鑄造工藝的造型線

自2000年以來，中國的全球采購量一直是第一位的。但是,我國只是鑄造大國而不是鑄造強國,我國鑄造業始終處于關鍵技術受制于人、沒有貿易定價權的尷尬境地,鑄造裝備的開發、制造技術、性能等因素制約著我國鑄造行業的發展。造型線是鑄造生產的核心,造型線的擁有量及其水平在某種意義上可以體現出一個國家機械工業的科技水平。自改革開放以來,我國造型線的擁有量及其水平有了較大的發展和提高。1靜壓造型技術造型工藝技術發展很快,20世紀60年代末期出現了氣動微震高壓造型,現已基本被淘汰;20世紀70年代末期,瑞士GF公司首先推出了燃氣爆炸沖擊造型及隨后的壓縮空氣沖擊造型(兩者簡稱氣沖造型),在濕砂造型領域占據了主導地位;20世紀90年代初期,日本SINTO公司開發出靜壓造型技術,克服了氣沖造型鑄型背面緊實度低、砂箱高度有效利用率不高、散落砂多等問題,已逐步取代氣沖造型,得到愈來愈廣泛的應用。3種造型技術的特點對比如表1所示。由表1可見,靜壓造型技術具有工藝優良、適用范圍廣、綜合性能強等優點。2砂箱鑄型臺架及澆注段設計以經典的HWS靜壓造型線(見圖1)為例介紹靜壓造型線的工藝流程。靜壓造型線一般由造型段、下芯段、上箱段、澆注段、冷卻段和返回段組成。1)造型段主要由靜壓造型主機、分箱推送缸、分箱機、內壁清理機、分箱轉運車、翻轉機、移箱機、移箱緩沖缸、移箱轉運車組成。分箱轉運車把空砂箱移入分箱機,分箱機把砂箱上下箱分開,由內壁清理機對砂箱進行清理,然后上、下箱依次被推入造型主機;主機舉起砂箱完成接箱、加砂、靜壓、壓實和回程起模等過程;造型后的砂箱被推出造型主機,通過翻轉機對每個砂箱鑄型進行180°的翻轉,然后鑄型進入移箱機;移箱機把上箱轉運至上箱段,把下箱降落在臺車上由下芯推缸推入下芯段。2)下芯段主要由下芯推送缸、下芯緩沖缸及定位機構組成,該段主要是在砂型型腔內完成噴涂、安放砂芯及澆注過濾網等工序;有些下芯段還配置下芯機以便于放置較大、較重的砂芯。3)上箱段主要由上箱推送缸、銑澆口機、扎氣孔機、鉆氣孔機、翻轉機、合箱機、合箱緩沖缸、合箱過渡車等組成。該段主要完成銑澆口、扎氣眼、鉆氣孔、上箱翻轉和合箱等工作。銑澆口機自下向上在上砂型背面銑出澆口杯,澆口杯的位置在砂箱整個范圍內任意位置可調;扎氣孔機、鉆氣孔機自下向上在上砂型背面扎、鉆出排氣孔;翻轉機把銑好澆口杯并扎、鉆好排氣孔的上箱鑄型進行180°的翻轉,使鑄型面朝下,然后鑄型被送入合箱機;合箱機將上箱放在下好芯的下箱上,并卡緊箱勾。4)澆注段主要由澆注段推缸、與冷卻轉運車一體的澆注段緩沖缸及定位機構組成。在澆注段,由澆注機對合好型的砂型進行澆注;澆注完畢的砂型由冷卻轉運車轉運到冷卻段進行冷卻。5)冷卻段由3條冷卻帶組成。冷卻帶的多少直接決定鑄件的冷卻時間;冷卻過渡車將澆注好的砂箱送入冷卻帶,然后冷卻過渡車返回,繼續運送下一砂箱。6)返回段主要由與冷卻過渡車一體的返回段推送缸、捅箱機、落砂機、臺面清掃機、返回段緩沖缸等組成。返回段的主要作用是完成捅箱和砂箱返回。捅箱機提起砂箱移至捅頭上方,捅箱缸自下向上捅出砂胎,砂胎被送到落砂機上,空砂箱再放回平板小車上,由分箱轉運車轉運至分箱機處,繼續進行下一個造型循環。3砂流工藝特點1)主機采用靜壓造型技術,靜壓造型砂型硬度高而且均勻,起模性好,噪聲低。2)鑄件質量偏差小。