面质量的专用涂料系列和涂敷技术，如不占位涂料、流涂涂料、能控制冷却速度的涂料等。关于铸件清理，继续推广强力抛、喷丸等高效机械化清砂，淘汰水力清砂、水爆清砂，减少手工清砂。对铸铁件配备抛丸清理设备或清理生产线，铸钢件或较复杂的铸铁大件采用喷抛联合清理设备，液压件等小壳体类铸件可采用电液压或电化学清砂设备；如组织清整生产线要尽量考虑铸件的在线检测(如测尺寸精度、表面硬度等)、粗加工基准定位面，设置铸件的防锈处理(浸防锈液或涂底漆等)。还应开发推广机械手和机器人在落砂清理,切割浇冒口,打磨飞边毛刺中的应用,改善工人的劳动条件。下一页（接上页内容）3将计算机技术引入铸造领域传统的铸造设计、生产方法已不能适应市场经济和社会进步的要求，为了赢得竞争、占有市场、可持续发展，铸造生产厂必须变革传统的生产方法，引进新技术、新思维。将计算机技术引入铸造领域正是这一趋势的迫切要求。以下就计算机在铸造领域应用的一些重要方面，包括计算机辅助设计与分析、计算机检测与控制、专家系统、信息处理系统、铸造工装的计算机应用以及Internet与铸造产业等进行阐述。1)计算机辅助设计与分析(1)计算机辅助设计计算机辅助设计(ComputerAidedDesign,简称CAD)是以计算机为主要手段，辅助设计者完成某项设计工作的建立、修改、分析和优化，输出信息全过程的综合性技术。与传统铸造工艺设计方法相比，用计算机设计铸造工艺可以显著提高设计效率、缩短设计周期;能够实现设计与分析的统一;可以存贮并利用铸造工作者的经验,较容易设计出合理的铸造工艺;同时为铸造计算机辅助工程(ComputerAidedEngineering,简称CAE)、计算机辅助制造(ComputerAidedManufacturing,简称CAM)、计算机辅助工艺规划(ComputerAidedProcessPlanning,简称CAPP)及计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufacturingSystem,简称CIMS)的实施准备完备的信息,奠定良好的基础。经过几十年的努力,目前国内外研制开发的铸造工艺CAD系统,概括起来可以分为通用和专用铸造工艺CAD两类：通用铸造CAD系统：主要用于普通砂型铸造工艺的设计,又分为铸钢、灰铸铁、球铁及有色等种类。功能包括浇注系统设计,补缩系统设计,分型面、拔模斜度、加工余量的