由于鑄件脹砂量小,鑄件質量減輕。3)鑄件尺寸偏差小,尺寸精度可達CT7～CT8級,比傳統氣動微震高壓造型的CT9～CT11級可提高2級。靜壓造型工藝預緊實時氣流引起的砂流可極大地改善型砂的充填性能而又不會產生邊角地帶氣體富積現象,因而可完全克服氣沖造型時存在的邊角緊實度不高的缺陷,從而得到圓角小、輪廓清晰的精密鑄件。4)型板吃砂量小,利用率高。5)靜壓造型工藝的穩定特性可以保證高重復、高尺寸精度的鑄件的生產,尤其是對于大批量生產的鑄件而言,幾乎可以達到“近凈型”水平。6)成型率高,型廢率低,與氣動微震高壓造型和氣沖造型相比對型砂質量要求較低。7)適用范圍廣,可生產各種形狀復雜的鑄件。從最小的噴嘴到最大的發動機缸體均可采用同一實砂系統生產。8)全線采用開放式布線,冷卻段可考慮預留冷卻帶(可根據生產需要及時啟用),冷卻時間可按工藝要求進行調整。該布線方式結構緊湊,占地面積小。9)電控系統可采用PLC控制。可按照要求編制程序,設定工藝參數,并具有故障診斷、故障報警、程序中斷記憶、動態顯示、生產管理、自動打印等功能。4中國的壓縮式元件設備4.1鑄造設備的可靠性下降我國靜壓造型線裝備企業與國外同行相比缺乏一定的創新能力,大部分是參照國外企業的設備進行仿制與改造;并且為了減少成本,一些國內企業“簡化”了部分鑄造設備,這導致了設備的可靠性下降。靜壓造型線的核心技術與國外先進企業相比比較落后,如造型主機的定量并快速加砂技術、靜壓閥技術、多觸頭同步壓實技術等與國外先進的造型主機相比存在一定的差距。4.2鑄造線的運行存在的問題據統計,我國靜壓造型線設備的開動率比國外先進設備的開動率低10%～20%。這說明我國的造型線設備一個突出的問題就是可靠性不高,造型線不能長時間、無故障地穩定運行。究其原因主要有如下幾個方面:一是市場次序有些混亂,一些鑄造設備生產企業為了生存,在競標過程中惡性競爭、壓低價格,導致鑄造線設備的粗制濫造;二是我國造型線的加工制作精度不高,導致設備在運行過程中出現一些故障;三是造型線設備的細節做得不夠到位,很多運行故障都是由于一些細節問題引起的。要想把我國靜壓造型線的綜合性能提升到更高水平,應該在設備細節上下功夫,向精細化方向發展。4.3保這一環節是保之互我國只有少數大型鑄造裝備制造企業配備有完善的環保設備,而大多數鑄造設備企業都忽視了環保這一環節。隨著“十一五”節能減排口號的提出,這一狀況得到明顯改善,但我國鑄造環保設備的性能和覆蓋面與國外先進企業的環保設備相比還有一定的差距。例如,針對鑄造特點專用的除塵設備、澆注煙氣處理設備、砂再生設備、余熱再利用設備、爐料準備設備等等在我國才剛剛起步。5加大我國鑄造裝備企業對國內市場的合作與交流,取得明顯的突破隨著2006年國務院《關于加快振興裝備制造業的若干意見》的頒發,我國鑄造設備行業進入了快速發展階段。國內靜壓造型線的數量急速增加,國產靜壓造型線制造廠家在保證服務質量的同時也對部分靜壓造型線進行了創新,使國產與進口靜壓造型線的差距縮小,但是關鍵技術還遠達不到國際先進水平。要改變這種局面,需要加大對鑄造裝備行業的投入,確立攻關課題,設置專門的研發基金,以促進國產鑄造裝備的快速、有效發展。在研究、開發工作中,鑄造設備企業應充分利用我國科研院校與機構在科技上的優勢,通過加強合作、取長補短、協同作戰,快速將研